CN117067646A - 一种具有双向抗撕拉性能的聚丙烯单向拉伸带的制备方法 - Google Patents
一种具有双向抗撕拉性能的聚丙烯单向拉伸带的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种具有双向抗撕拉性能的聚丙烯单向拉伸带的制备方法，其包括以下步骤：(1)将聚丙烯颗粒和抗氧剂共混均匀；(2)将混合好的物料从主喂料口加入到双螺杆挤出机内熔融挤出；(3)将挤出的熔体经流延输送至浸渍模具内，然后通过风环冷却定型，再用切刀装置对两侧废料进行切除，得到PP单向带；(4)将连续纤维由纱架引出，再经张力调节、展平得到连续纤维带；(5)将PP单向带和连续纤维带通过经纬交织方法，得到交织织物，一层交织织物或者两层以上的交织织物的热压复合物即为具有双向抗撕拉性能的聚丙烯单向拉伸带。本发明制得的PP单向拉伸带双向力学性能优异、手感好、质量轻、加工简单，适用于大规模、工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及于连续纤维增强热塑性复合材料技术领域，特别涉及一种具有双向抗撕拉性能的聚丙烯单向拉伸带的制备方法。
背景技术
聚丙烃塑料是一种产量大，价格低的通用塑料，它们的强度与模量都比较低，难以作为结构材料使用。
为了满足工程上对材料高强度，高模量和质轻的要求，人们将研究目光转向了纤维增强PP单向带材料。纤维增强复合材料是以连续纤维(玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、硼纤维等)为增强体,热塑性树脂(聚丙烯、聚乙烯、尼龙等)为基体,在生产设备上经过挤出、熔融浸渍、拉挤冷却等工艺,连续纤维在熔融树脂中逐渐成型的一种复合材料。纤维增强复合材料具有轻质高强、耐锈蚀、电磁绝缘性好等特点。
通常，纤维增强复合材料具有单向强度强，但是其双向抗撕裂强度差。CN109485999A将连续凯芙拉纤维带上与离聚物的聚合物链相反的电荷，再通过涂覆熔体混合物，搓揉浸渍，压延浸渍，冷却定型，收卷制备得到连续凯芙拉纤维增强聚丙烯单向预浸带，具有聚丙烯对连续凯芙拉纤维浸渍充分、孔隙率低、界面结合好、力学性能优异以及在后续加工和使用过程中无小分子挥发物释放等特点。CN109467809B用相似的方法制备得到一种连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带。CN105693953A将碳纤维进行快速退浆处理,将碳纤维埋入到一种纳米粉体中并加热；然后采用一组旋转轧辊对碳纤维进行展宽:将碳纤维、聚丙烯、聚酰胺、二甲苯、马来酸酐、引发剂、热塑性弹性体以及其他助剂混合均匀，将混合物加入单螺杆挤出机内进行反应挤出熔体，熔体经熔体泵进入复合浸润模具内的熔池中；展宽的碳纤维经牵引辊进入复合浸润模具，在复合浸润模具的熔池内与熔体进行轧制浸润复合制备得到碳纤维增强热塑性复合材料单向带。但是上述几种方法得到的PP单向带都只是具有轴向强度高、径向强度差、抗撕拉性能差等特点。
因此，有必要寻求一种双向抗撕拉性能优异的PP单向带材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有双向抗撕拉性能的聚丙烯单向拉伸带的制备方法，该制备方法简单易行，适用于大规模工业化生产。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种具有双向抗撕拉性能的聚丙烯单向拉伸带的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚丙烯颗粒和抗氧剂干燥后共混均匀；
(2)将步骤(1)混合好的物料从主喂料口加入到双螺杆挤出机内熔融挤出；
(3)将步骤(2)挤出的熔体经流延输送至浸渍模具内，然后通过风环冷却定型，再用切刀装置对两侧废料进行切除，得到宽度在0.3-1cm之间的PP单向带；
(4)将连续纤维由纱架引出，再经张力调节装置、展丝装置将其展平，得到宽度在0.3-1cm之间的连续纤维带；
