專利名稱：一種通過(guò)熱氣體和超聲波對(duì)高分子材料進(jìn)行改性的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過(guò)熱氣體和超聲波對(duì)高分子材料進(jìn)行改性的方法及裝置，尤其是利用加熱的氣體在高能超聲的作用下，脅迫受熱的高分子材料表面或部分基材鏈段或大分子鏈發(fā)生運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料進(jìn)行處理的方法及所用的裝置。
背景技術(shù)：
高聚物的結(jié)構(gòu)包括高分子鏈的各級(jí)結(jié)構(gòu)及聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。前者是指高分子內(nèi)的相互作用達(dá)到平衡時(shí)，一個(gè)分子鏈中原子或基團(tuán)或鏈段的幾何排列，后者指大分子間的相互作用達(dá)到平衡時(shí)分子鏈間的幾何排列。對(duì)高分子材料而言，上述不同結(jié)構(gòu)的形態(tài)將影響聚合物材料的宏觀性能。通常，加工中的高分子材料微區(qū)過(guò)程參數(shù)的不均勻性，使得材料的各部分的微觀結(jié)構(gòu)不同，從而會(huì)導(dǎo)致材料各部分不均勻，進(jìn)而形成敏感缺陷或與希望的性能不一樣。對(duì)于加工好的塑件進(jìn)行后處理，使基材性能均化或按照理想目標(biāo)進(jìn)行調(diào)節(jié)，是具有重要意義的加工過(guò)程。通常，人們?yōu)榱讼叻肿硬牧现破芳庸み^(guò)程中的微區(qū)的不均勻性，通常采用的方法是在加工過(guò)程中嚴(yán)格控制過(guò)程參數(shù)，或進(jìn)行回火等后處理工藝，以消除材料中的敏感缺陷。為了使高分子材料制品達(dá)到理想的目標(biāo)，如表面功能化，采取的方法是表面化學(xué)改性、表面蒸鍍、表面復(fù)合或涂飾等。對(duì)于在加工過(guò)程中控制參數(shù)，引入超聲、振動(dòng)等外場(chǎng)，目前文獻(xiàn)來(lái)看都是為了提高高分子材料的塑化性能，即在融化或溶解狀態(tài)進(jìn)行材料均化，材料在后序的織態(tài)形成過(guò)程中依然會(huì)引起缺陷。這類處理方法并不是針對(duì)制品的。對(duì)于目前的表面處理工藝，都不是針對(duì)材料基材本體進(jìn)行功能強(qiáng)化或改進(jìn)，只是在材料表面進(jìn)行了附加或淺層化學(xué)反應(yīng)。對(duì)于熱處理工藝，也是依賴材料在自身的分子鏈段運(yùn)動(dòng)，消除內(nèi)應(yīng)力，降低缺陷敏感度，并不是一種主動(dòng)調(diào)節(jié)方法?？傊?，目前并無(wú)對(duì)高分子材料成型為產(chǎn)品后的基材進(jìn)行分子鏈、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)或基材成份重新主動(dòng)調(diào)控的方法和設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種通過(guò)熱氣體和超聲波對(duì)高分子材料進(jìn)行改性的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)改變高分子材料的各種性能，例如表面硬度、疏水性、拉伸強(qiáng)度等的目的；本發(fā)明的目的之二是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)上述方法的裝置?！N通過(guò)熱氣體和超聲波對(duì)高分子材料進(jìn)行改性的方法，其特別之處在于，包括如下步驟將待處理高分子材料置于密閉容器中，然后通入氣體，在一定壓力和溫度條件下，啟動(dòng)超聲波對(duì)該材料進(jìn)行處理，處理完畢后取出即可。其中氣體是通常狀態(tài)氣體、液體揮發(fā)氣體和固體升華氣體中的至少一種。其中氣體是氧氣、氣態(tài)乙醇和氣態(tài)碘中的至少一種。將高密度聚乙烯注塑材料置于密閉容器中，然后通入氬氣，在氣體壓力0. 