[实用新型]一种纳米叠层复合材料制备装置

说明书

技术领域

本实用新型属于先进材料加工技术领域，涉及一种纳米叠层复合材料制加工装置，特别是采用复合挤出或复合注射成型方法制备多层复合结构高分子材料及制品的装置。

背景技术

层状纳米复合材料由于在力学性能、阻隔性能、导电性能、光学性能等方面具有独特的优点，应用前景广泛，从而成为材料领域的热点研究课题，并已取得了一些研究成果，提出了一系列用于制备层状复合高分子材料的多层挤出模具。从目前公开的专利来看，最早有W.J.Shrenk等人申请的美国专利3557265、3565985、3884606，以及后来的中国专利CN1511694A，200610022348.6等。现有的专利技术基本上属于挤出口模类，还没有涉及到注射成型中直接制备高分子纳米叠层复合材料制品的技术方案；在分层原理上早期提出的技术方案主要是采用多流道方式，每个流道控制一层，结构设计过于复杂，分层数量较少。最近郭少云等人提出了一项发明专利200610022348.6，设计了一种分叠器。其核心内容和技术特征在于该分叠器可将入口端的层状矩形熔体分割成两股，然后上下错开，展宽交汇实现一次折叠。通过多个分叠器串联使用可得到多层结构的高分子材料。但是，采用这一技术方案要在1mm的挤出口模内获得纳米级的复合材料(层间厚度≤100nm)，则要求串联的分叠器在10个以上，由于熔体每经过一个分叠都需要克服很大的流动阻力，造成压力下降，而且流动边界的拖曳作用也会对层状结构造成一定程度的破坏，因此串联个数不宜太多；此外，左右分割开的两股熔体上下错开然后汇合到一起的设计方式，由于流动的不对称性会给流道设计带来很大的困难，并且按照一种材料设计的流道对流变参数差异较大的另一种材料就不合适。因此，要想获得性能优异的纳米级层状高分子复合材料，还需要寻求更加有效的解决方案，以克服上述不足。

实用新型内容

针对现有技术在制备高性能纳米层状复合材料方面的不足，本实用新型的目的旨在提供一种分割效率更高(分割份数可以大于2)，流动对称性高，分层过程中压力损失小的叠层复合材料的制备装置；同时将该项技术从挤出成型扩展到注射成型等领域；并可适应多种纳米复合材料材料的制备与成型加工。

可以实现上述实用新型目的具体技术方案如下：

本实用新型一种纳米叠层复合材料制备装置，主要包括有熔融塑化供料装置、汇流器、叠层复合发生器、成型装置，熔融塑化供料装置、汇流器、叠层复合发生器、成型装置前后依次串联，汇流器将来自n个塑化供料装置的n层熔体叠合成一层复合熔体，层间的厚度相同也可以不同，依靠层间的流道间隙来保证，汇合时流道间隙相同，所得最终制品的各层厚度相同；如果汇合时流道间隙不相同，所得最终制品的各层厚度不相同；所以汇流器有n个入口，复合熔体在离开汇流器时沿宽度方向平均分割成m等分，汇流器与叠层复合发生器对接，每一等分在叠层复合发生器中继续向前流动时旋转90度并且展宽m倍，在出口端相互汇流成为n×m层的叠层结构，该叠层结构熔体在叠层复合发生器出口再平均分割成m等分，叠层复合发生器入口熔体通道尺寸与旋转90度的出口的熔体通道尺寸相同；再对接一个同样的旋转90度的叠层复合发生器，则可得到n×m×m层结构；如果串联k个同样的叠层复合发生器，则可得到n×m^k层的多层结构复合材料，最后一个叠层复合发生器的熔体在出口不再分割，与成型装置连接后经过成型装置得到最终制品。n和m为不小于2的整数，k为不小于1的整数。例如：将两种组分的高分子熔体汇流后经过5等分的叠层复合发生器，串联6个相同的叠层复合发生器，得到总层数为2×5⁶＝31250层的多层复合结构体。该层状熔体从1mm厚的成型装置的出口挤出，两种高分子材料的层间厚度平均值为32nm，如果进一步将其拉伸至于0.1mm厚度时，该复合材料的每种高分子材料的层间厚度即可达到3.2nm，从而利用本装置可以比较容易地制备层间厚度小于100nm的纳米复合材料。由于本实用新型采用熔体分割后旋转90度再展宽的流道特点，各层之间熔体流道相同，层间对称性好，展宽可从中间向外进行，熔体流动均匀，突破了现有技术一分为二的限制，可以实现一分为三、一分为十甚至更多，仅以一分为四和现有一分为二的技术对比，由于达到相同的分层数，串联单元数可减少一半，相应压力损失大幅度减小，因而在需要高速充模流动的注射成型中也可以采用。同时，由于在熔体分割后旋转90度的设计，使叠层流道在流动展宽并且变薄的过程中容易保持对称性结构，设计制造工艺简单，精度容易保证，并且对物料的适应性大大提高。