[发明专利]静态拉伸混合器及其用于制备聚合物纳米复合材料的方法

权利要求书

1.一种静态拉伸混合器，其特征在于，所述静态拉伸混合器包括轴套、芯轴和封板；

所述芯轴设置在所述轴套内，所述轴套和所述芯轴分别与所述封板连接；

所述芯轴包括依次连接的分配区、收集区、拉伸区和旋合区；

所述拉伸区由基于拉伸流变原理设计的具有可周期性变化的拉伸流道组成，为所述芯轴的主要工作区；所述拉伸流道由所述拉伸区与所述轴套之间的间隙组成；

所述轴套与封板通过法兰盘由螺栓固定连接；所述芯轴与所述封板通过螺纹连接；

所述拉伸流道具体是由所述拉伸区表面设置的多个螺棱或沟槽与所述轴套之间的间隙构成，或者

所述拉伸流道具体是由所述轴套内表面设置的多个螺棱或沟槽与所述芯轴拉伸区之间的间隙构成；

所述拉伸流道可实现所述拉伸流道尺寸的扩张-收缩变化，熔体被多次拉伸形变后由法兰出口处流出。

2.根据权利要求1所述的一种静态拉伸混合器，其特征在于，所述分配区由多螺旋沟槽组成，含纳米粒子的熔体在熔体分配区表面同时实现周向或轴向流动，实现压力与温度的均匀分布。

3.根据权利要求1所述的一种静态拉伸混合器，其特征在于，所述收集区是将由熔体分配区流来的聚合物熔体统一收集，将熔体流动由周向二维的流动形态转变为平面二维流动形态。

4.根据权利要求1所述的一种静态拉伸混合器，其特征在于，所述旋合区包括使所述芯轴与所述封板连接的螺纹。

5.根据权利要求1所述的一种静态拉伸混合器，其特征在于，所述轴套与封板通过法兰盘由螺栓固定连接；所述芯轴与所述封板通过螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的一种静态拉伸混合器，其特征在于，所述轴套外部包覆对所述轴套及其内部流动熔体提供所需的温度环境的加热套。

7.根据权利要求1所述的一种静态拉伸混合器，其特征在于，所述芯轴内部设置一加热油道，对所述芯轴的温度进行调控，从而控制熔体在所述拉伸区的拉伸间隙处的黏度及流动形态。

8.根据权利要求1所述的一种静态拉伸混合器，其特征在于，所述轴套上还设置一热传感器及压力传感器的安装孔，使所述热传感器及压力传感器直接检测到所述轴套内部流动熔体，并测试所述流动熔体的真实温度与压力。

9.一种制备聚合物纳米复合材料的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，物料预混：采用高速搅拌机对质量为m₁的分散相与质量为m₂聚合物基体进行混合，直至温度达到T₁或直至混合时间为t₁，再加入加工助剂m₃，形成固体颗粒或粉末状的均匀体系，此时，物料预混完成；

步骤2，物料初步混合：将步骤1预混完成的物料加入间歇性混合设备或连续挤出设备中，使所述预混完成的物料在温度T₂下塑化、剪切，使所述分散相的纳米颗粒均匀分散到所述聚合物基体中，得到初步混合的物料；

步骤3，聚合物纳米复合材料的形成：当采用所述间歇性混合设备对物料进行初步混合时，需将步骤2中得到的所述初步混合的物料粉碎，再添加至装配有权利要求1～8任一项所述静态拉伸混合器的单螺杆或双螺杆挤出机中，塑化、挤出、造粒，最后制备得到分布形态与分散形态均良好的聚合物纳米复合材料；或者，

当采用所述连续挤出设备对物料进行初步混合时，则将所述静态拉伸混合器直接安装在所述连续挤出设备机头与滤板之间，制备得到分布形态与分散形态均良好的聚合物纳米复合材料；

所述聚合物纳米复合材料由聚合物基体和分散相复合组成。

10.根据权利要求9所述的一种制备聚合物纳米复合材料的方法，其特征在于，所述分散相m₁、所述聚合物基体m₂与所述加工助剂m₃的质量比m₁:m₂:m₃为5～30:75～95:0～3，其中，质量比m₁:m₂:m₃为5～30:75～95:0除外；

步骤1中所述温度T₁为45～60℃；

步骤1中所述混合时间t₁为15～30min；

步骤2中所述温度T₂为大于所述聚合物纳米复合材料熔点的温度；

所述间歇性混合设备为密炼机、捏合机、单螺杆挤出机或开炼机；

所述连续挤出设备为双螺杆挤出机或单螺杆挤出机。