CN109159401B - 高分子多相多组分材料共混增容方法 - Google Patents

高分子多相多组分材料共混增容方法 Download PDF

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Abstract

涉及高分子多相多组分材料共混增容方法，将两种或两种以上不同相和组分的高分子材料共混后加入体积脉动塑化输运设备中熔融塑化挤出得到制品；在加工过程中熔体经过体积脉动塑化输运设备，熔体的体积经历周期性的压缩释放，分散相首先被拉伸为细条状，然后破碎成更微小的分散相，破碎的分散相不断重复拉伸‑破碎过程，从而获得优异的分散效果，增强界面作用，对高分子多相体系强制增容，同时有较大概率形成特殊的聚集态结构，进一步地提高高分子共混物的性能，获得强制增容效果。该方法无需使用相容剂即可对多相共混体系进行有效的增容，避免环境污染，成本低、制备工艺简单、产品性能优异，具有较高的推广价值。属于高分子材料加工领域。

Description

高分子多相多组分材料共混增容方法
技术领域
本发明涉及高分子材料加工领域，尤其涉及高分子多相多组分材料共混增容方法。
背景技术
随着科技的发展，单组分的高分子材料逐渐不能满足多种需求，人们开始对高分子材料进行各种改性以获得产品所需的性能，高分子多相多组分材料共混改性可以使材料同时具有多种高分子材料的特性，从而提高材料的综合性能，拓宽材料的使用范围。例如，聚丙烯(PP)与高密度聚乙烯(HDPE)共混，制成PP/HDPE共混物，可调整共混物的拉伸性能，改善共混物的韧性。在进行共混改性时需要解决的关键问题是不同相和组分的高分子材料之间的相容性，这对制备高分子多相多组分材料共混物至关重要。不同材料实现相容一般有两种方式：
(1)热力学相容性(Miscibility)，即不同材料混合时，都能实现分子级分散的、热力学稳定的均相体系，热力学相容的判断依据下列公式：
ΔGm＝ΔHn-TΔSm＜0
其中ΔGm为混合自由能；ΔHn为混合热；T为温度；ΔSm为混合熵。
对于高分子材料而言，由于高分子材料的分子量很大，混合时熵的变化很小，而高分子材料混合过程中一般都是吸热过程，即ΔH为正值，因此要满足ΔG<0是困难的，因而大多数不同相和组分的高分子材料共混时难以实现热力学相容。
(2)广义相容性(Compatibility)，是指共混物各组分彼此互相容纳，形成宏观均匀材料的能力，通过控制工艺参数，在相与相之间形成界面层结构，使热力学相容性差甚至不相容的共混物实现广义相容。界面层的强度，常对共混物的性能，特别是力学性能起决定性影响。界面层的强度主要取决于以下两点：a、相与相之间的接触面积，在共混过程中，增加相与相之间的接触面积有利于两种大分子链段之间的相互扩散，增加相与相之间的粘合力，因此在共混过程中，必须保证两相之间的高度分散。
b、大分子链段之间的相互扩散程度，这主要取决于高分子材料之间的热力学相容性，在一般情况下，扩散导致的界面层厚度约为数百埃，相畴越小，界面层所占的比例越大，界面强度越高。
现有技术采用的高分子多相多组分材料共混原理主要利用剪切流场，在剪切流场中，当分散相与连续相的粘度比(λ)在0.005-4之间时，最容易发生分散相的变形和破碎，从而得到共混效果优良的混合物；而对于粘度比较大的高分子材料，剪切流场的分散效果较差，界面效果弱，因此得到的共混物的塑化与混合效果不佳，难以使共混材料达到最优性能。为弥补这一缺陷，现有技术在进行高分子多相多组分材料共混过程中使用相容剂。相容剂是一种与两种聚合物组分都有较好热力学相容性的物质，一方面可以在两相之间起“乳化作用”，改善共混物的分散性。另一方面，可以起“偶联作用”增加界面强度。
但是，不同的高分子材料共混需要研发不同的相容剂，并且增容效果有限，无法完全发挥共混材料的优势。此外，大多数相容剂的使用会对环境造成污染，以常用的相容剂马来酸酐(MAH)改性聚烯烃树脂为例，马来酸酐通常仅以一个单体的形式直接接到长聚烯烃的主链上，接枝率较低，增容效果有限，这导致在高分子多相多组分材料共混过程中，需要使用大量相容剂，成本较高。而在制备相容剂的过程中需要使用大量马来酸酐及相应溶剂，对环境危害较大。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种高分子多相多组分材料共混增容方法，该方法无需使用相容剂即可对多相共混体系进行有效的增容，避免环境污染，且增容效果优异。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
高分子多相多组分材料共混增容方法，将两种或两种以上不同相和组分的高分子材料共混后加入体积脉动塑化输运设备中熔融塑化挤出得到高分子多相多组分材料；在加工过程中熔体经过体积脉动塑化输运设备，熔体的体积经历周期性的压缩释放，分散相首先被拉伸为细条状，然后破碎成更微小的分散相，破碎的分散相不断重复拉伸-破碎过程，从而获得优异的分散效果，增强界面作用，获得强制增容效果。
优选地，在拉伸-破碎过程中得到原位成纤结构或类蜂窝结构，进一步提升材料的拉伸性能和冲击性能。
高分子多相多组分材料共混增容方法，包括以下步骤：S1：将两种或两种以上不同相和组分的高分子材料按任一组分质量分数不小于10％、不大于90％的比例混合；S2：将步骤S1得到的混合物加入体积脉动塑化输运设备中进行混炼挤出，挤出的高分子多相多组分材料经定型得到制品。
优选地，步骤S1中，采用高速混合机混合不同相和组分的高分子材料。
优选地，步骤S2中，体积脉动塑化输运设备的温度控制在混合物的粘流温度以上，体积脉动塑化输运设备的转子的转速范围为10-150转/分钟。
优选地，步骤S2得到的制品的形状包括但不限于片状、条状、粒状、板状和薄膜。
