[發明專利]單聚合物復合材料制品熔融包覆輥壓成型方法及設備

有效

• 申請號: 201310279402.5
• 申請日: 2013-07-04
• 公開（公告）號: CN103358516A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 王建;陳晉南;彭炯
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B29C47/02
• 分類號: B29C47/02;B29C47/04;B29C47/80
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技術領域

本發明涉及一種單聚合物復合材料制品熔融包覆輥壓成型方法及設備，屬于聚合物復合材料成型加工技術領域。

背景技術

傳統纖維增強聚合物復合材料由基體和增強體組成，通常選用聚丙烯、聚乙烯等聚合物作為基體，選用玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維等作為增強體。如玻纖增強聚丙烯復合材料就是一種以聚丙烯為基體、玻璃纖維為增強體的纖維增強聚合物復合材料，尤其在汽車“以塑帶鋼”方面具有極大的應用率。但是，由于基體和增強體所使用材料的不同，嚴重限制了傳統纖維增強聚合物復合材料的回收再利用，導致了廢棄物的增加；另外，由于傳統纖維增強聚合物復合材料的基體和增強體是不同的物質，因此界面粘結性較差。研究力學和界面性能良好、回收利用率高的纖維增強聚合物復合材料成為復合材料發展的迫切需求。

單聚合物復合材料是一種基體和增強體為同種聚合物的復合材料。如聚丙烯單聚合物復合材料就是一種以聚丙烯為基體、聚丙烯纖維為增強體的單聚合物復合材料。由于基體與增強體來自于同種聚合物，因此同傳統的纖維增強聚合物復合材料相比，單聚合物復合材料具有密度小、回收利用率高、界面粘結性好等優點。

目前，制備單聚合物復合材料制品的方法主要為熱壓法，包括纖維熱壓法、溶液浸漬熱壓法、夾層熱壓法以及纖維纏繞熱壓法等。利用熱壓法制備單聚合物復合材料制品，基體與增強體的結合主要通過加壓實現，存在成型周期長、產品尺寸小和不能連續化生產等缺點。因此，需要一種可以實現連續、高效地規模化生產大尺寸的單聚合物復合材料制品的方法及設備。

擠出成型是聚合物材料制品加工的常用方法，一套完整的擠出成型設備應由主機和成型不同制品所配套的輔助機械（簡稱輔機）所組成。通常將這些組成部分統稱為擠出機組。擠出機組各部分的構成和功能可以概述如下：

（1）主機

聚合物制品擠出成型機組的主要設備是主機。主機主要包括擠壓系統、傳動系統、加熱冷卻系統和控制系統四個部分：①擠壓系統：主要由螺桿、機筒和料斗所組成。擠壓系統是主機的核心部分，其作用是使聚合物材料塑化成均勻的熔體，同時建立起熔體壓力，在螺桿推動下連續、定壓、定溫和定量地將熔體擠出機頭。②傳動系統：由電機、減速箱和調整裝置所組成。作用是給螺桿提供所需的扭矩和轉速。③加熱冷卻系統：由溫度控制元件（加熱器和鼓風機等）組成。作用是按設定條件對機筒（或螺桿）進行加熱或冷卻，保證聚合物材料能在擠出工藝要求的溫度范圍內進行擠出。④控制系統：主要由電器元件、儀表和執行機構組成。作用是調節控制螺桿轉速、機筒（或螺桿）溫度以及機頭壓力等。

（2）輔機

成型聚合物制品，除應具有主機外，還必須配備相應的輔機才能實現。輔機的組成是根據成型不同類型的制品的需要來配備的。通常，擠出成型的配套輔機包括六個部分：機頭、定型裝置、冷卻裝置、牽引裝置、切割裝置、卷取（或堆放）裝置。各裝置的作用如下：①機頭：賦予制品所需的形狀，即使熔融的聚合物材料經機頭獲得制品所需的幾何截面和尺寸。②定型裝置：穩定從機頭擠出的制品的形狀，并對其進行精整，從而得到尺寸更為精確的截面形狀及更為光亮的制品表面。定型過程通常是采用冷卻和加壓的方法來實現。③冷卻裝置：對經定型后的制品實施進一步的冷卻，以獲得最終制品的形狀和尺寸。④牽引裝置：均勻地牽引制品，并對制品的截面尺寸進行拉伸控制，使擠出過程平穩地進行。調節牽引速度，還可調節制品截面尺寸及性能。⑤切割裝置：將連續擠出的硬制品按要求的長度及寬度進行裁切。⑥卷取（或堆放）裝置：將連續擠出的軟制品（薄膜、軟管或單絲等）卷繞成卷（或對硬制品進行堆放）。

目前對于單聚合物復合材料制品的擠出成型加工設備及方法，國內外還未見報道。利用擠出成型設備加工，可以實現連續、高效地規模化生產單聚合物復合材料制品的迫切要求。

發明內容

針對現有單聚合物復合材料制品的制備方法存在成型周期長、產品尺寸小和不能連續化生產的缺陷，本發明的目的在于提供一種單聚合物復合材料制品熔融包覆輥壓成型方法及其設備，可用于批量連續成型得到大尺寸的密度小、回收利用率高、界面粘結性好的單聚合物復合材料制品。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

一種單聚合物復合材料制品熔融包覆輥壓成型方法，具體步驟如下：