CN204414536U - 一种微纳多层复合产品制备装置 - Google Patents
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Abstract
一种微纳多层复合产品制备装置主要包括依次连接的挤出机、汇流模头、层倍增模具和成型装置；所述挤出机将原料熔融塑化，所述汇流模头将挤出的物料汇集成竖直(或水平)流动的具有M层的结构熔体；汇流模头与所述层倍增模具对接，层倍增模具包括N层流道，该流道分为扭转结构部分和延展结构部分，其中所述扭转结构部分将熔体的流动方向改变90°，使熔体的流动方向由竖直转为水平(或水平转为竖直)，所述延展结构部分将熔体展宽展薄，熔体经过层倍增模具后进入成型装置，最后得到微纳多层复合产品。
Description
技术领域
本实用新型属于高分子复合材料加工领域，具体涉及一种微纳多层复合产品制备装置，特别是采用微层共挤出技术制备单层厚度可达微纳米级的多层复合产品制备装置。
背景技术
微层共挤出技术是指将两种或两种以上聚合物共挤出形成几十乃至上千交替层的复合材料，挤出单层的厚度可达微米甚至纳米级。微纳多层复合产品具有的有序交替结构是普通共挤出技术难以达到的，且有更好的力学、光学、阻透及导电性能等，从而备受研究者以及工业界的重视。
微层共挤出技术发展到现在已有几十年，但仍未真正用于工业化生产，更多还只是处于研究阶段，这主要受限于层倍增模具的设计。层倍增模具的结构直接决定了制备微纳多层复合产品的分层效率及分层效果。目前，世界上只有少数几家公司和科研机构掌握层倍增模具的专利技术，主要有：美国道化学公司的专利US3884606、US20080254281等，四川大学的专利CN200610022348.6、CN200620036431.4等。以上专利结构存在的共同缺点是分层效率低，制备单层厚度为纳米级的产品，需串联更多层倍增模具，产生极大的流道阻力，不适合规模化生产；交错搭接式的流道设计，会导致熔体的不均匀流动，流道适应性较差。北京化工大学的专利CN102069579A提出一种分层效率更高、熔体流动更均匀的层倍增模具，但全程扭转式的流道设计会对熔体产生强剪切力，不适用于热敏性材料的成型。因此，要制备适用性更广、分层效率更高、层厚分布更为均匀的微纳多层复合产品，需设计流道结构更为合理的层倍增模具。
实用新型内容
针对现有技术在制备微纳多层复合产品方面的不足，本实用新型旨在提出一种更适合微纳多层复合产品的制备装置，在具有高分层效率的同时，流道尺寸过波缓和且对称性好，对聚合物熔体无强剪切作用，熔体流动更加均匀。本实用新型对原料的适应性强，对热敏性高分子材料同样适用，可用于具有交替多层结构塑料制品的规模化生产。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种微纳多层复合产品制备装置，主要包括依次连接的挤出机、汇流模头、层倍增模具和成型装置；所述挤出机将原料熔融塑化，所述汇流模头将挤出的物料汇集成竖直(或水平)流动的具有M层的结构熔体；汇流模头与所述层倍增模具对接，层倍增模具包括N层流道，该流道分为扭转结构部分和延展结构部分，其中所述扭转结构部分将熔体的流动方向改变90°，熔体流动方向由竖直转为水平(或水平转为竖直)，所述延展结构部分将熔体展宽展薄，层倍增模具出口处的熔体进入成型装置，最后得到微纳多层复合产品。
进一步，在所述挤出机和所述汇流模头之间设置有连接法兰。
进一步，所述挤出机是2台以上(包括2台)的挤出机。
进一步，所述汇流模头的流道数量是M，M为整数，且2≤M≤6。
进一步，所述层倍增模具的流道个数是N，N为整数，且2≤N≤6。
进一步，所述层倍增模具的个数是a，a为整数，且2≤a≤6。
