CN112895269A - 一种聚合物循环动态力场压力成型方法 - Google Patents

一种聚合物循环动态力场压力成型方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112895269A
CN112895269A CN202110152649.5A CN202110152649A CN112895269A CN 112895269 A CN112895269 A CN 112895269A CN 202110152649 A CN202110152649 A CN 202110152649A CN 112895269 A CN112895269 A CN 112895269A
Authority
CN
China
Prior art keywords
polymer
force field
dynamic force
pressure
pressure forming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110152649.5A
Other languages
English (en)
Inventor
黄照夏
瞿金平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN202110152649.5A priority Critical patent/CN112895269A/zh
Publication of CN112895269A publication Critical patent/CN112895269A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/02—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/32—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/32—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C43/52—Heating or cooling

Abstract

本发明公开一种聚合物循环动态力场压力成型方法，压力成型过程中，聚合物物料受到变化的循环动态力场作用，诱导聚合物分子链的有序伸长和松弛、改变聚合物多相体系的相形态，从而调控聚合物材料的多尺度凝聚态结构，实现聚合物单相和多相体系结构性能的精准调控，制备具有优异力学性能和可控微观结构的聚合物制品；针对聚合物/填料体系，加工过程中大幅变换的循环动态压力可以显著增强聚合物分子链的运动能力，从而促进其与填料的相互作用，增强填料的分散混合效果，制备具有优异性能的聚合物/填料制品。本发明原理简单、操作便捷，为聚合物成型加工提供了一种新的方法，具有较高的实用价值。