(5)将步骤(3)得到的PP单向带和步骤(4)展平的连续纤维带通过经纬交织方法，得到交织织物，所述的一层交织织物或者两层以上的交织织物的热压复合物即为具有双向抗撕拉性能的聚丙烯单向拉伸带；所述的经纬交织方法是指以PP单向带和连续纤维带的其中之一为“经纱”，另一为“纬纱”，将“经纱”和“纬纱”以一定角度交织织成交织织物，纺织过程中相邻的PP单向带和相邻的连续纤维带之间均不留间隔(即：使相邻的PP单向带和相邻的连续纤维带尽量靠近)；所述的一定角度是在45-90°之间；所述的一层交织织物中，所述聚丙烯树脂和连续纤维的质量比为100:100-300。
本发明所述的聚丙烯树脂颗粒的牌号包括但不限于T30S等高流动性聚丙烯。
作为优选，所述的抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂3114、抗氧剂168中的至少一种。
作为优选，所述聚丙烯和抗氧剂的质量比为100：0.1-1，更优选100：0.1-0.5，更进一步优选100：0.1-0.3。
作为优选，步骤(1)中的干燥条件为：放入50-70℃烘箱，干燥5-7小时。
作为优选，步骤(2)中，所述熔融挤出的加工温度为170-190℃。
作为优选，步骤(3)中，浸渍模具的温度为250-300℃。
作为优选，步骤(4)中，所述的连续纤维为高强度纤维，选自凯夫拉纤维、碳纤维等中的一种。
作为优选，使PP单向带和连续纤维带的宽度相同。
本发明步骤(5)中，所述的经纬交织方法属于机织(也叫梭织)的一种，通常在梭织机上进行纺织，“经纱”和“纬纱”采用不同材料的“纱线”。作为优选，步骤(5)中，所述的交织织物为平纹组织交织织物，经纬纱线每隔一根就交错一次。
作为优选，所述一层交织织物中，所述聚丙烯树脂和连续纤维的质量比为100：100-200，更优选100：100-150。
作为优选，步骤(5)中，热压条件为：温度为160-170℃，压力为0.5-10MPa，时间为1分钟-15分钟。
作为优选，所述的具有双向抗撕拉性能的聚丙烯单向拉伸带的制备方法，还包括以下步骤(6)：将步骤(3)得到的PP单向带通过机织法织成纯纺织物，即PP织物；所述的机织法是以PP单向带分别作为“经纱”和“纬纱”，将“经纱”和“纬纱”以一定角度织成纯纺织物，所述的一定角度是在45-90°之间，纺织过程中两个方向上相邻的PP单向带之间均不留间隔；所述的至少一层PP织物和至少两层步骤(5)得到的交织织物经热压形成复合物，该复合物即为具有双向抗撕拉性能的聚丙烯单向拉伸带，其中纯纺织物为中间层。
作为进一步的优选，步骤(6)中，所述的纯纺织物为平纹组织纯纺织物。
作为进一步的优选，步骤(6)中，热压条件为：温度为160-170℃，压力为0.5-10MPa，时间为1分钟-15分钟。
作为进一步的优选，所述的具有双向抗撕拉性能的聚丙烯单向拉伸带由一层PP织物和两层交织织物经热压形成。
本发明通过上述方法制备得到的PP单向拉伸带材料在双向都具有优异的力学性能。因此，这种PP单向拉伸带能应用于箱包、运动器械、汽车零部件等方向。
与现有PP单向带材料相比，这种PP单向拉伸带的优点在于双向力学性能优异、手感好、质量轻、加工简单，适用于大规模、工业化生产。
附图说明
参见附图，本发明的公开内容将变得更易理解。应当理解：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。
图1为PP单向带的制备流程示意图；
图2为平纹组织织物的结构示意图，为了使结构显得更清晰，同一方向相邻的条之间留有间隔。
具体实施方式
以下结合实施例对发明进行详细说明，以便更好地理解本发明的内容，但本发明的保护范围不限于此。
本发明实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过常规技术手段获得或者通过市购获得的常规产品。
实施例1
(1)将干燥好的100份牌号为T30S的PP颗粒、0.1份抗氧剂1010共混均匀；PP颗粒和抗氧剂1010的干燥条件为：于60℃烘箱，干燥6小时；
