CN107984864B - 一种热塑性树脂复合片材生产工艺 - Google Patents

一种热塑性树脂复合片材生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种热塑性树脂复合片材生产工艺，属于片材制备工艺领域。一种热塑性树脂复合片材生产工艺，其特征是，所述工艺包括下述工艺步骤：I.利用模头挤出底材浆料并在传送带上流延成板；II.在表面未固化的底材浆料的表面铺设磁性纤维；对铺设磁性纤维施加垂直于地面方向的磁场；随后在其上铺设与纤维接触的接触面未完全固化的复合层浆料；如需重复上述步骤II。本热塑性树脂复合片材工艺，在传送带上进行底材预成型，在其表面未固化的情况下，在其上铺设一层磁性纤维层，利用磁场使本身具有磁畴取向一致性的磁性纤维沿纤维的长度方向垂直于地面排列，随后在其上附着一层复合材料，利用磁性纤维作为“钉子”，将两者紧密的结合在一起。

Description

一种热塑性树脂复合片材生产工艺
技术领域
本发明涉及一种热塑性树脂复合片材生产工艺，属于片材制备工艺领域。
背景技术
热塑性树脂复合片材，尤其是层状热塑性树脂复合片材，在使用时由于对其功能的不同需要，需要各层具有不同的性质，或主要由其表面层材料发挥主要性质。针对热塑性树脂多层复合片材的生产，包括粘合、热合等多种方式，也可采用将各层片材挤出后，在其未完全固化时复合的方法，但是由于各层材料不同，其固化收缩率不同，导致层间结合不紧密，易造成功能型的丧失。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供种热塑性树脂复合片材生产装置及工艺，尤其是一种利用磁性纤维进行热塑性树脂复合片材生产装置。
一种热塑性树脂复合片材生产工艺，所述工艺包括下述工艺步骤：I.利用模头挤出底材浆料并在传送带上流延成板；II.在表面未固化的底材浆料的表面铺设磁性纤维；对铺设的磁性纤维施加垂直于地面方向的磁场；随后在其上铺设与磁性纤维接触的接触面未完全固化的复合层浆料；如需，重复上述步骤II。
本发明所述工艺适用于制备多层复合片材，一般情况下，底材浆料与复合层浆料不同，其可现有技术公开的任何不同种类的热塑性树脂材料，也可为其内添加了不同填料或增强型纤维的浆料等。
本发明所述磁性纤维为沿纤维长度方向具有磁畴取向一致性的纤维。
本发明所述磁性纤维制造工艺为熔体纺丝工艺，所述熔体按下述方法制得：
步骤一，30～80℃下，将α-Al2O3纳米颗粒置于浓度为0.5～1mol/L的无机铝盐溶液中，获得分散液，调节溶液pH至6～7；向分散液中加入磁性材料微粒，加完后向其内逐滴加入浓度为1～2mol/L的碳酸氢铵溶液，铝盐溶液与碳酸氢铵溶液的体积比为1:0.5～2；随后将所得混合液进行喷雾干燥，将干燥后所得颗粒进行焙烧，焙烧温度400～550℃，得α-Al2O3包覆磁性材料颗粒，其中，α-Al2O3纳米颗粒与无机铝盐溶液的比为1g:100～1000mL；
步骤二，将步骤一所得α-Al2O3包覆磁性材料颗粒与其他纤维原料混合，熔化既得。
本发明所述纤维制造工艺中，优选利用超声分散的方法使α-Al2O3纳米颗粒均匀的分散在溶液中；并优选的超声条件下，向分散液中加入磁性材料微粒。
本发明所述纤维制造工艺中，所述α-Al2O3纳米颗粒的平均粒度为20～200nm，进一步优选为50～100nm。
本发明所述纤维制造工艺中，所得α-Al2O3包覆磁性材料颗粒中，α-Al2O3包覆层的厚度为0.2～1微米，进一步优选为0.2～0.5微米。
本发明所述纤维制造工艺中，用于调节溶液pH值的溶液为无机酸或碱溶液，如柠檬酸、氢氧化钠等。
