微纳叠层功能复合材料模内层叠制备新方法

微纳叠层功能复合材料模内层叠制备新方法摘要介绍了传统多层复合材料制备方法及其缺点。通过高分子材料的分割—变流一汇流来制备微纳叠层功能复合材料模内层叠的新方法及其技术优点。关键词微纳；多层；共挤出；扩散；复合材料；叠层在当今电子、新材料、空间技术、能源、生物工程等的技术中，高聚物是其它技术赖发展的物质基础。由于高聚物本身具有良好的物理机械特性，因此，广泛地应用于工农业生产、交通运输、医疗、国防及日常生活中。随着高聚物新型材料的不断出现和市场上对高聚物挤出产品性能要求的不断提高，单一组分的制品往往具有局限性，无法满足制品的使用和加工性能、外观等方面的特殊要求，因此，多组分的微纳叠层功能复合材料应运而生。1常见多层复合材料制备方法由于多层复合结构中的各组分均为连续相，多层复合材料可以通过干式复合、一般单层挤出复合工艺、传统的共挤出复合等方法进行生产加工。1.1干式复合：这是目前国内应用最多的较为传统的一种复合方式，是采用双组分的聚胺酯粘合剂，对两层基材薄膜进行粘合的一种工艺方法。其主剂和固化剂按比例混合后，再用有机溶剂进行稀释，调整到一定的使用浓度，通过网线辊涂布到基材上，经热风烘箱干燥，再由加热辊加热与另一种基材进行加压粘合，再经时效处理而成。干式复合工艺的特点是操作简单，层间搭配也灵活多样，但其最大的缺陷是：（1）由于胶层表面张力较大，粘合剂溶剂虽经很大功率的干燥，但也难免出现溶剂残留的情况；（2）干燥加热的消耗功率大而浪费能源；（3）干燥的废气及有机溶剂的挥发会污染环境；2.1一般单层挤出复合工艺通过一台挤出机将熔融的树脂材料流延涂布到基材上，迅速压合冷却。有些基材通常底涂增粘的AC剂，经烘箱干燥进行贴合。底涂的AC剂有：以醇类溶剂为主的水性AC剂和以醋酸乙烯溶剂为主的溶剂型AC剂，典型结构：基材/AC剂/LDPE其特点主要有：(1）AC剂涂布量不大，残留少；(2）水性AC剂干燥能源消耗较大；(3）底涂水性AC剂粘的剥离强度低；(4）由于使用AC剂非常少，排废对环境污染少。3.3传统多层共挤挤出复合这种挤出复合是复合软包装材料的主要生产方法之一，是采用3台以上的挤出机，将不同功能的树脂原料如：PA、PE、PP等，分别熔融挤出，通过各自的流道在一个模头汇合，再经过吹胀成型，冷却复合在一起。相比于其他制备方法，传统的多层共挤挤出复合方法虽然有着不少优点，但是传统的多层共挤挤出复合方法生产的复合材料中，粘结层会在材料表面，从而影响材料的使用性能。2微纳叠层功能复合材料模内层叠制备新方法介绍1—塑化供料装置；2—连接器；3—汇流器；4—反向层叠器；5—同向层叠器；6—成型装置图1微纳叠层复合材料制备装置图1为微纳叠层功能复合材料模内层叠制备的装置，如图所示，熔融塑化供料装置、连接器、汇流器、反向层叠器、同向层叠器、成型装置前后依次串联。不同的高分子熔体分别从供料装置，经过不同的流道合并成一股的熔体，然后进入叠层器，由叠层器成倍地增加熔体的层数，最后在牵引装置的作用下，多层复合材料经过冷却装置被牵引出分层单元。用此类系统可以很容易地得到具有几十层到几千层的薄膜和薄片，并且可以通过控制分层单元数来控制层的数量和厚度。连接器进口与挤出机出口相连、出口与汇流器进口相连，汇流器将来自三个个塑化供料装置的三层熔体汇流叠合成一层ABC结构的复合熔体，A基材一般选用为PE，B为粘结材料一般选用EVA，C为阻隔性材料一般选用EVOH。