一种用于炊具的复合材料及其制备方法和炊具与流程

本发明涉及烹饪设备，具体的，涉及一种用于炊具的复合材料及其制备方法和炊具。

背景技术：

1、随着生活水平的不断提高，人们对烹饪器具的性能、品质有了更高的要求，品质良好的烹饪器具要求受热平均、易洁、具有优良的防腐性能和耐磨性能，全国高性能食品烹饪器具每年都有过亿的需求量。目前，为了使食品烹饪器具在烹饪使用过程中易清、耐腐蚀，一般通过在器具承载食物的内表面设置功能涂层，利用功能涂层的表面效果来实现相关功能效果，其易洁、耐腐蚀等效果随着涂层的失效而消失。

2、目前，采用较多功能涂层的为有机树脂基涂层，此类涂层表面硬度、强度较低，不耐金属铲磨，高温高湿条件下持久性差，表面极易被划伤破坏，导致易洁性等性能失效。此外，氟树脂等有机树脂涂层材料在高温下分解挥发出有毒有害气体，对人体健康造成威胁。

3、因此，需要提供一种耐磨、耐腐蚀、具有持久的易洁性且无毒健康安全的炊具，以克服现有功能涂层炊具的缺点，满足消费者对于烹饪器具的需求。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提供一种用于炊具的复合材料及其制备方法和炊具，所述炊具具有优良的耐磨性、耐腐蚀性和持久的易洁性，且安全无毒。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种用于炊具的复合材料，所述复合材料包括硬质颗粒材料、含硅包覆材料及金属包覆材料，其中，所述含硅包覆材料包覆于硬质颗粒材料之外，所述金属包覆材料包覆于含硅包覆材料之外，所述含硅包覆材料主要成分为硅烷、硅氧烷、硅烷聚合物、硅氧烷聚合物中至少一种。本发明所述用于炊具的复合材料具有硬基-软基-硬基的多层夹心结构，采用硬质颗粒材料作为内部硬核，具有较高硬度和耐磨性，采用所述复合材料制成保护层应用于炊具，所述硬质颗粒材料形成颗粒支撑骨架，赋予保护层的优良的硬度、结构强度和耐磨性。所述含硅包覆材料为低表面能材料，包覆于硬质颗粒材料表面，形成软基功能层，使得保护层具有优良的易洁特性，且所述含硅包覆材料主要成分为硅烷、硅氧烷、硅烷聚合物、硅氧烷聚合物，其受热分解后不产生有毒危险气体，同时分解后产物亦为硬质低表面能结构，使得保护层耐磨性和易洁性得以持久维持。金属包覆材料作为外层硬质包覆层设置于含硅包覆材料外部，一方面形成外层保护层，防止含硅包覆材料在材料运输、装载、储存等过程中破坏损毁以及在热喷涂或热熔覆等热工艺过程中直接受热分解影响产品性能，另一方面，当采用热喷涂、热熔覆等热工艺制备保护层时，金属包覆材料受热熔融，与炊具表面牢固粘结，同时在保护层中形成粘结相，将各个包裹含硅包覆材料的硬质颗粒连接成整体，从而保证保护层与炊具牢固结合，提高保护层整体强度、耐久性。

3、作为优选，所述硅氧烷聚合物选自甲基硅油、二甲基硅油中的至少一种，所述硅烷选自四乙氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷中的至少一种。上述硅氧烷聚合物材料及硅烷材料具有较低的表面能，疏水性好，能够提供炊具优良的易洁特性。同时，上述材料仅含有si、h、c、o元素，受热分解后不产生有毒气体，使用安全，分解后能形成si-c、si-o、c等低表面能高硬度物质结构，保证保护层持久的强度、耐磨性和易洁性。

4、作为优选，所述含硅包覆材料中，所述主要成分的质量比例为20-80％。采用上述成分比例的含硅包裹材料，能够保证有足够量的硅烷、硅氧烷、硅烷聚合物、硅氧烷聚合物这些低表面能材料包裹附着在硬质颗粒材料表面，采用所述复合材料制备的炊具具有持久的耐磨性、耐腐蚀性和易洁性能。

5、作为优选，所述硬质颗粒材料与所述含硅包覆材料的质量比为1:1-1:3。硬质颗粒材料与含硅包覆材料的比例影响所述复合材料制备的保护层的性能，含硅包覆材料比例过小，则硬质颗粒材料不能被充分包裹，影响最终保护层的耐磨性、耐腐蚀性和易洁性；含硅包覆材料比例过大，过多的包覆材料无法与硬质颗粒材料表面充分接触而在后续工艺过程中易脱落，过多的含硅包覆材料也会对后续复合材料干燥造粒等工艺造成不利影响，且会导致所制备的保护层因为硬质颗粒材料比例过小而强度和耐磨性不足。本技术中硬质颗粒材料与含硅包覆材料质量比选用1:1-1:3，采用该比例能够保证含硅包覆材料充分均匀地包覆硬质颗粒材料，有足够的硬质颗粒材料提供保护层硬度和强度，使得采用所述复合材料制备的保护层具有优良的耐磨性、硬度、强度和易洁特性。

