一种纳米层叠复合材料模外成型装置的制造方法

文档序号:9589377阅读:296来源:国知局
一种纳米层叠复合材料模外成型装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高分子材料先进制造技术领域,涉及到纳米层叠复合材料模外成型装置,特别是挤出成型和压延成型结合的模外层叠装置。
【背景技术】
[0002]纳米复合材料由于其优良的综合性能,被广泛应用于航空航天、国防、交通等领域。目前,一些专家、学者在纳米复合材料成型方法上做了多方面的研究,提出一系列纳米层叠复合材料制备方法,该层状纳米复合材料在力学性能、阻隔性能、导电性能、光学性能等方面有了重大突破。发明专利200610022348.6和发明专利200910237622.5,都是以汇流器、层叠器和成型装置的形式依次串联而成,而前者的层叠器是将入口端的层状矩形熔体分割成上下两道、展宽堆积进而实现一次层叠,由于层叠越多会造成压力损失越大、流动阻力越大,层叠次数少也将大大限制最大层数和材料的性能;后者的层叠器是将层状矩形熔体分割成多道、通过模内旋转90度、展宽堆积而成,由于模内分层过多会引起模具加工困难、模腔不易清洗等问题。

【发明内容】

[0003]针对现有纳米层叠复合材料制备的不足,提出本发明的目的在于:解决因层叠器造成的模腔难清理、内部压力损失过大、流动阻力大、不可视化的缺陷,从根本上去除模具结构,替代以模外层叠装置,不仅解决上述问题以及保证足够的层数,而且易于实现和操作,能高效率得到纳米层叠复合材料。本发明的技术方案是将层叠器由模内层叠变为模外层叠,具体方案如下:
[0004]本发明一种纳米层叠复合材料模外成型装置,其生产线由压延机及多组外层叠器依次串联组成、平行放置,通过一台或多台挤出机共混或共挤出的熔体经过压延机压制展延成一定厚度和宽度的η层片材,然后在第一个外层叠器作用下延展为至少nXm2层的多层结构片材,又通过第二个外层叠器后变为至少nXm4层的多层结构复合材料片材。若串联k个外层叠器,则可得到至少11\!1^层的多层结构复合材料片材,最后一个外层叠器与切粒机连接可制备具有多层结构复合材料的母粒。从而可通过上述生产线加工出层叠复合材料,其中k彡2,η彡1,m彡2,例如取:n = 2,m = 16,k = 2,则层数至少为2X 164=131072 ;片材厚度为1mm,则最小厚度不超过1/131072 = 7.6nm。
[0005]本发明一种纳米层叠复合材料模外成型装置,外层叠器包括1#切分辊、1#切分器、1 #双辊、2#双辊、1 #导流器、1 #汇流辊、1 #加热器、三辊压延机、2#加热器、2#汇流辊、2#导流器、3#双辊、4#双辊、2#切分辊、2#切分器和逆向辊,其中1#切分器和1#切分辊竖直相切,2#切分器和2#切分辊竖直相切,各组成按所述顺序依次串联组成、平行放置,逆向辊高度可调,逆向辊是将片材往回引导,片材经过逆向辊后不再向前,而是返回到前一组压延机。1#切分器和2#切分器都是由(m-Ι)个同轴的、可调间距的切刀构成的圆形切刀组,由1#切分辊、2#切分辊分别驱动。当一定宽度和厚度的η层片材经过1#切分器和1#切分辊时被切为m等份。各等份片材由1#双辊和2#双辊带动向前运动,后扭转90度(首次需手动扭转)沿着1#导流器和1#汇流辊汇聚贴合在一起,宽度变为原来的1/m,厚度变为原来的m倍,之后再次扭转90度(首次需手动扭转),再通过加热器内适当尺寸的方形通孔前进,并利用加热器对孔内均匀加热以使各等份变为熔体状态,方孔出口处各等份继续向前流动到三辊压延机里上辊和中辊构成的上辊系以及后续添加的多个辊系(图中未显示)延展成型为nXm层、厚度均匀的原有尺寸层叠结构片材。
