【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物基高分子材料成型加工，更具体地，涉及一种多相生物高分子复合材料连续共混制备方法及设备。
技术介绍
1、由于石油基高分子材料不可降解，如处置不当，易对环境造成一定的污染性。而生物基高分子材料(如pla、pha、淀粉等)具有良好的力学性能和生物相容性，来源于生物质材料，可完全降解，正成为替代传统石油基塑料最为理想的环境友好型高分子材料。但单一类型的生物基高分子材料具有较为明显的性能缺陷，例如pla虽然具有较高的拉伸强度和弹性模量，但其质脆、韧性差，极大限制了pla的应用范围；pha在结晶、机械性能以及热稳定性等方面都存在一定缺陷，同样限制了其应用范围。因此，需要将两种或两种以上的生物基高分子材料进行共混、共聚、增塑等改性处理，以制备可完全降解的多相生物基高分子复合材料体系，提高生物高分子材料的综合性能，拓展其应用范围。熔融共混法由于具有操作简单、可控性强、成本低等优点，被普遍用于多相生物高分子材料的共混改性。
2、然而生物基高分子材料对温度较敏感，在高温下易降解，因此其加工温度范围较窄，从而对其熔融共混加工产生极大约束。传统的熔融共混设备主要是基于剪切形变加工机理，在加工过程中，剪切作用力与物料流动方向相垂直，不利于熔体的热质传递、多相生物高分子材料的共混增容以及对多相体系微界面的调控，且剪切生热大、热机械历程长，易造成物料分子链断裂和降解。因此，急需开发一种新的技术，用于生物基高分子材料的熔融共混，以制备具有优异性能的生物高分子材料。
技术实现思路
1、
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种多相生物高分子复合材料连续共混制备方法，该方法包括以下步骤：利用脉冲超高压将多种不同组分的生物高分子材料进行熔融共混，从而形成具有核壳微结构的多相生物高分子复合材料。
3、进一步优选地，将多种不同组分的生物高分子材料进行熔融共混；
4、在脉冲超高压作用下多组分生物高分子材料体积不断被压缩释放，从而迫使其做速度梯度矢量向流动方向趋近的正位移脉动式流动；
5、多组分生物高分子材料在体积压缩和释放交替作用的迫使下不断被细化，并强制多组分生物高分子材料内微界面连续动态生成和演化；
6、在脉冲超高压作用下被细化的表观粘度相对高的生物高分子相微粒被表观粘度相对较低的生物高分子相包覆，进而形成具有核壳微结构的多相生物高分子复合材料。
7、优选地，所述脉冲超高压在多相生物高分子材料的熔融共混过程中对物料施加连续地定向作用，进而使核壳微结构具有良好的取向。
8、优选地，施加在生物高分子材料连续共混过程中的脉冲超高压大小随生物高分子材料的熔体强度不同有所变化，所述脉冲超高压最大压力范围为0.1～50mpa。
9、优选地，所述脉冲超高压由具有四圆拓扑结构的转子在具有五圆拓扑内腔结构的定子中做自转与公转方向相反且速比为1:4的啮合转动所产生。
10、优选地，多种不同组分的生物高分子材料的表观粘度具有差异。
11、优选地，所述生物高分子材料包括聚乳酸、聚丙交酯、热塑性淀粉、聚羟基脂肪酸酯、聚己内酯、聚乙烯醇等。
12、按照本专利技术的另一方面，提供了一种实现多相生物高分子复合材料连续共混制备方法的设备，该设备包括机架以及设置于所述机架上的电机、联轴器、动力减速分配器、挤压系统和温控系统；
13、所述电机、联轴器、动力减速分配器和挤压系统依次连接；所述温控系统设置于所述挤压系统的外周；
14、所述挤压系统包括转子和定子，所述转子的横截面为曲边拓扑四边形，其表面为连续变化的螺旋状拓扑结构和平直段结构交替构成；所述定子设有定子腔，所述定子腔的横截面为曲边拓扑五边形，所述定子腔的内表面为连续变化的螺旋状拓扑结构和平直段结构交替构成，且与所述转子的表面结构一一对应；
15、所述转子设置于所述定子腔中，且其外拓扑曲面啮合于所述定子腔的内拓扑曲面，并将所述定子腔分成五个腔室；
16、所述转子通过所述动力减速分配器驱动下，在所述定子腔内做自转与公转方向相反且速比为1:4的行星运动。
17、优选地，所述转子的螺旋状拓扑结构的螺距由进料端至出料端逐渐递减；所述定子腔的螺旋状拓扑结构的螺距为与之对应位置的所述转子螺旋状拓扑结构的螺距的1.25倍，所述转子平直段结构的长度与所述定子腔平直段结构的长度相等。
18、优选地，所述转子在所述定子腔中作行星运动的过程中，在所述定子腔的五个腔室中，所述转子外表面连续不断地向所述定子腔内表面靠近，从而在所述定子腔中产生脉冲超高压，进而对生物高分子材料施加正应力作用，使其做速度梯度矢量向流动方向趋近的正位移脉动式流动。
19、优选地，所述转子的自转转速范围为0～100转/分钟，所述温控系统沿挤出方向在所述定子上分为五个控制区，每一个控制区的温度范围为室温～300℃，温控精度为±2℃。
20、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
