一種在線式聚合物雙毛細管擠出流變儀的製作方法
2023-10-05 05:06:29 4
專利名稱：一種在線式聚合物雙毛細管擠出流變儀的製作方法
技術領域：
本發明屬於聚合物流變學測試技術領域，特別涉及到一種表徵聚合物擠出壁滑移速度和穩態流變行為的在線式毛細管擠出流變儀。
背景技術：
測量聚合物流變性能的流變儀，是材料研究和塑料加工必備的實驗儀器。目前，常用的是離線式流變測量，其中毛細管流變儀應用最為廣泛。但是使用離線式毛細管流變儀進行聚合物流變性能測量時，由於其脫離實際加工條件測量的流變學參數，對實際的聚合物加工過程的指導作用有限。為了從測得壓差中準確的求出完全發展區上的壓力梯度，需要進行貝格裡校正。在表觀流動實驗曲線繪製時，粘度依賴於剪切速率的關係被忽略，需要進行雷比諾維茨校正。對於填料體系的聚合物而言，塑料熔體在毛細管壁處會發生滑移現象，需要進行校正。目前的毛細管流變儀不進行貝格裡和雷比諾維茨校正，不考慮壁滑移速度，測量結果與實際加工過程具有一定差距。傳統的流變儀無法驗證和測量聚合物壁滑移速度，這個參數對於塑料熔體擠出流動分析的數值模擬具有重要的影響。目前數值模擬時，常將壁滑移速度設為零，這一邊界條件的假設直接影響了流動分析的準確性。
擠出模具是塑料熔體整個擠出過程的關鍵設備，其與擠出機參數、材料特性、工藝條件具有一定的依賴性和適應性。目前擠出模具設計時，由於考慮擠出機、材料和工藝等方面不多，即使有所考慮，但是由於新設計的模具安裝到新的工作條件下(不同的擠出機參數、材料性能和工藝參數)，使得擠出產品達不到質量要求。這樣就需要不斷的調整工藝參數和修模，耗時耗力。據統計修模、試模以及工藝參數調整的時間佔擠出模具整個設計製造周期的30％～40％，這樣造成了模具成本大幅增加，影響到了擠出模具的進一步發展。
發明內容
本發明的目的在於提供一種在線式聚合物雙毛細管擠出流變儀，用於直接測量聚合物熔體擠出壁滑移速度和穩態流變行為，測量的結果可以直接指導聚合物的加工過程。
本發明的技術方案是一種在線式聚合物毛細管擠出流變儀，主要由連接管、底座、調節螺栓、壓力/溫度傳感器、溫度控制裝置、天平、擠出脹大測量裝置、口模板、毛細管、墊板組成。該流變儀採用組合鑲塊式結構，底座、墊板和口模板之間採用階梯式的密封結構。該流變儀通過連接管不僅可以安裝在擠出機和擠出模頭之間的法蘭盤，而且也可以安裝在擠出機或擠出模頭上。熔融的聚合物熔體在壓力的作用下通過連接管進入底座和墊板形成的內部型腔，然後進入裝配在口模板上的毛細管，最後從毛細管口擠出。安裝在底座上的調節螺栓調節聚合物熔體的壓力和流量；安裝在口模板的毛細管可以根據測量需要更換，並且可以進行單/雙毛細管的轉換；安裝在毛細管入口處的熔體壓力傳感器同時還具有測量溫度的功能，是一個壓力/溫度集成型傳感器，具有計算機通訊接口，用於測量聚合物熔體在擠出過程中的壓力和溫度；溫度控制裝置安裝在口模板上，控制在聚合物熔體在擠出過程中保持恆定的溫度；擠出脹大測量裝置安裝在毛細管的出口處，測量聚合物擠出的脹大比；毛細管末端的天平測量聚合物擠出過程的流量。該流變儀還包括計算機，可以對同一時刻採集塑料熔體的溫度和毛細管入口的壓力降進行數據處理和計算，獲得聚合物擠出的壁滑移速度和穩態流變特徵參數。
根據聚合物熔體測量的需要更換不同的毛細管。根據Mooney理論，採用直徑不同、長徑比相同的雙毛細管，驗證聚合物熔體擠出壁滑移現象是否存在，並且測量聚合物擠出壁滑移速度的大小。
使用單個毛細管，採用更換直徑相同、長徑比不同的一組毛細管的方式進行貝格裡校正。使用單個毛細管可以在線式測量和表徵聚合物及其複合材料的常規毛細管擠出流變特徵及行為，建立在不同工藝條件下，不同擠出材料流變性能的資料庫。
