專利名稱：高彈性模量聚乙烯的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高彈性模量聚乙烯的機(jī)加工方法，此種加工法適用于高彈性模量聚乙烯及其配合物進(jìn)行二次機(jī)加工，例如切割或沖切。
對(duì)于揚(yáng)聲器膜片所用的聲學(xué)材料要求具有低密度、高彈性模量和大的內(nèi)損失、以便增大放聲頻率范圍。由于此種情況，目前正在進(jìn)行的該種所謂復(fù)合膜片的工業(yè)化實(shí)施即在使用許多種纖維，如碳纖維、聚芳基酰胺纖維或玻璃纖維作為增強(qiáng)材料。
首先，人們認(rèn)為采用晶體表面生長法、凝膠紡絲超拉伸法或熔體拉伸定向法所制的超高分子量聚乙烯可適于作為聲學(xué)材料，原因是這種聚乙烯密度較低，并且對(duì)縱波的傳播速率較高。例如日本專利公告182994/1983所述，使用聚乙烯纖維作為聲學(xué)材料，其縱波傳播速率不低于4000米/秒。
已經(jīng)注意到，高彈性模量材料，例如碳纖維或聚芳基酰胺纖維以及其配合材料由于其彈性模量較大而使機(jī)加工非常困難，同時(shí)在切割或沖切這種材料時(shí)需要特殊機(jī)械，要求很高加工技術(shù)或是要耗用大量人工。以上的情況也適用于高彈性模量聚乙烯纖維或是高彈性模量聚乙烯，所以它們?cè)谶M(jìn)行二次機(jī)加工時(shí)，例如切割或沖切時(shí)，也因?yàn)閺椥阅Ａ扛叨邢喈?dāng)大困難。
因此，應(yīng)用通常的剪切機(jī)幾乎不可能切割高彈性模量聚乙烯。雖然勉強(qiáng)可以例如用陶瓷剪刀切開，但也難于保證尺寸精確度高，并且沿切割邊緣必定會(huì)產(chǎn)生毛刺。
本發(fā)明就是針對(duì)上述缺點(diǎn)而作出，目的是提供高彈性模量聚乙烯的機(jī)加工方法，使得高彈性模量聚乙烯能夠容易地切割或沖切，并達(dá)到很高尺寸精確度而且不產(chǎn)生毛刺。
使高彈性模量聚乙烯獲得高彈性模量一般是通過聚乙烯的超拉伸和使晶態(tài)原纖單向取向而成，如圖2所示。
當(dāng)以差示掃描量熱計(jì)(DSC)測(cè)定時(shí)，該晶態(tài)原纖的熔點(diǎn)在152℃附近。因此，當(dāng)將高彈性模量聚乙烯加熱到不低于152℃溫度時(shí)，該晶態(tài)原纖即熔化并解除取向，從而使其彈性模量降低，該種材料也轉(zhuǎn)化成為普通聚乙烯(成為層狀晶體和無定形態(tài)的混合物)，如

圖1所示。即使將這種受過熱的聚乙烯恢復(fù)到室溫，這種狀態(tài)也不再改變。
按本發(fā)明是將聚乙烯的這些熱性質(zhì)以這樣的方式加以應(yīng)用即將準(zhǔn)備機(jī)加工的部位加熱到高于晶態(tài)原纖的熔點(diǎn)(152℃)，使之因此轉(zhuǎn)變成低彈性模量聚乙烯，從而可以更容易進(jìn)行機(jī)加工，于是可在這些部位進(jìn)行二次機(jī)加工，如切割或沖切。
圖1所示是進(jìn)行超拉伸之前聚乙烯的晶體狀態(tài)示意圖。
圖2所示是經(jīng)過超拉伸之后聚乙烯的晶體狀態(tài)示意圖。
圖3所示是應(yīng)用電熱絲將高彈性模量聚乙烯織造織物加熱的透視示意圖。
圖4所示是高彈性模量聚乙烯復(fù)合材料用剪切法進(jìn)行切割的剖面示意圖。
