[发明专利]功能梯度聚合物制品及其制备方法

说明书

技术领域

本公开涉及功能梯度聚合物(functionallygradedpolymer)材料以及制造功能梯度聚合物制品的方法。

背景技术

功能梯度材料表征为材料的组成和结构随体积而改变。传统上，制备功能梯度材料的方法已经限于以下制造技术，如多孔材料用功能性纳米颗粒浸渍、通过电泳沉积(EPD)形成有机/无机纳米结构的涂层、金属基质复合材料(MMC)的电沉积、化学气相沉积以及功能梯度热阻挡层(TGMTBC)涂层、材料的电场辅助加工以及用于热固性和热塑性粘合剂的分配系统(仅举几个例子)。然而，这些方法通常较慢并且成本较高。

因此，期望开发用于制造高效且经济的功能梯度聚合物制品的方法。

发明内容

本文公开了制造功能梯度聚合物制品的方法以及由其制造的制品。

在一个实施方式中，一种制造功能梯度制品的方法，可以包括：制备包含热塑性聚合物和磁性填料的熔融聚合物混合物，其中，磁性填料分散于热塑性聚合物中；模制熔融聚合物混合物；以及将磁场施加至部分的熔融聚合物混合物以形成功能梯度制品，其中，功能梯度制品具有磁性填料梯度。

在另一实施方式中，制造功能梯度制品的方法可以包括：改性磁性填料；制备包含热塑性聚合物和改性的磁性填料的熔融聚合物混合物，其中，磁性填料分散于热塑性聚合物中；模制熔融聚合物混合物；以及将磁场施加至部分的熔融聚合物混合物以形成功能梯度制品，其中，功能梯度制品具有磁性填料梯度。

在以下更具体地描述这些以及其它的特征和特性。

附图说明

以下是附图的简要说明，其中，相同的元件标号相同，并且提供附图用于说明本文公开的示例性实施方式的目的而不是限制其的目的。

图1示出了示例性的电磁感应机理以及聚合物基质中的磁性填料的梯度。

图2是示出了施加磁场后，聚乙烯丙酮(PVA)糊料中移动的钢颗粒的排列的图。

图3是示出了铝模具中铸造的模制聚合物的部分的图。

图4是示出了在具有围绕磁体的磁性填料的环形带的模制的聚丙烯样品中的Alnico罐磁体(potmagnet)的示例性位置的图。

图5是示出了在具有围绕磁体的磁性填料的环形带的模制聚对苯二甲酸丁二酯样品中的Alnico罐磁体的示例性位置的图。

图6是示出了相对于磁体的位置的聚合物样品1和样品2的位置的图。

图7是包含钢填料的模制聚合物的图，示出了区域1、区域2和区域3，通过光学显微镜对其分析以确定钢填料的局部浓度。

图8是示出了存在于每个区域1、2和3中的钢填料的浓度的图。

具体实施方式

在各种实施方式中，本文公开的是制造功能梯度聚合物材料的方法。

如本文所描述的，功能梯度聚合物是指具有聚合物基质的材料并且其通过聚合物基质的体积在组成和/或显微结构中表现出空间变化。功能梯度聚合物的结构导致性能(例如，热、机械、化学、功能、视觉特性或包括前述中至少一种的组合)连续或离散地改变。功能梯度材料是用于包括从航天飞机的热结构到切割工具插件的范围的极端热梯度的应用的理想的候选物。

用于制备功能梯度聚合物材料的方法可以包括磁性的或者可以受磁场影响的填料的梯度。功能梯度聚合物材料可以通过制备包含热塑性聚合物和分散于聚合物中的磁性填料的熔融聚合物混合物，模制熔融聚合物混合物，随后将磁场施加至部分的熔融聚合物混合物而形成。

可以在关键的部分(strategicportion)施加磁场，例如有助于在聚合物基质的局部位置形成填料梯度的熔融聚合物混合物的位置。磁场改变了熔融聚合物中的磁性填料的分布以聚集(浓缩，concentrate)聚合物基质的选择区域中的磁性填料。基于磁场的放置，功能梯度聚合物混合物中的梯度的位置可以改变。以这种方式，功能梯度聚合物材料可以由单一的，均匀的聚合物混合物制备。

本文公开的磁场是除了由地球的磁场产生的那些之外。通常，磁场是磁体、电流或变化的电场范围内的区域，其中，观察到磁力。磁场强度(magneticfieldstrength)或磁场强度(magneticfieldintensity)，对应于围绕磁体的磁场线(例如，磁力线)的密度。磁通量是指穿透给定材料的磁场线的总数，而磁通量密度是指以直角穿过给定区域的平面的磁力线的数量。通量密度等于磁场强度乘以其中存在磁场的区域的磁导率。