CN111718544A - 一种纳米原位成纤的弹性体纤维增韧的聚合物材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米原位成纤的弹性体纤维增韧的聚合物材料，由以下质量份数的原料制备而成：聚合物基体75～97.5份、弹性体材料0.5～15份、交联剂0～2.5份、稳定剂0.8～2份、增容剂0.5～1份，其中弹性体材料为乙丙橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、聚氨酯、聚烯烃弹性体中的一种；所述纳米原位成纤的弹性纤维增韧聚合物材料的制备过程包括：原料初混、熔融共混、喷丝、冷却牵伸、紫外照射、单螺杆挤出机熔融挤出切粒。本发明中的增韧弹性体材料在基体材料中原位形成纳米纤维结构分散排布，弹性材料体的用量少，弹性体纤维对聚合物具有良好的增韧作用，且对其它力学性能和加工性能影响较小。
Description
技术领域
本发明涉及高分子聚合物增韧改性技术领域，尤其是一种纳米原位成纤的弹性体纤维增韧的聚合物材料。
背景技术
聚合物增韧改性是塑料加工行业的一项难题。其中以聚苯乙烯为例，聚苯乙烯塑料的主要缺点就是耐冲击强度较差，而提高其抗冲击性能的主要方法是在聚苯乙烯中掺入少量橡胶或弹性体颗粒。当受到冲击时，裂纹扩展的尖端应力会被弹性体颗粒吸收缓冲，裂纹扩展受阻，材料抗冲击性能提升。目前，抗冲击聚苯乙烯中添加弹性体颗粒的方法主要有两种。一是将弹性体和聚苯乙烯聚合物通过机械混合或乳浊液混合制备，此种方法橡胶利用率低，添加量较高，在提高冲击强度的同时，会影响材料的抗拉强度、加工性能和制成品表面光洁度等。另外是将弹性体加入苯乙烯单体溶液中聚合后制得抗冲击聚苯乙烯，此种方法过程复杂，成本较高，对材料的抗拉性能也有影响。
以聚丙烯为例，其增韧改性也是主要有两种方法，共聚改性和共混改性。共聚改性是通过将柔性连段单体和丙稀单体共聚形成嵌段共聚物来制备，此种方法工艺复杂，生产成本高，产品价格也较贵，限制其大规模应用。共混改性是聚丙烯常用的增韧改性方法，通过将聚丙烯和橡胶、弹性体等聚合物共混制备，此种方法增韧橡胶和弹性体用量较高，另外还会影响材料的其它力学性能如拉伸性能、模量等。
发明内容
为了克服现有技术中存在的上述缺陷，提高聚合物材料的韧性，降低弹性体材料的使用量，降低制备成本，同时减少对基体材料的其他力学性能如拉伸性能、拉伸模量等的影响，本发明提供一种纳米原位成纤的弹性体纤维增韧的聚合物材料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种纳米原位成纤的弹性体纤维增韧的聚合物材料，由以下质量份数的原料制备而成：
其中聚合物基体为聚苯乙烯或聚丙烯中的一种；弹性体材料为乙丙橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、聚氨酯、聚烯烃弹性体中的一种，所述弹性体材料均为粒径为100～200目的微粉末或颗粒；所述交联剂为缩水甘油醚、丙烯酸酯类、有机过氧化物类、光敏交联剂中的一种；所述纳米原位成纤的弹性体纤维增韧聚合物材料的制备过程包括以下步骤：
步骤一，原料初混：将聚合物基体、弹性体材料、交联剂、稳定剂和增容剂使用搅拌机进行混合搅拌5～20min，混合搅拌均匀，得到初混料待用；
步骤二，熔融共混：将步骤一所得的初混料加入双螺杆挤出机中，在一定的温度下进行熔融共混，其中所述双螺杆挤出机各区段的温度设置依次为 180℃、190℃、210℃、220℃、220℃、220℃；
步骤三，喷丝：经过上述步骤二双螺杆挤出机熔融共混的材料经过非织造系统中的喷丝板流出，得到喷丝产物；
步骤四，冷却牵伸：所述喷丝产物经过喷丝孔附近的高温气流吹出之后，经过冷风箱进行冷却后，进行气流牵伸，收集得弹性纤维增韧聚合物无纺布；
步骤五，紫外照射：在所述交联剂选择使用光敏交联剂时，需要将无纺布经过紫外光线照射5～10s；
步骤六，熔融挤出切粒：将步骤四或步骤五所得的无纺布直接喂入单螺杆挤出机的喂料口中，所述单螺杆挤出机的设定温度为170～180℃；经熔融挤出后切料后得到增韧聚苯乙烯粒料。
上述的一种纳米原位成纤的弹性体纤维增韧的聚合物材料，所述稳定剂为芳香胺类、受阻酚类、硫代二丙酸双酯、亚磷酸酯中的一种或几种。