(2)将双螺杆挤出机温度设定在170-190℃，通过计量加料装置将混合好的物料从主喂料口加入，进行熔融挤出；
(3)将注塑机温度设定在250-300℃，将挤出的熔体经流延输送至浸渍模具内，熔体离开浸渍模具后通过风环冷却定型，再用切刀装置进行切边保证单向带宽度的一致性，得到宽度为1cm、厚度为1mm的PP单向带；
(4)将100份连续纤维Kevlar29由纱架引出，再经张力调节装置、展丝装置等装置将其展平，得到宽度为1cm的连续纤维带；
(5)在梭织机上，以PP单向带和连续纤维带的其中之一为“经纱”，另一为“纬纱”，将“经纱”和“纬纱”以90°角交织织成平纹组织交织织物，纺织过程中相邻的PP单向带和相邻的连续纤维带之间均不留间隔，得到所需的双向抗撕拉单向带材料。
实施例2
(1)将干燥好的100份牌号为T30S的PP、1份抗氧剂1010共混均匀；PP颗粒和抗氧剂1010的干燥条件为：于60℃烘箱，干燥6小时；
(2)将双螺杆挤出机温度设定在170-190℃，通过计量加料装置将混合好的物料从主喂料口加入，进行熔融挤出；
(3)将注塑机温度设定在250-300℃，将挤出的熔体经流延输送至浸渍模具内，熔体离开浸渍模具后通过风环冷却定型，再用切刀装置进行切边保证单向带宽度的一致性，得到宽度为0.7cm、厚度为1mm的PP单向带；
(4)将100份连续纤维Kevlar29由纱架引出，再经张力调节装置、展丝装置等装置将其展平，得到宽度为0.7cm的连续纤维带；
(5)在梭织机上，以PP单向带和连续纤维带的其中之一为“经纱”，另一为“纬纱”，将“经纱”和“纬纱”以90°角交织织成平纹组织交织织物，纺织过程中相邻的PP单向带和相邻的连续纤维带之间均不留间隔，得到所需的双向抗撕拉单向带材料。
实施例3
(1)将干燥好的100份牌号为T30S的PP、0.1份抗氧剂1010共混均匀；PP颗粒和抗氧剂1010的干燥条件为：于60℃烘箱，干燥6小时；
(2)将双螺杆挤出机温度设定在170-190℃，通过计量加料装置将混合好的物料从主喂料口加入，进行熔融挤出；
(3)将注塑机温度设定在250-300℃，将挤出的熔体经流延输送至浸渍模具内，熔体离开浸渍模具后通过风环冷却定型，再用切刀装置进行切边保证单向带宽度的一致性，得到宽度为0.5cm、厚度为1mm的PP单向带；
(4)将100份连续纤维Kevlar49由纱架引出，再经张力调节装置、展丝装置等装置将其展平，得到宽度为0.5cm的连续纤维带；
(5)在梭织机上，以PP单向带和连续纤维带的其中之一为“经纱”，另一为“纬纱”，将“经纱”和“纬纱”以90°角交织织成平纹组织交织织物，纺织过程中相邻的PP单向带和相邻的连续纤维带之间均不留间隔，得到所需的双向抗撕拉单向带材料。
实施例4
(1)将干燥好的100份牌号为T30S的PP、0.1份抗氧剂1010共混均匀；PP颗粒和抗氧剂1010的干燥条件为：于60℃烘箱，干燥6小时；
(2)将双螺杆挤出机温度设定在170-190℃，通过计量加料装置将混合好的物料从主喂料口加入，进行熔融挤出；
(3)将注塑机温度设定在250-300℃，将挤出的熔体经流延输送至浸渍模具内，熔体离开浸渍模具后通过风环冷却定型，再用切刀装置进行切边保证单向带宽度的一致性，得到宽度为0.3cm、厚度为1mm的PP单向带；
(4)将100份连续纤维碳纤维T300由纱架引出，再经张力调节装置、展丝装置等装置将其展平，得到宽度为0.3cm的连续纤维带；
(5)在梭织机上，以PP单向带和连续纤维带的其中之一为“经纱”，另一为“纬纱”，将“经纱”和“纬纱”以90°角交织织成平纹组织交织织物，纺织过程中相邻的PP单向带和相邻的连续纤维带之间均不留间隔，得到所需的双向抗撕拉单向带材料。
实施例5
(1)将干燥好的100份牌号为T30S的PP、0.1份抗氧剂1010共混均匀；PP颗粒和抗氧剂1010的干燥条件为：于60℃烘箱，干燥6小时；
(2)将双螺杆挤出机温度设定在170-190℃，通过计量加料装置将混合好的物料从主喂料口加入，进行熔融挤出；
