[发明专利]一种微积分叠层高分子复合材料原位反应成型装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料先进制造领域，更具体地说，是涉及一种多层高分子复合材料的原位反应成型装置及方法。

背景技术

微积分叠层高分子复合材料是将多种高分子材料通过特殊的层叠模块挤出，生产出几十乃至上千层的高分子复合材料，挤出制品每层厚度可以是微米级甚至达到纳米级，具有优异的力学性能、阻隔性能、导电性能、光学性能等，应用前景广泛，成为材料领域的热点研究课题。从目前公开专利来看，传统的多层共挤出技术主要采用多流道方式，每个流道控制一层，结构设计过于复杂、分层数量少。专利2000610022348.6提出一种一分为二，展宽交汇实现一次折叠的层叠器，流道的不对称性给流道设计带来很大困难，并且流道对材料不具有普适性。专利200910237622.5提出了一种分割效率高(分割数量可以大于2)，流动对称性好，压力损失小的新型层叠器，专利201010246370.5提出一种结构简单、各层厚度均匀、阻隔材料及粘结材料包裹在基材里面的高阻隔性微积分叠层复合材料制备装置，但上述发明的塑化供料装置均采用挤出机、注射成型机的注塑部分或压铸机，微积分叠层高分子复合材料的原料均为高聚物，对于加工温差大的高聚物之间进行微积分叠层复合存在困难，因此需要寻求新的方案，以解决上述问题。

发明内容

针对现有制备微积分叠层复合材料设备与方法的不足，本发明的目的旨在基于原位反应成型技术提出一种制备微积分叠层高分子复合材料的装置及方法。微积分叠层高分子复合材料中基体层和粘结层的加工方法不变，功能层原料采用单体或低聚物等取代传统的高聚物，利用真空反应釜作为塑化供料装置，聚合温度可远远低于高聚物熔融加工温度，解决了其与加工温度低的基体层材料微积分叠层复合的难题。功能层原位反应成型可根据不同的基体材料选择相应的高分子改性助剂，高分子改性助剂可在功能层中充分分散，改性效果显著，因此功能层的厚度可以小于甚至远远小于基体层的厚度，节约原料。并且功能层一次聚合成型避免了反复热加工带来的费时、降解等不利影响。

本发明可通过如下技术方案实现：

本发明一种微积分叠层高分子复合材料原位反应成型装置，主要包括有三个塑化供料装置、汇流器、层叠器、成型装置，汇流器、层叠器、成型装置前后依次串联，塑化供料装置包括基体层原料塑化供料装置、粘结层原料塑化供料装置、功能层原料塑化供料装置，功能层原料塑化供料装置与汇流器连接处有计量输送装置。基体层原料塑化供料装置、粘结层原料塑化供料装置采用挤出机、注射成型机的注塑装置或压铸机，功能层原料塑化装置采用真空反应釜，真空反应釜与汇流器连接处的计量输送装置为计量泵。汇流器有三个入口，每个入口连接一个塑化供料装置，汇流器的流道间隙不相同，功能层流道间隙小于甚至远远小于基体层流道间隙。层叠器包括一个反向层叠器和至少一个同向层叠器，反向层叠器流道沿宽度方向平均分割成两等分，每一等分流道相互反向扭转90度同时展宽两倍、厚度减半，然后合并成一层流道；同向层叠器流道沿宽度方向平均分割成m等分，每一等分流道同向扭转90度并且展宽m倍、厚度变为原来的1/m，然后合并成一层流道，其中反向层叠器与汇流器相连接。成型装置是两辊压延机、挤出机头、注射喷嘴与模具的组合或压制模具。

本发明一种微积分叠层高分子复合材料原位反应成型方法，基体层原料塑化供料装置、粘结层原料塑化供料装置采用挤出机、注射成型机的注塑装置或压铸机，功能层原料塑化装置采用真空反应釜，真空反应釜与汇流器连接处的计量输送装置为计量泵；基体层原料、粘结层原料、功能层原料分别通过所述塑化供料装置以流体状态输送至汇流器，在汇流器中均匀汇流于一个公共流道，形成三层厚度不相同的复合流体，其中功能层厚度小于甚至远远小于基体层厚度，三层复合流体从汇流器中流出之后进入反向层叠器，沿宽度方向平均分割成两等分，每一等分流体反向扭转90度同时展宽两倍，形成最外层为基体层的六层复合流体，六层复合流体进入同向层叠器沿宽度方向平均分割成m等分，每一等分流体同向扭转90度并且展宽m倍，在出口端汇流成6×m层的复合流体，串联k个同样的层叠器，则可得到6×m^k层复合流体，复合流体在层叠器中进行微积分叠层复合时相接触的是同种材料，层间粘结性好，复合流体达到预期的层数之后，最后进入成型装置定型成相应制品。