热固性复合材料及其制备方法、旋钮和灶具旋钮

技术领域

本发明涉及家电材料技术领域，尤其是涉及一种热固性复合材料及其制备方法、旋钮和灶具旋钮。

背景技术

灶具旋钮由于距离灶具火源近，要求材料导热性好，避免操作时旋钮烫手。传统灶具旋钮一般采用铝合金+电镀或者阳极工艺制作，此材料导热性好，表面铅笔硬度4H,但是油污很难清洗。塑胶材质通过注塑成型+喷涂工艺，也可以满足功能要求，但是塑胶材质导热率低，旋钮烫手、表面硬度低，容易划伤、没有易清洁功能，油渍难以清洗等缺陷，导致塑胶材料无法应用在灶具旋钮。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种热固性复合材料，以缓解现有技术中塑胶材质导热率低，旋钮烫手的技术问题。

本发明的目的之二在于提供一种灶具旋钮，以缓解现有技术中灶具旋钮表面硬度低，容易划伤、没有易清洁功能，油渍难以清洗的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明特采用如下技术方案:

本发明的第一方面提供了一种热固性复合材料，包括按照质量份数计的如下组分：

不饱和聚酯树脂12份-25份，填料15份-30份，铝粉20份-30份，导热短切碳纤维15份-25份，低收缩剂6份-11份，脱模剂1份-1.5份，固化剂0.1份-0.4份。

可选地，还包括分散剂1份-2份，着色剂2份-3份。

可选地，所述铝粉的粒径为200μm-400μm；优选为250μm-350μm。

可选地，所述导热短切碳纤维的长度为5mm-8mm。

优选地，所述导热短切碳纤维的直径为6μm-20μm。

可选地，所述填料包括碳酸钙、炭黑、滑石粉、白炭黑、石英砂、硅微粉和钛白粉中的至少一种，优选为碳酸钙。

优选地，所述低收缩剂包括聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯、苯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的至少一种。

优选地，所述的脱模剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙和硬脂酸镁中的至少一种，优选为硬脂酸锌。

优选地，所述固化剂包括过氧化苯甲酸叔丁酯和过氧化苯甲酰中的至少一种。

本发明的第二方面提供了所述的热固性复合材料的制备方法，将不饱和聚酯树脂、25％-35％填料，25％-35％铝粉，低收缩剂，脱模剂，固化剂，任选的分散剂和任选的着色剂搅拌均匀；再加入剩余的填料、剩余的铝粉和导热短切碳纤维混合均匀出料得到所述热固性复合材料。

本发明的第三方面提供了一种旋钮，主要由热固性复合材料注塑热压成型得到。

优选地，所述注塑热压时，模具温度为160℃-180℃。

本发明的第四方面提供了一种灶具旋钮，在所述的旋钮外表层从内向外依次设置有砂层、底层和面层。

可选地，所述砂层主要由棕玉砂喷砂得到。

优选地，所述棕玉砂的粒径为240～320目。

优选地，所述喷砂的压力为0.4MPa-0.5MPa。

可选地，所述底层主要由KS-718双组份环氧涂料(溶剂型)喷涂干燥得到；

优选地，所述面层主要由KS-609不粘柔性陶瓷涂料喷涂干燥得到。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果:

本发明提供的热固性复合材料，采用铝粉和导热短切碳纤维互相搭配，利用导热短切碳纤维沿纤维轴向高导热性，但是径向缺少导热通道，导热性差的问题，在配方中添加铝粉，使铝粉在导热短切碳纤维之间搭建高效导热通道，提高了材料各个方向的导热性能，可解决塑胶材质导热率低的问题。本发明提供的热固性复合材料的导热率提高至12.5w/(m·k)，具有良好的导热性能，拓展了热固性复合材料的应用范围。

本发明提供的热固性复合材料的制备方法，工艺简单，机械化程度高，批次处理量大，适合工业化生产。

本发明提供的旋钮由注塑热压工艺生产得到，将热压成型工艺和注塑工艺合二为一，一步成型工艺，缩短了生产周期，提高了生产能力。

本发明提供的灶具旋钮，砂层将旋钮材料和底层面层材料结合起来，底层和面层共同改善了旋钮材料的硬度和疏油疏水能力，用户体验好。由于基材使用导热率较高热固性复合材料，从而降低了灶具旋钮的温升，提高灶具的使用安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为铝粉和导热短切碳纤维搭配示意图；

