自增强聚合物

主题涵盖

背景

传统的强化技术

自我强化

热压缩过程

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这个过程

连续加工

特性

结束言论

背景

打火机，较小的汽车是汽车行业的下一个大事。这一驱动器为了减少标准轿车的重量是挑战材料科学家，以利用良好机械性能的组合，在结合低密度时开发新材料。亚博网站下载为了满足新的苛刻设计要求，塑料，特别是聚丙烯，用于广泛用于非结构部件的汽车。材料相对亚博网站下载便宜，抗蚀剂腐蚀，可以再循环，易于制造成部件形状，提供各种造型机会。然而，各种聚合物的机械性能，例如拉伸强度，通常不足以用于结构应用，并且材料不能在高温下使用。亚博网站下载这限制了他们在车辆的使用范围。

传统的强化技术

改善聚合物机械性能的正常方法是将它们转换成复合材料。用硬纤维（通常为玻璃）加强塑料基质，增强了材料的性质，例如其强度和韧性。复合材料在汽车行业中越来越受欢迎，因为它们提供优于金属部件，例如较低的重量，耐腐蚀性和良好的影响性能。但玻璃增强塑料具有若干缺点，限制了它们的使用。玻璃纤维使材料难以热成部件形状，并且还可以防止容易回亚博网站下载收。

自我强化

因此，需要一种替代策略来改善塑料的性质，同时保留材料的可回收性和易于形成。亚博网站下载“自我强化”塑料可以提供答案。在这些材料中，通过亚博网站下载控制聚合物链的分子取向来实现通过增强聚合物相本身的性质来实现玻璃纤维的改进。

LEEDS大学的物理部门在过去几年中对该地区进行了大量的研究，并开发了新颖的方法（基本上，热拉伸）以操纵热塑性塑料中的分子取向，因此实现了改善的聚合物的机械性能。在这些热拉伸过程中，可以容易地实现的分子取向程度取决于所吸引的横截面积的程度。高度定向的小直径纤维（通常可以容易地制造10μm。但具有较大横截面的材料通常较小，因此这些较大部件的性质并不大大提高。亚博网站下载

热压缩过程

现在，由于该领域的最新进展，可以通过高导向纤维的性质生产较大的部件。新技术被称为热压实过程，高度取向，小直径纤维或胶带被加热并挤压在一起，形成厚，均匀的片材，其保持原始纤维的分子取向的大量比例。

该过程的关键是选择适当的温度，时间和压力条件，使得只有少量的每个纤维或带的表面熔化。在冷却时，该材料凝固（或再结晶）将结构粘合在一起。令人惊讶的发现是在纤维和胶带的熔融范围内有一个可用的温度窗口，其中产生足够的熔化材料，以良好的压实而不会破坏取向的纤维/带结构。熔化10-20％的原始纤维可提供最佳压实，并且还允许大量保留纤维/带性能。因此，压实是将高绘制的光纤或胶带的性质转换为大片产品的路径。

在阅读大学进行的研究已经阐明了热压缩过程的机制。图1显示了从压实的聚丙烯（PP）片材中取出的蚀刻部分。图像示出了右上右磁带之间的连接（位于图像的平面），左下方的两个胶带（其垂直于第一磁带）。结件完全充满了从原始胶带熔化的重结晶材料。也是显而易见的是聚丙烯胶带内的原始面向结构，即使发生了大量熔化，也已经保留。

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热压实过程的起点是由特定聚合物制成的取向纤维或带的组装。在初步研究中使用了一种高度绘制的熔化纺丝聚乙烯纤维（由Hoechst，Hoechst制造的商品名Certran），通过机械测试和形态学研究建立了热压缩过程背后的科学。亚博老虎机网登录随着研究进入基于施用区域的研究，熔化纺丝聚乙烯纤维对于大多数应用来说变得太昂贵。因此，最近的研究集中在PP纤维和胶带的压实上，这提供了潜在的较低的压实板材成本。已经筛选了一系列取向的PP纤维和胶带，以实现它们的压实性能，到目前为止最有希望的是由amoco英国，6082级，普通编织的编织狭缝膜。这款编织PP布通常用作土工织物，但研究表明，在压实到纸张中时，它会在成本VS性能方面提供良好的组合。

这个过程

压实是通过批处理进行的。首先，将所需数量的编织PP布料置于匹配的金属模具中（用Amoco级6082，四层布料给出1mm的压实纸），然后在所需压制温度下置于热压机中，通常184°C。压缩压力在0.7mnm之间^-2和2.8mnm.^-2应用于模具组件。压缩压力的作用是三倍，使得能够良好的传热，以阻止定向的PP胶带收缩，因为温度接近材料的熔化范围，并帮助固结材料。一旦模具组件达到压实温度，将组件放置10分钟以允许甚至在整个PP层中熔化。除了这种小型批量压实过程之外，使用高压釜成功地进行了大规模的批量实验。目前，可以在一个循环中制作十五个2x1m床单。

连续加工

但是，如果压实的PP材料是寻找广泛的工业应用，则必须连续制造。使用双皮带压力机进行了一些初步实验。压力机设定为183±1°C，压力为0.7mnm^-2。它能够接收600mm宽的编织布。使用两层编织PP布料倾斜初始试验，压力速度为1m.min^-1这些参数导致成功的热压实，具有良好的压实纸，连续地为1小时左右的时间。

新材料的另一个至关重要的属性是其热成型的能力。目前正在进行广泛的热成型试验以探索压实的PP板材的热成型窗口。两种技术看起来非常有前途，并且在这两个材料中都需要帮助，以帮助它提供热量。第一次使用匹配的金属模具在150℃的温度下，第二种使用压力辅助（或膀胱辅助）真空形成在150℃的温度和0.56mnm的压力下进行^-2。

支柱erties.

表1显示了压实PP材料的典型数据表。最令人兴奋的财产是出色的冲击强度，这是聚合物或聚合物复合材料的最高测量。最近的测试表明，这种高冲击强度保持在低温下（低至-30°C），这是一个非常重要的结果，因为各向同性PP在低温下通常是脆性的。

表1.压实聚丙烯的性质（Amoco级6082）。

结束言论

总之，热压缩的PP纸张显示出优异的性能组合，将低重量和可回收性结合，具有良好的机械性能和优异的冲击强度。一家全资利兹大学公司的Vantage Polymers成立了开发技术。几个主要应用的市场试验已经在进行中，包括扬声器锥（其中刚度和阻尼的结合提供了出色的声学性能），使用压实的聚乙烯纤维的汽车零件（具有福特，炸酸，炸素段的协作项目）和放射线当它们吸收很少的电磁辐射，因此允许飞机导航信号进出而不削弱它们。

主要作者：彼得霍宁博士和伊恩病房教授

资料来源：材料世亚博网站下载界，卷。6号第10页。1998年10月608-09。

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