一种聚合物循环动态力场压力成型方法

1.本发明涉及高分子材料成型技术领域，特别涉及一种聚合物循环动态力场压力成型方法。


背景技术：

2.高分子材料在国民生活中占有较大的比重、起到了举足轻重的作用，在日用品、电子电器、汽车、航空航天中随处可见。将高分子材料由树脂加工成为具有特定形状、性能的制品的过程就是加工成型。目前最常用的高分子材料加工成型方法是注塑成型、挤出成型和模压成型，但是挤出成型一般只能加工具有固定横截面的制品，因此在制备制品方面应用并不是很广泛。注塑成型和模压成型则被广泛应用于制备各种高分子制品。但是随着材料的发展和结构更复杂的出现，对于传统注塑成型所需的注塑压力要求也越来越高，需要更大吨位的注塑机实现，从而造成相关成本的大幅增加。为此，由于相关设备体积小、成本低、效率高，近年来模压成型和挤注成型受到关注。但是，目前的注塑成型、模压成型和挤注成型等压力成型加工方法在成型过程中，物料熔体所受的压力是固定的，缺乏对于物料结构性能的调控手段。因此，本发明提出一种聚合物循环动态力场压力成型方法，在成型过程中引入循环动态力场，实现对于制品结构性能的精准调控。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种操作简便、工艺简单、制品性能优异的聚合物循环动态力场压力成型方法。
4.本发明的技术方案为：一种聚合物循环动态力场压力成型方法，在压力成型过程中，聚合物物料受到循环动态力场作用，循环动态力场诱导聚合物分子链的有序伸长和松弛、改变聚合物多相体系的相形态，制备可控微观结构的聚合物制品。
5.聚合物物料在循环动态力场受到随时间周期性变化的压力，每个周期包括压缩区和松弛区。
6.在压缩区，物料所受压力从0mpa提升至最大压力p，并保持t1时间，再下降至0mpa；在松弛区，物料所受压力恒为0mpa，保持t2时间。
7.所述最大压力p为5～200mpa，t1为0～10s，t2为0～10s。具体地，t1为0s，或0s＜t1≤10s；t2为0s，或0s＜t2≤10s。
8.在压缩区，所述升压和降压过程的压力变化速率为0.01～100mpa/s。
9.所述周期的循环次数为1～1000次。
10.所述模压完成后的样品经冷却，冷却方式采用风冷、水冷或模具降温。
11.所述聚合物物料为单一聚合物、多聚合物共混或聚合物
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非聚合物复合物；对于聚合物/填料体系，循环动态力场增强聚合物分子链的运动能力，填料分散并混合到聚合物中，制备具有优异性能的聚合物填料制品。
12.所述循环动态力场是通过调控熔体所受压力实现的。
13.所述循环动态力场压力成型包括但不限于模压成型、挤注成型和注塑成型。
14.本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
15.本聚合物循环动态力场压力成型方法，使聚合物物料受到变化的循环动态力场作用，诱导聚合物分子链的有序伸长和松弛、改变聚合物多相体系的相形态，从而调控聚合物分子链结构和聚合物多相体系的相结构，实现聚合物单相和多相体系的结构性能的精准调控，制备具有优异力学性能和可控微观结构的聚合物制品；针对聚合物/填料体系，可以显著增强聚合物分子链的运动能力，从而促进其与填料的相互作用，增强填料的分散混合效果，制备具有优异性能的聚合物/填料制品。
附图说明
16.图1为循环动态力场的压力
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时间关系曲线。
17.图2为实施例1中循环动态力场下单周期内的压力
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时间关系曲线。
18.图3为实施例2中不同参数的循环动态力场下单周期内的压力
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时间关系曲线。
19.图4为实施例2中不同的循环动态力场下hdpe拉伸应力
‑
应变曲线，其中cpm为对照组。
20.图5为实施例3和4中循环动态力场中应力
