申请/专利权人：赛佩荷兰服务有限公司

申请日：2016-12-05

公开（公告）日：2020-10-23

公开（公告）号：CN108430721B

主分类号：B29B9/14(20060101)

分类号：B29B9/14(20060101);B29B7/00(20060101);B29B7/16(20060101);B29B7/28(20060101);B29B7/90(20060101)

优先权：["20151207 EP 15198308.7"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.10.23#授权;2018.09.14#实质审查的生效;2018.08.21#公开

摘要：一种用于制造复合材料粒料的前体材料的生产方法，所述前体材料包含聚合物材料和纤维材料，所述方法包括按此顺序的以下步骤：在包括共混装置的共混设备中通过以足以导致温度升高至至少超过VICAT软化点的温度或者在聚合物材料的熔化温度范围内或超过聚合物材料的熔化温度范围的温度的速度操作共混装置来搅拌聚合物材料和纤维材料；b.保持共混装置的速度；c.当保持共混装置的速度所需的比马达功率增加预定的量或达到预定的值时，将速度降低预定的量；d.重复前述步骤c.直至速度降至低于第一阈值，由此形成中间材料；e.在优选冷却的包括粉碎装置的粉碎设备中通过以允许温度降低直至温度降至低于第二阈值的速度操作粉碎装置来粉碎所形成的中间材料，由此形成前体材料。

主权项：1.一种用于生产用于制造复合材料粒料的前体材料的方法，所述前体材料包含聚合物材料和纤维材料，所述方法包括按此顺序的以下步骤：a.将所述聚合物材料和所述纤维材料合并以形成预混物；b.在包括共混装置的共混设备中通过以足以导致所述预混物的温度升高至至少超过VICAT软化点的温度或者升高至至少在所述聚合物材料的熔化温度范围内或超过所述聚合物材料的熔化温度范围的温度的速度操作所述共混装置来搅拌所述预混物；c.保持所述共混装置的速度直至保持所述共混装置的速度所需的比马达功率已经增加至少预定的第一量或已经达到至少预定的第一值，然后将所述共混装置的速度降低预定的量；d.重复前述步骤c.直至达到最终的预定速度；e.保持所述共混装置的所述最终速度直至保持所述共混装置的所述最终速度所需的比马达功率增加预定的第二量或达到第二预定的值，由此形成中间材料；f.在包括粉碎装置的粉碎设备中通过以允许温度降低直至所述中间材料的温度降至低于最终阈值的速度操作所述粉碎装置来粉碎所形成的中间材料，由此形成所述前体材料。

