一种改善PLA拉伸流变性能的方法及装置与流程

一种改善pla拉伸流变性能的方法及装置
技术领域
1.本发明涉及材料科学领域，尤其是一种改善pla拉伸流变性能的方法及装置。


背景技术：

2.随着白色污染越来越受到关注，可生物降级材料的应用越来越受到重视，用量越来越大。其中聚乳酸(pla)是应用最多的一种可生物降解材料。然而，pla由于拉伸流变性能不佳，发泡比较困难，影响了pla的应用，因此改善pla的拉伸流变性能对pla推广应用很重要。当前，采用反应挤出在pla分子链侧链接枝长分子链是改善pla拉伸流变性能的有效方法。研究表明采用原位成纤方法，发现在聚丙烯中形成纳米级纤维可以有效改善聚丙烯pp的拉伸流变性能，但对于改善pla拉伸流变性能方法有限。
3.传统的改善pla拉伸流变性能方法，主要采用静态混合器对pla与易于成纳米纤维的聚合物进行共混、挤出，再经过牵引装置采用单向拉伸的方式进行拉丝，用于减小了微纤相复合材料的尺寸，使产品中形成复合微纤(如图1所示)。由于采用的是单向拉伸方式，形成的纤维较为粗大，纤维之间相互较为独立，无法很好地缠结形成网络结构，导致其拉伸流变性能不佳，发泡比较困难。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是提出一种改善pla拉伸流变性能的方法及装置，旨在解决上述技术问题。
5.为实现上述目的，本发明提出一种改善pla拉伸流变性能的方法，按质量份数计算，称量80-95份的pla、4.9-19.9份的易成纳米纤维聚合物，进行共混后利用挤压机挤出后进行双向拉伸，制备成微纤相复合材料。
6.优选地，所述易成纳米纤维聚合物为pet、pbt、pbs、pa11中的一种或几种的任意比例组合。
7.优选地，按质量份数计算，采用94份pla、6份pbt进行共混。
8.优选地，在进行双向拉伸时要对所拉伸的微纤相复合材料进行持续加热。
9.优选地，双向拉伸结束后，要对所拉伸得到的微纤相复合材料进行冷却。
10.优选地，冷却方式采用风冷。
11.本发明还提供一种改善pla拉伸流变性能的装置，用于实现上述的改善pla拉伸流变性能的方法，所述装置包括挤出机，在挤出机出口端设置有压延成型模具，在靠近压延成型模具出口端位置处设置有加热系统和双向拉伸系统；在靠近双向拉伸系统的出口端位置处设置有风冷装置、在风冷装置的前端设置有收卷装置，在收卷装置的入口端设置有导向辊。
12.优选地，所述双向拉伸系统包括设置前牵引双辊、后牵引双辊、以及横向拉伸结构；所述前牵引双辊设置在靠近压延成型模具出口端位置处，后牵引双辊设置在前牵引双辊的右侧，所述横向拉伸结构设置在前牵引双辊与后牵引双辊之间；所述前牵引双辊的长
度小于后牵引双辊的长度；所述横向拉伸结构为多对横向牵引双辊，分布在所拉伸微纤相复合材料的两侧，沿前牵引双辊至后牵引双辊的方向上，微纤相复合材料的两侧的横向牵引双辊的间距逐渐增大；所述后牵引双辊的转速比前牵引双辊转速快20％。
13.优选地，所述加热系统包括上加热板和下加热板，所述双向拉伸系统设置在上加热板与下加热板之间。
14.优选地，风冷装置包括上鼓风机和下鼓风机，所述上鼓风机的出风口和下鼓风机的出风口相对设置；所述上鼓风机的出风口用于对微纤相复合材料的上表面进行风冷；所述下鼓风机出风口用于对微纤相复合材料的下表面进行风冷。
15.由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明采取双向拉伸对挤出的复合材料进行双向拉伸，制备得到的pla原位纳米纤复合材料中纳米纤维产生有支化结构，纤维更细，纳米纤维之间更容易缠结形成网络结构，可以明显改善pla的拉伸流变行为。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
17.图1为现有技术中制备得到的pla微纤相复合材料的sem图；
18.图2为本发明所提供的一种改善pla拉伸流变性能的装置的结构示意图；
19.图3为本发明中双向拉伸系统结构示意图；