本发明所述纤维制造工艺中，所述“喷雾干燥”于商品化的喷雾干燥机中进行。
本发明所述纤维制造工艺中，所述步骤二，其他纤维原料指现有技术公开的可用于熔体方式的熔体所涉及的原料，如聚合物纤维原料、玻璃纤维原料、陶瓷纤维原料。进一步地，聚合物纤维原料如聚苯硫醚、聚丙烯、尼龙、PVA、PVB等；所述玻璃纤维原料为主体为SiO2的玻璃纤维原料。
本发明所述纤维制造工艺中，所述步骤二，通过加热使原料熔化，其加热温度高于所用原料熔点或熔融温度并低于α-Al2O3熔点即可，优选高于熔点或熔融温度5～10℃。
本发明所述纤维制造工艺优选，所述无机铝盐为氯化铝或硝酸铝或硫酸铝。
本发明所述纤维制造工艺优选，所述α-Al2O3纳米颗粒与无机铝盐溶液的比为1g:200～500mL。
本发明所述纤维制造工艺优选，所述磁性材料为Fe、Co、Ni或其中两种以上组成的合金或磁性铁氧体。所述铁氧体为现有技术公开的铁氧体。
本发明所述纤维制造工艺优选，所述磁性材料微粒的粒径为1～5微米。
本发明所述纤维制造工艺优选，所述步骤二为：将聚苯硫醚粉体、步骤一所得α-Al2O3包覆磁性材料颗粒和十二烷基苯磺酸钠粉体混匀后，熔化既得，其中，聚苯硫醚粉体、α-Al2O3包覆磁性材料颗粒和十二烷基苯磺酸钠的质量比为100:0.5～5:0～0.05(含0)。
本发明所述纤维制造工艺优选，所述熔体纺丝工艺是将熔体置于纤维制造装置的盛料装置中，并对熔体施加垂直于地面方向的磁力作用。
本发明的另一目的是提供一种可实现上述工艺的纤维制造装置。
一种纤维制造装置，所述装置包括漏斗状盛料装置，所述盛料装置由盛料部和纤维成型部组成，在所述盛料部内部、靠近盛料部与纤维成型部连接处的位置设有磁性装置，所述磁性装置的主体为头尖尾圆的水滴状壳体，且所述壳体按照尖头在上的方向设置；在壳体圆尾部分的壳体内部设置有至少一个永磁铁。
本发明所述盛料装置用于盛放纺丝用熔体原料。
进一步地，所述盛料部具有漏斗结构的壳体。
进一步地，所述纤维成型部为中空管状，其内径根据所需制备纤维的直径确定。
本发明纤维制造装置，所述磁性装置主体为头尖尾圆的水滴状壳体，且所述壳体按照尖头在上的方向设置。当其内含有磁性材料颗粒的熔体原料流经磁性装置时，其会根据磁力线的方向进行排列，所述磁性颗粒一定程度按照相同的磁畴取向排列，其在随后形成的纤维则具有磁性取向的一致性。
本发明纤维制造装置，优选所述在壳体内部设置若干个相同的永磁铁每个永磁铁位于相同的水平位置且间距相同。如，所述在壳体内部设置六个相同的永磁铁，每个永磁铁位于相同的水平位置且间距相同。
本发明纤维制造装置，优选所述在壳体内部设置一个环形永磁铁。
本发明纤维制造装置，优选所述漏斗状盛料装置上部设有增压装置，所述增压装置用于调控城料装置内部的压力，使盛料部内盛装的原料进入纤维成型部。
进一步地，所述增压装置包括增压板，所述增压板与盛料部壳体构成封闭空间，增压板顶部连接连接杆，所述连接杆连接动力装置，所述增压板上固定用于测量盛料装置内部压力的测压装置，所述测压装置通控制器连接动力装置。
上述技术方案中，所述控制器接收来自测压装置测量所得的盛料装置内部压力数据，控制动力装置，进而保持盛料装置内部压力足够使浆料进入纤维成型部。所述动力装置，如电机等。
本发明纤维制造装置，优选所述盛料装置盛料部和纤维成型部的壳体外侧均设有加热层。
进一步地，由于对盛料部和纤维成型部的温控要求相同或不同，所述盛料部壳体外侧的加热层与纤维成型部壳体外侧的加热层各自独立。
本发明纤维制造装置，优选所述纤维成型部出料口设于位于纤维成型部下方的真空室的内部，所述真空室为在垂直方向具有一定长度的壳体，其配有抽真空设备及用于调整真空室内部温度的冷却设备。
