專利名稱：生產(chǎn)單聚合物復(fù)合材料制品的準(zhǔn)熔融靜態(tài)混合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)單聚合物復(fù)合材料制品的準(zhǔn)熔融靜態(tài)混合工藝，屬于聚 合物復(fù)合材料成型加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
聚合物復(fù)合材料通常是由聚合物基體、增強(qiáng)體(如纖維)等組成的多相固體材料， 基體與增強(qiáng)體之間存在界面，界面性能對(duì)復(fù)合材料的性能起著重要的作用?；w和增強(qiáng)體 的粘接性能直接影響著界面性能，界面性能又影響應(yīng)力傳遞，這種影響貫穿基體與增強(qiáng)體 的細(xì)觀狀態(tài)和宏觀力學(xué)性質(zhì)。由于增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料的基體本身缺乏可反應(yīng)的活 性官能團(tuán)，很難與增強(qiáng)體發(fā)生良好的化學(xué)鍵結(jié)合，因此界面問題一直制約著其發(fā)展。如何獲 得堅(jiān)固、穩(wěn)定的界面是聚合物復(fù)合材料的經(jīng)典問題。此外，復(fù)合材料大量使用導(dǎo)致了復(fù)合材 料廢棄物的增加。隨著自然資源的日益枯竭和環(huán)境的嚴(yán)重污染，全球能源回收和再利用意 識(shí)不斷提高，材料設(shè)計(jì)必須考慮聚合物回收再利用。在設(shè)計(jì)可回收材料時(shí)，基本原則是在體 系中選擇盡可能少的組分。一般的復(fù)合材料往往由兩種或兩種以上不同組分組成，這嚴(yán)重 限制了聚合物復(fù)合材料的回收再利用。研究界面性能良好且易回收的復(fù)合材料受到了關(guān) 注，1975年，N. J. Capiati等人首次制備了聚乙烯纖維增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合材料，即基體和增強(qiáng) 體為同種聚合物的復(fù)合材料，稱為單聚合物復(fù)合材料。單聚合物復(fù)合材料基體與增強(qiáng)體之 間具有較好的界面粘結(jié)性能和優(yōu)越的回收再利用性能，單聚合物復(fù)合材料的制備研究將得 到快速的發(fā)展。目前，制備單聚合物復(fù)合材料的方法有熱壓纖維法、溶液浸漬法、熱層壓法、纖維 纏繞熱壓法等。雖然單聚合物復(fù)合材料制備的研究已涉及到聚烴類、聚酯類等多種復(fù)合材 料，但尚停留在實(shí)驗(yàn)室階段；目前單聚合物復(fù)合材料的加工方法主要是熱壓法，基體與增強(qiáng) 體的結(jié)合主要通過加壓實(shí)現(xiàn)，單聚合物復(fù)合材料的制備過程一般要求嚴(yán)格控制加工溫度， 限制了生產(chǎn)大尺寸單聚合物復(fù)合材料制品的發(fā)展，同常規(guī)的聚合物成型加工方法還具有很 大差距，還未實(shí)現(xiàn)連續(xù)化批量生產(chǎn)。擠出和注塑成型是聚合物材料加工規(guī)模化生產(chǎn)的最主 要的加工工藝方法，但是對(duì)于單聚合物復(fù)合材料的擠出和注塑成型加工，國內(nèi)外還鮮有報(bào) 道。如果實(shí)現(xiàn)單聚合物復(fù)合材料的連續(xù)生產(chǎn)，可大范圍的發(fā)揮單聚合物復(fù)合材料良好的界 面粘結(jié)性能和優(yōu)越的回收再利用性能，單聚合物復(fù)合材料可廣泛應(yīng)用航空航天、船舶、汽 車、通信電子、建材、醫(yī)療器械和健身器材等領(lǐng)域，取代木材金屬合金和玻纖復(fù)合材料，推動(dòng) 我國新材料技術(shù)和加工行業(yè)的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)目前單聚合物復(fù)合材料制備方法有限和不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)的問題，提 出一種生產(chǎn)單聚合物復(fù)合材料制品的準(zhǔn)熔融靜態(tài)混合方法，使單聚合物復(fù)合材料制品得到 規(guī)?；a(chǎn)，進(jìn)而大范圍的發(fā)揮單聚合物復(fù)合材料的良好的界面粘結(jié)性能和優(yōu)越的回收再 利用性能。