通過本發(fā)明者為完成上述目標(biāo)而積極并堅(jiān)持研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)高彈性模量聚乙烯纖維的熱性質(zhì)可被利用來降低局部的彈性模量，使之能夠進(jìn)行通常的機(jī)加工。在這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的特征在于將該種高彈性模量聚乙烯或其配合材料加熱到高于該晶態(tài)原纖的熔點(diǎn)溫度并在受熱的部位進(jìn)行機(jī)加工。
用于實(shí)施本發(fā)明方法的高彈性模量聚乙烯是由超拉伸法制成，例如熱拉伸或區(qū)域拉伸，固態(tài)擠出或凝膠紡絲。當(dāng)進(jìn)行超拉伸時(shí)，聚乙烯從圖1所示的層狀晶體和無定形體混合物狀態(tài)轉(zhuǎn)變成為圖2所示的由全伸直鏈組成的原纖化晶體，從而具有極高模量和機(jī)械強(qiáng)度。
業(yè)已指出，這種高彈性模量聚乙烯可以成型為片狀或由大量聚乙烯纖維組成的織造的織物。
本發(fā)明也包括高彈性模量聚乙烯的復(fù)合材料或配合材料。將這些材料成型為例如環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其中應(yīng)用的是上述高彈性模量聚乙烯纖維或由之制成的織造織物作為增強(qiáng)材料。
當(dāng)對(duì)上述高彈性模量聚乙烯纖維或其復(fù)合材料進(jìn)行機(jī)加工時(shí)，按照本發(fā)明，把準(zhǔn)備機(jī)加工的部位加熱到高于該晶態(tài)原纖的熔點(diǎn)，而機(jī)加工操作，例如切割或沖切，就沿這個(gè)經(jīng)加熱的部位進(jìn)行。
機(jī)加工部位的加熱溫度只需高于構(gòu)成前述高彈性模量聚乙烯的晶態(tài)原纖的熔點(diǎn)，所以可以調(diào)定到不低于152℃。由于該種晶態(tài)原纖的熔點(diǎn)是恒定數(shù)值，而與該高彈性模量聚乙烯的彈性模量大小無關(guān)，152℃是它的低限溫度。采用不低于200℃溫度最為適合，因?yàn)檫@只需很短加熱時(shí)間就已足夠，有時(shí)可以就在加熱時(shí)進(jìn)行切割。雖然沒有規(guī)定上限溫度，但從經(jīng)濟(jì)角度講不推薦采用過高溫度。
在機(jī)加工時(shí)，將材料加熱到不低于其晶態(tài)原纖的熔點(diǎn)，然后在受熱的部位機(jī)加工。然而，加熱和機(jī)加工可以同時(shí)進(jìn)行。在此情況下，只需用某種裝置或其它方法將切刀或鉆頭刃加熱即已足夠。
按本發(fā)明方法機(jī)加工高彈性模量聚乙烯時(shí)，在機(jī)加工操作之前將該聚乙烯加熱到高于其晶態(tài)原纖的熔點(diǎn)，使受熱部位的聚乙烯返回到超拉伸以前的狀態(tài)，于是可以更容易地機(jī)加工，從而便于進(jìn)行二次機(jī)加工，如切割或沖切。
所以按照本發(fā)明在切割時(shí)可以提高尺寸精確度，同時(shí)還可以防止發(fā)生毛刺或裂紋。
由以下具體試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步解釋本發(fā)明
實(shí)例1本實(shí)例試驗(yàn)了切割高彈性模量聚乙烯纖維。
由高彈性模量聚乙烯纖維(彈性模量90千兆帕)制成織造織物1，并將電熱絲3加熱到高于152℃，將之施加到織物1的切割部位2進(jìn)行加熱。然后在冷卻后用剪切機(jī)將這個(gè)部分切斷。
切割操作能夠順利進(jìn)行，并且切斷部分發(fā)生熔合而沒有毛刺，同時(shí)機(jī)加工精確度方面也得到良好結(jié)果。
當(dāng)把電熱絲3加熱到不低于200℃時(shí)，只用電熱絲3就能切割織物1。
