有机高分子复合纳米氧化锆硬壳的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种有机高分子复合纳米氧化锆硬壳的制备方法及其采用该有机高分子复合纳米氧化锆硬壳的制备方法制造手机外壳的应用。该制备方法是用有机物高分子与表面改性剂改性的四方相氧化锆纳米粉体密炼后注射成型为外壳毛坯，将外壳毛坯在超声波空化作用下使其表面氧化锆发生马氏体相变，四方相氧化锆转变为单斜相氧化锆，氧化锆晶粒体积膨胀，对内部产生压应力，提高外壳件的强度，并且表面陶瓷组分占比增加，表面硬度增加。该技术方案解决了烧结陶瓷外壳，偏重、成本高，脱脂烧结耗能环境不友好的问题；解决了有机高分子外壳不耐磨，表面硬度不佳的问题。

Preparation and application of organic polymer composite nanoscale zirconia hard shell

The invention provides a preparation method of the organic polymer composite nano zirconia hard shell and the application of the preparation method of the organic polymer composite nano zirconia hard shell for making the mobile phone shell. The preparation method is to use organic polymer and surface modified tetragonal zirconia nano powder mixing after injection molding shell blank, blank shell in ultrasonic cavitation on the surface of zirconia martensitetransformation tetragonal zirconia into monoclinic zirconia, zirconium oxide the grain volume expansion, compression of the internal stress, improve the strength of shell, and the surface of the ceramic components accounted for the increase, the surface hardness increased. The technical scheme solves the problem of high cost and high energy consumption in the sinter ceramic shell, and is not friendly in the energy consumption environment of the degreasing and sintering, and solves the problem that the surface of the organic polymer shell is not wearable and the surface hardness is not good.

