專(zhuān)利名稱(chēng):一種利用超聲頻振動(dòng)實(shí)現(xiàn)聚合物熔融塑化的測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及測(cè)試裝置,特別是涉及一種利用超聲頻振動(dòng)實(shí)現(xiàn)聚合物 熔融塑化的測(cè)試裝置。
技術(shù)背景注射成型技術(shù)以其成本低、可成型復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件、易于實(shí)現(xiàn)批量化 生產(chǎn)和聚合物材料的良好性能而聞名于世。聚合物熔體的流動(dòng)性能,顯 著影響注射成型制品的成型過(guò)程。由于聚合物熔體自身較高的粘度,使 得其在常規(guī)注射成型中成型薄壁制品時(shí)需要較高的注射壓力和注射速 度,否則就會(huì)出現(xiàn)短射現(xiàn)象。近年來(lái)蓬勃發(fā)展的微注射成型技術(shù), 一次 注射量很小(一般為幾毫克),成型過(guò)程中流道淺、型腔小,微量熔體 在充填過(guò)程中冷卻快,流動(dòng)阻力大,充填困難,易出現(xiàn)充填不足等缺陷。 而傳統(tǒng)螺桿式塑化和柱塞式塑化應(yīng)用于微注射成型時(shí)分別存在著注射 量過(guò)大、計(jì)量精度不高和塑化質(zhì)量與效率較低的缺點(diǎn)。因此,針對(duì)目前 注射成型技術(shù)發(fā)展過(guò)程中遇到的新問(wèn)題,開(kāi)發(fā)出新型環(huán)保、節(jié)能的聚合 物熔融塑化方式獲得低粘度、高流動(dòng)性的聚合物熔體,實(shí)現(xiàn)零件在較低 的注射壓力和注射速度下成型迫在眉睫。目前,人們一方面采用高的注射壓力(^ 200MPa)、高的注射速度 (500 1500mm/s)和高的模具溫度(大于成型材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 Tg)等方法解決上述困難,這使得注射成型的設(shè)備成本急劇上升,產(chǎn)品 經(jīng)濟(jì)性大大下降。另一方面,人們深入研究了超聲振動(dòng)在注射成型中的 應(yīng)用,例如2002年公開(kāi)的美國(guó)專(zhuān)利US 6361733 Bl, 2004年公開(kāi)的美 國(guó)專(zhuān)禾U W0 2004/024415 Al禾口 2005年公開(kāi)的曰本專(zhuān)禾!j W0 2005/007373 Al 都是將超聲振動(dòng)引入成型模具中著眼于改善聚合物熔體的充填性能和 制品的物理性能,結(jié)果均顯示超聲振動(dòng)確實(shí)能夠降低聚合物熔體的粘 度,提高熔體流動(dòng)性。但是,裝有超聲振動(dòng)系統(tǒng)的模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝 不便且互換性也較差,不利于生成實(shí)踐。為了從根本上解決何題,德國(guó) IKV研究所研制了超聲塑化方式在微注射成型中的應(yīng)用,結(jié)果表明超聲 塑化十分適合于微注射成型中聚合物的塑化。但是,針對(duì)聚合物材料在 超聲頻振動(dòng)條件下的熔融塑化過(guò)程及成型性能監(jiān)測(cè)技術(shù),國(guó)內(nèi)外還未見(jiàn) 有相關(guān)報(bào)道。而常用的毛細(xì)管流變儀、旋轉(zhuǎn)流變儀等聚合物加工性能檢 測(cè)儀已不能夠滿(mǎn)足新的超聲塑化成型工藝的需要。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是在于針對(duì)注射成型中薄壁制品易出 現(xiàn)短射、微量熔體充填困難以及現(xiàn)有流變儀產(chǎn)品的不足而提供一種系統(tǒng)4安裝、操作簡(jiǎn)便,可靠性高,實(shí)用性強(qiáng)、針對(duì)聚合物超聲熔融塑化成型 工藝的測(cè)試裝置。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明提供的利用超聲頻振動(dòng)實(shí)現(xiàn)聚合物 熔融塑化的測(cè)試裝置,在機(jī)座上設(shè)有料筒,所述的料筒內(nèi)設(shè)有毛細(xì)管口 模和工具頭,所述的料筒上設(shè)有熱電偶、加熱圈和高溫熔體溫度壓力傳 感器,導(dǎo)柱下端設(shè)在所述的機(jī)座上,所述的導(dǎo)柱上端設(shè)有機(jī)架,在所述 的機(jī)架上設(shè)有液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng),在所述的導(dǎo)柱上滑動(dòng)設(shè)有導(dǎo)向支 