專利名稱：多相聚合物材料形態(tài)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多相聚合物材料生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微層復(fù)合裝置。
背景技術(shù)：
隨著先進(jìn)測試技術(shù)(如X射線衍射、電子顯微鏡、小角中子散射、新表面探針以及原 子力顯微鏡等)的應(yīng)用，對聚合物形態(tài)有了更深層次的認(rèn)識，揭示出成型加工條件與聚合 物形態(tài)及制品宏觀性能之間的關(guān)系——成型加工條件能影響聚合物的形態(tài)、形態(tài)決定了材 料(或制品)的宏觀性能，因此，可以在成型過程中通過改變聚合物的形態(tài)(即層狀結(jié)構(gòu) 和層厚度)，從而改變其性能。
英國Bevis等人開發(fā)的剪切控制取向擠出成型裝置，是通過4個活塞的順序抽拉推動 熔體作周向運(yùn)動，使填料沿制品周向取向，達(dá)到增強(qiáng)制品的目的。美國Donald在1965年 申請的專利，是利用型芯和口模反向旋轉(zhuǎn)的機(jī)頭擠出成型管材，通過型芯或口模旋轉(zhuǎn)，使 管隙中的熔體形成周向拖曳流動，建立周向剪切力場，熔體中的增強(qiáng)纖維和聚合物大分子 都會外力場方向取向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小的多相聚合物材料形態(tài)控制裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是多相聚合物材料形態(tài)控制裝置，其特征在
于它包括復(fù)合進(jìn)料器l、層增倍單元裝置、筒體6、出料器8;筒體6內(nèi)至少設(shè)有二個層增 倍單元裝置，后一層增倍單元裝置的所有分割通道入口均與前一層增倍單元裝置的層增倍 復(fù)合通道出口相通；復(fù)合進(jìn)料器1上設(shè)有2-6個進(jìn)料通道和1個進(jìn)料器復(fù)合通道，所有的 進(jìn)料通道都與進(jìn)料器復(fù)合通道相通，進(jìn)料通道入口位于復(fù)合進(jìn)料器1的前側(cè)面，進(jìn)料器復(fù) 合通道出口位于復(fù)合進(jìn)料器1的后側(cè)面，復(fù)合進(jìn)料器1與筒體6前端固定連接(如螺栓連 接)；層增倍單元裝置上設(shè)有2-4個分割通道和l個層增倍復(fù)合通道，所有的分割通道都與 層增倍復(fù)合通道相通，分割通道入口位于層增倍單元裝置的前側(cè)面，所有的分割通道后段 寬度大于分割通道入口處寬度，層增倍復(fù)合通道出口位于層增倍單元裝置的后側(cè)面；最前 的層增倍單元裝置上的所有的分割通道入口都與復(fù)合進(jìn)料器1的進(jìn)料器復(fù)合通道出口相通， 最后的層增倍單元裝置上的層增倍復(fù)合通道出口與出料器8上的進(jìn)料通道相通；出料器8
上設(shè)有進(jìn)料通道，出料器8與筒體6后端固定連接(如螺栓連接)。 所述的層增倍單元裝置為2-8個。 所述的復(fù)合進(jìn)料器1上的進(jìn)料通道為3個。 所述的層增倍單元裝置上的分割通道為3個。
本發(fā)明采用由復(fù)合進(jìn)料器l、層增倍單元裝置、筒體6、出料器8構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)簡單； 所有層增倍單元裝置位于筒體6內(nèi)，其體積小，可組合性強(qiáng)；當(dāng)需要復(fù)合層數(shù)較多時，更 換長的筒體6，增加層增倍單元裝置，即復(fù)合層數(shù)可控制性好。
本發(fā)明是利用復(fù)合擠出技術(shù)形成層數(shù)可達(dá)數(shù)千的層狀結(jié)構(gòu)，熔體料流經(jīng)過該裝置被反 復(fù)分割、重排、擴(kuò)展流動、再組合，使層數(shù)不斷增加，而厚度漸次變薄；因而層厚可從幾
