CN110815769A - 一种聚醚醚酮毛细管在线结晶一步生产方法 - Google Patents

一种聚醚醚酮毛细管在线结晶一步生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种聚醚醚酮毛细管在线结晶一步生产方法，在真空定径过程中控制真空定径套中冷却腔的冷却速率，使PEEK材料缓慢冷却，PEEK分子开始重新向正规模型排列，形成结晶，同时控制挤出和牵引速度使PEEK毛细管达到35％～45％的结晶度，保证PEEK毛细管性能的同时又保证了管材的尺寸的稳定性。

Description

一种聚醚醚酮毛细管在线结晶一步生产方法
技术领域
本发明涉及高分子聚合物技术领域，具体涉及一种聚醚醚酮毛细管在线结晶一步生产方法。
背景技术
聚醚醚酮(PEEK)是一种性能优异的特种工程塑料，具有优良的耐热性能、力学性能、耐化学药品性能、电绝缘性能及阻燃性能等，在体育领域、航天复合材料领域及能源工业领域等方面有广泛的应用前景。
PEEK是高性能半结晶聚合物，熔融温度370℃～390℃，PEEK挤出毛细管具有高强度、高纯度、耐高温、耐腐蚀、无毒性、自熄性等优点，目前主要应用在分析仪器和医疗导管上，但是目前市场上的PEEK毛细管均为非晶PEEK，这是由于在PEEK毛细管挤出后，经过真空径部分的冷却水作用而急速冷却，造成PEEK迅速冷却定型，无法结晶，而无法结晶的PEEK其尺寸无法稳定。
现有技术中生产PEEK毛细管的方法为两步法生产、二次烘烤，将挤出定型的非晶PEEK毛细管放入烘箱进行二次烘烤以达到结晶的目的。例如中国专利201310425335.3公开了一种聚醚醚酮细管挤出生产工艺和装置，该方法需对挤出定型的PEEK细管进行后续四段式热处理工艺，工艺方法复杂，费时费力。
PEEK由熔融状态到冷却，分子由独立移动的完全无次序状态，变成分子停止自由运动，按略微固定的位置，有一种使分子排列成为正规模型的倾向的一种现象。由于结晶状态比非晶状态更稳定，在结晶过程中，分子链的纠缠，分子尺寸及黏度都起着重要作用。影响结晶的内部因素包括：分子量，分子量的分布以及共聚单体的浓度，类型和分布等；外部因素有温度，压力，剪切以及聚合物和溶剂的相互作用等。而本发明从外部因素温度出发实现PEEK毛细管一步法在线结晶。
发明内容
为了解决PEEK毛细管在定型前无法结晶的技术问题，而提供一种聚醚醚酮毛细管在线结晶一步生产方法，本发明方法能够使PPEK在定型前就能达到结晶，能大大提高PEEK毛细管的径向和纵向尺寸的稳定性，并在一定程度上提高生产效率。
为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种聚醚醚酮毛细管在线结晶一步生产方法，包括如下步骤：
将PEEK原料投入挤出机熔融挤出，所述挤出机的加热温度为370℃～390℃，PEEK熔体经挤出机机头口模出口挤出，然后经过真空定径过程，再经空气冷却、牵引、切割、卷曲，一步制成结晶度为35％～45％的聚醚醚酮毛细管；
所述真空定径过程中使用真空定径套，所述真空定径套的冷却腔的个数为三个，所述冷却腔中填充导热介质来冷却PEEK；
从口模出口处往空气冷却方向经过的PEEK在经过三个所述冷却腔后的温度依次为190℃～210℃、160℃～200℃、130℃～170℃。
进一步地，所述挤出机的挤出速度和牵引速度均为2～4cm/s；所述空气冷却为自然冷却或风冷。
进一步地，所述挤出机的挤出速度和牵引速度均为3cm/s。
进一步地，三个所述冷却腔中PEEK的冷却速率依次为13℃/s～40℃/s、5℃/s～16℃/s、2℃/s～12℃/s。