6、作为优选，所述硬质颗粒材料选自金属材料、陶瓷材料、碳颗粒和金属硅中的至少一种。上述颗粒材料硬度高、耐磨性好且具有优良的耐腐蚀性，由此，所述复合材料制得的保护层具有优良的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，能够持久发挥功能。

7、作为优选，所述金属材料选自钛、镍、铬、银、铜、铁、钼、钛合金、铝合金、不锈钢、ni-cr合金、ni-cu合金、co-cr-w合金、ni-cr-al-y合金、co-cr-al-y合金和fe-cr-al-y合金中的至少一种，所述陶瓷材料选自碳化硅、氧化硅、六方氮化硼、氧化钇、氧化锆、氧化钛中的至少一种，所述碳颗粒选自石墨颗粒、石墨烯颗粒、碳纤维颗粒中的至少一种。上述硬质颗粒材料具有优良的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，且无毒性，由此，所述复合材料制得的保护层具有优良的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，能够持久发挥功能，且安全无毒。

8、作为优选，所述硬质颗粒材料粒径为300-600目。采用上述粒径范围的硬质颗粒材料，保证了含硅包覆材料与硬质颗粒材料混合均匀性，使得含硅包覆材料能够均匀附着在硬质颗粒表面，且有利于后续造粒等工艺，同时，采用上述粒径范围的硬质颗粒材料保证了硬质颗粒材料在保护层中分散均匀，降低保护层的孔隙率，使得保护层具有优良的耐磨性和持久的易洁性。

9、作为优选，所述复合材料为粉芯丝材或复合粉材，其中，所述粉芯丝材以所述含硅包覆材料包覆的硬质颗粒材料为粉芯，以所述金属包覆材料为外皮，所述复合粉材为核-壳结构，以硬质颗粒材料为核心且依次包覆含硅包覆材料和金属包覆材料。本技术中复合材料可制成粉芯丝材形式或复合粉材形式以适用于不同加工工艺，粉芯丝材制备周期短，生产成本低，适用性较强，复合粉材外层金属包覆均匀，颗粒性能均一。

10、根据本发明的另一方面，提供了一种用于炊具的复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：将硬质颗粒材料与含硅包覆材料均匀混合，使含硅包覆材料均匀包覆硬质颗粒材料；将硬质颗粒材料与含硅包覆材料的混合物通过喷雾造粒或烘干-粉碎的方式制得表面包裹有含硅包覆材料的复合颗粒；采用金属包覆材料对表面包裹有含硅包覆材料的复合颗粒进行二次包覆，获得所述用于炊具的复合材料。通过该方法制备所述复合材料，保证含硅包覆材料能够充分均匀地包裹在硬质颗粒表面、金属包覆材料充分包覆一次包覆后的复合颗粒，提高复合材料性能。

11、作为优选，所述二次包覆的方式为粉/管包覆法、粉/皮包覆法、真空镀、化学镀中的一种。粉/管包覆法和粉/皮包覆法为制备粉芯丝材时可选的二次包覆工艺，首先将金属包覆材料制成金属管/金属薄带，然后将含硅包覆材料一次包覆处理后的复合颗粒填充在作为包覆外皮的金属管/金属薄带中，再进行连续的轧制、拉伸减径等工序，制得一定规格的粉芯丝材，该方法制备周期短，生产成本低，适用性较强。真空镀和化学镀则是制备复合粉材时可选的二次包覆工艺，通过真空镀和化学镀在含硅包覆材料一次包覆处理后的复合颗粒表面镀覆上金属包覆材料，包覆均匀，颗粒性能均一。

12、本发明的再一方面，提供了一种炊具，所述炊具包括基体和保护层，其中，所述基体包括与食物接触的表面，以及所述保护层至少设置在所述基体的与食物接触的表面上，且所述保护层由本技术上述的复合材料制备而成。通过将本技术所述复合材料制成保护层应用于炊具与食物接触的表面，使得炊具具有优良的耐磨性、耐腐蚀性和持久的易洁性。

13、作为优选，所述保护层通过热喷涂或热熔覆的方式将所述复合材料加工在基体与食物接触的表面上而形成。通过采用热喷涂或热熔覆的方式制备保护层，所述复合材料外层的金属包覆材料在保护层制备过程中受热熔融，与炊具表面牢固粘结，同时将包裹有含硅包覆材料的硬质颗粒也牢固连结在一起，制备的保护层具有优良的强度、耐磨性、持久的易洁性且不易脱落。

14、作为优选，所述保护层还通过采用低表面能材料进行渗透修饰处理。在采用热喷涂、热熔敷等热工艺制备保护层时，由于实际操作偏差及含硅包覆材料局部受热分解，保护层表面会出现一定孔洞孔隙，在热工艺制备保护层后进一步采用低表面能材料对保护层进行渗透修饰处理可进一步降低保护层表面自由能，提高炊具易洁性能。所述低表面能材料如可选用脂肪酸、硅油、硅钛氧化物等。

15、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。