CN1931566A - 一种在线等离子处理玻璃纤维后直接制备增强塑料的方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玻纤增强塑料的制备方法尤其是通过在线等离子处理玻璃纤维制备增强塑料的方法及其装置，包含以下步骤：将玻璃纤维在95℃－110℃预烘10－120分钟；将预烘过的玻璃纤维在等离子体发生装置中进行处理，离子体在玻璃纤维表面滞留时间为2－10秒；在双螺杆挤出机挤出塑料，并在挤出机的玻纤导入口导入经过等离子处理的玻璃纤维，进行增强复合；将增强复合料进行牵引、水冷却、切粒、包装。本发明采用等离子处理玻纤直接活化玻纤，无机玻纤和有机塑料之间的结合强度高，同时本发明将等离子体发生装置、导带传送装置与双螺杆挤出机组成连动生产线，实现了在线等离子处理玻璃纤维制备增强塑料的方法。
Description
技术领域 本发明涉及一种玻纤增强塑料的制备方法尤其是通过在线等离子处理玻璃纤维制备增强塑料的方法及其装置。
背景技术 目前国内虽然有许多改性塑料生产厂生产玻纤增强塑料，但受国内塑料和玻璃纤维品种、性能制约，其性能不稳定，缺乏综合性能均达到较高水平的高档次增强塑料产品。
等离子体指被电离子的气体，但这种等离子体是有别于普通气体的一种新的物质聚集态，由于分子中电子的运动、分子中原子间的相互作用力、原子和分子的受激与电离等微观物理运动形态，直接决定着物质的性质及化学反应能力，等离子体中富集的离子、电子、激发态的原子、分子及自由基，因此等离子体是极活泼的反应性物种。国内外很多学者和企业期望利用等离子的这种活性来处理材料以提高材料各种性能，如处理金属表面提高金属的表面生物相容性等(冯端，师昌绪，刘治国，材料科学导论，北京：科学出版社，2004)，等离子处理织物目前国内外已经有现成的技术和设备，但处理玻纤制备增强塑料目前国内外尚无报道。
增强工程塑料产品在我国应用越来越广泛，目前国内虽然有许多改性塑料生产厂，但受国内塑料品种、性能制约，其性能不稳定，缺乏综合性能均达到较高水平的产品。多数高性能增强工程塑料产品还需要大量从国外进口。
发明内容 本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种在线等离子处理玻璃纤维后直接制备增强塑料的方法。本发明的另一个目的是提供一种能和挤出机直接匹配在线处理等离子处理玻璃纤维的装置。
本发明的技术方案如下：
一种在线等离子处理玻璃纤维后直接制备增强塑料的方法，包含以下步骤：
1)、将玻璃纤维在95℃-110℃预烘10-120分钟；
2)、将预烘过的玻璃纤维在等离子体发生装置中进行处理，离子体在玻璃纤维表面滞留时间为2-10秒。
3)、在双螺杆挤出机挤出塑料，并在挤出机的玻纤导入口导入经过等离子处理的玻璃纤维，进行增强复合。
4)、将增强复合料进行牵引、水冷却、切粒、包装。
所述的等离子体发生装置，它是在两个电极、之间装置阻挡电介质层，在两电极上施加电压为1000～100000伏、频率为100～1000赫兹的高压、高频脉冲电流以后，阻挡介质层之间产生微通道放电，在极板、之间产生等离子体。
在离子体发生装置的前部设有导带传送装置，顶部装配有排风装置，排风装置上设有排风扇。将干燥好的玻璃纤维传送到等离子体发生装置中，降低玻璃纤维在处理运行中所受到的牵拉张力，减少甚至杜绝生产过程中的断条现象，同时将处理好的玻璃纤维直接输送到双螺杆挤出机，与塑料热融混合，实现玻璃纤维等离子处理、制成增强塑料的在线连动生产。排风扇使等离子体发生过程中产生的臭氧及时排除。
所述的导带传送装置是由变速电机轴端的传动链条与主动轴连接，传送带头尾相连包在主动轴、从动轴上。
所述的等离子处理的玻璃纤维与塑料复合的比例按：
塑料∶离子处理的玻璃纤维＝1∶0.05-1.2
热融混合，制成增强塑料。
所述的塑料可以是聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、ABS树脂、聚四氟乙烯、聚酯、聚砜、聚苯撑氧化物、聚酰亚胺中的任何一种或两种及两种以上混合物。
所述的玻璃纤维可以是各种直径大小的无碱玻纤、中碱玻纤、有碱玻纤及其混合物。
所述玻纤的形态可以是缠绕成各种形状的长纤、长度不低于1mm的短纤、玻璃毡、各种形态的玻璃纤维织物及其混合物。