Description

一种聚合物循环动态力场压力成型方法
技术领域
本发明涉及高分子材料成型技术领域，特别涉及一种聚合物循环动态力场压力成型方法。
背景技术
高分子材料在国民生活中占有较大的比重、起到了举足轻重的作用，在日用品、电子电器、汽车、航空航天中随处可见。将高分子材料由树脂加工成为具有特定形状、性能的制品的过程就是加工成型。目前最常用的高分子材料加工成型方法是注塑成型、挤出成型和模压成型，但是挤出成型一般只能加工具有固定横截面的制品，因此在制备制品方面应用并不是很广泛。注塑成型和模压成型则被广泛应用于制备各种高分子制品。但是随着材料的发展和结构更复杂的出现，对于传统注塑成型所需的注塑压力要求也越来越高，需要更大吨位的注塑机实现，从而造成相关成本的大幅增加。为此，由于相关设备体积小、成本低、效率高，近年来模压成型和挤注成型受到关注。但是，目前的注塑成型、模压成型和挤注成型等压力成型加工方法在成型过程中，物料熔体所受的压力是固定的，缺乏对于物料结构性能的调控手段。因此，本发明提出一种聚合物循环动态力场压力成型方法，在成型过程中引入循环动态力场，实现对于制品结构性能的精准调控。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种操作简便、工艺简单、制品性能优异的聚合物循环动态力场压力成型方法。
本发明的技术方案为：一种聚合物循环动态力场压力成型方法，在压力成型过程中，聚合物物料受到循环动态力场作用，循环动态力场诱导聚合物分子链的有序伸长和松弛、改变聚合物多相体系的相形态，制备可控微观结构的聚合物制品。
聚合物物料在循环动态力场受到随时间周期性变化的压力，每个周期包括压缩区和松弛区。
在压缩区，物料所受压力从0MPa提升至最大压力P，并保持T1时间，再下降至0MPa；在松弛区，物料所受压力恒为0MPa，保持T2时间。
所述最大压力P为5～200MPa，T1为0～10s，T2为0～10s。具体地，T1为0s，或0s＜T1≤10s；T2为0s，或0s＜T2≤10s。
在压缩区，所述升压和降压过程的压力变化速率为0.01～100MPa/s。
所述周期的循环次数为1～1000次。
所述模压完成后的样品经冷却，冷却方式采用风冷、水冷或模具降温。
所述聚合物物料为单一聚合物、多聚合物共混或聚合物-非聚合物复合物；对于聚合物/填料体系，循环动态力场增强聚合物分子链的运动能力，填料分散并混合到聚合物中，制备具有优异性能的聚合物填料制品。
所述循环动态力场是通过调控熔体所受压力实现的。
所述循环动态力场压力成型包括但不限于模压成型、挤注成型和注塑成型。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
本聚合物循环动态力场压力成型方法，使聚合物物料受到变化的循环动态力场作用，诱导聚合物分子链的有序伸长和松弛、改变聚合物多相体系的相形态，从而调控聚合物分子链结构和聚合物多相体系的相结构，实现聚合物单相和多相体系的结构性能的精准调控，制备具有优异力学性能和可控微观结构的聚合物制品；针对聚合物/填料体系，可以显著增强聚合物分子链的运动能力，从而促进其与填料的相互作用，增强填料的分散混合效果，制备具有优异性能的聚合物/填料制品。
附图说明
图1为循环动态力场的压力-时间关系曲线。
图2为实施例1中循环动态力场下单周期内的压力-时间关系曲线。
图3为实施例2中不同参数的循环动态力场下单周期内的压力-时间关系曲线。
图4为实施例2中不同的循环动态力场下HDPE拉伸应力-应变曲线，其中CPM为对照组。
图5为实施例3和4中循环动态力场中应力-时间关系。
图6为PE/hBN片材的XRD图。
图7为PE/hBN片材的热导率。
图8为LDPE试样的拉伸应力-应变曲线。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例一种聚合物循环动态力场压力成型方法，模压成型过程中，加工温度高于聚合物物料的熔点时，聚合物物料熔体受到变化的循环动态力场作用，诱导聚合物分子链的有序伸长和松弛、改变聚合物多相体系的相形态。针对聚合物/填料体系，可以显著增强聚合物分子链的运动能力，从而促进其与填料的相互作用，增强填料的分散混合效果，制备具有优异性能的聚合物/填料制品。
聚合物物料所受压力随时间周期性变化，如图1和2所示，每个周期包括压缩区和松弛区。
在压缩区过程中，物料所受压力从0MPa提升至5～200MPa，并保持0～10s，再下降至0MPa。在松弛区过程中，物料所受压力始终为0MPa，保持0～10s。如图2所示为不同的循环动态力场下单周期内的压力-时间关系曲线，每个循环动态力场单周期的压缩区完全一致，仅松弛区的保持时间不同。
实施例2
本实施例一种聚合物循环动态力场压力成型方法，将超高分子量聚乙烯(UHMWPE)材料加入模压机中进行加工，通过调控模压机动模板的运动规律，使其产生如图3的循环动态力场CPP1、CPP2、CPP3，加工得到增强UHMWPE片材。其中，加工温度为210℃，CPP1、CPP2、CPP3的最大压力P均为15MPa，循环次数均为120次；CPP1、CPP2、CPP3的不同点仅在于松弛区的保持时间T2，CPP1的T2为1.20s，CPP2的T2为1.63s，CPP3的T2为2.10s。