百微米減小至幾微米的尺度。在擠出過程中，熔體的流動一般都是層流流動，層流時熔體 中存在一定的速度梯度。熔體中的填料和聚合物大分子鏈同時以相同速度向前移動，并力 圖進(jìn)入同一速度層，使得熔體中的填料和聚合物大分子鏈會沿流動場力方向取向。由于該 裝置設(shè)有擴(kuò)展元件形成擴(kuò)展流動，這就加大了熔體中填料和聚合物大分子鏈的取向程度。
比較上述背景技術(shù)中的現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供了一種不同類型、結(jié)構(gòu)更趨簡單的形態(tài)控制 裝置。本發(fā)明通過有效控制多相聚合物材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)，達(dá)到改進(jìn)材料性能的目的。
本發(fā)明的裝置應(yīng)用于玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料，在成型過程中玻纖取向能明顯地影響材料的 性能，沿玻纖取向方向的強(qiáng)度、模量將會大幅度的提高。通過本發(fā)明的裝置在成型時控制 玻纖的取向分布，就可以制備出符合預(yù)期要求的材料或制品。
本發(fā)明的裝置應(yīng)用于塑料增韌，利用該裝置進(jìn)行微層擠出，當(dāng)層厚從宏觀尺度降至微 觀尺度(幾微米)時，由于材料微觀力學(xué)變形模式的根本改變，影響到材料的斷裂伸長行 為，使得材料韌性顯著增長。
本發(fā)明的裝置應(yīng)用于阻隔材料的研究。通過該裝置制成平行于容器壁的眾多阻隔片狀 層，使氣體或小分子的擴(kuò)散途徑變得"曲折宛轉(zhuǎn)"，相應(yīng)延長了擴(kuò)散距離，降低了滲透性， 使得其在改進(jìn)阻隔性能方面效果特別顯著。
本發(fā)明的裝置應(yīng)用于無鹵阻燃材料的研究。通過該裝置能可靠調(diào)控含片形Mg(0H)2填料 的共混材料內(nèi)在形態(tài)，形成有序的微層結(jié)構(gòu)，利用這些眾多交替的片形Mg(0H)2，可以達(dá)到 阻止或阻緩材料燃燒的目的。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明復(fù)合進(jìn)料器1的左視圖3是本發(fā)明復(fù)合進(jìn)料器1的右視圖4是本發(fā)明層增倍單元裝置的分割器3的左視圖5是圖1沿A-A線的剖視圖6是本發(fā)明層增倍單元裝置的分割器3的右視圖7是本發(fā)明層增倍單元裝置的復(fù)合器4的左視圖8是本發(fā)明層增倍單元裝置的復(fù)合器4的右視圖； 圖9是本發(fā)明出料器8的左視圖； 圖10是本發(fā)明出料器8的右視圖中1-復(fù)合進(jìn)料器，2-第一分割通道，3-分割器，4-復(fù)合器，5-層增倍復(fù)合通道， 6-筒體，7-進(jìn)料通道，8-出料器，9-第一進(jìn)料通道，10-第二進(jìn)料通道，11-第三進(jìn)料通道， 12-進(jìn)料器復(fù)合通道，13-第三分割通道，14-第二分割通道。
具體實(shí)施例方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容 不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
實(shí)施例l:
如圖1所示，多相聚合物材料形態(tài)控制裝置(或稱多相聚合物材料微層復(fù)合裝置)，它 包括復(fù)合進(jìn)料器l、層增倍單元裝置、筒體6、出料器8;筒體6內(nèi)設(shè)有二個層增倍單元裝 置，后一層增倍單元裝置的所有分割通道入口均與前一層增倍單元裝置的層增倍復(fù)合通道
