CN103059387A - 复合原位成纤增强聚合物材料及其制备方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合原位成纤增强聚合物材料，按重量份数计算，包括基体70～90份，成纤相5～25份，相容剂1～9份以及助剂0.1～0.5%份。本发明很好的改善了分散相成纤相与基体相的相容性，减小了两相界面间的界面张力；且在挤出过程中的高速剪切作用下，成纤相在基体中分散更均一，使得成纤相纤维的纤维尺寸更均一，纤维分布更均匀，能够更好的增强基体材料，原位成纤增强聚合物材料获得更好的拉伸性能和机械性能。

Description

复合原位成纤增强聚合物材料及其制备方法及装置

技术领域

本发明涉及材料科学领域，尤其是一种高分子材料及其制备方法及装置。

背景技术

通常尼龙纤维增强聚合物是直接在聚合物熔体中加入聚合物纤维或纤维布。此方法，获得的纤维增强聚合物材料中尼龙纤维难以分散均一。

近年，有很多对于原位成纤增强聚合物材料的研究，将其应用于板材、管材、汽车零部件等领域。但是加工的方法和工艺都比较复杂，或所用的挤出模具流道较长，造成容易降解的成纤相容易发生降解，纤维相与影响了产品的性能，且难于实现连续生产。

发明内容

本发明的目的是：提供一种复合原位成纤增强聚合物材料及其制备方法及装置，它能很好的改善了成纤相与基体相的相容性，使得成纤相能够更好的增强基体材料，有效提高原位成纤增强聚合物材料的拉伸性能和机械性能，并且加工方法简单，产品性能可控且稳定，易于工业化生产，以克服现有技术的不足。

本发明是这样实现的：复合原位成纤增强聚合物材料，按重量份数计算，包括基体70～90份，成纤相5～25份，相容剂1～9份以及抗氧剂；抗氧剂为上述组分总重量的0.1%～0.5%。

所述的基体为高密度聚乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯，乙烯-辛烯共聚物。

所述的成纤相为尼龙6、尼龙66、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯中的一种或几种的任意组合。

所述的相容剂为聚乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、马来酸酐接枝聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐、聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚丙烯接枝马来酸酐、马来酸酐接枝乙烯辛烯共聚物、SBS-马来酸酐接枝共聚物或苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物中的一种或几种的任意组合。

所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1098、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂B215、抗氧剂B225、抗氧剂2246、抗氧剂330中一种或两种的组合。

复合原位成纤增强聚合物材料的制备方法，按上述的重量份数，将基体，成纤相，相容剂及助剂混合均匀，获得混合料；将混合料加入双螺杆挤出机中进行挤出、造粒，获得预混料；将预混料经聚合物微纳层叠共挤装置挤出，获得的原位成纤增强聚合物材料。

在将预混料经聚合物微纳层叠共挤装置挤出前，先将预混料在100℃温度下干燥6～8h。干燥是为了防止其中的成纤相吸水，而影响后续的基础效果，干燥时间不宜过长，否则预混料会氧化发黄。

微纳层叠共挤装置，包括四层分配器，在四层分配器的两侧分别连接有左侧单螺杆挤出机及右侧单螺杆挤出机，在四层分配器的出口上连接有四层倍增器，在四层倍增器的出口上连接有三层分配器，在三层分配器的出口上设有口模，口模的下方设有牵引辊。在原位成纤过程中，通过增加倍增器个数，提高了成纤相从圆球状向纤维状或棒状转变。

左侧单螺杆挤出机及右侧单螺杆挤出机与四层分配器之间设有熔体泵。熔体泵的作用是增加熔体流动稳定性，使薄膜层结构更稳定。

与现有技术相比，本发明采用先将基体、成纤相与相容剂进行预共混，再通过微纳层叠挤出装置进行挤出，从而获得原位成纤增强聚合物材料的方式，原位成纤增强聚合物材料的各组分在预共混和微纳层叠挤出过程中的相互作用，并借助聚合物微纳层叠共挤装置流道内的剪切作用和挤出后的进一步拉伸，使成纤相形成微纤均一状分布，这样的方式能使得获得的原位成纤增强聚合物材料的成纤相相与基体相容性更好，且纤维尺寸可控，具有良好的拉伸强度、弯曲模量和冲击强度。在单螺杆挤出机与四层分配器之间设有熔体泵，熔体泵可以增加熔体流动稳定性有利于产品性能的稳定，且由于采用了四层倍增器，相比现有的聚合物微纳层叠装置采用的2层倍增器流道更短，可有效避免因流道过长造成成纤相降解。其中，相容剂与基体及成纤相的相互作用，很好的改善了分散相成纤相与基体相的相容性，减小了两相界面间的界面张力；且在挤出过程中的高速剪切作用下， 成纤相在基体中作为分散相尺寸减小，使得成纤相纤维的直径更均一，分不更均匀，能够更好的增强基体材料，原位成纤增强聚合物材料获得更好的机械性能。本发明工艺简单，操作方便，效益高，适合于进行工业生产。

