专利名称：一种超支化聚合物-单聚合物复合材料制品注射成型方法
技术领域：
本发明涉及一种超支化聚合物-单聚合物复合材料制品注塑成型方法，属于聚合物复合材料成型加工技术领域。
背景技术：
复合材料是由两种或两种以上性质不同而互补的材料组成的、并被赋予新特性的结构材料，它具有比组成材料更优越的综合性能。在复合材料中，所有组成材料相互依赖，处于不可分割的状态，同时发挥着各自的作用。传统的复合材料，基体和增强材料使用的材料不同，给材料的回收带来了很大的困难，造成了资源的极大浪费，同时废弃的制品对环境带来了很大的污染。随着人们环保意识的不断提高，新型复合材料的设计必须考虑回收再利用的问题。此外，复合材料的基体和增强材料的粘接性直接影响基体与增强材料的微观状态和界面性能，界面性能又影响应力传递，必将影响其宏观力学性质。本发明所使用的复合材料为单聚合物复合材料(Single Polymer Composite SPC)以注射成型的方式成型制品在中国专利CN102529016A中有所涉及。但是，采用同种聚合物制成的基体和增强纤维织物进行注射成型制品时，遇到的最大难题是:熔融基体射入型腔时，其传递热量会使同种聚合物的增强纤维织物瞬间熔融，即基体和增强纤维织物的塑化熔融温差较低，导致最终增强纤维织物难以起到提高制品强度的效果。
发明内容
针对单聚合物注射成型的过程中同种聚合物熔融温度相差很小，基体在与增强纤维织物接触时将传递的热量使增强纤维织物熔融，致使增强纤维织物无法充分发挥其增强作用的问题，提出一种超支化聚合物-单聚合物复合材料制品注塑成型方法。本发明将超支化聚合物与同种聚合物共混造粒后应用注塑机将其射入含有同类聚合物的增强纤维织物的模具内，充分利用超支化聚合物的低温成型特性，扩大基体与增强纤维织物的加工温差，使得基体在射入模腔后传递的热量不会将增强纤维织物熔融，达到了增强制品强度的目的。同时，采用基体或同种聚合物增强纤维材料作为支撑体，可以将增强纤维织物很好地固定在型腔的任意位置，解决了增强纤维织物难以放置于型腔内的问题。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。一种超支化聚合物-单聚合物复合材料制品注塑成型方法，具体步骤如下:第一步:根据预成型制品的性能要求选择超支化聚合物与同种聚合物的混合体作为基体树脂原料以挤出机挤出并用切粒机造粒。双螺杆挤出机的螺杆转速可为35飞Or/min，使挤出物料混合更为均匀。超支化聚合物的含量在2 10%。当需求制品具有较高的力学性能时，超支化聚合物的含量选较低值；当需求制品力学性能不高时，超支化聚合物的含量选较高值。当超支化聚合物含量较高时，基体与增强纤维织物的加工温差更大。挤出机应在同种聚合物加工温度以上进行，并保证此温度不会使得超支化聚合物产生化学变化。第二步:将混合制造好的基体粒料加入注射机机筒中对基体加热使其熔融。注射机根据机筒的段数逐渐升温，由于基体采用超支化聚合物与同种材料高分子聚合物共混造粒而成，因此机筒的每段温度都可比同种聚合物的料筒加热温度降低10°c。根据型腔形状裁剪增强纤维织物，以同种材料制作支撑体将增强纤维织物固定在模腔内，合模。增强纤维的种类根据需要与成型的制品的强度需求进行选择，在单层增强纤维织物强度无法满足要求时，可选用双层或者多层增强纤维织物进行注射成型。第三步:将高温氮气由高温气体入口快速通入型腔内，使得增强纤维织物表面熔融内部保持固相。高温氮气温度应该在增强纤维熔融温度以上，以保证数秒内高温氮气可使得增强纤维表面熔融。第四步:将熔融基体快速射入带有增强纤维织物的模具型腔内，保压、冷却成型。