權(quán)利要求

1.一種注射成型用氧化鋁復(fù)合材料，其特征在于，包括粉體和粘結(jié)劑，粘結(jié)劑與粉體的質(zhì)量比為(15-19):(81-85);

所述粉體包括重量份如下的組分：

氧化鋁96.0-99.9份、氧化納0.5-2.0份、氧化鐵0.2-1.0份和氧化鈣/氧化鎂0.3-1.0份;

其中，粉體的比表面積為6-8m2/g;松裝密度為0.8-1.1g/cm3;

所述粘結(jié)劑包括質(zhì)量比如下的組分：

聚氨酯14-18份、聚丙烯24-28份、聚甲醛3.5-4.5份、乙烯醋酸乙烯共聚物7-9份、聚乙烯14-18份、鄰苯二甲酸二辛酯8-10份和石蠟15-21份;

氧化鋁復(fù)合材料的粘度值為150Pa·s-350Pa·s，流動(dòng)值為100g/10min-250g/10min。

2.如權(quán)利要求1所述的注射成型用氧化鋁復(fù)合材料，其特征在于，所述粘結(jié)劑與粉體的質(zhì)量比為(17-18):(82-83)。

3.如權(quán)利要求1所述的注射成型用氧化鋁復(fù)合材料，其特征在于，所述粘結(jié)劑與粉體的質(zhì)量比為18:82。

4.如權(quán)利要求1所述的注射成型用氧化鋁復(fù)合材料，其特征在于，所述粘結(jié)劑包括質(zhì)量比如下的組分：

聚氨酯15份、聚丙烯28份、聚甲醛4份、乙烯醋酸乙烯共聚物8份、聚乙烯16份、鄰苯二甲酸二辛酯10份和石蠟19份。

5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的注射成型用氧化鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)粉體烘干：

將粉體混合后烘干，使烘干后粉體含水量≤0.4%;

(2)混煉：

將混煉機(jī)預(yù)熱，在預(yù)熱后的混煉機(jī)中依次加入烘干后的粉體與粘結(jié)劑，首先在低速下預(yù)混合，然后在高速下混合，保溫一定時(shí)間，自然冷卻至取料溫度之后得到喂料;

(3)造粒：

將上述喂料加入造粒機(jī)，在造粒溫度下保溫造粒得到氧化鋁復(fù)合材料。

6.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，

步驟(1)中，所述烘干溫度為150-200℃，烘干時(shí)間為6-12小時(shí);

步驟(2)中，所述混煉機(jī)預(yù)熱溫度為170-190℃;低速為10-20r/min，預(yù)混合時(shí)間為10-30分鐘;高速為40-80r/min，混合時(shí)間為60-180分鐘，保溫溫度為170-190℃，保溫時(shí)間為90-150min;取料溫度為100-150℃;

步驟(3)中，所述造粒溫度為100-150℃;氧化鋁復(fù)合材料的直徑為3.5mm，長度為2-6mm。

7.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的注射成型用氧化鋁復(fù)合材料或如權(quán)利要求5-6任一項(xiàng)所述的制備方法制得的注射成型用氧化鋁復(fù)合材料的應(yīng)用，用于陶瓷制品的制備。

8.如權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征在于，陶瓷制品的制備包括如下步驟：

a.注塑成型

將氧化鋁復(fù)合材料加入注塑機(jī)中，注塑成型為車載部件使用的陶瓷生坯;

b.脫脂

將陶瓷生坯放置在脫脂爐中，以速度v1升溫至脫脂溫度，進(jìn)行脫脂;

c.燒結(jié)

將脫脂后的陶瓷生坯放置在燒結(jié)爐中，以速度v2升溫至燒結(jié)溫度，在保溫時(shí)間內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，然后自然冷卻得到陶瓷制品。

9.如權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，

步驟a中，所述注塑成型溫度為180-210℃，成型壓力為20-100Mpa，成型周期為30-70s;

