[发明专利]一种基于膨胀气泡法的纳米复合材料制备方法及设备

说明书

技术领域：本发明涉及一种纳米复合材料的制备方法及设备，尤其是一种基于膨胀气泡法的纳米复合材料制备方法及设备。

背景技术：纳米粉添加技术是将已制备好的纳米材料添加到基质材料中，制备成纳米复合材料。由于纳米颗粒极大的比表面积、大比例的表面原子、原子配位不足以及极高的表面能，使得纳米颗粒的表面原子具有极高的表面活性，这就导致纳米颗粒很容易结合在一起，形成较大的纳米微粒团聚体。这种团聚体的尺寸都在几十μm左右，远远超出了纳米尺寸的范围，因此，在复合材料中就体现不出纳米材料的小尺寸效应。

发明内容：针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于膨胀气泡法的纳米复合材料制备方法及设备，可实现无机纳米粉在液相物料中以纳米尺度的均匀分散。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于膨胀气泡法的纳米复合材料制备方法，是以压缩气体作为驱动载体，携带无机纳米粉进入液相物料内部。该方法主要是利用膨胀气体在液相物料中膨胀过程所产生的高拉伸场效应，以及在液相物料压力脉动流场中形成大量微气泡，受高频挤压爆破形成的局部冲击和大量微气泡密集爆破在液相物料内部形成的冲击波，来实现无机纳米粉在液相物料中以纳米尺度的均匀分散。

纳米复合材料制备的制备设备包括空气压缩机(1)、储气罐(2)、调节阀(3)、气-粉混合管(4)、YQS-100气流粉碎机(5)、分级机(6)、加料总成(7)、热交换器(8)、搅拌电机(9)、真空泵(10)、脉动分散器(11)、多孔喷头(12)、油浴反应釜(13)和出料口(14)。空气压缩机(1)与储气罐(2)连接，调节阀(3)固定在储气罐(2)的出口端。气-粉混合管(4)与调节阀(3)连接。YQS-100气流粉碎机(5)与气-粉混合管(4)连接。分级机(6)与YQS-100气流粉碎机(5)连接。加料总成(7)处于分级机(6)的下端。加料总成(7)通过热交换器(8)与多孔喷头(12)连接。搅拌电机(9)与脉动分散器(11)连接。真空泵(10)连接在油浴反应釜(13)上。脉动分散器(11)处于油浴反应釜(13)内。出料口(14)固定在油浴反应釜(13)的下端。

本发明以机械的方法，在不添加其他化学分散剂，保持基体原有特性的基础上，将纳米粉颗粒均匀的分散到液相基体材料中，使其分散相的尺寸达到纳米级，解决了纳米粉颗粒的在复合材料基体中的团聚问题。

附图说明：

图1是本发明制备设备的结构示意图。

图2是气粉混合管的工作原理图。

图3是脉动分散器的结构示意图。

图4是图3的俯视图。

图5是脉动分散器的工作原理图。

具体实施方式：

基于膨胀气泡法的纳米复合材料制备方法，是以压缩气体作为驱动载体，携带无机纳米粉进入液相物料内部。该方法主要是利用膨胀气体在液相物料中膨胀过程所产生的高拉伸场效应，以及在液相物料压力脉动流场中形成大量微气泡，受高频挤压爆破形成的局部冲击和大量微气泡密集爆破在液相物料内部形成的冲击波，来实现无机纳米粉在液相物料中以纳米尺度的均匀分散。

如图1所示：纳米复合材料制备的制备设备包括空气压缩机1、储气罐2、调节阀3、气-粉混合管4、YQS-100气流粉碎机5、分级机6、加料总成7、热交换器8、搅拌电机9、真空泵10、脉动分散器11、多孔喷头12、油浴反应釜13和出料口14。空气压缩机1与储气罐2连接，调节阀3固定在储气罐2的出口端。气-粉混合管4与调节阀3连接。YQS-100气流粉碎机5与气-粉混合管4连接。分级机6与YQS-100气流粉碎机5连接。加料总成7处于分级机6的下端。加料总成7通过热交换器8与多孔喷头12连接。搅拌电机9与脉动分散器11连接。真空泵10连接在油浴反应釜13上。脉动分散器11处于油浴反应釜13内。出料口14固定在油浴反应釜13的下端。

为防止在添加前由于纳米颗粒的团聚体过大而影响其在基质中的分散效果，本系统在纳米粉添加之前先对纳米粉团聚体进行了二次粉碎，使其团聚体的粒度缩小到几个μm。如图1所示，纳米粉经过气-粉混合管4进入到气流粉碎机5中，经二次粉碎并通过分级机筛选后进入加料总成7。加料总成7可以根据不同要求调节通过的气-粉含量和气体流量。纳米粉与压缩气体经充分混合后，以气-粉流的形式通过多孔喷头12进入液相物料内部。