CN101177038A

CN101177038A - 多相聚合物材料形态控制装置

Info

Publication number: CN101177038A
Application number: CNA2007100537435A
Authority: CN
Inventors: 刘少波
Original assignee: Hubei University
Current assignee: Hubei University
Priority date: 2007-11-05
Filing date: 2007-11-05
Publication date: 2008-05-14

Abstract

本发明涉及一种微层复合装置。多相聚合物材料形态控制装置，其特征在于它包括复合进料器(1)、层增倍单元装置、筒体(6)、出料器(8)；筒体(6)内至少设有二个层增倍单元装置；复合进料器(1)上设有2－6个进料通道和1个进料器复合通道，所有的进料通道都与进料器复合通道相通；层增倍单元装置上设有2－4个分割通道和1个层增倍复合通道，所有的分割通道都与层增倍复合通道相通；最前的层增倍单元装置上的所有的分割通道入口都与复合进料器(1)的进料器复合通道出口相通，最后的层增倍单元装置上的层增倍复合通道出口与出料器(8)上的进料通道相通。本发明具有结构简单、体积小、复合层数可控制性好的特点。

Description

多相聚合物材料形态控制装置

技术领域

本发明属于多相聚合物材料生产技术领域，具体涉及一种微层复合装置。

背景技术

随着先进测试技术(如X射线衍射、电子显微镜、小角中子散射、新表面探针以及原子力显微镜等)的应用，对聚合物形态有了更深层次的认识，揭示出成型加工条件与聚合物形态及制品宏观性能之间的关系——成型加工条件能影响聚合物的形态、形态决定了材料(或制品)的宏观性能，因此，可以在成型过程中通过改变聚合物的形态(即层状结构和层厚度)，从而改变其性能。

英国Bevis等人开发的剪切控制取向挤出成型装置，是通过4个活塞的顺序抽拉推动熔体作周向运动，使填料沿制品周向取向，达到增强制品的目的。美国Donald在1965年申请的专利，是利用型芯和口模反向旋转的机头挤出成型管材，通过型芯或口模旋转，使管隙中的熔体形成周向拖曳流动，建立周向剪切力场，熔体中的增强纤维和聚合物大分子都会外力场方向取向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、体积小的多相聚合物材料形态控制装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：多相聚合物材料形态控制装置，其特征在于它包括复合进料器1、层增倍单元装置、筒体6、出料器8；筒体6内至少设有二个层增倍单元装置，后一层增倍单元装置的所有分割通道入口均与前一层增倍单元装置的层增倍复合通道出口相通；复合进料器1上设有2-6个进料通道和1个进料器复合通道，所有的进料通道都与进料器复合通道相通，进料通道入口位于复合进料器1的前侧面，进料器复合通道出口位于复合进料器1的后侧面，复合进料器1与筒体6前端固定连接(如螺栓连接)；层增倍单元装置上设有2-4个分割通道和1个层增倍复合通道，所有的分割通道都与层增倍复合通道相通，分割通道入口位于层增倍单元装置的前侧面，所有的分割通道后段宽度大于分割通道入口处宽度，层增倍复合通道出口位于层增倍单元装置的后侧面；最前的层增倍单元装置上的所有的分割通道入口都与复合进料器1的进料器复合通道出口相通，最后的层增倍单元装置上的层增倍复合通道出口与出料器8上的进料通道相通；出料器8上设有进料通道，出料器8与筒体6后端固定连接(如螺栓连接)。

所述的层增倍单元装置为2-8个。

所述的复合进料器1上的进料通道为3个。

所述的层增倍单元装置上的分割通道为3个。

本发明采用由复合进料器1、层增倍单元装置、筒体6、出料器8构成，其结构简单；所有层增倍单元装置位于筒体6内，其体积小，可组合性强；当需要复合层数较多时，更换长的筒体6，增加层增倍单元装置，即复合层数可控制性好。

