本發(fā)明屬于工程塑料領(lǐng)域，具體涉及一種可溶金屬高分子復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
在軍工、石油、航天航空等領(lǐng)域有些設(shè)備或部件并不是長期使用，而是實(shí)現(xiàn)完功能后在特定條件下自動消除。采用通常的金屬材料，雖然可以滿足機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電、導(dǎo)熱等需要，但初始加工和后處理比較麻煩，需要的耗費(fèi)大量的人力和物力；如采用通常的高分子材料，雖然可以方便加工，而且后處理也相對容易些，但材料的機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能達(dá)不到金屬材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明開發(fā)一種可以通過注塑或模壓成型的金屬高分子復(fù)合材料，其具有金屬材料的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性，同時具有可溶的特性，在最初階段溶解速度較慢，后期溶解速度加速，可以制備軍工、石油、航天等特殊應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)品。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種可溶金屬高分子復(fù)合材料，由以下重量份的組分制備而成：
高分子樹脂粉末100份；可溶金屬表面處理的碳纖維50-100份；樹枝狀多元醇1-3份；磷酸二氫鈉0.1-1.5份；復(fù)合增韌劑9-14份；硫化鋅0.2-0.5份；二甲基硅油0.5-2份；潤滑劑0.2-0.8份。
所述高分子樹脂粉末是指PLA、PVA、PC、PA、PET、PBT、PMMA、PPO、PPA中的一種或幾種，目數(shù)為80～150目；
所述樹枝狀多元醇分子量≧600，—OH質(zhì)量比≧40％；
所述磷酸二氫鈉為無水結(jié)晶磷酸二氫鈉；
所述復(fù)合增韌劑是由SEPS和SEBS按5:5～6:4的重量比組成，數(shù)均分子量范圍為12萬～18萬，苯乙烯基重量含量為32-36％；
所述二甲基硅油的粘度為200-500cps；
所述潤滑劑為PE蠟。
所述可溶金屬表面處理的碳纖維是由可溶金屬合金與碳纖維粉末通過真空球磨制備而成，可溶金屬表面處理的碳纖維粉末D90粒徑為120～150目。
所述可溶金屬合金是由錫、鎂、鋁、銅、硅、鋅混合熔煉，合金化制得。
所述可溶金屬表面處理的碳纖維的制備方法，包括以下步驟：
1)可溶金屬的制備
a、將錫、鎂、鋁、銅、硅、鋅的金屬粉末加入低速混料機(jī)中混合均勻；
b、混合后的金屬粉末放入真空電磁感應(yīng)熔煉爐中坩堝內(nèi)，升溫至1000℃，待金屬混合熔煉、合金化后，在真空條件下冷卻，即制備出可溶金屬合金；
c、將完全冷卻后可溶金屬合金放入破碎機(jī)粉碎成D90粒徑為1～3mm的金屬粉末；
2)可溶金屬表面處理的碳纖維制備
a、將制備好的可溶金屬粉末放入真空球磨機(jī)中，控制溫度400℃，轉(zhuǎn)速200轉(zhuǎn)/分鐘，磨至粉末顆粒粒徑為50～100μm；
b、加入碳纖維，抽真空后繼續(xù)球磨8小時，待碳纖維和可溶金屬合金粉末完全混合均勻，此時可溶金屬合金完全附著在碳纖維表面，形成表面金屬改性的碳纖維。
所述錫、鎂、鋁、銅、硅、鋅的重量百分比為：錫2～8％，鎂2～10％，鋁80～90％，銅1～5％，硅2～5％，鋅2～10％。
所述的可溶金屬合金和碳纖維的體積比為1:3～1:1。
所述的可溶金屬高分子復(fù)合材料的制備方法，步驟如下：