微纳多层复合熔体的层数与层倍增模具的数量紧密相关。如果串联层倍增模具的个数为a，则最后一节层倍增模具延展部分熔体在出口处的层数为M×Na。假设汇流模头出口处的熔体层数为2，层倍增模具有6个相同流道，串联个数为6，则可成型出层数为2×66=93312的复合材料。如果成型厚度为1毫米的板材，则其包含的单层厚度可达10纳米。延展部分的熔体进入成型装置后可根据需求制备不同种类(板片材、管道、型材、薄膜)的微纳多层复合产品。本实用新型的层倍增模具各流道结构形式相同。单个流道分成扭转结构部分和延展结构部分。扭转结构部分仅用于改变聚合物熔体的流动方向，不改变熔体的截面积，扭转距离短，对熔体层的剪切作用小；延展结构部分仅用于对聚合物熔体的展宽展薄，流道结构完全对称，尺寸过渡平缓，极大减小熔体流动过程的阻力，有利于保证单层厚度的均匀性和稳定性。由于扭转结构部分扭转距离短，加上延展结构部分的结构对称性，因此，层倍增模具的设计制造工艺也极大简化。
本实用新型的微纳多层复合产品制备装置可适用于不同种类的原料。制备的微纳多层复合产品可为同种高分子材料或改性料交替复合、不同种高分子材料或改性料交替复合。
本实用新型的微纳多层复合产品制备装置，通过改变成型工艺，改变成型装置可成型板片材、管材、薄膜、异型材等不同微纳多层复合产品。这些产品可应用于不同技术领域。
本实用新型的微纳多层复合产品制备装置，可根据工艺及产品需要调整挤出机的台数，汇流模头的流道数量，层倍增模具的流道个数以及串联层倍增模具的个数，再加上成型制品的厚度，联合决定微纳多层复合产品的单层厚度。
本实用新型的微纳多层复合产品制备装置中层倍增模具流道的扭转结构部分长度约占层倍增模具总长度的1／4-1／3，延展结构部分长度约占层倍增模具总长度的2／3-3／4。
本实用新型的微纳多层复合产品制备装置，设备及工艺简单且成本低。通过采用高分层效率的层倍增模具，制备出多层复合材料，避免了采用多台挤出机产生的诸如占地面积大、工艺调节难、生产效率低等问题。其中层倍增模具流道结构分为扭转结构部分和延展结构部分，此结构设计弱化流道对聚合物熔体的强剪切作用，但对改性料中填料仍有较强的取向作用，同样适用于热敏性塑料的加工成型；可通过调整层倍增模具流道数量、串联层倍增模具个数及成型制品的厚度等因素来联合控制微纳多层复合产品的单层厚度。本实用新型适合于不同种类微纳多层复合产品的工业化生产。
附图说明
图1是本实用新型微纳多层复合产品制备装置的整体外观布局原理图。
图2是本实用新型微纳多层复合产品制备装置层倍增模具流道结构图。
图3是本实用新型微纳多层复合产品制备装置成型原理说明图。
图中：1挤出机；2连接法兰；3汇流模头，3-1汇流模头内熔体；4层倍增模具，4-1层倍增模具流道，4-2扭转结构部分，4-3延展结构部分，4-4扭转部分熔体，4-5延展部分熔体；5成型装置。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型微纳多层复合产品制备装置，主要包括挤出机1、连接法兰2、汇流模头3、层倍增模具4和成型装置5。其中挤出机1、连接法兰2、汇流摸头3、层倍增模具4和成型装置5依次连接。原料分别加入两台挤出机1熔融塑化后，在汇流模头3内形成M股聚合物熔体，汇流模头3将M股聚合物熔体汇集成竖直(或水平)流动的单股熔体，其中包含的M股熔体的厚度由各自单独的流道间隙决定。汇流模头3与层倍增模具4对接，层倍增模具流道4-1分成扭转结构部分4-2和延展结构部分4-3，汇流模头内熔体3-1进入层倍增模具流道4-1后被均分成N等份，每一等份熔体在层倍增模具流道4-1中的流动分为两步，首先向前流动经过短距离扭转结构部分4-2后方向改变90°(截面尺寸不发生变化)，流动方向由竖直转为水平(或水平转为竖直)；扭转部分熔体4-4继续向前流动进入延展结构部分4-3后展宽展薄，延展部分熔体4-5在层倍增模具4出口处汇集成具有M×N层结构的水平复合熔体。