优选地，步骤S1中的两种或两种以上不同相和组分的高分子材料包括但不限于聚烯烃类树脂共混、聚苯乙烯系树脂共混、聚酰胺类树脂共混、聚酯类树脂共混、聚烯烃类树脂与聚苯乙烯系树脂共混、聚烯烃类树脂与聚酰胺类树脂共混、聚烯烃类树脂与聚酯类树脂共混、聚烯烃类树脂与聚氯乙烯树脂共混、聚烯烃类树脂与弹性体共混、聚苯乙烯系树脂与聚酰胺类树脂共混、聚苯乙烯系树脂与聚酯类树脂共混、聚苯乙烯系树脂与聚氯乙烯树脂共混、聚苯乙烯系树脂与弹性体共混、聚酰胺类树脂与聚酯类树脂共混、聚酰胺类树脂与聚氯乙烯树脂共混、聚酰胺类树脂与弹性体共混、聚酯类树脂与聚氯乙烯树脂共混、聚酯类树脂与弹性体共混中的一类或一类以上。
优选地，聚烯烃类树脂共混方案包括：聚乙烯与聚丙烯共混；聚乙烯与聚丙烯共混得到的共混材料具有高度取向纳米蜂窝结构，其拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率分别达到32MPa、580MPa、300％。
优选地，聚酯类树脂与弹性体共混方案包括：聚乳酸与聚氨酯树脂共混；聚乳酸与聚氨酯共混得到的共混材料具有高度取向原位成纤结构，其拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率分别达到55MPa、900MPa、15％。
优选地，体积脉动塑化输运设备沿输运方向依次为加料口、固体输送段、熔融塑化段、流量平衡段、模头，其对应的区间温度依次设置为140～170℃、150～180℃、160～250℃、160～250℃、150～240℃；工作时，将步骤S1得到的混合物通过加料口加入到固体输送段；固体输送段将物料压实，输送到熔融塑化段；熔融塑化段对物料进行熔融塑化并充分混合；然后送至流量平衡段将熔体挤出；由模头对熔体定型。
总的说来，本发明具有如下优点：
1.本发明的方法是一种物理增容方法，在加工过程中，熔体的体积的经历周期性的压缩释放，分散相首先被拉伸为细条状，然后破碎成许多更为微小的分散相，破碎的分散相可以不断重复上述拉伸-破碎过程，从而获得优异的分散效果，增强界面作用，获得强制增容效果，加工过程中无需使用任何增容剂或添加剂，避免了增容剂和/或添加剂的使用对环境造成的污染。
2.本发明采用偏心转子挤出机对多相多组分高分子材料进行共混增容，选用特定转速，在挤出机不同的区段采用不同的温度范围，加料口将物料加入到固体输送段；固体输送段将物料压实，输送到熔融塑化段对物料进行熔融塑化并充分混合；输送至流量平衡段将熔体挤出；最后由模头对熔体定型，达到强制增容的优异混炼效果。
3.本发明的共混增容过程中，熔体的体积经历周期性的压缩释放，分散相首先被拉伸为细条状，然后破碎成更为微小的分散相，破碎的分散相可以不断重复上述拉伸-破碎过程，在拉伸-破碎过程中得到原位成纤结构和类蜂窝结构，进一步提升材料的拉伸性能和冲击性能。
附图说明
图1为本发明采用的偏心转子挤出机的转子结构图。
图2为实施例1中制备得到的共混物料呈类蜂窝结构的示意图。
图3为实施例2中制备得到的共混物料呈原位成纤结构的示意图。
图中的标号和对应的零部件名称为：1-固体输送段，2-熔融塑化段，3-流量平衡段，4-纳米蜂窝骨架，5-蜂窝，6-基体相，7-纳米纤维相。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明做进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。本发明的所有实施例中，体积脉动塑化输运设备选用授权公告号为CN104002447B的发明专利所述的偏心转子挤出机。
实施例1
步骤(1)将高密度聚乙烯树脂(密度为0.941～0.960g/cm3)和聚丙烯树脂按质量比1：1混合，得到高密度聚乙烯和聚丙烯混合料。
步骤(2)将高密度聚乙烯和聚丙烯混合料加入偏心转子挤出机中，在从加料口到模头温度分别为160℃，170℃，180℃，180℃，200℃的加工温度以及10-150转/分钟的转子转速下进行挤出，得到具有高度取向纳米蜂窝结构(如图2所示)、相容性良好、性能优异的高密度聚乙烯-聚丙烯两相共混材料。本发明方法制得的复合材料性能和同等条件下对照组材料性能如下表所
拉伸强度/MPa 弹性模量/MPa 断裂伸长率/％
未添加相容剂 20 430 50
添加相容剂 30 580 100
本发明制得 33 650 200
本发明方法得到的复合材料与未添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了65％，弹性模量/MPa提高了51％，断裂伸长率/％提高了400％。
本发明方法得到的复合材料与添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了10％，弹性模量/MPa提高了12％，断裂伸长率/％提高了100％。
本实施例说明本发明方法制备的复合材料性能比现有技术有明显提高。
如图2所示，纳米蜂窝结构由纳米蜂窝骨架4和蜂窝5填充相组成，其中，聚丙烯构成纳米蜂窝骨架，聚乙烯作为填充相填充到纳米蜂窝结构的空腔中，形成了纳米蜂窝结构。其中纳米蜂窝骨架为刚性结构，可以承受较大的应力，提升材料强度；蜂窝填充相为柔性结构，比表面积大，分散均匀，能较好地分散和传递纳米蜂窝骨架所受应力，提高材料韧性，得到性能优异的复合材料，该复合材料可以用于制造汽车保险杠，汽车保险杠对材料的抗冲击性能要求较高，未添加相容剂的复合材料由于界面相容性较差，无法较好的传递和分散应力，冲击性能较差。添加相容剂的复合材料由于相畴较大，传递和分散应力的能力有限，冲击性能欠佳。
实施例2
步骤(1)将聚乳酸树脂和聚氨酯树脂分别进行烘干，将烘干后的聚乳酸树脂和聚氨酯树脂按质量比5：1进行均匀混合，得到聚乳酸和聚氨酯混合料。
步骤(2)将聚乳酸和聚氨酯混合料加入偏心转子挤出机中，在从加料口到模头温度分别为170℃、180℃、210℃、210℃、230℃的加工温度以及10-150转/分钟的转子转速下进行造粒或挤出制品，得到具有原位成纤结构(如图3所示)、相容性良好、性能优异的聚乳酸-聚氨酯两相共混材料。本方法制得的材料制得的材料性能和同等条件下对照组材料性能如下表所示：
拉伸强度/MPa 弹性模量/MPa 断裂伸长率/％
未添加相容剂 27 430 25
添加相容剂 55 700 230
本发明制得 60 800 280