本发明纤维制造装置，优选所述真空室的下方设有收料辊。
本发明纤维制造装置，优选所述磁性装置通过若干支撑杆固定在盛料部壳体的内壁上。所述固定方式可为机械连接、粘结、焊接等。
一种热塑性树脂复合片材生产装置，所述装置包括底材成型机构和至少一个复合层成型机构，
所述底材成型机构包括模头I，所述模头I下方设有用于接收来自模头I的底材浆料并使底材浆料在其上流延成板的传送带和与传送带配合使用的传送辊I和传送辊II；所述模头I位于远离传送辊I的一侧；
所述复合层成型机构整体位于传送带的上方，自靠近模头I的一侧依次包括用于将磁性纤维铺设在底材浆料上的磁性纤维铺设装置，能够产生磁场方向垂直于地面的磁场发生单元，用于接收来自模头II的复合层浆料并使复合层浆料在其上冷却的冷却辊。
本发明所述热塑性树脂复合片材生产装置，所述传送带为环形传送带，其与两个传送辊配套使用，进一步地，所述环形传送带为表面为金属的环形传送带。
本发明所述热塑性树脂复合片材生产装置，所述模头为现有技术公开的可用于塑料浆料原料挤出并成膜的模头，可商业购得。所述模头在垂直方向上位于传送带上方，在水平方向上，其远离传送辊I，并靠近传送辊II。进一步地，水平方向上，所述模头位于传送带上表面总长度的3/4～7/8处。所述传送带上表面总长度为两个传送辊中心轴间的间距。
本发明所述热塑性树脂复合片材生产装置可包含多个复合层成型机构，多个复合层成型机构依次排列，制备三层或三层以上的层状复合片材。
本发明所述热塑性树脂复合片材生产装置，优选在其上附有复合层浆料的冷却辊的外侧设有用于加热复合层浆料表面的加热装置。
本发明所述热塑性树脂复合片材生产装置，优选所述磁性纤维铺设装置为漏斗形容器，其下端开口，所述开口处设有绝缘分布网，同时，所述磁性纤维铺设装置包括能够使漏斗形容器发生振动的振动机构。
本发明所述热塑性树脂复合片材生产装置，优选所述磁性纤维铺设装置下端出口的下方设有振动筛。
本发明所述热塑性树脂复合片材生产装置，优选所述纤维铺设装置为纤维剪切机构。
上述纤维剪切机构可将连续纤维丝直接剪切为断丝，并将其均匀的排出。其可为现有技术提供的任何纤维剪切机或纤维剪切制造设备中的剪切单元，可商业购得或根据现有技术公开的文献制得。
本发明所述热塑性树脂复合片材生产装置，所述磁场发生单元为现有技术提供的磁场发生装置，可商业购得，如磁场发生器等；其也可根据现有技术提供的方法制得，如，所述磁场发生单元由两个相对放置的缠绕线圈的磁极及连接连个磁极的磁轭、电源组成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所述工艺所制备的熔体中包含了磁性颗粒，该磁性颗粒为α-Al2O3包覆磁性材料颗粒，将具有高强度的α-Al2O3包裹在磁性材料外，一方面可以提高所得纤维的强度和韧性；在制备α-Al2O3包覆磁性材料颗粒时，使用了α-Al2O3纳米颗粒作为晶种，诱导生成α-Al2O3相晶体结构的包覆层。另一方面，α-Al2O3的熔点高，将磁性材料包裹在其内，可以避免其内的磁性物质由于与其他纤维的发生作用而磁性丧失。本发明同时提供了可实现上述纤维制造工艺的装置。本发明纤维制造装置包括了一个磁性装置，所述磁性装置主体为头尖尾圆的水滴状壳体，且所述壳体按照尖头在上的方向设置。当其内含有磁性材料颗粒的熔体原料流经磁性装置时，其会根据磁力线的方向进行排列，所述磁性颗粒一定程度按照相同的磁畴取向排列，其在随后形成的纤维则具有磁性取向的一致性。该设备结构简单，易于操作，纺丝效率高。
