一種微尺度聚合物熔體穩態擠出粘性耗散測量裝置和方法

2023-04-28 00:41:46 2

專利名稱：一種微尺度聚合物熔體穩態擠出粘性耗散測量裝置和方法
技術領域：
本發明屬於聚合物流變學測試技術領域，特別是涉及微尺度聚合物熔體穩 態擠出流動粘性耗散測量裝置和方法。
背景技術：
粘性耗散是聚合物熔體擠出流動過程中固有的物理現象。流體在流動過程 中由粘性摩擦力所引起的機械能轉換成熱能，它將直接影響流體流動過程中的 溫度變化。傳統擠出過程中粘性耗散被忽略。在微尺度範圍內，粘性耗散很明 顯，進而影響熔體的流變特性，需對粘性耗散進行測量。 一方面由於尺度微小，
在毛細管中很難安裝溫度傳感器直接測量熔體溫度；另一方面，試驗前熔體需 保持恆溫；再者，由於毛細管的長度和口徑不同，需要測量不同毛細管中的粘 性耗散。目前，沒有專用的微尺度聚合物熔體粘性耗散測量裝置。

發明內容
本發明要解決的問題是提供一種可更換不同微尺度口模，採用接觸式溫度 測量，進行微尺度聚合物熔體粘性耗散測量的裝置和方法。
本發明的技術方案是在恆速雙料筒毛細管流變儀基礎上開發一種微尺度聚 合物粘性耗散測量裝置和方法，主要零部件包括微型溫度傳感器、毛細管口模、 外六方口模託(a)、外六方口模託(b)、傳感器固定裝置、數據採集系統組成， 如圖1所示。傳感器固定裝置包括底座(c)、底座(d)、開口頂套、固定套。在 流變儀左右側兩個料筒出口處通過螺紋聯接分別安裝外六方口模託(a)和外六 方口模託(b)。在左側的料筒中，將毛細管口模從料筒入口處裝入並壓在外六方口模託(a)。傳感器從底座中心孔穿過，傳感器的連接線進入到開口頂套中，開 口頂套一端頂住傳感器， 一端座在底座上；在固定套一端開設圓孔，另一端加 工內螺紋，將傳感器測量部位從固定套圓孔穿過，用固定套壓住傳感器，通過 螺紋連接將傳感器固定在底座上。由於外六方口模託(a)與料筒的圓心重合，這 樣保證裝在口模託上的傳感器測量部位與毛細管口模中心對中。在底座(c)與外 六方口模託(a)的底面之間安裝調整墊片，便可調整傳感器測量部位與口模出口 處之間的距離以便測量不同尺度的口模粘性耗散。底座(c)上開設通道，保證熔 體順利的被擠出。右側料筒中傳感器固定不單獨採用壓套，而是直接穿過口模 託通過頂套壓在外六方口模託(b)的臺階孔上。安裝在左側料筒出口處的毛細管 口模可以根據測量需要更換。溫度傳感器具有計算機通訊接口，通過數據採集 系統可即時監測到熔體溫度並記錄數據。實驗時，在兩個料筒中裝入聚合物顆 粒，採用流變儀的溫控系統塑化並保持聚合物熔體溫度恆定，在流變儀上設定 剪切速率。左側料筒中的熔體由活塞杆擠壓而從毛細管口模流出，直接接觸傳 感器測量部位；右側料筒中熔體保持靜止狀態。兩個溫度傳感器之間測量的溫 度差既是由粘性耗散引起的溫升。
由於傳感器測量部位為圓平面，因此測量的溫度為口模出口處熔體的平均溫度。
本發明的效果和益處是熔體控溫準確，採用接觸測量溫度的方式，測量 溫度準確快速；固定裝置易裝卸，更換口模方便；測量剪切速率範圍較高。由 於擠出過程中，毛細管壁處的剪切速率較高，壁面處的溫度較高，中心處熔體 溫度較低，整個截面溫度分布不均勻，因而不能測出具體的溫度場分布。
通過使用本發明，能夠測量不同尺度不同材料粘性耗散與剪切速率的關係， 對研究微尺度聚合物熔體流動特性提供了有效數據。