【技术实现步骤摘要】
有机高分子复合纳米氧化锆硬壳的制备方法及其应用
本专利技术涉及结构件制备领域，特别涉及有机高分子复合纳米氧化锆硬壳的制备方法及其应用。
技术介绍
随着手机等消费电子的迅猛发展，消费电子的外壳(背板)等结构件取得了长足的进步，也遇到新的问题。特别是未来5G时代对消费电子外壳(背板)的材质提出了更苛刻的要求。传统金属由于其屏蔽效果，对天线设计带来巨大的挑战，其将不能用于5G外壳(背板)的制造，而塑料其先天的低强度、不耐磨限制了其在大尺寸屏幕、超薄领域的应用，另外随着消费审美的提高，传统单一的金属外壳和塑料材质的外壳(背板)也将难以打动消费者。申请号为201510940002.3的专利中报道采用氧化锆粉体与粘结剂密炼注射成型后烧结的方法制备消费类电子领域的手机外壳，该方案利用了ZrO2陶瓷具有良好的硬度、高抗磨性，但是制备手机外壳也有以下缺点：1)陶瓷的韧性不佳，制备的手机外壳容易破裂；2)ZrO2陶瓷的密度高达6.1g/cm3，手机外壳的制件质量偏大，不利于消费类电子的轻薄化发展。另一方面申请号为201510940002.3的专利指出采用PC与无机碳化硅粉混合的方式制备耐磨的手机外壳，该方案可以提高PC树脂的耐磨性能。但其采用单一的混合原料导致为了达到结构件的抗摔性和材料本身有机物与无机粉之间的结合强度，加入的碳化硅粉仅为10～40份，耐磨性能提高有限；另外该技术方案中未公开制备方法，导致根据现有技术实施困难。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种有机高分子复合纳米氧化锆硬壳的制备方法及其应用。该方案用有机物高分子与四方相氧化锆纳米粉体注射成型外壳毛坯后在超声波空化作用下表面氧化锆发生四方相向单斜相转变氧化锆晶粒体积膨胀对内部形成压应力，同时提高了外壳件的强度和硬度。为实现上述目的，本专利技术采用如下之技术方案：一种有机高分子复合纳米氧化锆复合硬壳的制备方法，包括以下步骤：a)使用表面改性剂将纳米氧化锆粉体表面改性处理；b)按重量百分比25％～40％称取有机高分子材料，称取重量百分比60％～75％的步骤a)得到的纳米氧化锆粉体，将有机高分子材料和纳米氧化锆粉体加入密炼机中密炼得到喂料；c)将经步骤b)得到的喂料注射成型外壳毛坯；d)将经步骤c)得到外壳毛坯在超声波空化作用下处理；优选的，纳米氧化锆粉体的粒径D50为10nm～200nm。优选的，超声波频率为40KHz～60KHz，功率为2400w～3600w，时间为1h～8h。优选的，纳米氧化锆粉体中四方相占比大于95％。优选的，有机高分子材料为聚苯硫醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚醚醚酮和聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚砜、液晶高分子聚合物中的一种。优选的，表面改性剂为硅烷偶联剂或硬脂酸，其中表面改性剂的质量占纳米氧化锆粉体为0.3％～1％，改性方法为湿法球磨改性。优选的，硅烷偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和β-(3，4-环氧环己基乙基)三甲氧基硅烷中的一种。优选的，密炼为负压密炼，密炼机中负压为-0.05MPa～-0.08MPa，密炼温度为185℃～340℃，密炼时间为1h～4h。优选的，注塑温度为190℃～350℃，注塑前模腔内为负压状态，负压为-0.07MPa～-0.09MPa。一种有机高分子材料与纳米氧化锆复合的手机外壳，使用上述的有机高分子复合纳米氧化锆复合硬壳的制备方法制造得到。本专利技术的有益效果：本专利技术提供一种有机高分子复合纳米氧化锆硬壳的制备方法及其采用该有机高分子复合纳米氧化锆硬壳的制备方法制造手机外壳的应用。该制备方法是用有机物高分子与表面改性剂改性的四方相氧化锆纳米粉体密炼后注射成型为外壳毛坯，将外壳毛坯在超声波空化作用下使其表面氧化锆发生马氏体相变，从四方相向单斜相转变从而氧化锆晶粒体积膨胀对内部形成压应力，提高了外壳件的强度，表面陶瓷组分占比面积增加，提高表面硬度。该技术方案解决了烧结陶瓷外壳，偏重、成本高，脱脂烧结耗能环境不友好的问题；解决了有机高分子外壳不耐磨，表面硬度不佳的问题。附图说明图1为有机高分子复合纳米氧化锆硬壳的制备方法示意图。具体实施方式下面对本专利技术作进一步详细描述，其中所用到原料和设备均为市售，没有特别要求。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。一种有机-无机纳米粉体复合耐磨外壳的制备方法，按以下步骤制备：a)使用表面改性剂包裹改性纳米氧化锆粉体表面。在本实例中优选的纳米氧化锆粉体为中值粒径D50在10nm～200nm范围内的四方相含量大于95％的氧化锆粉体，其中对氧化锆粉体的改性剂并无直接要求。在本实施例中使用重量百分比占氧化锆的0.3％～1％的表面改性剂改性包裹氧化锆粉体，使氧化锆粉体表面能降低，易于与有机高分子材料粘结，为表面改性剂包裹更均匀，优选的改性工艺为湿法球磨，溶剂选用乙醇或者去离子水。其中，表面改性剂优选为硬脂酸、硬脂酸铵、硅烷偶联剂中一种或两种组合，在本实例中优选为一种。更优选的在本实施例中硅烷偶联剂采用γ―氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和β-(3，4-环氧环己基乙基)三甲氧基硅烷中一种。b)按重量百分比25％～40％称取有机高分子材料，称取重量百分比60％～75％的步骤a)得到的纳米氧化锆粉体，将有机高分子材料和纳米氧化锆粉体加入密炼机中密炼得到喂料。在本实例中为了减少密炼过程中空气和分解有机物气体夹杂在喂料中，将密炼腔体设置为负压状态，其中采用真空泵将密炼机腔体抽至负压为-0.05MPa～-0.08MPa。在本实例中，有机高分子材料为聚苯硫醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚醚醚酮和聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚砜和液晶高分子聚合物中的一种，密炼过程中根据材料不同，设定密炼温度为185℃～340℃，密炼时间为1h～4h。c)将经步骤b)密炼得到的喂料加入注塑机中，将模具的模腔使用与其相连的真空泵抽至负压后，再将融化的喂料注射到模腔中冷却得到外壳毛坯。在本实例中注塑温度为190℃～350℃，注射前模具模腔内负压为-0.07MPa～-0.09MPa，在150MPa～200MPa注塑压力下注射成型，然后再根据材料于外壳大小厚度的不同优选的保压时间1s～40s之间。d)将经步骤c)得到外壳毛坯在超声波空化作用下处理使外壳表面氧化锆发生马氏体相变，从四方相向单斜相转变从而氧化锆晶粒体积膨胀对内部形成压应力，提高了外壳件的强度和表面硬度。在本实施例中为了更好实现超声波空化效果，选用的超声波频率为40KHz～60KHz，功率为2400w～3600w，时间为1h～8h。在本实例中，为了使外壳有高光的美观效果，将超声空化后的外壳表面采用柔性抛光设备将其表面抛光至高光。一种高光高硬的有机高分子材料与纳米氧化锆复合的手机外壳，使用上述实例中的有机高分子复合纳米氧化锆复合硬壳的制备方法制造得到。以下是本专利技术的实施例：实施例1称取200g硬脂酸加入带有氧化锆球的搅拌磨中，再加入7kg乙醇，然后称取20kg中值粒径D50为10nm的ZrO2(四方相的含量99.5％)加入搅拌磨中搅拌1.5h后在烘箱中烘干得到硬本文档来自技高网...

