專利名稱：可再熱塑成形儲(chǔ)電復(fù)合板材及其再成型加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
可再熱塑成形儲(chǔ)電復(fù)合板材及其再成型加工方法，屬于板狀多層熱塑性聚合物復(fù)合材料領(lǐng)域，是用于制作電驅(qū)動(dòng)裝置的內(nèi)外防護(hù)殼體及結(jié)構(gòu)件的新型材料，它同時(shí)具有儲(chǔ)電的特殊功能和二次熱成型特性。
二、技術(shù)背景功能性復(fù)合材料及加工是近十年材料科學(xué)和工程領(lǐng)域中最活躍的部分。其種類每年以5％的速度增加。目前已形成了具有光、電、磁、熱、化學(xué)、生化、分離、形態(tài)記憶、超導(dǎo)等功能的許多材料類別。利用熱塑性聚合物的介電、導(dǎo)電特性，人類已經(jīng)開發(fā)了許多具有導(dǎo)電功能的復(fù)合材料，應(yīng)用于電池電極、防靜電、屏蔽、電子元件等方面，但其電器設(shè)備的體積大、不便使用，其不具備二次成型加工特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有儲(chǔ)電功能和二次熱成型功能的可再熱塑成形儲(chǔ)電復(fù)合板材及其再成型加工方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種可再熱塑成形儲(chǔ)電復(fù)合板材，其特殊之處在于所述的可再熱塑成形儲(chǔ)電復(fù)合板材是由正極層1、介電層3和負(fù)極層2垂向?qū)訝畀B合，構(gòu)成一儲(chǔ)電功能層；所述的儲(chǔ)電復(fù)合板是由具有儲(chǔ)電功能層的多個(gè)復(fù)合板單元塊4形成的，每個(gè)復(fù)合板單元塊4中設(shè)置正極柱5和負(fù)極柱6；所述的多個(gè)復(fù)合板單元塊4在復(fù)合板材呈平面分塊排布結(jié)構(gòu)，在復(fù)合板材中設(shè)置正極聯(lián)絡(luò)線7、負(fù)極聯(lián)絡(luò)線8連接各個(gè)復(fù)合板單元塊4正極柱5和負(fù)極柱6，形成正極匯流層11和負(fù)極匯流層12。
上述的介電層3為電解層。
上述的儲(chǔ)電功能層垂向?qū)訝畀B合為多層疊覆，構(gòu)成多次儲(chǔ)電功能層。述的復(fù)合板材的中間設(shè)置加強(qiáng)層9，復(fù)合板材的兩側(cè)設(shè)置外防護(hù)層10。
上述的正極聯(lián)絡(luò)線7和負(fù)極聯(lián)絡(luò)線8采用電過流熔斷的熱塑性聚合物。
上述的正極聯(lián)絡(luò)線7和負(fù)極聯(lián)絡(luò)線8采用金屬線型材料。
一種可再熱塑成形儲(chǔ)電復(fù)合板材再成型加工方法，其特征在于所述的可再熱塑成形儲(chǔ)電復(fù)合板材的二次成形在高溫液體槽中分四個(gè)階段進(jìn)行，其步驟如下(1)、在高溫液體槽的預(yù)熱升溫區(qū)14，將復(fù)合板材放在其中，使其均勻加熱。
(2)、預(yù)熱后的復(fù)合板材進(jìn)入高溫液體槽的高溫軟化區(qū)15，達(dá)到復(fù)合板材的軟化溫度，高溫液體采用對(duì)復(fù)合板材不起化學(xué)反映的油液。
(3)、在高溫液體槽的高溫成型區(qū)16，將復(fù)合板材靠自重貼合成型。
(4)、在高溫液體槽的降溫的固化區(qū)17，將成型后的復(fù)合板材緩慢冷卻，固化成型。
上述的步驟(3)中，在復(fù)合板材加工成型時(shí)，采用模具輕壓輔助成型。
上述的高溫液體槽的液體通過微波、電熱板、熱油注入等方式加熱。
上述的高溫液體槽的液體用電冷卻板、注入冷液、自然散熱等方式降溫。
