一种通过挤出连续制备聚丙烯同质复合材料的方法技术

本发明专利技术是涉及一种通过挤出连续制备聚丙烯同质复合材料的方法。该方法主要是将微型双螺杆挤出机挤出的聚丙烯熔体通过机头挤出，同时在机头的小聚四氟乙烯管中引入聚丙烯纤维，使其与聚丙烯熔体一同挤出，最后经过拉丝机辊压拉伸而定型，从而制得纤维增强的聚丙烯同质复合材料。本发明专利技术所制备的聚丙烯同质复合材料，其基体与增强体界面结合优异，不需要添加界面粘结剂；易于通过熔融加工回收再利用，符合可持续发展的环保需求；该工艺流程简易、操作方便、成本低廉，并且可连续大规模制备热塑性高分子基同质复合材料，拓宽高分子材料的加工和使用范围，具有一定的普适性，可适用于其它热塑性高分子材料。

A Method of Continuous Preparing Polypropylene Homogeneous Composites by Extrusion

The invention relates to a method for continuously preparing polypropylene homogeneous composite material by extrusion. In this method, the melt of polypropylene extruded by micro twin screw extruder is extruded through the die. At the same time, polypropylene fibers are introduced into the small PTFE pipe of the die to extrude with the melt of polypropylene. Finally, the polypropylene homogeneous composites reinforced by fibers are prepared by the roll stretching of the drawing machine. The polypropylene homogeneous composite prepared by the invention has excellent interface bonding between matrix and reinforcement, and does not need to add interface binder; it is easy to be recycled through melt processing, and meets the environmental protection requirements of sustainable development; the process is simple, easy to operate, low cost, and can continuously and large-scale prepare thermoplastic polymer matrix homogeneous composite materials, broadening polymer. The processing and application range of the material has certain universality and can be applied to other thermoplastic polymer materials.

【技术实现步骤摘要】
一种通过挤出连续制备聚丙烯同质复合材料的方法
本专利技术涉及塑料挤出制品加工
，特别涉及一种通过挤出连续制备聚丙烯同质复合材料的方法。
技术介绍
近年来，随着人们物质水平的日益提高，对于高分子材料的功能化、多样化、以及可循环利用等方面有了新的要求。因此，高分子材料加工技术也在不断地更新完善。传统的高分子基复合材料通常是由树脂基和异种材料增强相复合而成。这就给回收利用带来了很大的困难，不利于环境友好型社会的发展。如今，同质复合材料的提出，给材料的回收再循环利用带来了很大的便利，只需加热熔融即可成为生产原材料，具有很好的经济效益。目前，大多是通过热压和注塑的方法来制备热塑性高分子同质复合材料。张丽颖等在160℃时将1根或者2根等规聚丙烯(iPP)纤维放在到iPP基体上，通过热压制得iPP纤维/基体同质复合材料(张丽颖,徐亚虎,秦怡靖,etal.聚丙烯纤维自增强同质复合材料的力学性能[J].