CN103878897B - 一种制备聚合物共混材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备聚合物共混材料的方法，其特点是两种聚合物按照一定配比混合造粒后，其粒料通过双向拉伸混合成型一体化装置中的挤出机输送，经塑化熔融，其熔体在混合器的双向拉伸作用力下，使两种聚合物混合均匀、相区尺寸减小，达到增容的效果，得到性能优异的共混物。本发明解决了传统共混手段无法优化相形态而且工艺繁琐的问题，而且本发明操作简单，可连续性生产，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，具有广阔的工业化和市场前景。

Description

一种制备聚合物共混材料的方法

技术领域

本发明涉及一种制备聚合物共混材料的方法，更具体的说是涉及使用了一种特殊的混合装置用以制备分散相细化、相形态改善的，相容性提高的聚合物共混材料的方法，属于聚合物基复合材料制备工艺领域。

背景技术

聚合物共混物由于技术上和经济上的优势，在聚合物材料的研究和开发方面占有重要的地位。但聚合物共混物常因相容性差、两相间界面能高，导致结合力低而使其性能下降。对于大多数聚合物共混物，各组分间是热力学不相容的，不相容的聚合物共混物分散相相尺寸粗大、两相之间的界面作用薄弱，力学性能很差，没有使用价值[董萌,王汝,敏姚梅.涂料涂装与电镀,2006,4(5)15～19]。通过不同的加工条件来改善制品的微观结构、提高制品的使用性能已成为一个重要的研究方向。

两种聚合物共混是解决单一聚合物加工困难或者单一聚合物难以满足特殊性能要求而最常用的解决方法，然而通常两种聚合物界面性能相差较大，相容性较差，而且相形态难以调控，从而影响了聚合物共混物的各项性能。目前常用的聚合物共混方法包括以下几种：

1、传统物理共混。传统的物理共混方法是一种熔融加工方式，包括双螺杆或单螺杆挤出共混、捏合共混、热压成型共混等传统加工方式，它是通过提供剪切作用而使得两种或多种聚合物均匀混合，从而达到分散相对均匀的目的。然而这些传统共混加工方式既不能改善两相相容性，也不能调控分散相相形态，是最原始的共混加工方式。

2、化学改性界面相容性。这种方法是通过化学改性的方式提高两相界面的相容性从而得到性能优异的聚合物共混材料。这种方法包括多种手段：（1）引入氢键改善聚合物间相容性；（2）对聚合物分子链化学改性；（3）通过共聚使分子链引入特殊相互作用基团；（4）形成互穿聚合物网络（IPN）或交联结构；（5）改变分子量等多种化学改性方式。例如：对聚乙烯（PE）进行光氧化,然后尼龙6（PA-6）共混。实验表明，羧基与胺基发生反应会形成接枝共聚物结构,因而稳定了共混物并使之具有了良好的物理机械性能[Curto,D.etal.,JApplPolymSci,39(1990)865～873]。

3、相容剂。由于两种或两种以上的聚合物很难或几乎不能用简单的共混方法来得到有使用价值的共混体系，为此也可以采用添加增容剂的方法来改善共混高聚物间的不相容性，从而增加界面黏结性使共混体系的力学性能得到明显提高。相容剂主要为共混体系高聚物的嵌段或接枝共聚物，但也有其它的聚合物体系。相容剂的作用主要是：(1)降低相间的界面能；(2)帮助两种聚合物在共混时的分散性；(3)起到防止宏观相分离并提高稳定性的作用；(4)增加相间界面的黏接性。相容剂的种类可大体分为：就地形成型共混物相容剂,外加型共聚物相容剂和低分子量化合物相容剂三种。而外加型共聚物相容剂又可以分为非反应性相容剂和反应性相容剂。相容剂是使用做广泛也是当前研究的热点，然而相容剂的使用不可避免的带来繁琐的加工步骤、溶剂污染等相关问题。

