一种用于聚合物纳米复合材料的循环拉伸混炼方法及设备

本发明涉及一种用于聚合物纳米复合材料的循环拉伸混炼方法及设备，其方法为利用调整机筒与转子之间的偏心距产生可控的拉伸力场，随着转子的旋转，转子上的叶片在弹簧作用下始终紧密贴合在机筒内壁，对聚合物纳米复合材料强制熔融塑化、分散混合。其设备包括底板、转子、机筒、弹簧、叶片、耐高温可视玻璃、加热圈、加热板、电机、控制系统。其中，机筒可在底板上沿直线方向移动，以调整机筒与转子之间的偏心距；叶片可通过弹簧调整伸缩距离，保证在转子旋转过程中叶片外缘始终紧密贴合在机筒内壁；转子轴通过传动机构与电机连接。本发明的特点是采用可移动机筒与转子偏心配合产生拉伸力场，通过转子带动叶片产生的强制推进作用，在结构上实现聚合物纳米复合材料在拉伸力场中的循环混炼过程。本发明具备以下优势：（1）改变机筒与转子之间的偏心距即可调整拉伸力场强度；（2）可伸缩的叶片强制推进熔融聚合物纳米复合材料在拉伸力场中循环混炼，避免熔体产生紊流；（3）可以有效地破碎聚合物纳米复合材料中的团聚体，以及高效地分散聚合物纳米复合材料中的粒子；（4）可以透过耐高温可视玻璃直接观察聚合物纳米复合材料的混炼情况。

1.一种用于聚合物纳米复合材料的循环拉伸混炼方法及设备，其特征在于：可移动机
筒与转子之间的偏心距可调、以及转子的旋转产生可控的拉伸力场，转子上的可伸缩叶片
贴紧机筒内腔，推动聚合物纳米复合材料在体积循环变化的混炼腔中强制熔融塑化、分散
混合，具体包括以下步骤：
（1）滑动机筒至与转子呈一定偏心距后在底板上固定机筒，将设备加热至聚合物加工
温度，聚合物纳米复合材料从机筒上端面进入混炼腔后，密封机筒上端面，转子旋转带动叶
片旋转，推动聚合物纳米复合材料沿着转子旋转方向运动；
（2）在转子外壁与机筒内壁之间距离逐渐减小的过程中，转子上的叶片受到机筒内壁
的挤压作用向转子槽内收缩，与转子槽内弹簧向外的扩张力平衡，叶片在运动的过程中内
缘始终嵌入转子槽，外缘始终贴合在机筒内壁，保证物料始终受到叶片的推进作用，不会滞
留在转子外壁上或者机筒内壁上；
（3）在转子外壁与机筒内壁之间距离逐渐增大的过程中，转子外壁的叶片主要受到转
子槽内弹簧向外的扩张力作用，在运动的过程中内缘始终嵌入转子槽，外缘始终贴合在机
筒内壁，保证物料始终受到叶片的推进作用，不会滞留在转子外壁上或者机筒内壁上；
（4）转子旋转带动叶片旋转，二者转速相同；聚合物纳米复合材料受到叶片的持续推
进，在机筒、转子、叶片配合而产生的拉伸力场中熔融塑化、分散混合，可通过耐高温可视玻
璃观察聚合物纳米复合材料的加工情况，混炼结束后从机筒内取出。
2.根据权利要求1所述的一种用于聚合物纳米复合材料的循环拉伸混炼方法及设备，
其特征在于，步骤（1）所述滑动机筒至与转子呈一定偏心距并在底板上固定机筒具体为：机
筒上下端面开口，机筒内壁为空心圆柱，机筒下端面在与底板上的两块限位块形成的滑槽
内滑动并受到它们的限位，滑动方向为垂直并经过转子轴的某直线方向，并且可以拆卸；转
子为固定于底板上某一位置的带轴实心圆柱，移动机筒至与转子存在一定的偏心距，通过
垫块、压块和限位螺钉配合固定机筒。
3.根据权利要求1所述的一种用于熔融混炼聚合物纳米复合材料的单转子循环拉伸加
工方法及设备，其特征在于，步骤（2）、（3）中的转子槽垂直开设于转子上下端面之间，转子
槽顶面与转子外壁某一部分圆弧面重合，转子槽底面与转子轴平行；转子槽底面均布两个
圆孔，圆孔内放置弹簧，以限制弹簧运动方向，当转子槽底面与机筒内壁处于最大距离时在
弹簧的作用下叶片仍需与机筒内壁保持贴合状态。
4.根据权利要求1、2、3所述的一种用于熔融混炼聚合物纳米复合材料的单转子循环拉
伸加工方法及设备，其特征在于，转子与电机之间采用同步带轮的传动方式；转子与机筒上
端面的密封包括耐高温可视玻璃、端盖、卡扣压板，进料后，依次在机筒上端面覆盖耐高温
可视玻璃、端盖、卡扣压板，用螺母将卡扣压板固定在底板上的两根固定柱上；转子下端面
与底板之间采用机械密封；机筒下端面与底板之间采用高精度加工平面压紧密封，底板上
表面为混炼腔底部；所述设备的加热包括机筒外壁加热圈加热以及机筒在底板滑动区域的
底部加热板加热。
5.根据权利要求4所述的一种用于聚合物纳米复合材料的循环拉伸混炼方法及设备，
其特征在于，可通过耐高温可视玻璃随时观察聚合物纳米复合材料的熔融混炼过程。
6.根据权利要求4所述的一种用于聚合物纳米复合材料的循环拉伸混炼方法及设备，
其特征在于，混炼腔的下端面由底板上表面组成，转子下端面和机筒下端面为混炼腔下端
面的边界，机筒在底板上表面滑动区域内任意位置固定后熔融聚合物不会从底板与机筒的
缝隙中漏出。
7.根据权利要求4所述的一种用于聚合物纳米复合材料的循环拉伸混炼方法及设备，
其特征在于，转子和叶片转速相同，转子只沿一个方向转动，混炼过程中聚合物熔体不会从
转子和叶片的间隙中进入转子槽。
8.根据权利要求7所述的一种用于聚合物纳米复合材料的循环拉伸混炼方法及设备，
其特征在于，叶片外缘的曲率半径和机筒内壁的半径相等，以使物料在混炼过程中能够受
到叶片最大程度相同的正压力作用。