一种钨基高分子复合材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种钨基高分子复合材料的制备方法，先将液态高分子材料和液态固化剂混匀，然后加入到钨粉中混匀，固结成型后得钨基高分子复合材料；所述钨基高分子复合材料的密度为4g/cm3～15.5g/cm3，抗压强度为30MPa～250MPa，抗拉强度为10MPa～120MPa，延伸率为0％～30％。本发明采用液态高分子材料、液态固化剂与钨粉混合固化成型制备钨基高分子复合材料，在保证钨基高分子复合材料高密度的同时，降低了钨基高分子复合材料的强度并提高了塑性，并可根据使用要求调节液态高分子材料、液态固化剂和钨粉的比例，从而对钨基高分子复合材料的密度、强度和塑性进行调控，从而满足了不同场合应用的要求。

权利要求

1.一种钨基高分子复合材料的制备方法，其特征在于，该方法先将液态高分子材料和液态固化剂混合均匀，然后加入到钨粉中混合均匀，固结成型后得到钨基高分子复合材料；

所述液态高分子材料为环氧树脂，所述液态高分子材料与液态固化剂的体积比为(1～5):

1，所述液态高分子材料与液态固化剂的总体积与钨粉的体积之比为(0.2～1)：1，所述钨粉的体积为钨粉的质量与钨粉振实密度之比；

所述钨粉为氢气还原钨粉，平均费氏粒度为1.0μm～100μm，振实密度为3g/cm3～9g/cm3，采用该氢气还原钨粉制备的钨基高分子复合材料的密度为4g/cm3～10g/cm3；

3

或者所述钨粉为球形钨粉，平均费氏粒度为10μm～100μm，振实密度为8g/cm ～15g/cm3，采用该球形钨粉制备的钨基高分子复合材料的密度为8.5g/cm3～15.5g/cm3；

或者所述钨粉为氢气还原钨粉和球化钨粉，所述氢气还原钨粉的平均费氏粒度为1.0μm～100μm，振实密度为3g/cm3～9g/cm3，所述球形钨粉的平均费氏粒度为10μm～100μm，振实

3 3

密度为8g/cm～15g/cm ，采用氢气还原钨粉和球化钨粉制备的钨基高分子复合材料的密度为5g/cm3～14.5g/cm3；

所述钨基高分子复合材料的抗压强度为30MPa～250MPa，抗拉强度为10MPa～120MPa，延伸率为0％～30％。

2.根据权利要求1所述的一种钨基高分子复合材料的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂为E54型环氧树脂，所述液态固化剂为T31固化剂。

说明书

一种钨基高分子复合材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种钨基高分子复合材料的制备方法。

背景技术

[0002] 钨基高比重合金是一种用途广泛的材料，根据有无磁性一般分为钨镍铁系列和钨3 3
镍铜系列。钨基高比重合金具有比重大(15g/cm～17g/cm)、强度高(600Mpa～1500Mpa)、吸收射线能力强、导热系数等优良的性能，被广泛应用于广泛地运用在航天、航空、军事、石油钻井，电器仪表、医学等领域。但是在一些应用领域并不需要过高的强度和具有优良的导热性能，如一些配重，射线防护，功能性实验等，特别是在一些特殊情况下需要高密度，低强度，具有不同塑性的材料，传统的钨基高比重合金强度过高，塑性不足，且制备成本过高(600～1000元/公斤)，不能满足不同场合应用的要求。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种钨基高分子复合材料的制备方法。该方法采用液态高分子材料、液态固化剂与钨粉混合固化成型制备钨基高分子复合材料，在保证钨基高分子复合材料高密度的同时，降低了钨基高分子复合材料的强度并提高了塑性，并可根据使用要求调节液态高分子材料、液态固化剂和钨粉的比例，从而对钨基高分子复合材料的密度、强度和塑性进行调控，从而满足了不同场合应用的要求。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种钨基高分子复合材料的制备方法，其特征在于，该方法先将液态高分子材料和液态固化剂混合均匀，然后加入到钨粉中混合均匀，固结成型后得到钨基高分子复合材料；所述钨基高分子复合材料的密度为4g/cm3～15.5g/cm3，抗压强度为30MPa～250MPa，抗拉强度为10MPa～120MPa，延伸率为0％～30％。