本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)如下1、本發(fā)明可使電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)和外防護(hù)殼體具有儲(chǔ)電功能，把結(jié)構(gòu)和外防護(hù)材料的重量與電源重量統(tǒng)一，將可以極大的減少電器設(shè)備的體積、質(zhì)量，節(jié)省原材料，降低成本，提高使用的輕便性。
2、本發(fā)明不僅具有儲(chǔ)電的特殊功能，而且具有二次熱成型特性。
四

圖1為復(fù)合材料層狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合板單元塊剖面示意圖；圖2為電極柱結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖3為正、負(fù)極匯流層連接關(guān)系圖；圖4為標(biāo)識(shí)印刷層13的表面標(biāo)識(shí)符號(hào)印刷圖；圖5為二次熱成型加工的工藝過程示意圖。
五具體實(shí)施例方式本發(fā)明根據(jù)薄膜電容器和薄膜鋰電池原理，利用熱塑性聚合物材料的介電性、導(dǎo)電性、可發(fā)泡性、熱軟化性等物理特性，用熱軟化溫度和內(nèi)應(yīng)力相近、固化溫度范圍和硬度滿足使用要求的介電、導(dǎo)電、發(fā)泡等熱塑性聚合物材料層狀交替疊覆，構(gòu)成電容型或蓄電池型儲(chǔ)電復(fù)合材料。
參見圖1、圖3，本發(fā)明的可再熱塑成形儲(chǔ)電復(fù)合板材是由正極層1、負(fù)極層2和介電層3相互交替垂向?qū)訝畀B合，形成具有電容器結(jié)構(gòu)的多個(gè)復(fù)合板單元塊4構(gòu)成，每個(gè)復(fù)合板單元塊4中設(shè)置正極柱5和負(fù)極柱6；所述的多個(gè)復(fù)合板單元塊4在復(fù)合板材呈平面分塊排布結(jié)構(gòu)，在復(fù)合板材中設(shè)置正極聯(lián)絡(luò)線7、負(fù)極聯(lián)絡(luò)線8連接各個(gè)復(fù)合板單元塊4正極柱5和負(fù)極柱6。
該復(fù)合材料的是正極層1、介電(電解)層3、負(fù)極層2構(gòu)成單儲(chǔ)電功能層。該單儲(chǔ)電功能層可以多層疊覆構(gòu)成多次儲(chǔ)電功能層，按儲(chǔ)電能力、加工彎曲要求和材料允許厚度等條件設(shè)計(jì)。在該多組儲(chǔ)電功能層的外側(cè)有外防護(hù)層，可以預(yù)著色彩和紋理。在該多組儲(chǔ)電功能層的內(nèi)側(cè)有正極匯流層、負(fù)極匯流層、內(nèi)側(cè)外防護(hù)層和標(biāo)識(shí)印刷層13，正極電層1、負(fù)極電層2和儲(chǔ)電功能層之間通過一定設(shè)計(jì)厚度的介電層隔離。在層中可以加入多個(gè)加強(qiáng)層9，以改善材料韌性、剛性等機(jī)械特性，加強(qiáng)層由增強(qiáng)材料和介電熱塑性聚合物構(gòu)成。各層可以通過粘合和壓合等各種方式結(jié)合成型。
參見圖2，圖3，各正電層1和負(fù)電層2分別由正電極5、負(fù)電極6引出，電極由相應(yīng)電性層的導(dǎo)電熱塑性聚合物制作，并與相異電層通過介電熱塑性聚合物隔離。該電極在內(nèi)側(cè)不出露，但與標(biāo)識(shí)印刷層13的標(biāo)識(shí)位置對(duì)應(yīng)，以便做人為隔離處理時(shí)使用，同時(shí)保證運(yùn)輸、加工的安全。電極柱的面積應(yīng)該足夠大，以便塑料焊接、壓接和安置外接線柱。同性電極由同電性匯流層和其間的過流熔斷材料連接。
