一种连续纤维布/UHMWPE复合材料及其双层共挤成型工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种连续纤维布/UHMWPE复合材料及其双层共挤成型工艺，该工艺包括以下步骤：将超高分子量聚乙烯基体材料通过单螺杆挤出机挤出，在螺杆挤出机进料段，将超高分子量聚乙烯材料加热到熔融温度以上，然后熔体被输送进入模具成型段，在模具成型段内经过熔压

【技术实现步骤摘要】
一种连续纤维布/UHMWPE复合材料及其双层共挤成型工艺


[0001]本专利技术涉及聚合物加工成型领域，具体涉及一种连续纤维布/UHMWPE复合材料及其双层共挤成型工艺。

技术介绍

[0002]超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是粘均分子量大于150万的聚乙烯(PE)，是一种新型热塑性工程塑料，由于其分子链长，分子量极高，优异的力学性能、耐冲击、耐磨损、自润滑性、耐化学腐蚀等性能。UHMWPE是目前已发现的耐磨性最好的塑料，所以其板材、管材、异型材广泛应用于石油化工、机械、纺织、造纸、矿业、粮食加工及体育运动器械等领域，其中以大型包装容器和管道的应用最为广泛。另外，基于UHMWPE优异的生理惰性，已作为心脏瓣膜、矫形外科零件、人工关节等在医药卫生领域使用。
[0003]以UHMWPE为基础原料制造的制品工件，具有高强高抗冲性，即使在
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40℃环境下仍保持优异的韧性和强度，但是UHMWPE有一个明显的缺陷，其耐高温性能差、耐磨却不耐刮擦。随着UHMWPE制品的广泛应用，其制品的形状、尺寸也呈现出多样性，对尺寸的精确度、产品的耐高温性、防切割性能要求也在不断的提高，尤其是一些异形件，例如导轨、滑块、齿轮等。但是由于本身的收缩率较高，约为2
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3％，因此在成型过程中极易产生翘曲、椭圆、局部收缩不均等尺寸不稳定现象。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷的至少一个而提供一种连续纤维布/UHMWPE复合材料及其双层共挤成型工艺。有效解决了现有UHMWPE制品尺寸精确度、耐温性、防切割性的问题，促进UHMWPE制品产业的发展。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]本专利技术利用纤维布/UHMWPE双层共挤成型工艺，根据制品的形状、厚度及应用需求，设计合适的模具，设计合理的温度分布，形成阶梯式温度分布，达到精确调整制品尺寸，并选取合适的纤维布，达到防切割和提高UHMWPE制品耐温性，具体方案如下：
[0007]一种连续纤维布/UHMWPE复合材料的双层共挤成型工艺，该工艺包括以下步骤：
[0008]将超高分子量聚乙烯基体材料通过单螺杆挤出机挤出，在螺杆挤出机进料段，将超高分子量聚乙烯材料加热到熔融温度以上，然后熔体被输送进入模具成型段，在模具成型段内经过熔压
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压缩成型，制备成熔体型胚；成型方法包括挤出成型、注塑成型、模压成型；
[0009]先将纤维布表面两侧分别预先贴合薄膜，再将该纤维布通过预复合加热辊穿过特定型腔1，在冷却段之前与熔体型胚形成复合共挤，形成连续纤维布/UHMWPE复合材料，再通过特定型腔2冷却定型，通过牵引机牵出。
[0010]进一步地，所述的纤维布为超高分子量聚乙烯纤维与耐温纤维混纺所制备的纤维布。其他纤维混纺主要是为了改善超高分子量聚乙烯纤维不耐高温的缺点，一般超高分子
量聚乙烯纤维耐温性120
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140℃，但是芳纶、碳纤维、玻璃纤维等耐温性都在200℃以上。超高分子量聚乙烯纤维具有高强高模，优异的耐磨性及防切割性能，混纺后能提高使用温度，又突出优异的耐磨和防切割性能。
[0011]进一步地，所述的超高分子量聚乙烯纤维与耐温纤维占据纤维布的面积之比为(2
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5):1，所述纤维布的面密度60
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200g/m2，混纺采用平纹或斜纹方式编织。
[0012]进一步地，所述耐温纤维为耐温性不低于200℃的纤维，包括丙纶纤维、尼龙纤维、芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维、涤纶纤维、粘胶纤维或腈纶纤维中的一种或者几种；所述超高分子量聚乙烯纤维强度25
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40cN/dtex，细度50
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1600D，优选地，纤维强度30
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35cN/dtex，细度为500
‑
1000D。
[0013]进一步地，所述超高分子量聚乙烯的分子量为100万
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600万。
[0014]进一步地，所述的具体步骤为：
[0015](1)将超高分子量聚乙烯基体材料通过单螺杆挤出机挤出，在螺杆挤出机进料段，将超高分子量聚乙烯材料加热到熔融温度以上，然后熔体被输送进入模具成型段，在模具成型段内经过熔压
‑
压缩，制备成熔体型胚；