本发明是利用复合挤出技术形成层数可达数千的层状结构，熔体料流经过该装置被反复分割、重排、扩展流动、再组合，使层数不断增加，而厚度渐次变薄；因而层厚可从几百微米减小至几微米的尺度。在挤出过程中，熔体的流动一般都是层流流动，层流时熔体中存在一定的速度梯度。熔体中的填料和聚合物大分子链同时以相同速度向前移动，并力图进入同一速度层，使得熔体中的填料和聚合物大分子链会沿流动场力方向取向。由于该装置设有扩展元件形成扩展流动，这就加大了熔体中填料和聚合物大分子链的取向程度。比较上述背景技术中的现有技术，本发明提供了一种不同类型、结构更趋简单的形态控制装置。本发明通过有效控制多相聚合物材料的形态结构，达到改进材料性能的目的。

本发明的装置应用于玻纤增强复合材料，在成型过程中玻纤取向能明显地影响材料的性能，沿玻纤取向方向的强度、模量将会大幅度的提高。通过本发明的装置在成型时控制玻纤的取向分布，就可以制备出符合预期要求的材料或制品。

本发明的装置应用于塑料增韧，利用该装置进行微层挤出，当层厚从宏观尺度降至微观尺度(几微米)时，由于材料微观力学变形模式的根本改变，影响到材料的断裂伸长行为，使得材料韧性显著增长。

本发明的装置应用于阻隔材料的研究。通过该装置制成平行于容器壁的众多阻隔片状层，使气体或小分子的扩散途径变得“曲折宛转”，相应延长了扩散距离，降低了渗透性，使得其在改进阻隔性能方面效果特别显著。

本发明的装置应用于无卤阻燃材料的研究。通过该装置能可靠调控含片形Mg(OH)₂填料的共混材料内在形态，形成有序的微层结构，利用这些众多交替的片形Mg(OH)₂，可以达到阻止或阻缓材料燃烧的目的。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明复合进料器1的左视图；

图3是本发明复合进料器1的右视图；

图4是本发明层增倍单元装置的分割器3的左视图；

图5是图1沿A-A线的剖视图；

图6是本发明层增倍单元装置的分割器3的右视图；

图7是本发明层增倍单元装置的复合器4的左视图；

图8是本发明层增倍单元装置的复合器4的右视图；

图9是本发明出料器8的左视图；

图10是本发明出料器8的右视图；

图中：1-复合进料器，2-第一分割通道，3-分割器，4-复合器，5-层增倍复合通道，6-筒体，7-进料通道，8-出料器，9-第一进料通道，10-第二进料通道，11-第三进料通道，12-进料器复合通道，13-第三分割通道，14-第二分割通道。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

如图1所示，多相聚合物材料形态控制装置(或称多相聚合物材料微层复合装置)，它包括复合进料器1、层增倍单元装置、筒体6、出料器8；筒体6内设有二个层增倍单元装置，后一层增倍单元装置的所有分割通道入口均与前一层增倍单元装置的层增倍复合通道出口相通(分割、重排)；复合进料器1上设有3个进料通道(第一进料通道9、第二进料通道10、第三进料通道11)和1个进料器复合通道12，第一进料通道9、第二进料通道10、第三进料通道11都与进料器复合通道12相通，第一进料通道9、第二进料通道10、第三进料通道11的入口位于复合进料器1的前侧面(如图2、图3所示)，进料器复合通道出口位于复合进料器1的后侧面，复合进料器1与筒体6前端固定连接(如螺栓连接)；如图4、图5、图6、图7、图8所示，为加工方便，层增倍单元装置由分割器3和复合器4二部分组合而成；层增倍单元装置上设有3个分割通道(第一分割通道2、第二分割通道14、第三分割通道13)和1个层增倍复合通道5，所有的分割通道都与层增倍复合通道5相通，所有的分割通道入口位于层增倍单元装置的前侧面，所有的分割通道后段宽度大于分割通道入口处宽度(后段扩展)，层增倍复合通道出口位于层增倍单元装置的后侧面；最前的层增倍单元装置上的所有的分割通道入口都与复合进料器1的进料器复合通道出口相通(分割、重排)，最后的层增倍单元装置上的层增倍复合通道出口与出料器8上的进料通道相通；如图9、图10所示，出料器8上设有进料通道，出料器8与筒体6后端固定连接(如螺栓连接)。