座,在所述的導(dǎo)向支座上設(shè)有超聲波振動(dòng)系統(tǒng),所述的工具頭與所述的 超聲波振動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)連接,所述的超聲波振動(dòng)系統(tǒng)與所述的液壓傳動(dòng)與 控制系統(tǒng)傳動(dòng)連接,在所述的超聲波振動(dòng)系統(tǒng)上設(shè)有位移傳感器,所述 的高溫熔體溫度壓力傳感器和位移傳感器與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電連 接°所述的超聲波振動(dòng)系統(tǒng)是安裝于所述的導(dǎo)向支座上的鋁外殼內(nèi)設(shè)有 壓電陶瓷晶片和換能器及冷卻風(fēng)扇,所述的換能器連接有變幅桿,所述 的變幅桿與所述的工具頭連接。所述的液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)是泵站通過(guò)電磁換向閥與油缸一端連 接,所述的油缸另一端通過(guò)單向電液比例調(diào)速閥與電磁換向閥連接,所 述的泵站出口設(shè)有電液比例溢流閥和數(shù)字壓力表,所述的油缸的活塞桿 與所述的超聲波振動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)連接。本發(fā)明的另一結(jié)構(gòu)是導(dǎo)柱下端設(shè)在機(jī)座上,所述的導(dǎo)柱上端設(shè)有 機(jī)架,在所述的機(jī)架上設(shè)有超聲波振動(dòng)系統(tǒng),在所述的導(dǎo)柱上滑動(dòng)設(shè)有 導(dǎo)向支座,在所述的導(dǎo)向支座上設(shè)有料筒,所述的料筒內(nèi)設(shè)有毛細(xì)管口 模和工具頭,所述的料筒上設(shè)有熱電偶、加熱圈和高溫熔體溫度壓力傳 感器,所述的工具頭與所述的超聲波振動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)連接,在所述的導(dǎo)向 支座上設(shè)有位移傳感器,在所述的機(jī)座上設(shè)有液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng),所 述的液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)與所述的導(dǎo)向支座連接,所述的高溫熔體溫度 壓力傳感器和位移傳感器與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電連接。所述的超聲波振動(dòng)系統(tǒng)是安裝于所述的機(jī)架上的鋁外殼內(nèi)設(shè)有壓電 陶瓷晶片和換能器及冷卻風(fēng)扇,所述的換能器連接有變幅桿,所述的變 幅桿與所述的工具頭連接。所述的液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)是泵站通過(guò)電磁換向閥與油缸一端連 接,所述的油缸另一端通過(guò)單向電液比例調(diào)速閥與電磁換向閥連接,所 述的泵站出口設(shè)有電液比例溢流閥和數(shù)字壓力表,所述的油缸的活塞桿 與所述的超聲波振動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)連接。采用上述技術(shù)方案的利用超聲頻振動(dòng)實(shí)現(xiàn)聚合物熔融塑化的測(cè)試 裝置,利用超聲頻振動(dòng)實(shí)現(xiàn)聚合物熔融塑化的方法,其原理是超聲振動(dòng) 系統(tǒng)中工具頭以超聲頻振動(dòng)使聚合物材料顆粒之間產(chǎn)生摩擦、剪切、擠 壓、研磨效應(yīng)以及超聲波在聚合物熔體中的空化作用產(chǎn)生的高溫聲沖流 和高壓沖擊波,使聚合物瞬間產(chǎn)生大量的耗散熱,自由體積急劇增加,同時(shí)誘導(dǎo)大分子鏈的解纏結(jié),高效高質(zhì)量地完成聚合物的熔融塑化。本發(fā)明利用超聲頻振動(dòng)實(shí)現(xiàn)聚合物熔融塑化的測(cè)試裝置中,超聲波驅(qū)動(dòng)電源頻率為20KHz,采用數(shù)字式超聲波發(fā)生電路,具有換能器故障、 負(fù)載超額雙重保護(hù)功能,頻率自動(dòng)跟蹤范圍達(dá)到2KHz。工具頭節(jié)點(diǎn)處加 工有配合法蘭,保證密封的同時(shí)不影響振動(dòng)子的正常工作。 聚合物材料塑化過(guò)程中通過(guò)電液比例溢流閥調(diào)節(jié)活塞桿的輸出力大小 并保持塑化過(guò)程中的壓力恒定,流變測(cè)試過(guò)程中通過(guò)單向電液比例調(diào)速 閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量來(lái)調(diào)整活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度以得到不同大小的毛細(xì)管擠出流量。