[实用新型]一种可用于原位成型的微量聚合物复合材料循环混炼装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种聚合物复合材料混炼装置，具体涉及一种可用于原位成型的微量聚合物复合材料循环混炼装置。

背景技术

随着微机电系统(MEMS)的迅速发展，作为微纳制造领域重要组成部分的聚合物微纳成型技术的作用变得日益重要。凭借成本低、生产率高以及生物兼容性好等诸多优势，近年来聚合物微纳成型技术已被广泛用于生产制造众多种类的聚合物微纳器件。产品微型化趋势的日益增强，不仅对聚合物微纳制品的尺寸精度提出了更为严格的要求，而且对其各项性能指标也提出了更高的要求。因此，微尺度下如何从材料复合的角度进行深入研究是个值得探讨的新课题。通过材料复合，可借鉴纳米复合材料发展中积累的相关经验，实现多种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使聚合物复合材料微制品产生优良且可调控的综合性能，以满足国内外市场对高性能聚合物微纳制品的巨大需求。

然而，聚合物复合材料微纳成型过程存在诸多不同于传统聚合物成型过程中的新问题。譬如，随着尺寸的不断减小，微尺度效应越来越明显，其中一个重要表现是微纳米填料的比表面积显著增大，致使其表面吸附力明显增强，最后导致颗粒间严重的团聚现象。如果不能解决微纳米填料颗粒的在聚合物基体中的团聚问题，就不能形成填料分散均匀的聚合物复合材料，也就不能很好地发挥微纳米填料的增强增韧效果，从而影响加工过程及微纳产品的使用性能。目前，用于聚合物复合材料混炼的传统设备有密炼机、双螺杆挤出机以及双转子连续混炼机等。上述传统设备用于聚合物微纳成型领域具有如下明显缺陷：(1)这些设备的工作特点是利用其产生的高剪切效应来实现微纳米填料的分散，如果剪切力不足则无法使团聚的微纳米填料均匀分散，而剪切力过大则会破环微纳米填料形态，尤其是具有大长径比的纤维状微纳米填料，进而影响其优异性能的发挥；(2)更为关键的是，传统设备涉及的尺度较大，对混炼的聚合物复合材料的投料量有一定的要求，无法满足微量条件下聚合物复合材料的混炼要求；(3)传统混炼方法制备的聚合物复合材料往往需要进行干燥造粒，然后再进行后续的注塑或挤出等成型，这种混炼与成型相分离的方法势必造成后续成型过程中聚合物复合材料形态的变化。综上所述，为满足聚合物微纳成型技术的日益发展要求，目前该领域急需一种以非剪切效应为主导且可用于原位成型的微量聚合物复合材料的有效混炼装置。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种可用于原位成型的微量聚合物复合材料循环混炼装置，以满足目前聚合物微纳成型制造技术的发展要求。为实现上述目的，本实用新型采取以下技术解决方案：

本实用新型提供的一种可用于原位成型的微量聚合物复合材料循环混炼装置包含循环混炼模块，所述循环混炼模块包括料筒、转子、滑片、弹簧、隔板底板、端盖、轴和活塞板；所述料筒由第一半筒和第二半筒组成，所述第一半筒和第二半筒各自两端均设有两个等径半圆柱形孔，两个半圆柱形孔之间分别由半环形第一半隔板和第二半隔板隔开；所述第一半隔板和第二半隔板同轴装配后组成隔板，且分别设有循环口；所述第一半筒和第二半筒各自两端的内壁中央分别设有导槽，且所述第二半筒外壁沿径向设有第一投料口和第二投料口；所述转子由凸轮轴上反向布置且轴向错开的第一凸轮和第二凸轮组成，所述凸轮轴通过键安装于轴上；所述隔板底板由第一半底板和第二半底板组成，所述第一半底板和第二半底板上分别设有一个循环口调控孔；所述滑片通过所述弹簧安装于导槽内，且可随弹簧的伸缩在导槽内来回滑动；所述活塞板通过轴承安装于轴上，所述轴通过键可带动转子转动，同时可沿键长度方向作直线运动。

所述料筒、转子、活塞板和端盖同轴安装后，在弹簧作用下滑片一端紧贴在第一凸轮和第二凸轮外壁上，此时第一凸轮的外壁、料筒内壁、端盖内壁、隔板底板外壁和滑片侧壁构成第一层第一混炼腔和第一层第二混炼腔，第二凸轮的外壁、料筒内壁、活塞板外壁、隔板外壁和滑片侧壁构成第二层第一混炼腔和第二层第二混炼腔；所述第一层第一混炼腔与第一投料口连通，且与第二层第二混炼腔通过循环口连通，所述第二层第一混炼腔与第二投料口连通，且与第一层第二混炼腔通过循环口连通；所述轴带动转子转动时，由于凸轮外壁轮廓变化，各混炼腔的容积发生周期性的变化，其中同层的两个混炼腔容积变化相反，不同层的由循环口相连通的两个混炼腔容积变化也相反。