上述的这些方法是现在生产试验中使用最广泛的方法，然而在聚合物共混的工业化生产过程中，一种操作简单、产品质量稳定、没有或少量的溶剂使用以及可调控的相尺寸等诸多优点的聚合物共混材料的生产方法是迫切需要的。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种制备聚合物共混材料的方法，使用该方法可以得到分散相尺寸细化、相形态改善、相容性较好的聚合物基共混材料。

本发明的技术原理是：聚合物共混物在熔融加工过程中所形成的结构和形态主要由加工力场决定。利用单个或组合双向拉伸熔体混合器提供的双向拉伸作用，使两种聚合物混合均匀、相区尺寸减小，从而提高相容性，改善聚合物共混物的力学性能、阻隔性能和热稳定性能等。同时可以通过改变双向拉伸熔体混合器的个数和类型来调整聚合物熔体受到的双向拉伸作用，从而达到调整分散相尺寸大小的目的。

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，将热塑性聚合物，聚合物A、聚合物B和相容剂按照质量份配比5～95：95～5：0～10进行配料，得到原料组分；

第二步，将上述得到的原料进行干燥预处理；

第三步，将干燥处理后的原料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(见图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（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，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共混材料。

上述第四步也可以是将第三步得到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(见图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（2-2）并在单个或组合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）定型，得到片材型聚合物共混材料。

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两种聚合物的分散状态，实现聚合物共混材料的结构优化。再说明的是，双向拉伸熔体混合器内设有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混合器构成，也可由两个或两个以上的双向拉伸混合器联接构成；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连接而构成，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混合单元。

上述第三步与第四步之间增设如下步骤：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，干燥后得到聚合物预混复合颗粒；再将所得到的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)中的物料是熔融共混复合颗粒，而不再是普通的物理共混预混物，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分散相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。

上述第一步中所使用的两种聚合物A、B为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、尼龙-6、尼龙-66、聚甲醛、聚偏氟乙烯、聚乳酸、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物和烯烃类弹性体中的任意两种。可以根据材料用途和使用环境来选择两种聚合物。

上述第一步中的相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐、聚乙烯接枝马来酸酐、苯乙烯接枝马来酸酐、羟基接枝聚丙烯和羟基接枝聚乙烯中的一种。这些相容剂增容效果较好而且没有溶剂污染，可以改善两种聚合物界面性能，提高相容性。

上述第四步制造颗粒型聚合物共混材料中所用的挤出机（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、180～320°C、180～320°C、180～320°C，180～320°C，180～320°C，180～320°C。制备片材型聚合物共混材料中所用的挤出机(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、180～320°C、180～320°C、180～320°C，180～320°C，180～320°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、180～320°C、180～320°C、180～320°C、180～320°C。

本发明所得的颗粒型聚合物共混材料再经过挤出成型、注塑成型或模压成型等二次加工，得到相应的共混物制品。这些制品的相形态得以保留，相容性较好，从而材料的力学性能、阻隔性能、热稳定性能等得到提升。

实验结果表明，本发明制备的聚合物共混材料与采用现有的物理共混、化学改性和添加增容剂等方法制得的样品相比，其相容性得到明显改善，而且相形态得以优化，从而力学性能，阻隔性能，热稳定性能等也相应地得到提高。

本发明具有以下优点：

(1)本发明所提供的制备聚合物共混材料的方法，可以减小相区尺寸、优化相形态，从而提高相容性，改善聚合物共混物的力学性能、阻隔性能和热稳定性能等。

(2)本发明所提供的制备聚合物共混材料的方法，可以通过改变双向拉伸熔体混合器的个数和类型来调整聚合物熔体受到的双向拉伸作用，从而达到调整分散相尺寸大小的目的。

(3)由于是在挤出机中实现聚合物共混材料的制备，本发明提供的方法具有简单易操作，生产成本低，效率高，设备维护方便等特点。

(4)本发明提供的方法不使用溶剂，不需要后续处理，具有无毒、无污染的特点。

本发明产生的具体积极效果，可通过后面的实施例来进行说明。

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为单个或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为楔形流道；11-10、12-10、13-9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，各组分的用量均为质量用量。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。

