[发明专利]一种单聚合物复合材料制品挤出成型方法和挤出成型设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种单聚合物复合材料制品挤出成型方法和挤出成型设备，属于聚合物复合材料成型加工技术领域。

背景技术

随着材料工业的飞速发展，单一材料的产品远远不能满足各个领域的应用，复合材料的诞生大大弥补了单一材料在物理性能、化学性能等方面的不足。复合材料的定义为：有两个或两个以上独立的物理相，包括黏结材料（基体）和粒料、纤维或片状材料所组成的一种固体产物；是一种由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成的具有新性能的材料。复合材料的最大特点是复合后的材料特性优于组成该复合材料的各个单一材料的特性。复合材料的组成分为两大部分：基体与增强材料。基体是指构成复合材料连续相的单一材料。增强材料是指复合材料中不构成连续相的材料。复合材料是新材料领域的重要组成部分，已成为新材料领域的重要主导材料。

纤维增强复合材料属于复合材料中的一种，该材料利用纤维增强材料的高比强度和比模量来承担载荷作用。传统纤维增强复合材料的基体选用的的材料主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨和碳等，增强材料选用的的材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须和硬质细粒等。由于基体和增强材料所使用材料的不同，严重限制了传统纤维增强复合材料的回收再利用，导致了废弃物的增加。随着自然资源的日益枯竭和环境的严重污染，全球能源回收和再利用意识不断提高，新型复合材料的设计必须考虑回收再利用的问题。

此外，复合材料的基体和增强材料的粘接性直接影响基体与增强材料的微观状态和界面性能，界面性能又影响应力传递，必将影响复合材料的宏观力学性质。基体和增强材料的界面粘结强度对复合材料的机械性能起着决定性作用。由于传统纤维增强复合材料的基体和增强材料是不同的物质，两者之间必定存在界面，基体本身缺乏可反应的活性官能团，很难与增强材料发生良好化学键结合，当承受大的应变时，界面就会发生剥离现象。如何获得坚固、稳定的界面是复合材料的经典问题。因此，研究力学和界面性能良好、回收利用率高的复合材料成为复合材料发展的迫切需求。

单聚合物复合材料是一种基体和增强材料为同种聚合物的复合材料。把两种化学组分相同，物理性质不同的材料复合在一起成型后得到的单聚合物复合材料的界面结合强度得到提高。单聚合物复合材料因其基体与增强材料之间具有较好的界面粘结性，基体和增强材料所使用材料为同种聚合物有利于材料回收再利用，成为复合材料研究的热点。

目前，制备单聚合物复合材料制品的方法主要为热压法，包括纤维热压法、溶液浸渍热压法、夹层热压法以及纤维缠绕热压法等。虽然单聚合物复合材料制备的研究对象已涉及到聚烃类、聚酯类等多种材料，但尚停留在实验室阶段；热压法是单聚合物复合材料的主要加工方法，基体与增强材料的结合主要通过加压实现，存在成型周期长、产品尺寸小和不能连续化批量生产等缺点。因此，需要一种可以实现连续、高效地规模化生产大尺寸的单聚合物复合材料制品的方法。

挤出成型是聚合物材料加工领域中用途十分广泛的成型方法。据统计，在聚合物制品成型工业中，采用挤出成型方法生产的制品的总量约占所有聚合物制品总量的50%以上。相对于其它聚合物制品成型方法，挤出成型具有如下突出的特点：①生产过程连续：可成型任意长度的聚合物制品，生产过程可以实现全自动，生产效率很高；②适应性广：生产制品的种类较多，只需改变机头上的断面形状，便可制备聚合物管材、棒材、片材、板材、薄膜、电缆、单丝、中空制品及各种异型材；③应用范围大：可用于成型几乎全部热塑性聚合物材料及部分热固性聚合物材料；配用不同的成型辅机，不仅可用于成型各类制品，还可以用于聚合物材料的共混改性、造粒、脱挥、着色及反应性加工等；④生产操作简单：工艺控制容易，产品质量较为稳定；⑤设备成本低：投资少、见效快，主机可以多用途使用。

挤出成型离不开使用挤出成型机（即主机），因此，挤出成型机是聚合物加工业中最为重要的加工装备之一。

一套完整的挤出成型设备应由主机和成型不同制品所配套的辅助机械（简称辅机）所组成。通常将这些组成部分统称为挤出机组。挤出机组各部分的构成和功能可以概述如下：

（1）主机