一种气体协同辊压聚合物基纳米复合材料混炼装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种气体协同辊压聚合物基纳米复合材料混炼装置及方法，该装置包括：机架；第一辊筒；第二辊筒；至少一个气动阀门，其位于所述第二辊筒内；储气瓶。本发明专利技术的，第一辊筒可以实现混炼过程两辊筒间的辊隙发生由大到小再由小到大的周期性变化，连续破坏辊筒间的物料回流区，物料的体积在这种周期性的体积拉伸作用下发生周期性的膨胀

【技术实现步骤摘要】
一种气体协同辊压聚合物基纳米复合材料混炼装置及方法


[0001]本专利技术涉及聚合物材料加工
，尤其涉及一种气体协同辊压聚合物基纳米复合材料混炼装置及方法。

技术介绍

[0002]聚合物，又称为高分子化合物，是指那些由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子量在一万以上的化合物。聚合物的线型或是体型结构决定了其具有良好的高弹性、可塑性和机械强度与硬度，广泛应用于工业与日用品生产领域中。随着科技的发展，单一的聚合物材料已经难以满足多元化使用的性能要求，聚合物基复合材料特别是聚合物基纳米复合材料成为高分子材料领域的研究重点和热点。将纳米填料添加到聚合物基体中，能够使得聚合物基复合材料在结晶性能、力学性能、热性能和电性能方面得到明显提高，而且还能保持良好的加工成型性能。在制备聚合物基纳米复合材料过程中，纳米填料在聚合物基体中的分散性直接决定了最终复合材料的性能。纳米填料具有极强的团聚力，在聚合物基体中极易形成团聚体，进而损失了纳米粒子所具有的优势，无法对聚合物起到良好的性能改善作用。因此，如何提高纳米粒子在聚合物基体中的分散性成为聚合物基纳米复合材料制备和应用的关键问题。
[0003]熔融共混法操作简便、效率高，是制备聚合物基纳米复合材料最重要的方法之一。熔融共混法常用的加工设备有双螺杆挤出机、密炼机、开炼机等，利用这些加工设备所产生的剪切场和拉伸场实现聚合物基纳米复合材料多相体系间的分布混合和分散混合。但由于传统的螺杆式挤出机、密炼机和开炼机主要是基于剪切场主导的加工原理，对微小粒子的分散能力不足。基于拉伸场主导的加工原理，被证明与剪切场相比，对多组分间具有更强的分散和混炼能力，是制备聚合物基纳米复合材料有效方法之一。例如现有技术还公开了一种新型的混合分散装置，包括至少一个筒体和同心安装在筒体内的转子，转子上开有至少两条过料槽，过料槽的槽底表面与筒子内壁形成的空间由进料端到出料端逐渐减小，物料由进料区流入到出料区流出时由于过料槽内的流通面积逐步减少，使得物料流动时主流动方向与主速度梯度方向一致，物料的流动主要以拉伸流动为主，具有分散性能好的优点。
[0004]开练机是制备聚合物基复合材料的一种重要设备，传统开炼机是基于剪切场支配的聚合物加工原理。对开炼机进行改进和结构优化，可以实现拉伸场支配，提高开炼过程的混炼效果。例如现有技术公开了一种利用偏心辊筒强化混炼高分子材料的方法及装置，利用与旋转轴线偏心的后辊筒和与旋转轴线同心的前辊筒相向转动时，两辊筒间的辊隙发生周期性的大小变化，连续破坏辊筒间的物料回流区，使物料在两辊筒间的连续混炼过程被强化。但利用该方法对聚合物和纳米材料进行混料过程中，物料的分散效果不理想。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提出了一种气体协同辊压聚合物基纳米复合材料混炼装置及方法，以解决或至少部分解决现有技术中存在的技术问题。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种气体协同辊压聚合物基纳米复合材料混炼装置，包括：
[0007]机架；
[0008]第一辊筒，其可转动设置在机架上，所述第一辊筒为偏心辊筒；
[0009]第二辊筒，其可转动设置在机架上，所述第二辊筒与所述第一辊筒平行设置；
[0010]至少一个气动阀门，其位于所述第二辊筒内，所述气动阀门的出气口穿出至所述第二辊筒外；
