CN213860145U - 一种碳纳米管聚合物纳米复合材料的生产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种碳纳米管聚合物纳米复合材料的生产系统，包括：一固体混料机；一与固体混料机连接的固体料仓；一与固体料仓连接的喂料机；一液体原料罐；一与液体原料罐连接的计量泵；一与喂料机和计量泵连接的双阶混炼挤出机组；一与双阶混炼挤出机组连接的切粒机；一与切粒机连接的离心脱水机；一与离心脱水机连接的振动筛；以及一与振动筛连接的收料仓。本实用新型将往复式单螺杆挤出机的低压力、低剪切、低温升和高混炼质量的优点与超声波对熔体中无机纳米填料的良好分散作用结合起来，解决目前在碳纳米管聚合物纳米复合材料的制备过程中出现的费时耗能、易团聚、难分散的问题。

Description

一种碳纳米管聚合物纳米复合材料的生产系统

技术领域

本实用新型涉及一种碳纳米管聚合物纳米复合材料的生产系统。

背景技术

碳纳米管是一维纳米材料的代表，具有大长径比、低密度、高强度、高模量、高导电、高导热、耐腐蚀、耐磨等优异性能，是高分子材料复合理想的改性添加剂，可用以改善高分子材料的力学性能、导电性能、电磁性能以及导热性能等，具有很大的应用潜能。但是碳纳米管还具有表面能高、易团聚、易缠绕、难分散等特点，成为它在高分子材料中发挥优异性能的障碍，碳纳米管在聚合物基体中的分散程度直接影响了聚合物碳纳米管复合材料的性能。目前，借助超声波设备和溶剂介质，采用原位聚合或化学接枝改性等方法，制备碳纳米管/聚合物纳米复合材料，有利于提高碳纳米管在聚合物基体中的分散性，但费时耗能不经济；而采用熔融共混的方式，则有可能解决工业化的问题。目前，特种混炼装备的结构和性能日趋完善，在高分子材料加工过程中发挥出越来越大的作用，较为成熟的特种连续混炼装备主要有啮合同向平行双螺杆挤出机和往复式单螺杆挤出机，前者具有很较好的剪切捏合和强有力的混合能力，可使得聚合物无机复合材料的无机填料具有良好的分散式分布和分布式分布，但啮合同向平行双螺杆挤出机的剪切作用仍然难以使碳纳米管在聚合物熔体中达到纳米级的分散程度，从而使碳纳米管聚合物纳米复合材料难以达到最优的性能，而后者具有低压力、低剪切、低温升和高混炼质量的优点，可避免高剪切造成碳纳米管破裂的问题，但往复式单螺杆挤出机的混炼效果主要是形成分布式分散而其分散式分散能力弱于前者，这就造成碳纳米管聚合物纳米复合材料中的碳纳米管的易团聚、难分散的问题仍然得不到很好的解决。

实用新型内容

本实用新型的目的，就是为了解决上述问题而提供了一种碳纳米管聚合物纳米复合材料的生产系统，将往复式单螺杆挤出机的低压力、低剪切、低温升和高混炼质量的优点与超声波对熔体中无机纳米填料的良好分散作用结合起来，解决目前在碳纳米管聚合物纳米复合材料的制备过程中出现的费时耗能、易团聚、难分散的问题。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型的碳纳米管聚合物纳米复合材料的生产系统，包括：

一固体混料机；

一与固体混料机连接的固体料仓；

一与固体料仓连接的喂料机；

一液体原料罐；

一与液体原料罐连接的计量泵；

一与喂料机和计量泵连接的双阶混炼挤出机组；

一与双阶混炼挤出机组连接的切粒机；

一与切粒机连接的离心脱水机；

一与离心脱水机连接的振动筛；以及

一与振动筛连接的收料仓。

上述的碳纳米管聚合物纳米复合材料的生产系统，其中，双阶混炼挤出机组包括一超声振动往复式单螺杆挤出机以及一与超声振动往复式单螺杆挤出机连接的单螺杆挤出机；

超声振动往复式单螺杆挤出机包括主电机、与主电机连接的减速机、一端与减速机连接的主机螺杆、一端与减速机连接且套设在主机螺杆上的筒体、安装在筒体上且与喂料机连接的固体进料口、开设在筒体上的液体进料孔、若干间隔开设在筒体上且位于液体进料孔旁的安装孔以及安装在筒体上的出料口；每个安装孔上设有一压电陶瓷换能器，每个压电陶瓷换能器分别与一超声波发生器连接；每个安装孔和液体进料孔内均设有一空心销钉，每个安装孔的空心销钉内安装有一超声变幅杆；

