[發明專利]靜態拉伸混合器及其用于制備聚合物納米復合材料的方法

有效

• 申請號: 201711251182.X
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN108016017B
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發明（設計）人: 林祥
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B29C48/36
• 分類號: B29C48/36;B29B9/06
• 代理公司: 11401 北京金智普華知識產權代理有限公司
• 代理人: 皋吉甫

1.一種靜態拉伸混合器，其特征在于，所述靜態拉伸混合器包括軸套、芯軸和封板；

所述芯軸設置在所述軸套內，所述軸套和所述芯軸分別與所述封板連接；

所述芯軸包括依次連接的分配區、收集區、拉伸區和旋合區；

所述拉伸區由基于拉伸流變原理設計的具有可周期性變化的拉伸流道組成，為所述芯軸的主要工作區；所述拉伸流道由所述拉伸區與所述軸套之間的間隙組成；

所述軸套與封板通過法蘭盤由螺栓固定連接；所述芯軸與所述封板通過螺紋連接；

所述拉伸流道具體是由所述拉伸區表面設置的多個螺棱或溝槽與所述軸套之間的間隙構成，或者

所述拉伸流道具體是由所述軸套內表面設置的多個螺棱或溝槽與所述芯軸拉伸區之間的間隙構成；

所述拉伸流道可實現所述拉伸流道尺寸的擴張-收縮變化，熔體被多次拉伸形變后由法蘭出口處流出。

2.根據權利要求1所述的一種靜態拉伸混合器，其特征在于，所述分配區由多螺旋溝槽組成，含納米粒子的熔體在熔體分配區表面同時實現周向或軸向流動，實現壓力與溫度的均勻分布。

3.根據權利要求1所述的一種靜態拉伸混合器，其特征在于，所述收集區是將由熔體分配區流來的聚合物熔體統一收集，將熔體流動由周向二維的流動形態轉變為平面二維流動形態。

4.根據權利要求1所述的一種靜態拉伸混合器，其特征在于，所述旋合區包括使所述芯軸與所述封板連接的螺紋。

5.根據權利要求1所述的一種靜態拉伸混合器，其特征在于，所述軸套與封板通過法蘭盤由螺栓固定連接；所述芯軸與所述封板通過螺紋連接。

6.根據權利要求1所述的一種靜態拉伸混合器，其特征在于，所述軸套外部包覆對所述軸套及其內部流動熔體提供所需的溫度環境的加熱套。

7.根據權利要求1所述的一種靜態拉伸混合器，其特征在于，所述芯軸內部設置一加熱油道，對所述芯軸的溫度進行調控，從而控制熔體在所述拉伸區的拉伸間隙處的黏度及流動形態。

8.根據權利要求1所述的一種靜態拉伸混合器，其特征在于，所述軸套上還設置一熱傳感器及壓力傳感器的安裝孔，使所述熱傳感器及壓力傳感器直接檢測到所述軸套內部流動熔體，并測試所述流動熔體的真實溫度與壓力。

9.一種制備聚合物納米復合材料的方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1，物料預混：采用高速攪拌機對質量為m₁的分散相與質量為m₂聚合物基體進行混合，直至溫度達到T₁或直至混合時間為t₁，再加入加工助劑m₃，形成固體顆粒或粉末狀的均勻體系，此時，物料預混完成；

步驟2，物料初步混合：將步驟1預混完成的物料加入間歇性混合設備或連續擠出設備中，使所述預混完成的物料在溫度T₂下塑化、剪切，使所述分散相的納米顆粒均勻分散到所述聚合物基體中，得到初步混合的物料；

步驟3，聚合物納米復合材料的形成：當采用所述間歇性混合設備對物料進行初步混合時，需將步驟2中得到的所述初步混合的物料粉碎，再添加至裝配有權利要求1～8任一項所述靜態拉伸混合器的單螺桿或雙螺桿擠出機中，塑化、擠出、造粒，最后制備得到分布形態與分散形態均良好的聚合物納米復合材料；或者，

當采用所述連續擠出設備對物料進行初步混合時，則將所述靜態拉伸混合器直接安裝在所述連續擠出設備機頭與濾板之間，制備得到分布形態與分散形態均良好的聚合物納米復合材料；

所述聚合物納米復合材料由聚合物基體和分散相復合組成。

10.根據權利要求9所述的一種制備聚合物納米復合材料的方法，其特征在于，所述分散相m₁、所述聚合物基體m₂與所述加工助劑m₃的質量比m₁:m₂:m₃為5～30:75～95:0～3，其中，質量比m₁:m₂:m₃為5～30:75～95:0除外；

步驟1中所述溫度T₁為45～60℃；

步驟1中所述混合時間t₁為15～30min；

步驟2中所述溫度T₂為大于所述聚合物納米復合材料熔點的溫度；

所述間歇性混合設備為密煉機、捏合機、單螺桿擠出機或開煉機；

所述連續擠出設備為雙螺桿擠出機或單螺桿擠出機。