中国科技论文,2015.)。中国专利技术专利(CN105566744A)公开了一种聚丙烯自增强复合材料及其制备方法：将共挤出聚丙烯条带和/或所述聚丙烯织物放入模具中，再用聚丙烯进行注塑。但是由于这些成型方法加工成本高、加工设备要求高、加工过程复杂、加工条件要求苛刻，从而难以实现规模化的生产等原因，阻碍着材料的进一步发展。中国专利技术专利(CN107972343A)公开了聚丙烯复合材料和聚丙烯自增强复合材料及其制备方法，该方法是将片材增强体和基体材料经过流延机辊压不同厚度的复合材料。虽然该方法与之前的热压和注塑方法相比，实现了连续化的生产，但是出现了增强体与基体材料界面结合不好，导致力学性能提高程度不大，需进一步改善。中国专利技术专利(CN103358516A)公开了单聚合物复合材料制品熔融包覆辊压成型方法及设备，具体是将熔融状态基体冷却到过冷状态，将增强体牵引至基体中，通过挤出、辊压将二者复合继续牵引冷却得到单聚合物复合材料。虽然该方法也与之前的热压和注塑方法相比，实现了连续化的生产，但是由于增强体为一定厚度的织物结构，基体材料不能够均匀的浸渍在增强体材料内部，出现一定的应力集中点，因此需要进一步的完善。
技术实现思路
鉴于现有技术的以上缺点，本专利技术提出了一种通过挤出连续制备聚丙烯同质复合材料的新方法。本专利技术的聚丙烯同质复合材料，其基体与增强体为聚丙烯，并且增强体为纤维形态，制得复合材料界面结合优异，不需要添加界面粘结剂；该工艺流程简易、操作方便、成本低廉，并且可连续大规模制备热塑性高分子基同质复合材料，为同质复合材料的制备提供了新的技术方法。本专利技术是通过如下的手段实现的：一种通过挤出连续制备聚丙烯同质复合材料的方法，包括以下步骤：步骤1：将聚丙烯粒料置于烘箱中烘干，然后置于微型双螺杆挤出机中熔融，得聚丙烯熔体，聚丙烯熔体进入机头包裹聚丙烯纤维并一同挤出，得混合材料；步骤2：将步骤1所得的混合材料经过拉丝机压实和牵引，最后经过收集辊收集成卷，制得聚丙烯同质复合材料。进一步地，步骤1中，所述烘箱的温度为30～60℃，烘干时间为12～24h。进一步地，步骤1中，微型双螺杆挤出机的各区温度设定为以下参数，一区温度为140～160℃，二区温度为180～200℃，三区温度为170～180℃，机头温度为150～170℃；螺杆转速为20～40rpm。进一步地，步骤1中，微型双螺杆挤出机的各区温度设定为以下参数：一区温度为160℃，二区温度为185℃，三区温度为175℃，机头温度为154～170℃；螺杆转速为30rpm。进一步地，步骤2中拉丝机的转速为10rpm，辊压温度为150～160℃，气压为0.8MPa。进一步地，步骤2中制备的聚丙烯复合材料厚度为0.4mm。进一步地，所述微型双螺杆挤出机包括机身本体和机头，所述机头包括T形芯棒、芯棒套和机头体，所述芯棒包括水平设置的固定环和竖向设置的芯柱，芯柱从上至下依次为熔体进入段、环流槽和熔体挤出段，熔体进入段呈圆柱形，其表面开设有熔体槽，熔体挤出段逐渐变细呈圆台形，芯棒内设置有纤维通道，芯柱外套设有芯棒套，芯棒套的顶部与固定环固定连接，芯棒套内侧的上部与熔体进入段相贴合、下部与环流槽和熔体挤出段之间均形成间距，芯棒套的上部对应熔体槽处设置有连接管，芯棒套外套设有机头体，机头体的顶部开设有加热孔，可将加热棒插入加热孔对机头体进行加热，连接管穿过机头体与机身本体连接。进一步地，所述芯棒内设置有大聚四氟乙烯管，所述大聚四氟乙烯管内设置有小聚四氟乙烯管形成纤维通道，纤维从小聚四氟乙烯管的管口导入。此时纤维通道是可以上下调节的：小的聚四氟乙烯管与大的聚四氟乙烯管在外力作用下可以上下相对移动，调节小四氟乙烯管位置，即调节了出口处聚丙烯纤维与熔体的结合位置。进一步地，熔体槽包括水平熔体槽和竖向熔体槽，竖向熔体槽从上向下逐渐扩大，竖向熔体槽的槽体底部还开设有导流通道。进一步地，所述连接管的末端固定连接有圆盘状连接头，该连接头与机身本体的连接头相对应，两个连接头的外部设有固定夹，机头体上还设有热电偶导管，用来插入热电偶以检测机头温度。本专利技术在聚丙烯熔体中引入聚丙烯纤维，来提高聚丙烯的力学性能，实验证实其拉伸强度得到了明显的提高。本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术的聚丙烯同质复合材料都是由聚丙烯组成，其基体与增强体具有较好的界面浸润性，使得复合材料界面结合优异，不需要额外添加界面粘结剂。2.