CN100553938C - 一种聚醚醚酮棒材的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于塑料制品及其型材领域，具体涉及通过挤出成型方法制备一种聚醚醚酮树脂棒材的方法。其是将聚醚醚酮树脂放入挤出机喂料斗内，在挤出机料筒内于360～400℃温度下熔融塑化，形成聚醚醚酮树脂熔体，经机头和棒材口模挤出，在具有恒定逆向压力的回压棒的作用下，进入并充满棒材口模，进而进入与口模连接的定径套内；在定径套内进行逐段梯次冷却定型，从而形成聚醚醚酮棒材；再于管式退火炉中进行梯次退火处理，最后得到尺寸稳定而不发生弯曲的结晶充分的聚醚醚酮棒材。本发明生产的聚醚醚酮棒材可用于航空航天、电子电气、汽车、化工及机械等领域，用于加工这些领域所需的各种部件及制品。

Description

一种聚醚醚酮棒材的制备方法

技术领域

本发明属于塑料制品及其型材领域，具体涉及到通过挤出成型方法制备一种聚醚醚酮树脂棒材的方法。

背景技术

聚醚醚酮树脂具有耐热等级高、耐辐射、冲击强度高、耐磨性和耐疲劳性好、阻燃、电性能优异等特点。自商品化以来，已经在航空航天、汽车、电子电气、化工、机械和医疗等领域获得了较广泛的应用。应用于上述领域的聚醚醚酮制品一般是通过注射成型的方法制造，但有些制品由于尺寸规格较多及形状各异，涉及到模具多和生产成本高的问题，因此采用注射成型方法加工受到限制，许多用户需要利用聚醚醚酮棒材、型材、板材和片材等半成品通过机械加工的方法来制造所需的零部件及制品，本发明的目的就是为了满足不同用户的需要而采用挤出成型方法制造聚醚醚酮棒材。

与本发明相关的背景技术是聚醚醚酮树脂的合成方法技术(中国专利：“聚醚醚砜和聚醚醚酮三元共聚物的制备方法”，申请号：200610016723.6，既可以制备聚醚醚砜又可以制备聚醚醚酮树脂以及它们的共聚物)。进一步，利用上述专利合成的聚醚醚酮树脂通过挤出成型的方法制造聚醚醚酮棒材。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚醚醚酮棒材的成型方法，即利用聚醚醚酮树脂通过熔融挤出成型的方法制造聚醚醚酮棒材，棒材的直径和长度尺寸可控，能够为不同的用户提供圆形型材，以通过机械加工的方法生产所需的零部件及制品，满足不同领域的使用要求。

通过挤出成型的方法成型聚醚醚酮棒材在工艺上存在较多的问题，特别是成型直径超过D＝25mm以上的棒材，因为必须要通过冷却从所挤出的棒材中散出大量热量，经过一段时间后才能达到足够结晶度从而达到形状稳定性，这样棒材就可能会因自重出现弯曲的现象。

本专利所述聚醚醚酮棒材的制造方法，包括如下步骤：

(1)首先将与所要挤出的PEEK棒材直径相同的高直线度的回压棒装入定径套和牵引装置中，初始位置时回压棒的前端面与挤出机口模末端相切，牵引装置通过回压棒对由口模挤出的聚醚醚酮熔体树脂施加恒定的逆向压力(压力一般为0.5～2.5kg/cm²)，以保证熔体高密度地充满口模；

(2)将聚醚醚酮树脂放入挤出机喂料斗内，在挤出机料筒内于360～400℃温度下熔融塑化，形成聚醚醚酮树脂熔体，经机头和棒材口模挤出，在具有恒定逆向压力的回压棒的作用下，进入并充满棒材口模，进而进入与口模连接的定径套内；

(3)定径套由2～4段组成，在260℃～100℃的温度区间内，每段定径套的温度梯次递减，聚醚醚酮树脂熔体在定径套内向前移动的同时进行梯次冷却定型，从而形成聚醚醚酮棒材；

(4)牵引装置将聚醚醚酮棒材导入与定径套同轴的管式退火炉中进行梯次退火处理，管式退火炉的前端温度为220～180℃、末端温度为120～100℃，最后得到尺寸稳定而不发生弯曲的结晶充分的聚醚醚酮棒材。

