全自動凝膠試驗機及其應用的製作方法
2023-07-24 17:16:16
專利名稱：全自動凝膠試驗機及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及風力發電機組在製作大型或普通葉片時，所使用的 一 種 全自動凝膠試驗機及其應用。
背景技術：
風力發電機組在製作大型或普通葉片時， 一般採用熱固性高分子樹
脂作材料，而凝膠時間是各種熱固性高分子樹脂的一個基本參數；它表 示熱固性高分子樹脂在加入固化(引發)劑後，樹脂的可操作時間。所 以凝膠時間測定的準確與否直接決定製品的好壞，凝膠時間的不準確會 導致人力、物力的巨大浪費。
過去，凝膠時間測定有攪拌器法及手動法。
攪拌器法溫度控制釆用水浴。以燒杯為容器，當試樣溫度在2(T80。C 時，準確加入固化(引發)劑，加入最後一滴時啟動秒表。並用玻璃棒將試 樣快速攪勻，玻璃棒裝在攪拌器插在試樣中央，攪拌器速度一般為60r/min， 當試樣沿玻璃棒開始上升(爬杆)時停止秒表，此時記錄的時間即為凝膠時 間。
手動法取樣和恆溫操作同攪拌器法相同，待固化(引發)劑加入後每 隔3G秒觀察，用玻璃棒試驗試樣(100g)凝膠狀態，出現拉絲狀態時停止 秒表，記下秒表時間為凝膠時間。
上述二種方法存在的問題是
凝膠時間隨固化(引發)劑的加入量不同及環境溫度的不同而改變，為 滿足實際生產的需要一般凝膠時間測試需要多個子樣數、多溫度的進行，通 常需要在最短時間內，提前測試出覆蓋生產所需的所有溫度(如常溫下10_38 °C )的固定比例(如1%)或固定時間(如3小時)的所有凝膠時間配方，配方 中包括溫度、高分子樹脂類型、固化劑類型、固化劑比例、凝膠時間。而凝
膠時間又是指導生產的重要參數，故試驗員的工作量大，甚至出現24小時 不能休息的狀況，極大地浪費人力資源。
採用手動法則需要高分子專業人員操作或經過專門的培訓，人工測量誤 差又大，凝膠時間的測試經常會出現可疑數據。
發明內容
本發明針對上述應用所產生的工作量大、測試結果不準確、試驗的環境 與實際生產不符等缺點，提供一種全自動凝膠試驗機及其應用。
本發明通過以下技術方案實現的
一種全自動凝膠試驗機，主要包括凝膠測試系統及恆溫控制系統兩部 分，其特徵是凝膠測試系統通過控制電機轉動，帶動與之相連的主動軸及 與主動軸相連的柔性連接器、被動軸轉動， 一連接器一端與該被動軸連接， 另 一端與置於熱固性樹脂中的黏度攪拌頭連接；轉動過程中樹脂的粘性力矩 作用在被動軸上；引起主動軸與被動軸之間的相對轉動，反映在兩個霍爾位 置傳感器到位的時間間隔發生變化，這種黏度與到位時間間隔之間的對應關 系，則為樹脂的黏度值；
而上述凝膠測試系統被置於恆溫控制系統的恆溫箱中，恆溫箱的上方分 別設有與恆溫箱相通的熱風機、凝膠控制儀及恆溫控制儀。其中
上述凝膠控制儀的前面板上至少設有四個控制鍵，分別為切換鍵、移位 鍵、遞增鍵、確定鍵；該確定鍵還可為停止與運行狀態的切換健；並在該控 制健的上方設有凝膠顯示屏；
上述恆溫控制儀為XMT612溫控儀或AR-505H溫控儀；
上述恆溫控制儀的前面板上，設有上下兩排溫度顯示屏，上排為當前溫 度顯示屏，下排為設定溫度顯示屏，恆溫控制儀面板中的四個按鈕分別為控 溫操作的切換健、位移健、遞增鍵、遞減鍵；
上述恆溫控制儀的溫度一般設置在1(TC-8(TC之間。
上述熱固性高分子樹脂材料為環氧樹脂或不飽和聚酯樹脂或乙烯基樹 脂或酚醛樹脂。
一種全自動凝膠試驗機的應用、主要是對熱固性高分子樹脂材料在滿足
真空導流工藝條件下的黏度測定、在不同溫度下樹脂體系的黏度變化、凝膠
時間及放熱峰值的測定、葉片在不同切面的流動速度和流動規律的研究、室
溫下是否繼續固化，多長時間能夠達到全強度，以及操作過程中應注意的事 項和要求；其中
