一种自增强聚丙烯复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种自增强聚丙烯复合材料及其制备方法，利用螺杆共挤出制备由高熔点聚丙烯和低熔点聚丙烯组成的片材，然后将其分割成5-20mm宽的条带，经过热拉伸后卷取成筒；再将成筒条带编织成织物；最后将多层织物热压成复合材料。与现有技术相比，本发明专利技术扩宽了自增强聚丙烯复合材料片材的热压温度窗口，制备得到的产品性能优良。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于复合材料制备领域，尤其是涉及。
技术介绍
为提高本体聚合物的强度和硬度，纤维增强体被广泛的用来结构性增强聚合物。但由于增强纤维与基体一般为两种不同组分的材料，如玻璃纤维增强聚丙烯，这使得材料的回收再利用很困难；同时由于增强体与基体间包括表面能在内的物理、化学性质的差异，使得在二者间直接形成良好界面作用来有效传递应力也较为困难。于是研究人员们试图开发基体和增强体具有相同化学组成和物理结构的复合材料。英国的Leeds大学的研究人员在1975年以高密度聚乙烯体系为基础第一次提出了单一聚合物复合材料(single polymer composites, SPC)的概念-基体和增强体是由同种聚合物的不同形态所构成，国内称之为自增强聚合物。Abo El Maaty等人首次尝试利用热压法来制备自增强PP复合材料。Hine等人对PP织物利用热压来制备自增强PP复合材料进行了研究，研究发现PP织物热压最佳温度为182°C，在此温度下结晶度增加20%，其良好的机械性能是由于PP带与PP基体间形成的结晶层，并指出PP基体的分子量和结晶度以及增强PP织物的几何形状和织造方式都将影响最终复合材料的机械性能。Loos等人对高度拉伸的等规PP增强等规PP基体的形态进行了研究，再次指出基体与增强纤维间结晶层的形成有利于提高复合材料的机械性能。Houshyar等人对增强纤维含量对PP增强无规PPE复合材料的力学性能和热学性能进行了研究，研究指出随着纤维含量的增加，拉伸、弹性和储能模量也会增加。目前自增强复合材料的主要制造方法有薄膜叠层法、熔融(溶液或粉末)浸溃法和热压法。薄膜叠层法是将聚合物纤维均匀缠绕在一金属框上，再铺入基体薄膜，上下加以金属板施压，在纤维和基体二者熔融温度间的合适温度使得聚合物基体发生熔融并浸溃聚合物纤维，在随后的冷却过程中基体结晶并将分散的纤维粘结在一起而形成高性能的复合材料。该方法的缺点是基体熔融状态下的高粘度对纤维难以形成完美浸润，体系中的气泡无法完全排出，一定程度上影响复合材料的整体性能；熔融(溶液或粉末)浸溃法类似于玻纤增强PP复合材料所用的熔融(溶液或粉末)浸溃法，也是利用高粘度的树脂浸溃纤维增强体，考虑到生产成本，一般用低分子量树脂浸溃纤维增强体。该方法生产过程比较缓慢，成本较高，纤维增强体可能因为局部溶解或熔融而使其机械性能降低；热压法是聚合物纤维或条带在一定压力的限制下，在处于其熔融范围的温度作用下，纤维或条带表面发生选择性的适量熔融来填满纤维或条带间的空隙，同时纤维或条带的大部分高取向得以保留。该方法的工艺温度范围极窄(1-2°C )，限制了其在工艺上的应用，工工艺复杂。
技术实现思路
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而提供一种宽热压温度窗口、聚丙烯高度取向的自增强聚丙烯复合材料的制备方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现:一种自增强聚丙烯复合材料，为2-8层的片材经热压得到的层状结构的材料，各层的片材为经筒条带编织得到的平纹、斜纹、缎纹或三维的织物。所述的片材为三层结构，片材的中间层为熔点高的等规聚丙烯，中间层的上下表面为熔点低的无规共聚聚丙烯构成的表面层。一种自增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤:(I)利用螺杆共挤出制备由高熔点聚丙烯和低熔点聚丙烯组成的片材，然后将片材分割成5-20mm宽的条带,经过热拉伸后卷取成筒；(2)将成筒条带编织成织物；(3)将多层织物热压成复合材料，即得到自增强聚丙烯复合材料。步骤⑴中所述的高熔点聚丙烯为等规聚丙烯。步骤(I)中所述的低熔点聚丙烯为无规共聚聚丙烯。步骤(I)中所述的片材为三层结构，高熔点聚丙烯构成为中间层，低熔点聚丙烯构成上下两个表面层，表面层的质量百分比在5% 10%。步骤⑴中所述的热拉伸为一步或二步热拉伸，拉伸温度为120°C _140°C，拉伸倍数为5-30。步骤(2)中所述的织物为平纹、斜纹、缎纹或三维的织物。