熔融挤出法制备梯度结构聚合物材料的方法
【专利摘要】本发明公开了一种熔融挤出法制备梯度结构聚合物材料的方法，其包括以下步骤：采用分级加料?熔融挤出?成型的技术路线，其中，分级加料是指在加料段设计增加一个分加料口，主组分聚合物从主加料口进料，而辅组分材料从分加料口进料，使得辅组分材料每隔一定的时间间隔增加量加入到双螺杆挤出机中。本发明能够避免聚合物功能梯度材料的不连续变化及制备复杂性，本发明所述方法的工艺简单，所用设备为常规设备，便于实现工业化生产。
【专利说明】
熔融挤出法制备梯度结构聚合物材料的方法
技术领域
[0001]本发明涉及高分子材料加工技术领域，特别是涉及一种熔融挤出法制备梯度结构聚合物材料的方法。
【背景技术】
[0002]均质的复合材料是过去几十年材料科学的研究重点，其在各个领域发挥了重要作用，但是整体结构和性能不随空间位置而变化，在某些领域限制了其应用。若采用多相复合材料，如金属基陶瓷涂层材料，由于各相的热胀系数和热应力的较大差别，很容易在相界处出现涂层剥落现象，其关键原因在于基底和涂层间存在有一个物理性能突变的界面。为解决这个问题，以连续变化的组分梯度来代替突变界面来消除物理性能的突变，可以使热应力降至最小。功能梯度材料正是在这种背景条件下提出的。所谓功能梯度材料是根据使用要求，在材料的制备过程中，选用两种或两种以上性质不同的材料，通过采用不同以往的复合技术控制材料内部的微观要素在某特定方向呈连续的梯度变化，从而使材料宏观性能也在同一方向呈连续梯度变化的一种非均匀复合材料。正是由于功能梯度材料有着其独特的性能，能克服传统材料的某些不足，成为了材料科学研究中的一个热点。
[0003]更能贴近工作环境的功能梯度材料具有普通均质材料或符合材料所没有的一些特殊性能，表现出了很强的优越性和不可替代性，因此功能梯度材料在近几年得到了快速发展，但这些工作大多集中于金属/陶瓷等无机功能梯度材料领域，而对聚合物功能梯度材料研究还处于起步阶段。高分子材料作为和金属、陶瓷并列的三大材料之一，在社会和生活中扮演着越来越重要的作用。在梯度材料和高分子材料迅猛发展的今天，高分子材料领域开展梯度材料的研究是非常有意义的。
[0004]以往聚合物梯度功能材料基本都是在纳米或者微米级的尺度上，例如用溶液扩散聚合法制备了纳米级的梯度高分子薄膜。但是该制备方法和条件控制都相当复杂，实施困难，而且没有利用现有的聚合物加工设备进行大型构件的制备。
[0005]北京化工大学的温变英等采用级分配料、分级加料的加料方式，制备了共混型圆筒状PP/ABS和PP/PA6梯度材料。但是结合其制备原理可以看出，在圆筒直径方向上的梯度不是连续均匀变化的，仍然存在一定的成分突变;而且由于每制得一个梯度材料样品，须重新进行加样，因而不能连续制备梯度功能高分子材料。
[0006]四川大学的傅强等提供了一种聚合物梯度功能材料连续制备成型装置，包括两台挤出机，两台挤出机分别经两个连接体与过渡体相连。但是这种方法需要采用两台挤出机。
[0007]
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题是提供一种熔融挤出法制备梯度结构聚合物材料的方法，本发明中加料方式设计高效智能，能连续制备具有梯度组分聚合物材料。
[0009]本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的:一种熔融挤出法制备梯度结构聚合物材料的方法，其特征在于，其包括以下步骤:采用分级加料-熔融挤出-成型的技术路线，其中，分级加料是指在加料段设计增加一个分加料口，主组分聚合物从主加料口进料，而辅组分材料从分加料口进料，通过设计程序使得辅组分材料每隔一定的时间间隔增加量加入到双螺杆挤出机中。
[0010]优选地，所述分加料口只需要调节进料速度来控制辅助组分的进料量。
[0011]优选地，所述主组分聚合物主要是指热塑性聚合物如聚烯烃、工程塑料及聚酯。
[0012]优选地，所述辅组分材料主要是指功能助剂，如成核剂、阻燃剂等。
[0013]优选地，所述功能助剂是成核剂或阻燃剂，成核剂主要是针对聚丙烯，阻燃剂针对工程塑料与聚酯。
[0014]优选地，所述主组分聚合物为聚丙烯、尼龙树脂及聚对苯二甲酸乙二醇酯。
[0015]优选地，所述设计程序是指主要通过调节加料速率来实现梯度结构材料的制备。
[0016]优选地，所述双螺杆挤出机为长径比大于40的挤出机。
[0017]本发明的积极进步效果在于:
一、本发明是在熔融挤出下制备连续梯度分布的聚合物材料，通过设计加料段实现，大幅度简化了制备梯度功能聚合物材料的方法，因而本发明所述方法中，两组分聚合物分别从两个加料口进料，而主组分从主加料口保持匀速进料，辅助组分从分加料口采用连续增加料进料，从而能够避免聚合物功能梯度材料的不连续变化及制备复杂性。
[0018]二、本发明所述方法的工艺简单，所用设备为常规设备，便于实现工业化生产。