实施例2：

与实施例1基本相同，不同之处在于：层增倍单元装置为3个。

实施例3：

与实施例1基本相同，不同之处在于：层增倍单元装置为4个。

实施例4：

与实施例1基本相同，不同之处在于：层增倍单元装置为8个。

实施例5：

与实施例1基本相同，不同之处在于：复合进料器1上的进料通道为设有2个，层增倍单元装置上的分割通道为2个。

实施例6：

与实施例1基本相同，不同之处在于：复合进料器1上的进料通道为设有6个，层增倍单元装置上的分割通道为4个。

工作原理：由壹台或两台单螺杆挤出机供料，控制和平衡各流道的挤出速度，形成三层结构的料流，并送入本发明的装置。料流经过本发明的装置被反复分割、重排、扩展流动、再组合，使层数不断增加，而厚度渐次变薄(如图1所示)；在挤出过程中，熔体的流动一般都是层流流动，层流时熔体中存在一定的速度梯度。熔体中的填料和聚合物大分子链同时以相同速度向前移动，并力图进入同一速度层，使得熔体中的填料和聚合物大分子链会沿流动场力方向取向。由于本发明的装置设有扩展部位形成扩展流动，这就加大了熔体中填料和聚合物大分子链的取向程度。

每一层增倍单元装置均包含熔体层分割、重排、料流扩展、料流再结合四个过程，使得各层熔体中的填料和聚合物大分子链沿流动场力方向取向，正是这种取向的有序结构，显著提高了材料的力学性质。

为易于改变层数，采用积木式组合化设计，可以方便的配置多个层增倍单元装置。该过程重复多次之后，层增倍的总层数可根据下列公式计算得出：

C＝3Mⁿ，式中C为总层数；n为层增倍阶数；M为通道数。如采用四通道，获得的层数组合如下：12；48；192；688；---。

塑料或经共混改性的多相聚合物通过本发明的装置可以形成微层结构，并能可靠调控材料(或制品)的内在形态，从而获得或提高材料(或制品)的某些特殊性。例如：气体和溶剂的阻隔性、阻燃性、耐热性和力学性能等。如将本发明的装置结合吹膜、挤管、中空吹塑、电线电缆等工艺技术，可以生产具有众多交替微米片层的薄膜、管材、中空容器、电线电缆一类制品。

Claims

1.多相聚合物材料形态控制装置，其特征在于它包括复合进料器(1)、层增倍单元装置、筒体(6)、出料器(8)；筒体(6)内至少设有二个层增倍单元装置，后一层增倍单元装置的所有分割通道入口均与前一层增倍单元装置的层增倍复合通道出口相通；复合进料器(1)上设有2-6个进料通道和1个进料器复合通道，所有的进料通道都与进料器复合通道相通，进料通道入口位于复合进料器(1)的前侧面，进料器复合通道出口位于复合进料器(1)的后侧面，复合进料器(1)与筒体(6)前端固定连接；层增倍单元装置上设有2-4个分割通道和1个层增倍复合通道，所有的分割通道都与层增倍复合通道相通，分割通道入口位于层增倍单元装置的前侧面，所有的分割通道后段宽度大于分割通道入口处宽度，层增倍复合通道出口位于层增倍单元装置的后侧面；最前的层增倍单元装置上的所有的分割通道入口都与复合进料器(1)的进料器复合通道出口相通，最后的层增倍单元装置上的层增倍复合通道出口与出料器(8)上的进料通道相通；出料器(8)上设有进料通道，出料器(8)与筒体(6)后端固定连接。

2.根据权利要求1所述的多相聚合物材料形态控制装置，其特征在于：所述的层增倍单元装置为2-8个。

3.根据权利要求1所述的多相聚合物材料形态控制装置，其特征在于：所述的复合进料器上的进料通道为3个。

4.根据权利要求1所述的多相聚合物材料形态控制装置，其特征在于：所述的层增倍单元装置上的分割通道为3个。