(3)将注塑机温度设定在250-300℃，将挤出的熔体经流延输送至浸渍模具内，熔体离开浸渍模具后通过风环冷却定型，再用切刀装置进行切边保证单向带宽度的一致性，得到宽度为0.5cm、厚度为1mm的PP单向带；
(4)将200份连续纤维Kevlar29由纱架引出，再经张力调节装置、展丝装置等装置将其展平，得到宽度为0.5cm的连续纤维带；
(5)在梭织机上，以PP单向带和连续纤维带的其中之一为“经纱”，另一为“纬纱”，将“经纱”和“纬纱”以90°角交织织成平纹组织交织织物，纺织过程中相邻的PP单向带和相邻的连续纤维带之间均不留间隔，得到所需的双向抗撕拉单向带材料。
实施例6
(1)将干燥好的100份牌号为T30S的PP、0.1份抗氧剂1010共混均匀；PP颗粒和抗氧剂1010的干燥条件为：于60℃烘箱，干燥6小时；
(2)将双螺杆挤出机温度设定在170-190℃，通过计量加料装置将混合好的物料从主喂料口加入，进行熔融挤出；
(3)将注塑机温度设定在250-300℃，将挤出的熔体经流延输送至浸渍模具内，熔体离开浸渍模具后通过风环冷却定型，再用切刀装置进行切边保证单向带宽度的一致性，得到宽度为0.5cm、厚度为1mm的PP单向带；
(4)将100份连续纤维Kevlar29由纱架引出，再经张力调节装置、展丝装置等装置将其展平，得到宽度为0.5cm的连续纤维带；
(5)在梭织机上，以PP单向带和连续纤维带的其中之一为“经纱”，另一为“纬纱”，将“经纱”和“纬纱”以45°角交织织成平纹组织交织织物，纺织过程中相邻的PP单向带和相邻的连续纤维带之间均不留间隔，得到所需的双向抗撕拉单向带材料。
实施例7
(1)将干燥好的100份牌号为T30S的PP、0.1份抗氧剂1010共混均匀；PP颗粒和抗氧剂1010的干燥条件为：于60℃烘箱，干燥6小时；
(2)将双螺杆挤出机温度设定在170-190℃，通过计量加料装置将混合好的物料从主喂料口加入，进行熔融挤出；
(3)将注塑机温度设定在250-300℃，将挤出的熔体经流延输送至浸渍模具内，熔体离开浸渍模具后通过风环冷却定型，再用切刀装置进行切边保证单向带宽度的一致性，得到宽度为0.5cm、厚度为1mm的PP单向带；
(4)将100份连续纤维Kevlar29由纱架引出，再经张力调节装置、展丝装置等装置将其展平，得到宽度为0.5cm的连续纤维带；
(5)在梭织机上，以PP单向带和连续纤维带的其中之一为“经纱”，另一为“纬纱”，将“经纱”和“纬纱”以90°交织织成平纹组织交织织物，纺织过程中相邻的PP单向带和相邻的连续纤维带之间均不留间隔；
(6)在梭织机上，以PP单向带分别作为“经纱”和“纬纱”，将“经纱”和“纬纱”以90°角织成平纹组织纯纺织物，纺织过程中两个方向上相邻的PP单向带之间均不留间隔，即PP织物；
(7)将两层平纹组织交织织物和一层平纹组织纯纺织物按三明治结构层叠(纯纺织物为中间层)，层叠时使不同层的PP单向带沿同一个方向叠合，在160℃、5MPa下热压5分钟，得到双向抗撕拉单向带材料。
对比例1
(1)将干燥好的100份PP、0.1份抗氧剂1010共混均匀；PP颗粒和抗氧剂1010的干燥条件为：于60℃烘箱，干燥6小时；
(2)将双螺杆挤出机温度设定在170-190℃，通过计量加料装置将混合好的物料从主喂料口加入，进行熔融挤出；
(3)将注塑机温度设定在250-300℃，将挤出的熔体经流延输送至浸渍模具内，熔体离开浸渍模具后通过风环冷却定型，再用切刀装置进行切边保证单向带宽度的一致性，得到宽度为0.5cm、厚度为1mm的PP单向带；
(4)在梭织机上，以PP单向带分别作为“经纱”和“纬纱”，将“经纱”和“纬纱”以90°角织成平纹组织纯纺织物，纺织过程中两个方向上相邻的PP单向带之间均不留间隔，即得到PP单向拉伸带。
实施例1-7和对比例1得到的双向抗撕拉单向带材料的力学性能测试数据如表1所示：
表1力学性能
由表1可知，本发明制备得到的PP单向带具有很强的双向拉伸性能和冲击性能，而随着抗氧剂含量的增多，力学性能下降；连续纤维含量的增加能增强力学性能；不同的编织方法其力学性能不同，三明治层层复合具有最优性能。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护范围内。