本热塑性树脂复合片材生产装置及工艺，在传送带上进行底材预成型，在其表面未固化的情况下，在其上铺设一层磁性纤维层，利用磁场使本身具有磁畴取向一致性的磁性纤维沿纤维的长度方向垂直于地面排列，随后在其上附着一层复合材料，利用磁性纤维作为“钉子”，将两者紧密的结合在一起。如需，可在传送带上设置多个复合层成型机构进行多层成型。
附图说明
图1为纤维制造装置的示意图；
图2为磁性装置的示意图；
图3为磁性装置安装示意图。
图4为热塑性树脂复合片材生产装置的示意图。
具体实施方式
下述实施例中所用纤维制造装置如图1和3所示，一种纤维制造装置，所述装置包括漏斗状盛料装置1，所述盛料装置1由盛料部1-1和纤维成型部1-2组成，在所述盛料部1-1内部、靠近盛料部1-1与纤维成型部1-2连接处的位置设有磁性装置3，所述磁性装置3通过四个支撑杆5固定在盛料部1-1壳体的内壁上。
如图2所示，所述磁性装置3的主体为头尖尾圆的水滴状壳体3-1，且所述壳体3-1按照尖头在上的方向设置；在壳体3-1圆尾部分的壳体3-1内部设置六个相同的永磁铁3-2，每个永磁铁3-2位于相同的水平位置且间距相同。所述盛料部1-1具有漏斗结构的壳体；所述纤维成型部1-2为中空管状，其内径为100微米，长度为3cm。
所述漏斗状盛料装置1上部设有增压装置4，所述增压装置4用于调控城料装置内部的压力，使盛料部1-1内盛装的原料进入纤维成型部1-2。所述增压装置4包括增压板4-1，所述增压板4-1与盛料部1-1壳体构成封闭空间，增压板4-1顶部连接连接杆4-2，所述连接杆4-2连接动力装置，所述增压板4-1上固定用于测量盛料装置1内部压力的测压装置，所述测压装置通控制器连接动力装置。所述控制器接收来自测压装置测量所得的盛料装置1内部压力数据，控制动力装置，进而保持盛料装置1内部压力足够使浆料进入纤维成型部1-2。
所述盛料装置1盛料部1-1和纤维成型部1-2的壳体外侧均设有加热层。且所述盛料部1-1壳体外侧的加热层2-1与纤维成型部1-2壳体外侧的加热层2-2各自独立。
所述纤维成型部1-2出料口设于位于纤维成型部1-2下方的真空室8的内部，所述真空室8为在垂直方向长度为10cm的壳体，其配有抽真空设备及用于调整真空室内部温度的冷却设备。所述真空室8的下方设有收料辊7。
下述实施例中所用α-Al2O3纳米颗粒的平均粒度为50～100nm，所形成的α-Al2O3包覆层的厚度为0.2～0.5微米。
实施例1
一种纤维制造工艺，为熔体纺丝工艺，所述熔体按下述方法制得：
步骤一，50℃下，将α-Al2O3纳米颗粒置于浓度为0.5mol/L的硫酸铝溶液中，获得分散液，调节溶液pH至6～7；向分散液中加入磁性材料微粒(Fe微粒，平均粒径2微米)，加完后向其内逐滴加入浓度为1.5mol/L的碳酸氢铵溶液，铝盐溶液与碳酸氢铵溶液的体积为1:1；随后将所得混合液进行喷雾干燥，将干燥后所得颗粒进行焙烧，焙烧温度450℃，得α-Al2O3包覆磁性材料颗粒，其中，α-Al2O3纳米颗粒与无机铝盐溶液的比为1g:500mL；
步骤二，将聚苯硫醚粉体、步骤一所得α-Al2O3包覆磁性材料颗粒混匀后，熔化既得，其中，聚苯硫醚粉体、α-Al2O3包覆磁性材料颗粒的质量比为100:2。
将上述熔体置于盛料装置中，进行熔体纺丝，获得磁性颗粒磁畴方向统一的磁性纤维。
实施例2
一种纤维制造工艺，为熔体纺丝工艺，所述熔体按下述方法制得：
