專利名稱：復合原位成纖增強聚合物材料及其制備方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及材料科學領域，尤其是一種高分子材料及其制備方法及裝置。
背景技術：
通常尼龍纖維增強聚合物是直接在聚合物熔體中加入聚合物纖維或纖維布。此方法，獲得的纖維增強聚合物材料中尼龍纖維難以分散均一。近年，有很多對于原位成纖增強聚合物材料的研究，將其應用于板材、管材、汽車零部件等領域。但是加工的方法和工藝都比較復雜，或所用的擠出模具流道較長，造成容易降解的成纖相容易發生降解，纖維相與影響了產品的性能，且難于實現連續生產。
發明內容
本發明的目的是提供一種復合原位成纖增強聚合物材料及其制備方法及裝置，它能很好的改善了成纖相與基體相的相容性，使得成纖相能夠更好的增強基體材料，有效提高原位成纖增強聚合物材料的拉伸性能和機械性能，并且加工方法簡單，產品性能可控且穩定，易于工業化生產，以克服現有技術的不足。本發明是這樣實現的復合原位成纖增強聚合物材料，按重量份數計算，包括基體70 90份，成纖相5 25份，相容劑I 9份以及抗氧劑；抗氧劑為上述組分總重量的
0.1% 0. 5%。 所述的基體為高密度聚乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯，乙烯_辛烯共聚物。所述的成纖相為尼龍6、尼龍66、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯和對苯二甲酸丁二醇酯中的一種或幾種的任意組合。所述的相容劑為聚乙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯、馬來酸酐接枝聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物接枝馬來酸酐、聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯、聚丙烯接枝馬來酸酐、馬來酸酐接枝乙烯辛烯共聚物、SBS-馬來酸酐接枝共聚物或苯乙烯-順丁烯二酸酐共聚物中的一種或幾種的任意組合。所述抗氧劑為抗氧劑1010、抗氧劑1098、抗氧劑1076、抗氧劑168、抗氧劑B215、抗氧劑B225、抗氧劑2246、抗氧劑330中一種或兩種的組合。復合原位成纖增強聚合物材料的制備方法，按上述的重量份數，將基體，成纖相，相容劑及助劑混合均勻，獲得混合料；將混合料加入雙螺桿擠出機中進行擠出、造粒，獲得預混料；將預混料經聚合物微納層疊共擠裝置擠出，獲得的原位成纖增強聚合物材料。在將預混料經聚合物微納層疊共擠裝置擠出前，先將預混料在10(TC溫度下干燥6 8h。干燥是為了防止其中的成纖相吸水，而影響后續的基礎效果，干燥時間不宜過長，否則預混料會氧化發黃。微納層疊共擠裝置，包括四層分配器，在四層分配器的兩側分別連接有左側單螺桿擠出機及右側單螺桿擠出機，在四層分配器的出口上連接有四層倍增器，在四層倍增器的出口上連接有三層分配器，在三層分配器的出口上設有口模，口模的下方設有牽引輥。在原位成纖過程中，通過增加倍增器個數，提高了成纖相從圓球狀向纖維狀或棒狀轉變。左側單螺桿擠出機及右側單螺桿擠出機與四層分配器之間設有熔體泵。熔體泵的作用是增加熔體流動穩定性，使薄膜層結構更穩定。與現有技術相比，本發明采用先將基體、成纖相與相容劑進行預共混，再通過微納層疊擠出裝置進行擠出，從而獲得原位成纖增強聚合物材料的方式，原位成纖增強聚合物材料的各組分在預共混和微納層疊擠出過程中的相互作用，并借助聚合物微納層疊共擠裝置流道內的剪切作用和擠出后的進一步拉伸，使成纖相形成微纖均一狀分布，這樣的方式能使得獲得的原位成纖增強聚合物材料的成纖相相與基體相容性更好，且纖維尺寸可控，具有良好的拉伸強度、彎曲模量和沖擊強度。在單螺桿擠出機與四層分配器之間設有熔體泵，熔體泵可以增加熔體流動穩定性有利于產品性能的穩定，且由于采用了四層倍增器，相比現有的聚合物微納層疊裝置采用的2層倍增器流道更短，可有效避免因流道過長造成成纖相降解。其中，相容劑與基體及成纖相的相互作用，很好的改善了分散相成纖相與基體相的相容性，減小了兩相界面間的界面張力；且在擠出過程中的高速剪切作用下，成纖相在基體中作為分散相尺寸減小，使得成纖相纖維的直徑更均一，分不更均勻，能夠更好的增強基體材料，原位成纖增強聚合物材料獲得更好的機械性能。本發明工藝簡單，操作方便，效益高，適合于進行工業生產。
附圖1為本發明的聚合物微納層疊共擠裝置的結構示意 附圖2為本發明的產品的制備原理 附圖3為本發明的工作流程框 附圖4為本發明實施例1的產品斷面SEM照片 附圖5為本發明實施實例2的產品斷面SEM照片。