本专利技术的聚丙烯同质复合材料所使用的材料由于化学组成相同，通过熔融加工回收再利用，符合可持续发展的环保需求。3.本专利技术聚丙烯同质复合材料的成型工艺流程简易、操作方便、制造成本低，并且可连续大规模制备同质复合材料。4.本专利技术聚丙烯同质复合材料内部含有纤维，可显著提高片材的力学强度。5.本专利技术聚丙烯同质复合材料，为同质复合材料的制备提供了新的技术方法，拓宽高分子材料的加工和使用范围，对其它热塑性高分子材料制备同质复合材料提供了新思路。6.本专利技术的微型双螺杆挤出机的机头，属于直角式机头，特点是：(1)将挤出的高聚物熔体，在机头出口处与纤维进行包覆，靠拉丝机的牵引和压实，使纤维和聚合物熔体紧密的结合在一起；(2)挤出熔体出口与芯棒内的聚四氟乙烯管应保持较好的同轴度。并且，内部的聚四氟乙烯管，作为纤维通道是可以上下调节的，调节其在熔体出口处的位置，使熔体挤出机头后马上与纤维进行复合，从而实现连续包覆的目的；(3)其可适用于不同种类的高聚物。附图说明图1是本专利技术微型双螺杆挤出机的机头的结构示意图1。图2是本专利技术芯棒的结构示意图。图3是本专利技术微型双螺杆挤出机的机头的结构示意图2。图4是本专利技术固定夹的结构示意图1。图5是本专利技术固定夹的结构示意图2。图6是本专利技术聚丙烯纤维增强聚丙烯复合材料的结构示意图。图7是本专利技术聚丙烯纤维增强聚丙烯复合材料的光学显微镜放大实物图，70×、100×、150×、200×、300×和400×表示光学显微镜放大倍数。附图中标记，1-加热孔，2-熔体槽，21水平熔体槽，22竖向熔体槽，3-连接头，4-连接管，5-小聚四氟乙烯管，6-大聚四氟乙烯管，7-机头体，8-芯棒套，9-芯棒，91-固定环，92-芯柱，10-热电偶导管，11-固定夹，12-环流槽，13-导流通道，14-聚丙烯熔体，15-聚丙烯纤维，16-聚丙烯同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过挤出连续制备聚丙烯同质复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将聚丙烯粒料置于烘箱中烘干，然后置于微型双螺杆挤出机中熔融，得聚丙烯熔体，聚丙烯熔体进入机头包裹聚丙烯纤维后一同挤出，得混合材料；步骤2：将步骤1所得的混合材料经过拉丝机压实和牵引，最后经过收集辊收集成卷，制得聚丙烯同质复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种通过挤出连续制备聚丙烯同质复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将聚丙烯粒料置于烘箱中烘干，然后置于微型双螺杆挤出机中熔融，得聚丙烯熔体，聚丙烯熔体进入机头包裹聚丙烯纤维后一同挤出，得混合材料；步骤2：将步骤1所得的混合材料经过拉丝机压实和牵引，最后经过收集辊收集成卷，制得聚丙烯同质复合材料。2.根据权利要求1所述的一种通过挤出连续制备聚丙烯同质复合材料的方法，其特征在于，步骤1中，所述烘箱的温度为30～60℃，烘干时间为12～24h。3.根据权利要求1所述的一种通过挤出连续制备聚丙烯同质复合材料的方法，其特征在于，步骤1中，微型双螺杆挤出机的各区温度设定为以下参数，一区温度为140～160℃，二区温度为180～200℃，三区温度为170～180℃，机头温度为150～170℃；螺杆转速为20～40rpm。4.根据权利要求1所述的一种通过挤出连续制备聚丙烯同质复合材料的方法，其特征在于，步骤1中，微型双螺杆挤出机的各区温度设定为以下参数：一区温度为160℃，二区温度为185℃，三区温度为175℃，机头温度为154～170℃；螺杆转速为30rpm。5.根据权利要求1所述的一种通过挤出连续制备聚丙烯同质复合材料的方法，其特征在于，步骤2中拉丝机的转速为10rpm，辊压温度为150～160℃，气压为0.8MPa。6.根据权利要求5所述的一种通过挤出连续制备聚丙烯同质复合材料的方法，其特征在于，步骤2中制备的聚丙烯同质复合材料厚度为0.4mm。7.根据权利要求1所述的一种通过挤出连续制备聚丙烯同质复合材料的方法，其特征在于，所述微型双螺杆挤出机包括机身本...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑国强，赵伟，纪又新，韩文娟，代坤，刘春太，孙晓丽，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41