CN103753728B - 一种制备聚合物/无机纳米粒子复合材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备聚合物/无机纳米粒子复合材料的制备方法，其特点是聚合物和无机纳米粒子按照一定配比混合造粒后，其粒料通过双向拉伸熔体混合成型一体化装置中的挤出机输送，经塑化熔融，并在双向拉伸熔体混合器的双向拉伸‑剪切作用力下，得到无机纳米粒子分散较好，性能优异的聚合物/无机纳米粒子复合材料的粒料或片材。本发明不仅克服了无机纳米粒子在聚合物熔体中的难于分散，相容性差的弱点，而且得到的纳米复合材料具有较好的力学性能，阻隔性能，热稳定性能，导电性能。此法简便易行，设备简单，便于大规模的生产。

Description

一种制备聚合物 / 无机纳米粒子复合材料的方法
技术领域
本发明涉及一种制备聚合物/无机纳米粒子复合材料的方法，属于制备聚合物/无机纳米粒子复合材料的加工技术领域。
背景技术
纳米复合材料的概念起源于80年代初期，它是指作为分散相材料的尺寸至少在一维方向在100nm以内的复合材料。由于纳米粒子的颗粒尺寸很小、比表面积很大，高达每克100平方米之多，其表面效应、体积效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应，再加之聚合物密度小、强度高、耐腐蚀、易加工等诸多优良特性，使聚合物基纳米复合材料呈现出很多不同于常规聚合物复合材料的特性。纳米粒子不仅使聚合物的强度、刚性、韧性得到了明显的改善，而且由于尺寸小、透光率好，可以增加聚合物的密度，提高透光性、防水性、阻隔性、耐热性及抗老化性能等功能特性。其中聚合物基体可以为聚乙烯，聚丙烯，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚苯乙烯，聚碳酸酯，丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物，聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物。涉及的无机纳米粒子可以为如碳纳米管、石墨烯、蒙脱土、纳米二氧化硅、纳米碳酸钙等纳米粒子。
纳米复合材料的性能在很大程度上取决于纳米粒子在基体中的分散状态，而分散状态则与材料的制备方法密切相关。目前，聚合物基纳米复合材料的制备方法主要有共混法，溶胶凝胶法，原位聚合，层状嵌入法（插层法）等4种：
共混法：共混法是一种传统的方法，也是最常用、最简单的制备纳米复合材料的方法[Vollenberg P H T, Heikens D. Polymer,1989,30,1656～1662]。它是指在机械力作用下将纳米粒子直接加入到聚合物基体中进行混合，具体可分为：普通机械共混，溶液共混，乳液共混，熔融共混等。其难点在于粒子的分散问题。因此，控制粒子微区相尺寸及尺寸分布是其成败的关键。在共混时，除采用分散剂、偶联剂、表面功能改性剂等综合处理外，有时还要采用超声波等措施进行辅助分散。
溶胶凝胶法：将前驱物在一定的有机溶剂中形成均质溶液，均质溶液中的溶质水解形成纳米级粒子并成为溶胶，然后经溶剂挥发或加热等处理使溶胶转化为凝胶[朱春玲，江万权，胡源，等。化学物理学报，2001,14(3):335～339]。溶胶凝胶法可在温和条件下进行，两相分散均匀。但在凝胶干燥过程中，由于溶剂、小分子、水的挥发可能导致材料内部产生收缩应力，从而会影响材料的力学和机械性能下降；并且一般前驱物价格昂贵且有毒；因找不到合适的共溶剂，制备聚苯乙烯 （PS）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）等常见品种的纳米复合材料比较困难。
原位聚合：这是制备纳米复合材料的一种较为新颖的方法。该方法应用在位填充，先使纳米粒子在单体中均匀分散，然后进行聚合反应，既实现了填充粒子的均匀分散，同时又保持了粒子的纳米特性。此外，在填充过程中基体经一次聚合成型，不需热加工，避免了由此产生的降解，从而保证了各种性能的稳定。但此方法生产批量较少，涉及到很多有毒溶剂的挥发。
层状嵌入法（插层法）：先把聚合物基单体嵌入层状无机物夹层中，再用适当的方法，如热、光、自由基或阴离子等引发，在无机纳米夹层间聚合，形成聚合物/层状无机物嵌入式纳米复合材料。根据插层形式不同又可分为单体原位反应插层，溶液或乳液插层，熔体插层等，该方法主要适用于聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的制备[Zhiqi Shen, George P. Simon, Macromolecules. 2005,38,1744-1751]。
然而，由于纳米粒子具有较高的表面活性，纳米粒子自身十分容易聚集和团聚，采用常规的方法难以得到具有纳米结构的复合材料。而基于常规熔融共混法的聚合物纳米复合材料的加工技术较适合工业化的生产，其仍是应引起重视的途径之一，关键在于如何解决复合体系中纳米粒子的分散以及有效利用发挥出纳米粒子的优异性能问题。一旦能实现纳米粒子在聚合物中能达到纳米尺度的分散，其纳米尺寸的效应能更好的发挥出来。因此现实迫切需要一种生产工艺简单、质量稳定、并适合大规模工业化生产的一种聚合物/无机纳米粒子复合材料加工方法。
发明内容
针对现有技术中的熔融共混法制备聚合物/无机纳米粒子复合材料难以达到均匀纳米级分散的不足，本发明的目的是提供一种制备聚合物/无机纳米粒子复合材料的方法，使用该方法不仅能使无机纳米粒子在聚合物中均匀的分散，甚至可以达到纳米级的分散，并且无机纳米粒子还会沿着熔体流动的方向取向，使得纳米复合材料的力学性能，阻隔性能，热稳定性能，导电性能等也相应的得到提高。
本发明的技术原理是利用双向拉伸熔体混合成型一体化装置中的单个或组合双向拉伸熔体混合器可以提供强大的剪切作用力，使得无机纳米粒子在聚合物基体中的分布更均匀，甚至达到纳米级的分散。同时纳米层状结构的层间距扩大，利于高分子熔体插入纳米层状结构的片层间，形成剥离型的纳米复合材料。并且还可以通过改变双向拉伸熔体混合器的个数来调控无机纳米粒子的形态与结构。
本发明基于上述原理，实现上述发明目的所采用的技术方案是：本发明包括如下步骤：
第一步，将聚合物、无机纳米粒子、相容剂按重量份配比为99.9～85：0.1～5： 0～10进行配料，得到原料组分；