1)將高分子樹脂粉末、可溶金屬表面處理的碳纖維、樹枝狀多元醇、磷酸二氫鈉、復(fù)合增韌劑、硫化鋅和潤滑劑加入到高混機(jī)中混合均勻，升溫至80℃，加入二甲基硅油，混合3分鐘后降至室溫；
2)將混合均勻的混物料在平行雙螺桿擠出機(jī)中造粒，螺桿組合強(qiáng)剪切，造粒溫度200-300℃，螺桿轉(zhuǎn)速400rpm～600rpm，風(fēng)冷熱切粒，即得復(fù)合材料。
本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明針對相似的應(yīng)用情況開發(fā)了可以用于注塑和模壓成型的可溶金屬高分子復(fù)合材料，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，且在使用完畢后可以溶解在水中，免去了后處理的麻煩，節(jié)省了大量人力和財力。
本發(fā)明制備的可溶金屬高分子復(fù)合材料具有如下特點(diǎn)：1.具有金屬的強(qiáng)度和導(dǎo)電性，有較高的比強(qiáng)度；2.可具有溶解性，在水中該材料可以快速溶解；3.可以在較低的加工溫度下注塑成型和模壓成型；可以用于石油化工、新能源、軍工等特殊要求的領(lǐng)域。
具體實(shí)施方式
以下部分是具體實(shí)施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但以下實(shí)施方式僅僅是對本發(fā)明的進(jìn)一步解釋，不代表本發(fā)明保護(hù)范圍僅限于此，凡是以本發(fā)明的思路所做的等效替換，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍
實(shí)施例1
將20g錫、30g鎂、900g鋁、10g銅、20g硅、20g鋅在低速混料機(jī)中混合均勻，再放入真空電磁感應(yīng)熔煉爐中坩堝內(nèi)，打開電源升溫至1000℃，待金屬混合熔煉，合金化后，在真空條件下冷卻，即制備出可溶金屬合金。等可溶金屬合金完全冷卻后放入破碎機(jī)粉碎成1～3mm粒徑的金屬粉末，待用。
將上述所得金屬合金粉末500g加入到真空球磨機(jī)中，溫度控制400℃，轉(zhuǎn)速200轉(zhuǎn)/分鐘，磨至粉末顆粒粒徑為0.05～0.1mm左右，加入1000g碳纖維，抽真空后繼續(xù)球磨8小時，待碳纖維和可溶金屬合金粉末完全混合均勻，此時可溶金屬合金完全附著在碳纖維表面，形成表面金屬改性的碳纖維，待用。
將2000g PPA和500g PLA加入高混機(jī)中，加入1500g所制得的可溶金屬表面處理的碳纖維，并且加入50g樹枝狀多元醇，25g磷酸二氫鈉，225g復(fù)合增韌劑(由SEPS和SEBS按重量比為5:5～6:4組成，數(shù)均分子量范圍為12萬～18萬，苯乙烯基重量含量為32-36％)，7.5g硫化鋅，及15gPE蠟，高速混合，并升溫至80℃，加入37g二甲基硅油，混合3分鐘后降至室溫。
將混合均勻的干混物料加入到平行雙螺桿料筒中，調(diào)整螺桿組合強(qiáng)剪切，造粒溫度280℃，螺桿轉(zhuǎn)速400rpm～600rpm，風(fēng)冷熱切粒，即得到所需復(fù)合材料。
實(shí)施例2
將30g錫、50g鎂、850g鋁、10g銅、40g硅、20g鋅在低速混料機(jī)中混合均勻，再放入真空電磁感應(yīng)熔煉爐中坩堝內(nèi)，打開電源升溫至1000℃，待金屬混合熔煉，合金化后，在真空條件下冷卻，即制備出可溶金屬合金。等可溶金屬合金完全冷卻后放入破碎機(jī)粉碎成1～3mm粒徑的金屬粉末，待用。