利用上述不同溫度下樹脂體系的黏度變化、凝膠時間及放熱峰值的測 定、葉片在不同切面的流動速度和流動規律的研究、對不同的黏度差異使主 動軸、被動軸在徑向上呈現出相對角度變化，並對此角度進行實時測量，將
凝膠測試的數值反饋至控制儀中；
利用恆溫控制系統採用PID調節方式進行溫度控制，即根據當前溫度 與設置溫度之間的差值，以及當前升溫速率等相關信息設置恰當的參數計算 出通斷電的時間比例，直接反映到輸出繼電器上，用於接通和斷開雙向晶閘 管，從而控制電熱器件的加熱時間，達到控制溫度保持在設定溫度附近的目 的。
上述全自動凝膠試驗機的應用，其具體步驟如下
① 將稱量好的100g熱固性高分子樹脂放入恆溫箱內IO分鐘後，恆溫箱 及熱固型樹脂溫度達到恆定。
② 加入1%的引發劑過氧化曱乙酮，該引發劑還可用過氧化環己酮或過氧 化苯曱醯或胺類或聚醚胺類。
③ 打開全自動凝膠試驗機電源。
④ 通過恆溫控制儀前面板上的遞增鍵和遞減4走將恆溫箱內溫度調節至 38°C。
⑤ 將凝膠攪拌頭放入熱固型樹脂中，通過遞增鍵進行攪拌速度選擇，選 定速度後，按下確定鍵即可運行，凝膠攪拌頭運行，並開始計時。
運行中，恆溫箱12的溫度通過恆溫控制儀保持在38°C±0. 5。C為最佳。
⑦45分鐘後，熱固型樹脂凝膠，凝膠攪拌頭自動停止轉動，同時試驗機 記錄出凝膠時間為45分鐘。
通過以上技術方案的實施，可實現溫度調節、自動化控制、該機適用於 任何種類的高分子樹脂的凝膠時間測試，無需操作人員跟蹤；只需用儀器、 數據來替代操作者的記錄和測試，故大大降低了人為誤差，提高了工作效率， 提高了產品的合格率。
圖l為本發明凝膠過程中，黏度與時間的關係曲線圖。
圖2為本發明應用計算機分析採集到的數據判定凝膠時間並自動停止和 計時的工藝流程圖。
圖3為本發明黏度測試系統的結構示意圖。
圖4為本發明恆溫控制系統的結構示意圖。
圖5為本發明凝膠控制儀前面板的結構示意圖。
圖6為本發明恆溫控制儀前面板的結構示意圖。
具體實施例方式
參見圖1、 2所示，為本發明環氧樹脂體系在凝膠過程中，黏度與時間 的關係曲線圖，並根據凝膠過程的黏度時間曲線、軟體及單片機全程記錄的 黏度與時間的關係變化、及應用計算機分析採集到的數據，來判定凝膠時間 並自動停止和計時的工作流程圖。如能自動測出圖1中D點(凝膠點)黏度 及其對應的時間，並自動停止及記錄，並通過高靈敏度的採集頭以確保採集 的樹脂黏度信息準確及時。
參見圖3、 4, 一種全自動凝膠試驗機，主要包括凝膠測試系統及恆溫控 制系統兩部分，其中凝膠測試系統通過控制電機9轉動，帶動與之相連的主
動軸2、及與主動軸2相連的柔性連接器3、被動軸4轉動， 一連接器5的 一端與該被動軸4連接，另一端與置於凝膠杯6、熱固性樹脂8中的黏度攪 拌頭7相連；由於被動軸4連接著黏度攪拌頭7在熱固性樹脂中轉動，樹脂 的粘性力矩作用在該被動軸4上；又由於主動軸2、被動軸4之間是柔性連 接的，樹脂的黏度變化必然引起主動軸2、被動軸4發生相對轉動，表現在 霍爾位置傳感器1上就是兩個霍爾位置傳感器1到位的時間間隔發生了變 化，經過標定，建立樹脂翁度與到位時間間隔之間的對應關係，就可以得到 樹脂的黏度值。
而上述凝膠測試系統被置於恆溫控制系統的恆溫箱12中，恆溫箱12的 上方分別設有與恆溫箱12相通的熱風機13、凝膠控制儀10及恆溫控制儀 11,該恆溫控制儀11採用市面上能夠購買到的XMT612溫控儀或AR-505H溫 控儀；
恆溫控制系統的工作原理是採用PID調節方式進行溫度控制，根據當 前溫度與設置溫度之間的差值、以及當前升溫速率等相關信息，設置恰當的 參數計算出通斷電的時間比例，直接反映到輸出繼電器上，用於接通和斷開 雙向晶閘管，從而控制電熱器件的加熱時間，達到控制溫度保持在設定溫度 附近的目的。