第二步，将上述的复合材料原料组分进行干燥预处理；
第三步，将复合材料的原料组分投入高混机中进行预混合；
第四步，将第三步得到的预混物投入到由挤出机(1-1)、连接器(1-2)、单个或组合双向拉伸熔体混合器(1-3)、造粒口模(1-4)、冷却装置(1-5)和造粒机(1-7)构成的双向拉伸熔体混合成型一体化装置的挤出机(1-1)中（参考图1），其中双向拉伸熔体混合器的壳体内设有2～10个不同水平延伸的楔形熔体流道；聚合物熔体流经连接器并在双向拉伸熔体混合器的不同水平延伸的楔形熔体流道中分流、双向拉伸形变和叠合后，从造粒口模(1-4)流出，再经过冷却装置(1-5)冷却、造粒机(1-7)切粒，即可得颗粒型聚合物/无机纳米粒子复合材料。
上述第四步也可以是将第三步制得的预混物投入到由挤出机(2-1)、连接器(2-2)、单个或组合双向拉伸熔体混合器(2-3)和冷却装置(2-5)构成的双向拉伸熔体混合成型一体化装置的挤出机(2-1)中（参考图2），其中双向拉伸熔体混合器的壳体内设有2～10个不同水平延伸的楔形熔体流道；聚合物熔体流经连接器并在双向拉伸熔体混合器(2-3)的不同楔形熔体流道中分流、双向拉伸形变和叠合后流出，再经过冷却装置(2-5)冷却，即可得片材型聚合物/无机纳米粒子复合材料。
在上述第四步中，经挤出机(1-1)或(2-1)、连接器(1-2)或(2-2)流出的聚合物熔体在单个或组合双向拉伸熔体混合器(1-3)或(2-3)的入料口处被分流，流入2～10个不同水平延伸的楔形熔体流道并在楔形熔体流道末端发生叠合，聚合物熔体在流经楔形熔体流道时会发生拉伸倍率为2～10倍(比如楔形熔体流道为二个时是2倍，三个时是3倍，四个时是4倍，八个时是8倍)的形变，其相形态得到优化，且每经过双向拉伸熔体混合器一次相形态就优化一次(当混合器为组合双向拉伸熔体混合器时)，这样就可以通过熔融共混的方法进一步改善填料在聚合物基中的分散状态，实现复合材料的结构优化。再说明的是，双向拉伸熔体混合器的壳体内设有n个楔形熔体流道，n可在2～10之间取值，即：10≧n≧2，n既可取双数的2、4、6、8、10，又可取奇数的3、5、7、9；混合器可由单个双向拉伸熔体混合器构成，也可由两个或两个以上的双向拉伸熔体混合器线性联接构成；当混合器为组合双向拉伸熔体混合器时，它是由两个或两个以上的同类型(即：n值相同)和/或不同类型(即：n值不相同)的双向拉伸熔体混合器沿熔体流动方向线性联接而构成，且相邻双向拉伸熔体混合器之间的整体入口尺寸和整体出口尺寸相匹配，每一个混合器构成一个双向拉伸熔体混合单元。
上述第三步与第四步之间增设如下步骤，即：将第三步得到聚合物/无机纳米粒子预混物投入双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒，干燥后得到聚合物/无机纳米粒子预混复合颗粒；再将所得到的聚合物/无机纳米粒子预混复合颗粒投入到第四步中的双向拉伸熔体混合成型一体化装置的挤出机(1-1)或(2-1)中。经过此步骤的处理，投入到挤出机(1-1)或(2-1)中的物料是聚合物/无机纳米粒子预混复合颗粒，而不再是聚合物/无机纳米粒子预混物，这样会提高第四步中的聚合物的加工流动性能以及进一步的改善无机纳米粒子在聚合物的分散状态。为此，在实际生产中，增加这一步骤为宜。
上述第一步中的聚合物是聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。
上述第一步中的无机纳米粒子是碳纳米管、石墨烯、蒙脱土、纳米二氧化硅和纳米碳酸钙中的一种。
上述第一步中的相容剂是聚丙烯接枝马来酸酐、聚乙烯接枝马来酸酐、羟基接枝聚丙烯和羟基接枝聚乙烯中的一种。
上述第四步所用的挤出机(1-1)的加料口、输送段、熔融段、均化段，连接器(1-2)，单个或组合双向拉伸熔体混合器(1-3)，造粒口模(1-4)的温度分别为100～180°C、180～240°C、180～240°C、180～240°C，180～240°C，180～240°C，180～240°C。或者，第四步所用的挤出机(2-1)的加料口、输送段、熔融段、均化段，连接器(2-2)，单个或组合双向拉伸熔体混合器(2-3)的温度分别为100～180°C、180～240°C、180～240°C、180～240°C，180～240°C，180～240°C。
上述双螺杆挤出机的加料口、输送段、熔融段、均化段、口模的温度分别为100～180°C、180～240°C、180～240°C、180～240°C、180～240°C。
本发明所得到的颗粒型聚合物/无机纳米粒子复合材料经过挤出成型、注塑成型或模压成型加工，可得到相应的聚合物/无机纳米粒子复合材料制品。这些制品中无机纳米粒子在聚合物中的分散更加均匀，其相容性得到明显改善，团聚体减少，从而纳米复合材料的力学性能，阻隔性能，热稳定性能，导电性能等也相应的得到提高。
实验结果表明，经过双向拉伸熔体混合成型一体化装置的聚合物/无机纳米粒子复合材料与未经双向拉伸熔体混合成型一体化装置的样品相比，无机纳米粒子在聚合物中的分散形态得到明显改善，从而纳米复合材料的力学性能，阻隔性能，热稳定性能，导电性能等也相应的得到提高。
本发明具有以下优点：
(1) 本发明可以明显改善无机纳米粒子在聚合物基体中的分散，减少由团聚体的存在引起的缺陷；并且这种方法不需要填料粒子的表面功能化，不需要大量溶剂处理，无毒无污染，有利于环保；所需原料均为市售，无须合成其他化学物。
(2) 本发明还能同时改善聚合物/无机纳米粒子复合材料的加工流动性能，降低表观粘度，改善制品的表面形貌，有利于外观的美化。
(3) 该方法是一种连续生产过程，有利于生产效率的提高。工艺简单，不同批次之间的产品质量指标稳定，可大规模工业化生产，应用范围广，具有广阔的工业化和市场前景；实现了聚合物产品高性能化和功能化同一，提高了聚合物产品的附加价值，拓宽了聚合物产品的应用范围，在聚合物复合材料理论研究和应用开发等方面具有重要意义。
(4) 本发明所涉及的设备简单易得，仅需在普通挤出机的口模处加若干个双向拉伸熔体混合器即可。
附图说明
下面结合附图进一步说明本发明。
图1是本发明使用的双向拉伸熔体混合成型一体化（造粒）装置示意图
图2是本发明使用的双向拉伸熔体混合成型一体化（成片）装置示意图