根據聚合物熔體測量的需要通過調節螺栓來調節毛細管入口的壓力，從而使聚合物熔體擠出過程的剪切速率控制在合適的範圍內。
本發明的效果和益處是採用在線式測量的方式，並且可以進行貝格裡和雷比諾維茨校正，更加準確地實時測量聚合物穩態擠出流變特徵，替代了脫離生產的實驗室中的離線式流變測量，所測得的數據更能準確的用於評價聚合物熔體的加工特性，從而用來指導聚合物熔體加工工藝參數的調整和模具的設計；通過使用本發明建立在不同工藝條件下，不同擠出材料的流變性能的資料庫，解決擠出模具對擠出機、材料和工藝這三者的依賴性問題；對於填料體系的聚合物而言，塑料熔體在毛細管壁處會發生滑移現象，本發明採用雙毛細管擠出時，可以測量聚合物擠出的壁滑移速度，解決擠出模頭內塑料熔體流動有限元分析時邊界條件的設置問題，促進擠出模CAE技術的進一步發展。
圖1是在線式聚合物雙毛細管擠出流變儀的結構示意圖。
圖中1連接管；2底座；3調節螺栓；4壓力/溫度傳感器；5溫度控制裝置；6天平；7擠出脹大測量裝置；8口模板；9毛細管；10墊板。
圖2是本發明流變儀的工作原理框圖。
圖中Q體積流量；ΔP壓力降；L/D長徑比；η粘度； 剪切速率；τ剪切應力；us壁滑移速度。
具體實施例方式
以下結果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PVC在200℃溫度時穩態擠出流變學特徵和壁滑移速度，
權利要求
1.一種在線式聚合物雙毛細管擠出流變儀，主要由連接管(1)、底座(2)、調節螺栓(3)、壓力/溫度傳感器(4)、溫度控制裝置(5)、天平(6)、擠出脹大測量裝置(7)、口模板(8)、毛細管(9)、墊板(10)組成，其特徵在於採用組合鑲塊式結構，底座、墊板和口模板之間採用階梯式的密封結構；安裝在口模板的毛細管根據測量需要，進行單/雙毛細管的轉換；使用雙毛細管時，表徵聚合物熔體擠出過程的壁滑移速度；使用單毛細管時，表徵聚合物穩態擠出的流變特徵，並且進行貝格裡和雷比諾維茨修正；調節螺栓調節聚合物熔體的壓力和流量，使聚合物熔體擠出過程的剪切速率滿足合適的測量範圍；毛細管入口處的壓力/溫度集成型傳感器實時測量聚合物熔體在擠出過程中的壓力和溫度；口模板上的溫度控制裝置控制聚合物熔體在擠出過程中保持測量所需的溫度；毛細管出口處的擠出脹大測量裝置測量聚合物擠出的脹大量。
2.根據權利要求1所述的一種在線式聚合物雙毛細管擠出流變儀，其特徵在於根據聚合物熔體測量的需要更換不同的毛細管。
全文摘要
本發明屬於聚合物流變學測試技術領域，涉及一種在線式聚合物雙毛細管擠出流變儀。其特徵是該流變儀由連接管、底座、調節螺栓、壓力/溫度傳感器、溫度控制裝置、天平、擠出脹大測量裝置、口模板、毛細管、墊板組成。使用雙毛細管表徵聚合物熔體擠出過程的壁滑移速度；使用單毛細管表徵聚合物穩態擠出的流變特徵；壓力/溫度傳感器用於實時的測量聚合物熔體的入口壓力降和溫度，擠出脹大測量裝置用於測量聚合物熔體的擠出脹大量。本發明通過在線式測量熔體流經毛細管的壓力降、擠出脹大量、流量和熔體溫度等參數，並且進行貝格裡和雷比諾維茨修正，測量聚合物及其複合材料在毛細管中擠出過程中的壁滑移速度和穩態流變學特徵及行為。
文檔編號G01P3/00GK1773245SQ20051004771
公開日2006年5月17日 申請日期2005年11月12日 優先權日2005年11月12日
發明者趙丹陽, 王敏傑, 宋滿倉, 於慶安 申請人:大連理工大學