步驟b中，所述速度v1為5-12℃/h，脫脂溫度為550-600℃;

步驟c中，所述速度v2為80-120℃/h，燒結(jié)溫度為1600-1650℃，保溫時(shí)間為2-5h。

10.如權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征在于，所述陶瓷制品為車載部件;進(jìn)一步優(yōu)選的，車載部件為新能源電車中電池連接部件。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

[0001]本發(fā)明涉及氧化鋁復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種注射成型用氧化鋁復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

[0002]隨著應(yīng)用開發(fā)的深入，氧化鋁陶瓷材料的應(yīng)用逐漸深入到各高科技領(lǐng)域，對(duì)陶瓷制品的尺寸精度，性能要求越來越高、形狀也越來越復(fù)雜，對(duì)于工藝加工要求及成本管控行業(yè)內(nèi)競爭也愈加激烈。氧化鋁注射成型工藝很好地滿足了這種要求。它具有一次成型復(fù)雜形狀制品、產(chǎn)品尺寸精度高、無需機(jī)械加工或只需微量加工、易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化和產(chǎn)品性能優(yōu)異的特點(diǎn)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)陶瓷制品工藝的不足。

[0003]氧化鋁陶瓷材料具有較高的抗彎強(qiáng)度、硬度、斷裂韌性等優(yōu)良特性，可廣泛應(yīng)用于新能源、環(huán)境及材料領(lǐng)域。

[0004]氧化鋁耐熱性強(qiáng)，成型性好，耐磨性強(qiáng)，耐化學(xué)性強(qiáng)，晶相穩(wěn)定，硬度高，機(jī)械性能好，介電和熱性能佳，尺寸穩(wěn)定性好。車載部件中使用的氧化鋁陶瓷主要依賴于氧化鋁性能?？蓮V泛應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)件及功能件，注塑類氧化鋁結(jié)構(gòu)件及功能件發(fā)展前景巨大。

[0005]中國專利CN113698185A公開了一種氧化鋁注射成型用喂料、氧化鋁陶瓷及制備方法，具體以83-86份的氧化鋁陶瓷粉和14-17份的有機(jī)物為原料，提供一種致密度高、收縮小、精度高的氧化鋁陶瓷。然而上述專利提供的材料適宜簡單大件及結(jié)構(gòu)簡單件注塑，如普通塊或者圓環(huán)的制備。當(dāng)制備大結(jié)構(gòu)產(chǎn)品、高精度模具設(shè)計(jì)或復(fù)雜的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件時(shí)，對(duì)于模具設(shè)計(jì)及注塑要求更加嚴(yán)格，不利于量產(chǎn)。同時(shí)開裂或鼓泡等問題會(huì)增多，良率無法得到保證，無法充分體現(xiàn)氧化鋁低廉等優(yōu)勢，降低使用氧化鋁注塑工藝的需求。

發(fā)明內(nèi)容

[0006]本發(fā)明的目的是提供適用于注射成型的氧化鋁復(fù)合材料及其制備方法。

[0007]一種注射成型用氧化鋁復(fù)合材料，包括粉體和粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑與粉體的質(zhì)量比為(15-19):(81-85);

[0008]所述粉體包括重量份如下的組分：

[0009]氧化鋁96.0-99.9份、氧化納0.5-2.0份、氧化鐵0.2-1.0份和氧化鈣/氧化鎂0.3-1.0份;

[0010]其中，所述粉體的比表面積為6-8m2/g;松裝密度為0.8-1.1g/cm3;

[0011]所述粘結(jié)劑包括質(zhì)量比如下的組分：

[0012]聚氨酯(TPU)14-18份、聚丙烯(PP)24-28份、聚甲醛(POM)3.5-4.5份、乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)7-9份、聚乙烯(PE)14-18份、鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)8-10份和石蠟15-21份;