图3是连接器沿熔体流动方向的剖面图
图4是连接器的出口端结构示意图
图5是1分2型（n=2）双向拉伸熔体混合器的入口端结构示意图
图6是1分2型（n=2）双向拉伸熔体混合器的出口端结构示意图
图7是1分2型（n=2）双向拉伸熔体混合器沿熔体流动方向的剖面图
图8是1分4型（n=4）双向拉伸熔体混合器的入口端结构示意图
图9是1分4型（n=4）双向拉伸熔体混合器的出口端结构示意图
图10是1分4型（n=4）双向拉伸熔体混合器沿熔体流动方向的剖面图
图11是1分8型（n=8）双向拉伸熔体混合器的入口端结构示意图
图12是1分8型（n=8）双向拉伸熔体混合器的出口端结构示意图
图13是1分8型（n=8）双向拉伸熔体混合器沿熔体流动方向的剖面图
图14是造粒口模的入口端结构示意图
图15是造粒口模的出口端结构示意图
图16是造粒口模沿熔体流动方向的剖面图
上述附图中的图示标号的标识对象为：图1～4中：1-1、2-1为挤出机；1-2、2-2为连接器；1-3、2-3为组合双向拉伸熔体混合器；1-4为造粒口模；1-5、2-5为冷却装置；1-6、2-6为制品；1-7为造粒机；1-8为收卷机；3-1壳体；4-1为连接器流道出口端。
图5～7中：5-1、5-2为矩形入口；5-3为纵隔；6-1、6-3为矩形出口； 6-2为横隔；7-1、7-2为楔形熔体流道；5-4为壳体。
图8～10中：8-1、8-2、8-3、8-4为矩形入口；8-5为纵隔；9-1、9-2、9-3、9-4为矩形出口；9-5为横隔；10-1、10-2、10-3、10-4为楔形熔体流道；8-6、为壳体。
图11～13中：11-1、11-2、11-3、11-4、11-5、11-6、11-7、11-8为矩形入口；11-9为纵隔；12-1、12-2、12-3、12-4、12-5、12-6、12-7、12-8为矩形出口；12-9为横隔；13-1、13-2、13-3、13-4、13-5、13-6、13-7、13-8为楔形熔体流道；11-10为壳体。
图14～16中：14-1、14-2、14-3为造粒口模流道入口端；15-1、15-2、15-3为造粒口模流道出口端；16-1、16-2、16-3为造粒口模流道。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行进一步的具体描述。在以下各实施例中，各组分的用量均为重量用量。有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
本发明产生的积极效果可用实施例来进行说明。
实施例 1
一种聚丙烯/无机纳米复合材料的原料包括以下组分及其重量份含量：
组分 重量份比
等规聚丙烯（PP，为结晶聚合物基体） 97
蒙脱土（MMT，为层状硅酸盐纳米填料） 3
说明：上述组分中不含相容剂。
第一步，首先按上述组分备料；
第二步，首先将纳米填料蒙脱土（MMT）置于120°C烘箱干燥12小时；
第三步，将第二步得到的等规聚丙烯和干燥蒙脱土一起置于高混机中预混合6分钟，其转速为150转/分钟，得到等规聚丙烯/蒙脱土预混物；
然后，再将所得到的等规聚丙烯/蒙脱土预混物投入双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒后得等规聚丙烯/蒙脱土预混复合颗粒，将复合颗粒在鼓风烘箱中80°C干燥3小时。双螺杆挤出机加料口、输送段、熔融段、均化段、口模的温度分别为120°C、180°C、190°C、190°C、190°C；
第四步，将干燥好的等规聚丙烯/蒙脱土预混复合颗粒投入到图1所示由单螺杆挤出机1-1、连接器1-2、单个或组合双向拉伸熔体混合器1-3、造粒口模1-4、冷却装置1-5和造粒机1-7构成的双向拉伸熔体混合成型一体化（造粒）装置的单螺杆挤出机1中。在此说明一下双向拉伸熔体混合成型一体化（造粒）装置的结构：图1中，其冷却装置采用水槽结构，挤出机出口端与连接器入口端相联、连接器出口端与组合双向拉伸熔体混合器入口端相联、组合双向拉伸熔体混合器出口端与造粒口模入口端相联、造粒口模出口端经水槽与造粒机相联；其中，挤出机出口端、连接器入口端和出口端、双向拉伸熔体混合器入口端和出口端、造粒口模入口端均为平面，使用螺钉即可连接；挤出1-1的螺杆直径为65mm，长径比为28:1；连接器出口端、双向拉伸熔体混合器入口端和出口端、造粒口模入口端均为矩形结构，其宽度平行于高分子熔体流动方向，厚度垂直于高分子熔体流动方向，其宽度和厚度分别为100mm和5mm；连接器1-2采用图3和图4结构，其连接器流道出口端4-1呈长方形(见图4)。图1中的单个或组合双向拉伸熔体混合器1-3可采用单个双向拉伸熔体混合器构成，也可采用2～20个首尾线性相连的双向拉伸熔体混合器组成。本实施例的组合双向拉伸熔体混合器为八级组合双向拉伸熔体混合器，具体采用8个首尾线性相连的1分2型(即：楔形熔体流道的个数n=2)双向拉伸熔体混合单元组成，每个双向拉伸熔体混合单元内设有两个不同水平伸延的楔形熔体流道7-1、7-2，两条楔形熔体流道均沿熔体流动方向逐渐变宽变薄，同时朝不同的水平高度延伸(见图7)，两个楔形熔体流道的前端入口端5-1、5-2在双向拉伸熔体混合器入口端处为左右排列(见图5)，两个楔形熔体流道的末端出口端6-1、6-2在双向拉伸熔体混合器出口端处为上下并合(见图6)；每个楔形熔体流道的前端和末端为矩形结构，末端宽度为前端长度的两倍，末端厚度为前端厚度的二分之一；造粒口模1-4可设有3～10个口模流道(见图16所示)，口模流道的入口端为长方形孔(见图14)，而出口端为圆形孔并呈一字型排列(见图15)，圆形孔直径为3mm。
