一种协同制备超高粘度聚合物共混物的方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种协同制备超高粘度聚合物共混物的方法与装置。该方法物料在体积周期性变化中做循环压缩与膨胀流动，受到与沿流动方向一致的体积拉伸应力作用，在垂直流动方向通过设置在偏心定子通孔上的超声装置叠加超声波振动，实现振动剪切应力与体积拉伸应力协同作用的高分子材料混合。该装置的转子轴上径向设有矩形通槽，滑板置于转子轴的径向矩形通槽中，容积封闭空间被滑板分成周期性变化的两部分，两部分由过料槽连通；传振杆与超声波发生器连接；传振杆通过法兰盘及法兰安装在偏心定子上的通孔中。本发明专利技术强化了混合过程中的传质、传热过程，具有混合装置结构简单、混合效率高、混合性能好以及自清洁等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种协同制备超高粘度聚合物共混物的方法与装置
本专利技术涉及一种聚合物共混物的制备，特别是涉及一种通过正应力与振动剪切应力协同制备超高粘度聚合物共混物的方法与装置。技术背景超高粘度聚合物由于其分子量极高而具有优异性能。如超高分子量聚乙烯具有制品力学强度高、耐磨性能优异、质轻、环保、吸水率低等特点，广泛应用于纺织、造纸、食品机械、运输、冶金、煤炭等领域，但其也有热变形温度低、热稳定性差、蠕变性能差等不足，限制了其进一步推广应用。为了克服这些缺点，常用的方法是将普通的聚合物、填料及各种助剂等与超高粘度聚合物共混，从而提高制品的综合性能。混合方法及相应装置对混合效率的提高、混合性能的改善及制品性能的优化影响巨大。高分之材料共混设备的发展经历了间歇式混合和连续式混合两个发展阶段。间歇式混合设备主要包括开炼机、密炼机、捏炼机等，而连续式混炼设备主要有单螺杆挤出机，以及在单螺杆挤出机的基础上发展而来的双螺杆挤出机、多螺杆挤出机等。螺杆式混合设备在混合过程中物料主要受到剪切形变作用，物料的流动方向与速度梯度方向垂直，从而造成：(1)填料在流动中自旋转运动，混合效率低，效果差；(2)高剪切作用易造成局部高温，造成物料降解甚至热分解，同时混合过程中物料的温度控制困难；(3)对大长径比填料如碳纳米管、玻璃纤维材料的折断等破坏严重；(4)比能耗高，驱动负载大。为了提高混合装置的混合效率及改善混合效果，相关领域的技术人员对成型设备及混合装置的几何结构进行改进，如在成型设备或模具中产生截面面积变化的流道，使物料受到压缩/膨胀作用，从而强化拉伸形变的作用以提高混合效率与效果，在一定程度上起到了积极作用。然而，上述现有方法中物料在混合过程中依然由剪切应力/剪切形变支配，是以剪切形变为主的混合过程，对粘度较低的常规聚合物体系的混合效率及效果的改善起到了一定的积极作用，但对流动性差、分子链缠结密度高的超高粘度聚合物体系其影响非常有限。
技术实现思路
本专利技术旨在解决目前混合设备混合效率低、无法有效混合超高粘度聚合物体系的问题，提供一种利用体积拉伸应正应力与超声波振动剪切应力协同作用的制备超高粘度聚合物共混物的方法与装置，达到提高混合效果的目的。本专利技术利用体积拉伸应正应力与超声波振动剪切应力协同作用，将超声波的微观空化作用及宏观的体积拉伸形变作用相耦合，实现超声振动辅助的分子链解缠结与体积拉伸形变支配的高效分散相互协同，极大提高填料在基体中的分散与分布效果，从而达到提高制品性能的目的。本专利技术的目的通过如下技术方案实现：一种制备超高粘度聚合物共混物的方法：物料通过料斗进入转子轴与偏心定子内腔偏心的混合装置中，通过设置在转子轴径向通孔内的滑板分隔成体积周期性由大变小的排料区及由小变大的加料区，物料在体积周期性变化中做循环压缩与膨胀流动，受到与沿流动方向一致的体积拉伸应力作用，在垂直流动方向通过设置在偏心定子通孔上的超声波装置叠加超声波振动，实现振动剪切应力与体积拉伸应力协同作用的高分子材料混合。实现上述述方法的制备超高粘度聚合物共混物的装置，主要包括驱动电机、减速箱、转子轴、偏心定子、加热器、排料盖、端盖和料斗；所述端盖和排料盖设置在偏心定子两端；料斗设置在偏心定子的前端；加热器固定在偏心定子的外表面，驱动电机与减速箱同轴安装连接；转子轴一端安装在减速箱的传动轴内，另一端置于偏心定子的内腔中，转子轴与偏心定子的内腔偏心；由转子轴的外表面、偏心定子内腔、排料盖及端盖形成封闭的密炼室；所述装置还包括滑板、超声波探头以及超声波发生器；所述转子轴上径向设有矩形通槽，滑板置于转子轴的径向矩形通槽中，滑板的两顶端分别与偏心定子内腔接触，密炼室空间被滑板分成体积周期性变化的两部分，两部分由过料槽连通；超声波探头与传振杆连接，传振杆与超声波发生器连接；传振杆通过法兰盘及法兰安装在偏心定子上的通孔中，超声波探头通过所述通孔深入到偏心定子的内腔并与过料槽内的熔体直接接触；弹性密封件安装在传振杆上的法兰盘及法兰之间的圆环槽内。为进一步实现本专利技术目的，优选地，所述转子轴与偏心定子的内腔偏心的偏心距为e，偏心距e<4mm。优选地，所述滑板的长度小于偏心定制的内腔直径。