优选地，三个所述冷却腔中PEEK的冷却速率依次为20℃/s～32℃/s、6℃/s～12℃/s、3℃/s～6℃/s。
还优选的，所述冷却速率依次为20℃、8℃/s、6℃/s，PEEK在经过三个所述冷却腔后的温度依次为200℃、160℃、130℃。
还优选的，所述冷却速率依次为20℃/s、6℃/s、3℃/s，PEEK在经过三个所述冷却腔后的温度依次为200℃、170℃、165℃。
进一步地，在所述真空定径过程后还包括蒸汽喷淋操作，使得PEEK的冷却速率为0.6℃/s～1.2℃/s。
更进一步地，所述蒸汽喷淋的温度为130℃。
有益技术效果：当PEEK熔体从口模出口挤出后，进入真空定径过程，PEEK熔体变成了PEEK毛细管材，现有技术中真空定径套中均是以冷却水来对毛细管材进行极速降温冷却，这就造成PEEK分子没有正规模型排列的倾向，从而使PEEK毛细管虽然冷却定型，但是仍处在非晶状态。而本发明使PEEK材料在真空定径过程中控制真空定径套中冷却腔的冷却速率，使PEEK缓慢冷却，同时PEEK分子向正规模型排列，形成结晶，同时控制挤出和牵引速度使PEEK毛细管达到35％～45％的结晶度，保证PEEK毛细管性能的同时又保证了管材的尺寸的稳定性。
附图说明
图1为实施例1的聚醚醚酮毛细管在线结晶一步生产方法工艺流程图。
图2为实施例2的聚醚醚酮毛细管在线结晶一步生产方法工艺流程图。
图3为实施例3的聚醚醚酮毛细管在线结晶一步生产方法工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例进一步描述本发明，但不限制本发明范围。
实施例1
本实施例的聚醚醚酮毛细管在线结晶一步生产方法如图1所示，具体步骤如下：
将PEEK原料投入挤出机熔融挤出，所述挤出机的加热温度为380℃，PEEK熔体经挤出机机头口模出口挤出，然后经过真空定径过程，再经空气冷却、牵引、切割、卷曲，一步制成聚醚醚酮毛细管；
所述真空定径过程中使用真空定径套，所述真空定径套包括真空腔和冷却腔，所述冷却腔的个数为三个，所述冷却腔中填充导热介质来冷却PEEK；
三个所述冷却腔长度各为15cm，挤出机的挤出速度和牵引的速度均为3cm/s；所述空气冷却为强制风冷；
PEEK熔体在挤出时的熔体温度为380℃，到达真空定径套时的温度为300℃，从口模出口处往空气冷却方向的真空定径套的三个所述冷却腔中的导热介质及其温度依次为导热油200℃、导热油160℃、蒸汽130℃，使得PEEK的冷却速率依次为20℃/s、8℃/s、6℃/s，PEEK在经过三个所述冷却腔后的温度依次为200℃、160℃、130℃。
本实施例所制得的聚醚醚酮毛细管经过红外光谱法分析计算后得到其结晶度为40％。
实施例2
本实施例的聚醚醚酮毛细管在线结晶一步生产方法如图2所示，具体步骤如下：
将PEEK原料投入挤出机熔融挤出，所述挤出机的加热温度为380℃，PEEK熔体经挤出机机头口模出口挤出，然后经过真空定径过程，再经空气冷却、牵引、切割、卷曲，一步制成聚醚醚酮毛细管；
所述真空定径过程中使用真空定径套，所述真空定径套包括真空腔和冷却腔，所述冷却腔的个数为三个，所述冷却腔中填充导热介质来冷却PEEK；
三个所述冷却腔长度各为15cm，挤出机的挤出速度和牵引的速度均为3cm/s；所述空气冷却为强制风冷；
PEEK熔体在挤出时的熔体温度为380℃，到达真空定径套时的温度为300℃，从口模出口处往空气冷却方向的真空定径套的三个所述冷却腔中的导热介质及其温度依次为导热油200℃、导热油170℃、导热油165℃，使得PEEK的冷却速率依次为20℃/s、6℃/s、3℃/s，PEEK在经过三个所述冷却腔后的温度依次为200℃、170℃、165℃；在所述真空定径过程后还进行蒸汽喷淋操作，所述蒸汽喷淋的温度为130℃，使得PEEK的冷却速率为1℃/s。
