[发明专利]一种高阻隔性微纳叠层复合材料的制备装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料成型加工领域，更具体地说，是涉及一种具有阻隔性的多层高分子复合材料加工制备的装置及方法。

背景技术

微纳叠层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，应用前景广阔，越来越受到人们的重视。通常采用干式复合、多层共挤以及模内层叠等方法进行生产加工高阻隔性微纳叠层复合材料。

专利CN2897642，200620101646.X所述的多层共挤复合方法具有节省原材料、原材料可多样化的优点，但是这种传统的多层共挤复合技术存在着层数少、层厚不能太薄的缺点，如果要增加复合材料的阻隔性能，就需要增加阻隔材料的用量，从而增加了生产成本。

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，使用膜内层叠方法生产叠层复合材料。现有的模内层叠方法基本上属于挤出口模类，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，而且最终的复合材料粘结层会在材料表面，各层层厚分布不均匀，从而影响材料的使用性能。

因此，要想获得性能优异的微纳叠层复合材料，还需要寻求更加有效的解决方案，以克服上述不足。

发明内容

本发明旨在提供一种结构简单、流动对称性高、各层层厚均匀、阻隔材料及粘结材料被包裹在基材里面的高阻隔性微纳叠层复合材料的制备装置及方法，以克服现有技术在制备高阻隔性微纳叠层复合材料方面的不足。

可以实现上述发明目的的生产制备高阻隔性微纳叠层复合材料的具体技术方案是：一种高阻隔性微纳叠层复合材料制备装置，主要包括有塑化供料装置、连接器、汇流器、层叠器、成型装置，塑化供料装置、连接器、汇流器、层叠器、成型装置前后依次串联连接，层叠器为反向层叠器或反向层叠器与同向层叠器的组合，反向层叠器的数量大于或等于1，反向层叠器的流道由一层沿宽度方向平均分割成n等分，其中至少有一等分流道在等分后与其他等分相互反向扭转90度并同时展宽n倍，然后再合并成一层流道；同向层叠器的流道由一层沿宽度方向平均分割成m等分，各等分同向扭转90度并同时展宽m倍，然后再合并成一层流道，反向层叠器可以放在同向层叠器之前，也可以放在同向层叠器之后。不同性能和功能的物料在塑化供料装置中成为均匀的流体之后进入连接器，连接器进口与塑化供料装置出口相连，连接器出口与汇流器进口相连，汇流器将来自多个塑化供料装置的多层流体叠合成复合流体。各层的厚度可以相同也可以不同，各层的厚度通过调节塑化供料装置供料量以及汇流器中各层流道的间隙和层的布局来控制；复合流体在进入反向层叠器后沿宽度方向平均分割成n等分，其中至少有一等分流体在等分后继续向前流动时与其他等分反向扭转90度并同时展宽n倍，例如其中靠近外侧的一等分逆时针旋转90度，其他n-1等分顺时针旋转90度，这n等分在旋转过程中展宽n倍，各等分的厚度则变为原厚度的1/n，汇流之后阻隔层层序发生变化，例如其中一等分的基材被转到外侧，在出口端相互汇流成为总体厚度与入口厚度相同的叠层结构流体。由反向层叠器出来的流体的阻隔材料或/和粘结性材料被包裹在基材内，复合流体的最外层都为基材，这种复合流体无论是再经过一个或若干个反向层叠器还是同向层叠器，复合流体的最外层都为基材，复合流体在再次汇流时相接触的是同种材料，相互之间粘接性好；经过反向层叠器后形成的复合流体假设为t层，t层的复合流体对接一个同向旋转90度的同向层叠器，该叠层结构流体在同向层叠器出口再平均分割成m等分，在同向层叠器出口端得到t×m层结构的叠层结构流体，同向层叠器入口流体通道尺寸与扭转90度后的出口的流体通道尺寸相同；串联k个同样的同向层叠器，则可得到t×m^k层的多层结构复合材料，最后一个层叠器的流体在出口不再分割，与成型装置连接后经过成型装置固化得到最终制品。m为不小于2的整数，k为不小于1的整数。

本发明一种高阻隔性微纳叠层复合材料制备装置的反向层叠器采用流体分割后扭转90度同时展宽的流道特点，各层之间流体流道相同，层间对称性好，展宽可从中间向外进行，流体流动均匀。由于本装置中流体在分割之后是反向扭转再汇合在一起，流体中的阻隔层被包覆在流体层最里面，实现了在多次分叠后的基材与基材之间的直接相汇流，流道适应高阻隔性材料加工要求，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。