CN107337877B - 一种单取向石膏晶须/聚氯乙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种单取向石膏晶须/聚氯乙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种单取向石膏晶须/聚氯乙烯复合材料及其制备方法，所述复合材料由聚氯乙烯包覆单取向、长度均匀的石膏晶须得到，所述石膏晶须长度为25～40μm，晶须单一方向排列率≥65％。本发明利用石膏晶须制备单取向长度均匀的晶须，并以该石膏晶须对聚氯乙烯进行增强增韧，使石膏晶须有更好的工业运用前景，其过程绿色环保，加工性能好，可实现低成本多功能化，降低硬质塑料改性成本，所用制备方法流程简单，自动化程度高，生产效率高，具有巨大的工业利用价值；所制备的单取向石膏晶须/聚氯乙烯复合材料具有良好的单向拉伸强度、韧性及尺寸稳定性。

Description

一种单取向石膏晶须/聚氯乙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种单取向石膏晶须/聚氯乙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚氯乙烯塑料是世界上产量最大的通用塑料，应用广泛。在建筑材料、工业制品、日用品、地板革、地板砖、人造革、管材、电线电缆、包装膜、瓶、发泡材料、密封材料、纤维等方面均有广泛应用。但由于脆性大，冲击强度低和韧性不足，限制了其在在诸多范围的应用，解决办法之一是在聚氯乙烯塑料中加入增强填料。
石膏晶须具有极高的抗拉强度和弹性模量，可在树脂、橡胶、涂料、造纸中作增强剂或功能型填料，也可用于聚氯乙烯的填充材料。现有技术中，石膏晶须作为聚氯乙烯塑料填料一般使用的是长度不一的石膏晶须，这就导致了复合材料各个部位的性能存在差异，容易产生缺陷。由于填料的尺寸与填充方式等原因对聚氯乙烯复合材料的性能影响很大，石膏晶须对聚氯乙烯塑料的增强作用有最合适的长径比，同样直径的晶须如果过短或过长对聚氯乙烯的增强作用都会减弱，所以用作填料的晶须都有着同样的长径比能够使复合材料各个部分性能稳定，减少缺陷的发生。石膏晶须随机填充在聚氯乙烯中得到的复合材料各个方向强度一致，而一些特殊要求的复合材料要求某一方向强度增强，要求晶须在聚氯乙烯内单一方向排列，因此制备内部含有单取向排列、长度均匀的石膏晶须的石膏晶须/聚氯乙烯复合材料是非常有必要的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种内部含有单取向排列、长度均匀的石膏晶须的石膏晶须/聚氯乙烯复合材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
提供一种单取向石膏晶须/聚氯乙烯复合材料，所述复合材料由聚氯乙烯包覆单取向、长度均匀的石膏晶须得到，所述石膏晶须长度为25～40μm，晶须单一方向排列率≥65％。
本发明还提供上述单取向石膏晶须/聚氯乙烯复合材料的制备方法，其步骤如下：
1)制备改性石膏晶须：配制质量浓度为5～10％的硬脂酸乙醇溶液，将硬脂酸乙醇溶液加热回流处理15min，随后加入半水石膏晶须，继续加热回流反应40～60min，然后抽滤，将滤饼干燥后得到改性石膏晶须；
2)制备石膏晶须/聚氯乙烯复合材料线材：将步骤1)所得改性石膏晶须与聚氯乙烯树脂颗粒加入注塑机，经注塑得到石膏晶须/聚氯乙烯复合材料线材；
3)制备单取向石膏晶须/聚氯乙烯复合材料：将步骤2)所得石膏晶须/聚氯乙烯复合材料线材经过牵引机Ⅰ，牵引至牵引机Ⅱ，牵引机Ⅰ与牵引机Ⅱ牵引方向一致，并且牵引机Ⅱ牵引速率大于牵引机Ⅰ牵引速率，两台牵引机拉伸石膏晶须/聚氯乙烯复合材料线材使石膏晶须均匀断裂，得到单取向石膏晶须/聚氯乙烯复合材料。利用两台牵引机拉伸石膏晶须/聚氯乙烯复合材料线材使其细颈化，在剪切应力的作用下使石膏晶须均匀断裂，即得到内部含有单取向排列、长度均匀的石膏晶须的石膏晶须/聚氯乙烯复合材料。
优选的是，步骤1)所述半水石膏晶须直径为2～7.5μm，长径比≥10。
按上述方案，步骤1)所述半水石膏晶须与硬脂酸乙醇溶液中硬脂酸的质量比为5～20∶1。
按上述方案，步骤2)所述聚氯乙烯树脂颗粒数均分子量为5～11W，改性石膏晶须与聚氯乙烯树脂颗粒质量比为1∶2～20。
按上述方案，步骤2)中注塑机温度为170～180℃，注塑剪切速率为1000～2000s-1，并且注塑模具外设置有冷却箱对注塑模具进行冷却。
按上述方案，步骤2)所述石膏晶须/聚氯乙烯复合材料线材直径为5mm，长度为150～300mm。
按上述方案，步骤3)所述牵引机Ⅰ牵引速率为100～150mm/s，牵引机Ⅱ牵引速率为120～210mm/s。
本发明的有益效果在于：本发明利用石膏晶须制备单取向长度均匀的晶须，并以该石膏晶须对聚氯乙烯进行增强增韧，使石膏晶须有更好的工业运用前景，其过程绿色环保，加工性能好，可实现低成本多功能化，降低硬质塑料改性成本，所用制备方法流程简单，自动化程度高，生产效率高，具有巨大的工业利用价值；所制备的单取向石膏晶须/聚氯乙烯复合材料具有良好的单向拉伸强度、抗冲击强度及尺寸稳定性(拉伸强度为40～50Mpa，抗冲击强度为20～40MJ/m2)，是一种高强度聚氯乙烯复合材料。
附图说明
图1为本发明实施例1制备单取向石膏晶须/聚氯乙烯复合材料的流程图；
图中：1-无序排列的石膏晶须；2-取向的石膏晶须；3-单取向排列、长度均匀的石膏晶须；4-注塑机喷嘴；5-注塑模具；6-冷却箱；7-牵引机Ⅰ；8-牵引机Ⅱ。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例所用聚氯乙烯树脂颗粒数均分子量为8W。
实施例1
制备单取向石膏晶须/聚氯乙烯复合材料，步骤如下：
1)制备改性石膏晶须：配制50mL质量浓度为5％的硬脂酸乙醇溶液，将硬脂酸乙醇溶液加热回流处理15min，随后加入20g半水石膏晶须(直径5μm，长径比为10)，继续加热回流反应45min，然后抽滤，将滤饼放在真空干燥箱80℃干燥后得到改性石膏晶须；
2)制备石膏晶须/聚氯乙烯复合材料线材：将步骤1)所得改性石膏晶须与聚氯乙烯树脂颗粒按质量比1:10加入注塑机，流程图见图1，无序排列的石膏晶须1经过注塑机喷嘴4后，再经过注塑模具5，注塑模具5外设置有冷却箱6，注塑剪切速率1000s-1，温度为180℃，经注塑得到包覆有取向的石膏晶须2的石膏晶须/聚氯乙烯复合材料线材(直径5mm，长度150mm)；
3)制备单取向石膏晶须/聚氯乙烯复合材料：将步骤2)所得石膏晶须/聚氯乙烯复合材料线材经过牵引机Ⅰ7(牵引速率150mm/s)，牵引至牵引机Ⅱ8(牵引速率200mm/s)，利用两台牵引机拉伸石膏晶须/聚氯乙烯复合材料线材使其细颈化，在剪切应力的作用下使石膏晶须均匀断裂，即得到内部含有单取向排列、长度均匀的石膏晶须3的石膏晶须/聚氯乙烯复合材料，即单取向石膏晶须/聚氯乙烯复合材料。
经测试，本实施例制备的单取向石膏晶须/聚氯乙烯复合材料中晶须长度25～40μm，晶须单一方向排列率≥65％，其拉伸强度为40～50Mpa，抗冲击强度为20～40MJ/m2(随机取向的石膏晶须/聚氯乙烯复合材料拉伸强度为25Mpa，抗冲击强度为15～20MJ/m2)，并且具有良好的尺寸稳定性。
本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (7)

