本发明专利技术涉及高分子材料领域，具体涉及一种石墨烯改性聚乙烯高强度复合薄型制品的挤出成型方法。该挤出成型方法中挤出机的导流段为圆锥形或半单叶双曲面形，挤出机的口模为扁平长方形口模，口模高度为1-50mm，口模宽度为100-5000mm，宽度与高度的比值为20-1000，物料通过口模的温度为160-260℃、通过速度为5-80m/min，物料通过口模后的冷却速度为2-40℃/min。该方法可以对聚乙烯进行有效增强，并同时尽可能发挥了石墨烯的增强效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高分子材料领域，具体涉及一种石墨烯改性聚乙烯高强度复合薄型制品的挤出成型方法。
技术介绍
聚乙烯是五大通用塑料之一，具有无毒价廉、质轻、优异的耐湿性、良好的化学稳定性和易成型加工等特点，在注塑板材、片层材料、薄膜制品等领域有非常广泛的用途，被广泛应用于食品、汽车、化工等领域。但聚乙烯薄型制品由于力学强度不够高，特别是冲击强度不够，严重限制了其在更大范围的应用。石墨烯作为一种新型的二维碳纳米材料，单层仅有一个原子尺寸厚。理论研究表明，石墨烯具有优异的力学性能，是目前世界上已知的最强的材料，其极限强度达到130 Gpa，杨氏模量高达1 TPa，石墨烯的理论比表面积可达2630 m2/g。另外石墨烯是一种超轻材料，通过理论计算出的石墨烯的面密度为0.77 mg/m2。这些独特的性质使得石墨烯可以作为一种新型的纳米增强填料，通过制备石墨烯改性的聚乙烯复合纳米材料来提高聚乙烯薄型制品的力学性能。现有聚乙烯薄型制品的力学性能不高，特别是高密度聚乙烯制品冲击强度低。在聚合物加工过程中，剪切场或拉伸场的存在会对聚合物的分子链取向和结晶产生重要影响，从而影响材料的宏观力学性能。如在挤出成型过程中熔融的物料通过狭窄的口模时会产生很强的挤出应力，这会导致聚合物分子链产生高度取向。但是由于在制品的冷却过程中存在聚合物分子链的松弛现象，会导致高度取向的聚合物分子链解取向从而得到各向同性的聚合物制品。而如果加入层状的纳米或微米填料制备聚合物纳米复合材料，各向异性的层状纳米材料在流动场下会产生取向，而取向的纳米材料由于空间限制作用会抑制聚合物分子链的解取向运动，将加工过程中产生的取向结构保存在聚合物制品中。如果将加工过程中产生的聚乙烯分子链取向与其在石墨烯表面的附生结晶结合起来，就能使石墨烯与聚乙烯之间通过非共价结合的方式增强聚乙烯基体与石墨烯之间的界面粘合力，这可以有效提高石墨烯与聚乙烯基体间的载荷转移效率，从而达到增强聚乙烯基体宏观力学性质的效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有聚乙烯薄型制品力学性能不足的问题，提供了一种石墨烯改性聚乙烯高强度复合薄型制品的挤出成型方法。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案： 一种石墨烯改性聚乙烯高强度复合薄型制品的挤出成型方法，具体包括以下步骤：（1）首先，将聚乙烯和石墨烯分别采用计量加料的方式加入到双螺杆挤出机中，并在挤出机中混合均匀并进行共混；然后将共混好的共混物挤出造粒得到石墨烯改性聚乙烯共混颗粒；（2）将步骤（1）得到的石墨烯改性聚乙烯共混颗粒加入到薄型制品挤出机中挤出成型得到石墨烯改性聚乙烯纳米复合材料制品；其中：挤出机的进料段温度为120-170℃，压缩段温度为170-250℃，均化段温度为170-250℃，挤出机的导流段为圆锥形或半单叶双曲面形，挤出机的口模为扁平长方形口模，口模高度为1-50mm，口模宽度为100-3000mm，宽度与高度的比值为20-1000，物料通过口模的温度为160-260℃、通过速度为5-80m/min，物料通过口模后的冷却速度为2-40℃/min。作为优选，所述的聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯。作为优选，所述石墨烯为具有单层或多层结构的石墨烯，其直径为0.5-20μm，厚度为0.5-10nm，比表面积为20-800m2/g。作为优选，步骤（1）中每千克聚乙烯中加入0.1-50克的石墨烯。作为优选，步骤（1）的混合过程中，所述的加工温度为150-250℃。作为优选，步骤（1）的混合过程中，所述的加工时间为0.5-10分钟。作为优选，所述口模高度为1-30mm，口模宽度为100-1000mm，宽度与高度的比值为50-500，物料通过口模的温度为160-200℃、通过速度为10-30m/min，物料通过口模后的冷却速度为2-10℃/min。作为优选，所述口模高度为1-20mm，口模宽度为100-500mm，宽度与高度的比值为50-100，物料通过口模的温度为170-200℃、通过速度为10-15m/min，物料通过口模后的冷却速度为4-8℃/min。作为优选，步骤（1）中每千克聚乙烯中加入0.5-30克的石墨烯。本专利技术的高强度聚乙烯/石墨烯复合薄型制品，高强度是指拉伸应力大于20MPa、拉伸模量大于800Mpa、冲击强度大于50KJ/m2的制品；薄型制品既包括薄膜，也包括片材和其它宽度与高度的比值为20以上的制品，制品宽度与高度的比值通常没有上限，但因为制品的尺寸稳定性，以1000以下为宜。