CN209095952U - 一种环形纳米叠层高分子材料制备装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种环形纳米叠层高分子材料制备装置，包括熔融塑化装置、过渡器环形叠层发生器和成型装置，它们前后依次串联，熔融塑化装置出口连接过渡器进口，过渡器出口与环形叠层发生器入口相连，环形叠层发生器出口与成型装置相连。环形叠层发生器是将过渡器挤出的熔体沿径向分为内外环形熔体，每层环形熔体环向又各自被分为多股等分流体，每股等分流体在环形叠层发生器中继续向前流动并扭转一定角度，同时获得一定比例展宽，每层环向相邻股流体在出口处交错相叠形成双层熔体，内外环形熔体各自形成双层熔体并在出口处汇合形成四层熔体。本实用新型将叠层单元环向多层布置，可在比较小的模具体积下集成更多的叠层单元，提高叠层发生器流量。
Description
技术领域
本发明属于先进材料加工技术领域，涉及一种环形纳米叠层高分子材料制备装置。
背景技术
纳米叠层材料经过微观上层数的叠加，在机械性能、阻隔性能、导电性能和光学性能等方面具有独特的优点，应用前景广泛，目前是材料加工领域的热点研究课题。自从上世纪六七十年代开始，已经有很多研究人员在这个方向上做过研究，也获得了一系列研究成果，从目前公开的专利来看，最早有美国专利3557265、3565985、3884606以及后来中国专利CN1511694A、200610022348.6和200920271878.3等。现有专利技术中所描述的叠层发生装置流道多数为方形，且装置中用于叠层操作的叠层单元一般呈线性排列，整体数目较少，例如专利CN200920271878.3中单级叠层发生器中含有四个层叠单元，呈直线排列，共包含四个流道进行叠层操作，这种结构的叠层装置叠层效率较高但是单位时间内的流量较低，因为装置内仅仅包含四个层叠单元，总的熔体入口面截面积较小，导致其产量较低。如果通过多个传统叠层装置并联的方法，可以提高产量，但是也会导致模具整体体积和质量均过大的问题，不利于模具加工和生产维护。因此，要想提高叠层装置的产量，还需要寻求更加有效的解决方案。
发明内容
针对现有技术制备纳米叠层高分子材料时单位时间内流量的不足，本发明目的在于提供一种产量更高、模具质量和体积较小的纳米叠层高分子材料制备装置。
可以实现以上目的的具体技术方案如下：
一种环形纳米叠层高分子材料制备装置，主要包括有熔融塑化供料装置、过渡器、环形叠层发生器和成型装置。熔融塑化供料装置、过渡器、环形叠层发生器和成型装置前后依次串联。熔融塑化供料装置将物料充分塑化并输送入过渡器，过渡器将来自熔融塑化供料装置的熔体的流动截面过渡为与环形叠层发生器入口截面相同的形状，并将熔体输送入环形叠层发生器。环形叠层发生器包含多组叠层单元，单组叠层单元的布置方式为环向布置，沿径向布置多组叠层单元。单个叠层单元入口截面形状为部分圆环形，出口也为部分圆环形且厚度减少弧长增加。熔体进入环形叠层发生器后由分流锥分为管状熔体，进一步被各个叠层单元分为多股熔体。熔体进入单元内部继续前进，在每个叠层单元中边前进边扭转，同时被展宽，厚度变薄。每组叠层单元中，相邻的两个层叠单元流体在出口处部分重叠形成两层的叠层效果，未重叠的部分将会与其他单元出口的熔体重叠，这样沿着环向依次传递形成整个熔体内的叠层效果。沿着径向的相邻组层叠单元的流体在出口处也会产生汇流，层数叠加。整个装置的叠层数为单组层叠单元的叠加层数乘以径向布置的叠层单元组数，以内外两组叠层单元的叠层发生器为例，单个装置叠加层数为2×2＝4层。环形叠层发生器可以多个前后串联增加熔体层数，前一个叠层发生器出口与后一个叠层发生器进口对接。
本发明一种环形纳米叠层高分子材料制备装置，相邻的两个层叠单元流体在出口处部分重叠弧长为层叠单元流体出口弧长的一半，这样可以容易保障熔体处处重叠。
本发明一种环形纳米叠层高分子材料制备装置，相邻的两个层叠单元流体在出口处部分重叠弧长小于层叠单元流体出口弧长的一半，这样有部分熔体没有重叠，最终形成的熔体为部分重叠的，形成间隔重叠的结构。
本发明一种环形纳米叠层高分子材料制备装置，不同于现有技术叠层发生器中叠层单元线形布置的方法，采用环形布置可以在较小的体积下布置更多数量的叠层单元，提高叠层发生器产量。
