CN101774267B - 制备填料高取向度分布材料的挤出口模及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备填料高取向度分布材料的挤出口模，包括至少两个相互连接的取向器，所述取向器包括模块和壳体，模块设置于壳体内并与壳体内壁形成两条两端汇合中间分开的取向流道，所述挤出口模具有结构简单、易于制造、成本低、便于拆装等优点，且由多个取向器模块组成，可通过增减取向器的数量来调控填料的取向程度，同时，还可通过调整取向流道的弧度来调控填料的取向程度；本发明还公开了一种基于该口模制备填料高取向度分布材料的方法，通过干燥-混合-造粒-干燥-挤出-定型的步骤可制备出填料具有高取向度分布的高分子复合薄膜、板材、片材和异形材等，适用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及高分子复合材料制造领域，特别涉及制备填料高取向度分布材料的挤出口模及方法。
背景技术
自20世纪中期高分子概念建立以来，有关高分子材料成型加工以及应用方面的研究就没有离开过填料粒子。随着高分子材料产量和应用领域的逐年增加，填料粒子填充高分子材料的研究也是当今世界一个热点课题。在高分子材料中添加填料粒子，一方面可以降低整体复合材料的成本，另一方面可以提高复合材料的各项性能，例如力学性能、导电性能、阻隔性能、耐热性能、光学性能等。
研究发现：填料填充复合材料性能的提高程度与填料粒子在高分子材料基体中的结构形态有关，主要包括填料的粒子形态、粒子粒径、粒子在基体中的分布状况以及粒子在基体中的取向等。其中填料粒子在高分子基体中的取向在很大程度上决定了复合材料的力学性能、阻隔性能、耐热性能和阻燃性能等。
然而，将填料均匀分散或者取向分布到聚合物基体中一直以来都具有挑战性，目前国内外很多学者和专家主要通过设计剪切场的方法来提高填料在高分子基体中的取向度(如WO2009/137562A2；US2008/0174047A1；CN101232987A；CN1872523A中所介绍的)，但专门用于制备具有填料高取向分布的高分子复合材料制备方法和挤出口模报道甚少。除此之外，现有能提高填料取向度的挤出口模，在设计上基本上都采用单一的狭缝流道，结构设计复杂，设计精度要求高，而且在使用过程中挤出压力过大容易造成漏料或溢料。
针对上述不足，需探索一种结构简单、不易发生漏料或溢料现象的挤出口模，以及基于该模具的制备方法，制备具有填料高取向度的高分子复合材料，以提高材料的各方面性能。
发明内容
有鉴于此，本发明提供制备填料高取向度分布材料的挤出口模及方法，所述挤出口模结构简单，不易发生漏料或溢料现象，基于该挤出口模结合特定的制备工艺方法，可有效提高填料的取向度，进而提高材料的各方面性能。
本发明的制备填料高取向度分布材料的挤出口模，包括至少两个相互连接的取向器，所述取向器包括模块和壳体，模块设置于壳体内并与壳体内壁形成两条两端汇合中间分开的取向流道，相邻两个取向器的取向流道相互连通。
进一步，所述取向流道为弧形结构；
进一步，所述取向流道由两端到中间横截面逐渐减小；
进一步，所述取向流道两端的形状和尺寸相同。
本发明还提供一种利用上述挤出口模制备填料高取向度分布材料的方法，包括以下步骤：
a)干燥：将填料和高分子基体材料分别干燥至含水率按重量百分比不超过0.02％；
b)混合：将干燥并冷却后的填料和高分子基体材料混合放入混合机中进行混合，得到混合料；
c)造粒：将混合料加入挤出机中进行熔融造粒制得母料；
d)干燥：将母料干燥至含水率按重量百分比不超过0.02％；
e)挤出：将干燥后的母料在挤出机中经所述挤出口模挤出热样条；
f)定型：将热样条通过流延辊牵引并经冷却定型后得到高取向度填料分布的高分子复合材料。
