專利名稱：一種在線等離子處理玻璃纖維后直接制備增強塑料的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種玻纖增強塑料的制備方法尤其是通過在線等離子處理玻璃纖維制備增強塑料的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)雖然有許多改性塑料生產(chǎn)廠生產(chǎn)玻纖增強塑料，但受國內(nèi)塑料和玻璃纖維品種、性能制約，其性能不穩(wěn)定，缺乏綜合性能均達到較高水平的高檔次增強塑料產(chǎn)品。
等離子體指被電離子的氣體，但這種等離子體是有別于普通氣體的一種新的物質(zhì)聚集態(tài)，由于分子中電子的運動、分子中原子間的相互作用力、原子和分子的受激與電離等微觀物理運動形態(tài)，直接決定著物質(zhì)的性質(zhì)及化學反應(yīng)能力，等離子體中富集的離子、電子、激發(fā)態(tài)的原子、分子及自由基，因此等離子體是極活潑的反應(yīng)性物種。國內(nèi)外很多學者和企業(yè)期望利用等離子的這種活性來處理材料以提高材料各種性能，如處理金屬表面提高金屬的表面生物相容性等(馮端，師昌緒，劉治國，材料科學導(dǎo)論，北京科學出版社，2004)，等離子處理織物目前國內(nèi)外已經(jīng)有現(xiàn)成的技術(shù)和設(shè)備，但處理玻纖制備增強塑料目前國內(nèi)外尚無報道。
增強工程塑料產(chǎn)品在我國應(yīng)用越來越廣泛，目前國內(nèi)雖然有許多改性塑料生產(chǎn)廠，但受國內(nèi)塑料品種、性能制約，其性能不穩(wěn)定，缺乏綜合性能均達到較高水平的產(chǎn)品。多數(shù)高性能增強工程塑料產(chǎn)品還需要大量從國外進口。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在線等離子處理玻璃纖維后直接制備增強塑料的方法。本發(fā)明的另一個目的是提供一種能和擠出機直接匹配在線處理等離子處理玻璃纖維的裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種在線等離子處理玻璃纖維后直接制備增強塑料的方法，包含以下步驟
1)、將玻璃纖維在95℃-110℃預(yù)烘10-120分鐘；2)、將預(yù)烘過的玻璃纖維在等離子體發(fā)生裝置中進行處理，離子體在玻璃纖維表面滯留時間為2-10秒。
3)、在雙螺桿擠出機擠出塑料，并在擠出機的玻纖導(dǎo)入口導(dǎo)入經(jīng)過等離子處理的玻璃纖維，進行增強復(fù)合。
4)、將增強復(fù)合料進行牽引、水冷卻、切粒、包裝。
所述的等離子體發(fā)生裝置，它是在兩個電極、之間裝置阻擋電介質(zhì)層，在兩電極上施加電壓為1000～100000伏、頻率為100～1000赫茲的高壓、高頻脈沖電流以后，阻擋介質(zhì)層之間產(chǎn)生微通道放電，在極板、之間產(chǎn)生等離子體。
在離子體發(fā)生裝置的前部設(shè)有導(dǎo)帶傳送裝置，頂部裝配有排風裝置，排風裝置上設(shè)有排風扇。將干燥好的玻璃纖維傳送到等離子體發(fā)生裝置中，降低玻璃纖維在處理運行中所受到的牽拉張力，減少甚至杜絕生產(chǎn)過程中的斷條現(xiàn)象，同時將處理好的玻璃纖維直接輸送到雙螺桿擠出機，與塑料熱融混合，實現(xiàn)玻璃纖維等離子處理、制成增強塑料的在線連動生產(chǎn)。排風扇使等離子體發(fā)生過程中產(chǎn)生的臭氧及時排除。
所述的導(dǎo)帶傳送裝置是由變速電機軸端的傳動鏈條與主動軸連接，傳送帶頭尾相連包在主動軸、從動軸上。
所述的等離子處理的玻璃纖維與塑料復(fù)合的比例按塑料∶離子處理的玻璃纖維＝1∶0.05-1.2熱融混合，制成增強塑料。