本发明方法得到的复合材料与未添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了122％，弹性模量/MPa提高了86％，断裂伸长率/％提高了1120％。
本发明方法得到的复合材料与添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了9％，弹性模量/MPa提高了14％，断裂伸长率/％提高了22％。
本实施例说明本发明方法制备的复合材料性能比现有技术有明显提高。
如图3所示，原位成纤结构由基体相6和纳米纤维相7组成，其中，聚氨酯为纳米纤维相，沿一定方向均匀分布在聚乳酸构成的基体相中，形成了原位成纤结构。由于纳米纤维直径较小，比表面积大，分散比较均匀，能够较好地分散和传递基体所受应力，纳米纤维还可以形成增强骨架，为基体承担更多的应力，提高复合材料的机械性能，该复合材料可以用于制造汽车内衬件，汽车内衬件对材料强度、韧性要求较高，未添加相容剂的复合材料由于分散不均匀，缺陷较多，强度较低。添加相容剂的复合材料由于相畴较大，传递和分散应力的能力有限，韧性不足。
实施例3
步骤(1)将聚碳酸酯树脂和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物分别进行烘干，将烘干后的聚碳酸酯树脂和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物按质量比1：1进行均匀混合，得到聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物混合料。
步骤(2)将聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物混合料加入偏心转子挤出机中，在从加料口到模头温度分别为160℃、180℃、230℃、230℃、260℃的加工温度20-150转/分钟的转子转速下进行造粒或挤出制品，得到相容性良好，性能优异的聚碳酸酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯多相共混材料。本方法制得的材料性能和同等条件下对照组材料性能如下表所示：
拉伸强度/MPa 弯曲强度/MPa 冲击强度/(J/m)
未添加相容剂 48 52 51
添加相容剂 54 78 610
本发明制得 55 80 630
本发明方法得到的复合材料与未添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了15％，弯曲强度/MPa提高了54％，冲击强度/(J/m)提高了1135％。
本发明方法得到的复合材料与添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了2％，弯曲强度/MPa提高了3％，冲击强度/(J/m)提高了3％。
本实施例说明本发明方法制备的复合材料性能比现有技术有明显提高。
该复合材料可以用于制造娱乐车辆外壳，娱乐车辆外壳对材料的强度、韧性要求较高，未添加相容剂的复合材料由于分散不均匀，缺陷较多，强度较低，同时，相畴较大，传递和分散应力的能力有限，韧性不足。
实施例4
步骤(1)将低密度聚乙烯树脂(密度为0.890～0.915g/cm3)和聚丙烯树脂分别进行烘干，将烘干后的低密度聚乙烯树脂和聚丙烯树脂按质量比2：8进行均匀混合，得到低密度聚乙烯和聚丙烯混合料。
步骤(2)将低密度聚乙烯和聚丙烯混合料加入偏心转子挤出机中，在从加料口到模头温度分别为160℃、170℃、180℃、180℃、200℃的加工温度以及10-150转/分钟的转子转速下进行挤出，得到具有高度取向纳米蜂窝结构(如图2所示)、相容性良好、性能优异的低密度聚乙烯-聚丙烯两相共混材料。本方法制得的材料性能和同等条件下对照组材料性能如下表所示：
拉伸强度/MPa 冲击强度/(J/m) 断裂伸长率/％
未添加相容剂 19 8 100
添加相容剂 25 12 400
本发明制得 27 13 550
本发明方法得到的复合材料与未添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了42％，冲击强度/(J/m)提高了62％，断裂伸长率/％提高了450％。
本发明方法得到的复合材料与添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了8％，冲击强度/(J/m)提高了8％，断裂伸长率/％提高了38％。
本实施例说明本发明方法制备的复合材料性能比现有技术有明显提高。
该复合材料可以用于制造汽车保险杠，汽车保险杠对材料的抗冲击性能要求较高，未添加相容剂的复合材料由于界面相容性较差，无法较好的传递和分散应力，冲击性能较差。添加相容剂的复合材料由于相畴较大，传递和分散应力的能力有限，冲击性能欠佳。
实施例5
步骤(1)将线型低密度聚乙烯树脂和聚苯乙烯树脂分别进行烘干，将烘干后的线型低密度聚乙烯树脂和聚苯乙烯树脂按质量比4：6进行均匀混合，得到低密度聚乙烯和聚苯乙烯混合料。
步骤(2)将线型低密度聚乙烯和聚苯乙烯混合料加入偏心转子挤出机中，在从加料口到模头温度分别为160℃、170℃、180℃、180℃、190℃的加工温度以及20-160转/分钟的转子转速下进行造粒或挤出制品，得到具有高度取向纳米蜂窝结构(如图2所示)、相容性良好、性能优异的线型低密度聚乙烯-聚苯乙烯两相共混材料。本方法制得的材料性能和同等条件下对照组材料性能如下表所示：
拉伸强度/MPa 弹性模量/MPa 断裂伸长率/％
未添加相容剂 10 1200 100
添加相容剂 15 1300 550
本发明制得 18 1400 630
本发明方法得到的复合材料与未添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了80％，弹性模量/MPa提高了17％，断裂伸长率/％提高了530％。
本发明方法得到的复合材料与添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了20％，弹性模量/MPa提高了8％，断裂伸长率/％提高了15％。