单螺杆挤出机与超声振动往复式单螺杆挤出机的出料口连接，切粒机与单螺杆挤出机连接。

上述的碳纳米管聚合物纳米复合材料的生产系统，其中，超声振动往复式单螺杆挤出机与单螺杆挤出机上下平行同轴式布置。

上述的碳纳米管聚合物纳米复合材料的生产系统，其中，筒体外安装有加热装置。

上述的碳纳米管聚合物纳米复合材料的生产系统，其中，超声振动往复式单螺杆挤出机的主机螺杆的直径为58-140mm，主机螺杆的长径比为17-22，主机螺杆为间断式螺纹。

上述的碳纳米管聚合物纳米复合材料的生产系统，其中，筒体为剖分式筒体。

上述的碳纳米管聚合物纳米复合材料的生产系统，其中，超声振动往复式单螺杆挤出机的筒体上设有若干实心销钉，实心销钉两两成组，每组实心销钉与一个空心销钉位于筒体的同一横截面上，且每组实心销钉之间以及每组实心销钉中任意一个实心销钉与空心销钉之间均呈120°夹角。

上述的碳纳米管聚合物纳米复合材料的生产系统，其中，筒体上间隔设有若干测温控温元件。

本实用新型具有以下优点：

将往复式单螺杆挤出机的低压力、低剪切、低温升和高混炼质量的优点与超声波对熔体中无机纳米填料的良好分散作用结合起来，解决目前在碳纳米管聚合物纳米复合材料的制备过程中出现的费时耗能、易团聚、难分散的问题；既避免了碳纳米管在高剪切橡塑加工设备的加工过程中剪切断裂的问题，又可促使碳纳米管在聚合物熔体中分散均匀，得到性能良好的碳纳米管聚合物纳米复合材料。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的双阶混炼挤出机组的主视图(除去压电陶瓷换能器)；

图3是本实用新型的超声振动往复式单螺杆挤出机的筒体在安装孔处的横截面图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型作进一步说明。

请参阅图1至图3，图中示出了本实用新型的碳纳米管聚合物纳米复合材料的生产系统，包括：

一固体混料机1；

一与固体混料机1连接的固体料仓2；

一与固体料仓2连接的喂料机3；

一液体原料罐4；

一与液体原料罐4连接的计量泵5；

一与喂料机3和计量泵5连接的双阶混炼挤出机组6；

一与双阶混炼挤出机组6连接的切粒机7；

一与切粒机7连接的离心脱水机8；

一与离心脱水机8连接的振动筛9；以及

一与振动筛9连接的收料仓10。

双阶混炼挤出机组6包括一超声振动往复式单螺杆挤出机61以及一与超声振动往复式单螺杆挤出机61连接的单螺杆挤出机62；

超声振动往复式单螺杆挤出机61包括主电机611、与主电机611连接的减速机612、一端与减速机612连接的主机螺杆(图中未示)，一端与减速机612连接且套设在主机螺杆(图中未示)上的筒体613、安装在筒体613的首部且与喂料机3连接的固体进料口614、开设在筒体613上的液体进料孔615、五个间隔开设在筒体613上且位于液体进料孔615旁的安装孔616以及安装在筒体613的尾部上的出料口617；每个安装孔616上设有一压电陶瓷换能器11，每个压电陶瓷换能器11分别与一超声波发生器12连接；每个安装孔617和液体进料孔615内均设有一空心销钉618，每个安装孔617的空心销钉618内安装有一超声变幅杆13，超声变幅杆13的一端与压电陶瓷换能器11连接，超声变幅杆13的另一端位于筒体613内；

单螺杆挤出机62的一端与超声振动往复式单螺杆挤出机61的出料口617连接，切粒机7与单螺杆挤出机62的另一端连接。

超声振动往复式单螺杆挤出机61与单螺杆挤出机62上下平行同轴式布置。

筒体613外安装有加热装置(图中未示)。

超声振动往复式单螺杆挤出机61的主机螺杆(图中未示)的直径为58-140mm，主机螺杆(图中未示)的长径比为17-22，主机螺杆(图中未示)为间断式螺纹。

筒体613为剖分式筒体。

超声振动往复式单螺杆挤出机61的筒体613上设有若干实心销钉619，实心销钉619两两成组，每组实心销钉619与一个空心销钉618位于筒体613的同一横截面上，且每组实心销钉619之间以及每组实心销钉619中任意一个实心销钉619与空心销钉618之间均呈120°夹角。

