[发明专利]一种原位成纤的纳米纤维增强聚合物复合颗粒材料

说明书

本发明提供一种原位成纤的纳米纤维增强聚合物复合颗粒材料，属于聚合物复合材料领域。本发明首先通过使用常规非织造设备来制备原位成纤复合纤维，再将制得的复合纤维在成网装置上集合制备成无纺布材料；然后将无纺布连续直接喂入单螺杆挤出机中，经挤出造粒后，制得原位成纤的纳米纤维增强聚合物复合颗粒材料，也可以将无纺布经切碎机或撕碎机制成无纺布碎块或碎粒，再经喂料装置加入单螺杆挤出机中，在一定温度下挤出造粒制得原位成纤的纳米纤维增强聚合物复合颗粒材料。本专利能形成一种易于包装、运输和使用的纳米纤维增强聚合物颗粒材料，具有增强增韧、降低材料密度的优势；本专利适用性广，可适用于大多数热塑性聚合物材料。

技术领域

本发明涉及一种聚合物复合材料，特别是涉及一种聚合物纳米纤维增强的聚合物颗粒。

背景技术

热塑性聚合物复合材料粒子通常是通过使用双螺杆将聚合物和增强纤维混合挤出制得的。其中使用的增强纤维通常是玻璃纤维，碳纤维，玄武岩纤维等无机纤维，其密度要远远高于聚合物本身的密度，造成复合材料颗粒的密度也较高。材料的轻量化是当前市场不断追求的目标，因此使用密度和聚合物基体材料密度接近的聚合物纤维作为增强材料来制备聚合物复合材料得到重视。原位成纤复合材料的增强纤维不是通过直接添加制备，而是分散相在加工过程中受剪切或拉伸作用取向，原位形成的。纤维分散均匀，微纤可以诱导基体结晶，可提高力学性能；相较于添加玻璃纤维，对设备磨损少，降低能耗，并易于回收。但是，目前市场上并没有可直接使用的原位成纤聚合物颗粒材料，本专利通过使用一种新型纳米原位成纤工艺并结合一定的造粒工艺，旨在制备出一种易于包装，运输和使用的聚合物复合颗粒材料。

发明内容

本发明的技术任务是针对现有技术的不足，提出一种原位成纤的纳米纤维增强聚合物复合颗粒材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种原位成纤的纳米纤维增强聚合物复合颗粒材料，首先通过使用非织造设备来制备原位成纤复合纤维，再将制得的复合纤维在成网装置上集合制备成无纺布材料；

然后将无纺布连续直接喂入单螺杆挤出机中，经挤出造粒后，制得原位成纤的纳米纤维增强聚合物复合颗粒材料。

作为替代方案，将无纺布经切碎机或撕碎机制成无纺布碎块或碎粒，再经喂料装置加入单螺杆挤出机中，在一定温度下挤出造粒制得原位成纤的纳米纤维增强聚合物复合颗粒材料。

方案优化的，无纺布材料在制备时，将基体材料、增强纤维材料和抗氧剂、稳定剂、增容剂混合后，加入混炼设备中熔融混合，熔体经过非织造设备的喷丝板流出形成复合纤维，再经过牵伸后，在成网装置上收集成无纺布，其中形成纤维直径在30-500纳米范围内的增强相纤维。

方案优化的，在挤出造粒过程中，关键是要保证纳米增强纤维不会破坏并保持良好的分散，因此单螺杆挤出机温度设定范围在基体材料和增强纤维材料的熔点之间，以确保基体材料在挤出机中为熔融状态，增强纤维材料还保持纳米纤维结构。进一步的，单螺杆挤出机温度设定范围一般高于基体材料熔点10-60℃，低于增强纤维材料熔点20℃以上。

方案优化的，在成纤过程中纳米纤维已经在复合纤维中分散良好，为了防止纳米纤维在挤出造粒过程中团聚，单螺杆挤出机螺杆的长径比要小，螺杆长径比在8-20之间，使材料在挤出机中滞留时间缩短。

方案优化的，所述非织造设备可以为装有熔喷组件的熔喷非织造设备、或装有纺粘组件的纺粘非织造设备。进一步的，熔喷组件或纺粘组件设定温度在基体材料和增强纤维材料的最高熔融温度以上20-50℃

方案优化的，所述基体材料为热塑性聚合物材料，包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚乳酸、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺等，在体系中使用比例为50-98wt％。