全文数据：用于制造前体材料的方法技术领域[0001]本发明涉及生产用于制造复合材料粒料的前体材料的方法。背景技术[0002]木纤维复合材料或纤维素纤维复合材料是一类新开发的聚合物复合材料，其受益于在多个工业部门中的增加的使用。[0003]为了生产大量这些新开发的聚合物复合材料，优选依赖于已经存在的用于生产其他聚合物材料的机器，例如挤出机，以避免购买新设备的资金支出。当单独引入挤出机筒中时，现有的配混机不适合于加工纤维状纤维素材料例如，纤维素绒毛和聚合物材料二者，因为配混机需要较长的时间来制造具有期望的分散质量（即，纤维在聚合物中）的复合材料，因为挤出机螺杆大多设计为加工在筒中变成液体并因此容易与其他细的非丝状颗粒共混的粒料聚合物。然而，由于纤维素纤维具有大于5的纵横比并且不熔化，因此必须使组分的混合物在挤出机筒中保持额外的停留时间，以用聚合物基体充分润湿纤维并将纤维分散在聚合物基体中。然而，由于纤维的体积密度较低，因此配混机的生产量相对较低。同样局部地，最初白色的纤维素由于高温可能燃烧，然后使获得的复合材料产生不期望的棕色和刺激性气味，特别是当纤维素不含木质素时也是如此。[0004]因此，期望提供一种允许以更有效的方式生产聚合物和纤维素纤维的复合材料的方法，其提高了挤出设备的生产量并允许纤维更好地分散在最终挤出的复合材料中。发明内容[0005]本发明提供了一种生广用于制造复合材料粒料的前体材料的方法，所述前体材料包含聚合物材料和纤维材料，所述方法包括按此顺序的以下步骤：[0006]a•将聚合物材料和纤维材料合并以形成预混物；[0007]b.在包括共混装置的共混设备中通过以足以导致预混物的温度升高至至少超过VICAT软化点的温度或者在聚合物材料的;¾•化温度犯围内或超过聚合物材料的溶化温度范围的温度的速度操作共混装置来搅拌预混物；[0008]C•保持共混装置的速度直至保持共混装置的速度所需的比马达功率增加预定的第一量或达到预定的第一值，然后将速度降低预定的量；[0009]d.重复前述步骤c•直至达到最终的预定速度；[0010]e.保持共混装置的取终速度直至保持共混装置的最终速度所需的比马达功率增加预定的第二量或达到第二预定的值，由此形成中间材料；[0011]f.在优选冷却的包括粉碎装置的粉碎设备中通过以允许中间材料的温度降低直至温度降至低于最终阈值的速度操作粉碎装置来粉碎所形成的中间材料，由此形^前体材料。，[0012]本发明还提供了通过上述方法获得的用于制造复合材料粒料的前体材料以及具有配置成用于根据上述方法生产这样的前体材料的控制单元的器件。’'[0013]本发明还提供了配置成用于实施根据上文的方法的用于生产用于制造复合材料粒料的前体材料的器件，其包含包括共混装置的共混设备和包括粉碎装置的粉碎设备。[0014]本发明的另一些实施方案在从属权利要求中示出。附图说明[0015]以下参照附图描述了本发明的优选实施方案，这些附图是为了说明本发明的当前优选实施方案的目的而不是为了限制其的目的。在附图中，[0016]图1示出了具有总共五个叶片即四个共混叶片（2X直的形状（1，2X弯曲形状2和一个底部刮刀叶片3所有这些沿着垂直方向叠加的立式混合器的共混装置。[0017]图2示出了用于制造复合材料粒料的前体材料的样品⑷。具体实施方式[0018]本发明提供了用于生产用于制造复合材料粒料的前体材料的方法，所述前体材料包含聚合物材料和纤维材料，所述方法包括按此顺序的以下步骤：[0019]a.将聚合物材料和纤维材料合并以形成预混物；[0020]b.在包括共混装置的共混设备中通过以足以导致预混物的温度升高至至少超过VICAT软化点的温度或者升高至至少在聚合物材料的熔化温度范围内或超过聚合物材料的熔化温度范围的温度的速度操作共混装置来搅拌预混物；[0021]c•保持共混装置的速度直至保持共混装置的速度所需的比马达功率已经增加至少预定的第一量或已经达到至少预定的第一值，然后将共混装置的速度降低预定的量.[0022]d.重复前述步骤c.直至达到最终的预定速度；、’[0023]㊀.保持共混装置的最终速度直至保持共混装置的最终速度所需的比马达功率增加预定的第二量或达到第二预定的值，由此形成中间材料；[0024]f.