專利名稱：生產(chǎn)單聚合物復(fù)合材料制品的準熔融靜態(tài)混合設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于生產(chǎn)單聚合物復(fù)合材料制品的準熔融靜態(tài)混合設(shè)備，屬于聚合物復(fù)合材料成型加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
聚合物復(fù)合材料通常是由聚合物基體、增強體(如纖維)等組成的多相固體材料， 基體與增強體之間存在界面，界面性能對復(fù)合材料的性能起著重要的作用。基體和增強體的粘接性能直接影響著界面性能，界面性能又影響應(yīng)力傳遞，這種影響貫穿基體與增強體的細觀狀態(tài)和宏觀力學(xué)性質(zhì)。由于增強熱塑性樹脂基復(fù)合材料的基體本身缺乏可反應(yīng)的活性官能團，很難與增強體發(fā)生良好的化學(xué)鍵結(jié)合，因此界面問題一直制約著其發(fā)展。如何獲得堅固、穩(wěn)定的界面是聚合物復(fù)合材料的經(jīng)典問題。此外，復(fù)合材料大量使用導(dǎo)致了復(fù)合材料廢棄物的增加。隨著自然資源的日益枯竭和環(huán)境的嚴重污染，全球能源回收和再利用意識不斷提高，材料設(shè)計必須考慮聚合物回收再利用。在設(shè)計可回收材料時，基本原則是在體系中選擇盡可能少的組分。一般的復(fù)合材料往往由兩種或兩種以上不同組分組成，這嚴重限制了聚合物復(fù)合材料的回收再利用。研究界面性能良好且易回收的復(fù)合材料受到了關(guān)注，1975年，N. J. Capiati等人首次制備了聚乙烯纖維增強聚乙烯復(fù)合材料，即基體和增強體為同種聚合物的復(fù)合材料，稱為單聚合物復(fù)合材料。單聚合物復(fù)合材料基體與增強體之間具有較好的界面粘結(jié)性能和優(yōu)越的回收再利用性能，單聚合物復(fù)合材料的制備研究將得到快速的發(fā)展。目前，制備單聚合物復(fù)合材料的方法有熱壓纖維法、溶液浸漬法、熱層壓法、纖維纏繞熱壓法等。雖然單聚合物復(fù)合材料制備的研究已涉及到聚烴類、聚酯類等多種復(fù)合材料，但尚停留在實驗室階段；目前單聚合物復(fù)合材料的加工方法主要是熱壓法，基體與增強體的結(jié)合主要通過加壓實現(xiàn)，單聚合物復(fù)合材料的制備過程一般要求嚴格控制加工溫度， 限制了生產(chǎn)大尺寸單聚合物復(fù)合材料制品的發(fā)展，同常規(guī)的聚合物成型加工方法還具有很大差距，還未實現(xiàn)連續(xù)化批量生產(chǎn)。擠出和注塑成型是聚合物材料加工規(guī)?；a(chǎn)的最主要的加工工藝方法，但是對于單聚合物復(fù)合材料的擠出和注塑成型加工，國內(nèi)外還鮮有報道。如果實現(xiàn)單聚合物復(fù)合材料的連續(xù)生產(chǎn)，可大范圍的發(fā)揮單聚合物復(fù)合材料良好的界面粘結(jié)性能和優(yōu)越的回收再利用性能，單聚合物復(fù)合材料可廣泛應(yīng)用航空航天、船舶、汽車、通信電子、建材、醫(yī)療器械和健身器材等領(lǐng)域，取代木材金屬合金和玻纖復(fù)合材料，推動我國新材料技術(shù)和加工行業(yè)的發(fā)展。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對目前單聚合物復(fù)合材料制備方法有限和不能實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)的問題，提出一種生產(chǎn)單聚合物復(fù)合材料制品的準熔融靜態(tài)混合設(shè)備，使單聚合物復(fù)合材料制品得到規(guī)模化生產(chǎn)，進而大范圍的發(fā)揮單聚合物復(fù)合材料的良好的界面粘結(jié)性能和優(yōu)越的回收再利用性能。