等规聚丙烯/蒙脱土预混复合颗粒投入到图l所示的单螺杆挤出机1-1并经过挤出机的加料口、输送段、熔融段、均化段之后，流动的聚合物熔体被挤入连接器1-2并在单个或组合双向拉伸熔体混合器1-3的入口端处被分割为两股，分别进入两个不同的楔形熔体流道，再在楔形熔体流道末端发生叠合；高分子熔体在流经楔形熔体流道时会发生拉伸倍率为2倍的双向拉伸形变，其相形态得到优化，且每经过双向拉伸熔体混合器一次相形态就优化一次，这样就可以通过熔融共混的方法进一步改善填料在聚合物基中的分散状态，实现聚合物/无机纳米复合材料的结构优化，实现拉伸强度和断裂伸长率的同步提高；聚合物熔体再流经造粒口模1-4后收敛为条状熔体，经水槽1-5冷却，最后进入造粒机1-7内切粒，切粒后在鼓风烘箱内干燥，即可得到干燥的颗粒型聚丙烯/蒙脱土纳米粒子（PP/MMT）纳米复合材料。其中，单螺杆挤出机1-1的加料口、输送段、熔融段、均化段，连接器，双向拉伸熔体混合器，造粒口模的温度分别为120°C、180°C、190°C、190°C，190°C，190°C，190°C。在上述第四步中，如果未采用双向拉伸熔体混合器时聚丙烯/蒙脱土（PP/MMT）复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别为21.97MPa、21.59%。但是，由于本实施例采用了由八级组合双向拉伸熔体混合器组成的组合拉伸熔体混合器，其得到的PP/MMT复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别为25.89MPa、57.93%。
值得一提的是，在实施例1采用的双向拉伸熔体混合成型一体化装置中：第一，每个双向拉伸熔体混合器的壳体内可设置n个不同水平伸延的楔形熔体流道，n可在2～10之间取值，即10≧n≧2；其中，熔体流道的入口为矩形，呈水平排列；各流道沿熔体流动方向逐渐变宽变薄，同时朝不同的水平高度延伸，其出口处为矩形并呈垂直排列；各流道的出口宽度等于或接近等于入口宽度的n倍，出口厚度等于或接近等于入口厚度的1/n。第二，混合器可选用一个双向拉伸熔体混合器构成。第三，混合器也可选用两个或两个以上(即: 2～20个)的双向拉伸熔体混合器沿熔体流动方向线性联接，以形成多级组合(即：n相同时)或多级混合组合(即：n有不一致时)双向拉伸熔体混合器，相邻流道入口之间的纵隔呈薄型结构，出口之间的横隔呈薄型结构，此时只要求相邻混合器之间的整体入口尺寸和整体出口尺寸相匹配即可。第四，单螺杆挤出机1-1也可采用双螺杆挤出机结构。
实施例 2
一种聚丙烯/无机纳米复合材料的原料包括以下组分及其重量份含量：
组分 重量份比
等规聚丙烯（PP，为结晶聚合物基体） 90
蒙脱土（MMT，为层状硅酸盐纳米填料） 5
聚丙烯接枝马来酸酐（PP-MA，为相容剂） 5
第一步，首先按上述组分备料；
第二步，首先将纳米填料蒙脱土（MMT）置于120°C烘箱干燥12小时，相容剂聚丙烯接枝马来酸酐置于80°C烘箱干燥12小时；
第三步，将第二步得到的等规聚丙烯、干燥蒙脱土以及相容剂一起置于高混机中预混合5分钟，其转速为100转/分钟，得到等规聚丙烯、蒙脱土、相容剂的预混物，即：等规聚丙烯/蒙脱土/聚丙烯接枝马来酸酐预混物；
然后，再将所得到的等规聚丙烯/蒙脱土/聚丙烯接枝马来酸酐预混物投入双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒后得等规聚丙烯/蒙脱土/聚丙烯接枝马来酸酐预混复合颗粒，将预混复合颗粒在鼓风烘箱中80°C干燥3小时。双螺杆挤出机加料口、输送段、熔融段、均化段、口模的温度分别为120°C、180°C、190°C、190°C、190°C；
第四步，将干燥好的等规聚丙烯/蒙脱土/聚丙烯接枝马来酸酐预混复合颗粒投入到图1所示的双向拉伸熔体混合成型一体化（造粒）装置的单螺杆挤出机1-1中；其中，连接器、双向拉伸熔体混合器和造粒口模的结构如图3～16所示，即：本实施例2采用的双向拉伸熔体混合成型一体化（造粒）装置与实施例1类似；不同的是本实施例2的组合双向拉伸混合器为八级组合双向拉伸混合器，具体采用8个首尾线性相连的1分4型(即：楔形熔体流道的个数n=4)双向拉伸熔体混合器组成，每个双向拉伸熔体混合器内设有四个不同水平伸延的楔形熔体流道10-1、10-2、10-3、10-4。四个楔形熔体流道的入口为矩形，呈水平排列,各流道沿熔体流动方向逐渐变宽变薄，同时朝不同的水平高度延伸(见图10)；四个楔形熔体流道的前端入口端8-1、8-2、8-3、8-4在双向拉伸熔体混合器入口端处为左右排列(见图8)，四个楔形熔体流道的末端出口端9-1、9-2、9-3、9-4在双向拉伸熔体混合器出口端处为上下并合(见图9)；每个楔形熔体流道的前端和末端为矩形结构，各流道的出口宽度等于或接近等于入口宽度的4倍，出口厚度等于或接近等于入口厚度的1/4。经过挤出机熔融塑化得到的聚合物熔体流经连接器、组合双向拉伸熔体混合器、造粒口模之后，再经水槽冷却、造粒机切粒，切粒后在鼓风烘箱内干燥后得到干燥的颗粒型等规聚丙烯/蒙脱土/聚丙烯接枝马来酸酐（PP/MMT/PP-MA）纳米复合材料。其中单螺杆挤出机的加料口、输送段、熔融段、均化段，连接器，组合双向拉伸熔体混合器，造粒口模的温度分别为120°C、180°C、190°C、190°C，190°C，190°C，190°C；
在上述第四步中，如果未用组合双向拉伸熔体混合器时PP/MMT/PP-MA复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别为43%、21.34MPa。但是，由于本实施例采用了由8个双向拉伸熔体混合器组成的组合拉伸熔体混合器，其得到的PP/MMT/PP-MA复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别269.9%、26MPa。可见，PP/MMT/PP-MA复合材料的熔体在组合双向拉伸熔体混合器中受到强剪切力场作用后拉伸强度、断裂伸长率得到显著提高。
值得一提的是，在实施例2采用的双向拉伸熔体混合成型一体化装置中：第一，每个双向拉伸熔体混合器的壳体内可设置n个不同水平伸延的楔形熔体流道，n可在2～10之间取值，即10≧n≧2；其中，熔体流道的入口为矩形，呈水平排列；各流道沿熔体流动方向逐渐变宽变薄，同时朝不同的水平高度延伸，其出口处为矩形并呈垂直排列；各流道的出口宽度等于或接近等于入口宽度的n倍，出口厚度等于或接近等于入口厚度的1/n。第二，混合器可选用一个双向拉伸熔体混合器构成。第三，混合器也可选用两个或两个以上(即: 2～20个)的双向拉伸熔体混合器沿熔体流动方向线性联接，以形成多级组合(即：n相同时)或多级混合组合(即：n有不一致时)双向拉伸熔体混合器，相邻流道入口之间的纵隔呈薄型结构，出口之间的横隔呈薄型结构，此时只要求相邻混合器之间的整体入口尺寸和整体出口尺寸相匹配即可。第四，单螺杆挤出机1-1也可采用双螺杆挤出机结构。
