CN108454074A - 一种热塑性树脂的取向强化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种热塑性树脂的取向强化方法，该方法的取向强化的步骤如下：步骤一、将预先加工好的以热塑性树脂为原料制备的坯料(1)，放入鼓风烘箱，在120‑180℃下热透；步骤二、将强化模具加热至60‑140℃，在强化模具的内腔中放置坯料(1)在坯料(1)的上方放置动模板(4)，在动模板(4)的上方设置压板(5)，压板(5)通过压机施加载荷带动动模板(4)同时产生水平和竖直向下方向的运动；步骤三、使用压机以5‑300mm/min的速率向下压动动模板(4)；步骤四、将挤压后坯料(1)再次置于鼓风烘箱中，在80‑150℃的条件下保温2‑7h后，自然冷却至室温。该方法能够定向控制聚合物内部分子链的取向。挤压后的制件进行后续热处理，可有效降低其内部的残余应力，同时保留聚合物分子链的取向，提升制品的力学性能与耐溶剂性能，达到强化效果。

Description

一种热塑性树脂的取向强化方法
技术领域
本发明涉及一种热塑性树脂的取向强化方法，属于树脂应用技术领域。
背景技术
热塑性树脂在成型过程中受到拉伸或剪切作用时，树脂会出现分子链的取向现象。取向对树脂的性能有很大影响，能够在特定方向上极大地提升其抗张强度、冲击强度、断裂伸长率等力学性能，同时伴随热性能与光学性能的变化。为了获得更高强度的制品，对材料进行取向控制已成为塑料加工中的一个重要环节。树脂的分子链取向方式主要有两种，一种是单轴取向，即一定方向作用力下分子链或者链段等结构单元沿受力方向排列，这种取向使得定向排列方向上的强度得以提升，而与之垂直方向上则会降低；另一种是双轴取向，即受力后分子链等结构单元在两个互相垂直的方向上排列，高聚物在拉伸平面内的性能增强，且呈各向同性。目前，通过成型加工对热塑性树脂进行取向已成为材料及产品强化的有效手段。在实际生产中，有采用挤出成型对管材或薄膜进行双轴取向，有通过双轴拉伸制备定向板材，也有利用注射成型获得边界层高度取向的产品，但不同方法对不同材料的适应性不同，但所获得的取向结构也存在差异。专利CN106346767A中公开了一种制备取向态聚乳酸型材的方法，利用挤出与锻压的方式对聚乳酸型材进行取向强化；专利CN105599314A公开了一种双轴取向聚氯乙烯管材的连续成型装置及工作方法，连续成型装置包括外模、芯模、管坯冷却系统、双取向拉伸成形系统，上述专利中所使用的设备结构复杂，成型过程繁琐，而且对材料取向程度的控制范围较小，因此，探索可控范围大、容易实施的取向强化方法依然重要。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种热塑性树脂的取向强化方法，其目的是获得力学性能及耐溶剂性能高的产品。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
该种热塑性树脂的取向强化方法，其特征在于：该方法的取向强化的步骤如下：
步骤一、将预先加工好的以热塑性树脂为原料制备的坯料1，放入鼓风烘箱，在120-180℃下热透；
步骤二、将强化模具加热至60-140℃，所述强化模具包括一个位于底部的定模板2，在定模板2的凹槽状内腔中放置坯料1，并通过设置在内腔周围的定位销3固定坯料1的位置，在坯料1的上方放置动模板4，在动模板4的上方设置压板5，压板5通过压机施加载荷带动动模板4同时产生水平和竖直向下方向的运动；
步骤三、使用压机以5-300mm/min的速率向下压动动模板4，使坯料1在高度上缩减30％以上；
步骤四、将挤压后坯料1再次置于鼓风烘箱中，在80-150℃的条件下保温2-7h后，自然冷却至室温。该步骤是对挤压后的样品进行热处理，可有效降低其内部残余应力，同时保留树脂的分子链结构取向。
所述坯料1的材料是聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚砜或环烯烃共聚物。
坯料1是由挤出、注射、锻压方法制备得到。
坯料1为直径10-40mm、高10-30mm的圆柱体或长×宽×高＝10-40mm×10-30mm×10-30mm的长方体。
本发明的有益效果：
1.本发明技术方案中，利用挤压与剪切力场，对热塑性树脂进行水平和竖直方向上的定向挤压，从而使其内部分子链朝着某个特定方向取向，通过后续热处理有效降低其内部的残余应力，同时保留分子链的取向，可明显提升制品的力学性能及耐溶剂性能5％以上；
2.本发明技术方案中所述取向强化方法，适用于多种热塑性树脂，原料可有多种选择；同时适用于不同工艺成型的热塑性树脂坯料，具备普适性；
3.本发明技术方案中所述取向强化方法容易实施，可有效节约成本，在对小型制品取向强化的基础上，为大制件的局部区域取向强化提供新的思路；
4.本发明技术方案中所述取向强化方法，作为一种材料增强的有效手段，能够获得综合性能优异的制品，可广泛应用于建筑、汽车等行业中的结构部件，也可在航空、海洋等特殊领域发挥其优势。同时，本发明所述方法可极大地控制成本，有力地推动了塑料成型技术的发展。
附图说明：
图1为本发明所述的强化模具有的结构示意图
图2是实施例1制备的坯料截面双折射图像
图3是对比例中直接对坯料进行热压后的截面双折射图像
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
参见附图1所示，本发明技术方案所使用的强化模具包括一个位于底部的定模板2，在定模板2的凹槽状内腔中放置坯料1，并通过设置在内腔周围的定位销3固定坯料1的位置，在坯料1的上方放置动模板4，在动模板4的上方设置压板5，压板5通过压机施加载荷带动动模板4同时产生水平和竖直向下方向的运动。
实施例1
制备取向强化的热塑性树脂坯料的工艺步骤如下：
(1)将预先加工好的尺寸为直径20mm，高30mm的聚甲基丙烯酸甲酯圆柱形坯料1放入鼓风烘箱，在130℃下预热5h；
(2)将强化模具加热至130℃；
(3)将预热完毕后的坯料1置于强化模具的定模板2内，用定位销3将坯料1固定；
(4)使用2t的压机，以50mm/min的速率向下压动动模板4，推动动模板4同时产生水平和竖直方向运动，至坯料1的高度厚度变为10mm；实现坯料1的挤压强化成型；
(5)将挤压后的坯料置于鼓风烘箱中，在110℃的条件下保温3h后，自然冷却至室温，获得取向强化的聚甲基丙烯酸甲酯产品。
实施例2
制备取向强化的热塑性树脂坯料的工艺步骤如下：
(1)将预先加工好的尺寸为直径20mm，高30mm的聚碳酸酯圆柱形坯料1放入鼓风烘箱，在130℃下预热5h；
(2)将强化模具加热至130℃；
(3)将预热完毕后的坯料1置于强化模具的定模板2内，用定位销3将坯料1固定；
(4)使用2t的压机，以50mm/min的速率向下压动动模板4，推动动模板4同时产生水平和竖直方向运动，至坯料1的高度厚度变为10mm；实现坯料1的挤压强化成型；
(5)将挤压后的坯料置于鼓风烘箱中，在110℃的条件下保温3h后，自然冷却至室温，获得取向强化的聚碳酸酯产品。
实施例3
制备取向强化的热塑性树脂坯料的工艺步骤如下：
(1)将预先加工好的尺寸为直径20mm，高30mm的聚甲基丙烯酸甲酯圆柱形坯料1放入鼓风烘箱，在130℃下预热5h；
(2)将强化模具加热至130℃；
(3)将预热完毕后的坯料1置于强化模具的定模板2内，用定位销3将坯料1固定；
(4)使用2t的压机，以100mm/min的速率向下压动动模板4，推动动模板4同时产生水平和竖直方向运动，至坯料1的高度厚度变为10mm；实现坯料1的挤压强化成型；
(5)将挤压后的坯料置于鼓风烘箱中，在110℃的条件下保温3h后，自然冷却至室温，获得取向强化的聚甲基丙烯酸甲酯产品。
对比例(与实施例1进行对比)
制备热塑性树脂坯料的工艺步骤如下：
(1)将预先加工好的尺寸为直径20mm，高30mm的聚甲基丙烯酸甲酯圆柱坯料，放入鼓风烘箱，在130℃下预热5h；
(2)将预热完毕后的坯料竖直置于万能试验机上；
(3)使用2t的压力对样品进行压缩，压缩速率为50mm/min，至坯料厚度变为10mm；
(4)将挤压后的坯料置于鼓风烘箱中，在110℃的条件下保温3h后，自然冷却至室温，获得直接热压的聚甲基丙烯酸甲酯产品。
双折射法是用以测定材料的光学性能，反应材料的均匀程度以及分子链取向状态的一种光弹性实验方法。当样品放置在两个交叉的偏振器之间时，由于材料内部的不均匀，可以观察到彩色图案。对图2与图3的双折射测试结果进行比较，可以看出，本发明所制备的取向强化聚甲基丙烯酸甲酯截面的均匀度相比直接进行热压后的树脂截面有较大提升。同时，对挤压后的制件，经过热处理后，有效保留了其中心区域由挤压产生的分子链取向，对制件在取向方向上的力学性能及溶剂敏感性的提升均有优良的强化效果。