如图4所示为不同循环动态力场下UHMWPE拉伸应力-应变曲线，相比于采用稳态压力(模压期间压力稳定15MPa，模压时间600s)制备的对照组CPM，实验组CPP1、CPP2、CPP3的屈服强度、拉伸强度和断裂伸长率显著提升，从对照组的22Mpa、45MPa和500％提升至33MPa、64Mpa和889％，表现出了显著的自增强和自增韧效果。
实施例3
本实施例一种聚合物循环动态力场压力成型方法，将高密度聚乙烯(HDPE)和六方氮化硼(hBN)按照质量分数比90/10进行配比，利用高混机进行混合，将混合后物料加入密炼机中在190℃和60rpm条件下共混8min，收集共混物。将共混物加入模压机中进行加工，通过调控模压机动模板的运动规律，使其产生如图5的循环动态力场，在195℃、最大压力P为15MPa和120次循环周期条件下，加工得到导热性能增强的PE/hBN片材。
图6为PE/hBN片材的X射线散射图(XRD)，其中26.8°峰为hBN(002)特征峰，可以用来表征hBN片层间距，并进一步确认hBN插层和剥离。通过与对照组对比，可以发现循环动态力场制备的PE/hBN片材中hBN(002)特征峰出现了向左偏移，证明了PE分子链对于hBN的插层效果，确认循环动态力场可以增强PE分子链运动能力使其插层进入hBN片层间。图7为PE/hBN片材的热导率，表明循环动态力场制备样品的热导率得到显著提升。
实施例4
本实施例一种聚合物循环动态力场压力成型方法，将低密度聚乙烯(LDPE)加入柱塞式注塑机中进行加工，通过调控保压过程中柱塞的运动规律，使其产生如图5的循环动态力场，在195℃、最大压力P为15MPa和120次循环周期条件下，加工得到力学性能增强的LDPE试样。
图8为LDPE试样拉伸应力-应变曲线，相比于采用稳态压力注塑成型制备的对照组CPM，实验组的屈服强度和拉伸强度显著提升，从对照组的7.8MPa和13.8MPa提升至11.1MPa和17MPa，表现出了显著的自增强效果。
如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种聚合物循环动态力场压力成型方法，其特征在于，在压力成型过程中，聚合物物料受到循环动态力场作用，循环动态力场诱导聚合物分子链的有序伸长和松弛、改变聚合物多相体系的相形态，制备可控微观结构的聚合物制品。
2.根据权利要求1所述一种聚合物循环动态力场压力成型方法，其特征在于，聚合物物料在循环动态力场受到随时间周期性变化的压力，每个周期包括压缩区和松弛区。
3.根据权利要求2所述一种聚合物循环动态力场压力成型方法，其特征在于，在压缩区，物料所受压力从0MPa提升至最大压力P，并保持T1时间，再下降至0MPa；在松弛区，物料所受压力恒为0MPa，保持T2时间。
4.根据权利要求3所述一种聚合物循环动态力场压力成型方法，其特征在于，所述最大压力P为5～200MPa，T1为0～10s，T2为0～10s。
5.根据权利要求3所述一种聚合物循环动态力场压力成型方法，其特征在于，在压缩区，所述升压和降压过程的压力变化速率为0.01～100MPa/s。
6.根据权利要求2所述一种聚合物循环动态力场压力成型方法，其特征在于，所述周期的循环次数为1～1000次。
7.根据权利要求1所述一种聚合物循环动态力场压力成型方法，其特征在于，所述成型完成后的样品经冷却，冷却方式采用风冷、水冷或模具降温。
8.根据权利要求1所述一种聚合物循环动态力场压力成型方法，其特征在于，所述聚合物物料为单一聚合物、多聚合物共混或聚合物-非聚合物复合物；对于聚合物/填料体系，循环动态力场增强聚合物分子链的运动能力，填料分散并混合到聚合物中，制备具有优异性能的聚合物填料制品。
9.根据权利要求1所述一种聚合物循环动态力场压力成型方法，其特征在于，所述循环动态力场是通过调控熔体所受压力实现的。
10.根据权利要求1所述一种聚合物循环动态力场压力成型方法，其特征在于，所述压力成型方法用于模压成型、挤注成型和注塑成型。
CN202110152649.5A 2021-02-04 2021-02-04 一种聚合物循环动态力场压力成型方法 Pending CN112895269A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110152649.5A CN112895269A (zh) 2021-02-04 2021-02-04 一种聚合物循环动态力场压力成型方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110152649.5A CN112895269A (zh) 2021-02-04 2021-02-04 一种聚合物循环动态力场压力成型方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112895269A true CN112895269A (zh) 2021-06-04

