專利名稱：一種在線式聚合物雙毛細(xì)管擠出流變儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于聚合物流變學(xué)測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種表征聚合物擠出壁滑移速度和穩(wěn)態(tài)流變行為的在線式毛細(xì)管擠出流變儀。
背景技術(shù)：
測(cè)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(shí)驗(yàn)儀器。目前，常用的是離線式流變測(cè)量，其中毛細(xì)管流變儀應(yīng)用最為廣泛。但是使用離線式毛細(xì)管流變儀進(jìn)行聚合物流變性能測(cè)量時(shí)，由于其脫離實(shí)際加工條件測(cè)量的流變學(xué)參數(shù)，對(duì)實(shí)際的聚合物加工過程的指導(dǎo)作用有限。為了從測(cè)得壓差中準(zhǔn)確的求出完全發(fā)展區(qū)上的壓力梯度，需要進(jìn)行貝格里校正。在表觀流動(dòng)實(shí)驗(yàn)曲線繪制時(shí)，粘度依賴于剪切速率的關(guān)系被忽略，需要進(jìn)行雷比諾維茨校正。對(duì)于填料體系的聚合物而言，塑料熔體在毛細(xì)管壁處會(huì)發(fā)生滑移現(xiàn)象，需要進(jìn)行校正。目前的毛細(xì)管流變儀不進(jìn)行貝格里和雷比諾維茨校正，不考慮壁滑移速度，測(cè)量結(jié)果與實(shí)際加工過程具有一定差距。傳統(tǒng)的流變儀無法驗(yàn)證和測(cè)量聚合物壁滑移速度，這個(gè)參數(shù)對(duì)于塑料熔體擠出流動(dòng)分析的數(shù)值模擬具有重要的影響。目前數(shù)值模擬時(shí)，常將壁滑移速度設(shè)為零，這一邊界條件的假設(shè)直接影響了流動(dòng)分析的準(zhǔn)確性。
擠出模具是塑料熔體整個(gè)擠出過程的關(guān)鍵設(shè)備，其與擠出機(jī)參數(shù)、材料特性、工藝條件具有一定的依賴性和適應(yīng)性。目前擠出模具設(shè)計(jì)時(shí)，由于考慮擠出機(jī)、材料和工藝等方面不多，即使有所考慮，但是由于新設(shè)計(jì)的模具安裝到新的工作條件下(不同的擠出機(jī)參數(shù)、材料性能和工藝參數(shù))，使得擠出產(chǎn)品達(dá)不到質(zhì)量要求。這樣就需要不斷的調(diào)整工藝參數(shù)和修模，耗時(shí)耗力。據(jù)統(tǒng)計(jì)修模、試模以及工藝參數(shù)調(diào)整的時(shí)間占擠出模具整個(gè)設(shè)計(jì)制造周期的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(jìn)一步發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在線式聚合物雙毛細(xì)管擠出流變儀，用于直接測(cè)量聚合物熔體擠出壁滑移速度和穩(wěn)態(tài)流變行為，測(cè)量的結(jié)果可以直接指導(dǎo)聚合物的加工過程。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種在線式聚合物毛細(xì)管擠出流變儀，主要由連接管、底座、調(diào)節(jié)螺栓、壓力/溫度傳感器、溫度控制裝置、天平、擠出脹大測(cè)量裝置、口模板、毛細(xì)管、墊板組成。該流變儀采用組合鑲塊式結(jié)構(gòu)，底座、墊板和口模板之間采用階梯式的密封結(jié)構(gòu)。該流變儀通過連接管不僅可以安裝在擠出機(jī)和擠出模頭之間的法蘭盤，而且也可以安裝在擠出機(jī)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(jìn)入底座和墊板形成的內(nèi)部型腔，然后進(jìn)入裝配在口模板上的毛細(xì)管，最后從毛細(xì)管口擠出。安裝在底座上的調(diào)節(jié)螺栓調(diào)節(jié)聚合物熔體的壓力和流量；安裝在口模板的毛細(xì)管可以根據(jù)測(cè)量需要更換，并且可以進(jìn)行單/雙毛細(xì)管的轉(zhuǎn)換；安裝在毛細(xì)管入口處的熔體壓力傳感器同時(shí)還具有測(cè)量溫度的功能，是一個(gè)壓力/溫度集成型傳感器，具有計(jì)算機(jī)通訊接口，用于測(cè)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恒定的溫度；擠出脹大測(cè)量裝置安裝在毛細(xì)管的出口處，測(cè)量聚合物擠出的脹大比；毛細(xì)管末端的天平測(cè)量聚合物擠出過程的流量。該流變儀還包括計(jì)算機(jī)，可以對(duì)同一時(shí)刻采集塑料熔體的溫度和毛細(xì)管入口的壓力降進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，獲得聚合物擠出的壁滑移速度和穩(wěn)態(tài)流變特征參數(shù)。
