[实用新型]一种层数可调的纳米叠层复合材料制备装置

说明书

技术领域

本实用新型属于先进材料加工技术领域，涉及一种层数可调的纳米叠层复合材料制备装置，可通过复合挤出或复合注射成型制备多层复合结构高分子材料及制品。 

背景技术

微纳叠层复合材料由于在力学性能、阻隔性能、导电性能、光学性能等方面具有独特的优点，应用前景广泛，因而成为材料领域的研究热点。目前已公开的专利有最早的美国专利3557265、3565985、3884606，及后来的中国专利CN1511694A、200610022348.6等。最近一项发明专利2009202718783，公开了一种纳米叠层复合材料制备装置，该装置突破了原有技术一分为二的限制，可实现一分为三甚至更多，然而，采用这种技术方案，要获得不同层数的复合材料，必须改变叠层复合发生器的串联个数，操作复杂不灵活。而且，从实际出发考虑，叠层复合发生器的入口数m不能太多，因为分口数过多不仅会给叠层复合发生器的加工带来较大的难度，还会导致最终的熔体流动不均现象，从而影响叠层复合材料的成型质量。另一方面，叠层复合发生器的串联也不宜过多，因为随着串联数的增大，流动阻力增大，产生的背压也不断增加，在复合熔体成型时甚至可能引起溢料。因此，要想获得理想的高品质纳米级叠层复合材料，必须寻找更加有效的解决方案，以克服上述不足。 

发明内容

针对现有技术在制备高性能纳米层状复合材料方面的不足，本实用新型的目的旨在提供一种分割效率更高、流动对称性好、分层过程中压力损 失小、且通过旋转叠层器前端口模可简单有效地改变复合材料成型层数的叠层器装置。同时，可将该项技术从挤出成型领域拓展到注射成型领域；并可适应于多种纳米复合材料的制备与成型加工。 

可以实现上述实用新型目的的具体技术方案如下：一种层数可调的纳米叠层复合材料制备装置，主要包括前后依次串联连接的塑化供料装置、汇流器、分流器、口模、复合叠层器、后端汇流器和成型装置，汇流器将来自n个塑化供料装置的熔体叠合成n层的复合熔体，层间的厚度可相同也可不相同，由层间的流道间隙保证。汇流器的出口与分流器的入口对接，分流器有四个入口，复合熔体在离开汇流器进入分流器时沿宽度方向平均分割成四等分，其中外侧的两个流道为水平直流道，且结构相互对称，而内侧的两个流道分别向上和向下扭转90度，都由入口时的水平流道转变为出口时的竖直流道，并且两流道的结构也相互对称。并且，这四个流道在分流器的出口平面上分别位于同一圆周的0度、90度、180度和270度位置。从分流器每一流道出来的熔体继续向前流至与之对接的口模内。口模在上下和左右位置分别开有与分流器出口相对应的竖直和水平方向的直流道，假设当这四个入口与分流器的出口相对应连接时为口模的初始位置，此外，在与该口模的水平流道成45度方向上还布有形状大小相同的两个圆周对称流道，如果将口模由初始位置沿逆时针或顺时针方向转过45度，则口模将只有两个流道入口与分流器的出口连通，假设这一位置为口模的第二位置。所以，通过改变口模的连接位置，可以改变口模所连通的流道数目，从而改变最终成型的复合材料层数。复合叠层器的入口流道与口模初始位置的出口流道可完全对接，这四个流道同样分布于同一圆周的0度、90度、180度和270度位置。每一流道的入口被平均分割成m等份，每一 等份在叠层器中继续向前流动时扭转90度并且展宽m倍，在各自的出口端相互汇流成为n×m层的叠层结构，复合叠层器入口熔体通道尺寸与旋转90度后出口的熔体通道尺寸相同；再对接一个同样的旋转90度的复合叠层器，则出口处的每一流道可得到n×m×m层的叠层结构；如果串联k个同样的复合叠层器，则最后一个复合叠层器出口处的每一流道可得到4×n×m^k层的多层结构复合材料，最后一个复合叠层器的出口与后端汇流器对接，后端汇流器中的一组流道为对称直流道，而另一组对称流道扭转90度后展平汇合，从这四个流道出来的多层复合熔体最终叠合成4×n×m^k层的多层结构复合材料(此时口模位于初始位置)或2×n×m^k层的多层结构复合材料(此时口模调至第二位置)，这些多层复合材料最后可继续向前进入成型装置从而得到最终制品。n和m为不小于2的整数，k为不小于1的整数。例如：将两种组分的高分子熔体汇流后经过5等分的叠层复合发生器，串联5个相同的复合叠层器，如果当口模处于初始位置时，则可得到总层数为4×2×5⁵＝25000层的多层复合结构体，该层状熔体从1mm厚的成型装置的出口挤出，两种高分子材料的层间厚度平均值为40nm，如果进一步将其拉伸到0.1mm厚度时，该复合材料的每种高分子材料的层间厚度可达4nm；而把口模旋转至第二位置时，可获得总层数为2×2×5⁵层的多层复合结构体，该层状熔体从1mm厚的成型装置的出口挤出，两种高分子材料的层间厚度平均值为80nm，如果进一步将其拉伸到0.1mm厚度时，该复合材料的每种高分子材料的层间厚度可达8nm。