[发明专利]超临界流体微爆解缠聚合物高性能化加工工艺及装备

说明书

本发明公开了超临界流体微爆解缠聚合物高性能化加工工艺及装备，利用超临界流体浸入分子链团中微爆解缠单分子链团的同时对链段取向，并通过边混炼边排气的方式将微爆后的取向效果保留的同时二次取向、排出气体；配合层叠工艺将物料中的链团完全取向获得织态结构材料；最后获得的增强材料不含气泡。本发明装备包括干燥系统、浸渍系统、微爆系统、排气挤出系统、温控系统等基本系统。本发明加工工艺及装备可连续高效、低成本地利用超临界流体微爆的方式将高聚物链团/初级粒子解缠，并通过机械排气方式保持已经被微爆取向的链段顺利进入下一阶段取向，结合层叠挤出技术形成取向度更高、分子链排列整齐的不含气泡的物料，优化高聚物使用性能。

技术领域

本发明涉及高分子材料加工成型与先进制造领域，具体涉及一种超临界流体微爆解缠聚合物高性能化加工工艺及装备。

背景技术

非晶态高分子聚合物在聚合过程中由于其链节内旋转的作用，导致其宏观分子链弯曲，形成无规线团、链结、链球等形态的宏观结构；而在应用过程中，通常希望获得取向态或织态等规则结构或排列整齐的结构以提升制品性能。现有的高聚物加工方式例如混炼、单向拉伸、双向拉伸等，在对材料的加工中能取得一定的效果，但其加工方式对一部分材料例如PVC等的取向依旧是链段取向而非分子链取向，一部分链段依然以团聚形式存在，未能在宏观上完全体现高聚物的物理性能。针对此，实现普通加工方式中链团不易被打开的高聚物分子链或长链段完全打开后进一步取向变得尤为重要。

超临界流体在压力与温度不同时，通常会呈现出气态、液态和固态等多种方式。尤其超临界二氧化碳，其具有十分独特的物化性质，其在超临界状态时，呈现出扩散系数大、粘度小等特性。因其具有较高的扩散性，减小了传质阻力，在对多孔疏松的固态物质和细胞材料中的化合物的萃取特别有利，浸渍效果较好；又因其对操作条件(如压力、温度)特别敏感，这为操作的灵活性和可调性提供了便利；同时，其具有低的化学活泼性和毒性，化学性能稳定、绿色安全。因而，超临界流体在高分子材料成型及生物材料加工方面应用极为广泛。

在高分子材料成型方面，超临界流体通常被用作发泡剂，成型发泡材料。发泡工艺对制品轻量化有较好的优势，但同时也降低了制品原有的强度。通常的发泡包括直接发泡和间歇发泡两种方式。所述直接发泡是通过向已经熔融的高聚物熔体中混入超临界流体后释压膨胀、冷却定型得到发泡材料，通常存在泡核分散不均或因流体容易聚集而导致泡核细化程度不高等问题；所述间歇发泡是通过预发泡之后再次发泡得到的发泡材料，预发泡通常使用浸渍的方法向物料中浸入超临界流体，分散较好，气泡细化程度高。但是，两种发泡工艺均是相对静态的发泡，在撑开物料后就会直接冷却，使气泡保持在制品中。且发泡工艺仅是利用气体将分子链撑开，而不做后续处理，当气泡压力与外界压力一致且未得到及时冷却时，分子链回复到松弛状态，导致气泡的取向作用失效。与发泡类似的相关工艺尚未被用作辅助取向等作用，形成了拉伸但无法保留取向效果的境地。

因而打开分子链并使其保留取向效果以备后续拉伸取向得到强度更高的材料是必须的。