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。該生產(chǎn)單聚合物復(fù)合材料制品的準(zhǔn)熔融靜態(tài)混合方法基體材料通過常規(guī)的聚合 物加工設(shè)備熔融塑化，基體材料保持熔融狀態(tài)，在壓力作用下經(jīng)過絕熱板和分流板進(jìn)入主 體，在絕熱板、分流板、主體和快速冷卻裝置作用下，基體材料由熔融狀態(tài)快速冷卻至準(zhǔn)熔 融狀態(tài)；纖維增強(qiáng)體材料通過纖維加料裝置進(jìn)入主體中，在壓力作用下同準(zhǔn)熔融狀態(tài)的基 體材料一起進(jìn)入靜態(tài)混合裝置，通過溫控裝置保持靜態(tài)混合裝置的溫度在基體材料熔融溫 度以下，在靜態(tài)混合元件的作用下基體材料和纖維增強(qiáng)體材料混合均勻，最后繼續(xù)在壓力 作用下擠出設(shè)備成型制品。上述的快速冷卻裝置采用水冷和電加熱組合控溫的方式。上述的纖維加料裝置采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)加料，控制加料量。上述的靜態(tài)混合裝置主要由筒體和靜態(tài)混合元件組成。本發(fā)明的有益效果單聚合物復(fù)合材料具有基體與增強(qiáng)體界面粘結(jié)性好和易于回收再利用的優(yōu)勢(shì)，本 發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)單聚合物復(fù)合材料的基體由熔融狀態(tài)快速冷卻至準(zhǔn)熔融狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)單聚合物 復(fù)合材料的基體與常溫狀態(tài)下的增強(qiáng)體的混合，可用于單聚合物復(fù)合材料制品的連續(xù)生產(chǎn) 加工中，本發(fā)明采用靜態(tài)混合元件，可以在無需動(dòng)力情況下使基體和增強(qiáng)體混合均勻。


圖1是本發(fā)明所用裝置的實(shí)施例示意圖。其中，1.連接器，2.絕熱板，3.分流板，4.快速冷卻裝置，5.主體，6.纖維加料裝 置，7.控溫裝置，8.筒體，9.靜態(tài)混合元件，10.機(jī)頭。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)現(xiàn)該方法所用的準(zhǔn)熔融靜態(tài)混合設(shè)備，包括絕熱板2、分流板3、主體5、快速冷 卻裝置4、靜態(tài)混合裝置、控溫裝置7和纖維加料裝置6。絕熱板2和分流板3設(shè)置在主體5 的一端，快速冷卻裝置4設(shè)置在主體5外圍，主體5 —端同靜態(tài)混合裝置連接，纖維加料裝 置6設(shè)置在主體5與靜態(tài)混合裝置之間，控溫裝置7設(shè)置在靜態(tài)混合裝置外圍。本實(shí)施例 的設(shè)備整體可設(shè)置在常規(guī)擠出成型設(shè)備中使用，設(shè)備的一端通過連接器1同擠出機(jī)的機(jī)筒 連接，設(shè)備另一端連接擠出機(jī)的機(jī)頭10，擠出機(jī)的螺桿與機(jī)筒用于基體材料的熔融塑化。實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)熔融條件的關(guān)鍵是快速冷卻熔融的基體材料，設(shè)備的絕熱板2、分流板3、 主體5和快速冷卻裝置4用于控制基體材料由熔融狀態(tài)快速冷卻至準(zhǔn)熔融狀態(tài)，從而抑制 基體材料從熔融溫度轉(zhuǎn)變到準(zhǔn)熔融溫度過程中發(fā)生結(jié)晶而固化。快速冷卻裝置采用水冷和 電加熱的控溫方式。纖維加料裝置6用于纖維增強(qiáng)體材料的添加，本實(shí)施例采用電機(jī)驅(qū)動(dòng) 完成自動(dòng)加料。靜態(tài)混合裝置主要由筒體8和靜態(tài)混合元件9組成，用于基體材料與纖維 增強(qiáng)體材料的混合，其優(yōu)勢(shì)是能夠在無需動(dòng)力的情況下利用固定在筒體8內(nèi)的靜態(tài)混合元 件9改變流體在筒體內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)，達(dá)到不同流體之間良好的分散和充分混合目的?？販?裝置7用于控制靜態(tài)混合裝置的溫度保持基體材料的熔融溫度以下，采用水冷和電加熱組 合控溫的方式。