【附图说明】
[0019]图1为本发明中聚合物梯度功能材料的连续制备成型装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
[0021]本发明熔融挤出法制备梯度结构聚合物材料的方法包括以下步骤:采用分级加料-熔融挤出-成型的技术路线，其中，分级加料是指在加料段5设计增加一个分加料口，主组分聚合物从主加料口 2进料，而辅组分材料从分加料口 3进料，使得辅组分材料每隔一定的时间间隔(时间范围:2s-30s )增加量加入到双螺杆挤出机I中。
[0022]设置螺杆挤出机各段温度，略高于主组分聚合物材料的熔点，待各温度段温度达到所设置值时，开始从主加料口添加主组分聚合物材料，进行熔融挤出，计算聚合物加料量。当机头4开始出料后，计算辅组分助剂加入量，在辅加料口添加辅组分助剂材料，间隔一定的时间间隔(3s-20s)增加进料速率，与主组分聚合物材料经过熔融挤出共混。将机头处的共混料通过卷筒进行卷绕成型，厚度通过卷绕速率进行控制，从而得到连续梯度变化的梯度功能聚合物材料。
[0023]所述主组分聚合物主要是指热塑性聚合物如聚烯烃、工程塑料及聚酯。所述辅组分材料主要是指功能助剂，如成核剂、阻燃剂等。所述主组分聚合物优选地为聚丙烯、尼龙树脂及聚对苯二甲酸乙二醇酯。所述成核剂主要是针对聚丙烯，阻燃剂针对工程塑料与聚酯。成核剂的作用主要是提高聚丙烯的结晶度，细化球晶的作用，通过该工艺可制备连续结晶度变化的功能聚丙烯材料。阻燃剂的作用主要是指提高聚合物的耐燃性、热稳定性等性會K。
[0024]所述设计程序是指主要通过调节加料速率来实现梯度结构材料的制备。所述双螺杆挤出机为长径比大于40的挤出机。选择长径比较大的双螺杆挤出机的好处是使得材料的共混效果更好，且梯度结构之间的界限更模糊，结构变化连续，此外，所卷绕成型的片材某一梯度结构下的材料更宽。
[0025]实施例一
制备具有连续结晶梯度结构的聚合物材料的步骤如下:
以聚丙烯(PP)和成核剂为原料，按照成核剂的加入量从0.01-0.2%增加进行配料，将PP从主加料口匀速加料，计算PP加料量，然后计算成核剂加入量，调控加料速度，从辅加料口加入成核剂，使得成核剂以连续变化的量与PP熔体(PP熔体是熔融温度下挤出所得)共混并挤出成型，得到具有连续结晶梯度结构的PP材料。
[0026]实施例二
制备具有连续阻燃梯度结构的聚合物材料的步骤如下:
以工程塑料尼龙(PA6)和阻燃剂为原料，由于阻燃剂添加量较大，且粉末在较大的添加量下容易分散不均，因此先使PA6和阻燃剂以一定配比(30%-50%)通过熔融挤出法(在230-250 °C下熔融挤出)挤出母粒，再以PA6从主加料口进料，阻燃PA6母粒从分加料口进料，最后经过成型，从而得到分散均匀且具有连续阻燃梯度结构的阻燃PA6材料。
[0027]通过本发明的技术方案，能够实现多种结构形式的聚合物梯度组分材料的连续制备。装置具有结构合理、效率高、且连续成型产品结构稳定、效果好的优点，具有较大的推广和应用价值。
[0028]以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种熔融挤出法制备梯度结构聚合物材料的方法，其特征在于，其包括以下步骤:采用分级加料-熔融挤出-成型的技术路线，其中，分级加料是指在加料段设计增加一个分加料口，主组分聚合物从主加料口进料，而辅组分材料从分加料口进料，通过设计程序使得辅组分材料每隔一定的时间间隔增加量加入到双螺杆挤出机中。2.如权利要求1所述的熔融挤出法制备梯度结构聚合物材料的方法，其特征在于，所述分加料口只需要调节进料速度来控制辅助组分的进料量。3.如权利要求1所述的熔融挤出法制备梯度结构聚合物材料的方法，其特征在于，所述主组分聚合物主要是指热塑性聚合物如聚烯烃、工程塑料及聚酯。4.如权利要求1所述的熔融挤出法制备梯度结构聚合物材料的方法，其特征在于，所述辅组分材料主要是指功能助剂。5.如权利要求4所述的熔融挤出法制备梯度结构聚合物材料的方法，其特征在于，所述功能助剂是成核剂或阻燃剂，成核剂主要是针对聚丙烯，阻燃剂针对工程塑料与聚酯。6.如权利要求1所述的熔融挤出法制备梯度结构聚合物材料的方法，其特征在于，所述主组分聚合物为聚丙烯、尼龙树脂及聚对苯二甲酸乙二醇酯。7.如权利要求1所述的熔融挤出法制备梯度结构聚合物材料的方法，其特征在于，所述设计程序是指主要通过调节加料速率来实现梯度结构材料的制备。8.如权利要求1所述的熔融挤出法制备梯度结构聚合物材料的方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机为长径比大于40的挤出机。
【文档编号】C08L23/12GK105835332SQ201610341412
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】尹静波, 龙丽娟
【申请人】上海大学