注射速度注射、注射压力均可比同种聚合物的注射速度、注射压力低，保压与冷却可采用与同种聚合物的保压、冷却条件相同。第五步:冷却成型后将制品取出，并将暴露在制品外部的支撑体裁剪掉，得到最终成品。有益效果:1.本发明一种超支化聚合物-单聚合物复合材料制品注射成型方法，通过使用超支化聚合物作为基体的一部分，利用超支化聚合物加工温度低于同种聚合物的加工温度这一特性，使得基体加工温度远低于增强纤维织物的熔融温度，在基体射入型腔内，熔融基体所传递的热量不足以使得增强纤维熔融，增强纤维保持了原有固相，即增强纤维织物在制品成型后保持其高强度特性，增强效果得到充分的发挥。2.本发明一种超支化聚合物-单聚合物复合材料制品注射成型方法，通过对增强纤维织物种类及增强纤维层数的选择，以及对增强纤维放置位置、大小的确定，可有效的调节制品整体或局部强度，不仅起到了增强制品强度的作用，而且起到了调节制品强度均衡的作用。3.本发明一种超支化聚合物-单聚合物复合材料制品注射成型方法，将高温氮气通入模腔内使增强纤维织物表面熔融后立即射入基体，可有效解决增强纤维织物与基体的粘结性差的问题。
图1为一种超支化聚合物-单聚合物复合材料制品注塑成型方法所用设备的示意图。图2为一种超支化聚合物-单聚合物复合材料制品注塑成型方法所用模具的剖视图。图3为图2中支撑体、PS增强纤维织物、超支化聚合物基体与支撑体定位槽相关部位的放大图。图中:1-注射成型机，2-模具，3-氮气加压加热装置，4-氮气瓶，5-高温气体入口，6-定模板,7-定模板中间板,8-导柱,9-型腔10-动模板中间板,11-垫板,12-支撑板，13-推杆，14-推杆固定板，15-推板，16-动模板，17-拉杆，18-拉杆导向板，19-推杆导向板，20-支撑体，21-PS增强纤维织物，22-超支化聚合物基体，23-支撑体定位凹槽，24-浇口套定位板，25-浇口套，26-定位环。
具体实施例方式下面结合附图通过具体实施例对本发明作进一步详细说明。本发明一种超支化聚合物-单聚合物复合材料制品注塑成型方法，所述方法使用的设备由注射成型机1、模具2、氮气加压加热装置3和氮气瓶4组成，见图1所示。注射成型机I采用常规注射机(AE80-32，广州数控设备有限公司)，螺杆直径32_，最大锁模力784KN，射胶容积200-370cm3，最大注射速率300cm3/s。本实施例中使用的聚合物为聚苯乙烯，基体为质量分数为10%的HBPS(超支化聚苯乙烯)和质量分数为90%的PS (聚苯乙烯)共混物的粒料(由双螺杆挤出机挤出并造粒);增强材料为PS增强纤维织物，其熔融温度为210°C。注射成型机I机筒五段温度分别为170°C、180°C、190°C、195°C、170°C，模具的温度为常温；注射前，先向模具型腔中通入300°C高温氮气，通气时间为5s，然后，迅速将熔融的基体注射入模具内，保压冷却后取出制品。具体步骤如下:I)将HBPS (超支化聚苯乙烯)与PS (聚苯乙烯)充分干燥后按质量分数为HBPS:PS=I:9的比例用双螺杆挤出机造粒，挤出机的转速为35r/min，造粒时九区温度分别控制为:130°C、190°C、195°C、200°C、21(rC、21(rC、215°C、225°C、185°C。此配比所制得的基体粒料的注射成型加工温度为170°C，比单一 PS的注射成型加工温度下降了 30°C (单一 PS的注射成型加工温度为200°C )。PS增强纤维织物21的熔融温度为210°C。相比之下，PS增强纤维织物21与基体材料的熔融温度差值由10°C (材料厂商提供的材料特性参数中可查寻)增加到40°C (经测试结果)，达到预期增大加工温差的效果，即，超支化聚合物基体22注射进型腔9时，其传递热量不能使PS增强纤维织物21彻底熔融。