通過正負(fù)電極和發(fā)泡材料等儲(chǔ)電材料在介電材料中分塊排布，各個(gè)復(fù)合板單元塊形成獨(dú)立的儲(chǔ)電單元4，儲(chǔ)電單元4通過正極聯(lián)絡(luò)線7和負(fù)極聯(lián)絡(luò)線8連接。正極聯(lián)絡(luò)線7和負(fù)極聯(lián)絡(luò)線8采用金屬材料或熱塑性聚合物的過流保護(hù)材料，當(dāng)使用中發(fā)生機(jī)械損傷和需要進(jìn)一步加工時(shí)，破壞了某幾個(gè)單元的儲(chǔ)電性能，可以通過自放電、充電和人工過流熔斷把該單元與其他正常單元隔離，使材料整體的儲(chǔ)電功能不變。這樣賦予材料了二次機(jī)械加工能力，材料可以隨意切割和鉆孔加工；賦予材料了使用安全性，當(dāng)材料受非正常機(jī)械撞擊等造成局部機(jī)械損傷或破裂，不會(huì)發(fā)生劇烈集中放電引發(fā)連鎖損害，保證使用安全。
復(fù)合板材的整體具有一致的熱軟化溫度和內(nèi)應(yīng)力，能夠二次熱軟化成型，在一定曲率半徑內(nèi)彎曲不會(huì)影響材料的儲(chǔ)電性能。如果采用電解質(zhì)儲(chǔ)電方式，在軟化溫度范圍內(nèi)，電解質(zhì)不應(yīng)發(fā)生不可恢復(fù)的化學(xué)變化。
復(fù)合板材在二次固化后，材料在實(shí)際使用溫度范圍內(nèi)具有設(shè)計(jì)的機(jī)械強(qiáng)度和透明度，可以成為內(nèi)外防護(hù)殼體和結(jié)構(gòu)材料使用。其機(jī)械強(qiáng)度可以通過增加加強(qiáng)層改善，從韌性、柔性和剛性等方面達(dá)到使用要求。
參見圖3，圖4，正、負(fù)極電柱在各自的回流層縱橫連接，相互連接要通過過流熔斷材料，以起到保證試用安全，如在撞擊破壞時(shí)不發(fā)生強(qiáng)烈放現(xiàn)象。同時(shí)在人工隔離某幾個(gè)儲(chǔ)電單元時(shí)，可以通過電極住熔斷塊間過流熔斷材料的方法斷開塊間電連接。連接線的排布應(yīng)繞開預(yù)留安裝加工點(diǎn)。
參見圖4、在復(fù)合板內(nèi)側(cè)表面是標(biāo)識(shí)符號(hào)印刷層13，其上印制有正負(fù)極柱的位置，儲(chǔ)電單元的組合形式和正確的幾何形狀和位置，預(yù)留安裝加工點(diǎn)的中心位置等，以便加工時(shí)按需要找點(diǎn)。各儲(chǔ)電單元的幾何形態(tài)和排布形式、預(yù)留安裝點(diǎn)的幾何形態(tài)和位置等可以按需要設(shè)計(jì)。同時(shí)該層可以覆蓋電極，對(duì)電極起到防止摩擦、碰損、劃傷等正常加工、運(yùn)輸中難以避免損傷的保護(hù)作用。
參見圖5、圖5為二次熱成型加工工藝過程示意圖為了加熱均勻、可控，二次熱成型過程在一個(gè)高溫液體槽中進(jìn)行。加工件從槽的入端到出端，經(jīng)歷預(yù)熱的升溫區(qū)14、高溫軟化區(qū)15、高溫成型區(qū)16和降溫的固化區(qū)17，實(shí)現(xiàn)了均勻加熱、軟化、成形的過程，出槽時(shí)加工件已達(dá)到設(shè)計(jì)使用溫度范圍內(nèi)的完全、均勻固化狀態(tài)。高溫液體一般采用對(duì)材料不起化學(xué)反映的油液。液體通過微波、電熱板、熱油注入等方式加熱，用電冷卻板、注入冷液、自然散熱等方式降溫，控制槽內(nèi)各段溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。上壓模具根據(jù)成型要求加入，也可以不加，靠材料自重貼附于模具上。