本实施例所制得的聚醚醚酮毛细管经过红外光谱法分析计算后得到其结晶度为37％。
实施例3
本实施例的聚醚醚酮毛细管在线结晶一步生产方法如图3所示，具体步骤如下：
将PEEK原料投入挤出机熔融挤出，所述挤出机的加热温度为380℃，PEEK熔体经挤出机机头口模出口挤出，然后经过真空定径过程，再经空气冷却、牵引、切割、卷曲，一步制成聚醚醚酮毛细管；
所述真空定径过程中使用真空定径套，所述真空定径套包括真空腔和冷却腔，所述冷却腔的个数为三个，所述冷却腔中填充导热介质来冷却PEEK；
三个所述冷却腔长度各为15cm，挤出机的挤出速度和牵引的速度均为3cm/s；所述空气冷却为自然冷却；
PEEK熔体在挤出时的熔体温度为380℃，到达真空定径套时的温度为300℃，从口模出口处往空气冷却方向的真空定径套的三个所述冷却腔中的导热介质及其温度依次为导热油200℃、导热油170℃、导热油165℃，使得PEEK的冷却速率依次为20℃/s、6℃/s、3℃/s，PEEK在经过三个所述冷却腔后的温度依次为200℃、170℃、165℃；
本实施例所制得的聚醚醚酮毛细管经过红外光谱法分析计算后得到其结晶度为35％。
实施例4
本实施例的聚醚醚酮毛细管在线结晶一步生产方法，具体步骤如下：
将PEEK原料投入挤出机熔融挤出，所述挤出机的加热温度为370℃，PEEK熔体经挤出机机头口模出口挤出，然后经过真空定径过程，再经空气冷却、牵引、切割、卷曲，一步制成聚醚醚酮毛细管；
所述真空定径过程中使用真空定径套，所述真空定径套包括真空腔和冷却腔，所述冷却腔的个数为三个，所述冷却腔中填充导热介质来冷却PEEK；
三个所述冷却腔长度各为5cm，挤出机的挤出速度和牵引的速度均为2cm/s；所述空气冷却为强制风冷；
PEEK熔体在挤出时的熔体温度为370℃，到达真空定径套时的温度为290℃，从口模出口处往空气冷却方向的真空定径套的三个所述冷却腔中的导热介质及其温度依次为导热油210℃、导热油170℃、导热油140℃，使得PEEK的冷却速率依次为32℃/s、16℃/s、12℃/s，PEEK在经过三个所述冷却腔后的温度依次为210℃、170℃、140℃。
本实施例所制得的聚醚醚酮毛细管经过红外光谱法分析计算后得到其结晶度为36％。
实施例5
本实施例的聚醚醚酮毛细管在线结晶一步生产方法，具体步骤如下：
将PEEK原料投入挤出机熔融挤出，所述挤出机的加热温度为390℃，PEEK熔体经挤出机机头口模出口挤出，然后经过真空定径过程，再经空气冷却、牵引、切割、卷曲，一步制成聚醚醚酮毛细管；
所述真空定径过程中使用真空定径套，所述真空定径套包括真空腔和冷却腔，所述冷却腔的个数为三个，所述冷却腔中填充导热介质来冷却PEEK；
三个所述冷却腔长度各为10cm，挤出机的挤出速度和牵引的速度均为4cm/s；所述空气冷却为自然冷却；
PEEK熔体在挤出时的熔体温度为390℃，到达真空定径套时的温度为310℃，从口模出口处往空气冷却方向的真空定径套的三个所述冷却腔中的导热介质及其温度依次为导热油210℃、导热油190℃、导热油170℃，使得PEEK的冷却速率依次为40℃/s、8℃/s、8℃/s，PEEK在经过三个所述冷却腔后的温度依次为210℃、190℃、170℃。
本实施例所制得的聚醚醚酮毛细管经过红外光谱法分析计算后得到其结晶度为35％。
实施例6
本实施例的聚醚醚酮毛细管在线结晶一步生产方法，具体步骤如下：
