CN102069579A - 一种纳米叠层复合材料制备装置 - Google Patents

一种纳米叠层复合材料制备装置 Download PDF

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Abstract

本发明一种纳米叠层复合材料制备装置，包括有塑化装置、汇流器、叠层复合发生器、成型装置，它们前后依次串联。所述叠层复合发生器是将汇流器挤出的n层高分子熔体沿宽度方向平均分割成m等分，每一等分熔体在叠层复合发生器中继续向前流动时旋转90度并且展宽m倍，在出口端与相邻熔体层相互汇流成n×m层的叠层结构；再串联一个同样的叠层复合发生器，可得到n×m×m层结构；如果串联k个同样的叠层复合发生器，则可得到n×mk层的多层结构复合材料。本发明采用熔体分割后旋转90度的叠层复合发生器，分割数量多，串联单元数可减少，熔体在流动展宽并且变薄的过程中容易保持对称性结构，层厚精度容易保证，可得到纳米叠层复合多层制品。

Description

一种纳米叠层复合材料制备装置
技术领域
本发明属于先进材料加工技术领域，涉及一种纳米叠层复合材料制加工装置，特别是采用复合挤出或复合注射成型方法制备多层复合结构高分子材料及制品的装置。
背景技术
层状纳米复合材料由于在力学性能、阻隔性能、导电性能、光学性能等方面具有独特的优点，应用前景广泛，从而成为材料领域的热点研究课题，并已取得了一些研究成果，提出了一系列用于制备层状复合高分子材料的多层挤出模具。从目前公开的专利来看，最早有W.J.Shrenk等人申请的美国专利3557265、3565985、3884606，以及后来的中国专利CN1511694A，200610022348.6等。现有的专利技术基本上属于挤出口模类，还没有涉及到注射成型中直接制备高分子纳米叠层复合材料制品的技术方案；在分层原理上早期提出的技术方案主要是采用多流道方式，每个流道控制一层，结构设计过于复杂，分层数量较少。最近郭少云等人提出了一项发明专利200610022348.6，设计了一种分叠器。其核心内容和技术特征在于该分叠器可将入口端的层状矩形熔体分割成两股，然后上下错开，展宽交汇实现一次折叠。通过多个分叠器串联使用可得到多层结构的高分子材料。但是，采用这一技术方案要在1mm的挤出口模内获得纳米级的复合材料(层间厚度≤100nm)，则要求串联的分叠器在10个以上，由于熔体每经过一个分叠都需要克服很大的流动阻力，造成压力下降，而且流动边界的拖曳作用也会对层状结构造成一定程度的破坏，因此串联个数不宜太多；此外，左右分割开的两股熔体上下错开然后汇合到一起的设计方式，由于流动的不对称性会给流道设计带来很大的困难，并且按照一种材料设计的流道对流变参数差异较大的另一种材料就不合适。因此，要想获得性能优异的纳米级层状高分子复合材料，还需要寻求更加有效的解决方案，以克服上述不足。
发明内容
针对现有技术在制备高性能纳米层状复合材料方面的不足，本发明的目的旨在提供一种分割效率更高(分割份数可以大于2)，流动对称性高，分层过程中压力损失小的叠层复合材料的制备装置；同时将该项技术从挤出成型扩展到注射成型等领域；并可适应多种纳米复合材料材料的制备与成型加工。