本实施例说明本发明方法制备的复合材料性能比现有技术有明显提高。
该复合材料可以用于制造抗冲包装板，抗冲包装板对材料的冲击性能要求较高，未添加相容剂的复合材料由于界面相容性较差，无法较好的传递和分散应力，冲击性能较差。添加相容剂的复合材料由于相畴较大，传递和分散应力的能力有限，冲击性能欠佳。
实施例6
步骤(1)将聚氯乙烯树脂和线型低密度聚乙烯树脂分别进行烘干，将烘干后的聚氯乙烯树脂和线型低密度聚乙烯树脂按质量比3：1进行均匀混合，得到聚氯乙烯和线型低密度聚乙烯混合料。
步骤(2)将聚氯乙烯和线型低密度聚乙烯混合料加入偏心转子挤出机中，在从加料口到模头温度分别为150℃、160℃、180℃、180℃、190℃的加工温度以及10-150转/分钟的转子转速下进行造粒或挤出制品。得到相容性良好、性能优异的聚氯乙烯-线型低密度聚乙烯两相共混材料。本方法制得的材料性能和同等条件下对照组材料性能如下表所示：
拉伸强度/MPa 弹性模量/MPa 断裂伸长率/％
未添加相容剂 35 1200 50
添加相容剂 48 1300 100
本发明制得 55 1400 120
本发明方法得到的复合材料与未添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了57％，弹性模量/MPa提高了35％，断裂伸长率/％提高了200％。
本发明方法得到的复合材料与添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了10％，弹性模量/MPa提高了12％，断裂伸长率/％提高了33％。
本实施例说明本发明方法制备的复合材料性能比现有技术有明显提高。
该复合材料可以用于制造耐高压管材，耐高压管材对材料强度、韧性要求较高，未添加相容剂的复合材料由于分散不均匀，缺陷较多，强度较低。添加相容剂的复合材料由于相畴较大，传递和分散应力的能力有限，韧性不足。
实施例7
步骤(1)将聚氯乙烯树脂和低密度聚乙烯树脂分别进行烘干，将烘干后的聚氯乙烯树脂和低密度聚乙烯树脂按质量比8：2进行均匀混合，得到聚氯乙烯和低密度聚乙烯混合料。
步骤(2)将聚氯乙烯和低密度聚乙烯混合料加入偏心转子挤出机中，在在从加料口到模头温度分别为150℃、160℃、180℃、190℃、190℃的加工温度以及10-150转/分钟的转子转速下进行造粒或挤出制品。得到相容性良好、性能优异的聚氯乙烯-低密度聚乙烯两相共混材料。本方法制得的材料性能和同等条件下对照组材料性能如下表所示：
拉伸强度/MPa 弹性模量/MPa 断裂伸长率/％
未添加相容剂 27 500 5
添加相容剂 45 600 20
本发明制得 55 650 25
本发明方法得到的复合材料与未添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了100％，弹性模量/MPa提高了30％，断裂伸长率/％提高了400％。
本发明方法得到的复合材料与添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了22％，弹性模量/MPa提高了10％，断裂伸长率/％提高了25％。
本实施例说明本发明方法制备的复合材料性能比现有技术有明显提高。
该复合材料可以用于制造耐高压管材，耐高压管材对材料强度、韧性要求较高，未添加相容剂的复合材料由于分散不均匀，缺陷较多，强度较低。添加相容剂的复合材料由于相畴较大，传递和分散应力的能力有限，韧性不足。
实施例8
步骤(1)将聚氯乙烯树脂和高密度聚乙烯树脂(密度为0.941～0.960g/cm3)分别进行烘干，将烘干后的聚氯乙烯树脂和高密度聚乙烯树脂按质量比1：1进行均匀混合，得到聚氯乙烯和高密度聚乙烯混合料。
步骤(2)将聚氯乙烯和高密度聚乙烯混合料加入偏心转子挤出机中，在从加料口到模头温度分别为150℃、160℃、180℃、180℃、190℃的加工温度以及10-150转/分钟的转子转速下进行造粒或挤出制品。得到相容性良好、性能优异的聚氯乙烯-高密度聚乙烯两相共混材料。本方法制得的材料性能和同等条件下对照组材料性能如下表所示：
拉伸强度/MPa 弹性模量/MPa 断裂伸长率/％
未添加相容剂 28 800 5
添加相容剂 35 1300 10
本发明制得 38 1400 12
本发明方法得到的复合材料与未添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了36％，弹性模量/MPa提高了75％，断裂伸长率/％提高了140％。
本发明方法得到的复合材料与添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了9％，弹性模量/MPa提高了8％，断裂伸长率/％提高了20％。
本实施例说明本发明方法制备的复合材料性能比现有技术有明显提高。
该复合材料可以用于制造耐高压管材，耐高压管材对材料强度、韧性要求较高，未添加相容剂的复合材料由于分散不均匀，缺陷较多，强度较低。添加相容剂的复合材料由于相畴较大，传递和分散应力的能力有限，韧性不足。
实施例9
步骤(1)将聚氯乙烯树脂和聚丙烯树脂分别进行烘干，将烘干后的聚氯乙烯树脂和聚丙烯树脂按质量比1：3进行均匀混合，得到聚氯乙烯和聚丙烯混合料。
步骤(2)将聚氯乙烯和聚丙烯混合料加入偏心转子挤出机中，在从加料口到模头温度分别为150℃、160℃、180℃、180℃、190℃的加工温度10-150转/分钟的转子转速下进行造粒或挤出制品，得到相容性良好，性能优异的聚氯乙烯-聚丙烯两相共混材料。本方法制得的材料性能和同等条件下对照组材料性能如下表所示：
拉伸强度/MPa 缺口冲击强度/kJ/m<sup>2</sup>
未添加相容剂 19 6.11
添加相容剂 23 8.21
本发明制得 26 9.32
本发明方法得到的复合材料与未添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了37％，缺口冲击强度/(kJ/m2)提高了53％。
