本發(fā)明涉及生產(chǎn)有機高分子型材的工藝，尤其是一種生產(chǎn)取向態(tài)聚乳酸型材的方法。
背景技術(shù)：
：聚乳酸作為一種可降解材料，有良好的組織相容性，因此在醫(yī)學(xué)上有廣泛的用途，但是常規(guī)的聚乳酸材料由于其強度低，制約了其在醫(yī)學(xué)，特別是骨科上的應(yīng)用。中國專利CN103540111A公開了一種高強度、耐高溫的全降解聚乳酸片材及其制備方法，將50％-78％的聚乳酸、10％-30％的增韌組分、10％-30％的無機填料和1％-3％其他助劑混合均勻，使用擠出機制備共混母粒，然后通過擠出機制備片材。該方法因為添加助劑，因此存在界面匹配性差的問題。中國專利CN101525812A通過紡絲法來制備高強度的聚乳酸，以聚乳酸切片為原料，采用高速氣流噴頭拉伸，提高連續(xù)長絲的取向度，以獲得足夠的纖維強度；采用高于100N/mm的軋機線壓力和125℃～157℃的軋輥溫度，以獲得最佳的粘合強度。該方法軋機線壓力和氣流噴頭難以控制，對設(shè)備、原料、聚乳酸的純度要求苛刻，因而實際操作復(fù)雜。技術(shù)實現(xiàn)要素：為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供了一種制備取向態(tài)聚乳酸型材的方法，包括如下步驟：1)將聚乳酸原料通過注塑機注塑制成胚材或?qū)廴樗嵩霞訜峒訅和ㄟ^鍛壓制成胚材；2)將步驟1)所得胚材進行取向強化，所述取向強化方法為擠出(壓出)或鍛壓；3)將步驟2)所得產(chǎn)物進行冷卻淬火，待產(chǎn)物穩(wěn)定后形成取向態(tài)聚乳酸型材。優(yōu)選的，所述步驟1)的鍛壓的方法為真空鍛壓。優(yōu)選的，所述步驟1)中的聚乳酸原料為左旋聚乳酸,其比旋光度在-155°～-160°之間,特性粘度為1dL/g-7dL/g。優(yōu)選的，所述步驟1)的鍛壓制胚的加熱溫度為160℃-210℃，壓強為5Mpa-30Mpa,加熱時間為1min-5min。優(yōu)選的，所述步驟2)中的擠出的預(yù)熱溫度為120℃-200℃，預(yù)熱時間為1min-5min。所述步驟2)中的鍛壓方法預(yù)熱溫度為140℃-180℃，預(yù)熱時間為1min-5min。優(yōu)選的，所述步驟2)中的擠出速度為10-200cm3/s。優(yōu)選的，所述步驟3)的淬火溫度為-20℃到30℃,冷卻時間為1-2min，淬火冷卻速率為50℃/min-150℃/min。優(yōu)選的，步驟3)中的型材的結(jié)晶度為50％-90％，晶粒形狀為片晶、伸直鏈晶或串晶，微觀結(jié)構(gòu)上呈線性排列。本發(fā)明的有益效果是：1、工藝簡單，操作方便，對設(shè)備要求低，可適應(yīng)規(guī)?；a(chǎn)。本發(fā)明方法為高取向度聚乳酸型材的制備提供了合理的工藝條件和技術(shù)路線，在選定的工藝條件的協(xié)同作用下，分子鏈的排列更加有序規(guī)整，聚乳酸晶區(qū)在一定的成型壓力及成型溫度下發(fā)生結(jié)構(gòu)重排，形成在微觀以及宏觀結(jié)構(gòu)都高度取向的聚乳酸型材，并有效克服其常規(guī)聚乳酸制品力學(xué)性能不理想等缺陷，從而進一步擴大聚乳酸制品的實際應(yīng)用領(lǐng)域。2、通過對注塑速率、預(yù)熱溫度、保壓溫度、保壓壓強、冷卻速率和時間參數(shù)等相關(guān)條件的設(shè)置，最大程度上提高了聚乳酸分子以及晶區(qū)的取向作用，取得了預(yù)料不到的技術(shù)效果，從而獲得了具有優(yōu)良力學(xué)性能的聚乳酸型材。