可以实现上述发明目的具体技术方案如下：
本发明一种纳米叠层复合材料制备装置，主要包括有熔融塑化供料装置、汇流器、叠层复合发生器、成型装置，熔融塑化供料装置、汇流器、叠层复合发生器、成型装置前后依次串联，汇流器将来自n个塑化供料装置的n层熔体叠合成一层复合熔体，层间的厚度相同也可以不同，依靠层间的流道间隙来保证，汇合时流道间隙相同，所得最终制品的各层厚度相同；如果汇合时流道间隙不相同，所得最终制品的各层厚度不相同；所以汇流器有n个入口，复合熔体在离开汇流器时沿宽度方向平均分割成m等分，汇流器与叠层复合发生器对接，每一等分在叠层复合发生器中继续向前流动时旋转90度并且展宽m倍，在出口端相互汇流成为n×m层的叠层结构，该叠层结构熔体在叠层复合发生器出口再平均分割成m等分，叠层复合发生器入口熔体通道尺寸与旋转90度的出口的熔体通道尺寸相同；再对接一个同样的旋转90度的叠层复合发生器，则可得到n×m×m层结构；如果串联k个同样的叠层复合发生器，则可得到n×mk层的多层结构复合材料，最后一个叠层复合发生器的熔体在出口不再分割，与成型装置连接后经过成型装置得到最终制品。n和m为不小于2的整数，k为不小于1的整数。例如：将两种组分的高分子熔体汇流后经过5等分的叠层复合发生器，串联6个相同的叠层复合发生器，得到总层数为2×56＝31250层的多层复合结构体。该层状熔体从1mm厚的成型装置的出口挤出，两种高分子材料的层间厚度平均值为32nm，如果进一步将其拉伸至于0.1mm厚度时，该复合材料的每种高分子材料的层间厚度即可达到3.2nm，从而利用本装置可以比较容易地制备层间厚度小于100nm的纳米复合材料。由于本发明采用熔体分割后旋转90度再展宽的流道特点，各层之间熔体流道相同，层间对称性好，展宽可从中间向外进行，熔体流动均匀，突破了现有技术一分为二的限制，可以实现一分为三、一分为十甚至更多，仅以一分为四和现有一分为二的技术对比，由于达到相同的分层数，串联单元数可减少一半，相应压力损失大幅度减小，因而在需要高速充模流动的注射成型中也可以采用。同时，由于在熔体分割后旋转90度的设计，使叠层流道在流动展宽并且变薄的过程中容易保持对称性结构，设计制造工艺简单，精度容易保证，并且对物料的适应性大大提高。
本发明一种纳米叠层复合材料制备装置的塑化供料装置是挤出机、注射成型机的注塑装置或压铸机。塑化供料装置加工的物料是高分子基复合材料、陶瓷基复合材料或金属基复合材料。成型装置是挤出机头、注射喷嘴与模具的组合或压制模具。
本发明可广泛应用于制备各种熔融共混加工的层状纳米复合材料，如高分子复合材料领域既可直接生产薄膜、板材和型材料，也可生产母粒，还可以推广应用到在陶瓷基复合材料、金属基复合材料等领域。本发明的纳米叠层复合发生器还可以与带有两个以上塑化装置的注塑料或压铸机联用，直接加工层状复合材料制品。
附图说明
图1是本发明一种纳米叠层复合材料制备装置(挤出成型)的外观结构示意图。
图2是本发明一种纳米叠层复合材料制备装置叠层复合发生器中入口某段熔体旋转90度展宽示意图。