进一步，所述填料为纤维状、棒状、椭圆状或片状的无机填料或高分子纤维；
进一步，所述高分子基体材料为可进行熔融挤出的通用塑料、工程塑料或未硫化橡胶。
发明的有益效果：本发明的挤出口模具有结构简单、易于制造、成本低、便于拆装等优点，且由多个取向器模块组成，可通过增减取向器的数量来调控填料的取向程度，同时，还可通过调整取向流道的弧度来调控填料的取向程度；本发明的制备填料高取向度分布材料的方法具有适用面广泛、易于推广应用等优点，基于本发明的挤出口模并通过该方法可制备出填料具有高取向度的高分子复合薄膜、板材、片材和异形材等。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明挤出口模的结构示意图；
图2为取向器的结构示意图；
图3为图2的A-A剖视图；
图4～图6为几种不同填料粒子填充的挤出物沿挤出方向的截面形貌结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
图1为本发明挤出口模的结构示意图；图2为取向器的结构示意图；图3为图2的A-A剖视图，如图所示：本实施例的制备填料高取向度分布材料的挤出口模，包括五个相互连接的取向器1，所述取向器1包括模块2和壳体3，模块2设置于壳体3内并与壳体3内壁形成两条两端汇合中间分开的取向流道4，使用时，填料在挤出机的作用下在取向流道中受剪切、拉伸作用而沿流动方向变形、取向，在五个取向器的十条取向流道的作用下达到良好的取向效果，也可根据需要调整取向器的数量来调控填料的取向程度，本发明的挤出口模结构简单，易于制造，成本低，拆装方便，易于实现和操作。
本实施例中，所述取向流道4为弧形结构，使用不同弧度的取向流道可调控填料的取向程度。
本实施例中，所述取向流道4由两端到中间横截面逐渐减小，形成两端大中间小的挤出通道，使填料更容易沿流道方向拉伸，提高取向效果和填料分布的均匀度。
本实施例中，所述取向流道4两端的形状和尺寸相同，使相邻两个取向器之间衔接更精确，以免发生漏料和溢料。
实施例2：
制备具有高取向度分布玻璃纤维的三元乙丙橡胶生胶带，包括以下步骤：
a)干燥：将玻璃纤维在110℃左右条件下干燥24小时，未硫化三元乙丙橡胶在55℃左右条件下干燥24小时，控制其含水率按重量百分比均为0.02％；
b)混合：将干燥冷却后的玻璃纤维和三元乙丙橡胶按照重量比为5∶95的比例放入混合机中，在35℃左右温度条件下混合30分钟得到混合料；
c)造粒：将混合料加入挤出机中在挤出温度为130℃左右、口模温度为160℃左右、螺杆转速为20转/分钟条件下进行熔融造粒制得母料；
d)干燥：将母料在55℃左右温度条件下干燥24小时，控制含水率按重量百分比为0.02％；
e)挤出：将干燥冷却后的母料用挤出机经上述挤出口模挤出三元乙丙橡胶热样条，挤出温度为140℃左右，螺杆转速在25转/分钟，取向器选择壳体内腔弧面半径与模块弧面半径之比为5，取向器个数为2个；
f)定型：将热样条通过25℃左右的流延辊牵引冷却定型得到具有高取向度分布玻璃纤维的三元乙丙橡胶生胶带。
所制备的生胶带中玻璃纤维的分布如图4所示。
实施例3：
制备在聚丙烯基体中具有高取向度分布滑石的复合材料，包括以下步骤：
a)干燥：将滑石在90℃左右条件下干燥36小时，聚丙烯在90℃左右条件下干燥36小时，控制含水率按重量百分比为0.015％；
b)混合：将干燥冷却后的滑石和聚丙烯按照重量比为10∶90的比例放入混合机中，在60℃左右温度条件下下混合1小时得到混合料；
c)造粒：将混合料加入挤出机中在挤出温度为200℃左右、口模温度为210℃左右和螺杆转速为35转/分钟的条件下进行熔融造粒制得母料；
d)干燥：将母料在90℃左右条件下干燥36小时，控制含水率按重量百分比为0.015％；