本发明方法得到的复合材料与添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了10％，缺口冲击强度/(kJ/m2)提高了12％。
本实施例说明本发明方法制备的复合材料性能比现有技术有明显提高。
该复合材料可以用于制造耐高压管材，耐高压管材对材料强度、韧性要求较高，未添加相容剂的复合材料由于分散不均匀，缺陷较多，强度较低。添加相容剂的复合材料由于相畴较大，传递和分散应力的能力有限，韧性不足。
实施例10
步骤(1)将聚苯乙烯树脂和高密度聚乙烯树脂(密度为0.941～0.960g/cm3)分别进行烘干，将烘干后的聚苯乙烯树脂和高密度聚乙烯树脂按质量比3：1进行均匀混合，得到聚苯乙烯和高密度聚乙烯混合料。
步骤(2)将聚苯乙烯和高密度聚乙烯混合料加入偏心转子挤出机中，在从加料口到模头温度分别为150℃、160℃、180℃、180℃、190℃的加工温度以及10-150转/分钟的转子转速下进行造粒或挤出制品。得到具有高度取向纳米蜂窝结构(如图2所示)、相容性良好、性能优异的聚苯乙烯-高密度聚乙烯两相共混材料。本方法制得的材料性能和同等条件下对照组材料性能如下表所示：
屈服强度/MPa 断裂伸长率/％
未添加相容剂 50 10
添加相容剂 56 500
本发明制得 63 600
本发明方法得到的复合材料与未添加相容剂得到的复合材料相比，屈服强度/MPa提高了26％，断裂伸长率/％提高了5000％。
本发明方法得到的复合材料与添加相容剂得到的复合材料相比，屈服强度/MPa提高了13％，断裂伸长率/％提高了20％。
本实施例说明本发明方法制备的复合材料性能比现有技术有明显提高。
该复合材料可以用于制造抗冲包装板，抗冲包装板对材料的冲击性能要求较高，未添加相容剂的复合材料由于界面相容性较差，无法较好的传递和分散应力，冲击性能较差。添加相容剂的复合材料由于相畴较大，传递和分散应力的能力有限，冲击性能欠佳。
实施例11
步骤(1)将聚苯乙烯树脂和聚丙烯树脂分别进行烘干，将烘干后的聚苯乙烯树脂和聚丙烯树脂按质量比1：3进行均匀混合，得到聚苯乙烯和聚丙烯混合料。
步骤(2)将聚苯乙烯和聚丙烯混合料加入偏心转子挤出机中，在从加料口到模头温度分别为150℃、160℃、180℃、180℃、190℃的加工温度以及10-150转/分钟的转子转速下进行造粒或挤出制品。得到具有高度取向纳米蜂窝结构(如图2所示)、相容性良好、性能优异的聚苯乙烯-聚丙烯两相共混材料。本方法制得的材料性能和同等条件下对照组材料性能如下表所示：
拉伸强度/MPa 弹性模量/MPa 冲击强度/(kJ/m<sup>2</sup>)
未添加相容剂 20 1300 38
添加相容剂 35 1400 60
本发明制得 39 1450 67
本发明方法得到的复合材料与未添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了95％，弹性模量/MPa提高了12％，冲击强度/(kJ/m2)提高了76％。
本发明方法得到的复合材料与添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了11％，弹性模量/MPa提高了4％，冲击强度/(kJ/m2)提高了12％。
本实施例说明本发明方法制备的复合材料性能比现有技术有明显提高。
该复合材料可以用于制造抗冲包装板，抗冲包装板对材料的冲击性能要求较高，未添加相容剂的复合材料由于界面相容性较差，无法较好的传递和分散应力，冲击性能较差。添加相容剂的复合材料由于相畴较大，传递和分散应力的能力有限，冲击性能欠佳。
实施例12
步骤(1)将尼龙-6和聚丙烯树脂分别进行烘干，将烘干后的尼龙-6和聚丙烯树脂按质量比4：6进行均匀混合，得到尼龙-6和聚丙烯混合料。
步骤(2)将尼龙-6和聚丙烯混合料加入偏心转子挤出机中，在从加料口到模头温度分别为160℃、180℃、230℃、230℃、240℃的加工温度10-50转/分钟的转子转速下进行造粒或挤出制品，得到相容性良好，性能优异的尼龙-6-聚丙烯两相共混材料。本方法制得的材料性能和同等条件下对照组材料性能如下表所示：
拉伸强度/MPa 弹性模量/MPa 冲击强度/(J/m)
未添加相容剂 30 1300 32
添加相容剂 45 1400 60
本发明制得 47 1450 67
本发明方法得到的复合材料与未添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了57％，弹性模量/MPa提高了12％，冲击强度/(J/m)提高了109％。
本发明方法得到的复合材料与添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了4％，弹性模量/MPa提高了4％，冲击强度/(J/m)提高了12％。
本实施例说明本发明方法制备的复合材料性能比现有技术有明显提高。
该复合材料可以用于制造汽车保险杠，汽车保险杠对材料的抗冲击性能要求较高，未添加相容剂的复合材料由于界面相容性较差，无法较好的传递和分散应力，冲击性能较差。添加相容剂的复合材料由于相畴较大，传递和分散应力的能力有限，冲击性能欠佳。
实施例13
步骤(1)将尼龙-6和低密度聚乙烯树脂分别进行烘干，将烘干后的尼龙-6和低密度聚乙烯树脂按质量比20：3进行均匀混合，得到尼龙-6和低密度聚乙烯混合料。
步骤(2)将尼龙-6和低密度聚乙烯混合料加入偏心转子挤出机中，在从加料口到模头温度分别为150℃、180℃、230℃、230℃、240℃的加工温度10-50转/分钟的转子转速下进行造粒或挤出制品，得到相容性良好，性能优异的尼龙-6-低密度聚乙烯两相共混材料。本方法制得的材料性能和同等条件下对照组材料性能如下表所示：
拉伸强度/MPa 弹性模量/MPa 断裂伸长率/％
未添加相容剂 40 900 60
添加相容剂 50 1000 180
本发明制得 55 1100 220
本发明方法得到的复合材料与未添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了37％，弹性模量/MPa提高了22％，断裂伸长率/％提高了267％。
