含金属添加剂的固体可流动聚合物制造技术

一种导热性可流动颗粒状聚合物－金属混合物，特别适用作为在一种高压、高温模塑方法中的加压介质。该材料包含２０～９０％固体可流动的颗粒状硅橡胶，它在室温和施加１０．３４ＭＰａ压力作用下，通过一根直径１．１ｃｍ，长为７．６ｃｍ的管子时的标称流速至少为０．６ｇ／ｓ。该材料还包含１０～８０％导热金属颗粒，其烷点低于模塑温度，并与上述的硅橡胶在化学性质上基本上是相容的。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及模塑组合物，特别是一种能在加压条件下用于模塑制品的组合物。复合材料目前受到极大关注，因为它们可提供高强度与低密度十分良好的结合。通常，复合材料是由碳纤维、硼纤维、玻璃纤维等嵌埋在环氧、酚醛或其它聚合物树脂基体中而组成。更高性能的复合材料有着特别高的比强度(强度与密度之比)性能，对航天应用特别有吸引力。但是其它典型的高性能航天材料都存在着一定的加工困难性;它们不能仅靠简单地把纤维和树脂铺叠起来，通过室温固化来制得制品。航天复合材料不仅包含有难以成型加工的树脂，而且经常要求必须制得基本上无缺陷的制品。因此，航天复合材料通常是在实际加压的条件下于高温下固化模塑而成的。一种模塑方法(压力衬垫模塑法)，采用高度热膨胀的硅橡胶作成型衬垫。将未固化的预浸料坯放进相邻连接的衬垫之间的空间里，整个组合件被放进一个紧密装填的密闭金属容器之中。然后，该容器和包含的组合件被加热升温，既固化制品又使橡胶膨胀，以便在制品固化期间对它施加压力。压力衬垫也被称为受限制的橡胶模具。在受限制的橡胶模具中经常要求有高的导热性。提高导热性允许在加压期间更快加热制品。通常采用铝粉，因为它有良好的导热性，密度低，价格便宜。但是加进金属添加剂减小在混合料中的聚合物量，因而降低了热膨胀能力。金属添加剂也提高了模具用橡胶的硬度，降低了在加压下它对不规则形状制品的可塑性。虽然已经采用若干种模塑方法在高温和加压下模塑复合材料(例如，压缩模塑、利用柔性袋或压力容器的等压加压模塑、压力衬垫模塑)，但这些方法都存在一些问题(例如气袋泄漏)。因此，一直在寻找复合材料的新模塑方法，即使在加压物质和制品之间的隔离层存在少量的漏洞，也不致丧失压力。本专利公开涉及一种可流动的颗粒状聚合物金属混合物，它能导热，特别适用于高压、高温的模塑过程作为加压介质。该材料包含一种基本上均匀的混合物，有20～90%固体可流动的颗粒状硅橡胶，这种硅橡胶在室温和在10.34MPa压力作用下，通过一根直径1.1cm，长为7.6cm的管子时的标称流动速度至少为0.6g/s。该材料还包含10～80%导热性金属颗粒，其熔点小于将采用的模塑温度，并且它基本上可与上述硅橡胶化学相容。本专利技术的另一方面涉及一种模塑方法，即使用一种加压介质，借助于其中的金属颗粒传热给制品前体，在高温下把制品前体模塑成制品。该方法是把制品前体放进压力容器中，以基本上均匀的混合物充分地填充该容器。该混合物包含一种固体可流动的聚合物介质和导热性金属颗粒，金属颗粒的熔点比上述的高温要低，并且它基本上也可与上述聚合物介质化学相容。该混合物被处于等于或高于其金属熔点的温度下，因此对上述制品前体的表面上产生基本上均匀的预定介质压力。本专利技术提供了一种导热而且可流动的加压介质，在模塑
中取得了显著的进步。上述目的和其它的专利技术目的、特征和优点，在说明书、权利要求书以及描述本专利技术的一个实施例的附图中将可明显看清楚。附图表示了完成本专利技术模塑方法的设备的局部剖视透视图，该方法采用加热装置控制聚合物介质金属混合物的温度，也可以采用机械装置(如柱塞)来控制加在待模塑制品上的压力。在本专利技术中使用的特定的聚合物介质金属混合物是本专利技术的一个关键组成部分。它对温度和压力的响应性，结合了它在模塑温度时的流动性和固体的性质，使它能适用于本专利技术。这些性质使介质能对制品前体的表面上产生有利的、基本上均匀的、可控制的压力。在本专利技术典型实施例中，聚合物是一种未填充的硅橡胶颗粒，颗粒大小在美国筛网尺寸-4+30目(4.7～0.42mm)的范围，在69KPa(10psi)压力作用下它充分自可塑地聚集成基本上无空隙的介质。通常，硅橡胶被用作聚合物加压介质。最好是对在美国专利3，843，601(属Bruner)中所描述的橡胶类型的一个改进型。