实施例 3
一种聚丙烯/无机纳米复合材料的原料包括以下组分及其重量份含量：
组分 重量份比
等规聚丙烯（PP，为结晶聚合物基体） 99.5
石墨烯(R-GO，为纳米填料) 0.5
说明：上述组分中不含相容剂。
第一步，首先按上述组分备料；
第二步，首先将纳米填料石墨烯（R-GO）置于80°C烘箱干燥12小时；
第三步，将第二步得到的等规聚丙烯、干燥石墨烯一起置于高混机中预混合5分钟，其转速为100转/分钟，得到等规聚丙烯/石墨烯预混物；
然后，再将所得到的预混物投入双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒后得等规聚丙烯/石墨烯预混复合颗粒，将复合颗粒在鼓风烘箱中80°C干燥3小时。双螺杆挤出机加料口、输送段、熔融段、均化段、口模的温度分别为120°C、180°C、190°C、190°C、190°C；
第四步，将干燥好的等规聚丙烯/石墨烯预混复合颗粒投入到图1所示的双向拉伸熔体混合成型一体化装置的单螺杆挤出机1-1中；其中，连接器、双向拉伸熔体混合器和造粒口模的结构如图3～16所示，即：本实施例3采用的双向拉伸熔体混合成型一体化（造粒）一体化装置与实施例1类似；不同的是本实施例3采用的组合双向拉伸混合器为十二级组合双向拉伸混合器，具体采用12个首尾线性相连的1分8型(即：楔形熔体流道的个数n=8)双向拉伸熔体混合器组成，每个双向拉伸熔体混合器内设有八个不同水平伸延的楔形熔体流道13-1、13-2、13-3、13-4、13-5、13-6、13-7、13-8。八个个楔形熔体流道的入口为矩形，呈水平排列,各流道沿熔体流动方向逐渐变宽变薄，同时朝不同的水平高度延伸 (见图13)；八个楔形熔体流道的前端入口端11-1、11-2、11-3、11-4、11-5、11-6、11-7、11-8在双向拉伸熔体混合器入口端处为左右排列(见图11)，八个楔形熔体流道的末端出口端12-1、12-2、12-3、12-4、12-5、12-6、12-7、12-8在双向拉伸熔体混合器出口端处为上下并合(见图12)；每个楔形熔体流道的前端和末端为矩形结构，各流道的出口宽度等于或接近等于入口宽度的8倍，出口厚度等于或接近等于入口厚度的1/8。经过挤出机熔融塑化得到的聚合物熔体流经连接器、组合双向拉伸熔体混合器、造粒口模之后，再经水槽冷却、造粒机切粒，切粒后在鼓风烘箱内干燥后得到干燥的颗粒型聚合物/纳米填料复合材料，即聚丙烯/石墨烯（PP/R-GO）纳米复合材料。其中单螺杆挤出机的加料口、输送段、熔融段、均化段，连接器，组合双向拉伸熔体混合器，造粒口模的温度分别为120°C、180°C、190°C、190°C，190°C，190°C，190°C；
在上述第四步中，如果未用组合双向拉伸熔体混合器时PP/R-GO纳米复合材料的氧气渗透系数和起始的热分解温度分别为6.4*1014 (cm3.cm/cm2.s.Pa) 和400°C。但是，由于本实施例采用了由12个双向拉伸熔体混合器的组合双向拉伸熔体混合器，其得到的PP/R-GO纳米复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别料的氧气渗透系数和起始的热分解温度分别为0.32*1014 (cm3.cm/cm2.s.Pa) 和447°C。可见，PP/R-GO纳米复合材料的熔体在组合双向拉伸熔体混合器中受到强剪切力场作用后氧气的阻隔性能更好，并且其材料的热稳定性能得到了大幅度的提高。这是因为在PP基体中分散较好的R-GO片层能增加氧气在复合在材料中的扩散路径，起到更好的隔绝氧气的效果。
值得一提的是，在实施例3采用的双向拉伸熔体混合成型一体化装置中：第一，每个双向拉伸熔体混合器的壳体内可设置n个不同水平伸延的楔形熔体流道，n可在2～10之间取值，即10≧n≧2；其中，熔体流道的入口为矩形，呈水平排列；各流道沿熔体流动方向逐渐变宽变薄，同时朝不同的水平高度延伸，其出口处为矩形并呈垂直排列；各流道的出口宽度等于或接近等于入口宽度的n倍，出口厚度等于或接近等于入口厚度的1/n。第二，混合器可选用一个双向拉伸熔体混合器构成。第三，混合器也可选用两个或两个以上(即: 2～20个)的双向拉伸熔体混合器沿熔体流动方向线性联接，以形成多级组合(即：n相同时)或多级混合组合(即：n有不一致时)双向拉伸熔体混合器，相邻流道入口之间的纵隔呈薄型结构，出口之间的横隔呈薄型结构，此时只要求相邻混合器之间的整体入口尺寸和整体出口尺寸相匹配即可。第四，单螺杆挤出机1-1也可采用双螺杆挤出机结构。
实施例 4
一种聚苯乙烯/无机纳米复合材料的原料包括以下组分及其重量份含量：
组分 重量份比
聚苯乙烯（PS，为非结晶聚合物基体） 99
蒙脱土(MMT，为层状硅酸盐纳米填料) 1
说明：上述组分中不含相容剂。
第一步，首先按上述组分备料；
第二步，首先将聚苯乙烯置于80°C烘箱干燥12小时，纳米填料蒙脱土（MMT）置于120°C烘箱干燥12小时，；
第三步，将第二步得到的等聚苯乙烯、干燥蒙脱土一起置于高混机中预混合5分钟，其转速为100转/分钟，得到聚苯乙烯/蒙脱土的预混物；
然后，再将所得到的聚苯乙烯/蒙脱土的预混物投入双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒后得聚苯乙烯/蒙脱土预混复合颗粒，将预混复合颗粒在鼓风烘箱中80°C干燥3小时。双螺杆挤出机加料口、输送段、熔融段、均化段、口模的温度分别为120°C、180°C、190°C、190°C、190°C；
第四步，将干燥好的聚苯乙烯/蒙脱土预混复合颗粒投入到图1所示的双向拉伸熔体混合成型一体化（造粒）装置的单螺杆挤出机1-1中；其中，连接器、双向拉伸熔体混合器和造粒口模的结构如图3～16所示，即：本实施例4采用的双向拉伸熔体混合成型一体化（造粒）装置与实施例1类似；不同的是本实施4采用的是八级混合组合双向拉伸熔体混合器，具体采用的是首尾线性相连4个1分4型和4个1分8型的双向拉伸熔体混合器组成的组合双向拉伸熔体混合器。其预混复合颗粒经过挤出机熔融塑化得到的聚合物熔体流经连接器、组合双向拉伸熔体混合器、造粒口模之后，再经水槽冷却、造粒机切粒，切粒后在鼓风烘箱内干燥后得到干燥的颗粒型聚苯乙烯/蒙脱土（PS/MMT）纳米复合材料。其中单螺杆挤出机的加料口、输送段、熔融段、均化段，连接器，组合双向拉伸熔体混合器，造粒口模的温度分别为120°C、180°C、190°C、190°C，190°C，190°C，190°C；