在优选冷却的包括粉碎装置的粉碎设备中通过以使中间材料的温度降低直至温度降至低于最终阈值的速度操作粉碎装置来粉碎所形成的中间材料，由此^成前体材料。_5]_:发_上下文中，_“鱗意指聽不偏赌趙度大于10%，优选5%。[0_在本发明的上下文中，表述“不含木质素，，意指具有按重量计小于[0027]在本发明的上下文中，表述“共聚聚合物，，意指共聚物或均聚物[0028]㈣:发明的上下文中，表述“比马达功率，，意指每单位的料如步骤b中的每单位重量的预混物的马达功率。[0__发_上下文中，表述“纤维状纤维素材料，，意指包含松素纤维束形式的纤维素的纤维材料。示例性形式为松散填充纤维素或干pulp0指根—_有-2圆形2fc的共混设备中搅拌原料产生的原料颗粒之间的摩擦而被加热，直至聚合物材料部2^或局部软化或熔化并润湿纤维材料，由此产生聚合物和纤维材料的团聚物。除了允许:二t料和纤维素材料合并以外，所产生的热量还允许释放可能存在于纤维材料和或聚=的残余水分。在所述方法的第二步骤中，将由较小的和较大的团聚物形成的中间材2在n适的通常冷却的设备中粉碎，以使较大的团聚物破碎并聚结较小的团聚物，从而产有较窄的颗粒尺寸分布的前体材料。即使纤维状纤维素材料并不总是均匀地分散在整丄聚合，中，本发明的所形成的前体材料也可以方便地通过料斗供给至挤出机筒中，其中則体材料中的聚合材料被完全熔化，随后将该熔体进行造粒以产生纤维材料在聚合物材料基体中的分散增强的最终复合材料粒料。换言之，本发明的方法允许在实际挤出成准备好发生随后的模制加工的复合丸粒之前用聚合物至少部分地预润湿纤维素材料。[0032]包括共混装置的共混设备可以是任何这样的设备:所述设备能够通过其共混装置搅拌聚合物材料和纤维材料，使得聚合物材料、纤维材料与共混装置之间的摩擦导致至少部分聚合物材料的温度升高超过其VICAT软化点，或者优选升高至在其熔化温度范围内或超过其熔化温度范围的温度。在聚烯烃例如聚丙烯或聚乙烯共聚聚合物的情况下，并且特别是，MFI为10至100之间的聚丙烯或聚乙烯共聚聚合物的情况下，在聚合物材料的熔化温度范围内或超过聚合物材料的熔化温度范围的温度将为12〇。：至18〇。：之间的温度。[0033]聚合物材料可为丸粒或粉末形式，并且可为原始聚合物或回收的聚合物。聚合物材料可与添加剂、着色剂、润滑剂或可用于本发明的方法中的任何其他另外的组分预配混。[0034]根据本发明的方法获得的前体材料适用于制造复合材料粒料。复合材料粒料通常被称为复合材料丸粒并且构成用于运输和进一步加工成模制品的聚合物的优选形式。[0035]在一个优选的实施方案中，本发明的方法的聚合物材料包含一种或更多种合成的聚合物例如缩合或加成聚合物或者由其组成，并且有利地包含一种或更多种聚烯烃，优选热塑性聚烯烃，例如聚丙烯或聚乙烯共聚）聚合物或者由其组成。在一个特别优选的实施方案中，本发明的方法的聚合物材料包含当在23TC下根据ASTMD1238使用2.17kg负载测^时MFI为10至1〇〇之间的一种或更多种聚丙烯或聚乙烯或者由其组成。一个示例性聚丙烯等级是MFI为37且密度为905kgm3的SabicPP512MN10聚丙烯嵌段共聚物。具有太低（即，低于10的熔体流动指数的聚合物变得难以在共混设备中加工，因为粘度倾向于太高，使得纤维将不会转移到待润湿的聚合物基体中。[0036]在又一个优选的实施方案中，步骤e•的第二预定量或值大于步骤C.的预定的第一量或值，并且特别地比步骤c•的预定的第一值大丨•丨倍至2倍，优选1.5倍至2倍。[0037]在另一个优选的实施方案中，在本发明的方法中，足以提高预混物中的聚合物材料的温度的速度对应于8ms至69ms，优选25ms至52ms，更优选30ms至39ms的叶尖速度。一般而言，速度越高，预混物的聚合物材料和纤维材料就越快地加热并开始根据需要合并。然而，高于一定的速度，共混装置的叶片将局部加热到导致聚合物或纤维材料在叶片表面上热分解的温度，这是不期望的。[0038]在另一个优选的实施方案中，在本发明的方法中，纤维材料优选具有小于15%的残余水含量，并且优选进一步基本上不含木质素。残余水可使过程减缓并通过水解聚合物骨架而损害水敏感聚合物例如大多数缩合聚合物，这就是为什么聚合物材料以及纤维材料应当在共混设备中预先或同时干燥。