单聚合物复合材料的注塑成型制备与性能优化

2012年，陈晋南课题组与美国佐治亚理工学院姚冬刚进一步合作，针对SPCs的制备不能连续生产、生产精度低和形状单一等缺点，开始研究单一组分PP SPCs和HDPE SPCs的注塑成型工艺。首先研究聚合物材料的流动性和热融纺丝工艺，深入研究聚合物纤维的结构和性能，在此基础上研发SPCs注塑成型工艺。

2012年，Mao和Chen等研究了超高流动性PP和高密度聚乙烯(HDPE)的熔融纺丝工艺，在固态下热拉伸纤维，探讨了PP和HDPE熔融纺丝的制备工艺与纤维的结构和性能。研究结果表明，PP纤维的分子链是稳定的α单斜晶系，取向因子为0.84，熔点为170.8℃，其强度和模量分别达到了580MPa和11.6GPa。HDPE纤维的分子链是正交晶系，取向因子为0.89，结晶度达67.5%，其强度和模量分别达到了460MPa和11.1GPa。同年，王建和陈晋南等分别申请了实用新型专利《一种单聚合物复合材料制品注塑成型设备》和发明专利《一种单聚合物复合材料制品注塑成型方法及设备》。

2013年，Wang和Mao等深入研究PP树脂与PP纤维的流变性能，用商业PP纤维布初步研究了注塑成型PP单聚合物复合材料的加工工艺，可在较宽温度窗口范围内快速成型SPCs制品。制备PP SPCs材料的力学测试结果表明，PP树脂与PP纤维之间具有良好的界面粘结性，PP SPCs的弯曲强度较未增强PP提高了54.2%。

2015年，Mao，Wang和Yao等分别以自制和商业PP纤维布作为增强体，PP树脂作为基体，研究了注塑制备PP单聚合物复合材料的成型工艺，注塑制备了PP单聚合物复合材料，研究了该复合材料的力学性能、界面性质和微观形态。研究结果表明，含质量分数36%纤维的单一组分PP SPCs的拉伸强度是未增强PP树脂的2.3倍，该复合材料具有良好的界面性能。PP SPCs拉伸强度达120MPa，是未增强PP树脂的3.9倍。同年，Mao和Wang等分别以自制和商业纤维布作为增强体，HDPE树脂为基体，用熔融纺丝法制备了HDPE纤维，编织成纤维布，作为增强体，注塑成型HDPE SPCs，研究了HDPE SPCs的注塑成型工艺。与Moldflow数值模拟相结合，研究了在不同温度下HDPE纤维的热力学、力学性质和结晶结构的变化，优化确定了注塑成型PE单聚合物复合材料的工艺参数。(www.xing528.com)

2016年，Mao，Chen和Yao等人^[35]研发了用高流动性的注塑级低分子量聚丙烯(PP)树脂制备高强度PP纤维的熔融纺丝工艺。该工艺不同于传统的高分子量PP树脂的熔融纺丝法，在最小喷气拉伸工艺中，保证喷头拉伸最小化，对挤出的固态PP原丝先后进行热拉伸和热定型的两段拉伸工艺。高强度PP纤维作为单一组分SPCs的增强体，以相同PP粒料作为基体，注塑制备了单一组分PP SPCs。

本节分为3小节，具体给出3篇代表作，包括注塑制备聚丙烯单聚合物复合材料、高密度聚乙烯单聚合物复合材料的注塑工艺、用低分子量聚丙烯熔融纺制高强度纤维。