使用超声挤压固态聚合物的方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种固态取向挤压方法。该方法通过挤压胶粒使其通过挤压模头而制备聚合物取向型材，其中该胶粒包含结晶或半结晶聚合物，或者含有聚合物和有机或无机填料的复合材料。所述方法包括以下步骤：将压力室预热达到或低于聚合物熔点的温度；向紧邻压力室且截面面积比压力室小的挤压模头施加超声；和挤压胶粒使其通过压力室和挤压模头以制备聚合物取向型材。该方法省去了加热挤压模头的步骤，从而在提供表面光滑没有任何缺陷的聚合物型材的同时确保了便利快捷的操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种使用超声的固态取向挤压方法(solid-state extrusion-orientation process)及其装置。更具体而言,本专利技术涉及一种 固态取向挤压方法及其装置，其中在模塑预制的固态聚合物胶粒时， 向挤压模头施加超声而替代常规方法中的加热挤压 f莫头，并且可使固 态挤压快速进行而无需进行传统方法中为润滑聚合物胶粒和挤压模头 之间的界面而对挤压模头温度的控制，以在提高表面性能的同时确保 便利快捷的操作。
技术介绍
在以碳-碳键的链为基本主链结构的聚合物中， 一些聚合物在聚合 物模塑、例如挤压的过程中冷却和固化时转变形成晶体。然而，这些 晶体没有取向，而是随机取向的，从而导致机械性能劣化。如果构成这些晶体的链沿预定方向取向，机械强度和性能都会显 著提高，而比重则由于取向聚合链间的距离会明显降低。此外，当使 用聚合物复合材料时，可以依据填料的成分制备具有所需性能的材料。 例如，当填料为由包含结晶聚合物和木粉或木纤维的复合材料形成的 人造木材时，根据其取向可以得到与天然树木非常相似的外观和结构。 因此，开发了多种不同的提供这种特征的取向方法和技术。在一种具代表性的方法中，聚合物的固态塑坯在低于其熔点的温 度加热预定时间后，聚合物由于其上施加的力而沿预定方向取向。然而，这样的方法问题在于，其产品的形状和表面质量有缺陷，且取向 不规则。作为解决上述问题而提出的方法之一，有一种固态取向挤压方法使用加热模头使聚合物取向(参见美国专利号5，204，045)。根据这种方 法，将聚合物塑坯加热到低于其熔点的温度，并迫〗吏其流过窄内径的 模头而使该聚合物取向。具体而言，由于模头的内截面面积以固定比 例逐渐减小，聚合物的链在塑坯通过模头时沿压力方向取向。在此， 由于当塑坯通过模头时在塑坯和窄内径的模头之间产生剧烈摩擦，所 以加热模头以进行其间的润滑。
技术实现思路
技术问题在所述方法中，由于塑坯被迫通过窄内径的模头，所以可以形成 表面缺陷比由其它传统方法制备的产品少的最终聚合物取向产品。然 而，该方法的问题在于，必需持续加热模头以使金属模头保持在预定 温度下，而且当塑坯通过模头时仍然会产生剧烈摩擦。本专利技术的目的在于解决传统方法的问题以及本领域中其他需要解决的技术问题。经过广泛的研究和实验，本专利技术的专利技术人发现，在向模头施加预 定的超声脉冲振动模头以替代加热模头时，使在压力室中加热的聚合 物的塑坯接触由超声振动的模头，这样使模头和加热的塑坯之间摩擦 表面上的润滑效果最大化，且使最终的聚合物取向型材在表面模塑性 能上变得优异。根据这个结果，本专利技术的专利技术人完成了本专利技术。技术方案根据本专利技术的一个技术方案，可以通过提供一种固态取向挤压方 法实现上述和其它目的，该方法通过挤压聚合物胶粒使其通过挤压模 头而制备聚合物取向型材，所述聚合物胶粒为包含结晶或半结晶聚合 物的胶粒和包含聚合物和有机或无机填料的复合材料的胶粒中的一种，所述方法包括以下步骤将压力室预热达到或低于聚合物熔点的 温度；向紧邻压力室且截面面积比压力室小的挤压模头施加超声；和 挤压聚合物胶粒使其通过压力室和挤压模头以制备聚合物取向型材。与加热挤压模头的传统方法不同，本专利技术的固态取向挤压方法在 向挤压模头施加超声的同时进行挤压。其结果是，由于减少了用于控 制温度的时间和能量，方法的整体成本降低，并且由于由超声能量导 致润滑效果提高而使聚合物胶粒容易通过挤压模头，所以其加工速度 比传统方法加快。此外，该固态取向挤压方法有效防止了传统方法可 能产生的表面缺陷，从而提供光滑坚固的聚合物取向型材。只要加热时其流动性适合挤压且当以塑坯(胶粒)形态存在时具有 结晶或半结晶结构，则聚合物不限于特定种类。