[发明专利]多种高分子复合材料微纳米结构控制强制挤出装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及多种高分子复合材料微纳米结构控制挤出加工技术，特别涉及一种多种高分子复合材料微纳米结构控制强制挤出装置及方法。

背景技术

近年来，功能高分子材料及纳米材料技术得到越来越多的重视和应用。即使是同一种高分子材料，也可以通过控制微米、纳米尺度结构而达到自增强的目的。人们通过把制品做成微纳米尺度上层状叠加、球型粒子规则排列、片柱积木式结构、蜂窝状结构或者少组分相连续呈海绵状结构来强化材料的结构性能，减少了材料的用量，达到节能环保的目的。因此，找到一种能够保证高分子材料共混改性及其合金制备过程中微纳米结构控制的方法要求日益迫切。

从目前的技术发展情况来看，人们一直追求在挤出机内来实现连续混合加工的目标，这一过程目前主要是在双螺杆挤出机上完成的。但由于挤出机内存在着不同位置混合过程差异性很大(已有的研究表明，挤出机螺槽横截面内不同位置混合能力相差很大，因为流场中存在着层流混合及混沌混合两区共存，层流混合区域比混沌区域要差得多，混沌区域不同位置混合能力也有很大差别，甚至达到几个数量级)，根本不能实现均匀的混合混炼，使得物料在制备过程中质量差别难于精确控制。对于挤出成型制品来说，还要经过二次加工，很难保持原料中的较好的微、纳米结构尺寸。目前，已经有通过流道控制高分子材料的层叠技术，该技术采用每种流体只有独立的流道，将流道一分为二、二分为四、四分为八的方式进行，达到加工要求的尺寸后再整体层状叠加复合，但采用的方法是通过每种流体只有一种分岔式流道，不同流道之间相互独立，流道之间需要密封，模具缝隙间距逐渐减少，尤其到达细微尺度上造成加工装备配困难，漏流、串流严重，产品尺寸控制困难。

为此，需要研发出一种能够保证多种高分子材料混合均匀、能够控制制品中的微、纳米结构尺度及分布状态的挤出成型加工技术。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种结构简单、多种高分子材料混合均匀、由宏观尺寸控制亚微观结构的多种高分子复合材料微纳米结构控制强制挤出装置。

本发明的另一个目的是：提供一种操作方便、多种高分子材料混合均匀、由宏观尺寸控制亚微观结构的多种高分子复合材料微纳米结构控制强制挤出方法。

为了达到第一个目的，本发明采用如下技术方案：

多种高分子复合材料微纳米结构控制强制挤出装置，包括：挤出机组、连接器、分流器、切割拉伸重排装置和机头；其中，挤出机组包括一台以上并列设置的挤出机；分流器内设有与挤出机数量相同的、相互平行排列的分流道；连接器数量与挤出机数量相同，连接器的一端接挤出机，另一端接分流道；切割拉伸重排装置包括一个以上的串联的切割拉伸重排单元；切割拉伸重排单元内设有贯穿的、平缓的流道；流道从入口开始到出口，由总流道分成两条支流道；位于第一个切割拉伸重排单元的流道的入口与连接器的所有分流道相接，位于最后一个切割拉伸重排单元的流道的出口与机头相接。

采用这种结构后，多种高分子材料在挤出机中完成塑化、排气过程，挤出机挤出熔融的高分子熔体；高分子熔体经连接器，到达分流器中的分流道，形成层状叠置的高分子复合材料熔体；各层高分子复合材料熔体汇合进入切割拉伸重排装置中串接的切割拉伸重排单元；每经过一个切割拉伸重排单元，熔体的层数变为原来的两倍，厚度变为原来的一半；经过多个切割拉伸重排单元后，即可形成具有微纳米结构的高分子复合材料熔体；最终经机头挤出产品。流道包括总流道和支流道，平缓设置可保证材料在其内的均匀混合，避免流速突变造成的质量难于控制。

分流道平行于水平方向；切割拉伸重排单元的总流道的横截面为矩形，矩形的长边沿着水平方向设置，矩形的长为2a，宽为2b；由总流道开始分割成左右两个支流道，横截面为矩形，矩形的长为a，宽为2b；左右两个支流道沿着平缓曲线延伸为上下两个支流道，横截面为矩形，矩形的长为a，宽为2b；再平缓渐变为上下叠置的、横截面的长为2a、宽为b的矩形。横截面为矩形，较横截面为圆形或横截面上带有弧形的形状更易于控制产品质量。此处所说的上、下、左、右，是正对横截面而言的。