一种大尺寸块状热塑性高分子复合材料的熔合成型方法
【专利摘要】本发明公开了一种大尺寸块状热塑性高分子复合材料的成型方法，这种成型方法区别于传统的挤压成型方法，首先将含固体填料的热塑性高分子复合材料制成薄片，然后将薄片叠放成在一起，通过升温并施加外力，或者是在叠放片状材料过程每增加一层片状材料，在表面涂一层可以溶解高分子材料的溶剂，叠放的片状材料相互粘接牢固后将溶剂驱除，得到大尺寸的块状材料，块状材料可以进行进一步的加工，获得需要的外形和尺寸。这种成型方法可以采用较小的设备并在较低的压力下制备出更大尺寸的块状高分子复合材料。该方法适用于各种热塑性高分子复合材料的成型，解决了小设备不能制造大尺寸块状材料的难题。
【专利说明】一种大尺寸块状热塑性高分子复合材料的熔合成型方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高分子复合材料的成型加工方法，特别是一种大尺寸块状热塑性高分子复合材料的熔合成型方法。
【背景技术】
[0002]传统的高分子复合材料成型方法很多，但随着这些材料尺寸的增加，设备也越来越庞大，成型所需要的压力也越高，能源的消耗增加，制造难度显著增大，综合制造成本大幅度提高。另外，随着尺寸的增加，块状材料的整体质量控制的难度也加大。对于含有大量固体填料的高分子复合材料，物料的分散均匀性和力学性能的稳定性是比较重要的质量要求。例如采用典型的螺压挤出工艺制备热塑性高分子复合材料，随着填料比例的提高挤出成型压力会大幅度提高，有时高达30-60MPa，成型需要的温度也会随固体填料的增加而提高。这将要求螺杆挤出设备的整体强度和部件的强度非常高，设备体积也相应增大，整个成型系统很庞大。如果需要挤出直径200mm以上的材料，螺杆直径通常至少要求在150mm以上，成型体的直径至少在300mm以上，整个设备系统的重量在20吨以上。如需要制备直径在300mm以上的块体高分子复合材料，螺杆挤出更加困难，设备更庞大，设备维修保养和使用都很繁琐。采用单螺杆或双螺杆挤出工艺制备含有固体填料的大尺寸热塑性高分子复合材料的主要问题在于物料塑化程度不够、物料分散不均匀、块体材料的密实性不够等。目前，解决上述问题的主要方法主要采用更大尺寸的成型设备，此外还通过物料多次混合塑化的方法改善成型质量，这些措施不仅会增加制造成本，生产效率也比较低。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种大尺寸块状热塑性高分子复合材料的熔合成型方法。
[0004]实现本发明目的的技术解决方案为:一种大尺寸块状热塑性高分子复合材料的熔合成型方法，将含固体填料的片状热塑性高分子复合材料进行裁剪，将裁剪好的片状材料叠放在一起置于模具中，之后在上述叠放好的片状材料上施加压力，将材料和模具的温度均提升到材料的软化温度，并在软化温度下保持1.0-24小时，得到大尺寸块状高分子复合材料。
[0005]所述热塑性高分子复合材料是以聚氨酯弹性体、聚叠氮缩水甘油醚、3-叠氮甲基-3-甲基环氧丁烷聚合物、3，3-双(叠氮甲基)环氧丁烷聚合物、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚异丁烯、聚甲基丙烯酸酯、尼龙、ABS、聚乳酸、聚乙烯醇缩丁醛、乙基纤维素、醋酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、硝化纤维素中的一种或两种以上混合物为主体粘合剂。
[0006]所述固体填料为熔点高于热塑性高分子材料软化点的固体粉末材料，固体填料占复合材料总质量的10%-80%。
[0007]所述片状热塑性高分子复合材料的厚度为0.1-4.0mm。
[0008]在叠放好的片状材料上施加的压力作用于单位面积相应的压强为0.3-10.0MPa0