[0005] 本发明采用液态高分子材料、液态固化剂与钨粉混合后固化成型制备钨基高分子复合材料，通过主原料钨粉来保证钨基高分子复合材料的主体密度，并通过加入液态高分子材料和液态固化剂固结成型，协同降低钨基高分子复合材料的强度，提高钨基高分子复合材料的塑性，本发明工艺简单易行，可根据使用要求调节液态高分子材料、液态固化剂和钨粉的比例，从而对钨基高分子复合材料的密度、强度和塑性进行调控，实现强度和塑性的匹配，从而满足了不同场合应用的要求。

[0006] 上述的一种钨基高分子复合材料的制备方法，其特征在于，所述钨粉为氢气还原钨粉，平均费氏粒度为1.0μm～100μm，振实密度为3g/cm3～9g/cm3，采用该氢气还原钨粉制备的钨基高分子复合材料的密度为4g/cm3～10g/cm3。氢气还原钨粉的粒度细小，振实密度较小，适用于制备密度较小的钨基高分子复合材料。

[0007] 上述的一种钨基高分子复合材料的制备方法，其特征在于，所述钨粉为球形钨粉，平均费氏粒度为10μm～100μm，振实密度为8g/cm3～15g/cm3，采用该球形钨粉制备的钨基高分子复合材料的密度为8.5g/cm3～15.5g/cm3球形钨粉的粒度较大，振实密度较大，适用于制备密度较大的钨基高分子复合材料。

[0008] 上述的一种钨基高分子复合材料的制备方法，其特征在于，所述钨粉为氢气还原钨粉和球化钨粉，所述氢气还原钨粉的平均费氏粒度为1.0μm～100μm，振实密度为3g/cm3～9g/cm3，所述球形钨粉的平均费氏粒度为10μm～100μm，振实密度为8g/cm3～15g/cm3，采用氢气还原钨粉和球化钨粉制备的钨基高分子复合材料的密度为5g/cm3～14.5g/cm3采用振实密度较小的氢气还原钨粉和振实密度较大的球化钨粉混合制备钨基高分子复合材料，可以通过调节氢气还原钨粉和球化钨粉的加入比例调节钨基高分子复合材料的密度，扩大了钨基高分子复合材料的密度范围，同时也有利于钨基高分子复合材料强度和塑性的调控。

[0009] 上述的一种钨基高分子复合材料的制备方法，其特征在于，所述液态高分子材料为环氧树脂。环氧树脂具有低粘度的优点，采用该环氧树脂制备的钨基高分子复合材料不易生成气孔等缺陷，且环氧树脂与液体固化剂发生反应形成网状聚合物并将钨粉包络在该网状聚合物中生成坚韧的钨基高分子复合材料，进一步提高了钨基高分子复合材料的塑性，并可通过改变液体固化剂的加入量来调节反应和包络程度，从而实现钨基高分子复合材料强度和塑性的匹配，

[0010] 上述的一种钨基高分子复合材料的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂为E54型环氧树脂，所述液态固化剂为T31固化剂。上述优选的环氧树脂和对应液态固化剂均具有低粘度和可常温固化的优点，实用性较强，且操作方便，节省了制备能耗，提高了制备效率。

[0011] 上述的一种钨基高分子复合材料的制备方法，其特征在于，所述液态高分子材料与液态固化剂的体积比为(1～5):1。液体固化剂含量越高，制备的钨基高分子材料的强度越大，塑性越低，反之，液体固化剂含量高时，制备的钨基高分子材料的强度越小，塑性越高，因此通过调节液态高分子材料与液态固化剂的体积比，实现了钨基高分子材料强度和塑性的调控。

[0012] 上述的一种钨基高分子复合材料的制备方法，其特征在于，所述液态高分子材料与液态固化剂的总体积与钨粉的体积之比为(0.2～1)：1，所述钨粉的体积为钨粉的质量与钨粉振实密度之比。上述的各原料组分的比例既可以实现对钨基高分子复合材料的密度、强度和塑性的大范围调控，又避免了原料的浪费，可满足大多数场合应用的要求。

