CN102825804A - 聚酯材料自增韧、增强的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚酯材料自增韧、增强的方法，它的步骤如下：（1）将聚酯材料在高聚物成型加工设备中得到聚酯材料片材，所述聚酯材料为主链全部或部分是由羧基与羟基缩聚形成的聚合物；（2）将聚酯材料片材加工成需要的形状，并升高聚酯材料片材温度到加工温度进行单面辊动、板压，所述聚酯材料片材受到的压强为1-13000MPa，受到单次恒定压力的时间为20-8000s；（3）将聚酯材料片材进行热处理，热处理的温度在聚酯材料的熔点以下，时间为600min之内。在单面辊动、板压过程中，原来聚合物片材中无规的分子链在外力的作用下进行排列，形成了有序的取向结构，提高了材料的力学性能。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料的固态加工领域，特别是一种通过单面辊动轮、板压成型获得定向均匀自增韧、增强聚酯材料的方法。
背景技术
高聚物加工中为了增加材料的力学性能，往往需要向其中加入第二、甚至第三组分。在加入组分进行复合（共混）过程中，又需要考虑组分间的相容性，这些多重因素的影响往往导致材料的强度和韧性难以兼顾，从而限制了共混改性的发展。近几十年由金属加工发展起来，并逐渐应用于聚合物加工的固态加工成型渐渐吸引了人们的研究，这种方法不用添加其他组分进行共混，简化了加工过程。概括的说固态加工成型就是在外加力场的作用下，处在熔点以下的聚合物产生固态流动，从而在力的作用下，高分子内部结构出现沿流动方向的排列，从而形成分子链、结晶等不同尺度上的取向，从而通过直接的加工得到自增韧、增强的材料，固态加工包括固态挤出[李鹏, 黄锐, 中国塑料, 1999, 12(43-49)]、拉伸和辊压等。
其中固态拉伸是获得高强聚合材料的最简单的方法，它是在低于熔点的条件下，对材料进行拉伸比为数倍、乃至几十倍的拉伸，从而获得高度取向的聚合物材料。辊压通常用来制取高取向度的薄膜和片材，固态的聚合物片材或细条，通过一系列加热的辊筒辊压，发生固态变形和取向，得到具有很高模量和强度的制品。但几十年来，主流的高聚物加工设备还仅限于熔融加工（注塑机、挤出机等），这主要是固态加工方法设备复杂、效率低下、自动化程度低等因素。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单的聚酯材料自增韧、增强的方法。
本发明的技术方案是：聚酯材料自增韧、增强的方法，它的步骤如下：
（1）将聚酯材料在高聚物成型加工设备中得到聚酯材料片材，所述聚酯材料为主链全部或部分是由羧基与羟基缩聚形成的聚合物；
（2）将聚酯材料片材加工成需要的形状，并升高聚酯材料片材温度到加工温度进行单面辊动、板压，所述聚酯材料片材受到的压强为1-13000MPa，受到单次恒定压力的时间为20-8000s；
（3）将聚酯材料片材进行热处理，热处理的温度在聚酯材料的熔点以下，时间为600min之内。
所述聚酯材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸丁二醇酯。
所述步骤（1）中高聚物成型加工设备为注塑机、挤出机、硫化机或模压机。
所述步骤（2）中聚酯材料片材受到的压强为300-750MPa，受到单次恒定压力的时间为200-600s。
所述步骤（3）中热处理为张紧热处理或松弛热处理。
所述步骤（3）中热处理的温度为聚酯材料的玻璃化温度与熔点之间。
本发明的有益效果是：在单面辊动、板压过程中，原来聚合物片材中无规的分子链在外力的作用下进行排列，形成了有序的取向结构，提高了材料的力学性能。
附图说明
图1是单面辊动、板压加工聚酯装置示意图。
具体实施方式
聚酯材料自增韧、增强的方法，它的步骤如下：
（1）将聚酯材料在高聚物成型加工设备中得到聚酯材料片材，所述聚酯材料为主链全部或部分是由羧基与羟基缩聚形成的聚合物；
（2）将聚酯材料片材加工成需要的形状，并升高聚酯材料片材温度到加工温度进行单面辊动、板压，所述聚酯材料片材受到的压强为1-13000MPa，受到单次恒定压力的时间为20-8000s；
（3）将聚酯材料片材进行热处理，消除内应力，提高使用中的稳定性，热处理的温度在聚酯材料的熔点以下，时间为600min之内。
所述聚酯材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸丁二醇酯。
所述步骤（1）中高聚物成型加工设备为注塑机、挤出机、硫化机或模压机。
所述步骤（2）中聚酯材料片材受到的压强为300-750MPa，受到单次恒定压力的时间为200-600s。
所述步骤（3）中热处理为张紧热处理或松弛热处理。
所述步骤（3）中热处理的温度为聚酯材料的玻璃化温度与熔点之间。
实施例1
将PET片材剪切为50mm×10mm×4mm的长方体形状，放入凹模10mm宽的腔体中；在140℃、并控制上面辊动轮的水平移动速度使PET的受压时间为300s，改变压力，测试片材的力学性能（见表1）。
表1 不同压强时材料的力学性能
| 压强（MPa） | 拉伸强度（MPa） | 冲击强度（kJ/m2） |
| 150 | 67.4 | 2.8 |
| 300 | 72.3 | 4.5 |
| 450 | 79.5 | 8.0 |
| 600 | 81.5 | 8.9 |
| 750 | 70．1 | 7.8 |
实施例2