优选地，聚合物可为 具有直链分子的热塑性聚合物。热塑性聚合物的优选例子包括聚乙烯、 聚丙烯、聚对苯二曱酸乙二酯等。根据本专利技术，如上所述，对含有聚合物和有机或无机填料的复合 材料胶粒以及聚合物胶粒进行固态挤压。在此，为了方便说明，聚合 物胶粒以及含有聚合物和填料的复合材料胶粒均称为"聚合物胶粒"。填料为有机或无机材料，其不限于特定种类。优选地，填料可为 木粉、木纤维、矾土、硅石、滑石等。压力室用于提供将聚合物胶粒加热达到或低于聚合物的熔点以使挤压模头的面积比压力室的小，使固态挤压得以进行，所以挤压 以聚合物胶粒经压力室加热和挤压后被推入模头的方式进行。因此， 在挤压过程中，聚合物胶粒的晶体受到巨大的压力，并沿前进方向取向。挤压模头优选具有如下的锥形结构(倾斜表面)该挤压模头的面积 沿挤压方向逐渐减小，以在聚合物胶粒进入挤压模头时使聚合物胶粒 和小面积的挤压模头之间的摩擦最小化。然而，尽管具有锥形结构，聚合物胶粒和挤压^^莫头的内表面之间 的界面仍经受剧烈的摩擦，因此传统方法中必需将^^压模头加热到高 于压力室的温度，即加热到聚合物熔点的0.9- 1.2倍的温度范围之间。 因此，在传统方法中，尽管分别加热压力室和挤压i^莫头以使其具有不 同温度，但是由于其中挤压模头紧邻压力室的结构，所以为使其具有 不同温度而对其进行的单独控制是有限的。例如，当挤压模头设定到 高于聚合物熔点的温度时，由挤压模头到压力模头产生热传导，并且 压力模头温度升高到压力模头温度与挤压室接近或相同的程度，所以 在挤压的过程中聚合物胶粒在其表面过度熔化，而不能具有理想的固 态取向。相反地，在本专利技术中，由于向挤压模头施加超声而非加热挤压模 头，所以可以得到理想的固态取向挤压。结果是，本专利技术使压力室和 挤压模头的温度可以容易控制，并同时防止将挤压模头加热到高于聚 合物的熔点。在有些情况下，可以将挤压模头加热到与压力室大约相 同的温度。即使在这种情况，不同于传统技术，由于对压力室和挤压 室的不断调节，仍具有容易进行温度控制的优点。下文将详细说明本专利技术的特征。根据本专利技术，向挤压模头施加超声以降低在挤压模头内表面和聚 合物胶粒之间界面上的摩擦，从而使其间得到润滑。聚合物胶粒在压 力室中加热预定时间而达到或低于聚合物的熔点后，其接触到超声振 动下的挤压模头时，在挤压模头和聚合物胶粒的摩擦表面即刻实现直 接的润滑效果。结果是，聚合物胶粒可以容易通过内径以固定比例减 小的挤压模头，所以与采用挤压模头加热方法的传统固态取向挤压方 法相比，最终产品具有优异的表面。根据将要提取的聚合物的性能，施加于挤压模头的超声的频率为几 几十口，也就是l 100kHz的频率。聚合物的取向度可由聚合物取 向之前和之后的拉伸强度之间的差异得到。值得注意的是，由本专利技术 的方法制得的挤压取向型材的拉伸强度变化与传统方法的相比时，由 本专利技术的方法得到的取向度大于或等于由传统方法得到的取向度。根据本专利技术的另 一个技术方案，提供了 一种压力-张力取向装置 (pressure-tensioning orientation), 其可以有岁丈实施本专利技术6勺方、法。根据本专利技术的压力-张力取向装置包括适合使温度升高并提供将 聚合物胶粒推向挤压模头的推力的压力室；紧邻压力室且截面面积比 压力室小的挤压模头；和向挤压模头施加超声的超声施加部件。挤压模头的截面面积可根据包括聚合物的种类、聚合物的分子量 等的多种因素决定。优选地，挤压模头的截面面积约为作为塑坯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态取向挤压方法，该方法通过挤压聚合物胶粒使其通过挤压模头而制备聚合物取向型材，所述聚合物胶粒为包含结晶或半结晶聚合物的胶粒和包含含有聚合物和有机或无机填料的复合材料的胶粒中的一种，所述方法包括以下步骤：　　　　将压力室预热达到或低于聚合物熔点的温度；　　　　向紧邻压力室且截面面积比压力室小的挤压模头施加超声；和　　　　挤压聚合物胶粒使其通过压力室和挤压模头以制备聚合物取向型材。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩裕洙，朴性赞，金东珍，韩相镐，孙廷一，黄允焕，
申请(专利权)人：LG化学株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]