图3是本发明一种纳米叠层复合材料制备装置叠层复合发生器中叠层复合原理示意图。
图4是本发明一种纳米叠层复合材料制备装置(注射成型)的外观结构示意图。
图中：1塑化供料装置；2汇流器；3叠层复合发生器；3-1汇流器内的n层高分子熔体；3-2分叠流道；3-3叠层结构的熔体；4成型装置；5注射喷嘴；6模具。
具体实施方式
实施例1
本实施例公开的一种纳米叠层复合材料制备装置，整体外形如附图1所示，包括有两台或多台挤出机的塑化供料装置1、汇流器2、叠层复合发生器3、成型装置4，它们前后依次串联。所述叠层复合发生器3的主要功能结构是将来自n个塑化供料装置的高分子熔体经汇流器2汇集成汇流器内的n层高分子熔体3-1，各层熔体的厚度相同，汇流器内的n层高分子熔体3-1在离开汇流器2时沿宽度方向平均分割成m等分，每一等分在叠层复合发生器分叠流道3-2中继续向前流动时旋转90度并且展宽m倍，在出口端相互汇流成为n×m层的叠层结构的熔体3-3。图2是叠层复合发生器3中某段熔体旋转90度展宽示意图。本实施例中将两种组分的高分子熔体汇流后经过4等分的叠层复合发生器3，串联8个相同的叠层复合发生器3，可得到的复合材料层数为2×48＝131072层，将多层复合材料挤出为1mm厚度片才时，该复合材料的层间厚度可达到7.63nm，从而可以采用该装置制备纳米复合材料。
叠层复合发生器3的流道加工可采用精密铸造方法或电镀的方法，或将叠层复合发生器3剖切成片，每片采用数控加工获得所需的流道形状，分片加工后再组装成叠层复合发生器3。
在汇流器内的n层高分子熔体3-1在离开汇流器2时不分割，该熔体在进入叠层复合发生器3后先平均分割成m等分，然后每一等分在叠层复合发生器分叠流道3-2中继续向前流动时旋转90度并且展宽m倍，在出口端相互汇流成为n×m层的叠层结构的熔体3-3，叠层结构的熔体3-3在离开叠层复合发生器3时不分割，这样k个叠层复合发生器3对接后与成型装置连接后得到制品，成型装置4的熔体入口与叠层复合发生器3的熔体出口形状形同，熔体在成型装置4中逐渐过渡到口模需要的截面尺寸，最后获得挤出制品。图3是本发明核心部件叠层复合发生器3的熔体流道的一种实施方案图。这种结构形式使得汇流器和成型装置的加工难度降低，在叠层复合发生器内完成分割与汇合，对接接口的流道只有一个，密封容易实现，各分支的流动平衡容易保证。
实施例2
本实施例公开的另外一种纳米叠层复合材料制备装置的例子，整体外形如附图4所示，包括有两台或多台注塑机的塑化供料装置1、汇流器2、叠层复合发生器3、注射喷嘴5和模具6，注射喷嘴5和模具6组成成型装置，塑化供料装置1、汇流器2、叠层复合发生器3、注射喷嘴5前后依次串联，注射成型时喷嘴5与模具6相连。所述叠层复合发生器3的主要功能结构是将汇流器挤出的n层高分子熔体3-1沿宽度方向平均分割成m等分，每一等分在叠层复合发生器的分叠流道3-2中继续向前流动时旋转90度并且展宽m倍，在出口端相互汇流成为n×m层的叠层结构的熔体3-3，通过喷嘴5注射进入模具6的型腔中，冷却定型后可得到高分子叠层复合材料注射成型制品。