所述的塑料可以是聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、ABS樹脂、聚四氟乙烯、聚酯、聚砜、聚苯撐氧化物、聚酰亞胺中的任何一種或兩種及兩種以上混合物。
所述的玻璃纖維可以是各種直徑大小的無堿玻纖、中堿玻纖、有堿玻纖及其混合物。
所述玻纖的形態(tài)可以是纏繞成各種形狀的長纖、長度不低于1mm的短纖、玻璃氈、各種形態(tài)的玻璃纖維織物及其混合物。
將干燥好的玻纖先通過作為擠出機輔機的等離子發(fā)生裝置，在裝置內(nèi)進行等離子處理，經(jīng)處理的玻纖通過導(dǎo)帶傳送裝置直接進入擠出機的玻纖加料口，和熔融基材共混擠出造粒得到目標產(chǎn)品。
等離子表面處理技術(shù)又稱離子沖擊擴滲處理技術(shù)，等離子體表面處理經(jīng)常伴隨刻蝕、活化中心產(chǎn)生、材料表面粒子濺射、表面化學反應(yīng)、有機基團形成等過程，使材料表面的物理和化學性質(zhì)發(fā)生變化，而又不改變材料的本體屬性。由于低程度地穿透，等離子處理只涉及材料表面幾個納米的深度，這為在材料表面引入所和材料相容性較好的有機基團，從而達到對進行表面進行化學改性的目的。在通過空氣等離子處理來提高增強塑料用玻璃纖維的表面活性及其和樹脂的相容性，使其更好地在和樹脂符合過程中相容和粘合，提高兩者之間的界面作用，從而能夠同時提高增強復(fù)合材料的強度和韌性。我們通過分析玻纖處理前后的X光電子能譜儀XPS(見圖2和圖3)和電子顯微鏡SEM(見圖4和圖5)可以明顯地看到等離子處理對玻纖表面的顯著影響，XPS顯示通過等離子處理的玻纖表面具有較多的Si＝O、Si-O-、Si-O等活性基團，這些基團均和高分子材料具有一定的反應(yīng)性，因此XPS研究表明等離子處理玻纖可以顯著提高玻纖和高分子的相容性。SEM結(jié)果表明經(jīng)過等離子處理，玻纖表面粗糙度明顯提高。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、采用等離子在線處理玻纖是直接活化玻纖，在玻纖表面產(chǎn)生活性中心，使玻纖直接和塑料基材反應(yīng)，產(chǎn)生化學結(jié)合，完全避免了無機玻纖和有機塑料之間的界面結(jié)合問題，結(jié)合強度高；由于活性中心和各種材料都可以直接反應(yīng)，又避免了浸漬劑種類需要和玻纖及塑料匹配問題。得到的增強塑料性能較普通增強塑料有明顯提高。
2、用等離子處理玻璃纖維的裝置，可穩(wěn)定連續(xù)處理玻璃纖維。該裝置主要有以下幾部分組成(1)等離子體發(fā)生裝置。它是在兩個電極之間裝置阻擋電介質(zhì)層，當兩電極上施加高壓高頻脈沖電源以后，阻擋介質(zhì)層之間就產(chǎn)生了微通道放電，在極板之間產(chǎn)生等離子體。
(2)導(dǎo)帶傳送裝置。為了降低玻纖在處理運行中所受到的牽拉張力，減少甚至杜絕生產(chǎn)過程中的斷條現(xiàn)象，本設(shè)備采用了導(dǎo)帶傳送裝置。
(3)預(yù)烘裝置。為了減少等離子體能量對纖維岔濕的汽化損耗，玻璃纖維在進入等離子體處理以前應(yīng)該預(yù)烘，盡可能的去掉水分。
(4)排風裝置。內(nèi)于高壓放電臺產(chǎn)生一定的臭氧，為了不使生產(chǎn)場所集聚過量的臭氧，因此本設(shè)備在封閉的處理箱體頂部裝了排風裝置。
本發(fā)明采用等離子處理玻纖直接活化玻纖，在玻纖表面產(chǎn)生活性中心，使玻纖直接和塑料基材反應(yīng)，產(chǎn)生化學結(jié)合，完全避免了無機玻纖和有機塑料之間的界面結(jié)合問題，結(jié)合強度高；由于活性中心和各種材料都可以直接反應(yīng)，又避免了浸漬劑種類需要和玻纖及塑料匹配問題。得到的增強塑料性能較普通增強塑料有明顯提高。同時本發(fā)明將等離子體發(fā)生裝置、導(dǎo)帶傳送裝置與雙螺桿擠出機組成連動生產(chǎn)線，實現(xiàn)了在線等離子處理玻璃纖維制備增強塑料的方法。