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本實(shí)施例的工藝過程如下基體材料和纖維增強(qiáng)體材料為同種聚合物材料；基體 材料通過常規(guī)的擠出成型設(shè)備熔融塑化，基體材料保持熔融狀態(tài)，在壓力作用下經(jīng)過絕熱 板2和分流板3進(jìn)入主體5，在絕熱板2、分流板3、主體5和快速冷卻裝置4作用下，基體材 料由熔融狀態(tài)快速冷卻至準(zhǔn)熔融狀態(tài)；纖維增強(qiáng)體材料通過纖維加料裝置6進(jìn)入主體5中， 在壓力作用下同準(zhǔn)熔融狀態(tài)的基體材料一起進(jìn)入靜態(tài)混合裝置，通過溫控裝置7保持靜態(tài) 混合裝置的溫度在基體材料熔融溫度以下，在靜態(tài)混合元件9的作用下基體材料和纖維增 強(qiáng)體材料混合均勻，最后繼續(xù)在壓力作用下通過機(jī)頭10成型制品。本實(shí)施例的機(jī)頭10可 成型厚4mm寬20mm的板狀制品。
權(quán)利要求
1.生產(chǎn)單聚合物復(fù)合材料制品的準(zhǔn)熔融靜態(tài)混合方法其特征在于，基體材料通過常 規(guī)的聚合物加工設(shè)備熔融塑化，基體材料保持熔融狀態(tài)，在壓力作用下經(jīng)過絕熱板和分流 板進(jìn)入主體，在絕熱板、分流板、主體和快速冷卻裝置作用下，基體材料由熔融狀態(tài)快速冷 卻至準(zhǔn)熔融狀態(tài)；纖維增強(qiáng)體材料通過纖維加料裝置進(jìn)入主體中，在壓力作用下同準(zhǔn)熔融 狀態(tài)的基體材料一起進(jìn)入靜態(tài)混合裝置，通過溫控裝置保持靜態(tài)混合裝置的溫度在基體材 料熔融溫度以下，在靜態(tài)混合元件的作用下基體材料和纖維增強(qiáng)體材料混合均勻，最后繼 續(xù)在壓力作用下擠出設(shè)備成型制品。
2.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)單聚合物復(fù)合材料制品的準(zhǔn)熔融靜態(tài)混合方法其特征在 于，上述的快速冷卻裝置采用水冷和電加熱組合控溫的方式。
3.如權(quán)利要求1或2所述的生產(chǎn)單聚合物復(fù)合材料制品的準(zhǔn)熔融靜態(tài)混合方法上述 的纖維加料裝置采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)加料，控制加料量。
4.如權(quán)利要求1或2所述的生產(chǎn)單聚合物復(fù)合材料制品的準(zhǔn)熔融靜態(tài)混合方法上述 的靜態(tài)混合裝置主要由筒體和靜態(tài)混合元件組成。
全文摘要
本發(fā)明為生產(chǎn)單聚合物復(fù)合材料制品的準(zhǔn)熔融靜態(tài)混合方法，屬于聚合物復(fù)合材料成型加工領(lǐng)域?；w材料通過常規(guī)的聚合物加工設(shè)備熔融塑化，基體材料保持熔融狀態(tài)，在壓力作用下經(jīng)過絕熱板和分流板進(jìn)入主體，在絕熱板、分流板、主體和快速冷卻裝置作用下，基體材料由熔融狀態(tài)快速冷卻至準(zhǔn)熔融狀態(tài)；纖維增強(qiáng)體材料通過纖維加料裝置進(jìn)入主體中，在壓力作用下同準(zhǔn)熔融狀態(tài)的基體材料一起進(jìn)入靜態(tài)混合裝置，通過溫控裝置保持靜態(tài)混合裝置的溫度在基體材料熔融溫度以下，在靜態(tài)混合元件的作用下基體材料和纖維增強(qiáng)體材料混合均勻，最后繼續(xù)在壓力作用下擠出設(shè)備成型制品。本發(fā)明大范圍發(fā)揮單聚合物復(fù)合材料的良好的界面粘結(jié)性能和優(yōu)越的回收再利用性能。
文檔編號(hào)B29B7/90GK102145514SQ20111006760
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2011年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月20日
發(fā)明者代攀, 彭炯, 王建, 陳晉南 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)