形成复合材料的方法技术

一种生产复合材料的方法，包括以下步骤：向模具中嵌入预先选定量的预先形成的泡沫粒子，并且向所述模具注入基体组合物，由此所述基体组合物绕粒子流动，形成基体组合物中包裹有泡沫粒子的复合材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种，具体来说，本专利技术涉及一种形 成包含泡沫粒子的轻质复合材料的方法，虽然本专利技术的范围并非必须限定 于此。
技术介绍
塑料材料可用于制造范围很广的产品。各种各样的制造方法扩大了塑 料材料的可用性，塑料材料作为替代材料可用在以前由金属生产的产品， 如机动车或白色家电板材。尤其是，塑料材料可以具有高强度的品质，还 具有韧性好、生产成本低以及重量轻的特性。为了降低生产成本及控制塑料材料所制造部件的机械性能，已将填料 加入塑料材料中。许多填充塑料部件都加入轻质填料。诸如聚苯乙烯泡沫 的便宜的轻质填料己用于形成复合材料，该复合材料具有轻质、比聚结的 发泡产品更坚固、并且具有改进特性的改进的性能。诸如发泡粒子的各种轻质填料可以赋予其生产制品以减震特性或降噪 特性。例如，聚苯乙烯发泡球在模具中发泡，以形成具有良好减震特性的 聚结部件。包裹在壳中的这种产品随后被施用在聚结的泡沫球，用于形成 自行车头盔等。这样形成的部件可用于诸如抗震包装、降噪等的其它应用。 虽然能提供了良好的减震性能，但这些材料一般不能提供所要求的韧性或 强度，因为发泡粒子聚结在一起时不能提供高强度的产品，它们很容易破 裂。生产这种产品的其它技术涉及聚苯乙烯珠粒在注塑机模具中的发泡。 聚苯乙烯发泡粒子在基体材料注塑前在模具中形成有可能导致不均匀的产 品，因为发泡聚苯乙烯粒子的密度会随着模具中的条件、聚苯乙烯珠粒的来源和类型及其它因素而变化。发泡密度的范围可以是10-100g/L。以前的方法设法通过聚苯乙烯珠粒(发泡粒子的前体)引入模具中，然后 施加蒸汽使珠粒发泡成泡沬粒子以形成这种产品。这些粒子必须在用塑料 材料填充模具之前现场干燥，以形成要求的复合材料。粗产品的发泡往往 不可预测，从而导致这种复合材料的质量波动，使用不同批次的粗产品时， 部件的质量不可重复。此外， 一旦粗产品进行了发泡就必须将其干燥，然 后才能将基材或基体引入模具中形成制成品。该方法带有一些缺点，因为使用蒸汽发泡粗产品会促进气泡形成，从而成为气穴(airpocket)，这会在制成品中产生空腔。此外，由于要求将塑料 材料迅速引入模具中，湍流会进一步促进气泡的形成，从而使形成空腔的 问题变得更加严重。该方法复杂、耗时、并且消耗大量的能源，其包括多个步骤，需施加 压力在模具中形成材料，并且会导致产品质量的变化，以及容易含有孔。我们现在设计了一种新的方法，其可以简便地形成质量均匀的具有要 求特性的颗粒复合材料。该方法可极大地改进上述问题，或至少可以为用 户提供可用的商业选择。
技术实现思路
根据本专利技术的第一实施方案，提供了一种生产复合材料的方法，其包 括以下步骤向模具中嵌入预先选定量的预先形成的泡沫粒子，并且向所 述模具中注入基体组合物，由此所述基体组合物绕粒子流动，形成基体组 合物中包裹有泡沫粒子的复合材料。向模具中注入预先选定量的预先形成的泡沫粒子，并且向所述模具注 入基体组合物，由此使所述基体组合物在粒子周围流动，形成基体组合物 中包裹有泡沬粒子的复合材料。根据本专利技术的第二个宽泛形式的方案，提供了一种由上述方法形成的 复合泡沫材料。本专利技术的方法涉及预先形成的粒子，将其按要求的量加入模具中，并 且用基体组合物填充模具，使基体组合物填充在粒子的缝隙之间以将其包裹，并且优选缓慢地以基本上层流的速度填充模具，由此限制气泡的形成， 以及基本上填充满模具，以减少气隙和收縮。泡沫粒子可以是用另外的方法由晶体或珠粒发泡而预先形成的聚苯乙 烯珠粒。通过使用预先形成的泡沫粒子，可以在用所述粒子填充模具前使 泡沫粒子的密度偏差得到满足，从而导致更加均匀的产品。我们发现，虽 然预发泡粒子的材料处理比未发泡的珠粒更加复杂，但是，根据本专利技术而 生产的部件的改进的性能使得本方法与以前所用方法相比有很大的改善。 