本發(fā)明利用超聲頻振動(dòng)實(shí)現(xiàn)聚合物熔融塑化的方法及測(cè)試裝置,融 合了超聲波振動(dòng)技術(shù)、聚合物加工流變學(xué)和計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)。與傳 統(tǒng)螺桿式、柱塞式塑化方法相比,本發(fā)明所述塑化方法突破了螺桿式塑 化在微量注射和柱塞式塑化在塑化質(zhì)量上的制約,同時(shí)具有熔融速率 快、塑化質(zhì)量高以及可實(shí)現(xiàn)微量注射的優(yōu)點(diǎn);所述裝置即可實(shí)現(xiàn)聚合物 的超聲振動(dòng)熔融塑化,又可作為檢測(cè)儀器檢測(cè)聚合物材料的加工性能。 整個(gè)裝置安裝、操作簡(jiǎn)便,可靠性高,實(shí)用性強(qiáng)。
圖1為聚合物熔融塑化裝置一種結(jié)構(gòu)示意圖; 圖2為聚合物熔融塑化裝置另一種結(jié)構(gòu)示意圖; 圖3為聚合物熔融塑化的裝置中液壓系統(tǒng)原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。 參見(jiàn)圖1和圖3,在機(jī)座9上設(shè)有料筒4,料筒4內(nèi)設(shè)有毛細(xì)管口模 18、螺紋托塊1和工具頭5,料筒4上設(shè)有熱電偶2、加熱圈3和高溫 熔體溫度壓力傳感器19,導(dǎo)柱8下端設(shè)在機(jī)座9上,導(dǎo)柱9上端設(shè)有機(jī) 架11,在機(jī)架11上設(shè)有油缸10,泵站20通過(guò)電磁換向閥23與油缸10 一端連接,油缸10另一端通過(guò)單向電液比例調(diào)速閥22與電磁換向閥23 連接,泵站20出口設(shè)有電液比例溢流閥21和數(shù)字壓力表24,在導(dǎo)柱8 上滑動(dòng)設(shè)有導(dǎo)向支座16,在導(dǎo)向支座16上設(shè)有鋁外殼7,鋁外殼7內(nèi) 設(shè)有壓電陶瓷晶片14和換能器15及冷卻風(fēng)扇13,換能器15連接有變 幅桿6,變幅桿6與工具頭5連接,鋁外殼7與油缸10的活塞桿傳動(dòng)連 接,在鋁外殼7上設(shè)有位移傳感器12,高溫熔體溫度壓力傳感器19和 位移傳感器12與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電連接。本發(fā)明利用超聲頻振動(dòng)實(shí)現(xiàn)聚合物熔融塑化的方法,其原理是超聲 振動(dòng)系統(tǒng)中工具頭5以超聲頻振動(dòng)使聚合物材料顆粒之間產(chǎn)生摩擦、剪 切、擠壓、研磨效應(yīng)以及超聲波在聚合物熔體中的空化作用產(chǎn)生的高溫 聲沖流和高壓沖擊波,使聚合物瞬間產(chǎn)生大量的耗散熱,自由體積急劇 增加,同時(shí)誘導(dǎo)大分子鏈的解纏結(jié),高效高質(zhì)量地完成聚合物的熔融塑 化。本發(fā)明利用超聲頻振動(dòng)實(shí)現(xiàn)聚合物熔融塑化的方法中,信息處理裝 置包括計(jì)算機(jī)及嵌入其中的軟件、數(shù)據(jù)測(cè)量與采集系統(tǒng),軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境為Visual Basic6. 0。圖1中所示為利用超聲頻振動(dòng)實(shí)現(xiàn)聚合物熔融塑化的裝置結(jié)構(gòu)示意 圖。在超聲波電源的驅(qū)動(dòng)下,換能器15通過(guò)將壓電陶瓷晶片14產(chǎn)生高 頻伸縮變形轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨淼慕饘僮冃?振動(dòng)),實(shí)現(xiàn)了電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn) 變過(guò)程。換能器15振動(dòng)的頻率與壓電陶瓷晶片14的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率有關(guān), 當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率與換能器15的固有頻率一致時(shí),變形量(振幅)達(dá) 到最大值。變幅桿6將換能器15的振幅予以放大,最后通過(guò)工具頭5 將振動(dòng)所產(chǎn)生的能量傳遞給料筒4中的聚合物材料。