[0009]将含固体填料的片状热塑性高分子复合材料进行裁剪，裁剪的形状为直径0.2-0.8m的圆片。
[0010]与现有技术相比，本发明的显著优点为:1)采用较小的设备制造大尺寸的固体高分子复合材料，成型设备系统的重量和体系显著减小；2)通过预先混合均匀和塑化的片状材料二次成型，较好地解决传统成型方法所导致物料分散不均匀、塑化程度不够的问题；3)采用融合方法成型，大幅度降低了成型压力，提高了成型质量和制品的综合性能。
【具体实施方式】
[0011]一种大尺寸块状热塑性高分子复合材料的熔合成型方法，将含固体填料的片状热塑性高分子复合材料进行裁剪，将裁剪好的片状材料叠放在一起置于模具中，之后在上述叠放好的片状材料上施加压力，将材料和模具的温度均提升到材料的软化温度，并在软化温度下保持1.0-24小时，得到大尺寸块状高分子复合材料。所述软化温度根据材料的种类来确定，对于聚氨酯弹性体一般采用50-100°C，对于聚氯乙烯采用165-200°C，对于聚乙烯和聚丙烯多采用180-220°C，对于ABS采用180_210°C，对于聚甲基丙烯酸酯和尼龙采用190-220°C，对于聚乳酸采用150-170°C，对于聚叠氮缩水甘油醚、3-叠氮甲基-3-甲基环氧丁烷聚合物、3，3-双(叠氮甲基)环氧丁烷聚合物采用60-100°C，对于乙基纤维素采用130-150°C，对于醋酸纤维素采用150-200°C，对于乙酸丁酸纤维素采用140_150°C。
[0012]所述热塑性高分子复合材料是以聚氨酯弹性体、聚叠氮缩水甘油醚、3-叠氮甲基-3-甲基环氧丁烷聚合物、3，3-双(叠氮甲基)环氧丁烷聚合物、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚异丁烯、聚甲基丙烯酸酯、尼龙、ABS、聚乳酸、聚乙烯醇缩丁醛、乙基纤维素、醋酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、硝化纤维素中的一种或两种以上混合物为主体粘合剂。
[0013]所述固体填料为熔点高于热塑性高分子材料软化点的固体粉末材料，固体填料占复合材料总质量的10%-80%。上述固体填料可以为碳酸钙、氧化铝、碳酸镁、炭黑、石墨、二氧化硅、氧化镁、三聚氰胺等熔点高于高分子粘合剂软化点且物理化学性能都相对稳定的固体粉末，粉末的粒径没有限定，通常粒径小于200微米。根据不同的用途，其他的无机或有机的材料都可以使用。这些固体填料的主要作用包括，降低材料成本、提高材料强度或其他性能，或者是用于满足其他性能要求。
[0014]所述片状热塑性高分子复合材料的厚度为0.1-4.0mm。
[0015]在叠放好的片状材料上施加的压力作用于单位面积相应的压强为0.3-10.0MPa0
[0016]将含固体填料的片状热塑性高分子复合材料进行裁剪，裁剪的形状为直径
0.2-0.8m的圆片。
[0017]本发明采用预先制片的方法，将需要成型的高分子复合材料采用通用的手段经过混合和塑化处理，固体填料和高分子基体实现完全分散，得到的片状材料物料均匀性和密实性都达到要求。然后，通过片与片之间热熔合作用粘接在一起，得到大尺寸的块体复合材料。
[0018]为了更好地说明本发明的实施方法，下面进行举例阐述，这些过程和工艺条件并不代表发明的全部。只要是通过预成型的片状高分子复合材料通过升温融合而得到大尺寸块状材料的方法均可以被使用，不违背本发明的技术方案。
[0019]实施例1:
[0020]选用软化点为70°C的聚氨酯热塑性弹性体为高分子粘合剂，在聚氨酯热塑性弹性体中加入粒径小于200 μ m的碳酸钙粉末作为固体填料，按固体填料占成品复合材料质量百分含量为30%进行配料，采用溶剂法捏和混合工艺将碳酸钙填料均匀分散到聚氨酯热塑性弹性体中，然后将溶剂驱除，再采用压延工艺在50°C温度下将混合好的高分子复合材料压延成厚度为1.0mm的薄片，薄片的宽度控制到200-250mm。测试薄片料的密度为理论密度的 93.0%。