本专利技术所用的聚乙烯包括高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯中的一种或几种，优选高密度聚乙烯，高密度聚乙烯支链少，更容易在石墨烯表面附生结晶，使聚乙烯和石墨烯之间的界面结合力更强，因此优选。本专利技术所用的石墨烯通常为具有单层或多层结构的石墨烯，其直径为0.5-20μm，厚度为0.5-10nm，比表面积为20m2/g-800m2/g，优选单层石墨烯，单层石墨烯比表面积更大，制品的力学性能增强更明显，因此优选。本专利技术中所述的聚乙烯/石墨烯复合材料，其含量为每千克聚乙烯中加入0.1-50克的石墨烯，优选为0.5-30克，更优选为1-20克，石墨烯含量过低时，起到的增强效果有限，石墨烯含量过高时，石墨烯容易聚集，复合材料加工工艺要求更高，因此优选上述范围。本专利技术中聚乙烯/石墨烯复合材料也可以加入适当的助剂，所用的其它助剂并无特别限定，可以列举为抗氧剂、热稳定剂、抗菌剂、阻燃剂、着色剂、抗静电剂、润滑剂、增滑剂、辐射稳定剂等；本专利技术中所述助剂的含量为每千克聚乙烯中加入0.1-10克助剂，优选0.5-5克，在此范围内，助剂能起到应有的作用，而且不会影响制品的力学性能，因此优选。本专利技术中聚乙烯和石墨烯混合过程分别采用计量加料，计量加料的方式并无特别限定，包括体积计量的方式和质量计量的方式，也可以是人工计量后再加入混合的方式；本专利技术中混合过程所用的挤出机为双螺杆挤出机，可以列举为平行异向双螺杆挤出机、平行同向双螺杆挤出机、锥形双螺杆挤出机等，优选平行同向双螺杆挤出机，平行同向双螺杆挤出机混合效果好，没有分离力导致的压延效应，因此优选；本专利技术中混合过程的时间为0.5-10分钟。本专利技术中共混颗粒的挤出成型的挤出机没有特别限定，可以列举为平行同向双螺杆挤出机、平行异向双螺杆挤出机、锥形双螺杆挤出机、单螺杆挤出机等，优选单螺杆挤出机，单螺杆挤出机设备简单、投资少、剪切小、功率小，挤出制品成本更低；本专利技术中挤出成型中的导流段为圆锥形或半双曲面形，物料熔体流经圆锥形和半双曲面形导流段阻力小，成型好；本专利技术中的挤出机口模为扁平长方形口模，口模高度为1-50mm，口模宽度为100-3000mm，宽度与高度的比值为20-1000，优选50-1000，扁平长方形口模能使石墨烯取向程度高、促进聚乙烯分子链的取向，制品宽度与高度的比值大，石墨烯取向程度高、聚乙烯分子链取向程度高、聚乙烯附生结晶好，复合材料制品力本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种石墨烯改性聚乙烯高强度复合薄型制品的挤出成型方法，其特征在于，具体包括以下步骤：（1）首先，将聚乙烯和石墨烯分别采用计量加料的方式加入到双螺杆挤出机中，并在挤出机中混合均匀并进行共混；然后将共混好的共混物挤出造粒得到石墨烯改性聚乙烯共混颗粒；（2）将步骤（1）得到的石墨烯改性聚乙烯共混颗粒加入到薄型制品挤出机中挤出成型得到石墨烯改性聚乙烯高强度复合薄型制品；其中：挤出机的进料段温度为120‑170℃，压缩段温度为170‑250℃，均化段温度为170‑250℃，挤出机的导流段为圆锥形或半单叶双曲面形，挤出机的口模为扁平长方形口模，口模高度为1‑50mm，口模宽度为100‑3000mm，宽度与高度的比值为20‑1000，物料通过口模的温度为160‑260℃、通过速度为5‑80m/min，物料通过口模后的冷却速度为2‑40℃/min。
【技术特征摘要】
1.一种石墨烯改性聚乙烯高强度复合薄型制品的挤出成型方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）首先，将聚乙烯和石墨烯分别采用计量加料的方式加入到双螺杆挤出机中，并在挤出机中混合均匀并进行共混；然后将共混好的共混物挤出造粒得到石墨烯改性聚乙烯共混颗粒；
（2）将步骤（1）得到的石墨烯改性聚乙烯共混颗粒加入到薄型制品挤出机中挤出成型得到石墨烯改性聚乙烯高强度复合薄型制品；其中：挤出机的进料段温度为120-170℃，压缩段温度为170-250℃，均化段温度为170-250℃，挤出机的导流段为圆锥形或半单叶双曲面形，挤出机的口模为扁平长方形口模，口模高度为1-50mm，口模宽度为100-3000mm，宽度与高度的比值为20-1000，物料通过口模的温度为160-260℃、通过速度为5-80m/min，物料通过口模后的冷却速度为2-40℃/min。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性聚乙烯高强度复合薄型制品的挤出成型方法，其特征在于，所述的聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性聚乙烯高强度复合薄型制品的挤出成型方法，其特征在于，所述石墨烯为具有单层或多层结构的石墨烯，其直径为0.5-20μm，厚度为0.5-10nm，比表面积为20-800m2/g。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性...
【专利技术属性】
技术研发人员：王宗宝，许浩骏，吕游，王兵杰，张利，安敏芳，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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