为了改变成形物体所要求的特性，可以通过改变加入模具中的粒子的量来 改变复合材料中聚苯乙烯的密度。因此，举例来说，包括20体积％聚苯乙烯粒子的复合材料会比包括80体积％聚苯乙烯粒子的复合材料具有更高的抗冲强度，但具有更低的隔离性能。本领域技术人员可以理解，其它发泡粒子如聚氨酯、聚丙烯或其它合 适的发泡材料也可用于形成泡沫粒子。优选泡沫粒子为发泡泡沫球的形式。还可对泡沫粒子进行着色，这样粒子和基体就可以有和谐或对比的颜 色，当材料被切割、磨损或以任何方式受损时可以产生美学观感。这样， 形成的物体可以承受冲击，但不会损害物体的美学观感。基体组合物优选在模具周边产生整体的壳，这样可以使粒子包含或夹 在形成模制产品周边的壳之间。希望不拘泥于理论，据信基体在模具周边 的流动促使发泡粒子离开模具，并使基体形成周边的壳。在本专利技术的一个 实施方案中，壳的聚合物可以在基体周围注塑成形而形成壳。基体可以由任何合适的塑料材料形成，如聚乙烯、聚氨酯、聚氨酯弹性体、酚醛聚合物或发泡PIR。优选基体具有高抗冲性能，以保持复合材料的冲击强度。填充颗粒材料的轻质和良好的隔离特性使塑料的强度完整性得到补充。本专利技术的复合泡沫材料可以包括多种另外的组分。所述复合材料可以 包括颜料、增塑剂、增强剂和填料等。本专利技术的复合泡沬材料可以包括回 收材料，如碎粉料。例如，在聚氨酯基体中，碎粉的聚氨酯或如来自废旧 轮胎的橡胶碎粉可以加入聚氨酯基体中，以便改善发泡复合体的机械性能 或降低成本。诸如短切纤维的增强材料也可加入复合泡沫材料中，以提供 所要求的机械性能。可以使用与复合泡沫材料相容的添加剂，如填料和增 强剂。发泡粒子可以通过多种便利的方法加入模具中，优选为通过文丘里系 统。文丘里系统产生真空，可将轻质粒子吸入模具中。对于每个模具，抽 气的时间选择可调节到对应于模具内具体的粒子量或粒子体积百分数。因 此，对于每个模具，真空的时间选择可以根据要求的粒子量占模具的体积 百分数来进行标定。例如，可以要求标定五种设置，每种对应于对模具填 充20%的粒子时的时间选择。基体可以与粒子同时注入，或者随后注入。当基体为诸如聚氨酯的热 固性聚合物时，基体可以以单体的形式注入，并且在施加外部压力的同时 将催化剂加入模具中。复合材料的均匀性带来的好处是可以将所要求的模具内的压力减少至250psi，相比之下，单独用聚氨酯制备所述物体吋要求 的压力更高。此外，复合材料的优势在于其生产产品的重量可以是用固体 聚氨酯生产的相似产品重量的十分之一或更低。预先形成的泡沫粒子可以单独注入模具中，或与基体组合物整体注入。 在本专利技术的一种形式中，预先形成的泡沫粒子可以与基体组合物一起注入 模具中。在一个实施方案中，预先形成的泡沫粒子可以与基体组合物进行 预混合，然后注入模具中。在该实施方案中，预先形成的泡沫粒子通过料 斗进料到挤出机的螺块(flight)中，而所述基体组合物也在加入预先形成的泡 沬粒子的下游注入挤出机。当基体组合物为热固性聚合物时，单体和催化 剂可单独注入挤出机，或者在注入挤出机之前混合。我们发现，有利的是 将预先形成的泡沫粒子与基体组合物进行预先混合，尤其当基体组合物为 聚氨酯时，因为这样可以使预混组分能够很快加入模具中，使得模具可在 单体与催化剂发生反应前密封。我们发现这样可以对模具进行更好的装填， 并可以提供密度更加均匀一致的产品。当基体组合物为聚氨酯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备复合材料的方法，其包括以下步骤：向模具中嵌入预先选定量的预先形成的泡沫粒子，并且向所述模具中注入基体组合物，由此所述基体组合物绕所述粒子流动，形成基体组合物中包裹有泡沫粒子的复合材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克克沃维利尔斯，
申请(专利权)人：太平洋战略咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]