一方面處于高彈態(tài)聚乳酸材料分子鏈段在外界應(yīng)力作用下可以發(fā)生沿應(yīng)力方向的擇優(yōu)取向排列，在此過程中原本無規(guī)排列的非晶態(tài)聚乳酸分子規(guī)整排列形成伸直鏈晶或串晶，與此同時原本主要以球晶形式存在的晶態(tài)部分發(fā)生結(jié)構(gòu)重排沿應(yīng)力方向分布，經(jīng)過取向過程的聚乳酸材料的機械性能大幅度的優(yōu)于普通聚乳酸材料產(chǎn)品。本發(fā)明在120℃—200℃條件下，對聚乳酸胚材進行強化，使聚乳酸沿特制模具型腔發(fā)生擇優(yōu)取向，經(jīng)過取向的聚乳酸型材的機械性能得到明顯的提升，特別是產(chǎn)品的彎曲強度較市面已有產(chǎn)品提高約100％。本發(fā)明在加工成型過程中通過對加工過程中溫度的調(diào)節(jié)與把控，合理的控制聚乳酸的結(jié)晶度，從而進一步的提高產(chǎn)品的機械性能。另一方面，在120℃—200℃條件下對聚乳酸胚材進行強化，得到的強化過后的型材通過低溫淬火，使材料中的取向結(jié)構(gòu)得到有效的保存，防止其解取向作用的發(fā)生，確保型材具有優(yōu)良的機械性能；與此同時，低溫淬火可以防止型材結(jié)晶過度而使產(chǎn)品的脆性增加。3、制備聚乳酸型材的胚材加工的過程中通過低溫淬火，使胚材的溫度迅速的降低到聚乳酸的玻璃化溫度以下，有效的控制了聚乳酸的結(jié)晶，為后續(xù)的強化過程提供合格的胚材。4、性能穩(wěn)定。因為本工藝是對溫度、壓強、注塑速率等參數(shù)的調(diào)整，未添加成核劑、增塑劑等助劑，所以不存在界面的問題以及小分子溢出的問題，材料性能穩(wěn)定。5、更加健康無害。因為所用原料為純聚乳酸，不添加任何助劑，生物相容性良好，在醫(yī)療健康產(chǎn)業(yè)的使用更加健康無害。與通常在原料中加入其他增強劑來提高材料的機械性能的方法相比較，本發(fā)明采用全新的加工成型方法，不添加其他任何增強劑或助劑，拓寬了材料的應(yīng)用范圍，提升了聚乳酸產(chǎn)品的價值，特別是在對產(chǎn)品原材料嚴(yán)格控制的醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用。附圖說明圖1按照本發(fā)明的方法制備聚乳酸型材的縱截面掃描電鏡圖；圖2按照本發(fā)明的方法制備聚乳酸型材的橫截面掃描電鏡圖。具體實施方式實施例A：一種制備取向態(tài)聚乳酸型材的方法，按照下列步驟：[1].將左旋聚乳酸真空充分干燥后備用。[2].將注塑機各項參數(shù)設(shè)置完畢后進行預(yù)熱；預(yù)熱完成之后，加入經(jīng)干燥的聚乳酸開始注塑加工。[3].注塑成型的胚材脫模后通過特制冷卻系統(tǒng)迅速冷卻降溫制成聚乳酸胚材。[4].將擠出模具加熱到180℃，穩(wěn)定后，將胚材放入模具型腔中加熱2min。[5].完成加熱后啟動設(shè)備將胚材擠入預(yù)熱到120℃的成型模腔中，制備成取向態(tài)的聚乳酸型材。[6].完成擠壓后將聚乳酸型材連同成型模腔一起快速冷卻淬火得到最終的聚乳酸型材。在其他生產(chǎn)條件相同條件下，采用比旋光度為-150°～-160°、粘度為4dL/g的聚乳酸為原材料，對生產(chǎn)中的相關(guān)參數(shù)進行調(diào)整，具體調(diào)整參數(shù)參見如下表1。