专利名称：生产单聚合物复合材料制品的准熔融静态混合方法
技术领域：
本发明涉及一种用于生产单聚合物复合材料制品的准熔融静态混合工艺，属于聚 合物复合材料成型加工技术领域。
背景技术：
聚合物复合材料通常是由聚合物基体、增强体(如纤维)等组成的多相固体材料， 基体与增强体之间存在界面，界面性能对复合材料的性能起着重要的作用。基体和增强体 的粘接性能直接影响着界面性能，界面性能又影响应力传递，这种影响贯穿基体与增强体 的细观状态和宏观力学性质。由于增强热塑性树脂基复合材料的基体本身缺乏可反应的活 性官能团，很难与增强体发生良好的化学键结合，因此界面问题一直制约着其发展。如何获 得坚固、稳定的界面是聚合物复合材料的经典问题。此外，复合材料大量使用导致了复合材 料废弃物的增加。随着自然资源的日益枯竭和环境的严重污染，全球能源回收和再利用意 识不断提高，材料设计必须考虑聚合物回收再利用。在设计可回收材料时，基本原则是在体 系中选择尽可能少的组分。一般的复合材料往往由两种或两种以上不同组分组成，这严重 限制了聚合物复合材料的回收再利用。研究界面性能良好且易回收的复合材料受到了关 注，1975年，N. J. Capiati等人首次制备了聚乙烯纤维增强聚乙烯复合材料，即基体和增强 体为同种聚合物的复合材料，称为单聚合物复合材料。单聚合物复合材料基体与增强体之 间具有较好的界面粘结性能和优越的回收再利用性能，单聚合物复合材料的制备研究将得 到快速的发展。目前，制备单聚合物复合材料的方法有热压纤维法、溶液浸渍法、热层压法、纤维 缠绕热压法等。虽然单聚合物复合材料制备的研究已涉及到聚烃类、聚酯类等多种复合材 料，但尚停留在实验室阶段；目前单聚合物复合材料的加工方法主要是热压法，基体与增强 体的结合主要通过加压实现，单聚合物复合材料的制备过程一般要求严格控制加工温度， 限制了生产大尺寸单聚合物复合材料制品的发展，同常规的聚合物成型加工方法还具有很 大差距，还未实现连续化批量生产。挤出和注塑成型是聚合物材料加工规模化生产的最主 要的加工工艺方法，但是对于单聚合物复合材料的挤出和注塑成型加工，国内外还鲜有报 道。如果实现单聚合物复合材料的连续生产，可大范围的发挥单聚合物复合材料良好的界 面粘结性能和优越的回收再利用性能，单聚合物复合材料可广泛应用航空航天、船舶、汽 车、通信电子、建材、医疗器械和健身器材等领域，取代木材金属合金和玻纤复合材料，推动 我国新材料技术和加工行业的发展。
发明内容
本发明针对目前单聚合物复合材料制备方法有限和不能实现连续生产的问题，提 出一种生产单聚合物复合材料制品的准熔融静态混合方法，使单聚合物复合材料制品得到 规模化生产，进而大范围的发挥单聚合物复合材料的良好的界面粘结性能和优越的回收再 利用性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。该生产单聚合物复合材料制品的准熔融静态混合方法基体材料通过常规的聚合 物加工设备熔融塑化，基体材料保持熔融状态，在压力作用下经过绝热板和分流板进入主 体，在绝热板、分流板、主体和快速冷却装置作用下，基体材料由熔融状态快速冷却至准熔 融状态；纤维增强体材料通过纤维加料装置进入主体中，在压力作用下同准熔融状态的基 体材料一起进入静态混合装置，通过温控装置保持静态混合装置的温度在基体材料熔融温 度以下，在静态混合元件的作用下基体材料和纤维增强体材料混合均勻，最后继续在压力 作用下挤出设备成型制品。上述的快速冷却装置采用水冷和电加热组合控温的方式。上述的纤维加料装置采用电机驱动自动加料，控制加料量。上述的静态混合装置主要由筒体和静态混合元件组成。本发明的有益效果单聚合物复合材料具有基体与增强体界面粘结性好和易于回收再利用的优势，本 发明能够实现单聚合物复合材料的基体由熔融状态快速冷却至准熔融状态，实现单聚合物 复合材料的基体与常温状态下的增强体的混合，可用于单聚合物复合材料制品的连续生产 加工中，本发明采用静态混合元件，可以在无需动力情况下使基体和增强体混合均勻。