[0021]采用切制模具将预先制备的薄片状材料切制成直径200mm的圆片，将圆片叠放在一起，置于模具中，当叠放的厚度控制到330mm，然后在材料的一端加一片厚度为20mm的不锈钢垫板，并在垫板上施加9.42kN的压力，折算成单位面积的压强为0.3MPa，将系统的温度缓慢提升到60°C，并在此温度和压力条件下保持24小时，片状材料相互融合到一起，得到直径200mm高度300mm左右的圆柱形块状材料。将体系的温度降到室温，取出块体材料后测试其密度为理论密度的97.2%。取样测试块状材料的拉伸强度为25.4MPa。
[0022]为了做比较，采用同样的物料，用单螺杆挤出机制备直径80mm的柱状材料，测试其密度为理论值的96.8%，拉伸强度为24.8MPa。可以看出，采用螺压成型工艺制备的块状复合材料，无论密实性还是力学强度均没有本发明的方法制备的样品性能好。
[0023]实施例2-8:
[0024]采用与实施例1相同的原料和成型工艺过程，选用软化点为60_70°C的聚氨酯热塑性弹性体为高分子粘合剂，在聚氨酯热塑性弹性体中加入粒径小于200 μ m的氧化铝粉末作为固体填料，按固体填料占成品复合材料质量百分含量为30%进行配料，采用溶剂法捏和混合工艺将碳酸钙填料均匀分散到聚氨酯热塑性弹性体中，然后将溶剂驱除，再采用压延工艺在60°C温度下将混合好的高分子复合材料压延成不同厚度的薄片，薄片的宽度控制到 200-250mm。
[0025]采用与实施例1相同的过程将片状材料融合成块状材料，仅改变成型压力进行成型，制备的块状材料的条件、材料密度和力学性能如下表所示。
【权利要求】
1.一种大尺寸块状热塑性高分子复合材料的熔合成型方法，其特征在于，将含固体填料的片状热塑性高分子复合材料进行裁剪，将裁剪好的片状材料叠放在一起置于模具中，之后在上述叠放好的片状材料上施加压力，将材料和模具的温度均提升到材料的软化温度，并在软化温度下保持1.0-24小时，得到大尺寸块状高分子复合材料。
2.根据权利要求1所述的大尺寸块状热塑性高分子复合材料的熔合成型方法，其特征在于，所述热塑性高分子复合材料是以聚氨酯弹性体、聚叠氮缩水甘油醚、3-叠氮甲基-3-甲基环氧丁烷聚合物、3，3-双(叠氮甲基)环氧丁烷聚合物、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚异丁烯、聚甲基丙烯酸酯、尼龙、ABS、聚乳酸、聚乙烯醇缩丁醛、乙基纤维素、醋酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、硝化纤维素中的一种或两种以上混合物为主体粘合剂。
3.根据权利要求1所述的大尺寸块状热塑性高分子复合材料的熔合成型方法，其特征在于，所述固体填料为熔点高于热塑性高分子材料软化点的固体粉末材料，固体填料占复合材料总质量的10%-80%。
4.根据权利要求1所述的大尺寸块状热塑性高分子复合材料的熔合成型方法，其特征在于，所述片状热塑性高分子复合材料的厚度为0.1-4.0mm。
5.根据权利要求1所述的大尺寸块状热塑性高分子复合材料的熔合成型方法，其特征在于，在叠放好的片状材料上施加的压力作用于单位面积相应的压强为0.3-10.0MPa0
6.根据权利要求1所述的大尺寸块状热塑性高分子复合材料的熔合成型方法，其特征在于，将含固体填料的片状热塑性高分子复合材料进行裁剪，裁剪的形状为直径0.2-0.Sm的圆片。
【文档编号】B29C43/20GK103786293SQ201410030629
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月22日 优先权日:2014年1月22日
【发明者】蔺向阳, 郑文芳, 何敏, 郭伟, 尹雯 申请人:南京理工大学