牵引装置(试制型号No.P229yyy)的结构为上部有五组上下对应的压紧橡胶轮，回压棒(聚醚醚酮棒材)压于其间，通过调整固定于上压紧轮上的丝杠对回压棒或聚醚醚酮棒材施压；下部为安装有杠杆和砝码的传动装置，挤出机内聚醚醚酮熔体树脂不断挤出而施加给回压棒或PEEK棒材轴向推力时，带动压紧橡胶轮转动，进而带动下部传动装置动作，保持对由口模挤出的聚醚醚酮棒施加恒定的压力，从而保证棒材的密度均匀。

由于聚醚醚酮是半结晶性聚合物，棒材的结晶度对棒材的强度、尺寸精度及变形性影响很大，因此采取逐段梯次冷却的方法对聚醚醚酮熔体树脂进行冷却定径以提高棒材的结晶度和减少内应力。

定径套可为多组，一般情况下为2组，即可以同时进行两根聚醚醚酮棒材的制备。每组定径套分成多段，一般为2段，每一段定径套的长度为200～600mm，定径套材质为耐磨、耐高温的钢管，根据制备聚醚醚酮棒材的需要，内径可为51mm等大尺寸，内孔光洁度为Δ7，并涂覆PTFE(聚四氟乙烯)，每一段定径套的外部都分别焊接有与定径管钢管间隙为10～15mm的夹套层，夹套层通入导热油以用于对每段定径套实现分别加热，每一段定径套分别通入温度梯次递减的导热油，从而对聚醚醚酮熔体树脂进行逐段梯次冷却定型，多段定径套同轴固定设置，以保证聚醚醚酮棒材不变形。每个夹套层的前端和后端各焊接一段直径为10～15mm的钢管丝头，用于连接导热油的进油管和回油管。

导热油主成分为耐高温的二卞基甲苯，导热油由模温循环机泵出经安装于其上的导热油进油管进入定径套的夹套层，对定径套加热，再经过夹套层的回油管流回模温循环机，通过模温循环机不断地将恒定温度的高温导热油输送至定径套的夹套层再返回模温循环机，从而实现对每段定径套的恒温控制。

当已冷却定型的聚醚醚酮棒材通过定径套进入牵引装置后，回压棒慢慢地脱离牵引装置，此时回压棒已不再起作用了，可以撤出。聚醚醚酮棒材由牵引装置的压紧橡胶轮压紧，为继续由挤出机挤出的进入定径套的聚醚醚酮熔体树脂提供与前面回压棒一样的逆向压力，从而继续保证聚醚醚酮棒材的形状和密度均匀。

当应用两段定径套结构时，与棒材口模连接的第一段定径套的温度为180～220℃，第二段定径套的温度为100～135℃，不断由挤出机挤出的聚醚醚酮熔体树脂在挤出机和回压棒的共同作用下，缓慢依次通过第一段定径套和第二段定径套，在每段定径套内，在不同温度下进行分段冷却定型处理，从而得到聚醚醚酮棒材。

当定径套为2组时，管式退火炉也同为2组。管式退火炉采用内径与聚醚醚酮棒材相近的不锈钢管材，不锈钢管材外面覆有多组彼此分立的电加热器，电加热器一般是采用电热丝加热，采用云母片绝缘，外面以不锈钢薄板包覆。电加热器外面包裹保温绝热套，保温绝热套外面再包有不锈钢外罩。

多组彼此分立的电加热器的温度控制采用智能温控仪表单独控制，进而实现退火炉由高温到低温的梯度控温退火；管式退火炉装置的长度视棒材的直径而定，棒材直径与管式退火炉的关系大致为D50mm对应2m，D40mm对应1.8m，D30mm对应1.6mm，D20mm对应1.2m，D10mm对应0.8m，管式退火炉的总长度一般为2～4m。