參見圖4, 5所示，恆溫箱12上有兩組控制儀分別為凝膠控制儀10及 恆溫控制儀ll;凝膠控制儀10的操作通過凝膠控制儀前面板進行，該前面 板上設有四個控制鍵，分別為切換鍵15、移位鍵16、遞增鍵17、確定鍵18。
當接通電源後，凝膠顯示屏14初始顯示為轉動速度，轉動速度共分l、 2、 3擋，可通過遞增鍵17進行選擇，選定速度後，按下確定鍵18即可運 行。運行過程中，凝膠顯示屏14初始的顯示為相對黏度值，按下切換鍵15， 即可顯示運行的時間；此後切換鍵15即可完成上述"速度擋"、"相對黏度 值"及"運行時間"3個參數的交替顯示。當檢測到圖l所示的"D"點(凝 膠點)時，電機停止轉動，凝膠顯示屏則明確顯示出對應的分鐘數值tD。
上述確定鍵18還起到停止與運行的狀態切換作用。
參見圖6所示，恆溫控制儀前面板，用於控制溫度，由於該儀表的自動 化程度較高，在經過簡單的設置後(輸出設置、升溫上限、自整定等，並且 由黏度儀設計人員按照實際應用情況設置好，無特殊情況不需改動)，控溫 操作非常的簡單。本儀表共有上下兩排溫度顯示屏，上排為當前溫度顯示屏
19，下排為設定溫度顯示屏20。恆溫控制儀面板中的四個操作按鈕可完成恆 溫控制的所有的功能選擇與操作，實際控溫操作只需使用遞增鍵23和遞減 鍵24，改變設置溫度為任意不超過升溫上限8(TC及不低於室溫[如l(TC]的 任意值。
下面再通過一實施例進一步給予說明
實施例 一種全自動凝膠試驗機的應用現以測試通用不飽和聚酯樹脂 196在38。C環境溫度中加入1%的引發劑過氧化曱乙酮的凝膠時間為例。
① 打開全自動凝膠試驗機電源。
② 通過怛溫控制儀前面板上的遞增鍵23和遞減鍵24將恆溫箱12內溫 度調節至38。C。
③ 將稱量好的100g熱固性樹脂8放入恆溫箱內十分鐘後，恆溫箱12及 熱固型樹脂8的溫度達到恆定。
④ 加入iy。過氧化曱乙酮引發劑，該引發劑還可為過氧化環乙酮、過氧化
苯曱醯或胺類或聚醚胺類。
⑤ 將凝膠攪拌頭7放入熱固型樹脂8中，通過遞增4建17進行攪拌速度 選擇，選定速度後，按下確定鍵18即可運行，凝膠攪拌頭7運行，並開始 計時。
運行過程中，恆溫箱12溫度通過恆溫控制儀11保持在38°C ± 0. 5°C 為佳。
⑦45分鐘後，熱固型樹脂8凝膠，凝膠攪拌頭7自動停止轉動，同時試 驗機記錄出凝膠時間為45分鐘。
綜上所述，該全自動凝膠試驗機具有以下優點
儀器體積比桌上型迴轉黏度計更小；凝膠時間測定操作簡單；當試樣凝
膠時，樹脂的黏度會發生突變，凝膠時間測定儀會自動停止運動，並將凝膠 時間自動顯示在測試儀上。如需要樹脂的黏度/時間曲線等，可將測試儀與 計算機相連接，並進行數據處理。
另外，全自動凝膠試驗機還可多臺進行連接，方便進行多組試驗，其包 含溫度感測器，加熱元件和熱循環系統等，可確保溫度控制的穩定性。
全自動凝膠試驗機使試驗人員從傳統的手動測定凝膠時間，邁向了 試驗室自動化的凝膠試驗測定，減少了試驗室人員的工作負擔和誤差， 彌補了國內自動化凝膠試驗測定的技術空缺。
權利要求
1一種全自動凝膠試驗機，主要包括凝膠測試系統及恆溫控制系統兩部分，其特徵是:凝膠測試系統通過控制電機轉動，帶動與之相連的主動軸、及與主動軸相連的柔性連接器、被動軸轉動，一連接器一端與該被動軸連接，另一端與置於熱固性樹脂中的黏度攪拌頭連接；轉動過程中該樹脂的粘性力矩作用在被動軸上；引起主動軸與被動軸之間的相對轉動，反映在兩個霍爾位置傳感器到位的時間間隔發生變化，這種黏度與到位時間間隔之間的對應關係，則為樹脂的黏度值；而上述凝膠測試系統被置於恆溫控制系統的恆溫箱中，恆溫箱的上方分別設有與恆溫箱相通的熱風機、凝膠控制儀及恆溫控制儀。