圖1是本發(fā)明的等離子處理玻璃纖維離子體發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明未處理玻纖表面X光電子能譜儀XPS3是本發(fā)明處理過的玻纖表面X光電子能譜儀XPS4是本發(fā)明未處理過的玻纖表面電子顯微鏡SEM5是本發(fā)明處理過的玻纖表面電子顯微鏡SEM6是本發(fā)明工藝流程圖具體實施方式
如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示一種在線等離子處理玻璃纖維后直接制備增強塑料的方法，包含以下步驟1)、將玻璃纖維在95℃-110℃預(yù)烘10-120分鐘；2)、將預(yù)烘過的玻璃纖維在等離子體發(fā)生裝置中進行處理，離子體在玻璃纖維表面滯留時間為2-10秒。
3)、在雙螺桿擠出機擠出塑料，并在擠出機的玻纖導(dǎo)入口導(dǎo)入經(jīng)過等離子處理的玻璃纖維，進行增強復(fù)合。
4)、將增強復(fù)合料進行牽引、水冷卻、切粒、包裝。
上述的等離子體發(fā)生裝置(1)，它是在兩個電極(11)、(12)之間裝置阻擋電介質(zhì)層(13)，在兩電極上施加電壓為1000-10000伏、脈沖頻率為100-1000hz的高壓、高頻脈沖電流以后，阻擋介質(zhì)層(13)之間產(chǎn)生微通道放電，在極板(11)、(12)之間產(chǎn)生等離子體。
在離子體發(fā)生裝置(1)的前部設(shè)有導(dǎo)帶傳送裝置(2)，頂部裝配有排風裝置(3)，排風裝置(3)上設(shè)有排風扇(31)。
所述的導(dǎo)帶傳送裝置(2)是由變速電機(21)軸端的傳動鏈條(25)與主動軸(22)連接，傳送帶(24)頭尾相連包在主動軸(22)、從動軸(23)上。
所述的等離子處理的玻璃纖維，可與塑料，按塑料∶離子處理的玻璃纖維＝1∶0.05-1.2熱融混合，制成增強塑料。
所述的塑料可以是聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、ABS樹脂、聚四氟乙烯、聚酯、聚砜、聚苯撐氧化物、聚酰亞胺中的任何一種或兩種及兩種以上混合物。
所述的玻璃纖維可以是各種直徑大小的無堿玻纖、中堿玻纖、有堿玻纖及其混合物。
玻纖的形態(tài)可以是纏繞成各種形狀的長纖、長度不低于1mm的短纖、玻璃氈、各種形態(tài)的玻璃纖維織物及其混合物。
實施例1將30公斤捆狀無堿玻纖在烘箱內(nèi)于100℃烘1小時，然后通過在線等離子處理裝置1的處理腔，調(diào)整玻璃纖維牽引速度，使玻璃纖維在處理腔內(nèi)膽停留時間在4～5秒，然后將玻璃纖維引入Φ60的雙螺桿擠出機4，雙螺桿擠出機4擠出已經(jīng)干燥的中粘度PA6(特性粘數(shù)為0.26)，調(diào)整雙螺桿轉(zhuǎn)速和喂料速度，使產(chǎn)品中玻璃纖維含量(用燃燒稱重法檢測)為(30±2)％，即制得目標產(chǎn)品，其性能如表所述。
實施例2將60公斤長度為5mm的中堿玻璃纖維在烘箱內(nèi)于95℃烘90分鐘，然后通過在線等離子處理裝置1的處理腔，調(diào)整處理器導(dǎo)帶滑動速度，使玻璃纖維在處理腔內(nèi)膽停留時間在6～8秒，然后將玻璃纖維引入Φ68的雙螺桿擠出機4，雙螺桿擠出機4擠出聚丙烯，調(diào)整雙螺桿轉(zhuǎn)速和喂料速度，使產(chǎn)品中玻璃纖維含量(用燃燒稱重法檢測)為(30±2)％，即制得目標產(chǎn)品，其性能如下表所述。

權(quán)利要求