图2是本发明提供的灶具旋钮的示意图。

图标：1-外表层；2-砂层；3-底层；4-面层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

根据本发明的第一方面提供的一种热固性复合材料，包括按照质量份数计的如下组分：

不饱和聚酯树脂12份-25份，填料15份-30份，铝粉20份-30份，导热短切碳纤维15份-25份，低收缩剂6份-11份，脱模剂1份-1.5份，固化剂0.1份-0.4份。

本发明提供的热固性复合材料，采用铝粉和导热短切碳纤维互相搭配，利用导热短切碳纤维沿纤维轴向高导热性，但是径向缺少导热通道，导热性差的问题，在配方中添加铝粉，使铝粉在导热短切碳纤维之间搭建高效导热通道，如图1所示，提高了材料各个方向的导热性能，可解决塑胶材质导热率低的问题。本发明提供的热固性复合材料的导热率提高至12.5w/(m·k)，具有良好的导热性能，拓展了热固性复合材料的应用范围。

在本发明的一些实施方式中，热固性复合材料中，不饱和聚酯树脂的质量份数典型但不限于12份、14份、16份、18份、20份、22份或25份；填料的质量份数典型但不限于15份、20份、25份或30份；铝粉的质量份数典型但不限于20份、22份、24份、26份、28份或30份；导热短切碳纤维的质量份数典型但不限于15份、17份、19份、21份、23份或25份；低收缩剂的质量份数典型但不限于6份、7份、8份、9份、10份或11份；脱模剂的质量份数典型但不限于1份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份或1.5份；固化剂的质量份数典型但不限于0.1份、0.2份、0.3份或0.4份。

可选地，还包括分散剂1份-2份，着色剂2份-3份。

可选地，所述铝粉的粒径为200μm-400μm；优选为250μm-350μm。

当铝粉的粒径低于200μm时，相同份的添加量，导热性能会降低；当铝粉的粒径高于400μm时，相同份的添加量，材料变脆，弯曲强度会随着直径的增加而降低。优选的粒径为250μm-350μm，在该范围内，材料导热性能和弯曲强度满足旋钮应用的需求。

在本发明的一些实施方式中，铝粉的粒径典型但不限于200μm、250μm、300μm、350μm或400μm。

可选地，所述导热短切碳纤维的长度为5mm-8mm。

当导热短切碳纤维的长度低于5mm时，材料的弯曲强度会随着长度的减短而降低；当导热短切碳纤维的长度高于8mm时，材料的弯曲强度会随着长度增加而降低，并且导热性能降低，分析认为是碳纤维在产品中成卷曲状，影响性能。

在本发明的一些实施方式中，导热短切碳纤维的长度典型但不限于5mm、6mm、7mm或8mm。

优选地，所述导热短切碳纤维的直径为6μm-20μm。

当导热短切碳纤维的直径低于6μm时，碳纤维生产成本增加，经济效率低；当导热短切碳纤维的直径高于20μm时，单位截面积碳纤维数量减少，不能很好的形成导热通道，导热性能下降。

在本发明的一些实施方式中，导热短切碳纤维的直径典型但不限于6μm、10μm、14μm或20μm。

可选地，所述填料包括碳酸钙、炭黑、滑石粉、白炭黑、石英砂、硅微粉和钛白粉中的至少一种，优选为碳酸钙。

优选地，所述低收缩剂包括聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯、苯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的至少一种。

优选地，所述的脱模剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙和硬脂酸镁中的至少一种，优选为硬脂酸锌。

优选地，所述固化剂包括过氧化苯甲酸叔丁酯和过氧化苯甲酰中的至少一种。

根据本发明的第二方面提供的所述的热固性复合材料的制备方法，将不饱和聚酯树脂、25％-35％填料，25％-35％铝粉，低收缩剂，脱模剂，固化剂，任选的分散剂和任选的着色剂搅拌均匀；再加入剩余的填料、剩余的铝粉和导热短切碳纤维混合均匀出料得到所述热固性复合材料。