本发明方法得到的复合材料与添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了10％，弹性模量/MPa提高了10％，断裂伸长率/％提高了22％。
本实施例说明本发明方法制备的复合材料性能比现有技术有明显提高。
该复合材料可以用于制造娱乐车辆外壳，娱乐车辆外壳对材料的强度、韧性要求较高，未添加相容剂的复合材料由于分散不均匀，缺陷较多，强度较低，同时，相畴较大，传递和分散应力的能力有限，韧性不足。
实施例14
步骤(1)将尼龙-6和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物分别进行烘干，将烘干后的尼龙-6和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物按质量比7：3进行均匀混合，得到尼龙-6和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物混合料。
步骤(2)将尼龙-6和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物混合料加入偏心转子挤出机中，在从加料口到模头温度分别为160℃、180℃、240℃、240℃、240℃的加工温度10-150转/分钟的转子转速下进行造粒或挤出制品，得到相容性良好，性能优异的尼龙-6-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物多相共混材料。本方法制得的材料性能和同等条件下对照组材料性能如下表所示：
拉伸强度/MPa 弹性模量/MPa 冲击强度/(J/m)
未添加相容剂 31 425 50
添加相容剂 40 500 160
本发明制得 46 600 173
本发明方法得到的复合材料与未添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了48％，弹性模量/MPa提高了41％，冲击强度/(J/m)提高了246％。
本发明方法得到的复合材料与添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了15％，弹性模量/MPa提高了20％，冲击强度/(J/m)提高了8％。
本实施例说明本发明方法制备的复合材料性能比现有技术有明显提高。
该复合材料可以用于制造娱乐车辆外壳，娱乐车辆外壳对材料的强度、韧性要求较高，未添加相容剂的复合材料由于分散不均匀，缺陷较多，强度较低，添加相容剂的复合材料由于相畴较大，传递和分散应力的能力有限，韧性不足。
实施例15
步骤(1)将聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂和高密度聚乙烯树脂(密度为0.941～0.960g/cm3)分别进行烘干，将烘干后的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂和高密度聚乙烯树脂按质量比1：1进行均匀混合，得到聚对苯二甲酸乙二醇酯和高密度聚乙烯共聚物混合料。
步骤(2)将聚对苯二甲酸乙二醇酯和高密度聚乙烯混合料加入偏心转子挤出机中，在从加料口到模头温度分别为160℃、180℃、230℃、240℃、240℃的加工温度10-150转/分钟的转子转速下进行造粒或挤出制品，得到相容性良好，性能优异的聚对苯二甲酸乙二醇酯-高密度聚乙烯两相共混材料。本方法制得的材料性能和同等条件下对照组材料性能如下表所示：
拉伸强度/MPa 冲击强度/(J/m)
未添加相容剂 18 3.2
添加相容剂 30 5.3
本发明制得 33 6.2
本发明方法得到的复合材料与未添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了83％，冲击强度/(J/m)提高了94％。
本发明方法得到的复合材料与添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了10％，冲击强度/(J/m)提高了17％。
本实施例说明本发明方法制备的复合材料性能比现有技术有明显提高。
该复合材料可以用于制造微型按钮开关，微型按钮开关对材料的硬度、强度、韧性要求较高，未添加相容剂的复合材料由于分散不均匀，缺陷较多，强度较低。添加相容剂的复合材料由于相畴较大，传递和分散应力的能力有限，韧性不足。
实施例16
步骤(1)将高密度聚乙烯树脂(密度为0.941～0.960g/cm3)和丁腈橡胶分别进行烘干，将烘干后的高密度聚乙烯树脂和丁腈橡胶按质量比7：3进行均匀混合，得到高密度聚乙烯和丁腈橡胶混合料。
步骤(2)高密度聚乙烯和丁腈橡胶混合料加入偏心转子挤出机中，在从加料口到模头温度分别为150℃、160℃、200℃、200℃、210℃的加工温度10-50转/分钟的转子转速下进行造粒或挤出制品，得到相容性良好，性能优异的高密度聚乙烯-丁腈橡胶两相共混材料。本方法制得的材料性能和同等条件下对照组材料性能如下表所示：
拉伸强度/MPa 扯断伸长率/％ 冲击强度/(J/m)
未添加相容剂 14 35 300
添加相容剂 20 45 900
本发明制得 23 54 1000
本发明方法得到的复合材料与未添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了64％，扯裂伸长率/％提高了54％，冲击强度/(J/m)提高了200％。
本发明方法得到的复合材料与添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了15％，扯裂伸长率/％提高了20％，冲击强度/(J/m)提高了11％。
本实施例说明本发明方法制备的复合材料性能比现有技术有明显提高。
该复合材料可以用于制造燃料箱，燃料箱对材料的抗冲击性能要求较高，未添加相容剂的复合材料由于界面相容性较差，无法较好的传递和分散应力，冲击性能较差。添加相容剂的复合材料由于相畴较大，传递和分散应力的能力有限，冲击性能欠佳。
