[发明专利]包含纳米级粉末的复合材料和该复合材料的用途

说明书

本发明涉及一种复合材料(Verbundmaterial)，其包含至少一种基础材料和分布(verteilte)在该基础材料中的至少一种填料粉末混合物，这里该填料粉末混合物包含填料粉末级分和至少一种另外的填料粉末级分，该填料粉末级分具有选自1μm-100μm的平均粉末粒径(D₅₀)，并且该填料粉末混合物在该复合材料中的总填料份额(填充度)高于50重量%。除了该复合材料之外，还给出了该复合材料的用途。

该复合材料是例如硬塑料铸型树脂体系(Duroplast-Gieβharz-system)，例如其被用于电气工程中，来生产高品质复合材料(例如绝缘和结构材料(Konstruktionswerkstoff))。借助该铸型树脂体系的填料，调节所形成的复合材料的电学、机械和热性能。这样的性能是例如该复合材料的导热性，线性热膨胀系数，E模量或者断裂韧性。同样地，可以控制该复合材料固化过程中的所释放的反应焓。

这些性能中的一些取决于填充度水平和因此取决于待交联的表面的大小，其是通过填料来引入到复合材料中的。

在处于用微米级填料(平均粒径在μm范围中的填料)填充的聚合物材料形式的复合材料中，体积效应对复合材料的性能起主要的影响。这特别涉及电性能。界面效应(换句话说，其是由于复合材料和/或复合物料(Verbundwerkstoff)的基础材料与填料之间的界面而出现的效应)仅仅起次要的作用。

一些令人惊讶的性能变化是在这样的情形中发现的，在这样的情形中，界面效应获得了比体积效应更大的重要性。这因此是这样的情况，即，使用了具有大的粉末比表面积的细填料粉末。

为了在宽的范围内改变复合材料和因此的复合物料的性能，因此已经尝试了除了高体积份额之外，还使用尽可能细的填料颗粒。但是，在处于铸型树脂体系形式的填充的复合材料的情况中，作为使用细填料粉末的结果，粘度比使用粗的单峰填料粉末的铸型树脂体系(在具有几乎相同的填料的体积份额情况下)明显升高。但是，铸型树脂体系是有问题的，因为这种类型的体系在生产和加工过程中的任何时间点应当是可流动的。这意味着铸型树脂体系应当是低粘度的，因此该体系在不施加压力的情况下流动。

所述的粘度升高可以通过提高该铸型树脂体系的加工温度或者通过使用添加剂来实现，这提高了该铸型树脂体系的流动性。两种解决方案包括了在铸型树脂体系的加工性(例如加工窗)方面的不期望的局限和它的加工方法的价格提高。同样地，填充度的降低将会抵消通过使用细填料颗粒带来的粘度升高。但是，这在所形成的复合材料性能中尽可能宽的变化宽度方面是不令人期望的。

公开文献WO03/072646A描述了一种高填充的、但是仍然可流动的复合材料，其由用填料填充的铸型树脂体系组成。该铸型树脂体系的基础材料是例如基于环氧化物的铸型树脂，该铸型树脂为树脂和固化剂的混合物形式。该填料是由细的，中等粗和粗填料粉末级分制成的填料粉末混合物。该细填料粉末级分由具有1μm-10μm范围的平均粉末粒径的粉末颗粒组成。该中等粗和粗的粉末颗粒级分的平均粉末粒径选自10μm-100μm的范围和选自100μm-1000μm的范围。

使用具有不同粒度分布(填料粉末混合物，具有多峰粒度分布)的多种有意相互匹配填料级分能够将填充度提高大约10重量%和同时使得细填料粉末级分份额增加的程度较小，同时保持浇注材料的粘度水平。

但是，这里还需要精确遵循具有不同粒度分布的填料级分的优化的数量比例，例如通过模拟来测算。在实践中，由于它们不同的沉降行为和不同的传送行为，带有粉末状添加剂的这样精确的混合比仅仅使用困难的和显著的技术耗费才能实现。

本发明的目标是提供一种复合材料，使用其能够实现高填料含量，同时用比现有技术更少的耗费来将该复合材料的粘度保持较低。

为了实现该目标，提供了一种复合材料，其包含至少一种基础材料和分布在该基础材料中的至少一种填料粉末混合物，并且该填料粉末混合物包含填料粉末级分和至少一种另外的填料粉末级分，该填料粉末级分具有选自1μm-100μm范围的平均粉末粒径，并且该填料粉末混合物在复合材料中的总填料份额高于50重量%。该复合材料的特征在于该另外的填料粉末级分具有选自1mm-100nm范围的另外的平均粉末粒径，并且该另外的填料粉末级分在填料粉末混合物中的份额选自0.1重量%-50重量%的范围。

该复合材料是由基础材料和填料制成的颗粒复合物。该基础材料代表了基质，在其中分布着填料和/或填料粉末混合物的填料颗粒。该填料颗粒的均匀分布在该基础材料中。