21、1、本专利技术提出的一种多相生物高分子复合材料连续共混制备方法，利用脉冲超高压作用使多组分生物高分子材料做速度梯度矢量向流动方向趋近的正位移脉动连续熔融共混，可有效调控多相体系内微界面的连续动态生成和演化，进而制备出高性能的多相生物高分子复合材料，可高效调控多相生物高分子复合体系内微界面的连续动态生成和演化，由此解决多相生物高分子复合材料在共混过程中微结构不均匀、综合性能差、热机械历程长、易降解等问题。
22、2、本专利技术提出的一种多相生物高分子复合材料连续共混制备方法，脉冲超高压由具有四圆拓扑结构的转子在具有五圆拓扑内腔结构的定子中做自转与公转方向相反且速比为1:4的啮合转动所产生，对物料施加基于正应力的脉冲超高压作用，极大提升了物料在加工过程中的传质传热效率和混合分散效果。
23、3、本专利技术提出的一种多相生物高分子复合材料连续共混制备方法的设备，在对多相生物高分子复合材料进行熔融共混的过程中施加连续、定向地脉冲超高压作用，具有传质传热效率高、混合分散效果好、热机械历程短、温升低、对多相生物高分子材料分子链破坏小等优势。
24、4、本专利技术所提出的脉冲超高压作用混合机理可促使表观粘度相对低的生物基高分子相包覆表观粘度相对高的高分子相微粒，进而形成具有核壳微结构的多相生物高分子复合材料，由此大幅提升其物理机械性能。
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1.一种多相生物高分子复合材料连续共混制备方法，其特征在于：利用脉冲超高压将多种不同组分的生物高分子材料进行熔融共混，从而形成具有核壳微结构的多相生物高分子复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种多相生物高分子复合材料连续共混制备方法，其特征在于，所述脉冲超高压由具有四圆拓扑结构的转子在具有五圆拓扑内腔结构的定子中做自转与公转方向相反且速比为1:4的啮合转动所产生。
3.根据权利要求1所述的一种多相生物高分子复合材料连续共混制备方法，其特征在于，施加在生物高分子材料连续共混过程中的脉冲超高压大小随生物高分子材料的熔体强度不同有所变化，所述脉冲超高压最大压力范围为0.1～50MPa。
4.根据权利要求1所述的一种多相生物高分子复合材料连续共混制备方法，其特征在于，所述脉冲超高压在多相生物高分子材料的熔融共混过程中对物料施加连续地定向作用，进而使核壳微结构具有良好的取向。
5.根据权利要求1所述的一种多相生物高分子复合材料连续共混制备方法，其特征在于，多种不同组分的生物高分子材料的表观粘度具有差异。
6.根据权利要求5所述的
7.一种实现如权利要求1-6任一项所述多相生物高分子复合材料连续共混制备方法的设备，其特征在于，该设备包括机架(1)以及设置于所述机架(1)上的电机(2)、联轴器(3)、动力减速分配器(4)、挤压系统和温控系统；
8.根据权利要求7所述的一种设备，其特征在于，所述转子(6)的螺旋状拓扑结构的螺距由进料端至出料端逐渐递减；所述定子腔的螺旋状拓扑结构的螺距为与之对应位置的所述转子螺旋状拓扑结构的螺距的1.25倍，所述转子(6)平直段结构的长度与所述定子腔平直段结构的长度相等。
9.根据权利要求8所述的一种设备，其特征在于，所述转子(6)在所述定子腔中作行星运动的过程中，在所述定子腔的五个腔室中，所述转子(6)外表面连续不断地向所述定子腔内表面靠近，从而在所述定子腔中产生脉冲超高压，进而对生物高分子材料施加正应力作用，使其做速度梯度矢量向流动方向趋近的正位移脉动式流动。
10.根据权利要求9所述的一种设备，其特征在于，所述转子(6)的自转转速范围为0～100转/分钟，所述温控系统沿挤出方向在所述定子(7)上分为五个控制区，每一个控制区的温度范围为室温～300℃，温控精度为±2℃。
...【技术特征摘要】
1.一种多相生物高分子复合材料连续共混制备方法，其特征在于：利用脉冲超高压将多种不同组分的生物高分子材料进行熔融共混，从而形成具有核壳微结构的多相生物高分子复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种多相生物高分子复合材料连续共混制备方法，其特征在于，所述脉冲超高压由具有四圆拓扑结构的转子在具有五圆拓扑内腔结构的定子中做自转与公转方向相反且速比为1:4的啮合转动所产生。
3.根据权利要求1所述的一种多相生物高分子复合材料连续共混制备方法，其特征在于，施加在生物高分子材料连续共混过程中的脉冲超高压大小随生物高分子材料的熔体强度不同有所变化，所述脉冲超高压最大压力范围为0.1～50mpa。
4.根据权利要求1所述的一种多相生物高分子复合材料连续共混制备方法，其特征在于，所述脉冲超高压在多相生物高分子材料的熔融共混过程中对物料施加连续地定向作用，进而使核壳微结构具有良好的取向。
5.根据权利要求1所述的一种多相生物高分子复合材料连续共混制备方法，其特征在于，多种不同组分的生物高分子材料的表观粘度具有差异。
6.根据权利要求5所述的一种多相生物高分子复合材料连续共混制备方法，其特征在于，所述生物高分子材料包括聚乳酸、聚丙交酯、...
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