在上述第四步中，如果未用组合双向拉伸熔体混合器时PS/MMT纳米复合材料的透光率和雾度为80%和11.2。但是，由于本实施例采用了由八级混合组合双向拉伸熔体混合器组成的组合双向拉伸熔体混合器，其得到的PS/MMT纳米复合材料的透光率和雾度为90%和13.4。可见，PS/MMT纳米复合材料的熔体在组合双向拉伸熔体混合器中受到强剪切力场作用后透光率和雾度都增加，有利于得到具有高透明性的光学材料。
值得一提的是，在实施例4采用的双向拉伸熔体混合成型一体化装置中：第一，每个双向拉伸熔体混合器的壳体内可设置n个不同水平伸延的楔形熔体流道，n可在2～10之间取值，即10≧n≧2；其中，熔体流道的入口为矩形，呈水平排列；各流道沿熔体流动方向逐渐变宽变薄，同时朝不同的水平高度延伸，其出口处为矩形并呈垂直排列；各流道的出口宽度等于或接近等于入口宽度的n倍，出口厚度等于或接近等于入口厚度的1/n。第二，混合器可选用一个双向拉伸熔体混合器构成。第三，混合器也可选用两个或两个以上(即: 2～20个)的双向拉伸熔体混合器沿熔体流动方向线性联接，以形成多级组合(即：n相同时)或多级混合组合(即：n有不一致时)双向拉伸熔体混合器，相邻流道入口之间的纵隔呈薄型结构，出口之间的横隔呈薄型结构，此时只要求相邻混合器之间的整体入口尺寸和整体出口尺寸相匹配即可。第四，单螺杆挤出机1-1也可采用双螺杆挤出机结构。
实施例 5
一种聚乙烯/无机纳米复合材料的原料包括以下组分及其重量份含量：
组分 重量份比
聚乙烯(PE，为非结晶聚合物基体) 99
碳纳米管(CNT，为纳米填料) 1
说明：上述组分中不含相容剂。
第一步，首先按上述组分备料；
第二步，首先将碳纳米管置于80°C烘箱干燥10小时；
第三步，将第二步得到的聚乙烯、碳纳米管一起置于高混机中预混合5分钟，其转速为150转/分钟，得到聚乙烯/碳纳米管预混物；
然后，再将得到的聚乙烯/碳纳米管预混物投入双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒后得聚乙烯/碳纳米管预混复合颗粒，将预混复合颗粒在鼓风烘箱中80°C干燥3小时。双螺杆挤出机加料口、输送段、熔融段、均化段、口模的温度分别为120°C、180°C、200°C、200°C、200°C；
第四步，将干燥好的聚乙烯/碳纳米管预混复合颗粒投入到图2所示的双向拉伸熔体混合成型一体化（成片）装置的单螺杆挤出机1中；其中，连接器、双向拉伸熔体混合器的结构如图3～13所示。图2与图1所示的相同点是单螺杆挤出机、连接器、双向拉伸熔体混合器三者相同；其不同点是：图1中采用造粒口模1-4，其冷却装置是水槽1-5，图2的冷却装置是三辊冷却机2-5，并且可以加收卷机2-8进行整理。并且此处采用的是组合双向拉伸熔体混合器为三级混合组合双向拉伸熔体混合器，即首尾线性相连2个1分4型和1个1分8型的双向拉伸熔体混合器组成的组合双向拉伸熔体混合器。经过挤出机熔融塑化得到的聚合物熔体流经连接器、组合双向拉伸熔体混合器之后，再经三辊冷却机冷却、收卷机收卷后得到干燥的片材型聚乙烯/碳纳米管（PS/CNT）复合材料。其中单螺杆挤出机的加料口、输送段、熔融段、均化段，连接器，组合双向拉伸熔体混合器，三辊冷却机的温度分别为120°C、180°C、200°C、200°C，200°C，200°C，30°C；
在上述第四步中，如果未采用双向拉伸熔体混合器时PE/CNT复合材料的体积电阻率和拉伸强度分别为15Ω·cm、35MPa。但是，由于本实施例采用了由三级混合组合双向拉伸熔体混合器组成的组合双向拉伸熔体混合器，其得到的PE/CNT复合材料的体积电阻率和拉伸强度分别为1Ω·cm、39MPa。可见，PE/CNT复合材料的熔体在组合双向拉伸熔体混合器中受到强剪切力场作用后导电通路更加完善使得体积电阻率显著下降，拉伸强度得到提高；同时实现了导电性能增强和力学性能的提升，使得PE/CNT复合材料功能化和高性能化得到统一。
值得一提的是，在实施例5采用的双向拉伸熔体混合成型一体化装置中：第一，每个双向拉伸熔体混合器的壳体内可设置n个不同水平伸延的楔形熔体流道，n可在2～10之间取值，即10≧n≧2；其中，熔体流道的入口为矩形，呈水平排列；各流道沿熔体流动方向逐渐变宽变薄，同时朝不同的水平高度延伸，其出口处为矩形并呈垂直排列；各流道的出口宽度等于或接近等于入口宽度的n倍，出口厚度等于或接近等于入口厚度的1/n。第二，混合器可选用一个双向拉伸熔体混合器构成。第三，混合器也可选用两个或两个以上(即: 2～20个)的双向拉伸熔体混合器沿熔体流动方向线性联接，以形成多级组合(即：n相同时)或多级混合组合(即：n有不一致时)双向拉伸熔体混合器，相邻流道入口之间的纵隔呈薄型结构，出口之间的横隔呈薄型结构，此时只要求相邻混合器之间的整体入口尺寸和整体出口尺寸相匹配即可。第四，单螺杆挤出机1-1也可采用双螺杆挤出机结构。
实施例 6
一种聚甲基丙烯酸甲酯/无机纳米复合材料的原料包括以下组分及其重量份含量：
组分 重量份比
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA，为非结晶聚合物基体） 95
纳米碳酸钙（CaCO3，为纳米填料） 5
说明：上述组分中不含相容剂。
第一步，首先按上述组分备料；
第二步，首先将聚甲基丙烯酸甲酯，纳米碳酸钙置于80°C烘箱干燥10小时；
第三步，将第二步得到的聚甲基丙烯酸甲酯、碳酸钙一起置于高混机中预混合5分钟，其转速为150转/分钟，得到聚甲基丙烯酸甲酯/碳酸钙预混物；
然后，再将得到的聚甲基丙烯酸甲酯/碳酸钙预混物投入双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒后得聚甲基丙烯酸甲酯/碳酸钙预混复合颗粒，将预混复合颗粒在鼓风烘箱中80°C干燥3小时。双螺杆挤出机加料口、输送段、熔融段、均化段、口模的温度分别为120°C、180°C、220°C、220°C、220°C；