步骤(3)中所述的热压为双辊热压或平板热压，热压温度为160_190°C，时间为10_60so步骤(3)中所述的多层织物为2-8层的织物。与现有技术相比，本专利技术具有以下特点和优点:1.热压温度范围为30°C，增大了其工艺应用范围；2.高熔点聚丙烯条带的高度取向能够大部分保留，所获自增强聚丙烯复合材料的拉伸强度与普通聚丙烯材料相比有了很大提高，其拉伸强度达160MPa ；3.由于层与层间均有充当黏结作用的低熔点聚丙烯表面层均匀分布，使得高熔点聚丙烯条带之间的黏结速度及黏结效率大大提高，并提高其复合材料的抗冲击和压缩强度，其缺口冲击强度达4300J/m，压缩强度大于260MPa ；4.生产工艺简单，设备能耗低。附图说明图1为片材的结构示意图；图2为螺杆共挤出工艺流程图；图3为编织工艺流程图；图4为热压工艺流程图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。参见图2，将高熔点等规聚丙烯和低熔点无规共聚聚丙烯分别加入双螺共挤出机I (或单螺杆共挤出机)，通过共挤出获得具有“三明治“结构的聚丙烯片材(如图1所示)，其中熔点高的等规聚丙烯位于片材的中间层，熔点低的无规共聚聚丙烯位于两个表面层，表面层的质量百分比为5% 10%，然后用分割刀2将其分割成5-20mm宽的条带，经过烘箱3热拉伸后卷取成筒子4，其烘箱温度为120°C _140°C，拉伸倍数为10-30。参见图3，将上述工艺流程所获条带筒子4摆放在筒子架5上，通过编织工艺获得所需织物6。参见图4，将所获织物6放在输送辊7上，然后经过平板热压机8制得多层自增强聚丙烯复合材料，其层数为2-8层，热压温度为160-190°C，时间为10-60s。由于高熔点聚丙烯条带的高度取向能够大部分保留，所获复合材料的拉伸强度有了很大提高；另外层与层间均有充当黏结作用的低熔点聚丙烯表面层均匀分布，使得高熔点聚丙烯条带之间的黏结速度及黏结效率大大提高，并提高其复合材料的抗冲击和压缩强度。实施例1一种自增强聚丙烯复合材料的制备方法:(I)双螺杆共挤制备高度取向的聚丙烯条带:将高熔点等规聚 丙烯和低熔点无规共聚聚丙烯分别加入两个单螺杆机，调节泵供量使高熔点等规聚丙烯和低熔点无规共聚聚丙烯的挤出量控制为9: 1，通过共挤出模具获得“三明治”结构的聚丙烯片材；利用分割刀将所获片材分割成IOmm宽的条带；经过135°C的红外加热烘箱将分割的条带拉伸24倍，其中拉伸为二步热拉伸，将拉伸后的条带卷曲成筒。(2)编织聚丙烯条带织物:将上述工艺流程所获条带筒子摆放在筒子架上，通过编织工艺获得平纹织物。(3)热压法制备自增强聚丙烯复合材料:将4卷平纹织物放在输送辊上，经过平板热压机在170°C热压30s，最后制的具有4层结构的自增强聚丙烯复合材料。下表为实例做成的自增强聚丙烯复合材料与普通聚丙烯性能对比: 典型性能自增强聚丙烯均聚聚丙烯缺口冲击强度(J/m)+20°C 4300200 拉伸强度(MPa)16025压缩强度(MPa)~> 260|~^6实施例2一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自增强聚丙烯复合材料，其特征在于，该复合材料为2?8层的片材经热压得到的层状结构的材料，各层的片材为经筒条带编织得到的平纹、斜纹、缎纹或三维的织物。

【技术特征摘要】
1.一种自增强聚丙烯复合材料，其特征在于，该复合材料为2-8层的片材经热压得到的层状结构的材料，各层的片材为经筒条带编织得到的平纹、斜纹、缎纹或三维的织物。2.根据权利要求1所述的一种自增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的片材为三层结构，片材的中间层为熔点高的等规聚丙烯，中间层的上下表面为熔点低的无规共聚聚丙烯构成的表面层。3.一种自增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: (1)利用螺杆共挤出制备由高熔点聚丙烯和低熔点聚丙烯组成的片材，然后将片材分割成5-20mm宽的条带,经过热拉伸后卷取成筒； (2)将成筒条带编织成织物； (3)将多层织物热压成复合材料，即得到自增强聚丙烯复合材料。4.根据权利要求3所述的一种自增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述的高熔点聚丙烯为等规聚丙烯。5.根据权利要求3所述的一种自增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹凯，
申请(专利权)人：上海杰事杰新材料集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：