本发明提供的热固性复合材料的制备方法，工艺简单，机械化程度高，批次处理量大，适合工业化生产。

根据本发明的第三方面提供的一种旋钮，主要由热固性复合材料注塑热压成型得到。

本发明提供的旋钮由注塑热压工艺生产得到，将热压成型工艺和注塑工艺合二为一，一步成型工艺，缩短了生产周期，提高了生产能力。

优选地，所述注塑热压时，模具温度为160℃-180℃。

当模具温度低于160℃时，固化反应速度降低，成型周期增加；当模具温度高于180℃时，表面流动性增强，产品毛边增加，影响外观，模具难以合模(模具热胀冷缩)。

在本发明的一些实施方式中，模具温度典型但不限于160℃、165℃、170℃、175℃或180℃。

根据本发明的第四方面提供的一种灶具旋钮，在所述的旋钮外表层1从内向外依次设置有砂层2、底层3和面层4，如图2所示。

本发明提供的灶具旋钮，砂层将旋钮材料和底层面层材料结合起来，底层和面层共同改善了旋钮材料的硬度和疏油疏水能力，用户体验好。由于基材使用导热率较高热固性复合材料，从而降低了灶具旋钮的温升，提高灶具的使用安全性。

可选地，所述砂层主要由棕玉砂喷砂得到。

优选地，所述棕玉砂的粒径为240～320目选择该粒径的棕玉砂，可以提高喷涂时，涂层的附着力。

优选地，所述喷砂的压力为0.4MPa-0.5MPa。

在本发明的一些实施方式中，所述喷砂的压力典型但不限于0.4MPa、0.42MPa、0.44MPa、0.46MPa、0.48MPa或0.5MPa。

可选地，所述底层主要由KS-718双组份环氧涂料(溶剂型)喷涂干燥得到；

优选地，所述面层主要由KS-609不粘柔性陶瓷涂料喷涂干燥得到。

下面结合实施例，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下述实施例和对比例中的原料采购厂家如下表1所示，如未在表1中列明的原料，则可通过市售购买得到。

表1原料规格表

实施例1

本实施例提供一种热固性复合材料，原料组成为不饱和聚酯树脂12kg，碳酸钙22.9kg，铝粉(粒径300μm)30kg，导热短切碳纤维(长度6mm，直径13μm)25kg，聚苯乙烯6kg，硬脂酸锌1.0kg，过氧化苯甲酸叔丁酯0.1kg，BKY-W-996分散剂1.0kg，钛白粉2kg。

具体制备过程如下：

1、先将不饱和聚酯树脂、聚苯乙烯、着色剂、硬脂酸锌、过氧化苯甲酸叔丁酯、分散剂、6kg的碳酸钙和10kg的铝粉加入捏合机中搅拌均匀；

2、将剩下的碳酸钙和铝粉、导热短切碳纤维加入捏合机搅拌均匀45min后倒出团料；

3、将制得的热固性复合材料装入PE复合膜袋中，即得所需热固性复合材料备用。

实施例2

本实施例提供一种热固性复合材料，原料组成为不饱和聚酯树脂19kg，碳酸钙21.8kg，铝粉(粒径300μm)25kg，导热短切碳纤维(长度6mm，直径13μm)20kg，聚苯乙烯9.5kg，硬脂酸锌1.0kg，过氧化苯甲酸叔丁酯0.2kg，BKY-W-996分散剂1.5kg，钛白粉2kg。

具体制备过程如下：

1、先将不饱和聚酯树脂、聚苯乙烯、着色剂、硬脂酸锌、过氧化苯甲酸叔丁酯、分散剂、6kg的碳酸钙和8kg的铝粉加入捏合机中搅拌均匀；

2、将剩下的碳酸钙和铝粉、导热短切碳纤维加入捏合机搅拌均匀45min后倒出团料；

3、将制得的热固性复合材料装入PE复合膜袋中，即得所需热固性复合材料备用。

实施例3

本实施例提供一种热固性复合材料，原料组成为不饱和聚酯树脂25kg，碳酸钙22.1kg，铝粉(粒径300μm)20kg，导热短切碳纤维(长度6mm，直径13μm)15kg，聚苯乙烯12kg，硬脂酸锌1.5kg，过氧化苯甲酸叔丁酯0.4kg，BKY-W-996分散剂2.0kg，钛白粉2kg。

具体制备过程如下：

1、先将不饱和聚酯树脂、聚苯乙烯、着色剂、硬脂酸锌、过氧化苯甲酸叔丁酯、分散剂、7kg的碳酸钙和6.5kg的铝粉加入捏合机中搅拌均匀；

2、将剩下的碳酸钙和铝粉、导热短切碳纤维加入捏合机搅拌均匀45min后倒出团料；

3、将制得的热固性复合材料装入PE复合膜袋中，即得所需热固性复合材料备用。

实施例4

本实施例提供一种热固性复合材料，与实施例1不同的是，使用滑石粉替代碳酸钙，低收缩剂选用聚甲基丙烯酸甲酯，固化剂采用过氧化苯甲酰，其余原料和步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例5