[0013] 本发明与现有技术相比具有以下优点：

[0014] 1、本发明采用液态高分子材料、液态固化剂与钨粉混合固化成型制备钨基高分子复合材料，在保证钨基高分子复合材料高密度的同时，降低了钨基高分子复合材料的强度并提高了塑性，并可根据使用要求调节液态高分子材料、液态固化剂和钨粉的比例，从而对钨基高分子复合材料的密度、强度和塑性进行调控，从而满足了不同场合应用的要求。

[0015] 2、本发明的原料钨粉来源广泛，可根据目标钨基高分子复合材料的密度选用不同类别、不同粒度和不同振实密度的钨粉进行单独或混合配料，灵活方便，安全可靠，易于推广。

[0016] 3、本发明现将液态高分子材料和液态固化剂混匀后再与钨粉混合，利用液态流动性强、易于混合的优点使三种原料充分混合均匀后匀速固结成型，提高了钨基高分子复合材料的整体均匀性，有利于钨基高分子复合材料综合性能的改善。

[0017] 4、本发明的制备工艺简单且一步成型，可制备具有复杂形状的钨基高分子复合材料，且降低了制备成本，应用范围较广，满足了部分功能材料和结构功能材料的需求。

[0018] 5、与传统的钨基高比重合金相比，本发明制备得到的钨基高分子复合材料的密度为5g/cm3～15g/cm3，抗压强度为30MPa～250MPa，抗拉强度为10MPa～120MPa，延伸率为0％～30％，填补了中低密度、中低强度的钨基材料的空白，可应用于配重、射线屏蔽、实验用易碎屏蔽材料等多种场合。

[0019] 下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

具体实施方式

[0020] 实施例1

[0021] 本实施例的制备方法为：先将50mL的E54环氧树脂和10mL T31固化剂混合均匀，然3
后加入到180g平均费氏粒度为1.0μm、振实密度为3g/cm的氢气还原钨粉中混合均匀，再置于塑料杯中压实，在25℃～35℃的温度条件下固化72h成型，脱模后得到钨基高分子复合材料。

[0022] 将检测，本实施例得到的钨基高分子复合材料的密度为4g/cm3，抗压强度为30MPa，抗拉强度为120MPa，延伸率为30％。

[0023] 实施例2

[0024] 本实施例的制备方法为：先将25mL的E54环氧树脂和25mL T31固化剂混合均匀，然后加入到1125g平均费氏粒度为2.5μm、振实密度为4.5g/cm3的氢气还原钨粉中混合均匀，再置于塑料杯中压实，在25℃～35℃的温度条件下固化72h成型，脱模后得到钨基高分子复合材料。

[0025] 将检测，本实施例得到的钨基高分子复合材料的密度为8.5g/cm3，抗压强度为30MPa，抗拉强度为10MPa，延伸率为0％。

[0026] 实施例3

[0027] 本实施例的制备方法为：先将50mL的E54环氧树脂和10mL T31固化剂混合均匀，然后加入到540g平均费氏粒度为100μm、振实密度为9g/cm3的氢气还原钨粉中混合均匀，再置于塑料杯中压实，在25℃～35℃的温度条件下固化72h成型，脱模后得到钨基高分子复合材料。

[0028] 将检测，本实施例得到的钨基高分子复合材料的密度为10g/cm3，抗压强度为200MPa，抗拉强度为45MPa，延伸率为6％。

[0029] 实施例4

[0030] 本实施例的制备方法为：先将30mL的E54环氧树脂和24mL T31固化剂混合均匀，然3
后加入到420g平均费氏粒度为25μm，振实密度为7g/cm的氢气还原钨粉中混合均匀，再置于塑料杯中压实，在25℃～35℃的温度条件下固化72h成型，脱模后得到钨基高分子复合材料。

[0031] 将检测，本实施例得到的钨基高分子复合材料的密度为7.6g/cm3，抗压强度为210MPa，抗拉强度为48MPa，延伸率为8％。

[0032] 实施例5

[0033] 本实施例的制备方法为：先将50mL的E54环氧树脂和10mL T31固化剂混合均匀，然后加入到480g平均费氏粒度为10μm、振实密度为8g/cm3的球化钨粉中混合均匀，再置于塑料杯中压实，在25℃～35℃的温度条件下固化72h成型，脱模后得到钨基高分子复合材料。