e)挤出：将干燥冷却后母料用挤出机经上述挤出口模挤出热样条，挤出温度为200℃左右，螺杆转速为25转/分钟，取向器选择壳体内腔弧面半径与模块弧面半径之比为10，取向器个数为5个，通过另一台挤出机挤出表面层，并通过汇合器使表面层覆盖在热样条上，表面层原料为与聚丙烯粘度较接近的聚苯乙烯；
f)定型：将步骤e)挤出的热样条通过40℃左右的流延辊牵引冷却定型后，剥离聚苯乙烯表面层得到滑石具有较高取向度分布的聚丙烯复合材料。
所制备的聚丙烯复合材料中滑石的分布类似于示意图5所示。
实施例4：
制备碳纳米管高取向分布的尼龙6复合材料，包括以下步骤：
a)干燥：将碳纳米管在100℃左右条件下干燥48小时，尼龙6在100℃左右条件下干燥48小时，控制含水率按重量百分比为0.01％；
b)混合：将干燥冷却后的碳纳米管和尼龙6按照重量比为3∶97的比例放入混合机中，在90℃左右温度条件下混合40分钟得到混合料；
c)造粒：将混合料加入挤出机中在挤出温度为220℃左右、口模温度为225℃左右和螺杆转速为25转/分钟条件下进行熔融造粒制得母料；
d)干燥：将母料在80℃左右条件下干燥48小时，控制含水率按重量百分比为0.01％；
e)挤出：将干燥冷却后母料用挤出机经上述挤出口模挤出热样条，挤出温度在220℃左右，螺杆转速在30转/分钟，取向器选择壳体内腔弧面半径与模块弧面半径之比为5，取向器个数为8个，通过另一台挤出机挤出表面层，并通过汇合器使表面层覆盖在热样条上，表面层原料为与尼龙6粘度较接近的聚乙烯；
f)定型：将步骤e)挤出的热样条通过40℃左右流延辊牵引冷却定型后，剥离聚乙烯表面层得到具有较高取向度分布碳纳米管的尼龙6复合材料。
所制备的尼龙6复合材料中碳纳米管的分布类似于示意图6所示。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种制备填料高取向度分布材料的挤出口模，其特征在于：包括至少两个相互连接的取向器(1)，所述取向器(1)包括模块(2)和壳体(3)，模块(2)设置于壳体(3)内并与壳体(3)内壁形成两条两端汇合中间分开的取向流道(4)，相邻两个取向器(1)的取向流道(4)相互连通，所述取向流道(4)为弧形结构。
2.根据权利要求1所述的制备填料高取向度分布材料的挤出口模，其特征在于：所述取向流道(4)由两端到中间横截面逐渐减小。
3.根据权利要求2所述的制备填料高取向度分布材料的挤出口模，其特征在于：所述取向流道(4)两端的形状和尺寸相同。
4.一种利用权利要求1所述的挤出口模制备填料高取向度分布材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a)干燥：将填料和高分子基体材料分别干燥至含水率按重量百分比不超过0.02％；
b)混合：将干燥并冷却后的填料和高分子基体材料混合放入混合机中进行混合，得到混合料；
c)造粒：将混合料加入挤出机中进行熔融造粒制得母料；
d)干燥：将母料干燥至含水率按重量百分比不超过0.02％；
e)挤出：将干燥后的母料在挤出机中经所述挤出口模挤出热样条；
f)定型：将热样条通过流延辊牵引并经冷却定型后得到高取向度填料分布的高分子复合材料。
5.根据权利要求4所述的利用权利要求1所述的挤出口模制备填料高取向度分布材料的方法，其特征在于：所述填料为纤维状、棒状、椭圆状或片状的无机填料或高分子纤维。
6.根据权利要求5所述的利用权利要求1所述的挤出口模制备填料高取向度分布材料的方法，其特征在于：所述高分子基体材料为可进行熔融挤出的通用塑料、工程塑料或未硫化橡胶。
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