[发明专利]熔融模塑聚合物复合材料及其制备方法和应用

说明书

本申请于2009年1月16日作为PCT国际专利申请提交，除美国以外的所有国家都指定申请人为瓦尔德瑞沃咨询集团公司(Wild RiverConsulting Group，LLC)(美国国营公司)，对美国指定申请人为美国公民Kurt E.Heikkila、John S.Kroll和Rodney K.Williams，该申请要求于2008年1月18日提交的美国临时专利申请序列第61/022,016号的优先权，该临时申请的全部内容通过参考结合于此。

发明领域

本发明涉及可成形为有用的形状并具有增强的材料性质的聚合物复合材料，所述材料性质包括但不限于密度、颜色、磁性、热导率、热阻、电导率和其它物理性质。本发明揭示的说明性实施方式还更具体地涉及热熔热塑性或热熔热固性聚合物复合材料。

背景

人们已经制备了使用各种高密度和低密度微粒材料的微粒和聚合物的复合材料。人们已经以各种负载量将聚合物与填料和某些微粒材料组合。这种材料具有非常广泛的应用性，可用于消费品和工业用品。这些用品包括密度小于聚合物相的密度的复合材料以及具有极高密度的复合材料。

在一个应用中，需要的是高密度。在需要高密度材料的应用中常常使用铅。高密度材料的用品包括散弹枪小弹丸、其它弹道射弹、假鱼饵、渔坠(fishing weights)、轮上配重和其它高密度用品。铅还用在对密度以外的性质有要求的用品中，包括辐射屏障，因为铅能耐受EMI并具有展性。由铅制备的压上渔坠(Press-on fishing weights)使得使用者无需工具就能容易地将渔坠夹到钓线上。在散弹枪小弹丸或其它弹道射弹的情况中，铅提供所需的密度、穿透力和展性，以实现极高的精确度和最小的枪筒磨损。铅已经成为打猎和军事用品中最普遍的选择。由于铅对湖泊的污染以及自然群体中铅导致的死亡率的增加，美国以及许多其它国家制定了许多法规，严格禁止铅丸和铅锤的出售和使用。其它高密度材料如贫铀也已经被提议并投入实施。人们已经建议使用复合材料代替铅和其它高密度材料。人们早已制得复合材料，通常是通过组合两种不同材料从而同时获得两种材料的有益性质。真复合材料是独特的，因为材料之间的相互作用提供两种组分的最佳性质。

而且，人们也早已制得填充聚合物材料，但是局限于可达到的填充程度，因为在聚合物中高体积微粒装载的情况下，复合产品的物理性质会不利地降低。

许多类型的复合材料是已知的，并且不是简单的混合物。通常，本领域中认识到将某些类型的金属以形成合金的比例组合，可以在金属/金属合金材料中得到独特的性质。金属/陶瓷复合材料通常通过将金属微粒或纤维与粘土材料组合、烧制为金属/陶瓷复合材料来制备。Tarlow的美国专利第3,895,143号描述了一种片材，该材料包含包括分散的无机纤维和细碎的金属颗粒的弹性体胶乳。Bruner等的美国专利第2,748,099号描述了一种尼龙材料，该材料含有铜、铝或石墨，用于调节材料的热学或电学性质而非混合物的密度。Sandbank的美国专利第5,548,125号描述了一种衣服制品，该制品包含一种挠性聚合物，该聚合物包含较小体积百分数的钨，用于获得防辐射性。Belanger等的美国专利第5,237,930号揭示了含铜粉和热塑性聚合物(通常是尼龙材料)的教练弹(practice ammunition)。爱普生公司(Epson Corporation)的JP 63-273664A揭示了一种含金属硅酸盐玻璃纤维、紧编须和其它材料的聚酰胺作为含金属复合材料。Bray等的美国专利第6,048,379和6,517,774号揭示了一种生产钨聚合物复合材料的尝试。该专利揭示了将粒度小于10微米的钨粉任选地与其它组分和聚合物或金属纤维组合。Bray等(受让人)出售的材料和该专利中揭示的材料都不能达到大于10.0克-厘米^-3的密度。Barbour等的美国专利第6,411,248号揭示了在热塑性聚氨酯和独特的金属减活化剂中使用针对具体应用可用量的喷胶枪施加的热熔性雷达吸波材料(包括羰基铁粉末)。

人们还没能得到可使用配混和挤出技术之外的热熔技术形成物体的高密度热塑性金属复合材料。人们非常需要具有高密度、低毒性和改善的电学/磁学性质、展性、热加工性(特别是使用现有的热加工设备)和粘弹性的可成形材料，该材料可用于简单的热熔施加器装置。这些材料适用于消费用品、小批量加工、半成品制造和其它涉及使用手工操作设备施加有效量的复合材料的应用。