步骤一，50℃下，将α-Al2O3纳米颗粒置于浓度为0.5mol/L的硫酸铝溶液中，获得分散液，调节溶液pH至6～7；向分散液中加入磁性材料微粒(Fe微粒，平均粒径2微米)，加完后向其内逐滴加入浓度为1.5mol/L的碳酸氢铵溶液，铝盐溶液与碳酸氢铵溶液的体积为1:1；随后将所得混合液进行喷雾干燥，将干燥后所得颗粒进行焙烧，焙烧温度450℃，得α-Al2O3包覆磁性材料颗粒，其中，α-Al2O3纳米颗粒与无机铝盐溶液的比为1g:500mL；
步骤二，将聚苯硫醚粉体、步骤一所得α-Al2O3包覆磁性材料颗粒和十二烷基苯磺酸钠粉体混匀后，熔化既得，其中，聚苯硫醚粉体、α-Al2O3包覆磁性材料颗粒和十二烷基苯磺酸钠的质量比为100:2:0.01。
将上述熔体置于盛料装置中，进行熔体纺丝，获得磁性颗粒磁畴方向统一的磁性纤维。
实施例3
一种纤维制造工艺，为熔体纺丝工艺，所述熔体按下述方法制得：
步骤一，80℃下，将α-Al2O3纳米颗粒置于浓度为1mol/L的无机铝盐溶液中，获得分散液，调节溶液pH至6～7；向分散液中加入磁性材料微粒，加完后向其内逐滴加入浓度为2mol/L的碳酸氢铵溶液，铝盐溶液与碳酸氢铵溶液的体积为1:1；随后将所得混合液进行喷雾干燥，将干燥后所得颗粒进行焙烧，焙烧温度500℃，得α-Al2O3包覆磁性材料颗粒，其中，α-Al2O3纳米颗粒与无机铝盐溶液的比为1g:700mL；
步骤二，将步骤一所得α-Al2O3包覆磁性材料颗粒与其他纤维原料混合，熔化既得，其他纤维原料，按质量百分比由：12.5％氧化硼、氧化钠2.3％、氧化钾0.6％，氧化镁2％，氧化钙15.6％，余量氧化硅组成。
将上述熔体置于盛料装置中，进行熔体纺丝，获得磁性颗粒磁畴方向统一的磁性纤维。
实施例4
一种纤维制造工艺，为熔体纺丝工艺，所述熔体按下述方法制得：
步骤一，30℃下，将α-Al2O3纳米颗粒置于浓度为0.75mol/L的无机铝盐溶液中，获得分散液，调节溶液pH至6～7；向分散液中加入磁性材料微粒，加完后向其内逐滴加入浓度为1mol/L的碳酸氢铵溶液，铝盐溶液与碳酸氢铵溶液的体积为1:1.5；随后将所得混合液进行喷雾干燥，将干燥后所得颗粒进行焙烧，焙烧温度500℃，得α-Al2O3包覆磁性材料颗粒，其中，α-Al2O3纳米颗粒与无机铝盐溶液的比为1g:1000mL；
步骤二，将步骤一所得α-Al2O3包覆磁性材料颗粒与其他纤维原料混合，熔化既得，其他纤维原料，按质量百分比由：12.5％氧化硼、氧化钠2.3％、氧化钾0.6％，氧化镁2％，氧化钙15.6％，余量氧化硅组成。
将上述熔体置于盛料装置中，进行熔体纺丝，获得磁性颗粒磁畴方向统一的磁性纤维。应用例1～4
如图4所示，一种热塑性树脂复合片材生产装置所述装置包括底材成型机构和一个复合层成型机构，
所述底材成型机构包括模头I101，所述模头I101下方设有用于接收来自模头I101的底材浆料501并使底材浆料501在其上流延成板的传送带201和与传送带201配合使用的传送辊I301和传送辊II302；所述模头I101位于远离传送辊I301的一侧，水平方向上，所述模头位于传送带上表面总长度的7/8处。
所述复合层成型机构整体位于传送带201的上方，自靠近模头I101的一侧依次包括用于将磁性纤维铺设在底材浆料501上的磁性纤维铺设装置，能够产生磁场方向垂直于地面的磁场发生单元402，用于接收来自模头II102的复合层浆料502并使复合层浆料502在其上冷却的冷却辊303。在其上附有复合层浆料502的冷却辊303的外侧设有用于加热复合层浆料502表面的加热装置601。
所述磁性纤维铺设装置401为漏斗形容器，其下端开口，所述开口处设有绝缘分布网，同时，所述磁性纤维铺设装置包括能够使漏斗形容器发生振动的振动机构。所述磁性纤维铺设装置下端出口的下方设有振动筛403。
所述磁场发生单元402由两个相对放置的缠绕线圈的磁极及连接连个磁极的磁轭、电源组成。