Claims (10)
1.一种具有双向抗撕拉性能的聚丙烯单向拉伸带的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
(1)将聚丙烯颗粒和抗氧剂干燥后共混均匀；
(2)将步骤(1)混合好的物料从主喂料口加入到双螺杆挤出机内熔融挤出；
(3)将步骤(2)挤出的熔体经流延输送至浸渍模具内，然后通过风环冷却定型，再用切刀装置对两侧废料进行切除，得到宽度在0.3-1cm之间的PP单向带；
(4)将连续纤维由纱架引出，再经张力调节装置、展丝装置将其展平，得到宽度在0.3-1cm之间的连续纤维带；
(5)将步骤(3)得到的PP单向带和步骤(4)展平的连续纤维带通过经纬交织方法，得到交织织物，所述的一层交织织物或者两层以上的交织织物的热压复合物即为具有双向抗撕拉性能的聚丙烯单向拉伸带；所述的经纬交织方法是指以PP单向带和连续纤维带的其中之一为“经纱”，另一为“纬纱”，将“经纱”和“纬纱”以一定角度交织织成交织织物，纺织过程中相邻的PP单向带和相邻的连续纤维带之间均不留间隔；所述的一定角度是在45-90°之间；所述的一层交织织物中，所述聚丙烯树脂和连续纤维的质量比为100:100-300。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的具有双向抗撕拉性能的聚丙烯单向拉伸带的制备方法还包括以下步骤(6)：将步骤(3)得到的PP单向带通过机织法织成纯纺织物，即PP织物；所述的机织法是以PP单向带分别作为“经纱”和“纬纱”，将“经纱”和“纬纱”以一定角度织成纯纺织物，所述的一定角度是在45-90°之间，纺织过程中两个方向上相邻的PP单向带之间均不留间隔；所述的至少一层PP织物和至少两层步骤(5)得到的交织织物经热压形成复合物，该复合物即为具有双向抗撕拉性能的聚丙烯单向拉伸带，其中纯纺织物为中间层。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述的抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂3114、抗氧剂168中的至少一种。
4.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述聚丙烯和抗氧剂的质量比为100：0.1-1，更优选100：0.1-0.5，更进一步优选100：0.1-0.3。
5.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述熔融挤出的加工温度为170-190℃；步骤(3)中，浸渍模具的温度为250-300℃。
6.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述的连续纤维选自凯夫拉纤维、碳纤维中的一种。
7.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：使PP单向带和连续纤维带的宽度相同。
8.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，所述的交织织物为平纹组织交织织物；步骤(6)中，所述的纯纺织物为平纹组织纯纺织物。
9.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：步骤(5)或(6)中，热压条件为：温度为160-170℃，压力为0.5-10MPa，时间为1分钟-15分钟。
10.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述的具有双向抗撕拉性能的聚丙烯单向拉伸带由一层PP织物和两层交织织物经热压形成。
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