本發(fā)明專利技術(shù)涉及熱熔性可分配聚合物復(fù)合材料及其制備方法和用途。將適當粒度的微粒與在通常由熱熔噴膠槍提供的溫度下表現(xiàn)出低粘度的聚合物混合，形成與基本聚合物密度截然不同的棒。通過將復(fù)合材料從噴膠槍分配到模具中或通過將熔融模塑化合物置于最終制品中預(yù)形成的空腔中來制備新穎的制品。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及可成形為有用的形狀并具有增強的材料性質(zhì)的聚合物復(fù)合材料，所述材料性質(zhì)包括但不限于密度、顏色、磁性、熱導(dǎo)率、熱阻、電導(dǎo)率和其它物理性質(zhì)。本專利技術(shù)揭示的說明性實施方式還更具體地涉及熱熔熱塑性或熱熔熱固性聚合物復(fù)合材料。
技術(shù)介紹
人們已經(jīng)制備了使用各種高密度和低密度微粒材料的微粒和聚合物的復(fù)合材料。人們已經(jīng)以各種負載量將聚合物與填料和某些微粒材料組合。這種材料具有非常廣泛的應(yīng)用性，可用于消費品和工業(yè)用品。這些用品包括密度小于聚合物相的密度的復(fù)合材料以及具有極高密度的復(fù)合材料。在一個應(yīng)用中，需要的是高密度。在需要高密度材料的應(yīng)用中常常使用鉛。高密度材料的用品包括散彈槍小彈丸、其它彈道射彈、假魚餌、漁墜(fishing weights)、輪上配重和其它高密度用品。鉛還用在對密度以外的性質(zhì)有要求的用品中，包括輻射屏障，因為鉛能耐受EMI并具有展性。由鉛制備的壓上漁墜(Press-on fishing weights)使得使用者無需工具就能容易地將漁墜夾到釣線上。在散彈槍小彈丸或其它彈道射彈的情況中，鉛提供所需的密度、穿透力和展性，以實現(xiàn)極高的精確度和最小的槍筒磨損。鉛已經(jīng)成為打獵和軍事用品中最普遍的選擇。由于鉛對湖泊的污染以及自然群體中鉛導(dǎo)致的死亡率的增加，美國以及許多其它國家制定了許多法規(guī)，嚴格禁止鉛丸和鉛錘的出售和使用。其它高密度材料如貧鈾也已經(jīng)被提議并投入實施。人們已經(jīng)建議使用復(fù)合材料代替鉛和其它高密度材料。人們早已制得復(fù)合材料，通常是通過組合兩種不同材料從而同時獲得兩種材料的有益性質(zhì)。真復(fù)合材料是獨特的，因為材料之間的相互作用提供兩種組分的最佳性質(zhì)。而且，人們也早已制得填充聚合物材料，但是局限于可達到的填充程度，因為在聚合物中高體積微粒裝載的情況下，復(fù)合產(chǎn)品的物理性質(zhì)會不利地降低。許多類型的復(fù)合材料是已知的，并且不是簡單的混合物。通常，本領(lǐng)域中認識到將某些類型的金屬以形成合金的比例組合，可以在金屬/金屬合金材料中得到獨特的性質(zhì)。金屬/陶瓷復(fù)合材料通常通過將金屬微粒或纖維與粘土材料組合、燒制為金屬/陶瓷復(fù)合材料來制備。Tarlow的美國專利第3，895，143號描述了一種片材，該材料包含包括分散的無機纖維和細碎的金屬顆粒的彈性體膠乳。Bruner等的美國專利第2，748，099號描述了一種尼龍材料，該材料含有銅、鋁或石墨，用于調(diào)節(jié)材料的熱學(xué)或電學(xué)性質(zhì)而非混合物的密度。Sandbank的美國專利第5，548，125號描述了一種衣服制品，該制品包含一種撓性聚合物，該聚合物包含較小體積百分數(shù)的鎢，用于獲得防輻射性。Belanger等的美國專利第5，237，930號揭示了含銅粉和熱塑性聚合物(通常是尼龍材料)的教練彈(practiceammunition)。愛普生公司(Epson Corporation)的 JP 63-273664A 揭不了一種含金屬娃酸鹽玻璃纖維、緊編須和其它材料的聚酰胺作為含金屬復(fù)合材料。Bray等的美國專利第6，048，379和6，517，774號揭示了一種生產(chǎn)鎢聚合物復(fù)合材料的嘗試。該專利揭示了將粒度小于10微米的鎢粉任選地與其它組分和聚合物或金屬纖維組合。Bray等(受讓人)出售的材料和該專利中揭示的材料都不能達到大于10. O克-厘米3的密度。Barbour等的美國專利第6，411，248號揭示了在熱塑性聚氨酯和獨特的金屬減活化劑中使用針對具體應(yīng)用可用量的噴膠槍施加的熱熔性雷達吸波材料(包括羰基鐵粉末)。人們還沒能得到可使用配混和擠出技術(shù)之外的熱熔技術(shù)形成物體的高密度熱塑性金屬復(fù)合材料。人們非常需要具有高密度、低毒性和改善的電學(xué)/磁學(xué)性質(zhì)、展性、熱加 工性(特別是使用現(xiàn)有的熱加工設(shè)備)和粘彈性的可成形材料，該材料可用于簡單的熱熔施加器裝置。這些材料適用于消費用品、小批量加工、半成品制造和其它涉及使用手工操作設(shè)備施加有效量的復(fù)合材料的應(yīng)用。可通過使用低密度材料生產(chǎn)低密度熔融模塑制劑，所述低密度材料包括例如空心玻璃球。