CN112663228A - 一种制备微纳尺度gf、pp复合材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种制备微纳尺度GF、PP复合材料的方法，采用单轴双模头离心喷吹设备，将聚丙烯熔体、玻璃熔体通过单轴双高速离心模头分别离心成0.1‑5微米丝，然后由高速定向气流吹离到着丝板，经过热压成型制备微纳尺度GF、PP复合材料。本发明采用单轴双模头离心喷吹设备制备微纳尺度GF、PP复合材料的方法可以实现5μm以下GF、PP复合材料的大规模工业化制备，特别是能制备得到0.1‑1μm的GF、PP复合材料具有经济、能耗低、微纳尺度结合、产率高、丝径均匀、大大提升材料力学性能和综合性能的特点，拉伸强度好。
Description
技术领域
本发明属于聚丙烯复合材料生产技术领域，具体涉及一种采用单轴双模头离心喷吹设备，将聚丙烯熔体、玻璃熔体通过单轴双高速离心模头离心成0.1-5微米丝，然后由高速定向气流吹离到着丝板，经过热压成型制备微纳尺度GF、PP复合材料的方法。
背景技术
玻纤/聚丙烯复合材料作为热塑性增强复合材料具有弹性模量高，强度高，尺寸稳定，热变形温度高，电性能优良，价格低廉等优势，广受人们关注。但是玻璃纤维（GF）与聚丙烯（PP）由于自身纺丝限制与极性差异，导致二者结合力差，性能指标没有达到理想中的要求。其中长玻纤增强聚丙烯、玻纤连续增强聚丙烯是GF、PP复合材料的发展热点。但由于目前GF和PP纤维丝径一般大于10μm，使得GF、PP复合材料综合性能难以提升，从而限制了其在高强轻量化、薄壁复合材料、一体化成型等行业中的应用。
所以，本发明采用单轴双模头离心喷吹设备制备微纳尺度GF、PP复合材料的方法可以实现5μm以下GF、PP复合材料的大规模工业化制备，采用1-5微米玻纤与1-5微米聚丙烯纤维均匀分布制备复合材料，可以达到真正意义上的微纳尺度表面结合，实现提升材料纤维比表面积几何倍增，大大提升材料力学性能和综合性能；实现微纳尺度GF、PP复合材料大规模连续化工业生产，可以大大降低GF、PP复合材料的综合成本，提高材料的市场竞争力，扩大相关行业的大规模应用，从而实现更深入的以塑代木、以塑代钢等应用的普及。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种采用单轴双模头离心喷吹设备，将聚丙烯熔体、玻璃熔体通过单轴双高速离心模头离心成0.1-5微米丝，然后由高速定向气流吹离到着丝板，经过热压成型制备微纳尺度GF、PP复合材料的方法，具有经济、能耗低、微纳尺度结合、产率高、丝径均匀、大大提升材料力学性能和综合性能的特点。
本发明的技术方案在于：
一种制备微纳尺度GF、PP复合材料的方法，采用单轴双模头离心喷吹设备，将聚丙烯熔体、玻璃熔体通过单轴双高速离心模头分别离心成0.1-5微米丝，然后由高速定向气流吹离到着丝板，经过热压成型制备微纳尺度GF、PP复合材料。
一种制备微纳尺度GF、PP复合材料的方法，包括如下步骤：
步骤1：将聚丙烯干燥喂入挤出机，挤出温度200-280℃，形成聚丙烯熔体；
步骤2：将玻璃球熔融后加温至1200-1500℃，形成玻璃熔体；
步骤3：将玻璃熔体及聚丙烯熔体均置于单轴双模头离心喷吹设备中，离心成0.1-5微米的玻璃纤维及聚丙烯纤维；
步骤4：将玻璃纤维及聚丙烯纤维由高速定向气流吹离到着丝板收集，形成着丝板混合丝绵；
步骤5：将着丝板混合丝绵输送至热压辊热压，收卷得到微纳尺度GF、PP复合材料。