Family

ID=76122096

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110152649.5A Pending CN112895269A (zh) 2021-02-04 2021-02-04 一种聚合物循环动态力场压力成型方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112895269A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1244730A1 (en) * 1999-12-07 2002-10-02 William Marsh Rice University Oriented nanofibers embedded in polymer matrix
CN1438264A (zh) * 2003-03-04 2003-08-27 王庆昭 超高分子量聚乙烯自增强材料的制备方法及设备
CN101288989A (zh) * 2008-05-15 2008-10-22 东华大学 Pa6/pp共混复合材料周期性冷压诱导流动成型方法
CN203110301U (zh) * 2012-12-20 2013-08-07 华南理工大学 高分子材料斜面滚柱体积拉伸流变塑化输运设备
CN108972937A (zh) * 2018-07-12 2018-12-11 华南理工大学 基于系列爆炸效应的石墨烯填充体系共混加工方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1244730A1 (en) * 1999-12-07 2002-10-02 William Marsh Rice University Oriented nanofibers embedded in polymer matrix
CN1438264A (zh) * 2003-03-04 2003-08-27 王庆昭 超高分子量聚乙烯自增强材料的制备方法及设备
CN101288989A (zh) * 2008-05-15 2008-10-22 东华大学 Pa6/pp共混复合材料周期性冷压诱导流动成型方法
CN203110301U (zh) * 2012-12-20 2013-08-07 华南理工大学 高分子材料斜面滚柱体积拉伸流变塑化输运设备
CN108972937A (zh) * 2018-07-12 2018-12-11 华南理工大学 基于系列爆炸效应的石墨烯填充体系共混加工方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHAOXIA HUANG: "Polyethylene-Based Single Polymer Composites Prepared under Elongational Flow for High-Voltage Applications", 《IND. ENG. CHEM. RE》 *
ZHAOXIA HUANG: "Self-reinforced polyethylene enabled by cyclic pulsating pressure", 《POLYMER》 *
孟聪: "植物纤维填充体系拉伸流变连续塑化模压成型机理及结构性能研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 *
贾仕奎: "聚乳酸复合体系在体积拉伸流场中相态演化与机理研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102051703B (zh) 膜裂法聚四氟乙烯纤维的制造方法
CN105778435B (zh) 耐热老化绝缘膜的pet复合物及其制备方法
CN101463156B (zh) 一种超高分子量聚乙烯材料及其制备方法
CN102675806A (zh) 一种pp/膨胀石墨导热复合材料及其制备方法
CN109575572B (zh) 一种提高聚合物基复合材料介电性能的方法
CN102030948B (zh) 一种改性土工格栅的制造方法
CN107151413A (zh) 一种具有高耐候性的工程塑料及其制备方法
CN111763426A (zh) 一种生物基聚酰胺双向拉伸薄膜及其制备方法
CN113799286A (zh) 一种分散相尺寸和维度可控的聚合物共混物制备方法
CN104669636A (zh) 一种混杂纤维增强聚丙烯高强度复合材料的制备方法
CN102241853B (zh) 一种钙晶须改性聚乙烯复合材料及其制备方法
CN112895269A (zh) 一种聚合物循环动态力场压力成型方法
CN111234369B (zh) 一种耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法
CN110854341A (zh) 一种高性能锂电池隔膜的制备方法
CN104987681A (zh) 一种无机填料协同增韧聚乳酸混杂材料及其制备方法
CN101618595A (zh) 聚合物梯度功能材料及制品的共挤制备方法
CN101168605A (zh) 利用磁场调控聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚烯烃共混物力学性能的方法
CN110854342A (zh) 一种高效高性能锂电池隔膜的制备方法
CN108440839A (zh) 一种导热聚合物复合材料及其制备方法
CN101735448A (zh) 一种尼龙6纳米复合材料的制备方法
CN111087670B (zh) 一种高导热聚乙烯复合材料的制备方法
CN102504409A (zh) 一种利用硫酸钙晶须增强聚丙烯的方法
CN107987477B (zh) 一种石墨烯拉花/环氧树脂复合材料的制备方法
CN102977250B (zh) 改性聚四氟乙烯、制造方法及其在高频连接器上的应用
CN109422955A (zh) 一种高强度聚丙烯材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210604