另外，曾試驗(yàn)不作任何事先處理來切割該部位，結(jié)果是不可能切割。也試驗(yàn)過不作任何處理而用陶瓷剪來切割該部位。這個(gè)部位能夠費(fèi)力地剪下來，但尺寸精確度很低，并且沿剪切邊緣形成毛刺。
實(shí)例2在本實(shí)例中，對(duì)于含有高彈性模量聚乙烯纖維作為增強(qiáng)材料的復(fù)合材料進(jìn)行了切割試驗(yàn)。
首先制備厚度500微米的環(huán)氧樹脂復(fù)合或配合材料，其中含有高彈性模量聚乙烯纖維織造的織物作為增強(qiáng)材料。
按實(shí)例1的方法用電熱絲把復(fù)合材料上要切割的部位加熱到不低于152℃，然后用剪切法切開。
切割的結(jié)果很好，未形成毛刺或裂紋。
另外，當(dāng)上述高彈性模量聚乙烯復(fù)合材料的切割部位未經(jīng)事先處理即進(jìn)行切割時(shí)，則形成許多裂紋和毛刺。
實(shí)例3在本實(shí)例中，按實(shí)例2的相似方式對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行了同時(shí)加熱和切割試驗(yàn)。
在本實(shí)例中如圖4所示，在剪切機(jī)6的切刀7和8的安裝位置近旁安裝上加熱器9，將切刀7和8加熱到約200℃，然后切割復(fù)合材料5的切割部位10和11。然后將這塊材料機(jī)加工成為揚(yáng)聲器的膜片?？梢缘玫饺鐚?shí)例2的良好結(jié)果，未形成毛刺或裂紋。
權(quán)利要求
1.一種拉伸的高彈性模量聚乙烯或其復(fù)合材料的機(jī)加工方法，所述方法包括將拉伸高彈性模量聚乙烯或其復(fù)合材料加熱至不低于該拉伸高彈性模量聚乙烯的晶態(tài)原纖的熔點(diǎn)，從而將該拉伸高彈性模量聚乙烯轉(zhuǎn)化成為低彈性模量聚乙烯，然后在經(jīng)過加熱的部位進(jìn)行機(jī)加工。
2.按權(quán)利要求1的方法，其中該拉伸高彈性模量聚乙烯的晶態(tài)原纖是經(jīng)單向取向的產(chǎn)物。
3.按權(quán)利要求1的方法，其中該拉伸高彈性模量聚乙烯曾采用熱拉伸法、區(qū)域拉伸法、固態(tài)擠出法或凝膠紡絲法進(jìn)行超拉伸。
4.按權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的方法，其中的加熱溫度不低于152℃。
5.按權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的方法，其中加熱和機(jī)加工是同時(shí)進(jìn)行的。
6.一種拉伸的高彈性模量聚乙烯或其復(fù)合材料的機(jī)加工方法，所述方法包括在不低于200℃溫度加熱并切割高彈性模量聚乙烯或其復(fù)合物。
全文摘要
本發(fā)明是利用高彈性模量聚乙烯的熱性質(zhì)使之易于機(jī)加工的方法，例如切割或沖切。在機(jī)加工操作之前，將高彈性模量聚乙烯加熱到不低于其晶態(tài)原纖的熔點(diǎn)溫度，使受熱部位的聚乙烯返回到超拉伸以前的狀態(tài)而更能接受機(jī)加工，從而使二次機(jī)加工更易進(jìn)行。
文檔編號(hào)B23P25/00GK1031674SQ88106338
公開日1989年3月15日 申請(qǐng)日期1988年8月26日 優(yōu)先權(quán)日1987年8月29日
發(fā)明者瓜生勝, 西美緒, 八木和夫 申請(qǐng)人:索尼公司, 三井石油化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社