优选地，所述步骤2中，将玻璃球干燥加入池窑，熔融后加温至1200-1500℃，形成玻璃熔体。
优选地，所述步骤3中，单轴双模头离心喷吹设备的模头直径均为5-50cm，转速均为2000-80000r/min。
优选地，所述步骤4中，玻璃纤维及聚丙烯纤维通过高速离心风机吹离到着丝板收集。
更优选地，所述步骤4中，高速离心风机的出口风速为5-50m/s。
或者优选地，所述步骤5中，热压辊热压的温度为170-200℃。
本发明的技术效果在于：
本发明采用单轴双模头离心喷吹设备制备微纳尺度GF、PP复合材料的方法可以实现5μm以下GF、PP复合材料的大规模工业化制备，特别是能制备得到0.1-1μm的GF、PP复合材料。采用1-5微米玻璃纤维与1-5微米聚丙烯纤维均匀分布制备复合材料，可以达到真正意义上的微纳尺度表面结合，实现提升材料纤维比表面积几何倍增，大大提升材料力学性能和综合性能；实现微纳尺度GF、PP复合材料大规模连续化工业生产，具有经济、能耗低、微纳尺度结合、产率高、丝径均匀、大大提升材料力学性能和综合性能的特点，拉伸强度好。
附图说明
图1 实施例3制备的复合材料的扫描电镜。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的生产方法作进一步详细说明。
实施例1
一种制备微纳尺度GF、PP复合材料的方法，包括如下步骤：
步骤1：将聚丙烯干燥喂入挤出机，挤出温度200℃，形成聚丙烯熔体；
步骤2：将玻璃球干燥加入池窑，熔融后加温至1200℃，形成玻璃熔体；
步骤3：将玻璃熔体及聚丙烯熔体均置于单轴双模头离心喷吹设备中，模头直径均为10cm，转速10000r/min；离心成2-3μm的玻璃纤维及聚丙烯纤维；
步骤4：将玻璃纤维及聚丙烯纤维通过高速离心风机吹离到着丝板收集，高速离心风机的出口风速为5m/s，形成着丝板混合丝绵；
步骤5：将着丝板混合丝绵输送至热压辊热压，热压辊热压的温度为170℃，收卷得到2-3μm级GF、PP复合材料，抗拉强度为103.4MPa。
实施例2
一种制备微纳尺度GF、PP复合材料的方法，包括如下步骤：
步骤1：将聚丙烯干燥喂入挤出机，挤出温度260℃，形成聚丙烯熔体；
步骤2：将玻璃球干燥加入池窑，熔融后加温至1400℃，形成玻璃熔体；
步骤3：将玻璃熔体及聚丙烯熔体均置于单轴双模头离心喷吹设备中，模头直径均为20cm，转速30000r/min；离心成1-2.5μm的玻璃纤维及聚丙烯纤维；
步骤4：将玻璃纤维及聚丙烯纤维通过高速离心风机吹离到着丝板收集，高速离心风机的出口风速为40m/s，形成着丝板混合丝绵；
步骤5：将着丝板混合丝绵输送至热压辊热压，热压辊热压的温度为190℃，收卷得到1-2.5μmGF、PP复合材料，抗拉强度为105.3MPa。
实施例3
一种制备微纳尺度GF、PP复合材料的方法，包括如下步骤：
步骤1：将聚丙烯干燥喂入挤出机，挤出温度280℃，形成聚丙烯熔体；
步骤2：将玻璃球干燥加入池窑，熔融后加温至1500℃，形成玻璃熔体；
步骤3：将玻璃熔体及聚丙烯熔体均置于单轴双模头离心喷吹设备中，模头直径均为30cm，转速80000r/min；离心成0.1-1μm的玻璃纤维及聚丙烯纤维；
步骤4：将玻璃纤维及聚丙烯纤维通过高速离心风机吹离到着丝板收集，高速离心风机的出口风速为50m/s，形成着丝板混合丝绵；
步骤5：将着丝板混合丝绵输送至热压辊热压，热压辊热压的温度为200℃，收卷得到0.1-1μm GF、PP复合材料，抗拉强度为120.8MPa。