表1相關(guān)參數(shù)調(diào)整列表表2為按照實施例1-8和比較例1-3的參數(shù)生產(chǎn)的材料進行彎曲強度測試的結(jié)果(隨機取樣7個樣品的平均彎曲強度)，試驗條件如下:試驗速度：2mm/min跨距(L)：15mm試樣形狀：棒材試樣直徑：4mm最大力彎曲強度(平均值)單位NMPa實施例1395.0235.9實施例2458.5273.8實施例3408.6244.0實施例4391.6233.8實施例5331.5198.0實施例6352.2210.4實施例7273.6163.4實施例8(最佳實施例)509.7304.3比較例1314.3187.7比較例2286.8171.2比較例3342.0204.2通過表1、2的可以看出原料注塑溫度、胚材冷卻速度、預(yù)熱溫度，預(yù)熱時間，冷卻溫度等相關(guān)生產(chǎn)條件對聚乳酸型材的彎曲強度有很大的影響。通過對不同粘度的聚乳酸的試驗發(fā)現(xiàn)預(yù)熱溫度為120℃-200℃、預(yù)熱時間為1min-5min、胚材冷卻速度為50℃-200℃、聚乳酸型材冷卻溫度為-20℃-30℃時得到的聚乳酸型材的彎曲強度達到最大，各項力學(xué)性能達到最優(yōu)。實施例B：一種制備取向態(tài)聚乳酸型材的方法，按照下列步驟：[1].將結(jié)晶度為8.5％的左旋聚乳酸置于真空環(huán)境中充分干燥后備用。[2].將胚材加工模具加熱到200℃并恒溫，預(yù)熱完成之后，將聚乳酸顆粒放入模具中并在真空環(huán)境下進行升溫和加壓。[3].待聚乳酸在模具中加熱3min后，進行鍛壓，鍛壓壓強為10MPa，時間3min，形成胚材。[4].將聚乳酸型材成型模具加熱到180℃并恒溫，接著將胚材放入模具中加熱3min。[5].待加熱完成，開動設(shè)備進行鍛壓，鍛壓壓強為15MPa，并保壓20s。[6].保壓完成后迅速對聚乳酸型材在保壓條件下進行淬火，淬火時間為10分鐘。[7].待淬火完成即得到聚乳酸型材。在其他生產(chǎn)條件相同條件下，按照鍛壓的方法對相關(guān)參數(shù)進行調(diào)整，具體調(diào)整參數(shù)參見如下表3。表3按照鍛壓法調(diào)整相關(guān)參數(shù)其中表1、表3中“-”表示在常溫(10-25℃)、常壓下(0.1Mpa)或自然冷卻。表4為按照表3的參數(shù)生產(chǎn)的實施例所得材料進行結(jié)晶度、彎曲強度測試的結(jié)果列表：附圖1是按照表1中最佳實施例8的參數(shù)條件下制得的聚乳酸型材(縱截面)的掃描電子顯微鏡(SEM)照片：放大倍數(shù)從低到高分別是60倍、100倍、1000倍和2000倍，從圖中可以看出無論是宏觀(60倍、100倍)，還是微觀(1000倍、2000倍)結(jié)構(gòu)，通過本發(fā)明制得的聚乳酸型材取向明顯；這是因為在選定的初始工藝條件的協(xié)同作用下，聚乳酸在一定的成型壓力及成型溫度下發(fā)生結(jié)構(gòu)重排，分子鏈的排列更加有序規(guī)整，形成有效的取向結(jié)構(gòu)，由此能有效克服力學(xué)性能不理想等缺陷，從而進一步擴大聚乳酸制品的實際應(yīng)用領(lǐng)域。附圖2是按照表1中的最佳實施例8的參數(shù)條件下制得的聚乳酸型材(橫截面)的SEM照片，從圖中可以看出，本發(fā)明制備的聚乳酸型材的斷裂方式為典型的韌性斷裂，其機理是通過對加工過程中的溫度的控制將聚乳酸的結(jié)晶度控制在一個理想的范圍內(nèi)，從而使制備的聚乳酸型材具有良好的韌性。結(jié)合表1、表2、表3、表4和附圖1、附圖2可以得出，在合適的溫度、強化條件下，特別是在優(yōu)選條件下所得的聚乳酸型材具有良好的取向結(jié)構(gòu)。因此本發(fā)明方法為高結(jié)晶度的聚乳酸制備提供了合理的工藝條件和路線。根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式，對發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對本發(fā)明構(gòu)成任何限。當(dāng)前第1頁1 2 3