專利名稱：一種纖維增強熱塑性材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱塑性塑料材料的制備方法，尤其涉及一種纖維增強熱塑性材料的制備方法。
在合成樹脂中添加填充劑，譬如纖維，通常能很大程度上改善其機械性能，如硬度、強度和韌性等，尤其是連續(xù)纖維增強的樹脂往往可以獲得優(yōu)良的抗沖擊強度和抗撓曲強度?，F(xiàn)有技術(shù)是將樹脂材料浸潤過的纖維束穿過熔融樹脂或液態(tài)，然后加工成型，其難點在于樹脂對纖維的浸漬；熱塑性聚合物室溫下一般為固態(tài)，須高溫加熱成熔融狀態(tài)才能用來浸潤纖維，但熔融狀態(tài)下的熱塑性樹脂粘度相當高，而纖維束內(nèi)的纖維排列很緊密，這樣的情況下，熱塑性樹脂很難有效浸漬到纖維束內(nèi)，從而所制成的材料其性能也很難得到保證。還有的技術(shù)是先把纖維加入到模具中，再加入基體樹脂使之發(fā)生聚合反應，但這樣的聚合反應往往速度非常慢，并且很難保證纖維在基體樹脂中均勻分布；同時，這種反應所需的設(shè)備很繁瑣，為了達到有效聚合，從纖維的引入到成型都需要氮氣保護。另一方面，為了較好地保證基體性能，任何填充物在加入到基體之前都需要進行嚴格的去水處理，這不僅造成了工藝上的復雜，也導致了相對較高的成本，對于實際塑料制品的生產(chǎn)而言，很難實現(xiàn)大批量工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種工藝簡單、成本較低、產(chǎn)品性能優(yōu)良的纖維增強熱塑性材料的制備方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種纖維增強的熱塑性材料的制備方法，該方法是用熱塑性樹脂浸潤連續(xù)纖維，其特征在于，包括以下工藝步驟首先將熱塑性樹脂熔融單體加入聚合釜中，在催化劑的作用下合成生成聚合物，同時將纖維束通過該聚合釜以實現(xiàn)其內(nèi)部纖維單絲的浸漬，然后通過擠出機模頭送出的樹脂對已由上述方法浸漬過的纖維束進行外部包覆以及對纖維束之間進行浸潤，從而得到一種纖維增強的熱塑性材料。
所述的熱塑性樹脂熔融單體為環(huán)狀內(nèi)酰胺化合物。
所述的熱塑性樹脂熔融單體的聚合反應為陰離子聚合反應，其采用的催化劑為堿金屬或其衍生物。
還包括以下工藝步驟在加入催化劑之后加入助催化劑，該助催化劑含有以下官能團 還包括以下工藝步驟將聚合釜抽真空，并不斷地排除副產(chǎn)物。
所述的纖維單絲的浸漬工藝步驟中，還包括在纖維束通過聚合釜之前，采用氮氣保護的氣體對其進行加熱處理。
所述的纖維單絲的浸漬工藝步驟中，采用拉擠工藝使纖維單絲在熔融樹脂中充分浸漬。
所述的纖維束的包覆工藝中，所采用的樹脂為含有 或-NH-官能團的熱塑性樹脂。
所述的纖維束的包覆工藝中，所采用的樹脂選自聚酰胺、聚烯烴的接枝物、聚甲醛、聚苯醚。
所述的纖維束的包覆工藝中，所采用的包覆樹脂的加工溫度范圍在100～450℃。
本發(fā)明是用聚酰胺的熔融單體在催化劑的作用下發(fā)生離子聚合反應，同時浸漬纖維束內(nèi)部的纖維單絲，再通過擠出機模頭送出的樹脂進行纖維束外部包覆以及纖維束之間的浸潤；其中，聚酰胺可以用其他任何常溫常壓下易聚合的熱塑性樹脂替換，如甲基丙烯酸甲酯(MMA)，苯乙烯等。離子聚合反應中可用的聚酰胺單體為環(huán)狀的內(nèi)酰胺開環(huán)聚合物，如己內(nèi)酰胺、辛內(nèi)酰胺、十二內(nèi)酰胺，丁內(nèi)酰胺等，最為常用的原料單體為己內(nèi)酰胺。因為從反應速度考慮，通常所用的逐步聚合方法合成聚酰胺速度相當慢(往往需要10～20個小時)，而內(nèi)酰胺由于可以采用陰離子聚合，其反應速度可以大大加快。