[0011]储气瓶，其位于所述第二辊筒外，所述储气瓶的出气口与所述气动阀门连通。
[0012]优选的是，所述的气体协同辊压聚合物基纳米复合材料混炼装置，所述储气瓶的出气口通过金属管道与所述气动阀门连通。
[0013]优选的是，所述的气体协同辊压聚合物基纳米复合材料混炼装置，所述储气瓶的出气口上设有压力调节阀和压力表。
[0014]第二方面，本专利技术还提供了一种气体协同辊压聚合物混炼方法，包括如下步骤：
[0015]提供所述的气体协同辊压聚合物基纳米复合材料混炼装置；
[0016]将聚合物、纳米材料加入至第一辊筒和第二辊筒之间，同时设定储气瓶压力；
[0017]驱动第一辊筒、第二辊筒相向转动，且气动阀门的出气口在设定的压力下开启，储气瓶中的惰性气体经气动阀门的出气口喷出，在第一辊筒、第二辊筒的转动以及惰性气体的作用下，对聚合物、纳米材料进行混炼。
[0018]本专利技术的一种气体协同辊压聚合物基纳米复合材料混炼装置，相对于现有技术具有以下有益效果：
[0019]本专利技术的气体协同辊压聚合物基纳米复合材料混炼装置，第一辊筒的旋转轴线与辊筒外圆中心线(即轴线)偏心且偏心距可调，实现混炼过程两辊筒间的辊隙发生由大到小再由小到大的周期性变化，连续破坏辊筒间的物料回流区，物料的体积在这种周期性的体积拉伸作用下发生周期性的“膨胀
‑
压缩
‑
膨胀”，使物料在两辊筒间的连续混炼过程被强化；为了在混炼过程中引入气体(如氮气，不与物料反应)而实现原位气泡拉伸分散的功能，在第二辊筒内部设置多个气动阀门，气动阀门的出气口穿出至第二辊筒外。当物料塑化包辊后，通过控制储气瓶的出气口压力大小来调节第二辊筒内部气动阀门的开闭，当气体压力调节达到一定值时，第二辊筒内部气动阀门打开，高压气体排出，受塑化物料的包辊作用，高压气体在塑化熔体中形成气泡并快速膨胀，对周围聚合物熔体产生的快速拉伸作用，气泡拉伸作用强化了填充粒子的分散分布。同时，由于体积拉伸混炼过程中辊筒间隙大小发生周期性变化，使得产生的气泡在辊筒间隙变小时受到压缩作用而被及时压缩消泡，避免了混炼物料需要进行二次加工消除气泡的问题。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术其中一个实施例中气体协同辊压聚合物基纳米复合材料混炼装置的
结构示意图；
[0022]图2为申请号为201810337425.X的专利体积拉伸混炼的作用机理示意图；
[0023]图3为本申请的混炼装置的气泡拉伸分散过程作用原理图；
[0024]图4为本专利技术实施例1中经过模压后的材料的SEM图；
[0025]图5为本专利技术实施例1中经过模压后的材料的TEM图；
[0026]图6为对比例1中经过模压后的材料的SEM图；
[0027]图7为对比例1中经过模压后的材料的TEM图；
[0028]图8为对比例2中经过模压后的材料的SEM图；
[0029]图9为对比例2中经过模压后的材料的TEM图。
具体实施方式
[0030]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气体协同辊压聚合物基纳米复合材料混炼装置，其特征在于，包括：机架；第一辊筒，其可转动设置在机架上，所述第一辊筒为偏心辊筒；第二辊筒，其可转动设置在机架上，所述第二辊筒与所述第一辊筒平行设置；至少一个气动阀门，其位于所述第二辊筒内，所述气动阀门的出气口穿出至所述第二辊筒外；储气瓶，其位于所述第二辊筒外，所述储气瓶的出气口与所述气动阀门连通。2.如权利要求1所述的气体协同辊压聚合物基纳米复合材料混炼装置，其特征在于，所述储气瓶的出气口通过金属管道与所述气动阀门连通。3.如权利要求2所述的气...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈荣源，韩琳，张忠厚，何领好，杨皓然，刘欣，方少明，周立明，刘东亮，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：