一種微納多層復(fù)合產(chǎn)品制備裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于高分子復(fù)合材料加工領(lǐng)域，具體涉及一種微納多層復(fù)合產(chǎn)品制備裝置，特別是采用微層共擠出技術(shù)制備單層厚度可達(dá)微納米級(jí)的多層復(fù)合產(chǎn)品制備裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]微層共擠出技術(shù)是指將兩種或兩種以上聚合物共擠出形成幾十乃至上千交替層的復(fù)合材料，擠出單層的厚度可達(dá)微米甚至納米級(jí)。微納多層復(fù)合產(chǎn)品具有的有序交替結(jié)構(gòu)是普通共擠出技術(shù)難以達(dá)到的，且有更好的力學(xué)、光學(xué)、阻透及導(dǎo)電性能等，從而備受研宄者以及工業(yè)界的重視。
[0003]微層共擠出技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在已有幾十年，但仍未真正用于工業(yè)化生產(chǎn)，更多還只是處于研宄階段，這主要受限于層倍增模具的設(shè)計(jì)。層倍增模具的結(jié)構(gòu)直接決定了制備微納多層復(fù)合產(chǎn)品的分層效率及分層效果。目前，世界上只有少數(shù)幾家公司和科研機(jī)構(gòu)掌握層倍增模具的專利技術(shù)，主要有:美國(guó)道化學(xué)公司的專利US3884606、US20080254281等，四川大學(xué)的專利CN200610022348.6、CN200620036431.4等。以上專利結(jié)構(gòu)存在的共同缺點(diǎn)是分層效率低，制備單層厚度為納米級(jí)的產(chǎn)品，需串聯(lián)更多層倍增模具，產(chǎn)生極大的流道阻力，不適合規(guī)?；a(chǎn)；交錯(cuò)搭接式的流道設(shè)計(jì)，會(huì)導(dǎo)致熔體的不均勻流動(dòng)，流道適應(yīng)性較差。北京化工大學(xué)的專利CN102069579A提出一種分層效率更高、熔體流動(dòng)更均勻的層倍增模具，但全程扭轉(zhuǎn)式的流道設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)熔體產(chǎn)生強(qiáng)剪切力，不適用于熱敏性材料的成型。因此，要制備適用性更廣、分層效率更高、層厚分布更為均勻的微納多層復(fù)合產(chǎn)品，需設(shè)計(jì)流道結(jié)構(gòu)更為合理的層倍增模具。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)在制備微納多層復(fù)合產(chǎn)品方面的不足，本實(shí)用新型旨在提出一種更適合微納多層復(fù)合產(chǎn)品的制備裝置，在具有高分層效率的同時(shí)，流道尺寸過波緩和且對(duì)稱性好，對(duì)聚合物熔體無(wú)強(qiáng)剪切作用，熔體流動(dòng)更加均勻。本實(shí)用新型對(duì)原料的適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)熱敏性高分子材料同樣適用，可用于具有交替多層結(jié)構(gòu)塑料制品的規(guī)?；a(chǎn)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種微納多層復(fù)合產(chǎn)品制備裝置，主要包括依次連接的擠出機(jī)、匯流模頭、層倍增模具和成型裝置；所述擠出機(jī)將原料熔融塑化，所述匯流模頭將擠出的物料匯集成豎直(或水平)流動(dòng)的具有M層的結(jié)構(gòu)熔體；匯流模頭與所述層倍增模具對(duì)接，層倍增模具包括N層流道，該流道分為扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)部分和延展結(jié)構(gòu)部分，其中所述扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)部分將熔體的流動(dòng)方向改變90°，熔體流動(dòng)方向由豎直轉(zhuǎn)為水平(或水平轉(zhuǎn)為豎直)，所述延展結(jié)構(gòu)部分將熔體展寬展薄，層倍增模具出口處的熔體進(jìn)入成型裝置，最后得到微納多層復(fù)合產(chǎn)品。
[0007]進(jìn)一步，在所述擠出機(jī)和所述匯流模頭之間設(shè)置有連接法蘭。
[0008]進(jìn)一步，所述擠出機(jī)是2臺(tái)以上(包括2臺(tái))的擠出機(jī)。
[0009]進(jìn)一步，所述匯流模頭的流道數(shù)量是M，M為整數(shù)，且2 彡6。