鋁外殼7與油缸活塞桿10相連接,通過(guò)導(dǎo)柱支座16和導(dǎo)柱8的導(dǎo) 向?qū)崿F(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)并保證工具頭5節(jié)點(diǎn)處的法蘭與料筒4的活塞式密封配 合上下滑動(dòng)平穩(wěn)。料筒4中聚合物材料在工具頭5的超聲頻振動(dòng)所產(chǎn)生 的摩擦、剪切、擠壓、研磨以及空化效應(yīng)作用下熔融塑化,所得聚合物 熔體在工具頭5的壓力下通過(guò)毛細(xì)管口模18擠出,可測(cè)試其流變性能。 整個(gè)熔融塑化過(guò)程中聚合物材料體系的溫度變化信息,以及熔體擠出過(guò) 程中毛細(xì)管口模18的入口壓力和熔體擠出流量信息,均通過(guò)高溫熔體 溫度壓力傳感器19、位移傳感器12和數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)輸入到計(jì)算 機(jī)中進(jìn)行信息處理。參見(jiàn)圖2和圖3,本發(fā)明的另一結(jié)構(gòu)形式,導(dǎo)柱8下端設(shè)在機(jī)座9 上,導(dǎo)柱8上端設(shè)有機(jī)架11,在機(jī)架11上設(shè)有鋁外殼7,鋁外殼7內(nèi) 設(shè)有壓電陶瓷晶片14和換能器15及冷卻風(fēng)扇13,換能器15連接有變 幅桿6,變幅桿6與工具頭5連接,在導(dǎo)柱8上滑動(dòng)設(shè)有導(dǎo)向支座16, 在導(dǎo)向支座16上設(shè)有料筒4,料筒4內(nèi)設(shè)有毛細(xì)管口模18、螺紋托塊1 和工具頭5,料筒4上設(shè)有熱電偶2、加熱圈3和高溫熔體溫度壓力傳 感器19,在導(dǎo)向支座16上設(shè)有位移傳感器12,在機(jī)座9上設(shè)有油缸10, 油缸10的活塞桿與導(dǎo)向支座16連接,泵站20通過(guò)電磁換向閥23與油 缸10 —端連接,油缸10另一端通過(guò)單向電液比例調(diào)速閥22與電磁換 向閥23連接,泵站20出口設(shè)有電液比例溢流閥21和數(shù)字壓力表24, 高溫熔體溫度壓力傳感器19和位移傳感器12與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電 連接。
權(quán)利要求
1、一種利用超聲頻振動(dòng)實(shí)現(xiàn)聚合物熔融塑化的測(cè)試裝置,其特征是在機(jī)座(9)上設(shè)有料筒(4),所述的料筒(4)內(nèi)設(shè)有毛細(xì)管口模(18)和工具頭(5),所述的料筒(4)上設(shè)有熱電偶(2)、加熱圈(3)和高溫熔體溫度壓力傳感器(19),導(dǎo)柱(8)下端設(shè)在所述的機(jī)座(9)上,所述的導(dǎo)柱(8)上端設(shè)有機(jī)架(11),在所述的機(jī)架(11)上設(shè)有液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng),在所述的導(dǎo)柱(8)上滑動(dòng)設(shè)有導(dǎo)向支座(16),在所述的導(dǎo)向支座(16)上設(shè)有超聲波振動(dòng)系統(tǒng),所述的工具頭(5)與所述的超聲波振動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)連接,所述的超聲波振動(dòng)系統(tǒng)與所述的液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)傳動(dòng)連接,在所述的超聲波振動(dòng)系統(tǒng)上設(shè)有位移傳感器(12),所述的高溫熔體溫度壓力傳感器(19)和位移傳感器(12)與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超聲頻振動(dòng)實(shí)現(xiàn)聚合物熔融塑化的測(cè) 試裝置,其特征是所述的超聲波振動(dòng)系統(tǒng)是安裝于所述的導(dǎo)向支座(16) 上的鋁外殼(7)內(nèi)設(shè)有壓電陶瓷晶片(14)和換能器(15)及冷卻風(fēng)扇 (13),所述的換能器(15)連接有變幅桿(6),所述的變幅桿(6)與所述的 工具頭(5)連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用超聲頻振動(dòng)實(shí)現(xiàn)聚合物熔融塑化 的測(cè)試裝置,其特征是所述的液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)是泵站(20)通過(guò)電 磁換向閥(23)與油缸(10)—端連接,所述的油缸(10)另一端通過(guò)單向電 液比例調(diào)速閥(22)與電磁換向閥(23)連接,所述的泵站(20)出口設(shè)有電 液比例溢流閥(21)和數(shù)字壓力表(24),所述的油缸(10)的活塞桿與所述 的超聲波振動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)連接。
