[发明专利]一种提高聚合物纳米复合材料中纳米粒子分散度的装置

说明书

本发明公开了一种提高聚合物纳米复合材料中纳米粒子分散度的装置，包括双螺杆挤出机，双螺杆挤出机上分别固定设置有聚合物粒料输入端和纳米粒子输入端；聚合物粒料输入端包括电晕带电区A和聚合物粒料投放口，电晕带电区A的顶部与聚合物粒料投放口底部贯通连接、底部通过延长口A与双螺杆挤出机的机身上表面贯通连接；纳米粒子输入端包括单螺旋挤出机和电晕带电区B,单螺旋挤出机的出料端通过弧形转接头与电晕带电区B的顶部贯通连接，电晕带电区B的底部通过延长口B与双螺杆挤出机的机身上表面贯通连接；本发明装置中的电晕带电区，实现了聚合物粒料及纳米粒子的同步化学处理，在熔融共混的过程中提高了聚合物纳米复合材料中纳米粒子的分散度。

技术领域

本发明涉及纳米粒子分散度装置领域，具体涉及一种提高聚合物纳米复合材料中纳米粒子分散度的装置。

背景技术

随纳米粒子具有高比表面积、高活化能等表面效应，同时具有量子尺寸效应、体积效应、介电限域效应等众多宏观粒子所不具备的优良特性，因此通过向聚合物材料中添加纳米粒子，可将纳米粒子具有的优良特性传递给聚合物材料，显著提升聚合物材料的某些特性，比如通过向XLPE中添加纳米氧化硅颗粒，可以提升XLPE的热稳定性、电绝缘性以及耐环境应力开裂性。

目前在聚合物纳米复合材料加工领域，提高复合材料中纳米粒子分散度的方法共分为两大类，一类是针对纳米粒子本身，通过对纳米粒子进行改性处理来提高纳米粒子的分散性，以防止团聚现象的发生，常见的改性处理剂有乙氧基乙烯基硅烷、顺丁烯二酸酐以及PANI等。这种技术是通过在聚合物纳米复合材料加工之前，对纳米粒子进行预处理来实现纳米粒子的均匀分散。第二类提高复合材料中纳米粒子分散度的方法为采用合适的生产方式和复合工艺来稳定地生产这种材料体系，而不会产生团聚和相分离现象。目前聚合物纳米复合材料的生产方式包括插层法、溶胶-凝胶法、分子复合材料法和直接分散法，具体介绍如下：

(1)插层法。该方法是在层状无机物的层与层之间插入单体或聚合物以使纳米尺度的粒子均匀分散在聚合物中的方法。该方法一般适用于层状硅酸盐。

(2)溶胶凝胶法。溶胶凝胶法是一种条件温和的材料制备方法。溶胶凝胶法是将含高化学活性组分的化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成的氧化物或其它化合物固体的方法。它允许在室温下形成玻璃状网络的过程中加入有机和无机纳米添加剂。传统上使用该方法来制造玻璃和陶瓷，近几年来，它已用于多晶、多孔复合材料和有机-无机复合材料。

(3)原位聚合法。原位聚合法是把反应性单体(或其可溶性预聚体)与催化剂全部加入分散相(或连续相)中,芯材物质为分散相。由于单体(或预聚体)在单一相中是可溶的，而其聚合物在整个体系中是不可溶的，所以聚合反应在分散相芯材上发生。反应开始，单体预聚，预聚体聚合，当预聚体聚合尺寸逐步增大后，沉积在芯材物质的表面。

(4)直接分散法。直接分散法是最为常用的聚合物纳米复合材料的加工方法。直接混合法是在聚合物玻璃化温度Tg或者熔点Tm以上将纳米颗粒和聚合物混合均匀。此方法也可以将纳米颗粒添加至聚合物溶液中，待溶剂挥发后，颗粒即分散在聚合物基体中。在该方法中，纳米粒子需要提前做好预处理，在其表面上进行化学修饰以增加与聚合物的相容性。

尽管目前有众多聚合物纳米复合材料的加工方法，但仍存在加工效率低，纳米粒子分散不均匀的问题，同时上述的加工方法仅适用于实验室条件下的小规模加工生产，在实际的大规模生产过程中，不能实现材料的持续性和稳定性加工，并且效率极低。

发明内容

本发明旨在提供一种保证纳米粒子在聚合物材料中的均匀分散，同时在大规模生产时，可以实现纳米粒子的连续供给和含量可控的提高聚合物纳米复合材料中纳米粒子分散度的装置。