上述的一种纳米原位成纤的弹性体纤维增韧的聚合物材料，所述增容剂为苯乙烯-co-聚乙烯共聚物，马来酸酐-co-苯乙烯接枝聚合物，苯乙烯-co-聚丙烯，马来酸酐接枝聚丙烯，甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯中的一种。
与现有技术相比，本发明具有以下有益性技术效果：
本发明提出了一种纳米原位成纤的弹性体纤维增韧聚合物材料，通过原位形成弹性体纳米纤维，增加比表面积，提高了材料的韧性和抗拉伸性能；所述纳米原位成纤的弹性纤维增韧聚合物材料制备配方中的弹性体材料的使用量少，能够减少对基体材料其他力学性能和加工性能的影响；通过弹性纤维增韧聚苯乙烯经过熔融模压成型以及性能表征分析结果证明，增韧弹性体材料在基体材料中呈颗粒状均匀分散排布，弹性材料体的用量少，拉伸强度随着弹性纤维的加入而微降，聚苯乙烯的断裂伸长率由纯聚苯乙烯的3.5％增加到增韧聚苯乙烯的5.4％，增加了54％，证明弹性体材料对基体材料聚苯乙烯具有良好的增韧作用，提高了基体材料的抗拉伸性能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的制备工艺流程示意图；
图2为本发明中实施例1中纳米原位成纤的弹性纤维增韧聚苯乙烯材料模压后的SEM形态结构图；
图3为本发明中实施例1纳米原位成纤的弹性纤维增韧聚苯乙烯材料的拉伸应力-应变曲线图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
【实施例1】
一种纳米原位成纤的弹性体纤维增韧的聚合物材料，由以下质量份数的原料制备而成：
其中弹性体材料为丁腈橡胶，所述弹性体材料均为粒径为100目的固体颗粒；所述交联剂为缩水甘油醚；所述稳定剂为亚磷酸酯，所述增容剂为聚丙烯接枝马来酸酐；所述纳米原位成纤的弹性体纤维增韧聚合物材料的制备过程包括以下步骤：
步骤一，原料初混：将聚丙烯、弹性体材料、交联剂、稳定剂和增容剂使用搅拌机进行混合搅拌20min，混合搅拌均匀，得到初混料待用；
步骤二，熔融共混：将步骤一所得的初混料加入双螺杆挤出机中，在一定的温度下进行熔融共混，其中所述双螺杆挤出机各区段的温度设置依次为 180℃、190℃、210℃、220℃、220℃、220℃；
步骤三，喷丝：经过上述步骤二双螺杆挤出机熔融共混的材料经过非织造系统中的喷丝板流出，得到喷丝产物；
步骤四，冷却牵伸：所述喷丝产物经过喷丝孔附近的高温气流吹出之后，经过冷风箱进行冷却后，进行气流牵伸，收集得弹性纤维增韧聚丙稀无纺布；
步骤五，熔融挤出切粒：将步骤四所得的无纺布直接喂入单螺杆挤出机的喂料口中，所述单螺杆挤出机的设定温度为170℃；经熔融挤出后切料后得到增韧聚丙烯粒料。
【实施例2】
一种纳米原位成纤的弹性纤维增韧材料，由以下质量份数的原料制备而成：
其中弹性体材料为三元乙丙橡胶，所述弹性体材料为粒径为150目的固体粉末；所述交联剂为光敏交联剂；所述稳定剂为抗氧剂1010，所述增容剂为马来酸酐-co-苯乙烯接枝聚合物；所述纳米原位成纤的弹性纤维增韧聚合物材料的制备过程包括以下步骤：
步骤一，原料初混：将聚苯乙烯、弹性体材料、交联剂、稳定剂和增容剂使用搅拌机进行混合搅拌10min，混合搅拌均匀，得到初混料待用；
步骤二，熔融共混：将步骤一所得的初混料加入双螺杆挤出机中，在一定的温度下进行熔融共混，其中所述双螺杆挤出机各区段的温度设置依次为 180℃、190℃、210℃、220℃、220℃、220℃；
步骤三，喷丝：经过上述步骤二双螺杆挤出机熔融共混的材料经过非织造系统中的喷丝板流出，得到喷丝产物；
步骤四，冷却牵伸：所述喷丝产物经过喷丝孔附近的高温气流吹出之后，经过冷风箱进行冷却后，进行气流牵伸，收集得弹性纤维增韧聚苯乙烯无纺布；
步骤五，紫外照射：将无纺布经过紫外光线照射10s，形成交联结构；
步骤六，熔融挤出切粒：将步骤四所得的无纺布直接喂入单螺杆挤出机的喂料口中，所述单螺杆挤出机的设定温度为175℃；经熔融挤出后切料后得到增韧聚苯乙烯粒料。
【实施例3】
一种纳米原位成纤的弹性纤维增韧材料，由以下质量份数的原料制备而成：
其中弹性体材料为聚烯烃弹性体粒料，所述弹性体材料均为粒径为120 目的固体粒料；所述交联剂为丙烯酸甲酯，所述稳定剂为硫代二丙酸双酯，所述增容剂为苯乙烯-co-聚丙烯共聚物；所述纳米原位成纤的弹性纤维增韧聚合物材料的制备过程包括以下步骤：
步骤一，原料初混：将聚苯乙烯、弹性体材料、交联剂、稳定剂和增容剂使用搅拌机进行混合搅拌15min，混合搅拌均匀，得到初混料待用；