附图说明

附图1为本发明的聚合物微纳层叠共挤装置的结构示意图；

附图2为本发明的产品的制备原理图；

附图3为本发明的工作流程框图；

附图4为本发明实施例1的产品断面SEM照片

附图5为本发明实施实例2的产品断面SEM照片。

具体实施方式

本发明的实施例1：复合PA原位成纤增强聚合物材料，按重量份数计算，包括80份高密度聚乙烯，20份尼龙6，5份聚乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯以及上述组分总重量的0.3%的抗氧剂；抗氧剂为抗氧剂1010。

复合原位成纤增强聚合物材料的制备方法，按上述的重量份数，将高密度聚乙烯，尼龙，聚乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯及抗氧剂1010混合均匀，获得混合料；将混合料加入双螺杆挤出机中进行挤出、造粒，获得预混料；将预混料在80℃温度下干燥6～8h；将干燥后的预混料经聚合物微纳层叠共挤装置挤出，获得HDPE/PA原位成纤增强聚合物材料。

聚合物微纳层叠共挤装置的结构如图1所示，包括四层分配器4，在四层分配器4的两侧分别连接有左侧单螺杆挤出机1及右侧单螺杆挤出机2，在四层分配器4的出口上连接有四层倍增器5，在四层倍增器5的出口上连接有三层分配器6，在三层分配器6的出口上设有口模7；口模7的下方设有三个牵引辊8，左侧单螺杆挤出机1及右侧单螺杆挤出机2与四层分配器4之间设有熔体泵3。

本发明的实施例2：复合PET原位成纤增强聚合物材料，按重量份数计算，包括90份聚乙烯，10份聚对苯二甲酸乙二醇酯，1份聚乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯，2份聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯以及上述组分总重量的0.2%的抗氧剂；抗氧剂由等量抗氧剂1098及抗氧剂1076组成。

制备方法及采用的装置同实施例1。

本发明的实施例3：复合PC原位成纤增强聚合物材料，按重量份数计算，包括90份聚丙烯，10份聚碳酸酯，4份聚丙烯接枝马来酸酐，2份聚丙烯纤维接枝苯乙烯以及上述组分总重量的0.5%的抗氧剂；抗氧剂为抗氧剂B225。

制备方法及采用的装置同实施例1。

为了验证本发明的效果，将上述实施例所制备获得的产品进行力学性能测试；拉伸强度、弯曲模量、冲击强度按照国家标准GB/T 1040.2-2006、GB/T 1843-2008进行测试，其中普通共混物及实施例1至实施例3的测试结果如下表所示：

以上测试结果表明：采用本发明制备的原位成纤增强聚合物材料具有优异的机械性能，在大幅提高其拉伸强度和模量的同时，其冲击强度也有所提高，具有更好的实际应用价值。

Claims (9)

1.一种复合原位成纤增强聚合物材料，其特征在于：按重量份数计算，包括基体70～90份，成纤相10～25份，相容剂1～9份以及抗氧剂；抗氧剂为上述组分总重量的0.1%～0.5%。

2.根据权利要求1所述的复合原位成纤增强聚合物材料，其特征在于：所述的基体为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-辛烯共聚物。

3.根据权利要求1所述的复合原位成纤增强聚合物材料，其特征在于：所述的成纤相为尼龙6、尼龙66、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯中的一种或几种的任意组合。

4.根据权利要求1所述的复合原位成纤增强聚合物材料，其特征在于：所述的相容剂为聚乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、马来酸酐接枝聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐、聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚丙烯接枝马来酸酐、马来酸酐接枝乙烯辛烯共聚物、SBS-马来酸酐接枝共聚物或苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物中的一种或几种的任意组合。

5.根据权利要求1所述的复合原位成纤增强聚合物材料，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1098、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂B215、抗氧剂B225、抗氧剂2246、抗氧剂330中一种或两种的组合。

6.一种如权利要求1所述的复合原位成纤增强聚合物材料的制备方法，其特征在于：按上述的重量份数，将基体，成纤相，相容剂及助剂混合均匀，获得混合料；将混合料加入双螺杆挤出机中进行挤出、造粒，获得预混料；将预混料经聚合物微纳层叠共挤装置挤出，获得原位成纤增强聚合物材料。

7.根据权利要求5所述的复合原位成纤增强聚合物材料的制备方法，其特征在于：在将预混料经聚合物微纳层叠共挤装置挤出前，先将预混料在100℃温度下干燥6～8h。

8.一种微纳层叠共挤装置，包括四层分配器（4），其特征在于：在四层分配器（4）的两侧分别连接有左侧单螺杆挤出机（1）及右侧单螺杆挤出机（2），在四层分配器（4）的出口上连接有四层倍增器（5），在四层倍增器（5）的出口上连接有三层分配器（6），在三层分配器（6）的出口上设有口模（7），口模（7）的下方设有牵引辊（8）。

9.根据权利要求8所述的微纳层叠共挤装置，其特征在于：左侧单螺杆挤出机（1）及右侧单螺杆挤出机（2）与四层分配器（4）之间设有熔体泵（3）。

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