[0010]進(jìn)一步，所述層倍增模具的流道個(gè)數(shù)是N，N為整數(shù)，且2 < N < 6。
[0011]進(jìn)一步，所述層倍增模具的個(gè)數(shù)是a，a為整數(shù)，且2 < a < 6。
[0012]微納多層復(fù)合熔體的層數(shù)與層倍增模具的數(shù)量緊密相關(guān)。如果串聯(lián)層倍增模具的個(gè)數(shù)為a，則最后一節(jié)層倍增模具延展部分熔體在出口處的層數(shù)為MXNa。假設(shè)匯流模頭出口處的熔體層數(shù)為2，層倍增模具有6個(gè)相同流道，串聯(lián)個(gè)數(shù)為6，則可成型出層數(shù)為2X66=93312的復(fù)合材料。如果成型厚度為I毫米的板材，則其包含的單層厚度可達(dá)10納米。延展部分的熔體進(jìn)入成型裝置后可根據(jù)需求制備不同種類(板片材、管道、型材、薄膜)的微納多層復(fù)合產(chǎn)品。本實(shí)用新型的層倍增模具各流道結(jié)構(gòu)形式相同。單個(gè)流道分成扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)部分和延展結(jié)構(gòu)部分。扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)部分僅用于改變聚合物熔體的流動(dòng)方向，不改變?nèi)垠w的截面積，扭轉(zhuǎn)距離短，對(duì)熔體層的剪切作用??；延展結(jié)構(gòu)部分僅用于對(duì)聚合物熔體的展寬展薄，流道結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，尺寸過渡平緩，極大減小熔體流動(dòng)過程的阻力，有利于保證單層厚度的均勻性和穩(wěn)定性。由于扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)部分扭轉(zhuǎn)距離短，加上延展結(jié)構(gòu)部分的結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，因此，層倍增模具的設(shè)計(jì)制造工藝也極大簡(jiǎn)化。
[0013]本實(shí)用新型的微納多層復(fù)合產(chǎn)品制備裝置可適用于不同種類的原料。制備的微納多層復(fù)合產(chǎn)品可為同種高分子材料或改性料交替復(fù)合、不同種高分子材料或改性料交替復(fù)入口 ο
[0014]本實(shí)用新型的微納多層復(fù)合產(chǎn)品制備裝置，通過改變成型工藝，改變成型裝置可成型板片材、管材、薄膜、異型材等不同微納多層復(fù)合產(chǎn)品。這些產(chǎn)品可應(yīng)用于不同技術(shù)領(lǐng)域。
[0015]本實(shí)用新型的微納多層復(fù)合產(chǎn)品制備裝置，可根據(jù)工藝及產(chǎn)品需要調(diào)整擠出機(jī)的臺(tái)數(shù)，匯流模頭的流道數(shù)量，層倍增模具的流道個(gè)數(shù)以及串聯(lián)層倍增模具的個(gè)數(shù)，再加上成型制品的厚度，聯(lián)合決定微納多層復(fù)合產(chǎn)品的單層厚度。
[0016]本實(shí)用新型的微納多層復(fù)合產(chǎn)品制備裝置中層倍增模具流道的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)部分長(zhǎng)度約占層倍增模具總長(zhǎng)度的I / 4-1 / 3，延展結(jié)構(gòu)部分長(zhǎng)度約占層倍增模具總長(zhǎng)度的2 /3-3 / 4o
[0017]本實(shí)用新型的微納多層復(fù)合產(chǎn)品制備裝置，設(shè)備及工藝簡(jiǎn)單且成本低。通過采用高分層效率的層倍增模具，制備出多層復(fù)合材料，避免了采用多臺(tái)擠出機(jī)產(chǎn)生的諸如占地面積大、工藝調(diào)節(jié)難、生產(chǎn)效率低等問題。其中層倍增模具流道結(jié)構(gòu)分為扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)部分和延展結(jié)構(gòu)部分，此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)弱化流道對(duì)聚合物熔體的強(qiáng)剪切作用，但對(duì)改性料中填料仍有較強(qiáng)的取向作用，同樣適用于熱敏性塑料的加工成型；可通過調(diào)整層倍增模具流道數(shù)量、串聯(lián)層倍增模具個(gè)數(shù)及成型制品的厚度等因素來(lái)聯(lián)合控制微納多層復(fù)合產(chǎn)品的單層厚度。本實(shí)用新型適合于