[0006]当nXm层片材从三辊压延机的上辊系流出后,通过逆向辊往回流动,之后分别通过2#切分器和2#切分辊、4#双辊、3#双辊、2#导流器、2#汇流辊、2#加热器和三辊压延机里中辊和下辊构成的下辊系,重复上述过程,从而获得nXm2层、厚度均匀的原有尺寸层叠结构片材。
[0007]本发明一种纳米层叠复合材料模外成型装置,为保证模外层叠后各等份片材流量一致,即所得片材厚度一致,在1#双辊和2#双辊以及4#双辊和3#双辊之间分别增加一组流量调节器,流量调节器是由流量调节器水平辊和流量调节器竖直辊垂直固定连接而成,流量调节器竖直辊可调节高度。定义从左到右各等份标号为1,2,…,m,对应流量调节器竖直辊的高度为hi (i取值为1,2,...,!!!)。定义流量调节器部分的长度为1,汇流部分的长度为t、宽度为a,则hi可以通过计算获得。各等份对应的流量调节器竖直辊高度由上述公式计算得出。
[0008]本发明一种纳米层叠复合材料模外成型装置,在1#加热器、2#加热器与三辊压延机之间可分别添加一个具有与运动方向垂直的往复水平运动的1#牵引器、2#牵引器,这种牵引运动能使熔体按照所需的宽度均匀、稳定地涂覆在三辊压延机作用前,从而保证了延展出的幅宽与原来片材宽度相同。此结构可使层叠展宽率大幅度增加,极大地减少了辊系数量,提高生产效率,虽然层叠结构不均匀,但材料最小尺度会进一步减小。
[0009]本发明对片材压延成型展宽后进行切分处理,能有效地对其大幅度等分,在保证足够层数的前提下极大地减小外层叠器数量、提高生产效率;虽然本例应用于直线式布置方式,但是由于整个过程利用单辊或双辊牵引,可自由变换方向,可转变为S型、L型、Z型等,能使空间布置更趋合理;模外扭转层叠打破了模内层叠的限制,并且是对已成型的片材处理,可在没有任何模具的作用下自然扭转,大大提高精度和降低成本,克服了模具造成的模腔难清理和内部压力过大等问题;所提出的流量调节器可以使各等份流量均匀,使得层叠过程平衡、稳定。
【附图说明】
[0010]图1是本发明一种纳米层叠复合材料模外成型装置生产线示意图。
[0011]图2是本发明一种纳米层叠复合材料模外成型装置外层叠器前段的结构示意图。
[0012]图3是本发明一种纳米层叠复合材料模外成型装置外层叠器后段的结构示意图。
[0013]图4是本发明一种纳米层叠复合材料模外成型装置中流量调节器单独结构的左视图。
[0014]图5是本发明一种纳米层叠复合材料模外成型装置流量调节器部分的主视图。
[0015]图6是本发明一种纳米层叠复合材料模外成型装置汇流部分的俯视图。
[0016]图中,1-熔体,2-压延机,3-第一个外层叠器,4-第二个外层叠器,5-片材,6-1#切分辊,7-1#切分器,8-1#双辊,9-1#流量调节器,10-2#双辊,11-1#导流器,12-1#汇流棍,13-1#加热器,14-1#牵引器,15-三辊压延机,16-2#牵引器,17-2#加热器,18-2#汇流辊,19-2#导流器,20-3#双辊,21-2#流量调节器,22-4#双辊,23-2#切分辊,24-2#切分器,25-逆向辊,26-流量调节器水平辊,27-流量调节器竖直辊。
【具体实施方式】
[0017]本发明一种纳米层叠复合材料模外成型装置,其生产线如图1所示,由压延机2、多个外层叠器依次串联组成、平行放置,图中所示有第一个外层叠器3和第二个外层叠器4。通过一台或多台挤出机共混或共挤出的熔体1经过压延机2压制展延成一定厚度和宽度的η层片材,然后在第一个外层叠器3作用下延展为至少nXm2层的多层结
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