两组管式退火炉的中心距离、每组管式退火炉不锈钢管与多段定径套、聚醚醚酮棒材的同轴度均可以自如、精确调整，从而充分能够保证棒材的尺寸稳定性。

采用本发明方法可以制备具有较大直径、表面光洁和横截面均匀的圆形聚醚醚酮棒材，所制备的聚醚醚酮棒材具有较高的结晶度、耐热性、尺寸稳定性和强度高的特点。

本发明所使用的挤出机为单螺杆挤出机，用于提供聚醚醚酮熔体。

本发明可制备本色或着色的聚醚醚酮圆形棒材，可以制备不同直径的聚醚醚酮棒材。

本发明生产的聚醚醚酮棒材可用于航空航天、电子电气、汽车、化工及机械等领域，用于加工这些领域所需的各种部件及制品。

下文中所述的实施例用以更好地阐述本发明，但并非是将本发明限制于在此所公开的特征。

附图说明

图1：聚醚醚酮棒材生产线示意图；

图2：管式退火炉结构示意图。

如图1所示，各部件的名称为：挤出机1、机头2、口模3、定径套4、第一段定径套5，第二段定径套6、牵引装置7、聚醚醚酮棒材8、管式退火炉9；

如图2所示，各部件的名称为：聚醚醚酮棒材8、管式退火炉9、管式退火炉的电加热器10、加热套的智能控温装置11。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示的挤出生产线，将本色的聚醚醚酮树脂在单螺杆挤出机中于400℃熔融，通过挤出机的机头将熔体挤入口模，然后直接进入2段式冷却定径套，每段定径套的长度均为300mm，导热油如前所述，为耐高温的二卞基甲苯，在牵引装置回压棒和挤出机的共同作用下，聚醚醚酮熔体树脂密度均匀地依次充满口模、定径套，在恒定速度(与挤出机螺杆的转速相对应，棒材的挤出速度为3～6mm/min)向前移动的过程中，在第一段定径套内于200℃冷却定径，接着进入第二段定径套内于120℃冷却定径，从而得到直径为D51±1mm的聚醚醚酮棒材。

聚醚醚酮棒材经梯次冷却结晶定径后，经牵引装置导入图2所示的2组3段控温式管式退火炉中，第一段退火炉的加热装置为6片电加热器，第二、三段各为2片电加热器，每组退火炉的长度为2m，每组管式退火炉的温度分3段梯次递减，由智能控温装置(控温装置自制，温度控制仪表型号为智能型AL-508，热电偶为K型，固态继电器控温)设定和控制。由前至后，第一段退火炉的温度为200℃，管长为1.4m，第二段温度为150℃，管长为0.3m，第三段的温度为100℃，管长为0.3m。退火炉位置的高低、二组退火炉间的中心距及退火炉的不锈钢管与聚醚醚酮棒材的同心度都可以自如调整，从而保证退火炉不锈钢管圆心与棒材圆心的一致性，也就保证棒材在退火处理时不会因退火炉的不锈钢管的不同心而发生变形，由此可同时得到二根本色的、准直度良好的聚醚醚酮棒材，棒材的长度可以根据需要切割成1米、2米、3米和4米等。