步骤二，熔融共混：将步骤一所得的初混料加入双螺杆挤出机中，在一定的温度下进行熔融共混，其中所述双螺杆挤出机各区段的温度设置依次为 180℃、190℃、210℃、220℃、220℃、220℃；
步骤三，喷丝：经过上述步骤二双螺杆挤出机熔融共混的材料经过非织造系统中的喷丝板流出，得到喷丝产物；
步骤四，冷却牵伸：所述喷丝产物经过喷丝孔附近的高温气流吹出之后，经过冷风箱进行冷却后，进行气流牵伸，收集得弹性体纤维增韧聚苯乙烯无纺布；
步骤五，熔融挤出切粒：将上述步骤五所得的无纺布直接喂入单螺杆挤出机的喂料口中，所述单螺杆挤出机的设定温度为170℃；经熔融挤出后切料后得到增韧聚苯乙烯粒料。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种纳米原位成纤的弹性体纤维增韧的聚合物材料，其特征在于：由以下质量份数的原料制备而成：
其中聚合物基体为聚苯乙烯或聚丙烯中的一种；弹性体材料为乙丙橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、聚氨酯、聚烯烃弹性体中的一种，所述弹性体材料均为粒径为100～200目的微粉末或颗粒；所述交联剂为缩水甘油醚、丙烯酸酯类、有机过氧化物类、光敏交联剂中的一种；所述纳米原位成纤的弹性纤维增韧聚合物材料的制备过程包括以下步骤：
步骤一，原料初混：将聚合物基体、弹性体材料、交联剂、稳定剂和增容剂使用搅拌机进行混合搅拌5～20min，混合搅拌均匀，得到初混料待用；
步骤二，熔融共混：将步骤一所得的初混料加入双螺杆挤出机中，在一定的温度下进行熔融共混，其中所述双螺杆挤出机各区段的温度设置依次为180℃、190℃、210℃、220℃、220℃、220℃；
步骤三，喷丝：经过上述步骤二双螺杆挤出机熔融共混的材料经过非织造系统中的喷丝板流出，得到喷丝产物；
步骤四，冷却牵伸：所述喷丝产物经过喷丝孔附近的高温气流吹出之后，经过冷风箱进行冷却后，进行气流牵伸，收集得弹性纤维增韧聚合物无纺布；
步骤五，紫外照射：在所述交联剂选择使用光敏交联剂时，需要将无纺布经过紫外光线照射5～10s；
步骤六，熔融挤出切粒：将步骤四或步骤五所得的无纺布直接喂入单螺杆挤出机的喂料口中，所述单螺杆挤出机的设定温度为170～180℃；经熔融挤出后切料后得到增韧聚苯乙烯粒料。
2.根据权利要求1所述的一种纳米原位成纤的弹性体纤维增韧的聚合物材料，其特征在于，所述稳定剂为芳香胺类、受阻酚类、硫代二丙酸双酯、亚磷酸酯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种纳米原位成纤的弹性体纤维增韧的聚合物材料，其特征在于，所述增容剂为苯乙烯-co-聚乙烯共聚物，马来酸酐-co-苯乙烯接枝聚合物，苯乙烯-co-聚丙烯，马来酸酐接枝聚丙烯，甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯中的一种。
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| CN102702633A (zh) * | 2011-12-30 | 2012-10-03 | 天津金发新材料有限公司 | 一种原位成纤增韧再生聚苯乙烯材料及制备方法 |
| CN105398062A (zh) * | 2015-11-24 | 2016-03-16 | 四川大学 | 一种协同增强增韧聚丙烯基复合材料的制备方法 |
| EP3354632A1 (en) * | 2017-01-25 | 2018-08-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Method to additively manufacture a fiber-reinforced ceramic matrix composite |
| CN108367457A (zh) * | 2016-09-12 | 2018-08-03 | 舒·B·帕克 | 有高度缠结纳米原纤的各向同性化“即用型”塑性粒料及制备方法 |
-
2019
- 2019-03-22 CN CN201910220722.0A patent/CN111718544A/zh active Pending
Patent Citations (4)
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