一种复合光学材料压力成型制备方法技术

本发明专利技术涉及一种复合光学材料压力成型制备方法，所述光学材料为聚合物芯‑壳结构纳米微球，所述光学材料进入型腔内，通过使所述光学材料发生流动进而使所述光学材料相对于所述型腔的限制面发生剪切流动，导致纳米微球在靠近所述型腔表面的位置有序排列，产生明显的结构色。本发明专利技术的方案可以不使用PET和夹层结构进行材料的生产。本发明专利技术能够制备不同复杂形状具有明显结构色的柔性蛋白石材料，包括管材、线材、复杂形状表面材料等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料
，涉及一种复合光学材料压力成型制备方法。
技术介绍
高分子蛋白石是一种新型复合光学材料，Pursiainen等人（“Nanoparticle-tunedstructuralcolorfrompolymeropals”OpticsExpress,2007，15：9553:）讨论了并入纳米微粒对使用芯-壳聚合颗粒形成的柔性聚合物蛋白石的光学性质的影响，芯-壳颗粒的芯由聚苯乙烯形成，而外部壳由聚丙烯酸乙酯形成，颗粒的排序通过使在两个外部覆盖层之间的颗粒在压缩下流动来实现。ChrisFinlayson等人在“3DBulkOrderinginOpalsbyEdge-InducedRotationalShearing,Adv.Mat.23,1540(2011)”中研究了以芯-壳结构聚合物微球夹在两层PET薄膜中间辊压成薄膜然后通过楔形金属顶端的压力导致剪切流动得到纳米微球规则排列以产生结构色的制备方法；CN103534079A中公布了以芯-壳结构聚合物微球制备高分子蛋白石的一种制备技术，通过夹层结构产生的剪切力使微球在层状薄膜中排列成规则的结构，进而产生类似自然蛋白石的光学结构色；ChristianSchaefer等人（“Reversiblelight-,thermo-,andmechano-responsiveelastomericpolymeropalfilms“，Chem.Mater.2013,25,2309-2318）使用了添加纳米颗粒及使用未交联的PS（聚苯乙烯）作为芯-壳聚合颗粒形成的柔性聚合物蛋白石芯层材质通过上下两个平板压制材料流动成柔性聚合物蛋白石薄圆盘的制备方法。在上述方法中，辊压成为薄膜然后经过剪切方法制备微结构规整的材料的方法只适用于制备平面的柔性蛋白石光学薄膜，而通过上下表面加压使材料流动的方式制备的柔性蛋白石光学材料目前仅局限于圆盘状材料。现有公布的技术主要是进行材料的薄膜生产，薄膜厚度在40-500微米之间，生产的薄膜为平面材料，必须经过辊压-震荡剪切两步工艺后才能生产具有结构色的光学薄膜产品，不能直接生产厚度超过500微米的薄膜，也不能生产具有复杂形状的其他型材、管材、线材、壳状材料等等。而且公布现有的技术，如以两层PET夹住材料在上下压板下使材料成型的工艺只进行了圆形薄片的制备，没有提到可以用于压制其他形状的材料。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种复合光学材料压力成型制备方法。本专利技术能够制备不同复杂形状具有明显结构色的柔性蛋白石材料，包括管材、线材、复杂形状表面材料等。本专利技术提供了如下的技术方案：一种复合光学材料压力成型制备方法，所述光学材料为聚合物芯-壳结构纳米微球，所述光学材料进入型腔内，通过使所述光学材料发生流动进而使所述光学材料相对于所述型腔的限制面发生剪切流动，导致纳米微球在靠近所述型腔表面的位置有序排列，产生明显的结构色。本专利技术所采用的材料在压力成型之前没有结构色，在压力成型后形成具有稳定鲜明光学结构色的表面，因此压力成型过程不止是成型过程而且是光学效果产生和调制的过程。在上述方案中优选的是，所述聚合物芯-壳结构纳米微球为粉体或块状材料。在上述任一方案中优选的是，所述型腔的材质机械强度高于所述材料。所述光学材料通过自动推送或者人工放置进入所述型腔内。在上述任一方案中优选的是，所述光学材料在接近限制面的0-2微米厚度内剪切速率要超过0.5s-1。在上述任一方案中优选的是，使所述光学材料发生流动的方式为：通过在所述型腔的开放的一端不断输送所述光学材料使所述材料填充所述型腔的情况下形成压力，迫使所述光学材料向所述型腔的另一开放端或所述型腔内部未填充的空隙流动。在上述任一方案中优选的是，所述型腔为成型模具，将所述光学材料放入挤出机经过挤压密实后直接或者通过增压设备挤入成型模具，所述成型模具温度为80-130℃，所述成型模具与所述光学材料接触的内表面经过光滑镜面处理。经光滑镜面处理以降低表面粗糙度，使挤出光学材料具有光洁表面，根据成型模具的设计形状，这类方法可以挤出管材、线材及薄片材。在上述任一方案中优选的是，所述增压设备为熔体泵、高压泵和齿轮泵等。