对本实施例制备的棒材的圆度进行研究，为此，在制备得到的棒材横截面上5个不同的点处测量棒材的直径，得到结果如下：

表1：实施例1制备聚醚醚酮棒材的直径数据：

表中的数据表明，制备的棒材的圆度较好，直径较均匀。

表2：实施例1制备的聚醚醚酮棒材的机械性能和热性能数据：

实施例2：

如实施例1，只是将本色的聚醚醚酮树脂更换为黑色的聚醚醚酮树脂(加入0.2％质量碳黑着色)，同样的方法和工艺，也得到黑色的聚醚醚酮棒材。

同实施例1的方法，对本实施例制备的棒材的圆度进行研究，为此，在棒材横截面上5个不同的点处测量棒材的直径，得到结果如下：

表3：实施例2制备聚醚醚酮棒材的直径数据：

表中的数据表明，制备的黑色棒材的圆度较好，直径较均匀。

实施例3：

如实施例1，只是将本色的聚醚醚酮树脂更换为绿色的聚醚醚酮树脂(加入0.2％质量铬绿着色)，同样的方法和工艺，也得到绿色的聚醚醚酮棒材。

同实施例1的方法，对本实施例制备的棒材的圆度进行研究，为此，在棒材横截面上5个不同的点处测量棒材的直径，得到结果如下：

表4：实施例3制备聚醚醚酮棒材的直径数据：

表中的数据表明，制备的绿色棒材的圆度较好，直径较均匀。

实施例4：

如实施例1，只是将定径套的温度调整为180℃和120℃将聚醚醚酮棒材慢慢地冷却结晶，也得到本色的聚醚醚酮棒材。

同实施例1的方法，对本实施例制备的棒材的圆度进行研究，为此，在棒材横截面上5个不同的点处测量棒材的直径，得到结果如下：

表5：实施例4制备聚醚醚酮棒材的直径数据：

表中的数据表明，制备的本色棒材的圆度较好，直径较均匀。

实施例5：

如实施例4，只是将本色的聚醚醚酮树脂更换为黑色的聚醚醚酮树脂，同样的方法和工艺，也得到黑色的聚醚醚酮棒材。

同实施例1的方法，对本实施例制备的棒材的圆度进行研究，为此，在棒材横截面上5个不同的点处测量棒材的直径，得到结果如下：

表6：实施例5制备聚醚醚酮棒材的直径数据：

表中的数据表明，制备的黑色棒材的圆度较好，直径较均匀。

实施例6：

如实施例4，只是将本色的聚醚醚酮树脂更换为绿色的聚醚醚酮树脂，同样的方法和工艺，也得到绿色的聚醚醚酮棒材。

同实施例1的方法，对本实施例制备的棒材的圆度进行研究，为此，在棒材横截面上5个不同的点处测量棒材的直径，得到结果如下：

表7：实施例6制备聚醚醚酮棒材的直径数据：

表中的数据表明，制备的绿色棒材的圆度较好，直径较均匀。

Claims (6)

1、一种聚醚醚酮棒材的制备方法，其步骤如下：

(1)首先将与所要挤出的PEEK棒材直径相同的高直线度的回压棒装入定径套和牵引装置中，初始位置时回压棒的前端面与挤出机口模末端相切，牵引装置通过回压棒对由口模挤出的聚醚醚酮熔体树脂施加恒定的逆向压力为0.5～2.5kg/cm²，以保证熔体高密度地充满口模；

(2)将聚醚醚酮树脂放入挤出机喂料斗内，在挤出机料筒内于360～400℃温度下熔融塑化，形成聚醚醚酮树脂熔体，经机头和棒材口模挤出，在具有恒定逆向压力的回压棒的作用下，进入并充满棒材口模，进而进入与口模连接的定径套内；

(3)定径套由2～4段组成，在260℃～100℃的温度区间内，每段定径套的温度梯次递减，聚醚醚酮树脂熔体在定径套内向前移动的同时进行梯次冷却定型，从而形成聚醚醚酮棒材；

(4)牵引装置将聚醚醚酮棒材导入与定径套同轴的管式退火炉中进行梯次退火处理，管式退火炉的前端温度为220～180℃、末端温度为120～100℃，最后得到尺寸稳定而不发生弯曲的结晶充分的聚醚醚酮棒材。

2、如权利要求1所述的聚醚醚酮棒材的制备方法，其特征在于：每一段定径套的外部都分别焊接有与定径管钢管间隙为10～15mm的夹套层，夹套层用于通入导热油，每一段定径套分别通入温度梯次递减的导热油，多段定径套同轴固定设置。

3、如权利要求2所述的聚醚醚酮棒材的制备方法，其特征在于：夹套层的前端和后端各焊接一段直径为10～15mm的钢管丝头，用于连接导热油的进油管和回油管。

4、如权利要求1所述的聚醚醚酮棒材的制备方法，其特征在于：定径套为2段式结构，与棒材口模连接的第一段定径套的温度为180～220℃，第二段定径套的温度为100～135℃。

5、如权利要求4所述的聚醚醚酮棒材的制备方法，其特征在于：第一段定径套温度为200℃，第二段定径套的温度为120℃。

6、如权利要求1所述的聚醚醚酮棒材的制备方法，其特征在于：管式退火炉采用内径与聚醚醚酮棒材相近的不锈钢管材，不锈钢管材外面覆有多组彼此分立的电加热器，彼此分立的电加热器的温度控制采用智能温控仪表单独控制，进而实现退火炉由高温到低温的梯度控温。

Images