[0013]氧化鋁復(fù)合材料的粘度值為150Pa·s-350Pa·s，流動(dòng)值為100g/10min-250g/10min。

[0014]所述粘結(jié)劑包括骨架型粘結(jié)劑、增塑劑和表面活性劑，所述骨架型粘結(jié)劑包括聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯、聚甲醛、乙烯醋酸乙烯共聚物，所述增塑劑為DOP，所述表面活性劑為石蠟。

[0015]優(yōu)選的，所述粘結(jié)劑與粉體的質(zhì)量比為(17-18):(82-83);進(jìn)一步優(yōu)選的，所述粘結(jié)劑與粉體的質(zhì)量比為18:82。

[0016]優(yōu)選的，所述粘結(jié)劑包括質(zhì)量比如下的組分：

[0017]聚氨酯15份、聚丙烯28份、聚甲醛4份、乙烯醋酸乙烯共聚物8份、聚乙烯16份、鄰苯二甲酸二辛酯10份和石蠟19份。

[0018]本發(fā)明還提供了上述注射成型用氧化鋁復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

[0019](1)粉體烘干：

[0020]將粉體混合后烘干，使烘干后粉體含水量≤0.4%;

[0021](2)混煉：

[0022]將混煉機(jī)預(yù)熱，在預(yù)熱后的混煉機(jī)中依次加入烘干后的粉體與粘結(jié)劑，首先在低速下預(yù)混合，然后在高速下混合，保溫一定時(shí)間，自然冷卻至取料溫度之后得到喂料;

[0023](3)造粒：

[0024]將上述喂料加入造粒機(jī)，在造粒溫度下保溫造粒得到氧化鋁復(fù)合材料。

[0025]優(yōu)選的，步驟(1)中，所述烘干溫度為150-200℃，烘干時(shí)間為6-12小時(shí);

[0026]優(yōu)選的，步驟(2)中，所述混煉機(jī)預(yù)熱溫度為170-190℃;低速為10-20r/min，預(yù)混合時(shí)間為10-30分鐘;高速為40-80r/min，混合時(shí)間為60-180分鐘，保溫溫度為170-190℃，保溫時(shí)間為90-150min;取料溫度為100-150℃。

[0027]優(yōu)選的，步驟(3)中，所述造粒溫度為100-150℃;氧化鋁復(fù)合材料的直徑為3.5mm，長度為2-6mm。

[0028]制備得到的氧化鋁復(fù)合材料的粘度值為150Pa·s-350Pa·s，流動(dòng)值為100g/10min-250g/10min。

[0029]本發(fā)明還提供了上述注射成型用氧化鋁復(fù)合材料或上述制備方法制得的注射成型用氧化鋁復(fù)合材料的應(yīng)用，用于陶瓷制品的制備。

[0030]優(yōu)選的，陶瓷制品的制備包括如下步驟：

[0031]a.注塑成型

[0032]將氧化鋁復(fù)合材料加入注塑機(jī)中，注塑成型為車載部件使用的陶瓷生坯;

[0033]b.脫脂

[0034]將陶瓷生坯放置在脫脂爐中，以速度v1升溫至脫脂溫度，進(jìn)行脫脂;

[0035]c.燒結(jié)

[0036]將脫脂后的陶瓷生坯放置在燒結(jié)爐中，以速度v2升溫至燒結(jié)溫度，在保溫時(shí)間內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，然后自然冷卻得到陶瓷制品。

[0037]優(yōu)選的，步驟a中，所述注塑成型溫度為180-210℃，成型壓力為20-100Mpa，成型周期為30-70s。

[0038]優(yōu)選的，步驟b中，所述速度v1為5-12℃/h，脫脂溫度為550-600℃。

[0039]優(yōu)選的，步驟c中，所述速度v2為80-120℃/h，燒結(jié)溫度為1600-1650℃，保溫時(shí)間為2-5h。

[0040]優(yōu)選的，所述陶瓷制品為車載部件;進(jìn)一步優(yōu)選的，車載部件為新能源電車中電池連接部件。

[0041]本發(fā)明通過粉體與粘結(jié)劑的結(jié)合，調(diào)整改善注塑工藝車載部件中使用的產(chǎn)品，本發(fā)明專利能夠通過主要結(jié)構(gòu)一次成型，80%尺寸不需加工，制得陶瓷制品的良率能達(dá)到93.1%以上、開裂比例小于0.06%，滿足中大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)需求。