聚酰胺單體發(fā)生離子聚合反應的機理是，在催化劑作用下，己內(nèi)酰胺生成較為穩(wěn)定的內(nèi)酰胺陰離子，內(nèi)酰胺陰離子與單體反應而開環(huán)，生成活潑的胺陰離子，由于胺陰離子比較活潑，很快又奪取單體上一個質(zhì)子而生成二聚體，同時再生成內(nèi)酰胺陰離子，依次反應則可以得到聚合物。離子聚合反應中所用的催化劑為純的堿金屬或其衍化物，如氫化物油劑、醇化物、氫氧化物、碳酸物以及有機金屬化合物等；其中堿金屬可以是金屬鈉、鉀、鋰等。有機金屬化合物可以是格氏試劑(RMgX)和烷基鋁鈉等體系。離子聚合反應中，在催化劑加入之前，加入?；瘎┖蛦误w反應可以加快反應速度；其中?；瘎┛梢允酋Ｂ?、酸酐等。纖維最好為連續(xù)纖維，可以采用玻璃纖維、碳纖維、芳香酰胺類等；并通過拉擠工藝完成在樹脂中的浸潤。纖維在進入離子反應裝置之前，需要通過氮氣保護下的氣體加熱處理，將纖維上的水分除去，這是由于在反應過程中有水存在會影響聚合反應的進行。對纖維束進行外部包覆時，所采用的樹脂可以是與聚酰胺相容的任何樹脂，該類樹脂含有 或-NH-等官能團。比如聚酰胺類，如尼龍6、尼龍66等，或者是聚烯烴的接枝物，如馬來酸酐接枝聚丙烯等，或者是聚甲醛，聚苯醚等；其中樹脂內(nèi)還可以根據(jù)對材料性能的各種要求添加任意的改性物質(zhì)，如碳酸鈣、云母、纖維等增強劑，三元乙丙橡膠(EPDM)、氯化聚乙烯(CPE)等增韌劑等。纖維束外部包覆加工時的模頭溫度可以在樹脂加工范圍內(nèi)的任意溫度，一般在120～350℃范圍內(nèi)。另外，在反應過程中，為了提高內(nèi)酰胺的陰離子濃度，必須抽真空，不斷地排除副產(chǎn)物。本發(fā)明對纖維束內(nèi)部的纖維單絲浸漬時，采用低粘度的樹脂單體，這樣可以比較方便地使纖維束內(nèi)部得到有效浸潤。使用離子合成工藝來完成樹脂單體的聚合，則大大加快了反應速度。另一方面，本發(fā)明中纖維單絲和纖維束的浸潤為分步進行，基體樹脂大部分由擠出機模頭提供，由聚合反應提供來浸潤纖維單絲所需的樹脂量可以大為降低，對整個基體樹脂的聚合度要求也可以降低，同時浸潤單絲所需的時間也可以縮短。并因此對反應條件的要求也可以降低。只需要在纖維單絲的樹脂浸漬過程中采用氮氣保護，相比于單一的反應性合成法的生產(chǎn)全過程氮氣保護，其成本無疑會有所減少。本發(fā)明將反應性合成法與熔融法有機共用，以相對簡單的工藝和設(shè)備達成熱塑性樹脂對纖維的有效浸潤，同時大大加快反應速度，提高生產(chǎn)效率。
下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進一步說明。
實施例1
在120℃下將混有催化劑和?；瘎┑募簝?nèi)酰胺在氮氣保護下加熱10min，將25束2000旦玻璃纖維(中國化建巨石集團)以每分鐘0.8m的速度通過氮氣保護下的加熱器，并通過盛有熔融單體的反應槽，在經(jīng)過160℃的加熱區(qū)之后，處于半結(jié)晶狀態(tài)的玻璃纖維增強物通過有熔融尼龍6的擠出機模頭，在經(jīng)過定型模之后冷卻下樣。
將得到的樣品按照GB/T1040、GB/T1043、GB/T9342分別進行裁樣，將所制成的樣條在相應的國家標準的條件下進行測試。
如下是對玻璃纖維重量比為70％的試件測試結(jié)果(單向) 拉伸強度(MPa) 800彎曲強度(MPa) 420彎曲模量(MPa)32000如只用連續(xù)玻璃纖維通過熔融模頭則得以下結(jié)果(單向) 拉伸強度(MPa) 450彎曲強度(MPa) 300彎曲模量(MPa)22000實施例2操作條件同1，將擠出機模頭內(nèi)樹脂換成聚丙烯T300(金山石化)，玻璃纖維的重量百分比為35％，測得材料(單向) 拉伸強度(MPa) 550彎曲強度(MPa) 280彎曲模量(MPa)18000同樣玻璃纖維含量的熔融PP浸漬的材料性能如下(單向) 拉伸強度(MPa) 250彎曲強度(MPa) 250