复合熔体的层数还与层倍增模具4的数量紧密相关，如果串联层倍增模具4的个数为a，则最后一节层倍增模具4延展部分熔体4-5在出口处的层数为M×Na。延展部分熔体4-5进入成型装置5后可根据需要制备不同种类(板片材、管道、型材、薄膜)的微纳多层复合产品。本实用新型的层倍增模具流道4-1结构形式相同，单个流道分成扭转结构部分4-2和延展结构部分4-3，扭转结构部分4-2仅用于改变熔体的流动方向，不改变熔体的截面积，扭转距离短，对熔体层的剪切作用小；延展结构部分4-3仅用于对熔体展宽展薄，流道结构完全对称，尺寸过渡平缓，极大减小熔体流动过程的阻力，有利于保证单层厚度的均匀性和稳定性；由于扭转结构部分4-2扭转距离短，加上延展结构部分4-3的结构对称性，层倍增模具4的制造工艺极大简化。
本实用新型微纳多层复合产品的制备方法为：首先启动加热装置，将挤出机1、汇流模头3、层倍增模具4加热到设定温度，然后将物料加入两台挤出机1中进行熔融塑化，塑化熔体进入汇流模头3后形成多层熔体，汇流模头内熔体3-1进入层倍增模具流道4-1后经过扭转结构部分4-2和延展结构部分4-3进行扭转延展并汇集分层，如果原料中有无机填料(如蒙脱土、滑石粉等)，经过层倍增模具4的剪切、分散、取向作用后，填料分布将更加均匀。熔体经过若干个层倍增模具流道4-1后，出口处的延展部分熔体4-5形成交替多层结构，再经过成型装置5得到最终产品。
Claims (6)
1.微纳多层复合产品制备装置，其特征在于：主要包括依次连接的挤出机、汇流模头、层倍增模具和成型装置；所述挤出机将原料熔融塑化，所述汇流模头将挤出物料汇集成竖直或水平流动的具有M层的熔体；汇流模头与所述层倍增模具对接，层倍增模具包括N层流道，该流道分为扭转结构部分和延展结构部分，所述扭转结构部分长度约占层倍增模具总长度的1/4-1/3，所述延展结构部分长度约占层倍增模具总长度的2/3-3/4，其中所述扭转结构部分将熔体的流动方向改变90°，熔体流动方向由竖直转为水平或水平转为竖直，所述延展结构部分将熔体展宽展薄，熔体经过层倍增模具再进入成型装置，最后得到微纳多层复合产品。
2.根据权利要求1所述的微纳多层复合产品制备装置，其特征在于：所述挤出机是2台以上的挤出机。
3.根据权利要求1所述的微纳多层复合产品制备装置，其特征在于：所述汇流模头的流道数量是M，M为整数，且2≤M≤6。
4.根据权利要求1所述的微纳多层复合产品制备装置，其特征在于：所述层倍增模具的流道个数是N，N为整数，且2≤N≤6。
5.根据权利要求1所述的微纳多层复合产品制备装置，其特征在于：所述层倍增模具的个数是a，a为整数，且2≤a≤6。
6.根据权利要求1所述的微纳多层复合产品制备装置，其特征在于：所述层倍增模具流道扭转结构部分可通过调整扭转方向来改变微纳多层复合产品的上下或内外表层，使上下或内外表层材质根据需要相同或不同。
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|---|---|---|---|---|
| CN106353841A (zh) * | 2016-11-16 | 2017-01-25 | 北京化工大学 | 熔体微积分模内层叠制备光子晶体的方法 |
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2014
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