[0042]有益效果：

[0043]1.本發(fā)明提供了一種可以直接注塑成型產(chǎn)品進(jìn)行熱脫酯、產(chǎn)品大小及結(jié)構(gòu)可以不受到限制，且部分尺寸可不用加工，單一使用熱脫的注射成型用氧化鋁復(fù)合材料。通過粉體改善及粘結(jié)劑配方進(jìn)行調(diào)整，在保證氧化鋁陶瓷固有性能的基礎(chǔ)上，使產(chǎn)品脫脂性能，尺寸穩(wěn)定性能，結(jié)構(gòu)性能得到更好提升，同時(shí)避免開裂及鼓包等問題。

[0044]2.經(jīng)本發(fā)明提供的氧化鋁復(fù)合材料制成的車載部件具有如下主要技術(shù)指標(biāo)：

[0045]密度：3.90-3.99g/cm3，收縮率:15.0-15.5%，硬度：80-90HBA，抗彎強(qiáng)度：350-370MRA，開裂比例：<0.03%，尺寸良率：≥99.6%。

附圖說明

[0046]圖1為應(yīng)用例2制備的陶瓷制品示意圖。

具體實(shí)施方式

[0047]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。

[0048]各實(shí)施例、對(duì)比例和應(yīng)用例中使用的原料均為現(xiàn)有市售常規(guī)原料，具體來源在此不再贅述。

[0049]名詞解釋：

[0050]D50：一個(gè)粉體樣品的累積粒度分布數(shù)達(dá)到50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑，它的物理意義是粒徑小于(或大于)它的顆粒占50%。

[0051]BET：比表面積，表征粉體中粒子粗細(xì)以及固體吸附能力的一種量度，通過動(dòng)態(tài)吸附法進(jìn)行測試，單位質(zhì)量物料所具有的總面積。

[0052]粘度：喂料在160℃下保溫5min，在50N的作用力下，通過1*2mm孔徑的速率即為所測試樣品喂料粘度。

[0053]流動(dòng)性:喂料在185℃下保溫5min，在5kg砝碼的作用力下，固定孔徑，通過固定距離產(chǎn)品速率即為所測試樣品喂料流動(dòng)性。

[0054]密度：通過電子分析天平分別稱量出待測試樣品在空氣和水中的重量，通過浸泡法比重測試樣品密度。

[0055]收縮率：通過測試胚體燒結(jié)前后尺寸變化，即收縮率=(L生胚-L成瓷)/L生胚。

[0056]洛氏硬度(HRA)：采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度

[0057]抗彎強(qiáng)度：指將一定尺寸30*30*2mm的試樣，插在試樣座內(nèi)，在上下壓板之間按照固定的速率進(jìn)行施壓，試樣被壓潰前所能承受的最大力。

[0058]開裂比例：產(chǎn)品燒結(jié)后外觀目視開裂數(shù)量，即開裂比例=成瓷開裂數(shù)量/生胚投入數(shù)量*100%。

[0059]尺寸良率：包含結(jié)構(gòu)件長、寬及輪廓度(輪廓度：是指被測實(shí)際輪廓度相對(duì)與理想輪廓度的變動(dòng)情況，可以帶基準(zhǔn)或不帶基準(zhǔn))。由OMM或者CDD進(jìn)行測試。