将干燥好的玻纤先通过作为挤出机辅机的等离子发生装置，在装置内进行等离子处理，经处理的玻纤通过导带传送装置直接进入挤出机的玻纤加料口，和熔融基材共混挤出造粒得到目标产品。
等离子表面处理技术又称离子冲击扩渗处理技术，等离子体表面处理经常伴随刻蚀、活化中心产生、材料表面粒子溅射、表面化学反应、有机基团形成等过程，使材料表面的物理和化学性质发生变化，而又不改变材料的本体属性。由于低程度地穿透，等离子处理只涉及材料表面几个纳米的深度，这为在材料表面引入所和材料相容性较好的有机基团，从而达到对进行表面进行化学改性的目的。在通过空气等离子处理来提高增强塑料用玻璃纤维的表面活性及其和树脂的相容性，使其更好地在和树脂符合过程中相容和粘合，提高两者之间的界面作用，从而能够同时提高增强复合材料的强度和韧性。我们通过分析玻纤处理前后的X光电子能谱仪XPS(见图2和图3)和电子显微镜SEM(见图4和图5)可以明显地看到等离子处理对玻纤表面的显著影响，XPS显示通过等离子处理的玻纤表面具有较多的Si＝O、Si-O-、Si-O等活性基团，这些基团均和高分子材料具有一定的反应性，因此XPS研究表明等离子处理玻纤可以显著提高玻纤和高分子的相容性。SEM结果表明经过等离子处理，玻纤表面粗糙度明显提高。
本发明具有以下优点：
1、采用等离子在线处理玻纤是直接活化玻纤，在玻纤表面产生活性中心，使玻纤直接和塑料基材反应，产生化学结合，完全避免了无机玻纤和有机塑料之间的界面结合问题，结合强度高；由于活性中心和各种材料都可以直接反应，又避免了浸渍剂种类需要和玻纤及塑料匹配问题。得到的增强塑料性能较普通增强塑料有明显提高。
2、用等离子处理玻璃纤维的装置，可稳定连续处理玻璃纤维。该装置主要有以下几部分组成：
(1)等离子体发生装置。它是在两个电极之间装置阻挡电介质层，当两电极上施加高压高频脉冲电源以后，阻挡介质层之间就产生了微通道放电，在极板之间产生等离子体。
(2)导带传送装置。为了降低玻纤在处理运行中所受到的牵拉张力，减少甚至杜绝生产过程中的断条现象，本设备采用了导带传送装置。
(3)预烘装置。为了减少等离子体能量对纤维岔湿的汽化损耗，玻璃纤维在进入等离子体处理以前应该预烘，尽可能的去掉水分。
(4)排风装置。内于高压放电台产生一定的臭氧，为了不使生产场所集聚过量的臭氧，因此本设备在封闭的处理箱体顶部装了排风装置。
本发明采用等离子处理玻纤直接活化玻纤，在玻纤表面产生活性中心，使玻纤直接和塑料基材反应，产生化学结合，完全避免了无机玻纤和有机塑料之间的界面结合问题，结合强度高；由于活性中心和各种材料都可以直接反应，又避免了浸渍剂种类需要和玻纤及塑料匹配问题。得到的增强塑料性能较普通增强塑料有明显提高。同时本发明将等离子体发生装置、导带传送装置与双螺杆挤出机组成连动生产线，实现了在线等离子处理玻璃纤维制备增强塑料的方法。
附图说明
图1是本发明的等离子处理玻璃纤维离子体发生装置结构示意图
图2是本发明未处理玻纤表面X光电子能谱仪XPS图
图3是本发明处理过的玻纤表面X光电子能谱仪XPS图
图4是本发明未处理过的玻纤表面电子显微镜SEM图
图5是本发明处理过的玻纤表面电子显微镜SEM图
图6是本发明工艺流程图
具体实施方式 如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示：
一种在线等离子处理玻璃纤维后直接制备增强塑料的方法，包含以下步骤：
1)、将玻璃纤维在95℃-110℃预烘10-120分钟；
2)、将预烘过的玻璃纤维在等离子体发生装置中进行处理，离子体在玻璃纤维表面滞留时间为2-10秒。
3)、在双螺杆挤出机挤出塑料，并在挤出机的玻纤导入口导入经过等离子处理的玻璃纤维，进行增强复合。
4)、将增强复合料进行牵引、水冷却、切粒、包装。
上述的等离子体发生装置(1)，它是在两个电极(11)、(12)之间装置阻挡电介质层(13)，在两电极上施加电压为1000-10000伏、脉冲频率为100-1000hz的高压、高频脉冲电流以后，阻挡介质层(13)之间产生微通道放电，在极板(11)、(12)之间产生等离子体。
在离子体发生装置(1)的前部设有导带传送装置(2)，顶部装配有排风装置(3)，排风装置(3)上设有排风扇(31)。
所述的导带传送装置(2)是由变速电机(21)轴端的传动链条(25)与主动轴(22)连接，传送带(24)头尾相连包在主动轴(22)、从动轴(23)上。