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时间关系。
21.图6为pe/hbn片材的xrd图。
22.图7为pe/hbn片材的热导率。
23.图8为ldpe试样的拉伸应力
‑
应变曲线。
具体实施方式
24.下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
25.实施例1
26.本实施例一种聚合物循环动态力场压力成型方法，模压成型过程中，加工温度高于聚合物物料的熔点时，聚合物物料熔体受到变化的循环动态力场作用，诱导聚合物分子链的有序伸长和松弛、改变聚合物多相体系的相形态。针对聚合物/填料体系，可以显著增强聚合物分子链的运动能力，从而促进其与填料的相互作用，增强填料的分散混合效果，制备具有优异性能的聚合物/填料制品。
27.聚合物物料所受压力随时间周期性变化，如图1和2所示，每个周期包括压缩区和松弛区。
28.在压缩区过程中，物料所受压力从0mpa提升至5～200mpa，并保持0～10s，再下降至0mpa。在松弛区过程中，物料所受压力始终为0mpa，保持0～10s。如图2所示为不同的循环动态力场下单周期内的压力
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时间关系曲线，每个循环动态力场单周期的压缩区完全一致，仅松弛区的保持时间不同。
29.实施例2
30.本实施例一种聚合物循环动态力场压力成型方法，将超高分子量聚乙烯(uhmwpe)材料加入模压机中进行加工，通过调控模压机动模板的运动规律，使其产生如图3的循环动态力场cpp1、cpp2、cpp3，加工得到增强uhmwpe片材。其中，加工温度为210℃，cpp1、cpp2、cpp3的最大压力p均为15mpa，循环次数均为120次；cpp1、cpp2、cpp3的不同点仅在于松弛区
的保持时间t2，cpp1的t2为1.20s，cpp2的t2为1.63s，cpp3的t2为2.10s。
31.如图4所示为不同循环动态力场下uhmwpe拉伸应力
‑
应变曲线，相比于采用稳态压力(模压期间压力稳定15mpa，模压时间600s)制备的对照组cpm，实验组cpp1、cpp2、cpp3的屈服强度、拉伸强度和断裂伸长率显著提升，从对照组的22mpa、45mpa和500％提升至33mpa、64mpa和889％，表现出了显著的自增强和自增韧效果。
32.实施例3
33.本实施例一种聚合物循环动态力场压力成型方法，将高密度聚乙烯(hdpe)和六方氮化硼(hbn)按照质量分数比90/10进行配比，利用高混机进行混合，将混合后物料加入密炼机中在190℃和60rpm条件下共混8min，收集共混物。将共混物加入模压机中进行加工，通过调控模压机动模板的运动规律，使其产生如图5的循环动态力场，在195℃、最大压力p为15mpa和120次循环周期条件下，加工得到导热性能增强的pe/hbn片材。
34.图6为pe/hbn片材的x射线散射图(xrd)，其中26.8
°
峰为hbn(002)特征峰，可以用来表征hbn片层间距，并进一步确认hbn插层和剥离。通过与对照组对比，可以发现循环动态力场制备的pe/hbn片材中hbn(002)特征峰出现了向左偏移，证明了pe分子链对于hbn的插层效果，确认循环动态力场可以增强pe分子链运动能力使其插层进入hbn片层间。图7为pe/hbn片材的热导率，表明循环动态力场制备样品的热导率得到显著提升。
35.实施例4
36.本实施例一种聚合物循环动态力场压力成型方法，将低密度聚乙烯(ldpe)加入柱塞式注塑机中进行加工，通过调控保压过程中柱塞的运动规律，使其产生如图5的循环动态力场，在195℃、最大压力p为15mpa和120次循环周期条件下，加工得到力学性能增强的ldpe试样。
37.图8为ldpe试样拉伸应力
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应变曲线，相比于采用稳态压力注塑成型制备的对照组cpm，实验组的屈服强度和拉伸强度显著提升，从对照组的7.8mpa和13.8mpa提升至11.1mpa和17mpa，表现出了显著的自增强效果。
38.如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。