1.一種在線等離子處理玻璃纖維后直接制備增強塑料的方法，包含以下步驟1)、將玻璃纖維在(95-110)℃預(yù)烘(10-120)分鐘；2)、將預(yù)烘過的玻璃纖維在等離子體發(fā)生裝置中進行處理，離子體在玻璃纖維表面滯留時間為(2-10)秒。3)、在雙螺桿擠出機擠出塑料，并在擠出機的玻纖導(dǎo)入口導(dǎo)入經(jīng)過等離子處理的玻璃纖維，進行增強復(fù)合。4)、將增強復(fù)合料進行牽引、水冷卻、切粒、包裝。
2.權(quán)利要求1所述的等離子處理玻璃纖維離子體發(fā)生裝置，其特征在于所述的等離子體發(fā)生裝置(1)，它是在兩個電極(11)、(12)之間裝置阻擋電介質(zhì)層(13)，在兩電極上施加電壓為1000-100000伏、脈沖頻率為100-1000hz的高壓、高頻脈沖電流以后，阻擋介質(zhì)層(13)之間產(chǎn)生微通道放電，在極板(11)、(12)之間產(chǎn)生等離子體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離子處理玻璃纖維離子體發(fā)生裝置，其特征在于在離子體發(fā)生裝置(1)的前部設(shè)有導(dǎo)帶傳送裝置(2)，頂部裝配有排風裝置(3)，排風裝置(3)上設(shè)有排風扇(31)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離子處理玻璃纖維離子體發(fā)生裝置，所述的導(dǎo)帶傳送裝置(2)是由變速電機(21)軸端的傳動鏈條(25)與主動軸(22)連接，傳送帶(24)頭尾相連包在主動軸(22)、從動軸(23)上。
5.權(quán)利要求1所述的等離子處理的玻璃纖維，其特征在于可與塑料，按塑料∶等離子處理的玻璃纖維＝1∶0.05-1.2熱融混合，制成增強塑料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的塑料可以是聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、ABS樹脂、聚四氟乙烯、聚酯、聚砜、聚苯撐氧化物、聚酰亞胺中的任何一種或兩種及兩種以上混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的玻璃纖維可以是各種直徑大小的無堿玻纖、中堿玻纖、有堿玻纖及其混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述玻纖的形態(tài)可以是纏繞成各種形狀的長纖、長度不低于1mm的短纖、玻璃氈、各種形態(tài)的玻璃纖維織物及其混合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種玻纖增強塑料的制備方法尤其是通過在線等離子處理玻璃纖維制備增強塑料的方法及其裝置，包含以下步驟將玻璃纖維在95℃－110℃預(yù)烘10－120分鐘；將預(yù)烘過的玻璃纖維在等離子體發(fā)生裝置中進行處理，離子體在玻璃纖維表面滯留時間為2－10秒；在雙螺桿擠出機擠出塑料，并在擠出機的玻纖導(dǎo)入口導(dǎo)入經(jīng)過等離子處理的玻璃纖維，進行增強復(fù)合；將增強復(fù)合料進行牽引、水冷卻、切粒、包裝。本發(fā)明采用等離子處理玻纖直接活化玻纖，無機玻纖和有機塑料之間的結(jié)合強度高，同時本發(fā)明將等離子體發(fā)生裝置、導(dǎo)帶傳送裝置與雙螺桿擠出機組成連動生產(chǎn)線，實現(xiàn)了在線等離子處理玻璃纖維制備增強塑料的方法。
文檔編號B29C70/54GK1931566SQ200510057280
公開日2007年3月21日 申請日期2005年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月18日
發(fā)明者鄧代維 申請人:鄧代維