15Mpa條件下，升高溫度并恒溫至55°C保持5分鐘，啟動(dòng)超聲波對(duì)材料進(jìn)行處理，處理時(shí)間20min，超聲頻率40KHz，功率200w，處理后使材料表面硬度增加。將蛋白質(zhì)膜置于密閉容器中，通入乙醇?xì)怏w，控制氣體壓力0. 15Mpa,在溫度55°C恒溫5分鐘，啟動(dòng)超聲波對(duì)蛋白質(zhì)膜進(jìn)行處理，處理時(shí)間15min，超聲頻率20KHz，功率100w，處理后真空除去乙醇,處理后使樣品表面由疏水變?yōu)橛H水。將玻纖增強(qiáng)PP材料置于密閉容器中，通入N2氣體，控制氣體壓力0. 2Mpa，在溫度65 °C下恒溫IOmin，啟動(dòng)超聲波對(duì)材料進(jìn)行處理，處理時(shí)間15min，超聲頻率40KHz，功率200w,處理后使樣品平均拉伸強(qiáng)度增高。一種通過(guò)熱氣體和超聲波對(duì)高分子材料進(jìn)行改性的裝置，其特別之處在于包括通過(guò)管路相互連通的氣體混合腔和熱氣體超聲處理裝置空腔，并且在該管路上安裝有調(diào)節(jié)閥，在前述氣體混合腔和熱氣體超聲處理裝置空腔內(nèi)均各自安裝有氣體換熱器單元，該兩個(gè)氣體換熱器單元均與控制臺(tái)電連接；在前述氣體混合腔和熱氣體超聲處理裝置空腔內(nèi)均各自安裝有溫度傳感器，該所有溫度傳感器均與控制臺(tái)電連接；在熱氣體超聲處理裝置空腔上還安裝有超聲發(fā)生裝置，另外在氣體混合腔上設(shè)有進(jìn)氣口，在熱氣體超聲處理裝置空腔上設(shè)有排氣口。其中氣體混合腔上的進(jìn)氣口有3個(gè)，該3個(gè)進(jìn)氣口分別與管路連接，在其中每一個(gè)管路上均設(shè)有進(jìn)氣閥，而熱氣體超聲處理裝置空腔上的排氣口有I個(gè)，該排氣口與管路連接，在管路上設(shè)有排氣閥。本發(fā)明方法是一種對(duì)高分子材料產(chǎn)品的基體內(nèi)部或表面進(jìn)行結(jié)構(gòu)形態(tài)調(diào)節(jié)或成分調(diào)節(jié)的方法，在適當(dāng)?shù)臏囟?、壓力和熱氣體及超聲的共同作用下，通過(guò)不同參數(shù)調(diào)節(jié)可以達(dá)到改變高分子材料的各種性能，例如表面硬度、疏水性、拉伸強(qiáng)度等的目的。而采用本發(fā)明的裝置能夠?qū)崿F(xiàn)上述方法。


附圖I為本發(fā)明中裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，一種高分子材料改性處理裝置，包括通過(guò)管路相互連通的氣體混合腔4和熱氣體超聲處理裝置空腔10，并且在該管路上安裝有調(diào)節(jié)閥8，在前述氣體混合腔4和熱氣體超聲處理裝置空腔10內(nèi)均各自安裝有氣體換熱器單元5從而控制溫度，該兩個(gè)氣體換熱器單元5均與控制臺(tái)14電連接，控制臺(tái)可以采用計(jì)算機(jī)或微控制器；在前述氣體混合腔4和熱氣體超聲處理裝置空腔10內(nèi)均各自安裝有溫度傳感器6，該兩個(gè)溫度傳感器6均與控制臺(tái)14電連接從而檢測(cè)各自的溫度。在熱氣體超聲處理裝置空腔10上還安裝有超聲發(fā)生裝置9從而產(chǎn)生超聲波，另外在氣體混合腔4上設(shè)有進(jìn)氣口，在熱氣體超聲處理裝置空腔10上設(shè)有排氣口。
其中氣體混合腔4上的進(jìn)氣口有3個(gè)，該3個(gè)進(jìn)氣口分別與管路連接，在其中每一個(gè)管路上均設(shè)有進(jìn)氣閥，而熱氣體超聲處理裝置空腔10上的排氣口有I個(gè)，該排氣口與管路連接，在管路上設(shè)有排氣閥。更具體的是，本發(fā)明裝置由超聲處理裝置空腔10、氣體混合腔4、超聲頭等組成。其中超聲處理裝置空腔10內(nèi)部設(shè)置加熱元件，超聲處理裝置空腔10內(nèi)部設(shè)置配套的控制電路，超聲處理裝置空腔10有氣體壓力調(diào)節(jié)閥，以保證壓力可調(diào)控以滿足不同的處理要求。氣體混合腔4具有溫度和壓力控制裝置，與超聲處理裝置空腔10的溫度控制系統(tǒng)共同維持處理氣體的溫度和壓力。