本发明一种环形纳米叠层高分子材料制备装置，叠层流道采用熔体分割后扭转的特点，单组叠层单元之间流道几何尺寸一致，不同组层叠单元的流道差异较小，熔体流动均匀，利于层厚均匀度控制。
本发明一种环形纳米叠层高分子材料制备装置，如果通过合理扩大环形叠层发生器体积，则可以沿着径向布置更多组的层叠单元，进而获得更高的产量和更多的叠加层数。
本发明一种环形纳米叠层高分子材料制备装置，可应用于制备各种单一或复合材料，配合不同的成型装置生产制备不同层数和不同层厚的材料的母粒，膜材，板材和型材等。如利用在地膜，包装膜，光学膜，建筑型材，管材等方面的加工。
附图说明
图1是本发明一种环形纳米叠层高分子材料制备装置的外观示意图。
图2是本发明一种环形纳米叠层高分子材料制备装置环形叠层发生器中单组层叠单元的入口截面示意图。
图3是本发明一种环形纳米叠层高分子材料制备装置环形叠层发生器中单个层叠单元流道扭转展宽示意图。
图4是本发明一种环形纳米叠层高分子材料制备装置环形叠层发生器中单组层叠单元的出口截面示意图。
图5是本发明一种环形纳米叠层高分子材料制备装置环形叠层发生器中单组层叠单元的流道结构图。
图6是本发明一种环形纳米叠层高分子材料制备装置环形叠层发生器中俩组层叠单元的流道结构图。
图中：1.熔融塑化装置；2.过渡器；3.环形叠层装置；4.成型装置
具体实施方式
本发明一种环形纳米叠层高分子材料制备装置，整体外形如图1所示，包括熔融塑化供料装置1，过渡器2，环形叠层装置3，成型装置4。它们前后依次串联，所述过渡器2的作用是将供料装置1供出的熔体截面形状转化为环形叠层装置3入口的截面形状，熔体进入环形叠层装置3后被分割进入各个层叠单元，如图2所示，分割成12等份；熔体进入单个层叠单元后向前流动的同时被扭转一定角度并展宽一定比例，如图3所示；在出口处，每组内相邻两个叠层单元的流体交错相叠形成双层流体，不同组的流体再次相叠形成多层熔体，如图4和图5所示。熔体经过叠层后进入成型装置5，成型装置5可以是造粒机构，制造其他加工中应用的母粒，也可以是挤出成型用口模，挤出各类型材等。如果径向包含多组叠层单元，则每个环形叠层装置熔体的层数为组数的两倍，例如包含两组叠层单元的环形叠层装置3，如图6所示，前后依次串联8个相同的环形叠层装置3，可以得到的材料层数为1×48＝65536层，将环形流体以厚度1mm挤出时，单层厚度达到15.26nm，从而可以采用该设备制备纳米材料。
Claims (4)
1.一种环形纳米叠层高分子材料制备装置，其特征在于：主要包括有熔融塑化供料装置、过渡器、环形叠层发生器和成型装置，熔融塑化供料装置、过渡器、环形叠层发生器和成型装置前后依次串联，熔融塑化供料装置将物料充分塑化并输送入过渡器，过渡器将来自熔融塑化供料装置的熔体的流动截面过渡为与环形叠层发生器入口截面相同的形状，并将熔体输送入环形叠层发生器；环形叠层发生器包含多组叠层单元，单组叠层单元的布置方式为环向布置，沿径向布置多组叠层单元；单个叠层单元入口截面形状为部分圆环形，出口也为部分圆环形且厚度减少弧长增加；熔体进入环形叠层发生器后由分流锥分为管状熔体，进一步被各个叠层单元分为多股熔体；熔体进入单元内部继续前进，在每个叠层单元中边前进边扭转，同时被展宽，厚度变薄；每组叠层单元中，相邻的两个层叠单元流体在出口处部分重叠形成两层的叠层效果，未重叠的部分将会与其他单元出口的熔体重叠，这样沿着环向依次传递形成整个熔体内的叠层效果；沿着径向的相邻组层叠单元的流体在出口处也会产生汇流，层数叠加。
2.根据权利要求1所述的一种环形纳米叠层高分子材料制备装置，其特征在于：径向包含多组叠层单元，则每个环形叠层装置熔体的层数为组数的两倍。
3.根据权利要求1所述的一种环形纳米叠层高分子材料制备装置，其特征在于：相邻的两个层叠单元流体在出口处部分重叠弧长为层叠单元流体出口弧长的一半。
4.根据权利要求1所述的一种环形纳米叠层高分子材料制备装置，其特征在于：相邻的两个层叠单元流体在出口处部分重叠弧长小于层叠单元流体出口弧长的一半，有部分熔体没有重叠，最终形成的熔体为部分重叠的，形成间隔重叠的结构。
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