[0005]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。該生產(chǎn)單聚合物復(fù)合材料制品的準熔融靜態(tài)混合設(shè)備，包括絕熱板、分流板、主體、快速冷卻裝置、靜態(tài)混合裝置、控溫裝置和纖維加料裝置；絕熱板和分流板設(shè)置在主體的一端，快速冷卻裝置設(shè)置在主體外圍，主體一端同靜態(tài)混合裝置連接，纖維加料裝置設(shè)置在主體與靜態(tài)混合裝置之間，控溫裝置設(shè)置在靜態(tài)混合裝置外圍；絕熱板、分流板、主體和快速冷卻裝置控制基體材料由熔融狀態(tài)快速冷卻至準熔融狀態(tài)，抑制基體材料從熔融溫度轉(zhuǎn)變到準熔融溫度過程中發(fā)生結(jié)晶而固化。該混合設(shè)備設(shè)置在常規(guī)的聚合物加工設(shè)備中，安裝在擠出機的機頭與機筒之間、 注塑機的噴嘴與機筒之間。上述的擠出機或注塑機的螺桿與機筒用于基體材料的熔融塑化。上述的快速冷卻裝置采用水冷和電加熱組合控溫的方式。上述的纖維加料裝置采用電機驅(qū)動自動加料，控制加料量。上述的靜態(tài)混合裝置主要由筒體和靜態(tài)混合元件組成。本實用新型的有益效果單聚合物復(fù)合材料具有基體與增強體界面粘結(jié)性好和易于回收再利用的優(yōu)勢，本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)單聚合物復(fù)合材料的基體由熔融狀態(tài)快速冷卻至準熔融狀態(tài)，實現(xiàn)單聚合物復(fù)合材料的基體與常溫狀態(tài)下的增強體的混合，可用于單聚合物復(fù)合材料制品的連續(xù)生產(chǎn)加工中，本實用新型采用靜態(tài)混合元件，可以在無需動力情況下使基體和增強體混合均勻。

圖1是本實用新型實施例的示意圖。其中，1.連接器，2.絕熱板，3.分流板，4.快速冷卻裝置，5.主體，6.纖維加料裝置，7.控溫裝置，8.筒體，9.靜態(tài)混合元件，10.機頭。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明。本實施例一種準熔融靜態(tài)混合設(shè)備，包括絕熱板2、分流板3、主體5、快速冷卻裝置4、靜態(tài)混合裝置、控溫裝置7和纖維加料裝置6。絕熱板2和分流板3設(shè)置在主體5的一端，快速冷卻裝置4設(shè)置在主體5外圍，主體5 —端同靜態(tài)混合裝置連接，纖維加料裝置 6設(shè)置在主體5與靜態(tài)混合裝置之間，控溫裝置7設(shè)置在靜態(tài)混合裝置外圍。本實施例的設(shè)備整體可設(shè)置在常規(guī)擠出成型設(shè)備中使用，設(shè)備的一端通過連接器1同擠出機的機筒連接，設(shè)備另一端連接擠出機的機頭10，擠出機的螺桿與機筒用于基體材料的熔融塑化。實現(xiàn)準熔融條件的關(guān)鍵是快速冷卻熔融的基體材料，設(shè)備的絕熱板2、分流板3、 主體5和快速冷卻裝置4用于控制基體材料由熔融狀態(tài)快速冷卻至準熔融狀態(tài)，從而抑制基體材料從熔融溫度轉(zhuǎn)變到準熔融溫度過程中發(fā)生結(jié)晶而固化。快速冷卻裝置采用水冷和電加熱的控溫方式。纖維加料裝置6用于纖維增強體材料的添加，本實施例采用電機驅(qū)動完成自動加料。靜態(tài)混合裝置主要由筒體8和靜態(tài)混合元件9組成，用于基體材料與纖維增強體材料的混合，其優(yōu)勢是能夠在無需動力的情況下利用固定在筒體8內(nèi)的靜態(tài)混合元件9改變流體在筒體內(nèi)的流動狀態(tài)，達到不同流體之間良好的分散和充分混合目的。控溫裝置7用于控制靜態(tài)混合裝置的溫度保持基體材料的熔融溫度以下，采用水冷和電加熱組合控溫的方式。 本實施例的工藝過程如下基體材料和纖維增強體材料為同種聚合物材料；基體材料通過常規(guī)的擠出成型設(shè)備熔融塑化，基體材料保持熔融狀態(tài)，在壓力作用下經(jīng)過絕熱板2和分流板3進入主體5，在絕熱板2、分流板3、主體5和快速冷卻裝置4作用下，基體材料由熔融狀態(tài)快速冷卻至準熔融狀態(tài)；纖維增強體材料通過纖維加料裝置6進入主體5中， 在壓力作用下同準熔融狀態(tài)的基體材料一起進入靜態(tài)混合裝置，通過溫控裝置7保持靜態(tài)混合裝置的溫度在基體材料熔融溫度以下，在靜態(tài)混合元件9的作用下基體材料和纖維增強體材料混合均勻，最后繼續(xù)在壓力作用下通過機頭10成型制品。本實施例的機頭10可成型厚4mm寬20mm的板狀制品。