实施例1

一种聚碳酸酯/丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物(PC/ABS)共混材料的原料包括以下组分及其质量份配比:

第一步，首先按上述组分备料；

第二步，首先将PC、ABS粒料和相容剂置于80°C烘箱干燥12小时；

第三步，将第二步得到的干燥的PC、ABS粒料与相容剂一起置于高混机中预混合6分钟，其转速为100转/分钟,得到PC/ABS预混物；

然后，再将得到的PC/ABS预混物投入双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒后得到PC/ABS预混复合颗粒，将该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180°C、200°C、240°C、235°C；

第四步，将干燥好的PC/ABS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1-1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，冷却装置1-5为水槽，挤出机出口端与连接器入口端相连、连接器出口端与双向拉伸熔体混合器入口端相连、双向拉伸熔体混合器出口端与造粒口模入口端相连、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；挤出机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中的混合器可采用单个双向拉伸混合器构成，也可采用2～20个首尾线性相连的双向拉伸混合器组成。本实施例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2型(即：楔形熔体流道的个数n=2)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两个不同水平伸延的楔形熔体流道7-1、7-2,两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，各流道的出口宽度等于或接近等于入口宽度的2倍，出口厚度等于或接近等于入口厚度的1/2。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。

PC/ABS熔融预混合颗粒投入到图1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两种聚合物的分散状态，实现聚合物共混材料的结构优化。同时可以通过调控双向拉伸熔体混合器个数以得到合适的相尺寸，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合物共混复合材料，以用于后面的注塑加工。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190°C、220°C、240°C、235°C、235°C、235°C、235°C。

在上述第四步中，如果未采用双向拉伸混合器时PC/ABS共混材料的拉伸强度和断裂伸长率分别为29.18MPa、52.21%。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双向拉伸熔体混合器，其得到的PC/ABS共混材料的拉伸强度和断裂伸长率分别为36.46MPa、61.73%。PC/ABS共混材料缺口冲击强度由32.18KJ/m²增强到48.39KJ/m²，增幅为50.37%。

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（造粒）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，其出口端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连接，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

一种聚碳酸酯/聚对苯二甲酸丁二醇酯(PC/PBT)共混材料的制备。

说明：文献及实验结果表明PC/PBT体系为部分相容体系，两相相容性很差，各项性能指标达不到使用要求(参见[李宏,于杰,罗筑,中国塑料,19（2005）10～13])。

一种PC/PBT共混材料的原料包括以下组分及其质量份配比:

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PC、PBT粒料置于80°C烘箱干燥12小时；

第三步，将第二步得到的干燥PC和PBT一起置于高混机中预混合5分钟，其转速为150转/分钟，得到PC/PBT预混物；

然后，再将得到的PC/PBT预混物投入双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒后得PC/PBT的预混复合颗粒，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180°C、220°C、250°C、245°C、245°C；

第四步，将干燥好的PC/PBT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相似；

不同的是，本实施例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PC/PBT共混材料。其中单螺杆挤出机的加料口、输送段、熔融段、均化段、连接器、组合双向拉伸混合器、造粒口模的温度分别为180°C、220°C、250°C、245°C、245°C、245°C、245°C；

在上述第四步中，与未用双向拉伸熔体混合器的PC/PBT共混材料相比，本实施例采用了由12个1分4型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PC/PBT共混材料的断裂伸长率由10.58%提升至38.02%，增幅259.36%；拉伸强度由58.54MPa提升至68.09MPa，缺口冲击强度由6.61KJ/m²提升至10.72KJ/m²，性能得到显著提升。

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（造粒）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，其出口端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连接，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

一种高密度聚乙烯/尼龙-6(HDPE/PA6)共混材料的制备

一种HDPE/PA6共混材料的原料包括以下组分及其质量份配比:

