[发明专利]具有增强性能的金属聚合物复合材料

说明书

本申请作为PCT国际专利申请于2006年2月10日以申请人Wild River Consulting Group，LLC(美国国有企业，对除美国外的所有指定国) 和申请人Kurt E.Heikkila(美国国民，仅对美国)的名义提交。

技术领域

本发明涉及具有增强性能的金属聚合物复合材料。在所述复合材料 中，所述新性能通过组分新的相互作用而增强。所述金属聚合物复合材 料不是简单的混合物，而是由分散的金属如金属颗粒和聚合物材料的独 特组合获得优异的机械、电学和其它性能，其中所述独特组合通过共混 组合的聚合物和金属材料来优化复合材料的结构和特性以获得真复合 材料性能。

背景技术

已经将大量注意力集中在创造具有独特性能的复合材料上。包括在此 类材料中的是具有改进性能的高密度材料。例如，铅常用在需要高密度材 料的应用中。高密度材料的应用包括滑膛枪弹丸、其它弹道射弹、钓饵、 钓坠、车轮平衡块(weight)和其它高密度应用。由于铅的耐α、β和γ辐射、 EMI和可延展性，因此铅还用在需要除了密度之外的其它性能的应用中， 包括用在辐射屏蔽中。铅制压配式钓坠允许使用者轻松地将钓坠捏在钓线 上而无需工具或无大困难。在滑膛枪弹丸或其它弹道射弹的情况下，铅提 供所需要的密度、穿透力和可延展性以获得良好的精准度和最小的枪管磨 损。铅已经是狩猎和军事应用上的主要选择。众所周知，铅在弹丸和射弹 的终端用途上存在有毒的缺点。由于湖中铅浓度增加且导致自然种群死 亡，美国和其它地方的许多司法管辖区域已经认真考虑了禁止销售和使用 铅弹和铅坠。同样用于射弹的贫铀存在可加工性、毒性和辐射问题。

多年来，一般通过将两种不相似的材料组合以得到来自二者的有利性 能来制备复合材料。真复合材料是独特的，因为材料的相互作用提供两种 组分的最佳性能。许多种复合材料是已知的并且不是简单的混合物。通常， 现有技术认为以一定比例组合某些类型的金属形成的合金提供金属/金属 合金材料的独特性能。已经制得的金属/陶瓷复合材料一般包括组合金属粉 末或纤维与可烧结成金属/陶瓷复合材料的粘土材料。

通常组合热塑性或热固性聚合物相与增强粉末或纤维，产生一定范围 的被填充材料，在恰当条件下可以形成真聚合物复合材料。具有作为填料 的添加剂的填充聚合物不能表现出复合材料性能。填料通常包含用于聚合 物体系的作为颜料或增充剂的无机材料。通常制得多种纤维增强复合材料 以获得改善独特复合材料中聚合物的机械性能的纤维增强性能。

填充聚合物材料的一个子类是其中金属材料、金属颗粒或纤维分散 在聚合物中的金属聚合物混合物。大多数此类材料是混合物而不是真复 合材料。混合物通常可容易地分离为组分并表现出组分的性能。真复合 材料抗拒分离并表现出输入材料的增强性能。真复合材料不表现出各个 组分的性能。Tarlow的美国专利No.3,895,143教导了一种包含弹性体 胶乳的板材，所述弹性体胶乳包括分散的无机纤维和金属颗粒。Bruner 等人的美国专利No.2,748,099教导了一种含有铜、铝或石墨的尼龙材 料，所述铜、铝或石墨用于改变材料的热或电性能而不是混合物密度。 Sandbank等人的美国专利No.5,548,125教导了一种包含柔性聚合物的 衣物制品，所述聚合物含有相对小体积百分数的钨，以用于获得辐射屏 蔽。Belanger等人的美国专利No.5,237,930公开了含有铜粉和通常为 尼龙材料的热塑性材料的练习弹。Epson Corporation的JP63-273664A 公开了一种含有金属硅酸盐纤维、密织晶须和其它材料的聚酰胺，作为 含金属的复合材料。最后，Bray等人的美国专利No.6,048,379和 6,517,774公开了生产钨聚合物复合材料的尝试。该专利公开了将聚合物 和粒径小于10微米的钨粉末以及任选的第二双峰聚合物或金属纤维组合 为复合材料，以制成高密度材料。

虽然关于复合材料已开展了大量的工作，但尚未获得密度远大于10 g/cm³的金属复合材料，其中密度是表明复合材料性能的单一量度。增 大这些材料的密度将向复合材料中引入独特的机械性能，当使用时，得 到在较低密度复合材料中不存在的性能。需要具有高密度、低毒性和在 电/磁性能、可延展性、注射成型能力和粘弹性方面具有改进性能的材 料。

发明内容