优选地，所述超声波的振动频率为20-40KHZ，超声波发生器功率为100-1200W可调。优选地，所述超声波探头与传振杆螺纹连接。优选地，所述端盖通过螺钉固定在减速箱的端盖上。优选地，所述加热器通过螺钉固定在偏心定子的外表面。优选地，所述偏心定子、排料盖通过螺钉固定安装端盖上。优选地，所述法兰盘及法兰通过螺钉连接在偏心定子上。本专利技术通过滑板将混炼室分隔成体积周期性由大变小的排料区及由小变大的加料区，由过料槽将排料区与加料区连通，转子轴旋转时，混炼室中的物料在滑板的挤压作用下沿径向作周期性压缩与膨胀流动，物料主要受到体积拉伸应力作用，实现物料在混炼室中的循环流动与熔融塑化混合。本专利技术由置于圆柱形内腔偏心定子的内腔中并与偏心定子偏心的圆柱形转子轴、布置在转子轴上的径向矩形截面通槽中有滑板，以及布置在偏心定子两端的压盖、排料盖组成混合系统。本专利技术物料在混合室中沿径向(旋转方向)作周期性变化的收敛与发散流动，物料受到反复的压缩与膨胀作用，其流动方向与速度梯度方向基本一致；同时，通过超声波探头将超声波发生器产生的超声波振动垂直叠加到熔体的流动方向，实现正应力与超声波振动剪切应力协同作用的塑化混合。采用具有圆柱形内腔的空心偏心定子、置于定子内腔中并与定子偏心的圆柱形转子轴、布置在转子轴的径向矩形截面通槽中的滑板以及在定子两侧布置并与定子同心安装的端盖与排料盖等零件组成滑板式混合系统。该滑板式混合系统中，转子轴与偏心定子的偏心距可以改变，其值大于0并小于偏心定子内腔半径与转子轴半径之差；偏心定子内表面、转子外表面、端盖及排料盖围成具有一定几何形状的空间，该空间容积被滑板分隔成两部分。转子轴旋转时，滑板随转子轴旋转的同时在转子轴的矩形截面通槽中窜动，将上述空间中分隔成空间容积由小变大及空间容积由大变小的两部分。空间容积由小变大的区域称为加料区，相应地，空间容积由大变小的区域称为排料区。在排料区，由于空间容积不断缩小，物料主要受到压缩作用；在加料区，空间容积不断增大，物料因压力释放而膨胀；同时在偏心定子内腔与转子轴靠近的位置开设有过料槽，使得加料区与排料区相互连通，在滑板的挤压作用下实现物料在加料区与排料区的循环流动，实现正应力支配的塑化混合。将超声波探头安装在偏心定子的过料槽内，使得超声波探头与偏心定子内的熔体直接接触，从而将超声波发生器产生的超声波振动叠加到熔体上，因而熔体受到振动剪切应力作用。新方法及装置协同了脉动剪切形变高效分散混合与体积拉伸形变高效分布混合的优势，提高了混合效率及混合效果。本专利技术与现有混合方法及装置相比，具有如下优点：1、新装置通过振动剪切应力与体积拉伸应力相结合，协同了振动剪切应力支配的高效分散混合与体积拉伸形变支配的高效分布混合，混合效率提高；2、新装置通过对共混物料的周期性压缩与释放，避免了填料在混合过程中的纯滚动，界面更新快，混合效果好；3、新装置实现了物料的完全正位移输送，共混物料的性质对输送过程影响小，可用于粘度极高的高分子复合材料体系的混合，对物料适应性广；4、新装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备超高粘度聚合物共混物的方法，其特征在于，物料通过料斗进入转子轴与偏心定子内腔偏心的混合装置中，通过设置在转子轴径向通孔内的滑板分隔成体积周期性由大变小的排料区及由小变大的加料区，物料在体积周期性变化中做循环压缩与膨胀流动，受到与沿流动方向一致的体积拉伸应力作用，在垂直流动方向通过设置在偏心定子通孔上的超声波装置叠加超声波振动，实现振动剪切应力与体积拉伸应力协同作用的高分子材料混合。

【技术特征摘要】
1.一种制备超高粘度聚合物共混物的方法，其特征在于，物料通过料斗进入转子轴与偏心定子内腔偏心的混合装置中，通过设置在转子轴径向通孔内的滑板分隔成体积周期性由大变小的排料区及由小变大的加料区，物料在体积周期性变化中做循环压缩与膨胀流动，受到与沿流动方向一致的体积拉伸应力作用，在垂直流动方向通过设置在偏心定子通孔上的超声波装置叠加超声波振动，实现振动剪切应力与体积拉伸应力协同作用的高分子材料混合。2.实现权利要求1所述方法的制备超高粘度聚合物共混物的装置，主要包括驱动电机、减速箱、转子轴、偏心定子、加热器、排料盖、端盖和料斗；所述端盖和排料盖设置在偏心定子两端；料斗设置在偏心定子的前端；加热器固定在偏心定子的外表面，驱动电机与减速箱同轴安装连接；转子轴一端安装在减速箱的传动轴内，另一端置于偏心定子的内腔中，转子轴与偏心定子的内腔偏心；由转子轴的外表面、偏心定子内腔、排料盖及端盖形成封闭的混炼室，其特征在于：所述装置还包括滑板、超声波探头以及超声波发生器；所述转子轴上径向设有矩形通槽，滑板置于转子轴的径向矩形通槽中，滑板的两顶端分别与偏心定子内腔接触，混炼室的空间被滑板分成体积...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷小春，冯彦洪，杨智韬，文劲松，
申请(专利权)人：华南理工大学，广州华新科实业有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44