Claims (4)

1.一种热塑性树脂的取向强化方法，其特征在于：该方法的取向强化的步骤如下：
步骤一、将预先加工好的以热塑性树脂为原料制备的坯料(1)，放入鼓风烘箱，在120-180℃下热透；
步骤二、将强化模具加热至60-140℃，所述强化模具包括一个位于底部的定模板(2)，在定模板(2)的凹槽状内腔中放置坯料(1)，并通过设置在内腔周围的定位销(3)固定坯料(1)的位置，在坯料(1)的上方放置动模板(4)，在动模板(4)的上方设置压板(5)，压板(5)通过压机施加载荷带动动模板(4)同时产生水平和竖直向下方向的运动；
步骤三、使用压机以5-300mm/min的速率向下压动动模板(4)，使坯料(1)在高度上缩减30％以上；
步骤四、将挤压后坯料(1)再次置于鼓风烘箱中，在80-150℃的条件下保温2-7h后，自然冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的热塑性树脂的取向强化方法，其特征在于：所述坯料(1)的材料是聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚砜或环烯烃共聚物。
3.根据权利要求1所述的热塑性树脂的取向强化方法，其特征在于：坯料(1)是由挤出、注射、锻压方法制备得到。
4.根据权利要求1所述的热塑性树脂的取向强化方法，其特征在于：坯料(1)为直径10-40mm、高10-30mm的圆柱体或长×宽×高＝10-40mm×10-30mm×10-30mm的长方体。
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