[发明专利]一种气体协同辊压聚合物基纳米复合材料混炼装置及方法

说明书

本发明提供了一种气体协同辊压聚合物基纳米复合材料混炼装置及方法，该装置包括：机架；第一辊筒；第二辊筒；至少一个气动阀门，其位于所述第二辊筒内；储气瓶。本发明的，第一辊筒可以实现混炼过程两辊筒间的辊隙发生由大到小再由小到大的周期性变化，连续破坏辊筒间的物料回流区，物料的体积在这种周期性的体积拉伸作用下发生周期性的膨胀‑压缩‑膨胀，使物料在两辊筒间的连续混炼过程被强化；混炼过程中引入气体而实现原位气泡拉伸分散的功能，气泡拉伸作用强化了填充粒子的分散分布。同时，由于体积拉伸混炼过程中辊筒间隙大小发生周期性变化，使得产生的气泡在辊筒间隙变小时受到压缩作用，避免了物料需要进行二次加工消除气泡的问题。

技术领域

本发明涉及聚合物材料加工技术领域，尤其涉及一种气体协同辊压聚合物基纳米复合材料混炼装置及方法。

背景技术

聚合物，又称为高分子化合物，是指那些由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子量在一万以上的化合物。聚合物的线型或是体型结构决定了其具有良好的高弹性、可塑性和机械强度与硬度，广泛应用于工业与日用品生产领域中。随着科技的发展，单一的聚合物材料已经难以满足多元化使用的性能要求，聚合物基复合材料特别是聚合物基纳米复合材料成为高分子材料领域的研究重点和热点。将纳米填料添加到聚合物基体中，能够使得聚合物基复合材料在结晶性能、力学性能、热性能和电性能方面得到明显提高，而且还能保持良好的加工成型性能。在制备聚合物基纳米复合材料过程中，纳米填料在聚合物基体中的分散性直接决定了最终复合材料的性能。纳米填料具有极强的团聚力，在聚合物基体中极易形成团聚体，进而损失了纳米粒子所具有的优势，无法对聚合物起到良好的性能改善作用。因此，如何提高纳米粒子在聚合物基体中的分散性成为聚合物基纳米复合材料制备和应用的关键问题。

熔融共混法操作简便、效率高，是制备聚合物基纳米复合材料最重要的方法之一。熔融共混法常用的加工设备有双螺杆挤出机、密炼机、开炼机等，利用这些加工设备所产生的剪切场和拉伸场实现聚合物基纳米复合材料多相体系间的分布混合和分散混合。但由于传统的螺杆式挤出机、密炼机和开炼机主要是基于剪切场主导的加工原理，对微小粒子的分散能力不足。基于拉伸场主导的加工原理，被证明与剪切场相比，对多组分间具有更强的分散和混炼能力，是制备聚合物基纳米复合材料有效方法之一。例如现有技术还公开了一种新型的混合分散装置，包括至少一个筒体和同心安装在筒体内的转子，转子上开有至少两条过料槽，过料槽的槽底表面与筒子内壁形成的空间由进料端到出料端逐渐减小，物料由进料区流入到出料区流出时由于过料槽内的流通面积逐步减少，使得物料流动时主流动方向与主速度梯度方向一致，物料的流动主要以拉伸流动为主，具有分散性能好的优点。

开练机是制备聚合物基复合材料的一种重要设备，传统开炼机是基于剪切场支配的聚合物加工原理。对开炼机进行改进和结构优化，可以实现拉伸场支配，提高开炼过程的混炼效果。例如现有技术公开了一种利用偏心辊筒强化混炼高分子材料的方法及装置，利用与旋转轴线偏心的后辊筒和与旋转轴线同心的前辊筒相向转动时，两辊筒间的辊隙发生周期性的大小变化，连续破坏辊筒间的物料回流区，使物料在两辊筒间的连续混炼过程被强化。但利用该方法对聚合物和纳米材料进行混料过程中，物料的分散效果不理想。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种气体协同辊压聚合物基纳米复合材料混炼装置及方法，以解决或至少部分解决现有技术中存在的技术问题。

第一方面，本发明提供了一种气体协同辊压聚合物基纳米复合材料混炼装置，包括：

机架；

第一辊筒，其可转动设置在机架上，所述第一辊筒为偏心辊筒；

第二辊筒，其可转动设置在机架上，所述第二辊筒与所述第一辊筒平行设置；

至少一个气动阀门，其位于所述第二辊筒内，所述气动阀门的出气口穿出至所述第二辊筒外；

储气瓶，其位于所述第二辊筒外，所述储气瓶的出气口与所述气动阀门连通。