空腔上端孔插裝超聲頭，超聲頭上設(shè)置有獨(dú)立的超聲發(fā)生裝置9，空腔一側(cè)設(shè)置排氣閥，空腔下部設(shè)置溫度傳感器6，空腔側(cè)壁設(shè)置氣體換熱器單元5，氣體混合腔4和超聲處理裝置空腔10之間設(shè)置氣體管路，管路上設(shè)置壓力控制表和調(diào)節(jié)閥，氣體混合腔4也設(shè)置溫度傳感器6。各部分控制集中到超聲及溫度控制臺(tái)。目的混合氣體在氣體混合腔4中混合均化并恒溫某設(shè)定溫度后，通過(guò)管路進(jìn)入帶有超聲的超聲處理裝置空腔10，依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，定時(shí)或恒溫后啟動(dòng)超聲，使高分子材料在熱氣體-超聲共同作用下，實(shí)現(xiàn)對(duì)高分子材料性能的控制處理。最后通過(guò)超聲處理裝置空腔10的溫度控制單元調(diào)節(jié)樣品溫度。本發(fā)明方法的核心是熱氣體-超聲共同作用用于高分子材料，熱氣體促進(jìn)高分子材料運(yùn)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)材料結(jié)構(gòu)的改變。本發(fā)明裝置的核心是一個(gè)由氣體裝置(即氣體混合腔)和帶有超聲發(fā)生器的耐壓熱可控樣品處理室(即超聲處理裝置空腔)。樣品處理室?guī)в谐暟l(fā)生裝置并能承受較高的壓力，并能進(jìn)行程序溫度調(diào)節(jié)和氣體壓力調(diào)節(jié)。本發(fā)明裝置能夠滿足對(duì)高分子材料制品進(jìn)行全部或部分基材聚集態(tài)或成分進(jìn)行調(diào)節(jié)。很明顯，采用本發(fā)明裝置和其它具備同樣功能的類似裝置均能使用本發(fā)明方法對(duì)高分子材料進(jìn)行改性。實(shí)施例I :注塑制品表面硬化。取高密度聚乙烯注塑標(biāo)準(zhǔn)樣條(無(wú)形狀和尺寸方面的要求，能放下即可)置于超聲處理裝置空腔10中，將氬氣由氣體混合腔4通入超聲處理裝置空腔10中，在氣體壓力0. 15Mpa條件下，升高溫度并恒溫至55°C保持5分鐘，在保持的同時(shí)(也可在溫度保持后啟動(dòng)，對(duì)結(jié)果影響不大，下列實(shí)施例2、3也一樣)啟動(dòng)超聲波進(jìn)行樣品處理，處理時(shí)間20min，超聲頻率40KHz，功率200w。處理后樣品表面硬度平均增加5%。實(shí)施例2 表面基團(tuán)構(gòu)象改變。取蛋白質(zhì)膜置于超聲處理裝置空腔10中，乙醇在氣體混合腔4內(nèi)氣化，通入超聲處理裝置空腔10中形成壓力0. 15Mpa、溫度80°C的氣體，恒溫5分鐘，在恒溫的同時(shí)啟動(dòng)超聲波處理15min，超聲頻率20KHz，功率100w。處理后真空除去乙醇，樣品表面由疏水變?yōu)橛H水。實(shí)施例3:聚集態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。玻纖增強(qiáng)PP材料樣條置于處理空腔中，將N2氣體在氣體混合腔4內(nèi)形成，再通入超聲處理裝置空腔10中，氣體壓力0. 2Mpa、溫度65°C，恒溫lOmin， 在恒溫的同時(shí)啟動(dòng)超聲處理裝置，超聲處理15min，超聲頻率40KHz，功率200w。處理后樣品平均拉伸強(qiáng)度可提高10%。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)熱氣體和超聲波對(duì)高分子材料進(jìn)行改性的方法，其特征在于，包括如下步驟將待處理高分子材料置于密閉容器中，然后通入氣體，在一定壓カ和溫度條件下，啟動(dòng)超聲波對(duì)該材料進(jìn)行處理，處理完畢后取出即可。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種通過(guò)熱氣體和超聲波對(duì)高分子材料進(jìn)行改性的方法,其特征在于其中氣體是通常狀態(tài)氣體、液體揮發(fā)氣體和固體升華氣體中的至少ー種。
3.如權(quán)利要求2所述的ー種通過(guò)熱氣體和超聲波對(duì)高分子材料進(jìn)行改性的方法，其特征在于其中氣體是IS氣、氮?dú)?、氧氣、氣態(tài)正己燒、氣態(tài)こ醇和氣態(tài)碘中的至少ー種。