不同的材料有不同溫度，如1、ABS屬于苯乙烯塑料類，其熱容溫度為255-258℃，變形溫度為90-115℃，維卡軟化溫度為90-120℃。
2、聚氯乙烯其熱容溫度為170-185℃，變形溫度為90-115℃，維卡軟化溫度為100-115℃。
3、聚丙烯屬于聚烯烴塑料類，其熱容溫度為158-168℃，變形溫度為90-120℃，維卡軟化溫度為140-150℃。
變形溫度、維卡軟化溫度影響材料的二次成型加工特性，保證變形均勻；熱溶溫度影響材料的層間附著和加工性能，保證加工時(shí)不會(huì)垂直傳層，層間均勻隔離；使用溫度范圍內(nèi)的線膨脹率影響材料使用中的結(jié)構(gòu)和形態(tài)穩(wěn)定，保證不發(fā)生內(nèi)應(yīng)力不均勻的變形。材料在二次成型加工過程中要考慮復(fù)合材料各層的導(dǎo)熱率差異，均勻加熱和冷卻。對(duì)于透明材料，在二次成型中如果加工溫度要大于玻璃化溫度時(shí)，冷卻要均勻，速度要適當(dāng)。
一般聚合物塑料本身都是絕緣材料，可以直接用來作為絕緣的介電層使用。他們也都可以采用復(fù)合方式改性，制備成導(dǎo)電材料。及適量摻入碳粉、金屬粉末等，使得材料的熱學(xué)性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)變化不大，用來作正極和負(fù)極層，噴繪制作層狀復(fù)合材料，由于其熱溶溫度、變形溫度、維卡軟化溫度、使用溫度范圍內(nèi)的線膨脹率等物理指標(biāo)差異極小，是成本最低、技術(shù)難度最小的制備途徑。另外如在聚乙炔中加入碘的結(jié)構(gòu)方式改變電性，聚環(huán)氧乙烷與堿金屬鹽形成的電解質(zhì)離子導(dǎo)電聚合物可以反復(fù)充電，雖然其成本較高，也是良好的制備方式。
在不同聚合物塑料交叉制備時(shí)，要求各材料的熱溶溫度、變形溫度、維卡軟化溫度、使用溫度范圍內(nèi)的線膨脹率等物理指標(biāo)相近，其溫度可查材料手冊(cè)。
權(quán)利要求
1.一種可再熱塑成形儲(chǔ)電復(fù)合板材，其特征在于所述的可再熱塑成形儲(chǔ)電復(fù)合板材是由正極層(1)、介電層(3)和負(fù)極層(2)垂向?qū)訝畀B合，構(gòu)成一儲(chǔ)電功能層；所述的儲(chǔ)電復(fù)合板是由具有儲(chǔ)電功能層的多個(gè)復(fù)合板單元塊(4)形成的，每個(gè)復(fù)合板單元塊(4)中設(shè)置正極柱(5)和負(fù)極柱(6)；所述的多個(gè)復(fù)合板單元塊(4)在復(fù)合板材呈平面分塊排布結(jié)構(gòu)，在復(fù)合板材中設(shè)置正極聯(lián)絡(luò)線(7)、負(fù)極聯(lián)絡(luò)線(8)連接各個(gè)復(fù)合板單元塊(4)正極柱(5)和負(fù)極柱(6)，形成正極匯流層(11)和負(fù)極匯流層(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可再熱塑成形儲(chǔ)電復(fù)合板材，其特征在于所述的介電層(3)為電解層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可再熱塑成形儲(chǔ)電復(fù)合板材，其特征在于所述的儲(chǔ)電功能層垂向?qū)訝畀B合為多層疊覆，構(gòu)成多次儲(chǔ)電功能層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可再熱塑成形儲(chǔ)電復(fù)合板材，其特征在于所述的復(fù)合板材的中間設(shè)置加強(qiáng)層(9)，復(fù)合板材的兩側(cè)設(shè)置外防護(hù)層(10)