一种大尺寸块状热塑性高分子复合材料的熔合成型方法.pdf

《一种大尺寸块状热塑性高分子复合材料的熔合成型方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种大尺寸块状热塑性高分子复合材料的熔合成型方法.pdf（8页完整版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 103786293 A (43)申请公布日 2014.05.14 CN 103786293 A (21)申请号 201410030629.0 (22)申请日 2014.01.22 B29C 43/20(2006.01) B29C 43/58(2006.01) (71)申请人 南京理工大学 地址 210094 江苏省南京市孝陵卫 200 号 (72)发明人 蔺向阳 郑文芳 何敏 郭伟 尹雯 (74)专利代理机构 南京理工大学专利中心 32203 代理人 马鲁晋 (54) 发明名称 一种大尺寸块状热塑性高分子复合材料的熔 合成型方法 (57) 摘要 本发明公开了一种大尺寸。

2、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。 (51)Int.Cl。

3、. 权利要求书 1 页 说明书 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书6页 (10)申请公布号 CN 103786293 A CN 103786293 A 1/1 页 2 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。

4、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%。

5、。 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 0.3-10.0MPa。 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 0.2-0.8m 的圆片。 权 利 要 求 书 CN 103786293 A 2 1/6 页 3 一种。

6、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。

7、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。

8、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。

9、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。 00。

10、08 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 0.3-10.0MPa。 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 说 明 书 CN 103786293 A 3 2/6 页 4 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。

11、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， 对于聚氯乙烯采用 165-200， 对于聚乙 烯和聚丙烯多采用 180-220， 对于 ABS 采用 180-210， 对于聚甲基丙烯酸酯和尼龙采用 190-220， 对于聚乳酸采。

12、用 150-170， 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， 对于乙基纤维素采用 130-150， 对于醋酸纤维素采用 150-200， 对于乙酸丁酸纤维素采用 140-150。 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。

13、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 0.1-4.0。

14、mm。 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 0.3-10.0MPa。 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。

15、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 说 明 书 CN 103786293 A 4 3/6 页 5 体中加入粒径小于 200m 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。

16、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， 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。

17、 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 200m 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。

18、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。 0026 0027 从实施例 2-8 的结果可以看出， 随着预制片厚度的提高， 得到的块状固体的拉伸 强度略有下降。随着成型压力的提高， 拉伸强度和密度明显提高。采用这些参数， 均可以得 到直径为 200mm 的综合性能良好的块状复合材料。 0028 实施例 9-16。

19、 ： 0029 采用与实施例 1 相同的原料和成型工艺过程， 仅改变复合材料中固体填料的比例 和块状材料的保温成型时间， 制备的块状材料密度和力学性能如下表所示。 说 明 书 CN 103786293 A 5 4/6 页 6 0030 0031 从实施例 9-16 的结果可以看出， 随着预制片中固体填料含量的增加， 得到的块状 固体的拉伸强度略有下降。随着成型时间的缩短， 拉伸强度和密度明显降低。采用这些参 数， 均可以得到直径为 200mm 的综合性能良好的块状复合材料。 0032 实施例 17-34 ： 0033 采用与实施例 1 相同的成型工艺过程， 仅改变复合材料中粘合剂的种类， 同时。

20、在 粘合剂基础上外加一定比例的增塑剂， 相应地改变不同材料的保温温度， 其他参数与实施 例 1 相同， 制备的块状材料密度和力学性能如下表所示。 0034 0035 说 明 书 CN 103786293 A 6 5/6 页 7 0036 从实施例 17-35 的结果可以看出， 采用不同的热塑性高分子材料为粘合剂的复合 材料体系， 选取合适的成型温度均可以得到直径为 200mm 的综合性能良好的块状复合材 料。 0037 实施例 36-41 ： 0038 采用与实施例 1 相同的原料和成型工艺过程， 仅通过改变预制薄片的切制尺寸和 采用更大的模具来加工尺寸更大的块状材料， 此外改变固体填料的种类。

21、进行对比成型试 验， 制备的块状材料的高度都控制在 0.5m， 其他参数与实施例 1 相同， 制备的块状材料密度 和力学性能如下表所示。 0039 0040 从实施例 36-41 的结果可以看出， 采用本发明方法， 可以在较低的压力和温度下 就可以制备出大尺寸的块状复合材料， 密实性和力学性能都可以到达其他工艺制备的材料 性能。根据使用要求， 得到的块体复合材料可以进行进一步加工处理。 0041 通过以上实例可以看出， 采用本发明方法制备热塑性的块状高分子复合材料， 工 说 明 书 CN 103786293 A 7 6/6 页 8 艺过程简单， 可以采用较小的设备、 较低的温度和压力下便可以制备出大尺寸材料， 可以显 著地降低制造成本， 同时还能保证物料的分散均匀性， 有利于大尺寸块状复合材料成品质 量的稳定。 说 明 书 CN 103786293 A 8 。