20.图4为本发明实施例一中pla/pbt原位支化纳米纤维复合材料拉伸流变测试图；
21.图5为本发明实施例二中pla/pa11原位支化纳米纤维复合材料拉伸流变测试图；
22.图6为本发明所制备得到的微纤相复合材料的sem图。
23.附图标号说明：1-挤出机；2-压延成型模具；3-加热系统；31-上加热板；32-下加热板；4-风冷装置；41-上鼓风机；42-下鼓风机；5-导向辊；6-收卷装置；7-双向拉伸系统；71-前牵引双辊；72-后牵引双辊；73-横向拉伸结构；8-微纤相复合材料。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
26.实施例一
27.一种改善pla拉伸流变性能的方法，按质量份数计算，可采用80-95份的pla、4.9-19.9份的易成纳米纤维聚合物，进行共混后利用挤压机挤出后进行双向拉伸，制备成微纤
相复合材料。所述易成纳米纤维聚合物为pet、pbt、pbs、pa11中的一种或几种的任意比例组合。在进行双向拉伸时要对所拉伸的微纤相复合材料进行持续加热。双向拉伸结束后，要对所拉伸得到的微纤相复合材料进行冷却，冷却方式采用风冷形式。具体地，在本实施例中，采用94份pla、6份pbt进行共混。
28.如图2所示，为了实现上述改善pla拉伸流变性能的方法，本实施例中还提供了一种改善pla拉伸流变性能的装置，所述装置包括挤出机1，在挤出机1出口端设置有压延成型模具2，在靠近压延成型模具2出口端位置处设置有加热系统3和双向拉伸系统7；在靠近双向拉伸系统7的出口端位置处设置有风冷装置4、在风冷装置4的前端设置有收卷装置6，在收卷装置5的入口端设置有导向辊5。
29.结合图2、图3所示，所述双向拉伸系统7包括设置前牵引双辊71、后牵引双辊72、以及横向拉伸结构73；所述前牵引双辊71设置在靠近压延成型模具2出口端位置处，后牵引双辊72设置在前牵引双辊71的右侧，所述横向拉伸结构73设置在前牵引双辊71与后牵引双辊72之间；所述前牵引双辊71的长度小于后牵引双辊72的长度；所述横向拉伸结构73为多对横向牵引双辊，分布在所拉伸微纤相复合材料的两侧，沿前牵引双辊71至后牵引双辊72的方向上，微纤相复合材料的两侧的横向牵引双辊的间距逐渐增大；所述后牵引双辊72的转速为80rad/min，比前牵引双辊转速快20％，通过横向拉伸结构拉伸宽比初始挤出片材宽6％。
30.在本实施例中，所述加热系统3包括上加热板31和下加热板32，所述双向拉伸系统7设置在上加热板31与下加热板32之间。
31.在本实施例中，风冷装置4包括上鼓风机41和下鼓风机42，所述上鼓风机41的出风口和下鼓风机42的出风口相对设置；所述上鼓风机41的出风口用于对微纤相复合材料的上表面进行风冷；所述下鼓风机42出风口用于对微纤相复合材料的下表面进行风冷。
32.实施例二
33.一种改善pla拉伸流变性能的方法，按质量份数计算，称取93份的pla、7份pa11进行共混后利用挤压机挤出后进行双向拉伸，制备成微纤相复合材料。在进行双向拉伸时要对所拉伸的微纤相复合材料进行持续加热。双向拉伸结束后，要对所拉伸得到的微纤相复合材料进行冷却，冷却方式采用风冷形式。
34.实施例二中采用实施例一中的改善pla拉伸流变性能的装置对pla与pa11的共混料进行挤出、双向拉伸、冷却以及收卷。进行双向拉伸时，后牵引双辊72的转速80rad/min，比前牵引双辊转速快20％，通过横向拉伸结构拉伸宽比初始挤出片材宽5％。
35.为了验证本发明的效果，将上述实施一、实例二制备得到的pla原位支化纳米纤维复合材料进行拉伸流变性能测试，测试结果如图4、图5所示。其性能明显优于现有技术所制备得到的复合微纤性能。
36.如图6所示为本发明所制备得到的微纤相复合材料的sem图，从图中可以看出，本法所制备得到的微纤相复合材料，纳米纤维产生有支化结构，纤维更细，纳米纤维之间更容易缠结形成网络结构。
37.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。