專利名稱：聚合物振動(dòng)誘導(dǎo)塑化擠出流變特性檢測(cè)方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚合物流變性能測(cè)試方法及設(shè)備，具體是一種聚合物振動(dòng)誘導(dǎo)塑化擠出流變檢測(cè)方法及其裝置。主要用于測(cè)試與表征聚合物動(dòng)態(tài)流變特性與行為，也可以用于測(cè)試與表征聚合物穩(wěn)態(tài)流變特性與行為。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)流變儀可以測(cè)試與表征聚合物熔體的穩(wěn)態(tài)流變特性，能夠很好地指導(dǎo)無振動(dòng)力場(chǎng)引入條件下的聚合物常規(guī)成型加工，但對(duì)于引入振動(dòng)力場(chǎng)的聚合物動(dòng)態(tài)成型加工，采用傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)流變儀測(cè)得的流變數(shù)據(jù)就不能很好的與實(shí)際加工情況相吻合，不利于動(dòng)態(tài)成型加工工藝與條件的控制。
針對(duì)引入振動(dòng)力場(chǎng)后聚合物動(dòng)態(tài)成型加工的特點(diǎn)，華南理工大學(xué)彭響方在常規(guī)柱塞式穩(wěn)態(tài)毛細(xì)管流變儀的毛細(xì)管流道上疊加一個(gè)正弦振動(dòng)場(chǎng)，研制成功了毛細(xì)管動(dòng)態(tài)流變儀，通過非連續(xù)動(dòng)態(tài)擠出方法研究振動(dòng)力場(chǎng)作用下聚合物熔體的動(dòng)態(tài)流變性能，取得了較好的理論和實(shí)際效果。國外的動(dòng)態(tài)流變儀設(shè)備(典型的代表有DYNALYSER動(dòng)態(tài)剪切流變儀等)，一般是在傳統(tǒng)平板或錐板式旋轉(zhuǎn)流變儀的基礎(chǔ)上，通過引入振動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)剪切，該類動(dòng)態(tài)流變儀主要是通過測(cè)量聚合物的復(fù)數(shù)粘度來表征聚合物粘性和彈性性質(zhì)。上述方法獲得的動(dòng)態(tài)流變性能數(shù)據(jù)，仍然無法完全適用于引入振動(dòng)力場(chǎng)后的聚合物連續(xù)動(dòng)態(tài)成型加工。這就對(duì)新型動(dòng)態(tài)流變儀的出現(xiàn)提出了客觀要求，使用連續(xù)擠出動(dòng)態(tài)流變儀測(cè)試與表征聚合物的動(dòng)態(tài)流變特性及行為對(duì)聚合物的動(dòng)態(tài)成型加工更具有重要的理論和實(shí)際價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種聚合物振動(dòng)誘導(dǎo)塑化擠出流變特性檢測(cè)方法，在單螺桿塑化擠出機(jī)的基礎(chǔ)上，使螺桿旋轉(zhuǎn)的同時(shí)作周期性的軸向振動(dòng)誘導(dǎo)聚合物塑化擠出，使用毛細(xì)管擠出口模，測(cè)試過程模擬聚合物動(dòng)態(tài)成型加工過程，從而得到聚合物動(dòng)態(tài)流變特性和行為參數(shù)。
本發(fā)明的聚合物振動(dòng)誘導(dǎo)塑化擠出流變特性檢測(cè)方法，包括螺桿旋轉(zhuǎn)的同時(shí)作周期性軸向振動(dòng)誘導(dǎo)聚合物塑化擠出時(shí)，測(cè)量熔體通過毛細(xì)管擠出模頭的壓力降和流率q、擠出脹大D/d、熔體溫度及螺桿的轉(zhuǎn)矩N，用以測(cè)量與表征螺桿軸向振動(dòng)誘導(dǎo)塑化擠出過程中聚合物的動(dòng)態(tài)流變特性及行為。
測(cè)量與表征在一定熔體溫度時(shí)螺桿不同的軸向振動(dòng)振幅A或頻率f對(duì)流經(jīng)毛細(xì)管的熔體剪切應(yīng)力τ、表觀粘度η及第一法向應(yīng)力差τ1-τ2與剪切速率 的影響。
