专利名称：对位芳纶浆粕复合母体的制造方法
技术领域：
本发明属于高性能高分子结构材料制造技术领域。涉及一种对位芳纶浆粕复合母 体的制造方法，具体地说是涉及一种利用高度原纤化对位芳纶浆粕的高捕获性能，制造高 含量对位芳纶浆粕热塑性复合母体的方法。
背景技术：
众所周知，石棉纤维是一种兼有阻燃、增强、触变、助加工等优异综合性能的无机 纤维材料，常被广泛用于摩擦材料、密封材料、建筑材料等多种领域，但石棉纤维制品无论 在生产或使用中均会给人体健康造成严重危害，因而世界各国科研人员都在致力于寻求一 种新型的非石棉纤维以替代现有的石棉纤维。美国杜邦、日本帝人公司率先开发的Kevlar Pulp、Twaron Pulp和上海兰邦开发 的“金蜘蛛”牌系列对位芳纶浆粕是取代石棉纤维的理想产品。其结构类似于树枝状，即每 条枝杆上附着许多微纤，表面毛羽非常丰富，因此，比表面积巨大(一般短切纤维的比表面 积只有0. 1 lm2/g，浆粕比表面积达10 25m2/g)，用于复合材料中，具有非常强的捕获细 微粒子、抑制组分流失的能力。而这种独特的纤维结构，即主干纤维表面呈毛绒状，轴向尾 端原纤化成针尖状，使得纤维之间容易发生缠结而不易均勻地分散到复合材料的基体中， 使得具有这种优异结构特性的纤维不能充分发挥其应有作用，而大大制约其应用领域。为此，美国杜邦公司(USP 4514541)提出了利用弹性体溶液与对位芳纶浆粕和补 强弹性体共同混合均勻制备芳纶浆粕粒状弹性体母胶的配方及制备工艺，制备的含20%芳 纶浆粕的母胶在弹性体基体中具有良好的分散性，其增强的弹性体复合材料的常温和高温 拉伸力学性能指标有很大的提高，该工艺采用需采用大量污染性有机溶剂甲苯，从而给生 产的安全性和环境带来不利影响。作为上述技术的补充和发展，杜邦公司(EP 0272459)又 公开了利用液体弹性体与芳纶浆粕和补强填料制备芳纶浆粕粒状弹性体母胶的配方及制 备工艺，制备的含10%芳纶浆粕的母胶在弹性体基体中具有良好的分散性，其增强的弹性 体复合材料小变形下的应力比直接使用芳纶浆粕增强的弹性体复合材料高出50-200%。可以看出，杜邦公司的上述工艺受到溶剂污染性及液体弹性体品种的制约，无法 适用于多品种的复合材料基体，且成本很高，不能充分发挥对位芳纶浆粕的增强潜力。为此，我国北京化工大学(CN 200510083844.8)提出了一种对位芳纶浆粕的预处 理方法，利用空心玻璃微珠作为无机隔离粉体与松散的对位芳纶浆粕混合后再与作为润滑 剂的邻苯二甲酸酯类化合物进行混合形成对位芳纶浆粕的混合物，能使对位芳纶浆粕在弹 性体中分散性能优异，有利于提高其增强的弹性体复合材料的性能，特别是该方法避免了 使用地环境污染的有机溶剂。但该方法使用大量的邻苯二甲酸酯类润滑剂，最终残留在复 合体系中，必将影响制品的性能，同时该处理方法仍然没有突破对位芳纶浆粕仅在橡胶弹 性体领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制造对位芳纶浆粕复合母料的制造方法，能使浆粕在 不同的应用基体中分散均勻，有效提高对位芳纶浆粕在复合材料中的增强潜力，且工艺简 单、灵活并无污染。本发明的技术方案是利用高度原纤化对位芳纶浆粕的高捕获性能，在高剪切作 用下，均勻吸附经高效偶联剂预处理后的功能无机粉末，使对位芳纶浆粕的微纤之间形成 有效隔离并与增强基体有很好的相容性，再将热塑性粒子或粉体与经隔离处理的浆粕复合 物进行充分混合后，根据不同基体的特性选用合适的加工条件，形成含对位芳纶浆粕25 35%的复合母体。本发明具有以下优点1.充分利用高度原纤化对位芳纶浆粕的高捕获性能，制造对位芳纶浆粕分布均勻 的复合母体，不使用任何对环境污染的有机溶剂或含有减低增强体系性能影响的组份；2.将无机粉末的高效偶联剂的预处理、对位芳纶浆粕与无机粉末的高速混合分 散、热塑性粒子或粉体与经隔离处理芳纶浆粕的混合可在同一设备中完成，大大减化了制 造工艺处理流程；3.制成的对位芳纶浆粕复合母体可和普通高分子原料一样直接应用于增强体系， 应用要求大幅度减低；
