[发明专利]一种聚乙烯自增强复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料领域，涉及聚乙烯自增强高分子材料的制备方法。

背景技术

聚合物晶体结构与形态对聚合物材料的物理机械性能具有重要的影响，受到越来越多的重视。半晶聚合物制品中通常会包含两种晶体结构：球晶和流动诱导生成的取向结构(串晶，shish-kebab)。前者是在静态环境下由片晶径向对称生长形成的一种各向同性结构；后者是在流动场诱导下形成的各向异性结构。在制品中的串晶结构赋予了材料优异的力学性能、抗磨损性能和抗疲劳性能等，因此，很多研究都致力于在制品中生成比例更大和结构更完善的串晶。

聚乙烯是一种广泛使用的半结晶热塑性高分子材料，具有较好的综合性能，可用一般热塑性塑料的成型方法进行加工。它的用途十分广泛，主要用来制造薄膜、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等，并可作为电视、雷达等的高频绝缘材料。不过，作为一种通用塑料，聚乙烯的性能还有很大的提高空间以拓展其使用范围。比如，降低收缩率，提高强度和模量，提高阻隔性能等，这些都可以从晶体结构的角度去考虑。聚乙烯在流动场中可以生成串晶结构，其比例和完善程度取决于加工条件，比如温度、流动场强度、流动场持续时间等。但是，对于分子量较小的聚乙烯而言，在流动场下也不一定会形成串晶结构，主要是因为流动场并不是唯一的决定因素，聚乙烯的分子量大小、熔体中大分子的缠结状态也会影响串晶结构的形成[Tingzi Yan，Baijin Zhao，Yuanhua Cong，Yuye Fang，Shiwang Cheng，Liangbin Li，Guoqiang Pan，Zijian Wang，Xiuhong Li，Fenggang Bian.Critical Strain for Shish-Kebab Formation.Macromolecules 2010，43，602-605].目前的研究成果基本上认为shish结构的形成主要源于聚合物熔体网络在流动场下的变形，此不可解缠的熔体网络在流动场下更容易形成shish，在shish上可进一步附生生长出kebab晶体，而且因为不可解缠网络(就像一棵树根)的加入可以使串晶相互连接起来。

在常规的动态保压注塑成型工艺中，动态剪切自增强可获得一定的自增强聚乙烯，但串晶比例和组织形式都不理想。其它的方法，如将玻璃纤维、碳纤维和晶须等增强相与基体聚合物复合也可得到复合增强材料，但是，这将带来相容性等界面问题，缩小了其使用范围。

发明内容

鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的是获得一种聚乙烯自增强复合材料制备方法，以获得更高的串晶比例，在加工中原位形成增强相(互连串晶结构)，使增强相和聚合物基体具有相同的化学结构，使材料的综合性能得到增强。

本发明的目的还在于，提供一种聚乙烯自增强复合材料，使其内部具有互连串晶(ihterlinked shish-kebab)的自增强结构。

本发明的目的是通过如下的手段实现的：

一种聚乙烯自增强复合材料的制备方法，以聚乙烯和经辐射微交联的聚乙烯为原料制备聚乙烯自增强复合材料，包含如下的工艺步骤：

(1)微交联聚乙烯制备：将聚乙烯粉料或者粒料进行辐射微交联，剂量小于20kGy，得到微交联聚乙烯；

(2)母料制备：将占母料总量5～85％的由步骤(1)制得的微交联聚乙烯与余量的未交联纯聚乙烯混合后加入二甲苯溶液中，加热和搅拌的条件下进行溶液混合，直到形成均相的溶液；将所得溶液注入到甲醇中使聚乙烯析出，经过滤和加热干燥后获得母料；所述母料的水分重量含量小于0.01％；

(3)聚乙烯共混物制备：将步骤2中所得母料于双螺杆挤出机中熔融共混挤出，将挤出的料条浸入冷水冷却后进行切粒，得到均匀的含少量微交联聚乙烯的聚乙烯共混物；

(4)动态保压注塑成型：将(3)制得的聚乙烯共混物干燥后用振动注塑模具进行动态保压注塑成型自增强的聚乙烯制品，注塑机的料筒温度为140～210℃，喷嘴温度190～210℃，模具热流道温度为180～200℃，模具温度为20～50℃。

本发明从结晶的角度改善凝聚态结构以提高其物理机械性能。在聚乙烯基体中加入少量微交联聚乙烯提高了串晶的比例，且在加工过程中施加剪切流场，然后通过控制实际加工流场参数来调控制品的微观结构，使聚乙烯中形成的串晶数量更多，结构更完善，从而提高其综合性能。具有以下明显的优点：