第四步，将干燥好的聚甲基丙烯酸甲酯/碳酸钙预混复合颗粒投入到图2所示的双向拉伸熔体混合成型一体化（成片）装置的单螺杆挤出机1中；其中，连接器、双向拉伸熔体混合器的结构如图3～13所示，即：本实施例6采用的双向拉伸熔体混合成型一体化（成片）装置与实施例5类似；不同的是本实施例6采用的组合双向拉伸熔体混合器为六级混合组合双向拉伸熔体混合器，即首尾线性相连3个1分2型和3个1分8型的双向拉伸熔体混合器组成的组合双向拉伸熔体混合器。经过挤出机熔融塑化得到的聚合物熔体流经连接器、组合双向拉伸熔体混合器之后，再经三辊冷却机冷却、收卷机收卷后得到干燥的片材型聚甲基丙烯酸甲酯/碳酸钙（PMMA/CaCO3）复合材料。其中单螺杆挤出机的加料口、输送段、熔融段、均化段，连接器，组合双向拉伸熔体混合器，三辊冷却机的温度分别为120°C、180°C、220°C、220°C，220°C，220°C，30°C；
在上述第四步中，如果未采用双向拉伸熔体混合器时PMMA/CaCO3复合材料的断裂伸长率和拉伸强度分别为18%、30MPa。但是，由于本实施例采用了六级混合组合双向拉伸熔体混合器组成的组合双向拉伸熔体混合器，其得到的PMMA/CaCO3复合材料的断裂伸长率和拉伸强度分别为40%、38MPa。可见，PMMA/CaCO3复合材料的熔体在组合双向拉伸熔体混合器中受到强剪切力场作用后断裂伸长率，拉伸强度得到显著提高；同时实现了PMMA/CaCO3复合材料的增韧和增强。
值得一提的是，在实施例6采用的双向拉伸熔体混合成型一体化装置中：第一，每个双向拉伸熔体混合器的壳体内可设置n个不同水平伸延的楔形熔体流道，n可在2～10之间取值，即10≧n≧2；其中，熔体流道的入口为矩形，呈水平排列；各流道沿熔体流动方向逐渐变宽变薄，同时朝不同的水平高度延伸，其出口处为矩形并呈垂直排列；各流道的出口宽度等于或接近等于入口宽度的n倍，出口厚度等于或接近等于入口厚度的1/n。第二，混合器可选用一个双向拉伸熔体混合器构成。第三，混合器也可选用两个或两个以上(即: 2～20个)的双向拉伸熔体混合器沿熔体流动方向线性联接，以形成多级组合(即：n相同时)或多级混合组合(即：n有不一致时)双向拉伸熔体混合器，相邻流道入口之间的纵隔呈薄型结构，出口之间的横隔呈薄型结构，此时只要求相邻混合器之间的整体入口尺寸和整体出口尺寸相匹配即可。第四，单螺杆挤出机1-1也可采用双螺杆挤出机结构。
实施例 7
一种丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物/无机纳米复合材料的原料包括以下组分及其重量份含量：
组分 重量份比
丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS，为非结晶聚合物基体） 98
纳米二氧化硅（SiO2，为纳米填料） 2
说明：上述组分中不含相容剂。
第一步，首先按上述组分备料；
第二步，首先将丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物，纳米二氧化硅置于80°C烘箱干燥10小时；
第三步，将第二步得到的丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物、纳米二氧化硅一起置于高混机中预混合5分钟，其转速为150转/分钟，得到丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物/纳米二氧化硅预混物；
然后，再将得到的丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物/纳米二氧化硅预混物投入双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒后得丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物/纳米二氧化硅预混复合颗粒，将预混复合颗粒在鼓风烘箱中80°C干燥3小时。双螺杆挤出机加料口、输送段、熔融段、均化段、口模的温度分别为160°C、200°C、215°C、215°C、215°C；
第四步，将干燥好的丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物/纳米二氧化硅预混复合颗粒投入到图2所示的双向拉伸熔体混合成型一体化（成片）装置的单螺杆挤出机1中；其中，连接器、双向拉伸熔体混合器的结构如图3～13所示，即：本实施例7采用的双向拉伸熔体混合成型一体化（成片）装置与实施例5类似；不同的是本实施例7采用的组合双向拉伸熔体混合器为七级混合组合双向拉伸熔体混合器，即首尾线性相连3个1分2型和4个1分4型的双向拉伸熔体混合器组成的组合双向拉伸熔体混合器。经过挤出机熔融塑化得到的聚合物熔体流经连接器、组合双向拉伸熔体混合器之后，再经三辊冷却机冷却、收卷机收卷后得到干燥的片材型丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物/纳米二氧化硅（ABS/SiO2）复合材料。其中单螺杆挤出机的加料口、输送段、熔融段、均化段，连接器，组合双向拉伸熔体混合器，三辊冷却机的温度分别为160°C、200°C、215°C、215°C，215°C，215°C，30°C；
在上述第四步中，如果未采用双向拉伸熔体混合器时ABS/SiO2复合材料的断裂伸长率和拉伸强度分别为58%、34MPa。但是，由于本实施例采用了七级混合组合双向拉伸熔体混合器组成的组合双向拉伸熔体混合器，其得到的ABS/SiO2复合材料的断裂伸长率和拉伸强度分别为72%、38MPa。可见，ABS/SiO2复合材料的熔体在组合双向拉伸熔体混合器中受到强剪切力场作用后断裂伸长率，拉伸强度得到显著提高；同时实现了ABS/SiO2复合材料的增韧和增强。
值得一提的是，在实施例7采用的双向拉伸熔体混合成型一体化装置中：第一，每个双向拉伸熔体混合器的壳体内可设置n个不同水平伸延的楔形熔体流道，n可在2～10之间取值，即10≧n≧2；其中，熔体流道的入口为矩形，呈水平排列；各流道沿熔体流动方向逐渐变宽变薄，同时朝不同的水平高度延伸，其出口处为矩形并呈垂直排列；各流道的出口宽度等于或接近等于入口宽度的n倍，出口厚度等于或接近等于入口厚度的1/n。第二，混合器可选用一个双向拉伸熔体混合器构成。第三，混合器也可选用两个或两个以上(即: 2～20个)的双向拉伸熔体混合器沿熔体流动方向线性联接，以形成多级组合(即：n相同时)或多级混合组合(即：n有不一致时)双向拉伸熔体混合器，相邻流道入口之间的纵隔呈薄型结构，出口之间的横隔呈薄型结构，此时只要求相邻混合器之间的整体入口尺寸和整体出口尺寸相匹配即可。第四，单螺杆挤出机1-1也可采用双螺杆挤出机结构。