將上述所得金屬合金粉末1000g加入到真空球磨機(jī)中，溫度控制400℃，轉(zhuǎn)速200轉(zhuǎn)/分鐘，磨至粉末顆粒粒徑為0.05～0.1mm左右，加入1000g碳纖維，抽真空后繼續(xù)球磨8小時，待碳纖維和可溶金屬合金粉末完全混合均勻，此時可溶金屬合金完全附著在碳纖維表面，形成表面金屬改性的碳纖維，待用。
將2000g PP0、800g PA和200g PVA加入高混機(jī)中，加入2000g所制得的可溶金屬表面處理的碳纖維，并且加入90g樹枝狀多元醇，45g磷酸二氫鈉，300g復(fù)合增韌劑，12g硫化鋅，及18gPE蠟，高速混合，并升溫至80℃，加入45g二甲基硅油，混合3分鐘后降至室溫。
將混合均勻的干混物料加入到平行雙螺桿料筒中，調(diào)整螺桿組合強(qiáng)剪切，造粒溫度260℃，螺桿轉(zhuǎn)速400rpm～600rpm，風(fēng)冷熱切粒，即得到所需復(fù)合材料。
實(shí)施例3
將50g錫、100g鎂、800g鋁、10g銅、30g硅、10g鋅在低速混料機(jī)中混合均勻，再放入真空電磁感應(yīng)熔煉爐中坩堝內(nèi)，打開電源升溫至1000℃，待金屬混合熔煉，合金化后，在真空條件下冷卻，即制備出可溶金屬合金。等可溶金屬合金完全冷卻后放入破碎機(jī)粉碎成1～3mm粒徑的金屬粉末，待用。
將上述所得金屬合金粉末500g加入到真空球磨機(jī)中，轉(zhuǎn)速200轉(zhuǎn)/分鐘，磨至粉末顆粒粒徑為0.05～0.1mm左右，加入1500g碳纖維，抽真空后繼續(xù)球磨8小時，待金屬合金和碳纖維完全復(fù)合，待用。
將1500g PET和500g PMMA加入高混機(jī)中，加入2000g所制得的可溶金屬表面處理的碳纖維，并且加入60g樹枝狀多元醇，20g磷酸二氫鈉，280g復(fù)合增韌劑，4g硫化鋅，及16gPE蠟，高速混合，并升溫至80℃，加入40g二甲基硅油，混合3分鐘后降至室溫。
將混合均勻的干混物料加入到平行雙螺桿料筒中，調(diào)整螺桿組合強(qiáng)剪切，造粒溫度240℃，螺桿轉(zhuǎn)速400rpm～600rpm，風(fēng)冷熱切粒，即得到所需復(fù)合材料。
為了檢驗(yàn)本發(fā)明一種可溶金屬高分子復(fù)合材料的實(shí)際性能，還需要對上述三個實(shí)施例中制備的一種可溶金屬高分子復(fù)合材料進(jìn)行性能測試，三個實(shí)施例的測試方法分別如下：
實(shí)施例1：將可溶金屬高分子復(fù)合材料加入到注塑機(jī)，調(diào)整注塑溫度為第一段290℃、第二段285℃、第三段280℃，然后進(jìn)行注塑試片測試。
實(shí)施例2：將可溶金屬高分子復(fù)合材料加入到注塑機(jī)，調(diào)整注塑溫度為第一段285℃、第二段280℃、第三段275℃，然后進(jìn)行注塑試片測試。
實(shí)施例三：將可溶金屬高分子復(fù)合材料加入到注塑機(jī)，調(diào)整注塑溫度為第一段240℃、第二段235℃、第三段230℃，然后進(jìn)行注塑試片測試。
表1可溶金屬高分子復(fù)合材料性能表
上述測試結(jié)果表明：本發(fā)明的可溶金屬高分子復(fù)合材料具有較好的金屬強(qiáng)度(拉伸強(qiáng)度在210-260MPa)和良好的導(dǎo)電(體積電阻率3.4-24×102Ω·cm)導(dǎo)熱(導(dǎo)熱系數(shù)24-25W/(m.K))性能，并且在水中可以溶解，放置于水中30min之內(nèi)不溶解，60min開始溶解，但溶解速度緩慢，4小時之后溶解速度加快，直至24h，接近完全溶解。
上述參照實(shí)施例的詳細(xì)描述，是說明性的而不是限定性的，可按照所限定范圍列舉出若干個實(shí)施例，因此在不脫離本發(fā)明總體構(gòu)思下的變化和修改，應(yīng)屬本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。