在上述任一方案中优选的是，所述光滑镜面处理为电镀、表面抛光等处理。在上述任一方案中优选的是，使所述材料发生流动的方式为：通过压缩所述型腔的空间，在空间不断减小的情况下迫使所述光学材料发生流动。力学机构例如组合模具。在上述任一方案中优选的是，所述型腔为所述凹凸模具形成的腔体，将所述凹凸模具的凹模和凸模分别安放在上下两块平行加压平板上，所述凹凸模具温度为60-140℃度，将所述光学材料放于下部所述凹模中，使所述凹模和所述凸模贴合，内置的所述光学材料在压力下沿所述凹模和所述凸模的间隙流动直至填充整个间隙形成所需的形状并具有一定的厚度。上下两块平行加压平板即为上下两块平行的板子，这两块板子都是加压的，或者只有一块是加压的另一块保持位置不动。在上述任一方案中优选的是，所述凹凸模具材质的硬度及机械强度应远远高于柔性聚合物蛋白石的机械强度。在上述任一方案中优选的是，所述凹凸模具的表面应保证光滑。在上述任一方案中优选的是，通过控制上下加压平板的行程，使所述凹模和所述凸模渐渐贴合。在上述任一方案中优选的是，所述上下加压平板运动的行程应分两步控制，第一步从开始运动到所述凹凸模具的表面分别接触光学材料为止，停留一定时间后使所述光学材料得到充分预热，然后开始第二步加压使所述光学材料充分流动形成所需的形状。在上述任一方案中优选的是，所述施加的压力应大于5兆帕。在上述任一方案中优选的是，所述施加的压力为20-60兆帕。光学材料的最终厚度以机械式锁死上下模具的最小间隙控制。凹凸模的设计应避免出现死角，形状应以圆滑角度过渡为最优。这类方法适用于制备各种壳状材料，凹凸表面材料及薄片。型腔的非开放端内表面称为限制面，例如模具的内表面或者管状通道的内表面；通过对材料施加压力，并通过限制边界面限制材料在压力下垂直于限制面的流动，从而增强与限制面切线方向平行方向的流动，使材料相对于限制面发生剪切流动，导致纳米微球在靠近表面的位置有序排列，产生明显的结构色，在形状的基础上产生明显的结构色。本专利技术的方案可以不使用PET和夹层结构进行材料的生产。本专利技术能够制备不同复杂形状具有明显结构色的柔性蛋白石材料，包括管材、线材、复杂形状表面材料等。附图说明图1是本专利技术一种复合光学材料压力成型制备方法的一优选实施中利用挤出压力成型设备和工艺方案简化流程图；图2是本专利技术一种复合光学材料压力成型制备方法的另一优选实施中利用热压成型设备和工艺方案简化流程图；图3.本专利技术一种复合光学材料压力成型制备方法得到的蛋白石结构色棒料。具体实施方式为了进一步了解本专利技术的技术特征，下面结合具体实施例对本专利技术进行详细地阐述。实施例只对本专利技术具有示例性的作用，而不具有任何限制性的作用，本领域的技术人员在本专利技术的基础上做出的任何非实质性的修改，都应属于本专利技术的保护范围。本专利技术中复合光学材料的原料为经过干燥的聚合物芯-壳结构纳米微球粉体或块状材料，主要成分为聚苯乙烯、聚丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯等以及少量交联剂和其他添加剂或其他改性材料，与CN103534079A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合光学材料压力成型制备方法，所述光学材料为聚合物芯‑壳结构纳米微球，所述光学材料进入型腔内，通过使所述光学材料发生流动进而使所述光学材料相对于所述型腔的限制面发生剪切流动，导致纳米微球在靠近所述型腔表面的位置有序排列，产生明显的结构色。

【技术特征摘要】
1.一种复合光学材料压力成型制备方法，所述光学材料为聚合物芯-壳结构纳米微球，所述光学材料进入型腔内，通过使所述光学材料发生流动进而使所述光学材料相对于所述型腔的限制面发生剪切流动，导致纳米微球在靠近所述型腔表面的位置有序排列，产生明显的结构色。2.根据权利要求1所述的复合光学材料压力成型制备方法，其特征在于：所述聚合物芯-壳结构纳米微球为粉体或块状材料。3.根据权利要求1所述的复合光学材料压力成型制备方法，其特征在于：所述光学材料在接近限制面的0-2微米厚度内剪切速率要超过0.5s-1。4.根据权利要求1所述的复合光学材料压力成型制备方法，其特征在于：使所述光学材料发生流动的方式为：通过在所述型腔的开放的一端不断输送所述光学材料使所述材料填充所述型腔的情况下形成压力，迫使所述光学材料向所述型腔的另一开放端或所述型腔内部未填充的空隙流动。5.根据权利要求4所述的复合光学材料压力成型制备方法，其特征在于：所述型腔为成型模具，将所述光学材料放入挤出机经过挤压密实后直接或者通过增压设备挤入成型模具，所述成...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵其斌，克里斯蒂安·杰哈德·西弗，
申请(专利权)人：赵其斌，
类型：发明
国别省市：广东;44