[发明专利]用于聚合物组合物的基本上成比例拉伸模头

说明书

本申请要求来自于2006年11月10日提交的美国临时申请系列60/858,122和2006年12月20日提交的美国临时申请系列60/876,053的优先权的权益。 

发明背景 

技术领域

本申请涉及一种拉伸模头以及用于使聚合物组合物取向的固态模头拉伸方法。 

相关技术的描述

相对于非取向的聚合物组合物，取向的聚合物组合物提供在强度(即，模量)方面的益处。在历史上，聚合物膜和纤维已经通过在自由拉伸工艺中的取向，享受到了强度增加的益处。自由拉伸工艺没有控制拉伸的物理限制，并且对于最终聚合物制品的形状的控制很少。因此，自由拉伸工艺由于制品横截面变得更复杂而变得欠满意。 

在具有比纤维或薄膜更复杂的横截面的制品中建立聚合物取向的努力最终导致了固态模头拉伸方法。固态模头拉伸方法需要通过固态拉伸模头拉伸聚合物组合物。拉伸模头迫使聚合物朝特定形状会聚，从而引起聚合物链的排列。固态拉伸模头比自由拉伸工艺提供了对最终制品形状的更多控制。 

最初地，使用模头拉伸方法制备具有圆形横截面的制品，这样的制品比如棒和管。(参见，例如，P.D.Coates和I.M Ward，Drawing of Polymersthrough a Conical Die，POLYMER 20，1553(1979))。 

新近，固态模头拉伸已经被用于从具有方形横截面的聚合物锭料获得具有矩形横截面的取向聚合物的大(所有的横截面尺寸都大于1.5毫米(mm))制品。(参见，例如，欧洲专利1242220B1)。该方法必需引导聚合 物运动优先进入板材的宽度尺寸(dimension)，而不是板材的厚度尺寸。 

O.Richmond揭露了关于实现轴对称变形和流线型流动的拉伸模头的理论。(参见，O.Richmond，Theory of streamlined dies for drawing andextrusion(用于拉伸和挤出的流线型模头的理论)。于：F.R.J.Rimrott和J.Schwaighofer，编辑，Mechanics of the Solid state，University of Toronto Press，Toronto，Ontario，Canada(1968)，154-167页。在本文中被称为“Richmond参考文献”)。Richmond参考文献的目的是揭露关于在实现材料的轴对称变形的同时使模头中流动的均匀性最大化以及阻力最小化的理论。Richmond揭露了他的使用圆柱体(圆形横截面)制品的理论。 

发明简述 

本发明解决了在固态拉伸具有非圆形横截面的大聚合物制品(即，所有的横截面尺寸大于1.5mm)的实验时所发现的问题。该问题是在改变拉伸速率时不可能可预知控制取向制品产品的横截面形状(即，横截面的形状)。当使用4以上的标称拉伸比时，这个问题变得尤为显著。实验证实了该问题可能是由于在固态拉伸过程中，尤其是在聚合物组合物离开拉伸模头之后的自由拉伸过程中，绕着聚合物组合物质心的聚合物运动不平衡所导致的。 

为了充分地平衡固态拉伸过程中的聚合物运动以及可预知控制拉伸制品的形状，拉伸模头必需诱导聚合物组合物的成比例变形。本发明的模头不仅需要固态聚合物的轴对称变形，而且需要遍布模头的成比例变形。如下面的比较例所示，轴对称变形不足以得到稳定的取向聚合物组合物。在一个优选实施方案中，模头同时实现了轴对称的、成比例并且流线型的变形，这种变形构成了对Richmond参考文献中的理论的进一步改进。而且，本发明通过提供一种用于对比圆形更复杂并且厚度比膜更厚的制品横截面进行轴对称成比例固态模头拉伸的装置，使模头拉伸的技术取得进展。