筒体613上间隔设有若干测温控温元件(图中未示)。

单螺杆挤出机62的螺杆(图中未示)直径为100-280mm，长径比为7-11。

液体进料孔615安装在筒体613的前三分之一部分；安装孔616安装在筒体613的后三分之二部分。

本实用新型的使用，先将制备碳纳米管聚合物纳米复合材料的固体组分采用固体混料机1混合均匀后，送入固体料仓2中，再采用喂料机3送入超声振动往复式单螺杆挤出机61的固体进料口614，同时，采用计量泵5将液体原料罐4中的液体助剂通过液体进料孔615的空心销钉618泵入超声振动往复式单螺杆挤出机61中与固体组分共同进行连续混炼，形成聚合物，聚合物在向前输送的过程中逐步熔融，由于主机螺杆(图中未示)在径向旋转过程的同时又做轴向的往复运动，在实心销钉619的作用，熔融状态下的聚合物不断地被切断、翻转、捏合和拉伸，同时，熔融状态下的聚合物还多次受到超声波发生器12的波能作用，进一步促进了熔融状态下的聚合物中的碳纳米管均匀分散，之后，碳纳米管被均匀分散的聚合物从超声振动往复式单螺杆挤出机61的出料口617挤出直接进入单螺杆挤出机62，最后经过单螺杆挤出机62和切粒机7挤出造粒，并通过离心脱水机8、振动筛9和收料仓10分别完成离心脱水、振动筛选和收料即可。

本实用新型通过将往复式单螺杆挤出机的低压力、低剪切、低温升和高混炼质量的优点与超声波对熔体中无机纳米填料的良好分散作用结合起来，解决目前在碳纳米管聚合物纳米复合材料的制备过程中出现的费时耗能、易团聚、难分散的问题；既避免了碳纳米管在高剪切橡塑加工设备的加工过程中剪切断裂的问题，又可促使碳纳米管在聚合物熔体中分散均匀，得到性能良好的碳纳米管聚合物纳米复合材料；实心销钉619起到了混炼作用，空心销钉618起到了安装固定超声变幅杆13的作用以及液体助剂进料的作用。

以上实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (8)

1.一种碳纳米管聚合物纳米复合材料的生产系统，其特征在于，所述生产系统包括：

一固体混料机；

一与所述固体混料机连接的固体料仓；

一与所述固体料仓连接的喂料机；

一液体原料罐；

一与所述液体原料罐连接的计量泵；

一与所述喂料机和计量泵连接的双阶混炼挤出机组；

一与所述双阶混炼挤出机组连接的切粒机；

一与所述切粒机连接的离心脱水机；

一与所述离心脱水机连接的振动筛；以及

一与所述振动筛连接的收料仓。

2.如权利要求1所述的碳纳米管聚合物纳米复合材料的生产系统，其特征在于，所述双阶混炼挤出机组包括一超声振动往复式单螺杆挤出机以及一与所述超声振动往复式单螺杆挤出机连接的单螺杆挤出机；

所述超声振动往复式单螺杆挤出机包括主电机、与所述主电机连接的减速机、一端与所述减速机连接的主机螺杆、一端与所述减速机连接且套设在所述主机螺杆上的筒体、安装在所述筒体上且与所述喂料机连接的固体进料口、开设在所述筒体上的液体进料孔、若干间隔开设在所述筒体上且位于所述液体进料孔旁的安装孔以及安装在所述筒体上的出料口；每个所述安装孔上设有一压电陶瓷换能器，每个所述压电陶瓷换能器分别与一超声波发生器连接；每个所述安装孔和液体进料孔内均设有一空心销钉，每个所述安装孔的空心销钉内安装有一超声变幅杆；

所述单螺杆挤出机与所述超声振动往复式单螺杆挤出机的出料口连接，所述切粒机与所述单螺杆挤出机连接。

3.如权利要求2所述的碳纳米管聚合物纳米复合材料的生产系统，其特征在于，所述超声振动往复式单螺杆挤出机与所述单螺杆挤出机上下平行同轴式布置。

4.如权利要求2所述的碳纳米管聚合物纳米复合材料的生产系统，其特征在于，所述筒体外安装有加热装置。

5.如权利要求2所述的碳纳米管聚合物纳米复合材料的生产系统，其特征在于，所述超声振动往复式单螺杆挤出机的主机螺杆的直径为58-140mm，所述主机螺杆的长径比为17-22，所述主机螺杆为间断式螺纹。

6.如权利要求2所述的碳纳米管聚合物纳米复合材料的生产系统，其特征在于，所述筒体为剖分式筒体。

7.如权利要求2所述的碳纳米管聚合物纳米复合材料的生产系统，其特征在于，所述超声振动往复式单螺杆挤出机的筒体上设有若干实心销钉，所述实心销钉两两成组，每组所述实心销钉与一个所述空心销钉位于所述筒体的同一横截面上，且每组所述实心销钉之间以及每组所述实心销钉中任意一个所述实心销钉与所述空心销钉之间均呈120°夹角。

8.如权利要求2所述的碳纳米管聚合物纳米复合材料的生产系统，其特征在于，所述筒体上间隔设有若干测温控温元件。

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