图1是本发明所用装置的实施例示意图。其中，1.连接器，2.绝热板，3.分流板，4.快速冷却装置，5.主体，6.纤维加料装 置，7.控温装置，8.筒体，9.静态混合元件，10.机头。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。实现该方法所用的准熔融静态混合设备，包括绝热板2、分流板3、主体5、快速冷 却装置4、静态混合装置、控温装置7和纤维加料装置6。绝热板2和分流板3设置在主体5 的一端，快速冷却装置4设置在主体5外围，主体5 —端同静态混合装置连接，纤维加料装 置6设置在主体5与静态混合装置之间，控温装置7设置在静态混合装置外围。本实施例 的设备整体可设置在常规挤出成型设备中使用，设备的一端通过连接器1同挤出机的机筒 连接，设备另一端连接挤出机的机头10，挤出机的螺杆与机筒用于基体材料的熔融塑化。实现准熔融条件的关键是快速冷却熔融的基体材料，设备的绝热板2、分流板3、 主体5和快速冷却装置4用于控制基体材料由熔融状态快速冷却至准熔融状态，从而抑制 基体材料从熔融温度转变到准熔融温度过程中发生结晶而固化。快速冷却装置采用水冷和 电加热的控温方式。纤维加料装置6用于纤维增强体材料的添加，本实施例采用电机驱动 完成自动加料。静态混合装置主要由筒体8和静态混合元件9组成，用于基体材料与纤维 增强体材料的混合，其优势是能够在无需动力的情况下利用固定在筒体8内的静态混合元 件9改变流体在筒体内的流动状态，达到不同流体之间良好的分散和充分混合目的。控温 装置7用于控制静态混合装置的温度保持基体材料的熔融温度以下，采用水冷和电加热组 合控温的方式。
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本实施例的工艺过程如下基体材料和纤维增强体材料为同种聚合物材料；基体 材料通过常规的挤出成型设备熔融塑化，基体材料保持熔融状态，在压力作用下经过绝热 板2和分流板3进入主体5，在绝热板2、分流板3、主体5和快速冷却装置4作用下，基体材 料由熔融状态快速冷却至准熔融状态；纤维增强体材料通过纤维加料装置6进入主体5中， 在压力作用下同准熔融状态的基体材料一起进入静态混合装置，通过温控装置7保持静态 混合装置的温度在基体材料熔融温度以下，在静态混合元件9的作用下基体材料和纤维增 强体材料混合均勻，最后继续在压力作用下通过机头10成型制品。本实施例的机头10可 成型厚4mm宽20mm的板状制品。
权利要求
1.生产单聚合物复合材料制品的准熔融静态混合方法其特征在于，基体材料通过常 规的聚合物加工设备熔融塑化，基体材料保持熔融状态，在压力作用下经过绝热板和分流 板进入主体，在绝热板、分流板、主体和快速冷却装置作用下，基体材料由熔融状态快速冷 却至准熔融状态；纤维增强体材料通过纤维加料装置进入主体中，在压力作用下同准熔融 状态的基体材料一起进入静态混合装置，通过温控装置保持静态混合装置的温度在基体材 料熔融温度以下，在静态混合元件的作用下基体材料和纤维增强体材料混合均勻，最后继 续在压力作用下挤出设备成型制品。
2.如权利要求1所述的生产单聚合物复合材料制品的准熔融静态混合方法其特征在 于，上述的快速冷却装置采用水冷和电加热组合控温的方式。
3.如权利要求1或2所述的生产单聚合物复合材料制品的准熔融静态混合方法上述 的纤维加料装置采用电机驱动自动加料，控制加料量。
4.如权利要求1或2所述的生产单聚合物复合材料制品的准熔融静态混合方法上述 的静态混合装置主要由筒体和静态混合元件组成。
全文摘要
本发明为生产单聚合物复合材料制品的准熔融静态混合方法，属于聚合物复合材料成型加工领域。基体材料通过常规的聚合物加工设备熔融塑化，基体材料保持熔融状态，在压力作用下经过绝热板和分流板进入主体，在绝热板、分流板、主体和快速冷却装置作用下，基体材料由熔融状态快速冷却至准熔融状态；纤维增强体材料通过纤维加料装置进入主体中，在压力作用下同准熔融状态的基体材料一起进入静态混合装置，通过温控装置保持静态混合装置的温度在基体材料熔融温度以下，在静态混合元件的作用下基体材料和纤维增强体材料混合均匀，最后继续在压力作用下挤出设备成型制品。本发明大范围发挥单聚合物复合材料的良好的界面粘结性能和优越的回收再利用性能。
文档编号B29B7/90GK102145514SQ20111006760
公开日2011年8月10日 申请日期2011年3月20日 优先权日2011年3月20日
发明者代攀, 彭炯, 王建, 陈晋南 申请人:北京理工大学