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，首先将两种聚合物粒料置于80°C烘箱干燥12小时；

第三步，将第二步得到的干燥HDPE、PA6一起置于高混机中预混合5分钟，其转速为150转/分钟,得到HDPE/PA6预混物；

然后，再将得到的HDPE/PA6混物投入双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒后得HDPE/PA6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170°C、190°C、220°C、230°C、225°C；

第四步，将干燥好的HDPE/PA6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）装置与实施例1相似；不同的是，本实施例的组合双向拉伸混合器为六级组合和十二级组合双向拉伸混合器，具体采用6个和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HDPE/PA6共混材料。其中单螺杆挤出机的加料口、输送段、熔融段、均化段、连接器、组合双向拉伸混合器、造粒口模的温度分别为170°C、190°C、230°C、225°C、225°C、225°C、225°C；

将经过安装有6个双向拉伸熔体混合器的混合装置挤出的HDPE/PA6共混材料，与普通共混的HDPE/PA6共混材料相比。经过双向拉伸熔体混合器的HDPE/PA6共混物的拉伸强度由26.77MPa提高到34.76MPa，弯曲强度由18.89MPa提高到24.56MPa，性能得到明显提高。同时扫描电子显微镜的结果显示经过安装有6个双向拉伸熔体混合器的混合装置挤出的HDPE/PA6共混材料呈海岛结构的分散相尺寸与普通共混的HDPE/PA6共混材料相比明显变小，分散相分布更均匀，相容性得到明显明显提高。

再将经过安装有6个双向拉伸熔体混合器的混合装置挤出的HDPE/PA6共混材料（A），与经过安装有12个双向拉伸熔体混合器的混合装置挤出的HDPE/PA6共混材料相比(B)。扫描电镜的结果显示，共混材料B的PA6的分散相尺寸比共混共混材料A的分散相尺寸更小，分散也更加的均匀。可见，本发明可以通过改变混合器中双向拉伸熔体混合器的个数来调控聚合物共混物两相的相尺寸结构。

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，其出口端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连接，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

一种聚丙烯/α-辛烯乙烯共聚物(PP/POE)共混材料的制备。

一种PP/POE共混材料的原料包括以下组分及其质量份配比:

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PP、POE粒料置于60°C烘箱干燥12小时；

第三步，将第二步得到的干燥PP和POE一起置于高混机中预混合5分钟，其转速为100转/分钟，得到PP/POE预混物；

然后，再将得到的PP/POE预混物投入双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒后得PC/PBT的预混复合颗粒，将预混复合颗粒在鼓风烘箱中60°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、190°C、200°C、195°C、195°C；

第四步，将干燥好的PP/POE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相似；不同的是本实施例4采用6级混合组合双向拉伸熔体混合器,具体采用4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和2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。PP/POE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PP/POE共混材料。其中单螺杆挤出机的加料口、输送段、熔融段、均化段、连接器、组合双向拉伸混合器、造粒口模的温度分别为160°C、180°C、200°C、200°C、200°C、195°C、195°C。

在上述第四步中，与未用双向拉伸熔体混合器的PP/POE共混材料相比，本实施例采用了由4个1分4型和2个1分8型双向拉伸熔体混合器组成的6级混合组合双向拉伸熔体混合器，其得到的PP/POE共混材料的拉伸强度由31.22MPa提升至38.72MPa，缺口冲击强度由8.63KJ/m²提升至12.78KJ/m²，性能得到显著提升。

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，其出口端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连接，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

一种聚乳酸/聚碳酸酯(PLA/PC)共混材料的制备

一种PLA/PC共混材料的原料包括以下组分及其质量份配比:

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，首先将两种聚合物粒料置于60°C烘箱干燥12小时；

第三步，将第二步得到的干燥PLA、PC一起置于高混机中预混合5分钟，其转速为150转/分钟,得到PLA/PC预混物；

然后，再将得到的PLA/PC混物投入双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒后得PLA/PC预混复合颗粒，将预混复合颗粒在鼓风烘箱中60°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190°C、200°C、220°C、220°C、210°C；

第四步，将干燥好的PLA/PC预混复合颗粒投入到图2所示由单螺杆挤出机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（成片）装置的单螺杆挤出机2-1中。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。