一种热塑性树脂复合片材生产工艺，所述工艺包括下述工艺步骤：I.利用模头I挤出底材浆料PVC浆料并在传送带上流延成板；II.在表面未固化的底材浆料的表面铺设实施例1～4磁性纤维，纤维长度为0.5cm；对铺设的磁性纤维施加垂直于地面方向的磁场，磁场强度2T；随后在其上铺设与磁性纤维接触的接触面未完全固化的复合层浆料(包含颜料填料的塑料浆料、或包含增强性石英纤维的塑料浆料)。

Claims (7)

1.一种热塑性树脂复合片材生产工艺，其特征是，所述工艺包括下述工艺步骤
I.利用模头挤出底材浆料并在传送带上流延成板；II.在表面未固化的底材浆料的表面铺设磁性纤维；对铺设的磁性纤维施加垂直于地面方向的磁场；随后在其上铺设与磁性纤维接触的接触面未完全固化的复合层浆料；如需，重复上述步骤II，
所述工艺在热塑性树脂复合片材生产装置中进行，所述装置包括底材成型机构和至少一个复合层成型机构，
所述底材成型机构包括模头I(101)，所述模头I(101)下方设有用于接收来自模头I(101)的底材浆料(501)并使底材浆料(501)在其上流延成板的传送带(201)和与传送带(201)配合使用的传送辊I(301)和传送辊II(302)；所述模头I(101)位于远离传送辊I(301)的一侧；
所述复合层成型机构整体位于传送带(201)的上方，自靠近模头I(101)的一侧依次包括用于将磁性纤维铺设在底材浆料(501)上的磁性纤维铺设装置，能够产生磁场方向垂直于地面的磁场发生单元(402)，用于接收来自模头II(102)的复合层浆料(502)并使复合层浆料(502)在其上冷却的冷却辊(303)。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征是，利用熔体纺丝工艺制造磁性纤维，所述熔体按下述方法制得：
步骤一，30～80℃下，将α-Al2O3纳米颗粒置于浓度为0.5～1mol/L的无机铝盐溶液中，获得分散液，调节溶液pH至6～7；向分散液中加入磁性材料微粒，加完后向其内逐滴加入浓度为1～2mol/L的碳酸氢铵溶液，铝盐溶液与碳酸氢铵溶液的体积比为1:0.5～2；随后将所得混合液进行喷雾干燥，将干燥后所得颗粒进行焙烧，焙烧温度400～550℃，得α-Al2O3包覆磁性材料颗粒，其中，α-Al2O3纳米颗粒与无机铝盐溶液的比为1g:100～1000mL；
步骤二，将步骤一所得α-Al2O3包覆磁性材料颗粒与其他纤维原料混合，熔化既得。
3.根据权利要求2所述的工艺，其特征是，所述无机铝盐为氯化铝或硝酸铝或硫酸铝。
4.根据权利要求2所述的工艺，其特征是，所述α-Al2O3纳米颗粒与无机铝盐溶液的比为1g:200～500mL。
5.根据权利要求2所述的工艺，其特征是，所述磁性材料为Fe、Co、Ni或其中两种以上组成的合金或磁性铁氧体。
6.根据权利要求2所述的工艺，其特征是，所述磁性材料微粒的粒径为1～5微米。
7.根据权利要求2所述的工艺，其特征是，所述磁性纤维在纤维制造装置中制造，所述纤维制造装置包括漏斗状盛料装置(1)，所述盛料装置(1)由盛料部(1-1)和纤维成型部(1-2)组成，在所述盛料部(1-1)内部、靠近盛料部(1-1)与纤维成型部(1-2)连接处的位置设有磁性装置(3)，所述磁性装置(3)的主体为头尖尾圆的水滴状壳体(3-1)，且所述壳体(3-1)按照尖头在上的方向设置；在壳体(3-1)圆尾部分的壳体内部设置有至少一个永磁铁(3-2)。
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