Do thực tế các polyme nhiệt dẻo bán kết tinh bị nóng chảy và chuyển sang trạng thái chảy mềm ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy của nó. Phương pháp trộn hợp nóng chảy thường được sử dụng để chế tạo nano compozit nhựa nhiệt dẻo kết hợp với CNT. Ngoài ra, phương pháp này phù hợp với các polyme không thể xử lý được bằng các kỹ thuật dung dịch do không hòa tan trong các dung môi phổ biến. Phương pháp này không sử dụng dung môi nên thuận tiện hơn nhiều trong quá trình gia công (không phải tách, xử lý và thu hồi dung môi) [18]. Quá trình trộn hợp nóng chảy có thể thực hiện trên máy trộn kín hay hệ thống máy ép đùn (extruder).
Monome
CNT
Phân tán Phản ứng
Polyme hoá Nanocompozit Chất khơi mào
Quá trình nóng chảy liên quan đến việc trộn các polyme nóng chảy với vật liệu CNT. Tùy thuộc vào hình thái/hình dạng của compozit, các mẫu thu được có thể được xử lý bằng một số kỹ thuật, chẳng hạn như đùn, ép phun. Potschke và cộng sự [22] chế tạo compozit MWCNT/polycacbonat bằng cách ép nóng chảy và nén ép trong khuôn. Đo lưu biến của compozit ở 260oC cho thấy sự tăng đáng kể độ nhớt khi tăng hàm lượng MWCNT, đặc biệt là với hàm lượng MWCNT trên 2 %. Nghiên cứu cho thấy, khi thay thế cacbon black bằng MWCNT 1% sẽ làm tăng độ bền kéo đứt của vật liệu lên 120% và 162% với hàm lượng MWCNT 2% đồng thời do hàm lượng bột độn nano đưa vào thấp nên nó không làm giảm tính dẻo và độ dẻo của nhựa PA6. Goh và cộng sự đã phối trộn nóng chảy MWCNT với PMMA ở trạng thái nóng chảy, tốc độ trộn 120 vòng/phút nhiệt độ trộn 200oC và hỗn hợp này được nén áp suất ở 210oC bằng cách sử dụng áp suất thủy lực để tạo màng compozit [26].