PLA/PC熔融预混合颗粒投入到图2所示的单螺杆挤出机2-1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2-2并单个或组合双向拉伸熔体混合器2-3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两种聚合物的分散状态，实现聚合物共混材料的结构优化。同时可以通过调控双向拉伸熔体混合器个数以得到合适的相尺寸，实现拉伸强度和断裂伸长率的同步提高；聚合物熔体从混合器流出为片状熔体，经三辊冷却机2-5冷却，最后经过收卷机2-8牵引即可得到片状的片型聚合物共混复合材料，可以直接使用或进行模压成型等二次加工。其中，单螺杆挤出机2-1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、三辊冷却机的温度分别为190°C、200°C、210°C、220°C、215°C、215°C、60°C。

在上述第四步中，如果未采用双向拉伸混合器时PLA/PC共混材料的拉伸强度和断裂伸长率分别为34.58MPa、32.29%。但是，由于本实施例采用了由4个1分2型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PLA/PC共混材料的拉伸强度和断裂伸长率分别为41.36MPa、52.78%。

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，其出口端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连接，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

一种聚苯乙烯/线性低密度聚乙烯(PS/LLDPE)共混材料的制备。

一种PS/LLDPE共混材料的原料包括以下组分及其质量份配比:

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PS、LLDPE粒料置于80°C烘箱干燥24小时；

第三步，将第二步得到的干燥PS和LLDPE一起置于高混机中预混合5分钟，其转速为200转/分钟，得到PS/LLDPE预混物；

第四步，将干燥好的PS/LLDPE预混物投入到图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2-1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相似；

不同的是，本实施例的组合双向拉伸混合器为十二级混合组合双向拉伸混合器，具体采用6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和6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，经过挤出机熔融塑化得到的聚合物熔体流经连接器、组合双向拉伸混合器之后，再经三辊冷却机冷却、收卷机牵引，即可得到片型PS/LLDPE聚合物共混材料。其中单螺杆挤出机的加料口、输送段、熔融段、均化段、连接器、组合双向拉伸混合器、三辊冷却机的温度分别为180°C、200°C、220°C、210°C、210°C、210°C、25°C；

在上述第四步中，与未用双向拉伸熔体混合器的PS/LLDPE共混材料相比，本实施例采用了由6个1分4型双向拉伸熔体混合器和6个1分8型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/LLDPE共混材料的拉伸强度由16.54MPa提升至21.33MPa，缺口冲击强度由11.63KJ/m²提升至15.82KJ/m²，性能得到显著提升。

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，其出口端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连接，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 (5)

1.一种制备聚合物共混材料的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

第一步，将热塑性聚合物，聚合物A、聚合物B和相容剂按照质量份配比5～95：95～5：0～10进行配料，得到原料组分；

第二步，将上述得到的原料进行干燥预处理；

第三步，将干燥处理后的原料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，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，在该过程中，两种聚合物均匀混合，分散相尺寸细化，且分散相尺寸由双向拉伸熔体混合器的个数和类型调控；聚合物熔体再从造粒口模(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共混材料。

2.根据权利要求1所述的制备聚合物共混材料的方法，其特征在于在上述第三步与第四步之间增设如下步骤：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、干燥后得到聚合物预混复合颗粒；再将所得到的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中。

3.根据权利要求1所述的制备聚合物共混材料的方法，其特征在于第一步中所使用的两种聚合物A、B为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、尼龙-6、尼龙-66、聚甲醛、聚偏氟乙烯、聚乳酸、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物和烯烃类弹性体中的任意两种。

4.根据权利要求1所述的制备聚合物共混材料的方法，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℃、180～320℃、180～320℃、180～320℃，180～320℃，180～320℃，180～320℃。

5.根据权利要求1所述的制备聚合物共混材料的方法，其特征在于所得的颗粒型聚合物共混材料经过挤出成型、注塑成型或模压成型加工，即可得相形态得以保留的共混物制品。