[0039]在另一个优选的实施方案中，在本发明的方法中，共混设备为立式混合器，并且共混装置为常用于PVC混合设备的热阶段的叶片式搅拌器类型。示例性的立式混合器为TurbomixerTMX或TechnoSRL-Z100。混合装置可为例如具有多个叶片的叶轮或螺旋桨，一个或更多个叶轮或螺旋桨沿垂直方向对齐。一个或更多个螺旋桨或叶轮可具有相同形状或不同形状，例如两个相同形状和一个不同形状的组合。图i中示出了示例性共混装置。[0040]共混设备可配备有允许主动加热冷却前体材料的加热和或冷却装置，例如内衬在共混设备的内壁表面上的油夹套。[0041]任选地，共混设备还可配备有切碎机或偏转装置deflectormean以帮助实现预混物材料的有效搅拌。[0042]在另一个优选的实施方案中，在本发明的方法中，粉碎设备为卧式混合器，例如单轴或双轴卧式桨式混合器或螺条混合器ribbonmixer。粉碎设备用于允许所形成的中间材料冷却并使较小的颗粒聚结成预定尺寸的较大颗粒以形成前体材料的目的。当存在时，切碎机用于将较大的前体材料块粉碎成预定尺寸的较小颗粒以帮助聚结的目的。粉碎设备可配备有允许主动冷却中间材料的冷却装置，例如内衬在粉碎设备的内壁表面上的水夹套。不例性的粉碎设备为PromixonHorizontalCoolerCMX。[0043]在另一个优选的实施方案中，在本发明的方法中，在步骤c.中，速度降低例如20%、25%、33%或50%相对于足以带来步骤匕的温度升高的初始速度），这然后允许在步骤c.的有限重复次数内达到步骤d•的最终速度。结合步骤d.根据步骤c.的速度的迭代降低允许形成可以容易地从共混设备中分离的中间材料，因为如果在该过程期间速度没有因此降低，聚合物材料和纤维材料将合并形成粘附到共混装置的叶片上且不容易从叶片上分离或从共混设备中排出的一个单个化合物团块，甚至当处于塑性状态和更甚至处于硬化状态时也如此。因此逐步迭代降低允许配量和调节传送给预混物材料的能量以避免整个过程的复杂化。控制速度降低的另一种可能性是使用通过将转矩保持在一定水平（例如25%最大马达功率的设备的转矩控制这将导致连续的而不是逐步的速度降低）。[0044]在另一个优选的实施方案中，在本发明的方法中，在步骤c.中，当保持共混装置的速度所需的比马达功率增加2百分比至40百分比，优选10百分比至30百分比，更优选15百分比至25百分比时，将速度降低预定的量。[0045]在另一个优选的实施方案中，在本发明的方法中，纤维材料是漂白的和或不含木质素的纤维素。纤维材料可以以能够由干浆片制备的体积密度为90gL的蓬松漂白的和或不含木质素的纤维素形式用于本发明的方法中。[0046]制备蓬松漂白的和或不含木质素的纤维素的一个示例性方法是通过压型引入辊profileddraw-inroller将干衆片输送到刀式磨机的切割室中。在壳体中的定子刀与转子刀之间执行尺寸减小到期望的最终尺寸。其中，最终细度由转子的速度和筛网插入件的类型等确定。可以通过经由200wn筛网筛出绒毛来达到有利的细度。[0047]本发明还提供了通过上述方法获得的用于制造复合材料粒料的前体材料。[0048]在一个优选的实施方案中，通过上述方法获得的用于制造复合材料粒料的前体材料包含2重量百分比至64重量百分比的纤维材料和35重量百分比至97重量百分比的聚合物材料，重量百分比是基于前体材料的总重量。优选地，通过上述方法获得的复合材料粒料包含40重量百分比至63重量百分比的聚合物材料和35重量百分比至58重量百分比的纤维材枓，重量百分比是基于前体材料的总重量。低于太低（即低于2重量百分比的纤维材料，所，中间材料形成粘附在粉碎装置的叶片上的单个团，因为没有足够的纤维素表面来限制熔融聚合物表面粘附并形成大的团聚物，而太高（即高于64重量百分比的纤维材料，用聚合物润湿纤维表面是不充分的。纤维素材料的含量过高导致共混设备中较高的温度，这也会导致中间产品和或复合材料粒料的部分变深，因为纤维素材料开始变褐，即分解。[0049]在一个优选的实施方案中，通过上述方法获得的用于制造复合材料粒料的前体材料还包含偶联剂，优选0.5重量百分比至10重量百分比的偶联剂，并且更优选2重量百分比至5重量百分比的偶联剂，重量百分比是基于前体材料的总重量。[00S0]在一个优选的实施方案中，通过上述方法获得的用于制造复合材料粒料的前体材料，偶联剂为MAPP马来酸酐接枝的聚丙烯或MAPE马来酸酐接枝的聚乙烯）。