将PEEK原料投入挤出机熔融挤出，所述挤出机的加热温度为380℃，PEEK熔体经挤出机机头口模出口挤出，然后经过真空定径过程，再经空气冷却、牵引、切割、卷曲，一步制成聚醚醚酮毛细管；
所述真空定径过程中使用真空定径套，所述真空定径套包括真空腔和冷却腔，所述冷却腔的个数为三个，所述冷却腔中填充导热介质来冷却PEEK；
三个所述冷却腔长度各为15cm，挤出机的挤出速度和牵引的速度均为4cm/s；所述空气冷却为强制风冷；
PEEK熔体在挤出时的熔体温度为380℃，到达真空定径套时的温度为300℃，从口模出口处往空气冷却方向的真空定径套的三个所述冷却腔中的导热介质及其温度依次为导热油195℃、导热油165℃、导热油150℃，使得PEEK的冷却速率依次为28℃/s、8℃/s、4℃/s，PEEK在经过三个所述冷却腔后的温度依次为195℃、165℃、150℃；在所述真空定径过程后还进行蒸汽喷淋操作，所述蒸汽喷淋的温度为130℃，使得PEEK的冷却速率为0.6℃/s。
本实施例所制得的聚醚醚酮毛细管经过红外光谱法分析计算后得到其结晶度为40％。

Claims (9)

1.一种聚醚醚酮毛细管在线结晶一步生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
将PEEK原料投入挤出机熔融挤出，所述挤出机的加热温度为370℃～390℃，PEEK熔体经挤出机机头口模出口挤出，然后经过真空定径过程，再经空气冷却、牵引、切割、卷曲，一步制成结晶度为35％～45％的聚醚醚酮毛细管；
所述真空定径过程中使用真空定径套，所述真空定径套的冷却腔的个数为三个，所述冷却腔中填充导热介质来冷却PEEK；
从口模出口处往空气冷却方向经过的PEEK在经过三个所述冷却腔后的温度依次为190℃～210℃、160℃～190℃、130℃～170℃。
2.根据权利要求1所述的一种聚醚醚酮毛细管在线结晶一步生产方法，其特征在于，所述挤出机的挤出速度和牵引速度均为2～4cm/s；所述空气冷却为自然冷却或风冷。
3.根据权利要求2所述的一种聚醚醚酮毛细管在线结晶一步生产方法，其特征在于，所述挤出机的挤出速度和牵引速度均为3cm/s。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种聚醚醚酮毛细管在线结晶一步生产方法，其特征在于，三个所述冷却腔中PEEK的冷却速率依次为13℃/s～40℃/s、5℃/s～16℃/s、2℃/s～12℃/s。
5.根据权利要求4所述的一种聚醚醚酮毛细管在线结晶一步生产方法，其特征在于，三个所述冷却腔中PEEK的冷却速率依次为20℃/s～32℃/s、6℃/s～12℃/s、3℃/s～6℃/s。
6.根据权利要求5所述的一种聚醚醚酮毛细管在线结晶一步生产方法，其特征在于，所述冷却速率依次为20℃、8℃/s、6℃/s，PEEK在经过三个所述冷却腔后的温度依次为200℃、160℃、130℃。
7.根据权利要求5所述的一种聚醚醚酮毛细管在线结晶一步生产方法，其特征在于，所述冷却速率依次为20℃/s、6℃/s、3℃/s，PEEK在经过三个所述冷却腔后的温度依次为200℃、170℃、165℃。
8.根据权利要求1～3任一项所述的一种聚醚醚酮毛细管在线结晶一步生产方法，其特征在于，在所述真空定径过程后还包括蒸汽喷淋操作，使得PEEK的冷却速率为0.6℃/s～1.2℃/s。
9.根据权利要求8所述的一种聚醚醚酮毛细管在线结晶一步生产方法，其特征在于，所述蒸汽喷淋的温度为130℃。
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