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可再熱塑成形儲(chǔ)電復(fù)合板材，其特征在于所述的正極聯(lián)絡(luò)線(7)和負(fù)極聯(lián)絡(luò)線(8)采用電過流熔斷的熱塑性聚合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可再熱塑成形儲(chǔ)電復(fù)合板材，其特征在于所述的正極聯(lián)絡(luò)線(7)和負(fù)極聯(lián)絡(luò)線(8)采用金屬線型材料。
7.一種可再熱塑成形儲(chǔ)電復(fù)合板材再成型加工方法，其特征在于所述的可再熱塑成形儲(chǔ)電復(fù)合板材的二次成形在高溫液體槽中分四個(gè)階段進(jìn)行，其步驟如下(1)、在高溫液體槽的預(yù)熱升溫區(qū)(14)，將復(fù)合板材放在其中，使其均勻加熱。(2)、預(yù)熱后的復(fù)合板材進(jìn)入高溫液體槽的高溫軟化區(qū)(15)，達(dá)到復(fù)合板材的軟化溫度，高溫液體采用對(duì)復(fù)合板材不起化學(xué)反映的油液。(3)、在高溫液體槽的高溫成型區(qū)(16)，將復(fù)合板材靠自重貼合成型。(4)、在高溫液體槽的降溫的固化區(qū)(17)，將成型后的復(fù)合板材緩慢冷卻，固化成型。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可再熱塑成形儲(chǔ)電復(fù)合板材再成型加工方法，其特征在于所述的步驟(3)中，在復(fù)合板材加工成型時(shí)，采用模具輕壓輔助成型。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的可再熱塑成形儲(chǔ)電復(fù)合板材再成型加工方法，其特征在于所述的高溫液體槽的液體通過微波、電熱板、熱油注入等方式加熱。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的可再熱塑成形儲(chǔ)電復(fù)合板材再成型加工方法，其特征在于所述的高溫液體槽的液體用電冷卻板、注入冷液、自然散熱等方式降溫。
全文摘要
本發(fā)明涉及可再熱塑成形儲(chǔ)電復(fù)合板材及其再成型加工方法。在現(xiàn)有技術(shù)中，利用熱塑性聚合物的介電、導(dǎo)電特性，已經(jīng)開發(fā)了許多具有導(dǎo)電功能的復(fù)合材料，應(yīng)用于電池電極、防靜電、屏蔽、電子元件等方面，但其電器設(shè)備的體積大、不便使用，其不具備二次成型加工特性。本發(fā)明是由正極層、負(fù)極層和介電層相互交替垂向?qū)訝畀B合，形成具有電容器結(jié)構(gòu)的多個(gè)復(fù)合板單元塊構(gòu)成，每個(gè)復(fù)合板單元塊中設(shè)置正極柱和負(fù)極柱；所述的多個(gè)復(fù)合板單元塊在復(fù)合板材呈平面分塊排布結(jié)構(gòu)，在復(fù)合板材中設(shè)置正極聯(lián)絡(luò)線、負(fù)極聯(lián)絡(luò)線連接各個(gè)復(fù)合板單元塊正極柱和負(fù)極柱，形成正極匯流層和負(fù)極匯流層。因而其是用于制作電驅(qū)動(dòng)裝置的內(nèi)外防護(hù)殼體及結(jié)構(gòu)件的新型材料，它同時(shí)具有儲(chǔ)電的特殊功能和二次熱成型特性。
文檔編號(hào)B29C70/00GK1513664SQ0214557
公開日2004年7月21日 申請(qǐng)日期2002年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月31日
發(fā)明者馮宏, 馮 宏 申請(qǐng)人:馮宏, 馮 宏