偶联剂通过与纤维素的酯化形成共价键并允许可通过加工前体材料获得的最终复合材料的更好的机械稳定性。[0051]在一个优选的实施方案中，通过上述方法获得的用于制造复合材料粒料的前体材料还包含润滑剂。特别地，润滑剂可为0.5重量百分比至5重量百分比，重量百分比是基于前体材料的总重量。[0052]在一个优选的实施方案中，通过上述方法获得的用于制造复合材料粒料的前体材料为颗粒形式，优选地为自由流动的颗粒形式。[0053]在一个非常优选的实施方案中，前体材料包含约35重量百分比至64重量百分比的聚丙烯、约35重量百分比至60重量百分比的不含木质素的纤维素并且优选还包含丨重量百分比至5重量百分比的MAPP;在包括共混装置的立式混合器中通过以在预混物中导致温度升高至约155°C至175°C的30ms至39ms的尖端速度操作共混装置来搅拌聚合物材料、偶联剂和纤维材料的预混物，并且其中保持共混装置的尖端速度直至保持共混装置的尖端速度所需的比马达功率增加约10%至50%，然后共混装置的尖端速度降低约10%至35%;并且保持由此设定的尖端速度直至比马达功率再次增加相同的量并且尖端速度再次降低。重复此过程直至达到4ms至l9ms的最终尖端速度，并且保持该最终尖端速度直至保持最终尖端速度的比马达功率再次增加优选大于10%至50%的量。此时，将所形成的中间共混物倒入冷却的卧式混合器中，在此处中间共混物被粉碎并且优选还在包括粉碎装置和任选的切碎装置的冷却的卧式混合器中通过以3ms至8ms的尖端速度操作粉碎装置直至温度降至低于至少低于40°C至50°C的温度而被切碎，从而形成前体材料。[0054]本发明还提供了用于生产用于制造复合材料粒料的前体材料的器件，其包含包括共混装置的共混设备，所述共混装置的速度通过第一速度控制单元设置和控制，所述单元能够通过计算机控制的中央控制单元控制并向所述计算机控制的中央控制单元提供速度和功耗读数，所述计算机控制的中央控制单元配置为根据从第一速度控制单元接收的读数来执行用于实施根据上文的方法的程序。用于生产用于制造复合材料粒料的前体材料的器件还可包括包含粉碎装置的粉碎设备。[0055]实施例[0056]将57kg的聚丙烯PP512MN10,可获自SABIC、3kg的MAPP偶联剂Priex20098,可获自Addcomp和40kg的纤维材料可获自SAPPI并随后用可获自Pallmann的PSC型精密刀式磨机研磨的TCF漂白的山毛榉亚硫酸盐楽）引入MTIM400K1600混合器的垂直部分中。[0057]将混合器设置为34•2ras的初始速度其对应于8〇〇rpm的角速度并启动。当共混物的温度随时间升高时，保持34•2ms所需的比马达功率首先是恒定的直至显示约155°C的温度，此时保持34•2ms所需的比马达功率上升，并且当达到〇•55kwkg的比马达功率时，将混合器设置为25.6ms的速度其对应于600rpm的角速度），并且操作混合器所需的比马达功率也立即降低。一旦以25.6ms的速度操作混合器所需的比马达功率达到〇.55kWkg，则将混合器设置为17.lms的速度（其对应于400rpm的角速度），并且操作混合器所需的比马达功率也立即降至低于〇.55kWkg。一旦以17.1ms的速度操作混合器所需的比马达功率达到0•55kWkg，则将混合器设置为8•5ms的速度其对应于200rpm的角速度），并且操作混合器所需的扭矩也立即降低。保持速度直至以8.5ms的速度操作混合器所需的比马达功率再次达到0•88kWkg，此时材料通过立式混合器的侧出口排出到卧式混合器MTIFlex-lineKl6〇0中。一旦材料被完全排入卧式混合器部分，则关闭立式混合器，以8ms的速度其对应于90rpm的角速度）操作配备有内置冷却夹套的卧式混合器并且两个切碎机以对应于3〇OOrpm的角速度操作直至材料的温度为约7〇〇c。然后，停止切碎机，然后一旦温度达到5〇°C就将共混物排出，并关闭混合器。对应于根据本发明的一种前体材料的分离的材料呈自由流动的颗粒形式，具有亮白色外观并且示于图2中。[0058]附图标记列表[0059]1直型共混叶片[0060]2弯曲型共混叶片[0061]3刮刀叶片[0062]4用于制造复合材料粒料的前体材料