2)将粒料加入注射成型机1，机筒五段温度分别为170°C、180°C、19(TC、195°C、170°C，使超支化聚合物基体22材料迅速熔融，而PS增强纤维织物21不会塑化熔融。将PS增强纤维织物21固定在支撑体20上，并将二者插入支撑体定位凹槽23中，合模。模具2的温度设置为常温。3)打开氮气瓶4开关放出氮气，氮气经由氮气加压加热装置3加热至300°C后经高温气体入口 5通入模具型腔9内，通入时间为5s。通入氮气可将PS增强纤维织物21表面熔融，使得射入的超支化聚合物基体22与其充分贴合，避免成型后制品受到较大应力时PS增强纤维织物21与超支化聚合物基体22出现剥离。4)迅速将超支化聚合物基体22熔体注射入模具2内，模具结构见图2所示，注射量100cm3，注射速率100cm3/s，注射时间1.2s，注射压力lOOMPa，保压时间3s，保压压力80MPa，冷却时间15s。超支化聚合物基体22熔体先后经由浇口套25、浇口套定位板24进入型腔9内。由于有支撑体20的存在，熔体进入模具2的型腔9过程中会沿PS增强纤维织物21两面流动，并与PS增强纤维织物16紧密的贴合，最终熔体充满模具2的型腔9。型腔内放大结构见图3所示。5)待制品完全冷却后，脱模取出制品，将支撑体20暴露于制品外部分除去，最终得到本发明所述的一种超支化聚合物-单聚合物复合材料制品。由于注入模具内的超支化聚合物基体22熔融基体温度与PS增强纤维织物21的熔融温度差值达到40°C。超支化聚合物基体22被射入模具2内会与PS增强纤维织物21紧密贴合并完全浸透PS增强纤维织物21，在这个过程中超支化聚合物基体22熔融基体传递的热量不足以使PS增强纤维织物21熔融，经过冷却阶段后，超支化聚合物基体22熔融基体固化成型，制品从模具2的型腔9内被取出。制品中PS增强纤维织物21与超支化聚合物基体22紧密贴合，充分发挥其增强作用，制品强度得以提高，达到了预期效果。
权利要求
1.一种超支化聚合物-单聚合物复合材料制品注塑成型方法，其特征在于，第一步:根据预成型制品的性能要求选择超支化聚合物与同种聚合物的混合体作为基体树脂原料以挤出机挤出并用切粒机造粒； 第二步:将混合制造好的基体树脂粒料加入注射机机筒中对基体树脂加热使其熔融，根据型腔形状裁剪与基体树脂相同种类的聚合物增强纤维织物，以同种材料制作支撑体将增强纤维织物固定在模腔内，并合模； 第三步:将高温氮气由高温气体入口快速通入型腔内； 第四步:将熔融基体树脂快速射入带有增强纤维织物的模具型腔内，保压、冷却成型； 第五步:冷却成型后将制品取出，并将暴露在制品外部的支撑体裁剪掉，得到最终成品O
2.根据权利要求1所述的一种超支化聚合物-单聚合物复合材料制品注塑成型方法，其特征在于:模腔增设支撑体定位凹槽。
全文摘要
本发明涉及一种超支化聚合物-单聚合物复合材料制品注塑成型方法，属于聚合物复合材料成型加工技术领域。所述注射成型方法是用支撑体将增强纤维织物固定于模腔内，合模，从高温气体入口注入高温氮气，使得增强纤维织物表层熔融，将塑化熔融的超支化聚合物基体注入型腔内，保压冷却后得到单聚合物复合材料制品。所述方法具备的制品中增强纤维织物不被熔融，能够充分发挥其高强度的优势，且保证了单聚合物复合成型要求，具有强度高，各部位强度均匀、易于再回收利用、成本低等优点。
文档编号B29B9/06GK103192537SQ20131015309
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月27日 优先权日2013年4月27日
发明者谢鹏程, 常乐, 焦志伟, 安瑛, 丁玉梅, 杨卫民 申请人:北京化工大学