[發明專利]一種原位成纖的納米纖維增強聚合物復合顆粒材料

在審

• 申請號: 201811529470.1
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN111320809A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 樸哲范;賈迎賓;朱信東
• 申請（專利權）人: 樸哲范
• 主分類號: C08L23/12
• 分類號: C08L23/12;C08L67/02;C08L67/04;C08L77/00;C08L25/06;C08L27/18;C08J5/04
• 代理公司: 北京天盾知識產權代理有限公司 11421
• 代理人: 夏燕

本發明提供一種原位成纖的納米纖維增強聚合物復合顆粒材料，屬于聚合物復合材料領域。本發明首先通過使用常規非織造設備來制備原位成纖復合纖維，再將制得的復合纖維在成網裝置上集合制備成無紡布材料；然后將無紡布連續直接喂入單螺桿擠出機中，經擠出造粒后，制得原位成纖的納米纖維增強聚合物復合顆粒材料，也可以將無紡布經切碎機或撕碎機制成無紡布碎塊或碎粒，再經喂料裝置加入單螺桿擠出機中，在一定溫度下擠出造粒制得原位成纖的納米纖維增強聚合物復合顆粒材料。本專利能形成一種易于包裝、運輸和使用的納米纖維增強聚合物顆粒材料，具有增強增韌、降低材料密度的優勢；本專利適用性廣，可適用于大多數熱塑性聚合物材料。

技術領域

本發明涉及一種聚合物復合材料，特別是涉及一種聚合物納米纖維增強的聚合物顆粒。

背景技術

熱塑性聚合物復合材料粒子通常是通過使用雙螺桿將聚合物和增強纖維混合擠出制得的。其中使用的增強纖維通常是玻璃纖維，碳纖維，玄武巖纖維等無機纖維，其密度要遠遠高于聚合物本身的密度，造成復合材料顆粒的密度也較高。材料的輕量化是當前市場不斷追求的目標，因此使用密度和聚合物基體材料密度接近的聚合物纖維作為增強材料來制備聚合物復合材料得到重視。原位成纖復合材料的增強纖維不是通過直接添加制備，而是分散相在加工過程中受剪切或拉伸作用取向，原位形成的。纖維分散均勻，微纖可以誘導基體結晶，可提高力學性能；相較于添加玻璃纖維，對設備磨損少，降低能耗，并易于回收。但是，目前市場上并沒有可直接使用的原位成纖聚合物顆粒材料，本專利通過使用一種新型納米原位成纖工藝并結合一定的造粒工藝，旨在制備出一種易于包裝，運輸和使用的聚合物復合顆粒材料。

發明內容

本發明的技術任務是針對現有技術的不足，提出一種原位成纖的納米纖維增強聚合物復合顆粒材料。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發明提供一種原位成纖的納米纖維增強聚合物復合顆粒材料，首先通過使用非織造設備來制備原位成纖復合纖維，再將制得的復合纖維在成網裝置上集合制備成無紡布材料；

然后將無紡布連續直接喂入單螺桿擠出機中，經擠出造粒后，制得原位成纖的納米纖維增強聚合物復合顆粒材料。

作為替代方案，將無紡布經切碎機或撕碎機制成無紡布碎塊或碎粒，再經喂料裝置加入單螺桿擠出機中，在一定溫度下擠出造粒制得原位成纖的納米纖維增強聚合物復合顆粒材料。

方案優化的，無紡布材料在制備時，將基體材料、增強纖維材料和抗氧劑、穩定劑、增容劑混合后，加入混煉設備中熔融混合，熔體經過非織造設備的噴絲板流出形成復合纖維，再經過牽伸后，在成網裝置上收集成無紡布，其中形成纖維直徑在30-500納米范圍內的增強相纖維。

方案優化的，在擠出造粒過程中，關鍵是要保證納米增強纖維不會破壞并保持良好的分散，因此單螺桿擠出機溫度設定范圍在基體材料和增強纖維材料的熔點之間，以確保基體材料在擠出機中為熔融狀態，增強纖維材料還保持納米纖維結構。進一步的，單螺桿擠出機溫度設定范圍一般高于基體材料熔點10-60℃，低于增強纖維材料熔點20℃以上。

方案優化的，在成纖過程中納米纖維已經在復合纖維中分散良好，為了防止納米纖維在擠出造粒過程中團聚，單螺桿擠出機螺桿的長徑比要小，螺桿長徑比在8-20之間，使材料在擠出機中滯留時間縮短。

方案優化的，所述非織造設備可以為裝有熔噴組件的熔噴非織造設備、或裝有紡粘組件的紡粘非織造設備。進一步的，熔噴組件或紡粘組件設定溫度在基體材料和增強纖維材料的最高熔融溫度以上20-50℃

方案優化的，所述基體材料為熱塑性聚合物材料，包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚乳酸、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺等，在體系中使用比例為50-98wt％。