权利要求：1.一种用于生产用于制造复合材料粒料的前体材料的方法，所述前体材料包含聚合物材料和纤维材料，所述方法包括按此顺序的以下步骤：a.将所述聚合物材料和所述纤维材料合并以形成预混物；b.在包括共混装置的共。混设备中通过以足以导致所述预混物的温度升高至至少超过VICAT软化点的温度或者升局至至少在所述聚合物材料的溶化温度范围内或超过所述聚合物材料的熔化温度范围的温度的速度操作所述共混装置来搅拌所述预混物；c.保持所述共混装置的速度直至保持所述共混装置的速度所需的比马达功率已经增加至少预定的第一量或已经达到至少预定的第一值，然后将所述共混装置的速度降低预定的量；d.重复前述步骤c•直至达到最终的预定速度；e•保持所述共混装置的所述最终速度直至保持所述共混装置的所述最终速度所需的比马达功率增加预定的第二量或达到第二预定的值，由此形成中间材料；f•在优选冷却的包括粉碎装置的粉碎设备中通过以允许温度降低直至所述中间材料的温度降至低于最终阈值的速度操作所述粉碎装置来粉碎所形成的中间材料，由此形成所述前体材料。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物材料包含聚烯烃例如聚丙烯或聚乙烯共聚聚合物或者由其组成，并且最优选包含MFI在10至100之间的聚丙烯或聚乙烯共聚）聚合物或者由其组成。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在步骤b.中，足以导致所述预混物的温度升高的速度对应于叶尖速度，特别是范围从8ms到69ms，优选从25ms到52ms，并且更优选从30ms到39ms的叶尖速度。4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述共混设备为立式混合器和或所述共混装置为叶片式搅拌器，优选包括具有多个叶片的一个或更多个螺旋桨，所述一个或更多个螺旋桨沿垂直方向对齐。5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述粉碎设备为单轴或双轴卧式混合器，例如桨式混合器或螺条混合器。6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中当保持所述共混装置的速度所需的所述比马达功率已经增加2百分比至40百分比，优选10百分比至30百分比，更优选I5百分比至25百分比时，将操作所述共混装置的速度降低预定的量。7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述纤维材料是纤维状纤维素材料，并且优选是漂白的和或不含木质素的纤维素纤维，优选具有大于1〇的纵横比。8.—种用于制造复合材料粒料的前体材料，通过根据任一前述权利要求所述的方法获得。9.根据权利要求8所述的前体材料，其中所述前体材料包含35重量百分比至97重量百分比的聚合物材料和2重量百分比至64重量百分比的纤维材料，重量百分比是基于所述前体材料的总重量。10.根据权利要求8或9所述的前体材料，其中所述前体材料还包含偶联剂，优选〇•5重量百分比至10重量百分比的偶联剂，并且更优选2重量百分比至5重量百分比的偶联剂，和或0.5重量百分比至5重量百分比的润滑剂，重量百分比是基于所述前体材料的总重量。11.根据权利要求1〇所述的前体材料，其中所述偶联剂为嫩PP或嫩PE。12.根据权利要求8至11所述的前体材料，其中所述前体材料为颗粒形式，优选为自由流动的颗粒形式。、I3.—种用于生产用于制造复合材料粒料的前体材料的器件，包含包括共混装置的共有计算机控制的中央翻单元，所述计算机控制的中烛制单兀配置为执行用于实施根据权利要求衝所述的方法的程序。

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