測(cè)量與表征在一定熔體溫度時(shí)，熔體流經(jīng)毛細(xì)管的表觀粘度η、擠出脹大D/d及第一法向應(yīng)力差τ1-τ2與螺桿軸向振動(dòng)的頻率f或振幅A的關(guān)系，頻率f變化，則振幅A固定，反之亦然。
測(cè)量與表征在一定的物料塑化擠出溫度時(shí)，不同的螺桿軸向振動(dòng)頻率f或振幅A對(duì)螺桿轉(zhuǎn)矩N和螺桿轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系的影響。
測(cè)量與表征在一定的物料塑化擠出溫度和螺桿轉(zhuǎn)速時(shí)，螺桿轉(zhuǎn)矩N與螺桿的振動(dòng)頻率f或振幅A的關(guān)系，頻率f變化，則振幅A不變，反之亦然。
螺桿的軸向振動(dòng)振幅A可以為零，即螺桿不作軸向振動(dòng)，此時(shí)測(cè)量與表征聚合物常規(guī)的塑化擠出流變特性。
所述方法使用的裝置主要由單螺桿塑化擠出機(jī)、毛細(xì)管擠出模頭、擠出脹大測(cè)量裝置、電子天平、微機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成，毛細(xì)管擠出模頭安裝在單螺桿塑化擠出機(jī)末端，擠出脹大測(cè)量裝置和電子天平安裝在毛細(xì)管擠出模頭下方并與微機(jī)控制系統(tǒng)信號(hào)連接。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其重要特征在于其螺桿旋轉(zhuǎn)的同時(shí)作周期性軸向振動(dòng)誘導(dǎo)聚合物塑化擠出，通過測(cè)量熔體通過毛細(xì)管擠出模頭的壓力降和流率q、擠出脹大D/d、熔體溫度及螺桿的轉(zhuǎn)矩N，用以測(cè)量與表征螺桿軸向振動(dòng)誘導(dǎo)塑化擠出過程中聚合物的動(dòng)態(tài)流變特性及行為。其重要功能有可測(cè)量與表征在一定熔體溫度時(shí)螺桿不同的軸向振動(dòng)振幅A或頻率f對(duì)流經(jīng)毛細(xì)管的熔體剪切應(yīng)力τ、表觀粘度η及第一法向應(yīng)力差τ1-τ2與剪切速率 的影響。
可測(cè)量與表征在一定熔體溫度時(shí)，熔體流經(jīng)毛細(xì)管的表觀粘度η、擠出脹大D/d及第一法向應(yīng)力差τ1-τ2與螺桿軸向振動(dòng)的頻率f或振幅A的關(guān)系，頻率f變化，則振幅A固定，反之亦然。
可測(cè)量與表征在一定的物料塑化擠出溫度時(shí)，不同的螺桿軸向振動(dòng)頻率f或振幅A對(duì)螺桿轉(zhuǎn)矩N和螺桿轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系的影響。
可測(cè)量與表征在一定的物料塑化擠出溫度和螺桿轉(zhuǎn)速時(shí)，螺桿轉(zhuǎn)矩N與螺桿的振動(dòng)頻率f或振幅A的關(guān)系，頻率f變化，則振幅A不變，反之亦然。
螺桿的軸向振動(dòng)振幅A可以為零，即螺桿不作軸向振動(dòng)，此時(shí)可測(cè)量與表征聚合物常規(guī)的塑化擠出流變特性。
相對(duì)于已有的動(dòng)態(tài)流變儀，本發(fā)明的裝置的測(cè)量的結(jié)果更接近實(shí)際的聚合物連續(xù)動(dòng)態(tài)擠出成型加工情況，能夠更好的模擬聚合物動(dòng)態(tài)擠出成型加工過程，因此，對(duì)聚合物動(dòng)態(tài)成型的流變特性與行為的測(cè)試表征結(jié)果能夠更好地指導(dǎo)聚合物實(shí)際的動(dòng)態(tài)成型加工。本發(fā)明的流變特性檢測(cè)方法同樣可用于測(cè)量與表征聚合物熔體穩(wěn)態(tài)流變性能。


圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，該單螺桿塑化擠出流變裝置主要由單螺桿塑化擠出機(jī)1、毛細(xì)管擠出模頭2、擠出脹大測(cè)量裝置3、電子天平4、微機(jī)控制系統(tǒng)5構(gòu)成。毛細(xì)管擠出模頭2安裝在單螺桿塑化擠出機(jī)1末端，擠出脹大測(cè)量裝置3和電子天平4安裝在毛細(xì)管擠出模頭下方并與微機(jī)控制系統(tǒng)5信號(hào)連接。
單螺桿擠出機(jī)螺桿在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，通過單螺桿擠出機(jī)上的附加的激振器系統(tǒng)，在螺桿軸向引入正弦軸向振動(dòng)，其振動(dòng)的振幅A和頻率f可通過微機(jī)控制系統(tǒng)5參數(shù)設(shè)定系統(tǒng)進(jìn)行方便設(shè)定(當(dāng)設(shè)定振幅為零時(shí)，可用于測(cè)量與表征聚合物熔體穩(wěn)態(tài)時(shí)流變特性)。通過微機(jī)控制系統(tǒng)5的參數(shù)設(shè)定系統(tǒng)還可以設(shè)定螺桿轉(zhuǎn)速n，聚合物熔體加料段溫度T1和壓力P1，壓縮段溫度T2和壓力P2，計(jì)量段的溫度T3和壓力P3，擠出溫度Tm和壓力Pm等聚合物振動(dòng)誘導(dǎo)擠出加工參數(shù)。
通過微機(jī)控制系統(tǒng)5的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠得到實(shí)時(shí)的加工工藝參數(shù)，這些參數(shù)包括螺桿三段中聚合物熔體的溫度T1′、T2′、T3′和壓力P1′、P2′、P3′，螺桿的實(shí)際轉(zhuǎn)速n′和轉(zhuǎn)矩N，以及擠出溫度Tm′和壓力Pm′，毛細(xì)管擠出模頭2溫度Td。微機(jī)控制系統(tǒng)5根據(jù)設(shè)定參數(shù)與微機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，保證流變實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛟谠O(shè)定的加工工藝參數(shù)下進(jìn)行，和設(shè)定實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù)相比，溫度誤差控制在±1℃，壓力誤差控制在±0.1MPa。
另外，通過電子天平4可以測(cè)量熔體通過毛細(xì)管的流率q，也可以在毛細(xì)管管口，通過擠出脹大測(cè)量裝置3可測(cè)試熔體擠出脹大D/d。毛細(xì)管流率q和擠出脹大D/d可通過微機(jī)控制系統(tǒng)5的數(shù)據(jù)接口反饋到微機(jī)控制系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)流變特性分析。如附圖1所示，通過本發(fā)明的裝置，在一定的實(shí)驗(yàn)條件下我們能夠?qū)崟r(shí)的得到①剪切應(yīng)力τ與剪切速率 關(guān)系。
②表觀粘度η及第一法向應(yīng)力差τ1-τ2與剪切速率 關(guān)系。
③表觀粘度η、擠出脹大D/d及第一法向應(yīng)力差τ1-τ2與螺桿軸向振動(dòng)的頻率f或振幅A的關(guān)系。
④螺桿轉(zhuǎn)矩N和螺桿轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系。
⑤螺桿轉(zhuǎn)矩N與螺桿的振動(dòng)頻率f或振幅A的關(guān)系。
權(quán)利要求