1.一种单取向石膏晶须/聚氯乙烯复合材料，其特征在于：所述复合材料由聚氯乙烯包覆单取向、长度均匀的石膏晶须得到，所述石膏晶须长度为25～40μm，晶须单一方向排列率≥65％；
其制备方法步骤如下：
1）制备改性石膏晶须：配制质量浓度为5～10%的硬脂酸乙醇溶液，将硬脂酸乙醇溶液加热回流处理15min，随后加入半水石膏晶须，继续加热回流反应40～60min，然后抽滤，将滤饼干燥后得到改性石膏晶须；
2）制备石膏晶须/聚氯乙烯复合材料线材：将步骤1）所得改性石膏晶须与聚氯乙烯树脂颗粒加入注塑机，经注塑得到石膏晶须/聚氯乙烯复合材料线材；
3）制备单取向石膏晶须/聚氯乙烯复合材料：将步骤2）所得石膏晶须/聚氯乙烯复合材料线材经过牵引机Ⅰ，牵引至牵引机Ⅱ，牵引机Ⅰ与牵引机Ⅱ牵引方向一致，并且牵引机Ⅱ牵引速率大于牵引机Ⅰ牵引速率，两台牵引机拉伸石膏晶须/聚氯乙烯复合材料线材使石膏晶须均匀断裂，得到单取向石膏晶须/聚氯乙烯复合材料。
2.一种权利要求1所述的单取向石膏晶须/聚氯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
1）制备改性石膏晶须：配制质量浓度为5～10%的硬脂酸乙醇溶液，将硬脂酸乙醇溶液加热回流处理15min，随后加入半水石膏晶须，继续加热回流反应40～60min，然后抽滤，将滤饼干燥后得到改性石膏晶须；
2）制备石膏晶须/聚氯乙烯复合材料线材：将步骤1）所得改性石膏晶须与聚氯乙烯树脂颗粒加入注塑机，经注塑得到石膏晶须/聚氯乙烯复合材料线材；
3）制备单取向石膏晶须/聚氯乙烯复合材料：将步骤2）所得石膏晶须/聚氯乙烯复合材料线材经过牵引机Ⅰ，牵引至牵引机Ⅱ，牵引机Ⅰ与牵引机Ⅱ牵引方向一致，并且牵引机Ⅱ牵引速率大于牵引机Ⅰ牵引速率，两台牵引机拉伸石膏晶须/聚氯乙烯复合材料线材使石膏晶须均匀断裂，得到单取向石膏晶须/聚氯乙烯复合材料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤1）所述半水石膏晶须直径为2～7.5μm，长径比≥10。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤1）所述半水石膏晶须与硬脂酸乙醇溶液中硬脂酸的质量比为5～20∶1。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤2）所述聚氯乙烯树脂颗粒数均分子量为5～11万，改性石膏晶须与聚氯乙烯树脂颗粒质量比为1∶2～20。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤2）中注塑机温度为170～180℃，注塑剪切速率为1000～2000s-1，并且注塑模具外设置有冷却箱对注塑模具进行冷却。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤3）所述牵引机Ⅰ牵引速率为100～150mm/s，牵引机Ⅱ牵引速率为120～210mm/s。
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