出口相通(分割、重排)；復(fù)合進(jìn)料器1上設(shè)有3個進(jìn)料通道(第一進(jìn)料通道9、第二進(jìn)料 通道10、第三進(jìn)料通道11)和1個進(jìn)料器復(fù)合通道12，第一進(jìn)料通道9、第二進(jìn)料通道10、 第三進(jìn)料通道11都與進(jìn)料器復(fù)合通道12相通，第一進(jìn)料通道9、第二進(jìn)料通道IO、第三 進(jìn)料通道11的入口位于復(fù)合進(jìn)料器1的前側(cè)面(如圖2、圖3所示)，進(jìn)料器復(fù)合通道出口 位于復(fù)合進(jìn)料器1的后側(cè)面，復(fù)合進(jìn)料器1與筒體6前端固定連接(如螺栓連接)；如圖4、 圖5、圖6、圖7、圖8所示，為加工方便，層增倍單元裝置由分割器3和復(fù)合器4二部分 組合而成；層增倍單元裝置上設(shè)有3個分割通道(第一分割通道2、第二分割通道14、第 三分割通道13)和1個層增倍復(fù)合通道5，所有的分割通道都與層增倍復(fù)合通道5相通， 所有的分割通道入口位于層增倍單元裝置的前側(cè)面，所有的分割通道后段寬度大于分割通 道入口處寬度(后段擴(kuò)展)，層增倍復(fù)合通道出口位于層增倍單元裝置的后側(cè)面；最前的層 增倍單元裝置上的所有的分割通道入口都與復(fù)合進(jìn)料器1的進(jìn)料器復(fù)合通道出口相通(分
割、重排)，最后的層增倍單元裝置上的層增倍復(fù)合通道出口與出料器8上的進(jìn)料通道相通； 如圖9、圖10所示，出料器8上設(shè)有進(jìn)料通道，出料器8與筒體6后端固定連接(如螺栓 連接)。
實(shí)施例2:
與實(shí)施例l基本相同，不同之處在于層增倍單元裝置為3個。
實(shí)施例3:
與實(shí)施例l基本相同，不同之處在于層增倍單元裝置為4個。 實(shí)施例4:
與實(shí)施例l基本相同，不同之處在于層增倍單元裝置為8個。 實(shí)施例5:
與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于復(fù)合進(jìn)料器1上的進(jìn)料通道為設(shè)有2個，層增 倍單元裝置上的分割通道為2個。 實(shí)施例6:
與實(shí)施例l基本相同，不同之處在于復(fù)合進(jìn)料器1上的進(jìn)料通道為設(shè)有6個，層增 倍單元裝置上的分割通道為4個。
工作原理由壹臺或兩臺單螺桿擠出機(jī)供料，控制和平衡各流道的擠出速度，形成三 層結(jié)構(gòu)的料流，并送入本發(fā)明的裝置。料流經(jīng)過本發(fā)明的裝置被反復(fù)分割、重排、擴(kuò)展流 動、再組合，使層數(shù)不斷增加，而厚度漸次變薄(如圖l所示)；在擠出過程中，熔體的流 動一般都是層流流動，層流時熔體中存在一定的速度梯度。熔體中的填料和聚合物大分子 鏈同時以相同速度向前移動，并力圖進(jìn)入同一速度層，使得熔體中的填料和聚合物大分子 鏈會沿流動場力方向取向。由于本發(fā)明的裝置設(shè)有擴(kuò)展部位形成擴(kuò)展流動，這就加大了熔 體中填料和聚合物大分子鏈的取向程度。
每一層增倍單元裝置均包含烙體層分割、重排、料流擴(kuò)展、料流再結(jié)合四個過程，使 得各層熔體中的填料和聚合物大分子鏈沿流動場力方向取向，正是這種取向的有序結(jié)構(gòu)， 顯著提高了材料的力學(xué)性質(zhì)。
為易于改變層數(shù)，采用積木式組合化設(shè)計，可以方便的配置多個層增倍單元裝置。該 過程重復(fù)多次之后，層增倍的總層數(shù)可根據(jù)下列公式計算得出
C=3Mn，式中C為總層數(shù)；n為層增倍階數(shù)；M為通道數(shù)。如采用四通道，獲得的層 數(shù)組合如下12; 48; 192; 688;