1.一種聚合物振動(dòng)誘導(dǎo)塑化擠出流變特性檢測(cè)方法，其特征在于螺桿旋轉(zhuǎn)的同時(shí)可作周期性軸向振動(dòng)誘導(dǎo)聚合物塑化擠出，通過測(cè)量熔體通經(jīng)毛細(xì)管擠出模頭的壓力降和流率q、擠出脹大D/d、熔體溫度及螺桿的轉(zhuǎn)矩N，用以測(cè)量與表征螺桿軸向振動(dòng)誘導(dǎo)塑化擠出過程中聚合物的動(dòng)態(tài)流變特性及行為。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于測(cè)量與表征在一定熔體溫度時(shí)螺桿不同的軸向振動(dòng)振幅A或頻率f對(duì)流經(jīng)毛細(xì)管的熔體剪切應(yīng)力τ、表觀粘度η及第一法向應(yīng)力差τ1-τ2與剪切速率 的影響。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于測(cè)量與表征在一定熔體溫度時(shí)，熔體流經(jīng)毛細(xì)管的表觀粘度η、擠出脹大D/d及第一法向應(yīng)力差τ1-τ2與螺桿軸向振動(dòng)的頻率f或振幅A的關(guān)系，頻率f變化，則振幅A固定，反之亦然。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于測(cè)量與表征在一定的物料塑化擠出溫度時(shí)，不同的螺桿軸向振動(dòng)頻率f或振幅A對(duì)螺桿轉(zhuǎn)矩N和螺桿轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系的影響。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于測(cè)量與表征在一定的物料塑化擠出溫度和螺桿轉(zhuǎn)速時(shí)，螺桿轉(zhuǎn)矩N與螺桿的振動(dòng)頻率f或振幅A的關(guān)系，頻率f變化，則振幅A不變，反之亦然。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于螺桿的軸向振動(dòng)振幅A可以為零，即螺桿不作軸向振動(dòng)，此時(shí)測(cè)量與表征聚合物常規(guī)的塑化擠出流變特性。
7.權(quán)利要求1所述方法使用的裝置，其特征在于主要由單螺桿塑化擠出機(jī)、毛細(xì)管擠出模頭、擠出脹大測(cè)量裝置、電子天平、微機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成，毛細(xì)管擠出模頭安裝在單螺桿塑化擠出機(jī)末端，擠出脹大測(cè)量裝置和電子天平安裝在毛細(xì)管擠出模頭下方并與微機(jī)控制系統(tǒng)信號(hào)連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚合物單螺桿塑化擠出的流變特性檢測(cè)方法。該流變特性檢測(cè)方法的螺桿在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)可作周期性的軸向振動(dòng)，并可方便調(diào)節(jié)其振動(dòng)的頻率和振幅，通過測(cè)量聚合物流經(jīng)毛細(xì)管擠出模頭的壓力降和流率、擠出脹大、熔體溫度及螺桿的轉(zhuǎn)矩，可用于測(cè)量與表征螺桿軸向振動(dòng)誘導(dǎo)塑化擠出過程中聚合物的動(dòng)態(tài)流變特性及行為；同時(shí)該流變特性檢測(cè)方法也可以用于測(cè)量與表征聚合物常規(guī)的塑化擠出流變性能。所述方法使用的裝置主要由單螺桿塑化擠出機(jī)、毛細(xì)管擠出模頭、擠出脹大測(cè)量裝置、電子天平、微機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成，毛細(xì)管擠出模頭安裝在單螺桿塑化擠出機(jī)末端，擠出脹大測(cè)量裝置和電子天平安裝在毛細(xì)管擠出模頭下方并與微機(jī)控制系統(tǒng)信號(hào)連接。
文檔編號(hào)G01N11/00GK1664557SQ20051003336
公開日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2005年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月4日
發(fā)明者瞿金平, 彭響方 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)