所述的等离子处理的玻璃纤维，可与塑料，按：
塑料∶离子处理的玻璃纤维＝1∶0.05-1.2
热融混合，制成增强塑料。
所述的塑料可以是聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、ABS树脂、聚四氟乙烯、聚酯、聚砜、聚苯撑氧化物、聚酰亚胺中的任何一种或两种及两种以上混合物。
所述的玻璃纤维可以是各种直径大小的无碱玻纤、中碱玻纤、有碱玻纤及其混合物。
玻纤的形态可以是缠绕成各种形状的长纤、长度不低于1mm的短纤、玻璃毡、各种形态的玻璃纤维织物及其混合物。
实施例1
将30公斤捆状无碱玻纤在烘箱内于100℃烘1小时，然后通过在线等离子处理装置1的处理腔，调整玻璃纤维牵引速度，使玻璃纤维在处理腔内胆停留时间在4～5秒，然后将玻璃纤维引入Φ60的双螺杆挤出机4，双螺杆挤出机4挤出已经干燥的中粘度PA6(特性粘数为0.26)，调整双螺杆转速和喂料速度，使产品中玻璃纤维含量(用燃烧称重法检测)为(30±2)％，即制得目标产品，其性能如表所述。
实施例2
将60公斤长度为5mm的中碱玻璃纤维在烘箱内于95℃烘90分钟，然后通过在线等离子处理装置1的处理腔，调整处理器导带滑动速度，使玻璃纤维在处理腔内胆停留时间在6～8秒，然后将玻璃纤维引入Φ68的双螺杆挤出机4，双螺杆挤出机4挤出聚丙烯，调整双螺杆转速和喂料速度，使产品中玻璃纤维含量(用燃烧称重法检测)为(30±2)％，即制得目标产品，其性能如下表所述。
| 比较指标 | 实施例1BWPA66-G130 | 实施例2BWPP-G130 | BWPP-G130A | BWPA66-G130 |
| 拉伸强度(g/10min) | 170.4 | 106.7 | 84.7 | 133.4 |
| 断裂伸长率(Mpa) | 5.6 | 16.8 | 16.8 | 4.4 |
| 弯曲强度(Mpa) | 239.8 | 135.6 | 108.2 | 184.2 |
| 弯曲模量(Mpa) | 9697.1 | 5284.5 | 4065.7 | 7460.9 |
| 悬臂梁冲击强度(KJ/m2) | 32.3 | 28.2 | 20.2 | 22.7 |
Claims (8)
1、一种在线等离子处理玻璃纤维后直接制备增强塑料的方法，包含以下步骤：
1)、将玻璃纤维在(95-110)℃预烘(10-120)分钟；
2)、将预烘过的玻璃纤维在等离子体发生装置中进行处理，离子体在玻璃纤维表面滞留时间为(2-10)秒。
3)、在双螺杆挤出机挤出塑料，并在挤出机的玻纤导入口导入经过等离子处理的玻璃纤维，进行增强复合。
4)、将增强复合料进行牵引、水冷却、切粒、包装。
2、权利要求1所述的等离子处理玻璃纤维离子体发生装置，其特征在于：所述的等离子体发生装置(1)，它是在两个电极(11)、(12)之间装置阻挡电介质层(13)，在两电极上施加电压为1000-100000伏、脉冲频率为100-1000hz的高压、高频脉冲电流以后，阻挡介质层(13)之间产生微通道放电，在极板(11)、(12)之间产生等离子体。
3、根据权利要求2所述的等离子处理玻璃纤维离子体发生装置，其特征在于：在离子体发生装置(1)的前部设有导带传送装置(2)，顶部装配有排风装置(3)，排风装置(3)上设有排风扇(31)。
4、根据权利要求2所述的等离子处理玻璃纤维离子体发生装置，所述的导带传送装置(2)是由变速电机(21)轴端的传动链条(25)与主动轴(22)连接，传送带(24)头尾相连包在主动轴(22)、从动轴(23)上。
5、权利要求1所述的等离子处理的玻璃纤维，其特征在于：可与塑料，按：塑料∶等离子处理的玻璃纤维＝1∶0.05-1.2热融混合，制成增强塑料。
6、根据权利要求5所述的塑料可以是聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、ABS树脂、聚四氟乙烯、聚酯、聚砜、聚苯撑氧化物、聚酰亚胺中的任何一种或两种及两种以上混合物。
7、根据权利要求5所述的玻璃纤维可以是各种直径大小的无碱玻纤、中碱玻纤、有碱玻纤及其混合物。
8、根据权利要求5所述玻纤的形态可以是缠绕成各种形状的长纤、长度不低于1mm的短纤、玻璃毡、各种形态的玻璃纤维织物及其混合物。
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