塑料或經(jīng)共混改性的多相聚合物通過本發(fā)明的裝置可以形成微層結(jié)構(gòu)，并能可靠調(diào)控 材料(或制品)的內(nèi)在形態(tài)，從而獲得或提高材料(或制品)的某些特殊性。例如氣體 和溶劑的阻隔性、阻燃性、耐熱性和力學(xué)性能等。如將本發(fā)明的裝置結(jié)合吹膜、擠管、中 空吹塑、電線電纜等工藝技術(shù)，可以生產(chǎn)具有眾多交替微米片層的薄膜、管材、中空容器、 電線電纜一類制品。
權(quán)利要求
1.多相聚合物材料形態(tài)控制裝置，其特征在于它包括復(fù)合進(jìn)料器(1)、層增倍單元裝置、筒體(6)、出料器(8)；筒體(6)內(nèi)至少設(shè)有二個層增倍單元裝置，后一層增倍單元裝置的所有分割通道入口均與前一層增倍單元裝置的層增倍復(fù)合通道出口相通；復(fù)合進(jìn)料器(1)上設(shè)有2-6個進(jìn)料通道和1個進(jìn)料器復(fù)合通道，所有的進(jìn)料通道都與進(jìn)料器復(fù)合通道相通，進(jìn)料通道入口位于復(fù)合進(jìn)料器(1)的前側(cè)面，進(jìn)料器復(fù)合通道出口位于復(fù)合進(jìn)料器(1)的后側(cè)面，復(fù)合進(jìn)料器(1)與筒體(6)前端固定連接；層增倍單元裝置上設(shè)有2-4個分割通道和1個層增倍復(fù)合通道，所有的分割通道都與層增倍復(fù)合通道相通，分割通道入口位于層增倍單元裝置的前側(cè)面，所有的分割通道后段寬度大于分割通道入口處寬度，層增倍復(fù)合通道出口位于層增倍單元裝置的后側(cè)面；最前的層增倍單元裝置上的所有的分割通道入口都與復(fù)合進(jìn)料器(1)的進(jìn)料器復(fù)合通道出口相通，最后的層增倍單元裝置上的層增倍復(fù)合通道出口與出料器(8)上的進(jìn)料通道相通；出料器(8)上設(shè)有進(jìn)料通道，出料器(8)與筒體(6)后端固定連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相聚合物材料形態(tài)控制裝置，其特征在于所述的層增倍單元裝置為2-8個。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相聚合物材料形態(tài)控制裝置，其特征在于所述的復(fù)合進(jìn)料器上的進(jìn)料通道為3個。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相聚合物材料形態(tài)控制裝置，其特征在于所述的層增倍單元裝置上的分割通道為3個。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微層復(fù)合裝置。多相聚合物材料形態(tài)控制裝置，其特征在于它包括復(fù)合進(jìn)料器(1)、層增倍單元裝置、筒體(6)、出料器(8)；筒體(6)內(nèi)至少設(shè)有二個層增倍單元裝置；復(fù)合進(jìn)料器(1)上設(shè)有2-6個進(jìn)料通道和1個進(jìn)料器復(fù)合通道，所有的進(jìn)料通道都與進(jìn)料器復(fù)合通道相通；層增倍單元裝置上設(shè)有2-4個分割通道和1個層增倍復(fù)合通道，所有的分割通道都與層增倍復(fù)合通道相通；最前的層增倍單元裝置上的所有的分割通道入口都與復(fù)合進(jìn)料器(1)的進(jìn)料器復(fù)合通道出口相通，最后的層增倍單元裝置上的層增倍復(fù)合通道出口與出料器(8)上的進(jìn)料通道相通。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、復(fù)合層數(shù)可控制性好的特點(diǎn)。
文檔編號B29C47/12GK101177038SQ20071005374
公開日2008年5月14日 申請日期2007年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月5日
發(fā)明者劉少波 申請人:湖北大學(xué)