实施例 8
一种聚对苯二甲酸乙二醇酯/无机纳米复合材料的原料包括以下组分及其重量份含量：
组分 重量份比
聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET，为半结晶聚合物基体） 99.9
石墨烯（R-GO，为纳米填料） 0.1
说明：上述组分中不含相容剂。
第一步，首先按上述组分备料；
第二步，首先将聚对苯二甲酸乙二醇酯，石墨烯置于80°C烘箱干燥10小时；
第三步，将第二步得到的聚对苯二甲酸乙二醇酯、石墨烯一起置于高混机中预混合5分钟，其转速为150转/分钟，得到聚对苯二甲酸乙二醇酯/石墨烯预混物；
然后，再将得到的聚对苯二甲酸乙二醇酯/石墨烯预混物投入双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒后得聚对苯二甲酸乙二醇酯/石墨烯预混复合颗粒，将预混复合颗粒在鼓风烘箱中80°C干燥3小时。双螺杆挤出机加料口、输送段、熔融段、均化段、口模的温度分别为160°C、220°C、240°C、240°C、240°C；
第四步，将干燥好的聚对苯二甲酸乙二醇酯/石墨烯预混复合颗粒投入到图2所示的双向拉伸熔体混合成型一体化（成片）装置的单螺杆挤出机1中；其中，连接器、双向拉伸熔体混合器的结构如图3～13所示，即：本实施例8采用的双向拉伸熔体混合成型一体化（成片）装置与实施例5类似；不同之处在于本实施例8采用的组合双向拉伸熔体混合器为十级混合组合双向拉伸熔体混合器，即首尾线性相连6个1分2型和4个1分8型的双向拉伸熔体混合器组成的组合双向拉伸熔体混合器。经过挤出机熔融塑化得到的聚合物熔体流经连接器、组合双向拉伸熔体混合器之后，再经三辊冷却机冷却、收卷机收卷后得到干燥的片材型聚对苯二甲酸乙二醇酯/石墨烯（PET/R-GO）复合材料。其中单螺杆挤出机的加料口、输送段、熔融段、均化段，连接器，组合双向拉伸熔体混合器，三辊冷却机的温度分别为160°C、120°C、240°C、240°C，240°C，240°C，30°C；
在上述第四步中，如果未采用双向拉伸熔体混合器时PET/R-GO复合材料的体积电阻率和拉伸强度分别为10Ω·cm、56MPa。但是，由于本实施例采用了由十级混合组合双向拉伸熔体混合器组成的组合双向拉伸熔体混合器，其得到的PET/R-GO复合材料的体积电阻率和拉伸强度分别为0.5Ω·cm、67 MPa。可见，PET/R-GO复合材料的熔体在组合双向拉伸熔体混合器中受到强剪切力场作用后导电通路更加完善使得体积电阻率明显下降，拉伸强度得到显著提高；同时实现了PET/R-GO复合材料的功能化与高性能化的统一。
值得一提的是，在实施例8采用的双向拉伸熔体混合成型一体化装置中：第一，每个双向拉伸熔体混合器的壳体内可设置n个不同水平伸延的楔形熔体流道，n可在2～10之间取值，即10≧n≧2；其中，熔体流道的入口为矩形，呈水平排列；各流道沿熔体流动方向逐渐变宽变薄，同时朝不同的水平高度延伸，其出口处为矩形并呈垂直排列；各流道的出口宽度等于或接近等于入口宽度的n倍，出口厚度等于或接近等于入口厚度的1/n。第二，混合器可选用一个双向拉伸熔体混合器构成。第三，混合器也可选用两个或两个以上(即: 2～20个)的双向拉伸熔体混合器沿熔体流动方向线性联接，以形成多级组合(即：n相同时)或多级混合组合(即：n有不一致时)双向拉伸熔体混合器，相邻流道入口之间的纵隔呈薄型结构，出口之间的横隔呈薄型结构，此时只要求相邻混合器之间的整体入口尺寸和整体出口尺寸相匹配即可。第四，单螺杆挤出机1-1也可采用双螺杆挤出机结构。

Claims (4)

1.一种制备聚合物/无机纳米粒子复合材料的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
第一步，将聚合物、无机纳米粒子、相容剂按重量份配比为99.9～85：0.1～5：0～10进行配料，得到复合材料原料组分；
第二步，将上述的复合材料原料组分进行干燥预处理；
第三步，将干燥的原料组分投入高混机中进行预混合；
第四步，将第三步得到的预混物投入双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒，干燥后得到聚合物/无机纳米粒子预混复合颗粒；再将所得到的预混复合颗粒投入到由挤出机(1-1)、连接器(1-2)、单个或组合双向拉伸熔体混合器(1-3)、造粒口模(1-4)、冷却装置(1-5)和造粒机(1-7)构成的双向拉伸熔体混合成型一体化装置的挤出机(1-1)中，其中双向拉伸熔体混合器的壳体内设有2～10个不同水平延伸的楔形熔体流道；聚合物熔体流经连接器(1-2)并在单个或组合双向拉伸熔体混合器(1-3)的不同水平延伸的楔形熔体流道中分流、双向拉伸形变和叠合后流出，再从造粒口模(1-4)流出，再经过冷却装置(1-5)冷却、造粒机(1-7)切粒，即可得到颗粒型聚合物/无机纳米粒子复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备聚合物/无机纳米粒子复合材料的方法，其特征在于第一步中的聚合物是聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。
3.根据权利要求1所述的制备聚合物/无机纳米粒子复合材料的方法，其特征在于第一步中的无机纳米粒子是碳纳米管、石墨烯、蒙脱土、纳米二氧化硅和纳米碳酸钙中的一种。
4.根据权利要求1所述的制备聚合物/无机纳米粒子复合材料的方法，其特征在于第四步所用的挤出机(1-1)的加料口、输送段、熔融段、均化段，连接器(1-2)，单个或组合双向拉伸熔体混合器(1-3)，造粒口模(1-4)的温度分别为100～180℃、180～240℃、180～240℃、180～240℃，180～240℃，180～240℃，180～240℃。
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