[发明专利]水辅助混炼挤出/注塑聚合物纳米复合材料的设备及实现方法

权利要求书

1.一种水辅助混炼挤出聚合物纳米复合材料的设备，其特征在于：包括挤出机、水基纳米粒子悬浮液注入装置和将水基纳米粒子悬浮液中的水汽化后形成的水蒸气从挤出机机筒中排出的排气装置；所述水基纳米粒子悬浮液注入装置和排气装置沿挤出机的挤出方向依次与挤出机机筒连接。

2.根据权利要求1所述的水辅助混炼挤出聚合物纳米复合材料的设备，其特征在于：所述水基纳米粒子悬浮液注入装置包括依次连接的储存水基纳米粒子悬浮液的储液缸、阀门开关、高压计量泵、换向阀、溢流阀、第一压力表、节流阀、第二压力表和电动球阀；所述电动球阀通过螺纹与挤出机机筒连接。

3.根据权利要求1所述的水辅助混炼挤出聚合物纳米复合材料的设备，其特征在于：所述排气装置为真空泵；所述真空泵的进气口通过螺纹与挤出机机筒连接，排气口与大气连通。

4.根据权利要求2所述的水辅助混炼挤出聚合物纳米复合材料的设备，其特征在于：所述电动球阀包括阀体、阀杆、电动执行器和具有多个细小喷孔结构的球体；所述球体安装在阀体内，阀杆在电动执行器的作用下带动球体在阀体内转动；球体转动角度为0°时电动球阀处于开启状态，球体转动角度为90°时电动球阀处于关闭状态。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的挤出设备实现的水辅助混炼挤出聚合物纳米复合材料的方法，其特征在于：包括下述步骤：（1）启动挤出机，使聚合物原料塑化、熔融后得到熔体，被连续性地挤出；（2）挤出过程稳定后，启动水基纳米粒子悬浮液注入装置，以所需的压力和流量均匀地将水基纳米粒子悬浮液注入挤出机机筒中，与聚合物熔体混合，在挤出机螺杆的进一步混炼以及水基纳米粒子悬浮液中的水的塑化、汽化和膨胀效应的协同作用下，纳米粒子均匀地分散在聚合物熔体中；（3）启动排气装置，将水基纳米粒子悬浮液中水汽化后形成的水蒸气从挤出机机筒中排出。

6.一种水辅助混炼注塑聚合物纳米复合材料的设备，其特征在于：包括注塑机、注塑模具、水基纳米粒子悬浮液注入装置以及向注塑模具型腔内提供和排出反压气体的模具型腔气体反压装置；所述水基纳米粒子悬浮液注入装置与注塑机机筒连接；所述模具型腔气体反压装置与注塑模具连接。

7.根据权利要求6所述的水辅助混炼注塑聚合物纳米复合材料的设备，其特征在于：所述水基纳米粒子悬浮液注入装置包括依次连接的储存水基纳米粒子悬浮液的储液缸、阀门开关、高压计量泵、换向阀、溢流阀、第一压力表、节流阀、第二压力表和电动球阀；所述电动球阀通过螺纹与注塑机机筒连接。

8.根据权利要求6所述的水辅助混炼注塑聚合物纳米复合材料的设备，其特征在于：所述模具型腔气体反压装置包括气体增压回路和气体泄压回路；所述气体增压回路包括依次连接的空气压缩机、阀门、增压泵、调压阀、压力表和单向阀；所述气体泄压回路包括二位二通换向阀和程控减压阀；所述单向阀与注塑模具的进气口连接；所述二位二通换向阀的一端与注塑模具的排气口连接，另一端与程控减压阀相连接；程控减压阀与大气连通。

9.根据权利要求7所述的水辅助混炼注塑聚合物纳米复合材料的设备，其特征在于：所述电动球阀包括阀体、阀杆、电动执行器和具有多个细小喷孔结构的球体；所述球体安装在阀体内，阀杆在电动执行器的作用下带动球体在阀体内转动；球体转动角度为0°时电动球阀处于开启状态，球体转动角度为90°时电动球阀处于关闭状态。

10.根据权利要求6～9中任一项所述的注塑设备实现的水辅助混炼注塑聚合物纳米复合材料的方法，其特征在于：包括下述步骤：（1）启动注塑机的合模机构使注塑模具合模，然后启动模具型腔气体反压装置，模具型腔气体反压装置中的气体增压回路工作，使注塑模具型腔内的气体压力维持高于对应的水蒸气在熔体温度时的饱和压力值；（2）启动注塑机的塑化/注射装置，使聚合物原料塑化、熔融后得到熔体，启动水基纳米粒子悬浮液注入装置，向注塑机机筒内注入一定压力和流量的水基纳米粒子悬浮液，与聚合物熔体混合，在注塑机螺杆的进一步混炼以及水基纳米粒子悬浮液中的水的塑化、汽化和膨胀效应的协同作用下，纳米粒子均匀地分散在聚合物熔体中；（3）塑化过程结束后，注塑机的塑化/注射装置将混炼均匀的聚合物纳米复合材料熔体注入注塑模具的型腔中，同时开启模具型腔气体反压装置中的气体泄压回路，对注塑模具型腔内的气体按预定的泄压速率进行泄压，以保证模具型腔内的气体在被填充熔体压缩过程中维持稳定的压力，在高于对应的水蒸气在熔体温度时的饱和压力的注塑模具型腔内的气体压力作用下，溶解在熔体中的水蒸气不被析出；（4）注塑制品冷却固化后，启动注塑机的开模机构使注塑模具开模，得到表面光洁且内部无气泡的聚合物纳米复合材料制品。