空心玻璃球在工業(yè)中廣泛用作聚合物的添加劑，例如改性劑、增強劑、硬化劑和填料。這些空心玻璃球具有足夠的強度，能避免在聚合物的進一步加工過程(例如高壓噴射、捏合、擠出或注塑)中被壓碎或破碎。通過保持聚合物/玻璃球制劑在合適的粘度來完成玻璃球的適當分布。此外，希望這些玻璃球能耐受浸出或與它們結(jié)合的聚合物的其它化學(xué)相互作用。通過加熱使實心玻璃顆粒膨脹為空心玻璃球的方法是眾所周知的。例如，參見美國專利第3，365，315號。將玻璃碾碎為微粒形式，然后加熱使顆粒變?yōu)樗苄裕⑶也Ａ?nèi)的氣態(tài)物質(zhì)作為發(fā)泡劑導(dǎo)致顆粒膨脹。在加熱和膨脹的過程中，通過引導(dǎo)氣流在顆粒下方通過或使顆粒自由落體通過加熱區(qū)而將顆粒保持在懸浮的狀態(tài)。硫或者氧和硫的化合物用作主要的發(fā)泡劑。多種因素影響空心玻璃球的密度、尺寸、強度、化學(xué)耐久性和產(chǎn)率(成為空心的受熱顆粒的重量百分數(shù)或體積百分數(shù))。這些因素包括玻璃的化學(xué)組成；加入到加熱爐中的顆粒的尺寸；顆粒的加熱溫度和時間；在加熱過程中顆粒接觸的化學(xué)氣氛(例如氧化的或還原的)。在試圖改善空心玻璃球的質(zhì)量和產(chǎn)率方面遇到麻煩。一種原因是人們相信用于形成空心玻璃球的玻璃中的氧化硅(SiO2)的百分數(shù)應(yīng)該在65重量％至85重量％之間，如果SiO2的重量百分數(shù)低于60-65%將極大地降低空心球的產(chǎn)率。空心玻璃球的平均密度約為0. I克-厘米_3到0.6克-厘米_3或0. 12克-厘米_3到0. 6克-厘米_3，并且通過加熱實心玻璃顆粒制得。對于具有特別所需的平均密度的空心玻璃球產(chǎn)品，存在一個最佳的顆粒球尺寸范圍，使得產(chǎn)品具有最大的平均強度。該范圍表示為>10至250微米。商業(yè)上所用的玻璃球可包括實心玻璃球和空心玻璃球。在加熱爐中加熱的顆粒不會全都膨脹，出售的大部分空心玻璃球產(chǎn)品并未將空心球和實心球分離。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)涉及熔融模塑聚合物復(fù)合材料，該材料為適合通過熱熔手持或手動施加器裝載和施加的形式，所述施加器能熔化并施加熔融材料，例如熱熔粘合劑施加器(“噴膠槍”)。該聚合物復(fù)合材料包括具有增加的密度或高密度的材料的微粒，例如金屬、混合金屬、合金和無機化合物，它們分散或嵌入到熱塑性或熱固性聚合物粘結(jié)劑或基質(zhì)中，該聚合物復(fù)合材料還包括低密度顆粒(例如空心玻璃球)。該復(fù)合材料任選地還包括界面改性劑以提高微粒和聚合物之間的結(jié)合，并增強復(fù)合材料的流變學(xué)性質(zhì)。對包括微粒相粒度、聚合物基質(zhì)機械性質(zhì)的溫度依賴性和任選的界面改性劑性質(zhì)在內(nèi)的諸因素的組合加以選擇，可以得到能通過熱熔(例如)粘合劑施加器熔化和分配的聚合物復(fù)合材料，所述施加器包括工業(yè)和家用噴膠槍。在本說明書中，術(shù)語“熱熔”不包括工業(yè)配混或擠出設(shè)備。術(shù)語“熱熔”包括能在熔融溫度得到可分配形式的復(fù)合材料的典型的手持工業(yè)分配器或施加器。在本專利技術(shù)的一方面，使用熱熔施加器形成物體的原材料包括適合裝載到熱熔粘合·劑施加器中的棒，該棒包括(a)占復(fù)合材料O. 6-97重量％和14-69體積％的聚合物相；(b)占復(fù)合材料3-99. 4重量％和31-86體積％的與聚合物相混合的微粒相，其粒度至少為10微米，金屬和聚合物相總共在復(fù)合材料中所占的比例大于90%、95體積％或大于98體積％。聚合物的熔點約為50-190° C或190-24本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種適合使用熱熔設(shè)備形成成形物體的熱塑性制品，該制品包括適合裝載到熱熔施加器中的棒形制品，所述棒包括含有如下組分的磁性復(fù)合材料：(a)占復(fù)合材料約0.6？92重量％和14？60體積％的聚合物相；(b)占復(fù)合材料約3？99.4重量%和31？86體積%的微粒，所述微粒與聚合物相混合，所述微粒具有的粒度為不超過10重量％的顆粒在10微米以下；所述微粒和聚合物相在復(fù)合材料中所占的比例大于95體積％，所述復(fù)合材料在聚合物熔點附近的聚合物熔體粘度小于100,000cP。
【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：K·E·海金拉，J·S·克羅爾，R·K·威廉姆斯，
申請(專利權(quán))人：瓦爾德瑞沃咨詢集團公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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