附圖是微尺度聚合物穩態擠出粘性耗散測量裝置結構示意圖。
圖中1流變儀料筒；2毛細管口模；3外六方口模託(a); 4墊片；5底
座(C); 6固定套；7開口頂套；8微型溫度傳感器；9外六方口模託(b); 10底 座(d); 11數據採集系統。
具體實施例方式
以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的最佳實施例。
測量聚合物材料高密度聚乙烯(HDPE)在溫度為200°C，表觀剪切速率為 10000s—'時，穩態擠出流過直徑為500um長徑比為16毛細管口模的粘性耗散。
實施例步驟如下
步驟l.先將毛細管流變儀升溫，當達到設定的溫度200。C時，用扳手將外 六方口模託(a)裝到流變儀左側，從料筒的入口處裝上毛細管口模，向料筒裡加 料，安裝柱塞杆加壓並塑化；
步驟2.用底座(d)，開口頂套將溫度傳感器裝入外六方口模託(b)並壓緊， 用扳手將外六方口模託(b)裝到流變儀右側，向料筒裡加料，用料錘壓實並塑化；
步驟3.用底座(c)，開口頂套，墊片將溫度傳感器裝入外六方口模託(a)並 壓緊。在流變儀上設定表觀剪切速率為10000s—、十分鐘後進行測量實驗；
步驟4.啟動流變儀，活塞杆下移，測量並記錄兩個溫度傳感器的曲線，計 算溫度差。
權利要求
1. 一種微尺度聚合物熔體穩態擠出粘性耗散測量裝置，零部件包括流變儀料筒(1)、毛細管口模(2)、外六方口模託(a)(3)、墊片(4)、底座(c)(5)、固定套(6)、開口頂套(7)、微型溫度傳感器(8)、外六方口模託(b)(9)、底座(d)(10)、數據採集系統(11)組成，其特徵在於在流變儀左右側兩個料筒出口處通過螺紋聯接分別安裝外六方口模託(a)和外六方口模託(b)；左側的料筒中，從料筒入口處裝入毛細管口模並壓在外六方口模託(a)，料筒中毛細管口模根據測量需要，進行更換；傳感器從底座中心孔穿過，傳感器的連接線進入到開口頂套中，開口頂套一端頂住傳感器，一端座在底座上；在固定套一端開設圓孔，另一端加工內螺紋，將傳感器測量部位從固定套圓孔穿過，用固定套壓住傳感器，通過螺紋連接將傳感器固定在底座上；在底座(c)與外六方口模託(a)的底面之間加裝墊片調整口模出口與傳感器測頭間的距離；底座(c)上開設通道，熔體被擠出；右側傳感器固定不單獨採用壓套，而是直接穿過口模託通過頂套壓在外六方口模託(b)的臺階孔上。
2. —種微尺度聚合物熔體穩態擠出粘性耗散測量方法，其特徵在於通 過固定裝置將一個溫度傳感器安裝在左側料筒中毛細管口模出口處，另一傳感 器安裝在右側料筒出口處，同時測量熔體的溫度，兩個溫度傳感器之間測量的 溫度差既是由粘性耗散引起的溫升。
全文摘要
本發明涉及一種微尺度聚合物熔體穩態擠出粘性耗散測量裝置和方法。其特徵是在雙料筒毛細管流變儀的基礎上，通過固定裝置將一個溫度傳感器安裝在料筒中毛細管口模出口處，毛細管口模出口對中溫度傳感器測量部位，通過加裝墊片調整毛細管口模與傳感器之間的距離；另一溫度傳感器通過固定裝置安裝在另一料筒出口處，以便兩個傳感器同時測量熔體溫度。在流變儀上設定的熔體的流動參數，通過柱塞的擠出作用，熔體以一定剪切速率流出口模，傳感器直接測量擠出熔體溫度。計算兩個傳感器溫度差，即可測得熔體由粘性耗散引起的溫升。本發明的效果和益處是熔體控溫恆定，測量溫度準確快速；固定裝置易裝卸，更換口模方便；測量剪切速率範圍較高。
文檔編號G01N11/04GK101532939SQ20091001113
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月8日 優先權日2009年4月8日
發明者於同敏, 斌 徐, 王敏傑, 趙丹陽 申請人:大連理工大學