[发明专利]一种协同制备超高粘度聚合物共混物的方法与装置

说明书

本发明公开了一种协同制备超高粘度聚合物共混物的方法与装置。该方法物料在体积周期性变化中做循环压缩与膨胀流动，受到与沿流动方向一致的体积拉伸应力作用，在垂直流动方向通过设置在偏心定子通孔上的超声装置叠加超声波振动，实现振动剪切应力与体积拉伸应力协同作用的高分子材料混合。该装置的转子轴上径向设有矩形通槽，滑板置于转子轴的径向矩形通槽中，容积封闭空间被滑板分成周期性变化的两部分，两部分由过料槽连通；传振杆与超声波发生器连接；传振杆通过法兰盘及法兰安装在偏心定子上的通孔中。本发明强化了混合过程中的传质、传热过程，具有混合装置结构简单、混合效率高、混合性能好以及自清洁等特点。

技术领域

本发明涉及一种聚合物共混物的制备，特别是涉及一种通过正应力与振动剪切应力协同制备超高粘度聚合物共混物的方法与装置。

技术背景

超高粘度聚合物由于其分子量极高而具有优异性能。如超高分子量聚乙烯具有制品力学强度高、耐磨性能优异、质轻、环保、吸水率低等特点，广泛应用于纺织、造纸、食品机械、运输、冶金、煤炭等领域，但其也有热变形温度低、热稳定性差、蠕变性能差等不足，限制了其进一步推广应用。为了克服这些缺点，常用的方法是将普通的聚合物、填料及各种助剂等与超高粘度聚合物共混，从而提高制品的综合性能。

混合方法及相应装置对混合效率的提高、混合性能的改善及制品性能的优化影响巨大。高分之材料共混设备的发展经历了间歇式混合和连续式混合两个发展阶段。间歇式混合设备主要包括开炼机、密炼机、捏炼机等，而连续式混炼设备主要有单螺杆挤出机，以及在单螺杆挤出机的基础上发展而来的双螺杆挤出机、多螺杆挤出机等。螺杆式混合设备在混合过程中物料主要受到剪切形变作用，物料的流动方向与速度梯度方向垂直，从而造成：(1)填料在流动中自旋转运动，混合效率低，效果差；(2)高剪切作用易造成局部高温，造成物料降解甚至热分解，同时混合过程中物料的温度控制困难；(3)对大长径比填料如碳纳米管、玻璃纤维材料的折断等破坏严重；(4)比能耗高，驱动负载大。为了提高混合装置的混合效率及改善混合效果，相关领域的技术人员对成型设备及混合装置的几何结构进行改进，如在成型设备或模具中产生截面面积变化的流道，使物料受到压缩/膨胀作用，从而强化拉伸形变的作用以提高混合效率与效果，在一定程度上起到了积极作用。

然而，上述现有方法中物料在混合过程中依然由剪切应力/剪切形变支配，是以剪切形变为主的混合过程，对粘度较低的常规聚合物体系的混合效率及效果的改善起到了一定的积极作用，但对流动性差、分子链缠结密度高的超高粘度聚合物体系其影响非常有限。

发明内容

本发明旨在解决目前混合设备混合效率低、无法有效混合超高粘度聚合物体系的问题，提供一种利用体积拉伸应正应力与超声波振动剪切应力协同作用的制备超高粘度聚合物共混物的方法与装置，达到提高混合效果的目的。

本发明利用体积拉伸应正应力与超声波振动剪切应力协同作用，将超声波的微观空化作用及宏观的体积拉伸形变作用相耦合，实现超声振动辅助的分子链解缠结与体积拉伸形变支配的高效分散相互协同，极大提高填料在基体中的分散与分布效果，从而达到提高制品性能的目的。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种制备超高粘度聚合物共混物的方法：物料通过料斗进入转子轴与偏心定子内腔偏心的混合装置中，通过设置在转子轴径向通孔内的滑板分隔成体积周期性由大变小的排料区及由小变大的加料区，物料在体积周期性变化中做循环压缩与膨胀流动，受到与沿流动方向一致的体积拉伸应力作用，在垂直流动方向通过设置在偏心定子通孔上的超声波装置叠加超声波振动，实现振动剪切应力与体积拉伸应力协同作用的高分子材料混合。