[0060]實(shí)施例1-8

[0061]一種注塑成型用氧化鋁復(fù)合材料，包括粉體和粘結(jié)劑，粉體與粘結(jié)劑的組成和重量份詳見表1。

[0062]對(duì)比例1-6

[0063]一種注塑成型用氧化鋁復(fù)合材料，包括粉體和粘結(jié)劑，粉體與粘結(jié)劑的組成和重量份詳見表1。

[0064]表1粉體與粘結(jié)劑的組成和重量份

[0065]

[0066]

[0067]應(yīng)用例1

[0068]注射成型用氧化鋁復(fù)合材料的制備方法，具體包括如下步驟：

[0069](1)粉體烘干：

[0070]將粉體混合后烘干，使烘干后粉體含水量≤0.2%;

[0071](2)混煉：

[0072]將混煉機(jī)預(yù)熱，在預(yù)熱后的混煉機(jī)中依次加入烘干后的粉體與粘結(jié)劑，首先在低速下預(yù)混合，然后在高速下混合，保溫一定時(shí)間，自然冷卻至取料溫度之后得到喂料;

[0073](3)造粒：

[0074]將上述喂料加入造粒機(jī)，在造粒溫度下保溫造粒得到99%氧化鋁復(fù)合材料。

[0075]步驟(1)和步驟(2)中的粉體和粘結(jié)劑投料比例分別使用實(shí)施例1-8和對(duì)比例1-6提供的粉體和粘結(jié)劑比例關(guān)系;

[0076]步驟(1)中，所述烘干溫度為180℃，烘干時(shí)間為8小時(shí);

[0077]步驟(2)中，所述混煉機(jī)預(yù)熱溫度為190℃;低速為20r/min，預(yù)混合時(shí)間為20分鐘;高速為50r/min，混合時(shí)間為90分鐘，保溫溫度為185℃，保溫時(shí)間為120min;取料溫度為140℃;

[0078]步驟(3)中，所述造粒溫度為130℃;氧化鋁復(fù)合材料的直徑為3.5mm，長度為3mm。

[0079]制得的復(fù)合材料的性能如表2所示。

[0080]應(yīng)用例2

[0081]將應(yīng)用例1制得的各氧化鋁復(fù)合材料用于制備如圖1所示的陶瓷制品，陶瓷制品具體為車載部件，更具體的為新能源電車中電池連接部件，陶瓷制品的尺寸為長71.05±0.1cm*寬39.32±0.1cm，陶瓷制品的制備步驟如下：

[0082]a.注塑成型

[0083]將氧化鋁復(fù)合材料加入注塑機(jī)中，注塑成型為車載部件使用的陶瓷生坯;

[0084]b.脫脂

[0085]將車載部件陶瓷生坯放置在脫脂爐中，以速度v1升溫至脫脂溫度，進(jìn)行脫脂;

[0086]c.燒結(jié)

[0087]將脫脂后的車載部件陶瓷生坯放置在燒結(jié)爐中，以速度v2升溫至燒結(jié)溫度，在保溫時(shí)間內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，然后自然冷卻得到陶瓷制品。

[0088]本應(yīng)用例中，步驟a中，所述車載部件陶瓷生胚注塑成型溫度為195℃，成型壓力為60Mpa，注射注塑為65mm/s，保壓速度：300mm/s，保壓壓力為85MPA，保壓時(shí)間為4s，成型周期為50s，模溫為50℃。

[0089]步驟b中，所述速度v1為6.5℃/h，脫脂最高溫度為570℃?？偯撝瑫r(shí)間82h。

[0090]步驟c中，所述速度v2為65℃/h，燒結(jié)溫度為1625℃，保溫時(shí)間為3.5h。

[0091]制得的陶瓷制品的性能如表2所示。

[0092]表2復(fù)合材料和陶瓷制品的性能

[0093]

[0094]結(jié)合表2測得數(shù)據(jù)：

[0095]實(shí)施例1-4及對(duì)比例1數(shù)據(jù)表明，當(dāng)氧化鋁的重量份降低為95時(shí)，制得的車載部件密度會(huì)升高，但強(qiáng)度及硬度會(huì)同步下降，收縮率變大，尺寸良率降低，開裂比例同步有所上升。