具體實施例方式本發明的實施例1 :復合PA原位成纖增強聚合物材料，按重量份數計算，包括80份高密度聚乙烯，20份尼龍6，5份聚乙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯以及上述組分總重量的0. 3%的抗氧劑；抗氧劑為抗氧劑1010。復合原位成纖增強聚合物材料的制備方法，按上述的重量份數，將高密度聚乙烯，尼龍，聚乙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯及抗氧劑1010混合均勻，獲得混合料；將混合料加入雙螺桿擠出機中進行擠出、造粒，獲得預混料；將預混料在80°c溫度下干燥6 8h ;將干燥后的預混料經聚合物微納層疊共擠裝置擠出，獲得HDPE/PA原位成纖增強聚合物材料。聚合物微納層疊共擠裝置的結構如圖1所示，包括四層分配器4，在四層分配器4的兩側分別連接有左側單螺桿擠出機I及右側單螺桿擠出機2，在四層分配器4的出口上連接有四層倍增器5，在四層倍增器5的出口上連接有三層分配器6，在三層分配器6的出口上設有口模7 ; 口模7的下方設有三個牽引輥8，左側單螺桿擠出機I及右側單螺桿擠出機2與四層分配器4之間設有熔體泵3。
本發明的實施例2 :復合PET原位成纖增強聚合物材料，按重量份數計算，包括90份聚乙烯，10份聚對苯二甲酸乙二醇酯，I份聚乙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯，2份聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯以及上述組分總重量的0. 2%的抗氧劑；抗氧劑由等量抗氧劑1098及抗氧劑1076組成。制備方法及采用的裝置同實施例1。本發明的實施例3 :復合PC原位成纖增強聚合物材料，按重量份數計算，包括90份聚丙烯，10份聚碳酸酯，4份聚丙烯接枝馬來酸酐，2份聚丙烯纖維接枝苯乙烯以及上述組分總重量的0. 5%的抗氧劑；抗氧劑為抗氧劑B225。制備方法及采用的裝置同實施例1。為了驗證本發明的效果，將上述實施例所制備獲得的產品進行力學性能測試；拉伸強度、彎曲模量、沖擊強度按照國家標準GB/T 1040. 2-2006、GB/T 1843-2008進行測試，其中普通共混物及實施例1至實施例3的測試結果如下表所示
權利要求
1.一種復合原位成纖增強聚合物材料，其特征在于按重量份數計算，包括基體70 90份，成纖相10 25份，相容劑I 9份以及抗氧劑；抗氧劑為上述組分總重量的0. 1% 0.5%。
2.根據權利要求1所述的復合原位成纖增強聚合物材料，其特征在于所述的基體為聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-辛烯共聚物。
3.根據權利要求1所述的復合原位成纖增強聚合物材料，其特征在于所述的成纖相為尼龍6、尼龍66、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯和對苯二甲酸丁二醇酯中的一種或幾種的任意組合。
4.根據權利要求1所述的復合原位成纖增強聚合物材料，其特征在于所述的相容劑為聚乙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯、馬來酸酐接枝聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物接枝馬來酸酐、聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯、聚丙烯接枝馬來酸酐、馬來酸酐接枝乙烯辛烯共聚物、SBS-馬來酸酐接枝共聚物或苯乙烯-順丁烯二酸酐共聚物中的一種或幾種的任意組合o
5.根據權利要求1所述的復合原位成纖增強聚合物材料，其特征在于所述抗氧劑為抗氧劑1010、抗氧劑1098、抗氧劑1076、抗氧劑168、抗氧劑B215、抗氧劑B225、抗氧劑2246、抗氧劑330中一種或兩種的組合。
6.一種如權利要求1所述的復合原位成纖增強聚合物材料的制備方法，其特征在于按上述的重量份數，將基體，成纖相，相容劑及助劑混合均勻，獲得混合料；將混合料加入雙螺桿擠出機中進行擠出、造粒，獲得預混料；將預混料經聚合物微納層疊共擠裝置擠出，獲得原位成纖增強聚合物材料。
7.根據權利要求5所述的復合原位成纖增強聚合物材料的制備方法，其特征在于在將預混料經聚合物微納層疊共擠裝置擠出前，先將預混料在100°c溫度下干燥6 8h。
8.一種微納層疊共擠裝置，包括四層分配器(4)，其特征在于在四層分配器(4)的兩側分別連接有左側單螺桿擠出機(1)及右側單螺桿擠出機(2)，在四層分配器(4)的出口上連接有四層倍增器(5)，在四層倍增器(5)的出口上連接有三層分配器(6)，在三層分配器(6)的出口上設有口模(7)，口模(7)的下方設有牽引輥(8)。
9.根據權利要求8所述的微納層疊共擠裝置，其特征在于左側單螺桿擠出機(I)及右側單螺桿擠出機(2)與四層分配器(4)之間設有熔體泵(3)。
全文摘要
本發明公開了一種復合原位成纖增強聚合物材料，按重量份數計算，包括基體70～90份，成纖相5～25份，相容劑1～9份以及助劑0.1～0.5%份。本發明很好的改善了分散相成纖相與基體相的相容性，減小了兩相界面間的界面張力；且在擠出過程中的高速剪切作用下，成纖相在基體中分散更均一，使得成纖相纖維的纖維尺寸更均一，纖維分布更均勻，能夠更好的增強基體材料，原位成纖增強聚合物材料獲得更好的拉伸性能和機械性能。
文檔編號B29B9/06GK103059387SQ20131003819
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月31日 優先權日2013年1月31日
發明者韋良強, 秦舒浩, 孫靜, 徐國敏, 黃安榮, 馬艷紅, 于杰 申請人:貴州省復合改性聚合物材料工程技術研究中心