层间的厚度相同也可以不同，依靠层间的流道间隙来保证；汇流器与反向层叠器对接，复合熔体在离开汇流器时沿宽度方向平均分割成两等分，每一等分在层隔中继续向前流动时反向扭转90度同时展宽两倍，在发生反向扭转之后，在两层熔体汇流时，高阻隔层被包裹在中间，基材在熔体复合层的最外边，在出口端相互汇流成为ABCCBA结构的六层层结构。熔体在通过反向层叠器之后进入同向层叠器，该叠层结构熔体在同向叠层发生器出口再平均分割成4等分，同向叠层发生器入口熔体通道尺寸与扭转90度后的出口的熔体通道尺寸相同；再对接一个同样的同向旋转90度的同向叠层发生器，则可得到6×4层结构；如果串联k个同样的同向叠层发生器，则可得到6×4k层的多层结构复合材料，最后一个叠层复合发生器的熔体在出口不再分割，与成型装置连接后经过成型装置得到最终制品。k为不小于1的整数。微纳叠层功能复合材料模内层叠制备新方法为多层复合材料的形态控制提供了有效途径，它是将两种或多种聚合物通过一组分层叠加单元进行共挤出，从而形成几十乃至上千交替层的复合材料。在出模厚度不变的条件下，通过调节各组分的挤出速率以及分层叠加单元的个数，可以使挤出制品每层的厚度达到微米级直至纳米级。而这种微小尺度下层与层的叠加，可以使复合材料的某些性能超过各组分性能的加和，从而实现组分间性能的协同作用。相关实验表明，通过微层挤出制得的多层材料往往具有非常独特的力学性能、阻隔性能]、光学性能以及导电（磁）性能。此为，这种材料给人们提高了一个很好地研究高分子材料结构与性能的模型，如研究两种高分子间的相容性、界面扩散、受限结晶等。3微纳叠层功能复合材料模内层叠制备新方法技术优点3.1成本低微纳叠层功能复合材料模内层叠制备新方法使用多种不同功能的高分子材料，制成具有多功能的复合薄膜制品，可降低生产成本。并且，还可在满足使用要求的前提下，将所需性能的原料减至最小厚度，从而降低了材料成本。3.2结构灵活微纳叠层功能复合材料模内层叠制备新方法可将多种原料进行不同组合的搭配，充分利用不同性能的原料，一次成型，有效的满足不同场合的需要。层次越多，结构设计越灵活，成本越低。3.3用途广泛，使用环境宽广微纳叠层功能复合材料模内层叠制备新方法的制品可以涵盖几乎食品、日化产品、饮料、药品、保护膜甚至航空航天产品等领域。4结语为了实现微纳叠层功能复合材料结构的产品，使用塑料树脂也在不断推出，除常用的LDPE、PP各种热粘结树脂外，还在向其他热塑性树脂方向发展，预计在不久的将来，挤出复合专用的LDPE、LLDPE、PS、PA、PC、PVA、EVOH、PVDC等功能性树脂能够大规模生产时，微纳叠层功能复合材料将会有更大的发展。为了提高生产效率，微纳叠层功能复合材料制备的工艺技术也在不断的革新，除使用新的功能性树脂材料外，各种提高挤出复合性能的工艺方法也在不断被采用。如通过工艺方法改变吹塑薄膜的分子极性或改善基材膜的表面性能，以提高挤出复合的剥离强度，有些产品还可以大幅度降低成本等。微纳叠层功能复合材料在力学性能、光学性能、阻隔性能、导电性能等方面具有独特的优点，因此利用微纳多层共挤出技术在开发高性能、特殊功能的聚合物基复合材料方面具有较大优势未来的发展方向首先是通过设备和工艺的改进，提高薄膜制品的性能，适应市场的需求，扩大使用范围，实现多层共挤复合薄膜制品结构性的改变。