2、 依據權利要求1所述的全自動凝膠試驗機，其特徵是上述凝膠控 制儀的前面板上至少設有四個控制鍵，分別為切換鍵、移位鍵、遞增鍵、確 定鍵；該確定鍵還可為停止與運行狀態的切換健；並在該控制健的上方設有 凝膠顯示屏。
3、 依據權利要求1所述的全自動凝膠試驗機，其特徵是上述恆溫控 制儀為XMT612溫控儀或AR-505H溫控儀。
4、 依據權利要求3所述的全自動凝膠試驗機，其特徵是上述恆溫控 制儀的前面板上，設有上下兩排溫度顯示屏，上排為當前溫度顯示屏，下排 為設定溫度顯示屏，恆溫控制儀面板中的四個按鈕分別為控溫操作的切換 健、位移健、遞增鍵、遞減鍵。
5、 依據權利要求3所述的全自動凝膠試驗機，其特徵是上述恆溫控 制儀的溫度一般設置在1(TC-80。C之間。
6、 依據權利要求1所述的全自動凝膠試驗機，其特徵是上述熱固性 高分子樹脂材料為環氧樹脂或不飽和聚酯樹脂或乙烯基樹脂或酚醛樹脂。
7、 一種全自動凝膠試驗機的應用、主要是對熱固性高分子樹脂材料在 滿足真空導流工藝條件下的黏度測定、在不同溫度下樹脂體系的黏度變化、 凝膠時間及放熱峰值的測定、葉片在不同切面的流動速度和流動規律的研 究、室溫下是否繼續固化，多長時間能夠達到全強度，以及操作過程中應注 意的事項和要求。
8、 根據權利要求7所述全自動凝膠試驗機的應用、其特徵是利用上 述不同溫度下樹脂體系的黏度變化、凝膠時間及放熱峰值的測定、葉片在不 同切面的流動速度和流動規律的研究、對不同的黏度差異使主動軸、被動軸 在徑向上呈現出相對角度變化，並對此角度進行實時測量，將凝膠測試的數 值反饋至控制儀中；
9、 根據權利要求7所述全自動凝膠試驗機的應用、其特徵是利用恆 溫控制系統採用PID調節方式進行溫度控制，即根據當前溫度與設置溫度 之間的差值，以及當前升溫速率等相關信息設置恰當的參數計算出通斷電的 時間比例，直接反映到輸出繼電器上，用於接通和斷開雙向晶閘管，從而控 制電熱器件的加熱時間，達到控制溫度保持在設定溫度附近的目的。
10、 依據權利要求7所述全自動凝膠試驗機的應用，其具體步驟如下① 將稱量好的100g熱固性高分子樹脂放入恆溫箱內IO分鐘後，恆溫箱 及熱固型樹脂溫度達到恆定。② 加入1%-1. 25。/。的引發劑過氧化曱乙S同，該引發劑還可用過氧化環己酮 或過氧化苯曱醯或胺類或聚醚胺類。③ 打開全自動凝膠試驗機電源。④ 通過恆溫控制儀前面板上的遞增鍵和遞減鍵將恆溫箱內溫度調節至 38°C。⑤ 將凝膠攪拌頭放入熱固型樹脂中，通過遞增鍵進行攪拌速度選擇，選 定速度後，按下確定鍵即可運行，凝膠攪拌頭運行，並開始計時。 運行中，恆溫箱12的溫度通過恆溫控制儀保持在38°C±0. 5。C為最佳。⑦45分鐘後，熱固型樹脂凝膠，凝膠攪拌頭自動停止轉動，同時試驗機 記錄出凝膠時間為45分鐘。
全文摘要
一種全自動凝膠試驗機及其應用，主要通過控制電機轉動，帶動與之相連的主動軸及與主動軸相連的柔性連接器、被動軸轉動，一連接器一端與被動軸連接，另一端與置於熱固性樹脂中的黏度攪拌頭連接；轉動過程中該樹脂的粘性力矩作用在被動軸上；使主動軸與被動軸之間產生相對轉動，反映在兩個霍爾位置傳感器到位的時間間隔發生變化，這種黏度與到位時間間隔之間的對應關係，則為樹脂的黏度值；而凝膠測試系統被置於恆溫控制系統的恆溫箱中，恆溫箱的上方分別設有熱風機、凝膠控制儀及恆溫控制儀。試驗人員可從傳統的手動測定邁向試驗室自動化的凝膠試驗測定，故彌補了國內自動化凝膠試驗測定的技術空缺。
文檔編號G01N33/26GK101387595SQ20071014539
公開日2009年3月18日 申請日期2007年9月14日 優先權日2007年9月14日
發明者張俊婷, 張自國, 王振清, 王逸波, 裴小龍, 顧光耀, 剛 馬 申請人:中航惠騰風電設備股份有限公司