【技术保护点】
有机高分子复合纳米氧化锆硬壳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a)使用表面改性剂将纳米氧化锆粉体表面改性处理；b)按重量百分比25％～40％称取有机高分子材料，称取重量百分比60％～75％的步骤a)得到的纳米氧化锆粉体，将有机高分子材料和纳米氧化锆粉体加入密炼机中密炼得到喂料；c)将经步骤b)得到的喂料注射成型外壳毛坯；d)将经步骤c)得到外壳毛坯在超声波空化作用下处理。

【技术特征摘要】
1.有机高分子复合纳米氧化锆硬壳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a)使用表面改性剂将纳米氧化锆粉体表面改性处理；b)按重量百分比25％～40％称取有机高分子材料，称取重量百分比60％～75％的步骤a)得到的纳米氧化锆粉体，将有机高分子材料和纳米氧化锆粉体加入密炼机中密炼得到喂料；c)将经步骤b)得到的喂料注射成型外壳毛坯；d)将经步骤c)得到外壳毛坯在超声波空化作用下处理。2.根据权利要求1所述的有机高分子复合纳米氧化锆硬壳的制备方法，其特征在于：纳米氧化锆粉体的粒径D50为10nm～200nm。3.根据权利要求2所述的有机高分子复合纳米氧化锆硬壳的制备方法，其特征在于：超声波频率为40KHz～60KHz，功率为2400w～3600w，时间为1h～8h。4.根据权利要求3所述的有机高分子复合纳米氧化锆硬壳的制备方法，其特征在于：纳米氧化锆粉体中四方相占比大于95％。5.根据权利要求4所述的有机高分子复合纳米氧化锆硬壳的制备方法，其特征在于：有机高分子材料为聚苯硫醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚醚醚酮和...

【专利技术属性】
技术研发人员：周涛，
申请(专利权)人：南通通州湾新材料科技有限公司，周涛，
类型：发明
国别省市：江苏,32