本实施例制备得到的复合材料的扫描电镜图见图1。
实施例4
一种制备微纳尺度GF、PP复合材料的方法，包括如下步骤：
步骤1：将聚丙烯干燥喂入挤出机，挤出温度280℃，形成聚丙烯熔体；
步骤2：将玻璃球干燥加入池窑，熔融后加温至1500℃，形成玻璃熔体；
步骤3：将玻璃熔体及聚丙烯熔体均置于单轴双模头离心喷吹设备中，模头直径均为5cm，转速2000r/min；离心成3-4μm的玻璃纤维及聚丙烯纤维；
步骤4：将玻璃纤维及聚丙烯纤维通过高速离心风机吹离到着丝板收集，高速离心风机的出口风速为10m/s，形成着丝板混合丝绵；
步骤5：将着丝板混合丝绵输送至热压辊热压，热压辊热压的温度为180℃，收卷得到3-4μm GF、PP复合材料，抗拉强度为98.6MPa。
实施例5
一种制备微纳尺度GF、PP复合材料的方法，包括如下步骤：
步骤1：将聚丙烯干燥喂入挤出机，挤出温度280℃，形成聚丙烯熔体；
步骤2：将玻璃球干燥加入池窑，熔融后加温至1500℃，形成玻璃熔体；
步骤3：将玻璃熔体及聚丙烯熔体均置于单轴双模头离心喷吹设备中，模头直径均为50cm，转速2000r/min；离心成4-5μm的玻璃纤维及聚丙烯纤维；
步骤4：将玻璃纤维及聚丙烯纤维通过高速离心风机吹离到着丝板收集，高速离心风机的出口风速为20m/s，形成着丝板混合丝绵；
步骤5：将着丝板混合丝绵输送至热压辊热压，热压辊热压的温度为200℃，收卷得到4-5μm GF、PP复合材料，抗拉强度为112.6MPa。
Claims (7)
1.一种制备微纳尺度GF、PP复合材料的方法，其特征在于：采用单轴双模头离心喷吹设备，将聚丙烯熔体、玻璃熔体通过单轴双高速离心模头分别离心成0.1-5微米丝，然后由高速定向气流吹离到着丝板，经过热压成型制备微纳尺度GF、PP复合材料。
2.根据权利要求1所述制备微纳尺度GF、PP复合材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：将聚丙烯干燥喂入挤出机，挤出温度200-280℃，形成聚丙烯熔体；
步骤2：将玻璃球熔融后加温至1200-1500℃，形成玻璃熔体；
步骤3：将玻璃熔体及聚丙烯熔体均置于单轴双模头离心喷吹设备中，离心成0.1-5微米的玻璃纤维及聚丙烯纤维；
步骤4：将玻璃纤维及聚丙烯纤维由高速定向气流吹离到着丝板收集，形成着丝板混合丝绵；
步骤5：将着丝板混合丝绵输送至热压辊热压，收卷得到微纳尺度GF、PP复合材料。
3.根据权利要求2所述制备微纳尺度GF、PP复合材料的方法，其特征在于：所述步骤2中，将玻璃球干燥加入池窑，熔融后加温至1200-1500℃，形成玻璃熔体。
4.根据权利要求3所述制备微纳尺度GF、PP复合材料的方法，其特征在于：所述步骤3中，单轴双模头离心喷吹设备的模头直径均为5-50cm，转速均为2000-80000r/min。
5.根据权利要求4所述制备微纳尺度GF、PP复合材料的方法，其特征在于：所述步骤4中，玻璃纤维及聚丙烯纤维通过高速离心风机吹离到着丝板收集。
6.根据权利要求5所述制备微纳尺度GF、PP复合材料的方法，其特征在于：所述步骤4中，高速离心风机的出口风速为5-50m/s。
7.根据权利要求6所述制备微纳尺度GF、PP复合材料的方法，其特征在于：所述步骤5中，热压辊热压的温度为170-200℃。
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