实施例17
步骤(1)将聚碳酸酯树脂和高密度聚乙烯树脂(密度为0.941～0.960g/cm3)分别进行烘干，将烘干后的聚碳酸酯树脂和高密度聚乙烯树脂按质量比7：13进行均匀混合，得到聚碳酸酯树脂和高密度聚乙烯树脂混合料。
步骤(2)将聚碳酸酯和高密度聚乙烯混合料加入偏心转子挤出机中，在从加料口到模头温度分别为170℃、180℃、260℃、260℃、270℃的加工温度20-150转/分钟的转子转速下进行造粒或挤出制品，得到相容性良好，性能优异的聚碳酸酯-高密度聚乙烯两相共混材料。本方法制得的材料性能和同等条件下对照组材料性能如下表所示：
拉伸强度/MPa 缺口冲击强度/(J/m)
未添加相容剂 27 15
添加相容剂 39 30
本发明制得 38 29
本发明方法得到的复合材料与未添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了41％，缺口冲击强度/(J/m)提高了93％。
本发明方法得到的复合材料与添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa下降了3％，缺口冲击强度/(J/m)下降了3％。
本实施例说明本发明方法制备的复合材料性能比未添加增容剂的复合材料有明显提高。
该复合材料可以用于制造汽车保险杠，汽车保险杠对材料的抗冲击性能要求较高，未添加相容剂的复合材料由于界面相容性较差，无法较好的传递和分散应力，冲击性能较差。
实施例18
步骤(1)将聚碳酸酯树脂和聚丙烯树脂分别进行烘干，将烘干后的聚碳酸酯树脂和聚丙烯树脂按质量比3：7进行均匀混合，得到聚碳酸酯和聚丙烯混合料。
步骤(2)将聚碳酸酯和聚丙烯混合料加入偏心转子挤出机中，在从加料口到模头温度分别为160℃、180℃、230℃、230℃、240℃的加工温度20-150转/分钟的转子转速下进行造粒或挤出制品，得到相容性良好，性能优异的聚碳酸酯-聚丙烯两相共混材料。本方法制得的材料性能和同等条件下对照组材料性能如下表所示：
拉伸强度/MPa 弹性模量/MPa 冲击强度/(J/m)
未添加相容剂 22 625 47
添加相容剂 43 870 80
本发明制得 46 920 86
本发明方法得到的复合材料与未添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了109％，弹性模量/MPa提高了47％，冲击强度/(J/m)提高了83％。
本发明方法得到的复合材料与添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了7％，弹性模量/MPa提高了6％，冲击强度/(J/m)提高了8％。
本实施例说明本发明方法制备的复合材料性能比现有技术有明显提高。
该复合材料可以用于制造汽车保险杠，汽车保险杠对材料的抗冲击性能要求较高，未添加相容剂的复合材料由于界面相容性较差，无法较好的传递和分散应力，冲击性能较差。
实施例19
步骤(1)将聚氯乙烯树脂和丁腈橡胶分别进行烘干，将烘干后的聚氯乙烯树脂和丁腈橡胶按质量比9：1进行均匀混合，得到聚氯乙烯和丁腈橡胶混合料。
步骤(2)将聚氯乙烯和丁腈橡胶混合料加入偏心转子挤出机中，在从加料口到模头温度分别为150℃、160℃、200℃、200℃、210℃的加工温度30-150转/分钟的转子转速下进行造粒或挤出制品，得到具有原位成纤结构(如图3所示)、相容性良好，性能优异的聚氯乙烯-丁腈橡胶两相共混材料。本方法制得的材料性能和同等条件下对照组材料性能如下表所示：
拉伸强度/MPa 扯断伸长率/％ 冲击强度/(J/m)
未添加相容剂 40 10 50
添加相容剂 55 23 160
本发明制得 65 37 173
本发明方法得到的复合材料与未添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了63％，扯断伸长率/％提高了270％，冲击强度/(J/m)提高了246％。
本发明方法得到的复合材料与添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了18％，扯断伸长率/％提高了61％，冲击强度/(J/m)提高了8％。
本实施例说明本发明方法制备的复合材料性能比现有技术有明显提高。
该复合材料可以用于制造耐高压管材，耐高压管材对材料强度、韧性要求较高，未添加相容剂的复合材料由于分散不均匀，缺陷较多，强度较低。添加相容剂的复合材料由于相畴较大，传递和分散应力的能力有限，韧性不足。
实施例20
步骤(1)将聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物分别进行烘干，将烘干后的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物按质量比3：1进行均匀混合，得到聚对苯二甲酸乙二醇酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物混合料。
步骤(2)将聚对苯二甲酸乙二醇酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物混合料加入偏心转子挤出机中，在从加料口到模头温度分别为170℃、180℃、240℃、240℃、240℃的加工温度10-160转/分钟的转子转速下进行造粒或挤出制品，得到相容性良好，性能优异的聚对苯二甲酸乙二醇酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯多相共混材料。本方法制得的材料性能和同等条件下对照组材料性能如下表所示：
拉伸强度/MPa 断裂伸长率/％ 缺口冲击强度/(J/m)
未添加相容剂 37 12 21
添加相容剂 54 15 23
本发明制得 62 17 26
本发明方法得到的复合材料与未添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了68％，断裂伸长率/％提高了42％，缺口冲击强度/(J/m)提高了24％。