还可参见美国专利4，011，929(属Jeram等人)。这两个专利公开的内容在此列入作为参考。通常较好的材料是带有乙烯基的二甲基硅氧烷聚合物。它们可由通常工业化生产方法进行生产，包括从聚硅氧烷出发利用不同的硫化技术来生产。至今一直应用的较好材料是一种牌号为X5-8017的实验型未充填硅橡胶材料，其原来牌号636081(下文简称8017)，是由道康宁公司(密执安州，密特兰特)生产的。另一种道康宁硅橡胶牌号为93-104，不加有它原有的填料也是可用的(尽管如此以下也简称93-104)。PolygelC-1200硅橡胶(斯托弗化学公司，康涅狄格州，韦斯特浦特)，在美国专利3，843，601(属Bruner)中已描述是必需的材料，据信对本专利技术也是有用的。其它较好的材料是乙烯基甲基硅氧烷-二甲基硅氧烷(VMS-DMS)聚合物，例如在共同转让共同未决专利申请907946号中所描述的道康宁公司的牌号为X5-8026的聚合物(该专利申请的题目为“高温固体可流动的聚合物介质和利用该介质的模塑方法”)，因为它可在高温下使用，例如316℃(600°F)，428℃(900°F)，所以该申请的公开内容在此列入本专利技术作为参考。虽然较好的材料是硅橡胶，但其它具有要求的特性的聚合物材料也可被使用。大多数硅橡胶长期使用时有温度限制，例如通常可达232℃(450°F)。然而，乙烯基甲基硅氧烷型和硅亚苯基型硅氧烷树脂已经试验成功可达482℃(900°F)。填料和其它的掺加物(例如下文所述的金属颗粒)可与介质混合在一起或被包含在介质中，只要能使介质保持基本的行为特性。导热性颗粒添加剂被用来增加聚合物本身内部的传热性以及向待模塑制品的传热性，但不会损伤下文将叙述的聚合物性质，它们是由金属颗粒组成的。所谓“导热性”是指具有金属和合金的典型导热性，它比有机材料大。所谓“颗粒”是指尺寸小于0.5mm的颗粒。这样的颗粒尺寸可使得金属能与聚合物混合得到均匀混合物。由于传热金属分散在整个混合物中，这有利于提高其传热性。金属颗粒尺寸为0.005～0.5mm则最佳。如果颗粒尺寸小于0.005mm，金属颗粒可能倾向于很快氧化。此外，金属颗粒小于或等于聚合物颗粒的平均尺寸则较好，为的是熔融金属可在聚合物颗粒四周流动，并能与其它金属颗粒连结起来。较大尺寸的颗粒将保持分立颗粒的形式，这会降低导热性(与颗粒分散适当时相比较)，因为颗粒间不能互相接触。事实上任何熔点低于制品的模塑温度的金属或组合物(例如合金)都可使用。金属的熔点最好足够低从而可使模塑介质在模塑周期起始阶段以及在温度上升的阶段发生流动。这是至关紧要的，因为模塑期间金属颗粒不应该对聚合物-金属混合物介质产生结构状物，否则将会降低介质的可流动性，如下所述，可流动性对本专利技术是至关紧要的。事实上，在熔融状态时，金属倾向于作为润滑剂在各个聚合物颗粒之间起作用，至少不会阻滞介质流动。较好的合金包含有铅、锡、锌和铋，它实际上可增加介质的可流动性。因而聚合物的传热性得到了改善而又不损伤流动性。通常熔点要低于232℃(450°F)，因为高于此温度，在起始成型阶段和固化阶段，金属将会产生太多的结构物。当然这也将随着模塑制品所要求的模塑温度不同而有所变化。例如，对环氧树脂模塑温度177℃(350°F)，熔点最好低于121℃(250°F)。对聚酰亚树脂在316℃(600°F)或低于此温度固化，金属最好在171℃(340°F)熔融。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种特别适用于一种高压、模塑温度下的模塑方法的聚合物材料，它包括下列组分的实际上是均匀的混合物：ａ）２０～９０％固体可流动的颗粒状硅橡胶，它在室温和施加１０．３４ＭＰａ压力作用下，通过一根直径１．１ｃｍ，长７．６ｃｍ的管子时的标称流动速度至少为０．６ｇ／ｓ；ｂ）１０～８０％的导热性金属颗粒，１）它的熔点低于所述的模塑温度；２）它在化学性质上实际上与所述硅橡胶是相容的。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特V克罗雷，
申请(专利权)人：联合工艺公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]