[0096]實(shí)施例1-4數(shù)據(jù)表明，當(dāng)使用固定粘結(jié)劑配方時(shí)，氧化鋁含量升高，制得的車載部件的密度輕微下降，硬度及抗彎強(qiáng)度同步升高，尺寸穩(wěn)定性增強(qiáng)。氧化鋁含量升高對(duì)于粘度及流動(dòng)性影響較小，均在正常范圍進(jìn)行波動(dòng)。

[0097]實(shí)施例4及對(duì)比例2-8數(shù)據(jù)表明，粘結(jié)劑配方為實(shí)施例1-4中配方時(shí)，制得的氧化鋁復(fù)合材料及陶瓷制品的性能最佳，粉體占比越高，復(fù)合材料粘度越高，胚體尺寸良率越低，尺寸偏大;粉體占比越低，復(fù)合材料粘度越低，胚體尺寸良率越低，尺寸偏小。

[0098]實(shí)施例7-8和對(duì)比例4-6結(jié)果數(shù)據(jù)表明，降低粘結(jié)劑內(nèi)TPU、PP、EVA等含量同時(shí)提高POM、PE、DOP、PW等的含量，顆粒粘度明顯下降，復(fù)合材料流動(dòng)性明顯提高，胚體硬度、抗彎強(qiáng)度均會(huì)出現(xiàn)較為明顯上升，尺寸良率同步上升;

[0099]實(shí)施例4和對(duì)比例2結(jié)果數(shù)據(jù)表明，穩(wěn)定TPU、PP、EVA、PE、PW、DOP含量，通過油酸及硅烷偶聯(lián)劑替換POM，會(huì)明顯降低復(fù)合材料粘度，提高輪廓度變形量，影響及降低尺寸良率;硬度及抗彎強(qiáng)度會(huì)呈現(xiàn)下降趨勢。

[0100]對(duì)比例3結(jié)果數(shù)據(jù)表明，TPU、PP、EVA含量占比過高，不加入POM、PE、DOP、PW等粘結(jié)劑，會(huì)明顯提高復(fù)合材料粘度，降低復(fù)合材料流動(dòng)性。同步降低硬度及抗彎強(qiáng)度，根據(jù)尺寸良率及開裂比例可以看出，該粘結(jié)劑配方在混煉過程中存在不均勻現(xiàn)象，高分子含量過高，尺寸波動(dòng)大，收縮率過大。實(shí)施例7-8和對(duì)比例4-6結(jié)果數(shù)據(jù)表明，降低粘接劑內(nèi)TPU、PP、EVA等含量，適當(dāng)增加POM、PE、PW、DOP等含量，復(fù)合材料粘度明顯降低，流動(dòng)性明顯提升，輪廓度變形量降低，擠壓強(qiáng)度及抗彎強(qiáng)度趨于中上限，同步提升PE和DOP含量時(shí)，復(fù)合材料性能會(huì)較單獨(dú)降低TPU和PP等含量有一定提升，尺寸良率及開裂比例也較為穩(wěn)定。

[0101]實(shí)施例4和實(shí)施例5-6數(shù)據(jù)表明，粉體與粘結(jié)劑的質(zhì)量份數(shù)比增加時(shí)，復(fù)合材料粘度增加，抗彎強(qiáng)度和硬度略微降低，尺寸良率降低，輪廓度增加表明變行率升高。開裂比例增加說明粉體含量過高時(shí)，粘結(jié)劑分散不均勻?qū)е旅撝霈F(xiàn)問題。

[0102]綜上，本發(fā)明提供的粉體配比、粉體與粘結(jié)劑的配比及混煉條件相互配合，使得制得的氧化鋯陶瓷制品的性能最佳。

說明書附圖(1)