[0016](2)先将纤维布表面两侧分别预先贴合薄膜，再将该纤维布通过预复合加热辊穿过特定型腔1，在冷却段之前与熔体型胚形成复合共挤，形成连续纤维布/UHMWPE复合材料，再通过特定型腔2冷却定型，通过牵引机牵出。
[0017]进一步地，步骤(1)中，单螺杆的挤出温度控制为150
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280℃逐步升温；模具成型段内依次设有分流段、压缩段和定型段，温度控制为250
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180℃阶梯式逐步降温，其中分流段235
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280℃、压缩段200
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235℃、定型段150
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200℃。
[0018]进一步地，步骤(2)中，特定型腔具有内外测多点位阶段式控温效果，型腔内侧温度控制为150
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180℃，外侧温度控制为135
‑
160℃；复合共挤的温度为150
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180℃，复合段的压缩比为(1.1
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1.8):1，特定型腔1模板压力通过压力传感器自动调整可控。
[0019]进一步地，所述的薄膜包括超高分子量聚乙烯薄膜和EVA薄膜，贴合时，形成超高分子量聚乙烯薄膜/EVA薄膜/纤维布/EVA薄膜的四层复合纤维布，UHMWPE薄膜位于型腔外侧，厚度为0.2
‑
1mm，EVA薄膜的厚度为0.2
‑
0.5mm。
[0020]一种如上所述双层共挤成型工艺制备的连续纤维布/UHMWPE复合材料。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0022](1)本专利技术设计合理的温度分布，形成阶梯式温度分布，利用模温机、冷水机等相关控温设备，精确调节温差，控制材料降温速率及收缩速度，进而达到精确调整制品尺寸目的；
[0023](2)本专利技术利用超高分子量聚乙烯纤维与其他纤维混纺，兼具超高分子量聚乙烯纤维的高强高模，优异的防切割性能，芳纶纤维、碳纤维等纤维的优异耐温性，复合在超高分子量聚乙烯制品表面，从而改善了超高分子量聚乙烯耐磨不耐刮擦，耐低温不耐高温的缺陷，进而拓展了制品的使用寿命和使用范围；
[0024](3)本专利技术的特定型腔具有挤压定型，调整收缩率等作用。型腔内腔形状是跟前面模头出来一样的，随制品形状来的。一般来说，现在成型的型腔，大多都是冷却定型，很少做到可控，以及复合过程中两种或者几种材料复合收缩率可控调整的。本专利技术的特定型腔是通过压力传感器、高低温模温机来做到复合过程中两种或者几种材料复合收缩率可控调整
的。
附图说明
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续纤维布/UHMWPE复合材料的双层共挤成型工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：将超高分子量聚乙烯基体材料经过熔压
‑
压缩成型，制备成熔体型胚；先将纤维布表面两侧分别预先贴合薄膜，再将该纤维布与熔体型胚形成复合共挤，形成连续纤维布/UHMWPE复合材料。2.根据权利要求1所述的一种连续纤维布/UHMWPE复合材料的双层共挤成型工艺，其特征在于，所述的纤维布为超高分子量聚乙烯纤维与耐温纤维混纺所制备的纤维布。3.根据权利要求2所述的一种连续纤维布/UHMWPE复合材料的双层共挤成型工艺，其特征在于，所述的超高分子量聚乙烯纤维与耐温纤维占据纤维布的面积之比为(2
‑
5):1，所述纤维布的面密度60
‑
200g/m2，混纺采用平纹或斜纹方式编织。4.根据权利要求2所述的一种连续纤维布/UHMWPE复合材料的双层共挤成型工艺，其特征在于，所述耐温纤维为耐温性不低于200℃的纤维，包括丙纶纤维、尼龙纤维、芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维、涤纶纤维、粘胶纤维或腈纶纤维中的一种或者几种；所述超高分子量聚乙烯纤维强度25
‑
40cN/dtex，细度50
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1600D，优选地，纤维强度30
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35cN/dtex，细度为500
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1000D。5.根据权利要求1所述的一种连续纤维布/UHMWPE复合材料的双层共挤成型工艺，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的分子量为100万
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600万。6.根据权利要求1所述的一种连续纤维布/UHMWPE复合材料的双层共挤成型工艺，其特征在于，所述的具体步骤为：(1)将超高分子量聚乙烯基体材料通过单螺杆挤出机挤出，在螺杆挤出机进料段，将超高分子量聚乙烯材料加热到熔融温度以上，然后熔体被输送进入模...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯玲英，李志，赵文静，夏晋程，沈贤婷，洪尉，胡逸伦，
申请(专利权)人：上海化工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：