[發明專利]一種聚乙烯自增強復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110453083.6
• 申請日: 2011-12-30
• 公開（公告）號: CN102582085A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 雷軍;李忠明;楊皓然
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: B29C69/02
• 分類號: B29C69/02;B29C47/92;B29C45/76;B29K23/00
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張澎

技術領域

本發明屬于高分子材料領域，涉及聚乙烯自增強高分子材料的制備方法。

背景技術

聚合物晶體結構與形態對聚合物材料的物理機械性能具有重要的影響，受到越來越多的重視。半晶聚合物制品中通常會包含兩種晶體結構：球晶和流動誘導生成的取向結構(串晶，shish-kebab)。前者是在靜態環境下由片晶徑向對稱生長形成的一種各向同性結構；后者是在流動場誘導下形成的各向異性結構。在制品中的串晶結構賦予了材料優異的力學性能、抗磨損性能和抗疲勞性能等，因此，很多研究都致力于在制品中生成比例更大和結構更完善的串晶。

聚乙烯是一種廣泛使用的半結晶熱塑性高分子材料，具有較好的綜合性能，可用一般熱塑性塑料的成型方法進行加工。它的用途十分廣泛，主要用來制造薄膜、容器、管道、單絲、電線電纜、日用品等，并可作為電視、雷達等的高頻絕緣材料。不過，作為一種通用塑料，聚乙烯的性能還有很大的提高空間以拓展其使用范圍。比如，降低收縮率，提高強度和模量，提高阻隔性能等，這些都可以從晶體結構的角度去考慮。聚乙烯在流動場中可以生成串晶結構，其比例和完善程度取決于加工條件，比如溫度、流動場強度、流動場持續時間等。但是，對于分子量較小的聚乙烯而言，在流動場下也不一定會形成串晶結構，主要是因為流動場并不是唯一的決定因素，聚乙烯的分子量大小、熔體中大分子的纏結狀態也會影響串晶結構的形成[Tingzi?Yan，Baijin?Zhao，Yuanhua?Cong，Yuye?Fang，Shiwang?Cheng，Liangbin?Li，Guoqiang?Pan，Zijian?Wang，Xiuhong?Li，Fenggang?Bian.Critical?Strain?for?Shish-Kebab?Formation.Macromolecules?2010，43，602-605].目前的研究成果基本上認為shish結構的形成主要源于聚合物熔體網絡在流動場下的變形，此不可解纏的熔體網絡在流動場下更容易形成shish，在shish上可進一步附生生長出kebab晶體，而且因為不可解纏網絡(就像一棵樹根)的加入可以使串晶相互連接起來。

在常規的動態保壓注塑成型工藝中，動態剪切自增強可獲得一定的自增強聚乙烯，但串晶比例和組織形式都不理想。其它的方法，如將玻璃纖維、碳纖維和晶須等增強相與基體聚合物復合也可得到復合增強材料，但是，這將帶來相容性等界面問題，縮小了其使用范圍。

發明內容

鑒于現有技術的以上缺點，本發明的目的是獲得一種聚乙烯自增強復合材料制備方法，以獲得更高的串晶比例，在加工中原位形成增強相(互連串晶結構)，使增強相和聚合物基體具有相同的化學結構，使材料的綜合性能得到增強。

本發明的目的還在于，提供一種聚乙烯自增強復合材料，使其內部具有互連串晶(ihterlinked?shish-kebab)的自增強結構。

本發明的目的是通過如下的手段實現的：

一種聚乙烯自增強復合材料的制備方法，以聚乙烯和經輻射微交聯的聚乙烯為原料制備聚乙烯自增強復合材料，包含如下的工藝步驟：

(1)微交聯聚乙烯制備：將聚乙烯粉料或者粒料進行輻射微交聯，劑量小于20kGy，得到微交聯聚乙烯；

(2)母料制備：將占母料總量5～85％的由步驟(1)制得的微交聯聚乙烯與余量的未交聯純聚乙烯混合后加入二甲苯溶液中，加熱和攪拌的條件下進行溶液混合，直到形成均相的溶液；將所得溶液注入到甲醇中使聚乙烯析出，經過濾和加熱干燥后獲得母料；所述母料的水分重量含量小于0.01％；

(3)聚乙烯共混物制備：將步驟2中所得母料于雙螺桿擠出機中熔融共混擠出，將擠出的料條浸入冷水冷卻后進行切粒，得到均勻的含少量微交聯聚乙烯的聚乙烯共混物；

(4)動態保壓注塑成型：將(3)制得的聚乙烯共混物干燥后用振動注塑模具進行動態保壓注塑成型自增強的聚乙烯制品，注塑機的料筒溫度為140～210℃，噴嘴溫度190～210℃，模具熱流道溫度為180～200℃，模具溫度為20～50℃。

本發明從結晶的角度改善凝聚態結構以提高其物理機械性能。在聚乙烯基體中加入少量微交聯聚乙烯提高了串晶的比例，且在加工過程中施加剪切流場，然后通過控制實際加工流場參數來調控制品的微觀結構，使聚乙烯中形成的串晶數量更多，結構更完善，從而提高其綜合性能。具有以下明顯的優點：