4.如權(quán)利要求I所述的ー種通過(guò)熱氣體和超聲波對(duì)高分子材料進(jìn)行改性的方法,其特征在于將高密度聚こ烯注塑材料置于密閉容器中，然后通入氬氣，在氣體壓力O. 15Mpa條件下，升高溫度并恒溫至55°C保持5分鐘，啟動(dòng)超聲波對(duì)材料進(jìn)行處理，處理時(shí)間20min，超聲頻率40KHz，功率200w，處理后使材料表面硬度増加。
5.如權(quán)利要求I所述的ー種通過(guò)熱氣體和超聲波對(duì)高分子材料進(jìn)行改性的方法,其特征在于將蛋白質(zhì)膜置于密閉容器中，通入こ醇?xì)怏w，控制氣體壓カO. 15Mpa，在溫度80°C恒溫5分鐘，啟動(dòng)超聲波對(duì)蛋白質(zhì)膜進(jìn)行處理，處理時(shí)間15min，超聲頻率20KHz，功率lOOw，處理后真空除去こ醇,處理后使樣品表面由疏水變?yōu)橛H水。
6.如權(quán)利要求I所述的ー種通過(guò)熱氣體和超聲波對(duì)高分子材料進(jìn)行改性的方法，其特征在于將玻纖增強(qiáng)PP材料置于密閉容器中，通入N2氣體，控制氣體壓カO. 2Mpa，在溫度65 °C下恒溫IOmin，啟動(dòng)超聲波對(duì)材料進(jìn)行處理，處理時(shí)間15min，超聲頻率40KHz，功率200w,處理后使樣品平均拉伸強(qiáng)度增高。
7.—種通過(guò)熱氣體和超聲波對(duì)高分子材料進(jìn)行改性的裝置，其特征在于包括通過(guò)管路相互連通的氣體混合腔(4)和熱氣體超聲處理裝置空腔(10)，并且在該管路上安裝有調(diào)節(jié)閥(8)，在前述氣體混合腔(4)和熱氣體超聲處理裝置空腔(10)內(nèi)均各自安裝有氣體換熱器單元(5)，該兩個(gè)氣體換熱器單元(5)均與控制臺(tái)(14)電連接；在前述氣體混合腔(4)和熱氣體超聲處理裝置空腔(10)內(nèi)均各自安裝有溫度傳感器出)，該所有溫度傳感器(6)均與控制臺(tái)(14)電連接；在熱氣體超聲處理裝置空腔(10)上還安裝有超聲發(fā)生裝置(9)，另外在氣體混合腔(4)上設(shè)有進(jìn)氣ロ，在熱氣體超聲處理裝置空腔(10)上設(shè)有排氣ロ。
8.如權(quán)利要求I所述的ー種通過(guò)熱氣體和超聲波對(duì)高分子材料進(jìn)行改性的裝置，其特征在于其中氣體混合腔(4)上的進(jìn)氣ロ有3個(gè)，該3個(gè)進(jìn)氣ロ分別與管路連接，在其中每ー個(gè)管路上均設(shè)有進(jìn)氣閥，而熱氣體超聲處理裝置空腔(10)上的排氣ロ有I個(gè)，該排氣ロ與管路連接，在管路上設(shè)有排氣閥。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過(guò)熱氣體和超聲波對(duì)高分子材料進(jìn)行改性的方法及裝置，尤其是利用加熱的氣體在高能超聲的作用下，脅迫受熱的高分子材料表面或部分基材鏈段或大分子鏈發(fā)生運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料進(jìn)行處理的方法及所用的裝置。其特點(diǎn)是，包括如下步驟將待處理高分子材料置于密閉容器中，然后通入氣體，在一定壓力和溫度條件下，啟動(dòng)超聲波對(duì)該材料進(jìn)行處理，處理完畢后取出即可。本發(fā)明方法是一種對(duì)高分子材料產(chǎn)品的基體內(nèi)部或表面進(jìn)行結(jié)構(gòu)形態(tài)調(diào)節(jié)或成分調(diào)節(jié)的方法，在適當(dāng)?shù)臏囟?、壓力和熱氣體及超聲的共同作用下，通過(guò)不同參數(shù)調(diào)節(jié)可以達(dá)到改變高分子材料的各種性能，例如表面硬度、疏水性、拉伸強(qiáng)度等的目的。而采用本發(fā)明的裝置能夠?qū)崿F(xiàn)上述方法。
文檔編號(hào)C08J7/00GK102634053SQ201210106389
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月12日
發(fā)明者王華山, 王美怡 申請(qǐng)人:北方民族大學(xué)