图1为本发明对位芳纶浆粕复合母体制造的工艺流程图。图2为对位芳纶浆粕的扫描电镜照片。
具体实施例方式本发明对位芳纶浆粕复合母体制造方法的技术特征在于高度原纤化对位芳纶浆 粕均勻吸附经高效偶联剂预处理后的功能无机粉末，使芳纶浆粕的微纤之间形成有效隔离 并与增强基体有很好的相容性，再将热塑性粒子或粉体与经隔离处理的浆粕复合物进行充 分混合后，根据不同基体的特性选用合适的加工条件，形成含对位芳纶浆粕25 35%的复 合母体。本发明所述的功能无机粉末可以是无机非金属矿物粉如碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、 硅灰石、玻璃微珠等其中的一种或几种；本发明所述的高效偶联剂可以是硅烷类、钛酸酯类或铝酸酯类偶联剂，最好是根 据体系要求选用钛酸酸类偶联剂；本发明所述的偶联剂对无机功能粉末预处理方法可以采用直接预混合法，但更好 的方法是在高效混合设备中，无机粉末在高速搅拌的同时，雾状喷入偶联剂，使少量偶联剂 能均勻地包覆在无机粉末的表面；本发明所述的对位芳纶浆粕与被高效偶联剂均勻包复的无机功能粉末在高效混 合设备中进行高剪切分散混合，形成对位芳纶浆粕的有效隔离物系；本发明所述的热塑性粒子或粉体可以是ΡΑ、ΡΕ、PP、ΤΡΕ、TPO、PET、PC、PS等需增 强的基体；
本发明所述的高效混合过程的实施可在同一高剪切混合设备中完成，内部包含两 套相互垂直的双层搅拌装置，下层为高转速片状结构，使浆粕状纤维在高剪切作用下充分 伸展，且使粉体能被均勻吸附，而上层采用低速桨式结构，使离心向上和边上的物料在设备 中向下向中心翻动，以形成充分混合、均勻分布的稳定复合体系；实施例下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。实施例中所采用对位芳纶浆粕为上海兰邦工业纤维有限公司 生产的“金蜘蛛” DFP-103型，其技术指标为长度分布1. 8士0. 4mm ；比表面积为13. 8m2/g， 其扫描电镜照片如图2所示。高剪切混合设备为自行设计制造，盖上带有液体喷雾入料装置，内部包含两套相 互垂直的双层搅拌装置，下层为高转速片状结构，使浆粕状纤维在高剪切作用下充分伸展， 且使粉体能被均勻吸附，而上层采用低速桨式结构，使离心向上和边上的物料在设备中向 下向中心翻动。实例1在高剪切混合设备中加入1000目微细活性轻质碳酸钙1425g，在高速搅拌的同时 喷雾加入单烷氧基型钛酸酯偶联剂75g，使其均勻地包覆在碳酸钙的外面，然后加入对位芳 纶浆粕1500g，再高速搅拌，同时启动低速翻动，充分混合均勻后，加入熔指为15、粒径小于 2mm的聚丙烯粒子(PP) 2000g，继续高速搅拌、低速翻动，形成含对位芳纶复合物系。出料 后，经过直接双螺杆挤出机造粒系统，采用强制喂料装置，形成含对位芳纶浆粕30%的PP 复合母体。实例2在高剪切混合设备中加入1000目微细活性轻质碳酸钙1425，在高速搅拌的同时 喷雾加入单烷氧基型钛酸酯偶联剂75g，使其均勻地包覆在碳酸钙的外面，然后加入对位芳 纶浆粕1500g g，再高速搅拌，同时启动低速翻动，充分混合均勻后，加入特性粘数0. 9、粒径 小于2mm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET) 2000g，继续高速搅拌、低速翻动，形成含对位芳纶 复合物系。出料后，经过直接双螺杆挤出机造粒系统，采用强制喂料装置，形成含对位芳纶 浆粕30%的PET复合母体。实例3在高剪切混合设备中加入1000目微细活性轻质碳酸钙1425g，在高速搅拌的同 时喷雾加入单烷氧基型钛酸酯偶联剂75g，使其均勻地包覆在碳酸钙的外面，然后加入对 位芳纶浆粕1500g，再高速搅拌，同时启动低速翻动，充分混合均勻后，加入相对分子质量为 20000、粒径小于2mm的尼龙6 (PA6) 2000g，继续高速搅拌、低速翻动，形成含对位芳纶复合 物系。出料后，经过直接双螺杆挤出机造粒系统，采用强制喂料装置，形成含对位芳纶浆粕 30%的PA6复合母体。实例4分别用上述实例中的复合母体增强相应基体。先用双螺杆挤出机直接将复合母体 与相应纯基体熔融共混后，挤出造粒，再将所得的粒料用注塑机注塑标准样条，进行相应性 能测试，试验结果如表1所示。因此，应用本发明方法制造的对位芳纶浆粕母体增强相应基 体，实际浆粕使用在1. 5%左右就可起到大幅度改善基体力学性能的目的。
