[发明专利]一种粉末注射成形用粘结剂和喂料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种粉末注射成形用粘结剂和喂料的制备方法。

背景技术

碳纳米管以其独特的结构和性能，有望成为最具前景的复合材料增强相。在制备碳纳米管增强金属基复合材料的过程中，碳纳米管在基体中的分散性和两相的相容性是两个关键的问题。因为碳纳米管与碳纤维一样与大多数金属不润湿，所以很难在碳纳米管与金属基体之间形成牢固的结合界面，从而影响了碳纳米管增强效果的发挥。采用机械或借助溶剂等比较简单的混合方法，两者之间尺寸和比重的差异将导致碳纳米管团聚和偏聚难以避免；对碳纳米管进行改性，如Cu、Ni等对碳纳米管表面包覆，但由于直径仅为纳米级，在其表面进行金属层镀覆难以达到均匀、致密，而大规模的镀覆更难保证包覆层连续和致密。为了克服这个问题，人们提出了一些新的复合方法，韩国科学家通过对碳纳米管的功能化，利用液相与铜离子复合，还原后采用等离子体火焰烧结工艺，杨氏模量提高了两倍。我们课题组对解决这个问题也有较大的突破，采用静电组装方法通过液相预先合成微米级的碳纳米管-铜复合颗粒。碳纳米管被“锁”在复合颗粒中，可极大地减少烧结过程中的偏聚；以此为原始粉末，在模具中热压成型，再经热轧，得到碳纳米管分布均匀的块体材料。不难看出，这些方法均对碳纳米管进行了功能化修饰，与基体具有良好的润湿性。然而。对纳米级尺寸的碳纳米管进行功能化处理是一个繁琐的工作，一般需要经过普通的酸洗纯化处理后再进行深度化学或物理修饰，即昂贵又耗时，难以实现规模化生产。

利用熔渗法来制备碳纳米管增强金属基复合材料也是人们探索的技术路径，其思路是把碳增强体事先分散于有机物中，通过热处理获得碳纳米管三维网络骨架结构的多孔预制件，将高温熔融态金属压入碳增强体预制件中。这种方法所获得复合材料中碳纳米管的分散和均匀分布的问题较容易解决，且碳纳米管的体积含量也可以达20%以上，但这种方法对两相的浸润性要求很高，液体金属的渗透难以充分和完全，孔洞较多，致密度难以提高。

发明内容

本发明解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺陷, 提供一种通过粉末注射成形方法制备碳纳米管增强金属基复合材料所需要的粘结剂及其喂料的制备方法。这种粘结剂利用中密度聚乙烯作具有较高粘度的聚合物作为混合介质，预先与碳纳米管充分分散混合，借助聚合物熔体流动时的剪切和拉伸作用，实现碳纳米管和金属粉末大范围均匀分散和锚固。

本发明的技术方案之一是，提供一种粉末注射成形用粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按质量比为1︰5~20︰0.1~0.6的比例分别称取碳纳米管、石蜡与油酸，将石蜡加热至熔融后加入碳纳米管与油酸，保持温度为80~85℃条件下超声并搅拌0.5~1.5h，使碳纳米管分散均匀；然后迅速冷却至凝固，得到复合固态石蜡；

(2)将得到的复合固态石蜡切碎，按质量份，将30~40份切碎的复合固态石蜡加入混炼机，混炼后，加入12-18份中密度聚乙烯，待中密度聚乙烯溶解后加入2~3份表面活性剂，再经混炼，得到粘结剂。

进一步地，所述碳纳米管的直径为10~30nm，长度为5~50μm。

进一步地，所述的表面活性剂为硬脂酸、硬脂酸丁酯和/或硬脂酸辛酯。

进一步地，所述步骤(2)的具体过程如下：将得到的复合固态石蜡切碎，按质量份，将30~40份切碎的复合固态石蜡加入混炼机，在转速为25~30r/min、温度为80~85℃条件下混炼20~40min；将混炼机的温度调至140~150℃后，加入15份中密度聚乙烯，待中密度聚乙烯溶解后将转速调至40~50r/min，加入2.5份表面活性剂，混炼40~80min，得到粘结剂。

本发明又一技术方案是，提供一种粉末注射成形用喂料的制备方法，将上述制备方法获得的粘结剂与金属粉末混炼，再经挤出造粒，得到喂料。

进一步地，所述金属粉末为球形，粒径为0.5~3μm。

进一步地，所述金属粉末为铜粉或镍粉。

进一步地，所述粘结剂与金属粉末的质量比为1︰4~6。

进一步地，所述粘结剂与金属粉末混炼的温度为150~160℃，所述挤出的温度为175~185℃。