将PET片材剪切为50mm×10mm×4mm的长方体形状，放入凹模10mm宽的腔体中；在140℃及600MPa的压力下，改变辊动轮的水平移动速度获得不同压缩时间的片材，最终获得形变均匀的PET片材。随着压缩时间的变化，测试材料的力学性能（见表2）。
表2 不同压缩时间对材料力学性能的影响
| 时间（s） | 拉伸强度（MPa） | 冲击强度（kJ/m2） |
| 5 | 67.9 | 2.7 |
| 25 | 65.1 | 5.1 |
| 120 | 76.1 | 6.5 |
| 300 | 81.5 | 8.9 |
| 600 | 85.0 | 8.1 |
实施例3
将PET片材剪切为50mm×10mm×4mm的长方体形状，放入凹模10mm宽的腔体中；控制移动速率，使得样条受压时间为300s，在140℃及600MPa的压力下，获得形变均匀的PET片材。在不同温度下松弛热处理2h，测试力学性能与热处理时间的关系（见表3）。
表3 不同热处理温度对材料力学性能的影响
| 温度（℃） | 拉伸强度（MPa） | 冲击强度（kJ/m2） |
| 80 | 79.7 | 9.1 |
| 110 | 87.5 | 5.1 |
| 140 | 97.8 | 5.5 |
实施例4
将PTT片材剪切为50mm×10mm×4mm的长方体形状，放入凹模10mm宽的腔体中；控制移动速率保证受压时间为300s，在140℃的加工温度下，改变压力，最终获得形变均匀的PTT片材。随着加工压力的变化，力学性能相应变化（见表4）。
表4 不同压强时材料的力学性能
| 压强（MPa） | 拉伸强度（MPa） | 冲击强度（kJ/m2） |
| 150 | 70.6 | 4.1 |
| 300 | 76.9 | 8.7 |
| 450 | 87.5 | 10.6 |
| 600 | 86.1 | 11.6 |
| 750 | 76.4 | 9.5 |
实施例5
将PBT片材剪切为50mm×10mm×4mm的长方体形状，放入凹模10mm宽的腔体中；控制移动速率保证受压时间为300s，在130℃的加工温度下，改变压力，最终获得形变均匀的PBT片材。随着加工压力的变化，力学性能也相应变化（见表5）。
表5 不同压强时材料的力学性能
| 压强（MPa） | 拉伸强度（MPa） | 冲击强度（kJ/m2） |
| 150 | 43.1 | 5.0 |
| 300 | 52.9 | 8.5 |
| 450 | 68.6 | 14.4 |
| 600 | 80.6 | 15.4 |
| 750 | 69.0 | 12.3 |
实施例6
将PEN片材剪切为50mm×10mm×4mm的长方体形状，放入凹模10mm宽的腔体中；控制移动速率保证受压时间为300s，在150℃的加工温度下，改变压力，最终获得形变均匀的PEN片材。随着加工压力的变化，力学性能也相应变化（见表6）。
表6 不同压强时材料的力学性能
| 压强（MPa） | 拉伸强度（MPa） | 冲击强度（kJ/m2） |
| 150 | 62.5 | 5.4 |
| 300 | 80.3 | 6.6 |
| 450 | 96.5 | 8.8 |
| 600 | 105.5 | 14.4 |
| 750 | 100.9 | 10.2 |
实施例7
将PBN片材剪切为50mm×10mm×4mm的长方体形状，放入凹模10mm宽的腔体中；控制移动速率保证受压时间为300s，在140℃的加工温度下，改变压力，最终获得形变均匀的PBN片材。随着加工压力的变化，力学性能也相应变化（见表7）。
表7 不同压强时材料的力学性能
| 压强（MPa） | 拉伸强度（MPa） | 冲击强度（kJ/m2） |
| 150 | 58.9 | 6.5 |
| 300 | 77.8 | 17.8 |
| 450 | 85.7 | 21.3 |
| 600 | 102.4 | 29.5 |
| 750 | 80.2 | 18.7 |
上述实施例加工方式如图1所示，在单面辊动、板压过程中，原来聚合物片材中无规的分子链在外力的作用下进行排列，形成了有序的取向结构，提高了材料的力学性能。
Claims (6)
1. 聚酯材料自增韧、增强的方法，其特征在于，它的步骤如下：
（1）将聚酯材料在高聚物成型加工设备中得到聚酯材料片材，所述聚酯材料为主链全部或部分是由羧基与羟基缩聚形成的聚合物；
（2）将聚酯材料片材加工成需要的形状，并升高聚酯材料片材温度到加工温度进行单面辊动、板压，所述聚酯材料片材受到的压强为1-13000MPa，受到单次恒定压力的时间为20-8000s；
（3）将聚酯材料片材进行热处理，热处理的温度在聚酯材料的熔点以下，时间为600min之内。
2. 根据权利要求1所述的聚酯材料自增韧、增强的方法，其特征在于：所述聚酯材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸丁二醇酯。
3. 根据权利要求1所述的聚酯材料自增韧、增强的方法，其特征在于：所述步骤（1）中高聚物成型加工设备为注塑机、挤出机、硫化机或模压机。
4. 根据权利要求1所述的聚酯材料自增韧、增强的方法，其特征在于：所述步骤（2）中聚酯材料片材受到的压强为300-750MPa，受到单次恒定压力的时间为200-600s。
5. 根据权利要求1所述的聚酯材料自增韧、增强的方法，其特征在于：所述步骤（3）中热处理为张紧热处理或松弛热处理。
6. 根据权利要求1所述的聚酯材料自增韧、增强的方法，其特征在于：所述步骤（3）中热处理的温度为聚酯材料的玻璃化温度与熔点之间。
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