表1对位芳纶浆粕复合母体增强相应基体的试验结果
权利要求
一种对位芳纶浆粕复合母体的制造方法。其特征在于高度原纤化对位芳纶浆粕均匀吸附经高效偶联剂预处理后的功能无机粉末，使芳纶浆粕的微纤之间形成有效隔离并与增强基体有很好的相容性，再将热塑性粒子或粉体与经隔离处理的浆粕复合物进行充分混合后，根据不同基体的特性选用合适的加工条件，形成含对位芳纶浆粕25～35％的复合母体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的功能无机粉末可以是无机非金属 矿物粉如碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、硅灰石、玻璃微珠等其中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的高效偶联剂可以是硅烷类、钛酸酯 类或铝酸酯类偶联剂，最好是根据体系要求选用钛酸酸类偶联剂。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的偶联剂对无机功能粉末预处理方 法可以采用直接预混合法，但更好的方法是在高效混合设备中，无机粉末在高速搅拌的同 时，雾状喷入偶联剂，使少量偶联剂能均勻地包覆在无机粉末的表面。
5.根据权利要求1和4所述的方法，其特征在于所述的对位芳纶浆粕与被高效偶联 剂均勻包复的无机功能粉末在高效混合设备中进行高剪切分散混合，形成对位芳纶浆粕的 有效隔离物系。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的热塑性粒子或粉体可以是PA、PE、 PP、TPE、TPO、PET、PC、PS等需增强的基体。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的热塑性粒子或粉体与对位芳纶浆 粕隔离物系进行充分分散混合，形成稳定的复合物。
8.根据权利要求1、4、5和7所述的方法，其特征在于所述的高效混合过程的实施可 在同一高剪切混合设备中完成，内部包含两套相互垂直的双层搅拌装置，下层为高转速片 状结构，使浆粕状纤维在高剪切作用下充分伸展，且使粉体能被均勻吸附，而上层采用低速 桨式结构，使离心向上和边上的物料在设备中向下向中心翻动，以形成充分混合、均勻分布 的稳定复合体系。
9.根据权利要求1和7所述的方法，其特征在于所述的复合物根据不同基体的特性 选用合适的加工条件，利用强制喂料装置，经过双螺杆挤出机造粒系统，形成含对位芳纶浆 粕25 35%的复合母体。
全文摘要
一种对位芳纶浆粕复合母体的制造方法，属于高性能高分子结构材料技术领域。本发明利用高度原纤化对位芳纶浆粕的高捕获性能，在高剪切作用下，均匀吸附经高效偶联剂预处理后的功能无机粉末，使芳纶浆粕的微纤之间形成有效隔离并与增强基体有很好的相容性，再将热塑性粒子或粉体与经隔离处理的浆粕复合物进行充分混合后，根据不同基体的特性选用合适的加工条件，形成含对位芳纶浆粕25～35％的复合母体。本方法不使用任何对环境不利的有机溶剂，制得的复合母体中对位芳纶浆粕分布均匀，可直接应用于不同基体的增强体系，工艺简单、灵活且成本较低。
文档编号D01D1/00GK101870814SQ20091005713
公开日2010年10月27日 申请日期2009年4月27日 优先权日2009年4月27日
发明者尤松, 尤秀兰 申请人:上海兰邦工业纤维科技有限公司