權(quán)利要求1.生產(chǎn)單聚合物復(fù)合材料制品的準熔融靜態(tài)混合設(shè)備，其特征在于包括絕熱板、分流板、主體、快速冷卻裝置、靜態(tài)混合裝置、控溫裝置和纖維加料裝置；絕熱板和分流板設(shè)置在主體的一端，快速冷卻裝置設(shè)置在主體外圍，主體一端同靜態(tài)混合裝置連接，纖維加料裝置設(shè)置在主體與靜態(tài)混合裝置之間，控溫裝置設(shè)置在靜態(tài)混合裝置外圍；絕熱板、分流板、 主體和快速冷卻裝置控制基體材料由熔融狀態(tài)快速冷卻至準熔融狀態(tài)，抑制基體材料從熔融溫度轉(zhuǎn)變到準熔融溫度過程中發(fā)生結(jié)晶而固化。
2.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)單聚合物復(fù)合材料制品的準熔融靜態(tài)混合設(shè)備，其特征在于該混合設(shè)備設(shè)置在常規(guī)的聚合物加工設(shè)備中，安裝在擠出機的機頭與機筒之間、注塑機的噴嘴與機筒之間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的生產(chǎn)單聚合物復(fù)合材料制品的準熔融靜態(tài)混合設(shè)備，其特征在于上述的擠出機或注塑機的螺桿與機筒用于基體材料的熔融塑化。
4.如權(quán)利要求1或2所述的生產(chǎn)單聚合物復(fù)合材料制品的準熔融靜態(tài)混合設(shè)備，其特征在于上述的快速冷卻裝置采用水冷和電加熱組合控溫的方式。
5.如權(quán)利要求1或2所述的生產(chǎn)單聚合物復(fù)合材料制品的準熔融靜態(tài)混合設(shè)備，其特征在于上述的纖維加料裝置采用電機驅(qū)動自動加料，控制加料量。
6.如權(quán)利要求1或2所述的生產(chǎn)單聚合物復(fù)合材料制品的準熔融靜態(tài)混合設(shè)備，其特征在于上述的靜態(tài)混合裝置主要由筒體和靜態(tài)混合元件組成。
專利摘要本實用新型為生產(chǎn)單聚合物復(fù)合材料制品的準熔融靜態(tài)混合設(shè)備，屬于聚合物復(fù)合材料成型加工技術(shù)領(lǐng)域。包括絕熱板、分流板、主體、快速冷卻裝置、靜態(tài)混合裝置、控溫裝置和纖維加料裝置；絕熱板和分流板設(shè)置在主體的一端，快速冷卻裝置設(shè)置在主體外圍，主體一端同靜態(tài)混合裝置連接，纖維加料裝置設(shè)置在主體與靜態(tài)混合裝置之間，控溫裝置設(shè)置在靜態(tài)混合裝置外圍；絕熱板、分流板、主體和快速冷卻裝置控制基體材料由熔融狀態(tài)快速冷卻至準熔融狀態(tài)，抑制基體材料從熔融溫度轉(zhuǎn)變到準熔融溫度過程中發(fā)生結(jié)晶而固化；該裝置使單聚合物復(fù)合材料制品得到規(guī)?；a(chǎn)，進而大范圍的發(fā)揮單聚合物復(fù)合材料的良好的界面粘結(jié)性能和優(yōu)越的回收再利用性能。
文檔編號B29B7/90GK202016137SQ20112007494
公開日2011年10月26日 申請日期2011年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月20日
發(fā)明者代攀, 彭炯, 王建, 陳晉南 申請人:北京理工大學(xué)