本实施例提供一种热固性复合材料，与实施例1不同的是，铝粉的粒径为200μm，其余原料和步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例6

本实施例提供一种热固性复合材料，与实施例1不同的是，铝粉的粒径为400μm，其余原料和步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例7

本实施例提供一种热固性复合材料，与实施例1不同的是，导热短切碳纤维的长度为8mm，直径为6μm，其余原料和步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例8

本实施例提供一种热固性复合材料，与实施例1不同的是，导热短切碳纤维的长度为5mm，直径为20μm，其余原料和步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。

对比例1

本对比例提供一种热固性复合材料，与实施例1不同的是，使用氢氧化铝替代铝粉，使用玻璃纤维替代导热短切碳纤维，其余原料和步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。

对比例2

本对比例提供一种热固性复合材料，与实施例2不同的是，使用氢氧化铝替代铝粉，使用玻璃纤维替代导热短切碳纤维，其余原料和步骤均与实施例2相同，在此不再赘述。

对比例3

本对比例提供一种热固性复合材料，与实施例3不同的是，使用氢氧化铝替代铝粉，使用玻璃纤维替代导热短切碳纤维，其余原料和步骤均与实施例3相同，在此不再赘述。

对比例4

本对比例提供一种热固性复合材料，与对比例1不同的是，使用导热短切碳纤维替代玻璃纤维，其余原料和步骤均与对比例1相同，在此不再赘述。

对比例5

本对比例提供一种热固性复合材料，与对比例1不同的是，使用铝粉替代氢氧化铝，其余原料和步骤均与对比例1相同，在此不再赘述。

对比例6

本对比例提供一种热固性复合材料，与对比例2不同的是，使用导热短切碳纤维替代玻璃纤维，其余原料和步骤均与对比例2相同，在此不再赘述。

对比例7

本对比例提供一种热固性复合材料，与对比例2不同的是，使用铝粉替代氢氧化铝，其余原料和步骤均与对比例2相同，在此不再赘述。

对比例8

本对比例提供一种热固性复合材料，与对比例3不同的是，使用导热短切碳纤维替代玻璃纤维，其余原料和步骤均与对比例3相同，在此不再赘述。

对比例9

本对比例提供一种热固性复合材料，与对比例3不同的是，使用铝粉替代氢氧化铝，其余原料和步骤均与对比例3相同，在此不再赘述。

实验例1

将实施例1-8和对比例1-9得到的热固性复合材料通过注塑热压工艺制成旋钮，模具的温度为165℃，得到旋钮。

实验例2

将实验例1得到的旋钮，先进行喷砂处理，使用240～320目棕玉砂喷砂，喷砂的压力设置为0.5MPa，砂层厚度为15～25μm。

再使用常州穗时新材料有限公司KS-718双组份环氧涂料(溶剂型)喷涂底漆，底漆的厚度为15～20μm；面漆使用KS-609不粘柔性陶瓷涂料喷涂得到，面漆的厚度为5～8μm，最终得到灶具旋钮。

试验例1

将实验例1得到的旋钮进行导热系数测定。

导热系数的测定方法根据标准ASTM D5470中规定进行。

得到的数据如表2所示。

表2

从表2可以看出，增加铝粉和碳纤维，导热系数显著增加，单独添加铝粉或者碳纤维，对材料导热性没有明显提高。铝粉和碳纤维的添加比例越高，导热性越好。

试验例2

对实验例2得到的灶具旋钮进行温升测试。

1：将灶具放入温升测试角内，左侧和后侧距离木壁距离为150mm。

2：试验气源：0-1气，点燃所有燃烧器，将灶具的燃烧器阀门开至最大，调节压力为最大试验压力，选择下限锅测试温升。

3：燃烧1h后记录旋钮温升数据(记录布点的所有温升数据，记录测试环境温度和湿度)。

4：试验结束后，关闭气源。

得到的数据如表3所示。

表3

从表3可以看出，增加铝粉和碳纤维，旋钮温升显著降低，单独添加铝粉或者碳纤维，对旋钮温升没有明显改善。铝粉和碳纤维的添加比例越高，旋钮温升越低。

最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。