本发明方法得到的复合材料与添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了15％，断裂伸长率/％提高了13％，缺口冲击强度/(J/m)提高了13％。
本实施例说明本发明方法制备的复合材料性能比现有技术有明显提高。
该复合材料可以用于制造娱乐车辆外壳，娱乐车辆外壳对材料的强度、韧性要求较高，未添加相容剂的复合材料由于分散不均匀，缺陷较多，强度较低，添加相容剂的复合材料由于相畴较大，传递和分散应力的能力有限，韧性不足。
实施例21
步骤(1)将聚氨酯弹性体和聚丙烯树脂分别进行烘干，将烘干后的聚氨酯弹性体和聚丙烯树脂按质量比1：3进行均匀混合，得到聚氨酯和聚丙烯混合料。
步骤(2)将聚氨酯和聚丙烯混合料加入偏心转子挤出机中，在从加料口到模头温度分别为160℃、170℃、210℃、210℃、230℃的加工温度10-160转/分钟的转子转速下进行造粒或挤出制品，得到具有原位成纤结构(如图3所示)、相容性良好，性能优异的聚氨酯-聚丙烯两相共混材料。本方法制得的材料性能和同等条件下对照组材料性能如下表所示：
拉伸强度/MPa 弹性模量/MPa 断裂伸长率/％
未添加相容剂 26 600 300
添加相容剂 30 800 450
本发明制得 36 900 550
本发明方法得到的复合材料与未添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了38％，弹性模量/MPa提高了50％，断裂伸长率/％提高了83％。
本发明方法得到的复合材料与添加相容剂得到的复合材料相比，拉伸强度/MPa提高了20％，弹性模量/MPa提高了13％，断裂伸长率/％提高了22％。
本实施例说明本发明方法制备的复合材料性能比现有技术有明显提高。该复合材料可以用于制造汽车保险杠，汽车保险杠对材料的抗冲击性能要求较高，未添加相容剂的复合材料由于界面相容性较差，无法较好的传递和分散应力，冲击性能较差。添加相容剂的复合材料由于相畴较大，传递和分散应力的能力有限，冲击性能欠佳。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.高分子多相多组分材料共混增容方法，其特征在于：将两种或两种以上不同相和组分的高分子材料共混后加入体积脉动塑化输运设备中熔融塑化挤出得到高分子多相多组分材料；在加工过程中熔体经过体积脉动塑化输运设备，先被压实再熔融塑化并混合；熔体的体积经历周期性的压缩释放，分散相首先被拉伸为细条状，然后破碎成更微小的分散相，破碎的分散相不断重复拉伸-破碎过程，从而获得优异的分散效果，增强界面作用，获得强制增容效果。
2.按照权利要求1所述的高分子多相多组分材料共混增容方法，其特征在于：在拉伸-破碎过程中得到原位成纤结构或类蜂窝结构，进一步提升材料的拉伸性能和冲击性能。
3.按照权利要求1所述的高分子多相多组分材料共混增容方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将两种或两种以上不同相和组分的高分子材料按任一组分质量分数不小于10％、不大于90％的比例混合；
S2：将步骤S1得到的混合物加入体积脉动塑化输运设备中进行混炼挤出，挤出的高分子多相多组分材料经定型得到制品。
4.按照权利要求3所述的高分子多相多组分材料共混增容方法，其特征在于：步骤S1中，采用高速混合机混合不同相和组分的高分子材料。
5.按照权利要求3所述的高分子多相多组分材料共混增容方法，其特征在于：步骤S2中，体积脉动塑化输运设备的温度控制在混合物的粘流温度以上，体积脉动塑化输运设备的转子的转速范围为10-150转/分钟。
6.按照权利要求3所述的高分子多相多组分材料共混增容方法，其特征在于：步骤S2得到的制品的形状包括但不限于片状、条状、粒状、板状和薄膜。
7.按照权利要求3所述的高分子多相多组分材料共混增容方法，其特征在于：步骤S1中的两种或两种以上不同相和组分的高分子材料包括但不限于聚烯烃类树脂共混、聚苯乙烯系树脂共混、聚酰胺类树脂共混、聚酯类树脂共混、聚烯烃类树脂与聚苯乙烯系树脂共混、聚烯烃类树脂与聚酰胺类树脂共混、聚烯烃类树脂与聚酯类树脂共混、聚烯烃类树脂与聚氯乙烯树脂共混、聚烯烃类树脂与弹性体共混、聚苯乙烯系树脂与聚酰胺类树脂共混、聚苯乙烯系树脂与聚酯类树脂共混、聚苯乙烯系树脂与聚氯乙烯树脂共混、聚苯乙烯系树脂与弹性体共混、聚酰胺类树脂与聚酯类树脂共混、聚酰胺类树脂与聚氯乙烯树脂共混、聚酰胺类树脂与弹性体共混、聚酯类树脂与聚氯乙烯树脂共混、聚酯类树脂与弹性体共混中的一类或一类以上。
8.按照权利要求7所述的高分子多相多组分材料共混增容方法，其特征在于：聚烯烃类树脂共混方案包括：聚乙烯与聚丙烯共混；聚乙烯与聚丙烯共混得到的共混材料具有高度取向纳米蜂窝结构，其拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率分别达到32MPa、580MPa、300％。
9.按照权利要求7所述的高分子多相多组分材料共混增容方法，其特征在于：聚酯类树脂与弹性体共混方案包括：聚乳酸与聚氨酯树脂共混；聚乳酸与聚氨酯共混得到的共混材料具有高度取向原位成纤结构，其拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率分别达到55MPa、900MPa、15％。
10.按照权利要求3所述的高分子多相多组分材料共混增容方法，其特征在于：体积脉动塑化输运设备沿输运方向依次为加料口、固体输送段、熔融塑化段、流量平衡段、模头，其对应的区间温度依次设置为140～170℃、150～180℃、160～250℃、160～250℃、150～240℃；工作时，将步骤S1得到的混合物通过加料口加入到固体输送段；固体输送段将物料压实，输送到熔融塑化段；熔融塑化段对物料进行熔融塑化并充分混合；然后送至流量平衡段将熔体挤出；由模头对熔体定型。
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