4、 一種利用超聲頻振動(dòng)實(shí)現(xiàn)聚合物熔融塑化的測(cè)試裝置,其特征是 導(dǎo)柱(8)下端設(shè)在機(jī)座(9)上,所述的導(dǎo)柱(8)上端設(shè)有機(jī)架(11),在所 述的機(jī)架(ll)上設(shè)有超聲波振動(dòng)系統(tǒng),在所述的導(dǎo)柱(8)上滑動(dòng)設(shè)有導(dǎo) 向支座(16),在所述的導(dǎo)向支座(16)上設(shè)有料筒(4),所述的料筒(4)內(nèi) 設(shè)有毛細(xì)管口模(18)和工具頭(5),所述的料筒(4)上設(shè)有熱電偶(2)、 加熱圈(3)和高溫熔體溫度壓力傳感器(19),所述的工具頭(5)與所述的 超聲波振動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)連接,在所述的導(dǎo)向支座(16)上設(shè)有位移傳感器 (12),在所述的機(jī)座(9)上設(shè)有液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng),所述的液壓傳動(dòng) 與控制系統(tǒng)與所述的導(dǎo)向支座(16)連接,所述的高溫熔體溫度壓力傳感 器(19)和位移傳感器(12)與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用超聲頻振動(dòng)實(shí)現(xiàn)聚合物熔融塑化的測(cè) 試裝置,其特征是所述的超聲波振動(dòng)系統(tǒng)是安裝于所述的機(jī)架(ll)上 的鋁外殼(7)內(nèi)設(shè)有壓電陶瓷晶片(14)和換能器(15)及冷卻風(fēng)扇(13), 所述的換能器(15)連接有變幅桿(6),所述的變幅桿(6)與所述的工具頭 (5)連接。6、根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的利用超聲頻振動(dòng)實(shí)現(xiàn)聚合物熔融塑化 的測(cè)試裝置,其特征是所述的液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)是泵站(20)通過(guò)電 磁換向閥(23)與油缸(10)—端連接,所述的油缸(10)另一端通過(guò)單向電 液比例調(diào)速閥(22)與電磁換向閥(23)連接,所述的泵站(20)出口設(shè)有電 液比例溢流閥(21)和數(shù)字壓力表(24),所述的油缸(10)的活塞桿與所述 的超聲波振動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用超聲頻振動(dòng)實(shí)現(xiàn)聚合物熔融塑化的測(cè)試裝置,在機(jī)座(9)上設(shè)有料筒(4),料筒(4)內(nèi)設(shè)有毛細(xì)管口模(18)、工具頭(5)、熱電偶(2)、加熱圈(3)和高溫熔體溫度壓力傳感器(19),導(dǎo)柱(8)下端設(shè)在機(jī)座(9)上,導(dǎo)柱(8)上端設(shè)有機(jī)架(11),機(jī)架(11)上設(shè)有液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng),在導(dǎo)柱(8)上滑動(dòng)設(shè)有導(dǎo)向支座(16),導(dǎo)向支座(16)上設(shè)有超聲波振動(dòng)系統(tǒng),工具頭(5)與超聲波振動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)連接,超聲波振動(dòng)系統(tǒng)與液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)傳動(dòng)連接,在超聲波振動(dòng)系統(tǒng)上設(shè)有位移傳感器(12),高溫熔體溫度壓力傳感器(19)和位移傳感器(12)與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電連接。本發(fā)明功能上既可同時(shí)實(shí)現(xiàn)聚合物材料的超聲振動(dòng)熔融塑化和超聲塑化成型性能檢測(cè),又可滿(mǎn)足聚合物常規(guī)加工性能測(cè)試的需要。
文檔編號(hào)B29C45/46GK101261266SQ20081003105
公開(kāi)日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月11日
發(fā)明者吳旺青, 彭華建, 楚純鵬, 沈龍江, 蔣炳炎 申請(qǐng)人:蔣炳炎;吳旺青;楚純鵬;沈龍江;彭華建