[0034] 将检测，本实施例得到的钨基高分子复合材料的密度为8.5g/cm3，抗压强度为199MPa，抗拉强度为52MPa，延伸率为11％。

[0035] 实施例6

[0036] 本实施例的制备方法为：先将38mL的E54环氧树脂和13mL T31固化剂混合均匀，然后加入到660g平均费氏粒度为100μm，振实密度为11g/cm3的球化钨粉中混合均匀，再置于塑料杯中压实，在25℃～35℃的温度条件下固化72h成型，脱模后得到钨基高分子复合材料。

[0037] 将检测，本实施例得到的钨基高分子复合材料的密度为11.4g/cm3，抗压强度为184MPa，抗拉强度为55MPa，延伸率为12％。

[0038] 实施例7

[0039] 本实施例的制备方法为：先将50mL的E54环氧树脂和10mL T31固化剂混合均匀，然后加入到630g平均费氏粒度为25μm，振实密度为10.5g/cm3球化钨粉，混合均匀，置于塑料杯中压实，在25℃～35℃的温度条件下固化72h成型，脱模后得到钨基高分子复合材料。

[0040] 将检测，本实施例得到的钨基高分子复合材料的密度为10.8g/cm3，抗压强度为192MPa，抗拉强度为53MPa，延伸率为10％。

[0041] 实施例8

[0042] 本实施例的制备方法为：先将50mL的E54环氧树脂和10mL T31固化剂混合均匀，然后加入到由300g平均费氏粒度为10μm、振实密度为10.3g/cm3的球化钨粉，300g平均费氏粒度为25μm、振实密度为10.6g/cm3的球化钨粉，300g平均费氏粒度为98μm、振实密度为11.8g/cm3的球化钨粉组成的混合钨粉中混合均匀，该混合钨粉的振实密度为15g/cm3，再置于塑料杯中压实，在25℃～35℃的温度条件下固化72h成型，脱模后得到钨基高分子复合材料。

[0043] 将检测，本实施例得到的钨基高分子复合材料的密度为15.5g/cm3，抗压强度为250MPa，抗拉强度为10MPa，延伸率为4％。

[0044] 实施例9

[0045] 本实施例的制备方法为：先将50mL的E54环氧树脂和10mL T31固化剂混合均匀，然后加入到由200g平均费氏粒度为1μm、振实密度为3g/cm3的氢气还原钨粉，70g平均费氏粒度为10μm、振实密度为8g/cm3的球化钨粉组成的混合钨粉中混合均匀，该混合钨粉的振实密度为4.5g/cm3，再置于塑料杯中压实，在25℃～35℃的温度条件下固化72h成型，脱模后得到钨基高分子复合材料。

[0046] 将检测，本实施例得到的钨基高分子复合材料的密度为5g/cm3，抗压强度为40MPa，抗拉强度为68MPa，延伸率为19％。

[0047] 实施例10

[0048] 本实施例的制备方法为：先将50mL的E54环氧树脂和10mL T31固化剂混合均匀，然3
后加入到由200g平均费氏粒度为5μm、振实密度为5.5g/cm的氢气还原钨粉，200g平均费氏粒度为20μm、振实密度为10.5g/cm3的球化钨粉、420g平均费氏粒度为80μm、振实密度为
11g/cm3的球化钨粉组成的混合钨粉中混合均匀，该混合钨粉的振实密度为14g/cm3，再置于塑料杯中压实，在25℃～35℃的温度条件下固化72h成型，脱模后得到钨基高分子复合材料。

[0049] 将检测，本实施例得到的钨基高分子复合材料的密度为14.5g/cm3，抗压强度为220MPa，抗拉强度为25MPa，延伸率为3％。

[0050] 实施例11

[0051] 本实施例的制备方法为：先将30mL的E54环氧树脂和10mL T31固化剂混合均匀，然后加入到由200g平均费氏粒度为100μm、振实密度为10g/cm3的氢气还原钨粉，200g平均费3
氏粒度为100μm、振实密度为11g/cm的球化钨粉组成的混合钨粉中混合均匀，该混合钨粉的振实密度为12.3g/cm3，再置于塑料杯中压实，在25℃～35℃的温度条件下固化72h成型，脱模后得到钨基高分子复合材料。

[0052] 将检测，本实施例得到的钨基高分子复合材料的密度为13g/cm3，抗压强度为135MPa，抗拉强度为30MPa，延伸率为2.5％。

[0053] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。