Claims (6)

1.一种纳米叠层复合材料制备装置，主要包括有塑化供料装置、汇流器、叠层复合发生器、成型装置，塑化供料装置、汇流器、叠层复合发生器、成型装置前后依次串联，塑化供料装置有n个，汇流器有n个入口，每个入口连接一个塑化供料装置，其特征在于，汇流器的流道将n层高分子熔体叠加形成一层复合熔体，复合熔体在离开汇流器时沿宽度方向平均分割成m等分；汇流器与叠层复合发生器对接，每一等分的熔体在叠层复合发生器的流道中继续向前流动时旋转90度并且展宽m倍，再汇流成为n×m层的叠层结构熔体，叠层结构熔体在叠层复合发生器出口再平均分割成m等分，叠层复合发生器入口熔体通道尺寸与旋转90度的出口的熔体通道尺寸相同；再对接一个同样的旋转90度的叠层复合发生器，则可得到n×m×m层结构；串联k个同样的叠层复合发生器，则可得到n×mk层的多层结构复合材料；最后一个叠层复合发生器的熔体在出口不再分割，与成型装置连接后经过成型装置的流道得到纳米叠层复合材料制品；n和m为不小于2的整数，k为不小于1的整数。
2.根据权利要求1所述的一种纳米叠层复合材料制备装置，其特征在于，汇流器的汇流流道间隙相同或不同。
3.根据权利要求1所述的一种纳米叠层复合材料制备装置，其特征在于，塑化供料装置是挤出机、注射成型机的注塑装置或压铸机。
4.根据权利要求1所述的一种纳米叠层复合材料制备装置，其特征在于，塑化供料装置加工的物料是高分子基复合材料、陶瓷基复合材料或金属基复合材料。
5.根据权利要求1所述的一种纳米叠层复合材料制备装置，其特征在于，成型装置是挤出机头、注射喷嘴与模具的组合或压制模具。
6.根据权利要求1所述的一种纳米叠层复合材料制备装置，其特征在于，在汇流器内的n层高分子熔体在汇流器出口不分割，该熔体在进入叠层复合发生器的入口流道后再平均分割成m等分，然后每一等分在叠层复合发生器分叠流道中继续向前流动时旋转90度并且展宽m倍，在出口端相互汇流成为n×m层的叠层结构的熔体，叠层结构的熔体在离开叠层复合发生器时不分割，经过k个叠层复合发生器后与成型装置连接，成型装置的熔体入口与叠层复合发生器的熔体出口形状形同，熔体在成型装置的流道中逐渐过渡到口模需要的截面尺寸。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102275313A (zh) * 2011-07-11 2011-12-14 北京化工大学 一种有机-无机杂化复合材料制备方法
CN102601961A (zh) * 2012-03-15 2012-07-25 北京化工大学 一种层数可调的纳米叠层复合材料制备装置
CN102602007A (zh) * 2012-03-14 2012-07-25 北京化工大学 一种微积分叠层高分子复合材料原位反应成型装置及方法
CN102673056A (zh) * 2012-05-24 2012-09-19 北京化工大学 一种叠层网状热塑性弹性体及制备方法
CN103572389A (zh) * 2013-11-21 2014-02-12 北京化工大学 一种基于微积分层叠的熔体静电纺丝装置及方法
CN103590122A (zh) * 2013-12-02 2014-02-19 北京化工大学 一种基于微积分层叠的熔体静电纺丝装置及方法
CN103587097A (zh) * 2013-11-19 2014-02-19 北京化工大学 一种纳米叠层复合装置
CN103692658A (zh) * 2013-12-18 2014-04-02 北京化工大学 一种纳米叠层复合管胚成型设备及方法
CN106393724A (zh) * 2016-11-16 2017-02-15 北京化工大学 一种梯度折射率的光学膜制备方法及装置
CN106393725A (zh) * 2016-11-22 2017-02-15 北京化工大学 一种v型靠模层叠成型装置
CN112157889A (zh) * 2020-08-13 2021-01-01 临海伟星新型建材有限公司 一种层叠管成型模具及方法

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102275313A (zh) * 2011-07-11 2011-12-14 北京化工大学 一种有机-无机杂化复合材料制备方法
CN102602007A (zh) * 2012-03-14 2012-07-25 北京化工大学 一种微积分叠层高分子复合材料原位反应成型装置及方法
CN102602007B (zh) * 2012-03-14 2014-08-13 北京化工大学 一种微积分叠层高分子复合材料原位反应成型装置及方法
CN102601961B (zh) * 2012-03-15 2014-08-06 北京化工大学 一种层数可调的纳米叠层复合材料制备装置
CN102601961A (zh) * 2012-03-15 2012-07-25 北京化工大学 一种层数可调的纳米叠层复合材料制备装置
CN102673056A (zh) * 2012-05-24 2012-09-19 北京化工大学 一种叠层网状热塑性弹性体及制备方法
CN102673056B (zh) * 2012-05-24 2014-07-09 北京化工大学 一种叠层网状热塑性弹性体及制备方法
CN103587097A (zh) * 2013-11-19 2014-02-19 北京化工大学 一种纳米叠层复合装置
CN103572389A (zh) * 2013-11-21 2014-02-12 北京化工大学 一种基于微积分层叠的熔体静电纺丝装置及方法
CN103590122A (zh) * 2013-12-02 2014-02-19 北京化工大学 一种基于微积分层叠的熔体静电纺丝装置及方法
CN103692658A (zh) * 2013-12-18 2014-04-02 北京化工大学 一种纳米叠层复合管胚成型设备及方法
CN103692658B (zh) * 2013-12-18 2015-10-14 北京化工大学 一种纳米叠层复合管胚成型设备及方法
CN106393724A (zh) * 2016-11-16 2017-02-15 北京化工大学 一种梯度折射率的光学膜制备方法及装置
CN106393725A (zh) * 2016-11-22 2017-02-15 北京化工大学 一种v型靠模层叠成型装置
CN112157889A (zh) * 2020-08-13 2021-01-01 临海伟星新型建材有限公司 一种层叠管成型模具及方法

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Assignee: Jiangsu Golden Material Co., Ltd.

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