彎曲模量(MPa) 15000實施例3操作條件同1，將玻璃原絲換成玻璃纖維布，玻璃纖維的含量為50％，其他同例1，測得性能如下(雙向)拉伸強度(MPa) 390彎曲強度(MPa) 430彎曲模量(MPa)25000
權(quán)利要求
1.一種纖維增強的熱塑性材料的制備方法，該方法是用熱塑性樹脂浸潤連續(xù)纖維，其特征在于，包括以下工藝步驟首先將熱塑性樹脂熔融單體加入聚合釜中，在催化劑的作用下合成生成聚合物，同時將纖維束通過該聚合釜以實現(xiàn)其內(nèi)部纖維單絲的浸漬，然后通過擠出機模頭送出的樹脂對已由上述方法浸漬過的纖維束進行外部包覆以及對纖維束之間進行浸潤，從而得到一種纖維增強的熱塑性材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強的熱塑性材料的制備方法，其特征在于，所述的熱塑性樹脂熔融單體為環(huán)狀內(nèi)酰胺化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的纖維增強的熱塑性材料的制備方法，其特征在于，所述的熱塑性樹脂熔融單體的聚合反應為陰離子聚合反應，其采用的催化劑為堿金屬或其衍生物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強的熱塑性材料的制備方法，其特征在于，還包括以下工藝步驟在加入催化劑之后加入助催化劑，該助催化劑含有以下官能團
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強的熱塑性材料的制備方法，其特征在于，還包括以下工藝步驟將聚合釜抽真空，并不斷地排除副產(chǎn)物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強的熱塑性材料的制備方法，其特征在于，所述的纖維單絲的浸漬工藝步驟中，還包括在纖維束通過聚合釜之前，采用氮氣保護的氣體對其進行加熱處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強的熱塑性材料的制備方法，其特征在于，所述的纖維單絲的浸漬工藝步驟中，采用拉擠工藝使纖維單絲在熔融樹脂中充分浸漬。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強的熱塑性材料的制備方法，其特征在于，所述的纖維束的包覆工藝中，所采用的樹脂為含有 或-NH-官能團的熱塑性樹脂。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的纖維增強的熱塑性材料的制備方法，其特征在于，所述的纖維束的包覆工藝中，所采用的樹脂選自聚酰胺、聚烯烴的接枝物、聚甲醛、聚苯醚。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的纖維增強的熱塑性材料的制備方法，其特征在于，所述的纖維束的包覆工藝中，所采用的包覆樹脂的加工溫度范圍在100～450℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種纖維增強的熱塑性材料的制備方法,其工藝特征在于,使熱塑性樹脂單體在進行離子聚合反應的同時浸漬纖維單絲,再用樹脂在熔融狀態(tài)下對纖維束進行外部包覆,并完成對纖維束之間的浸潤,從而得到纖維增強的熱塑性材料,與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有工藝簡單、成本較低、產(chǎn)品性能優(yōu)良等特點。
文檔編號C08J5/04GK1386778SQ0111296
公開日2002年12月25日 申請日期2001年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月23日
發(fā)明者楊桂生, 梁培亮 申請人:上海杰事杰新材料股份有限公司