根據(jù)聚合物熔體測(cè)量的需要更換不同的毛細(xì)管。根據(jù)Mooney理論，采用直徑不同、長(zhǎng)徑比相同的雙毛細(xì)管，驗(yàn)證聚合物熔體擠出壁滑移現(xiàn)象是否存在，并且測(cè)量聚合物擠出壁滑移速度的大小。
使用單個(gè)毛細(xì)管，采用更換直徑相同、長(zhǎng)徑比不同的一組毛細(xì)管的方式進(jìn)行貝格里校正。使用單個(gè)毛細(xì)管可以在線式測(cè)量和表征聚合物及其復(fù)合材料的常規(guī)毛細(xì)管擠出流變特征及行為，建立在不同工藝條件下，不同擠出材料流變性能的數(shù)據(jù)庫(kù)。
根據(jù)聚合物熔體測(cè)量的需要通過調(diào)節(jié)螺栓來調(diào)節(jié)毛細(xì)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范圍內(nèi)。
本發(fā)明的效果和益處是采用在線式測(cè)量的方式，并且可以進(jìn)行貝格里和雷比諾維茨校正，更加準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)測(cè)量聚合物穩(wěn)態(tài)擠出流變特征，替代了脫離生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)室中的離線式流變測(cè)量，所測(cè)得的數(shù)據(jù)更能準(zhǔn)確的用于評(píng)價(jià)聚合物熔體的加工特性，從而用來指導(dǎo)聚合物熔體加工工藝參數(shù)的調(diào)整和模具的設(shè)計(jì)；通過使用本發(fā)明建立在不同工藝條件下，不同擠出材料的流變性能的數(shù)據(jù)庫(kù)，解決擠出模具對(duì)擠出機(jī)、材料和工藝這三者的依賴性問題；對(duì)于填料體系的聚合物而言，塑料熔體在毛細(xì)管壁處會(huì)發(fā)生滑移現(xiàn)象，本發(fā)明采用雙毛細(xì)管擠出時(shí)，可以測(cè)量聚合物擠出的壁滑移速度，解決擠出模頭內(nèi)塑料熔體流動(dòng)有限元分析時(shí)邊界條件的設(shè)置問題，促進(jìn)擠出模CAE技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。


圖1是在線式聚合物雙毛細(xì)管擠出流變儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1連接管；2底座；3調(diào)節(jié)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(cè)量裝置；8口模板；9毛細(xì)管；10墊板。
圖2是本發(fā)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(zhǎng)徑比；η粘度； 剪切速率；τ剪切應(yīng)力；us壁滑移速度。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)果技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的最佳實(shí)施例。
測(cè)量聚合物材料PVC在200℃溫度時(shí)穩(wěn)態(tài)擠出流變學(xué)特征和壁滑移速度，
權(quán)利要求
1.一種在線式聚合物雙毛細(xì)管擠出流變儀，主要由連接管(1)、底座(2)、調(diào)節(jié)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(cè)量裝置(7)、口模板(8)、毛細(xì)管(9)、墊板(10)組成，其特征在于采用組合鑲塊式結(jié)構(gòu)，底座、墊板和口模板之間采用階梯式的密封結(jié)構(gòu)；安裝在口模板的毛細(xì)管根據(jù)測(cè)量需要，進(jìn)行單/雙毛細(xì)管的轉(zhuǎn)換；使用雙毛細(xì)管時(shí)，表征聚合物熔體擠出過程的壁滑移速度；使用單毛細(xì)管時(shí)，表征聚合物穩(wěn)態(tài)擠出的流變特征，并且進(jìn)行貝格里和雷比諾維茨修正；調(diào)節(jié)螺栓調(diào)節(jié)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(cè)量范圍；毛細(xì)管入口處的壓力/溫度集成型傳感器實(shí)時(shí)測(cè)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(cè)量所需的溫度；毛細(xì)管出口處的擠出脹大測(cè)量裝置測(cè)量聚合物擠出的脹大量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在線式聚合物雙毛細(xì)管擠出流變儀，其特征在于根據(jù)聚合物熔體測(cè)量的需要更換不同的毛細(xì)管。
全文摘要
本發(fā)明屬于聚合物流變學(xué)測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種在線式聚合物雙毛細(xì)管擠出流變儀。其特征是該流變儀由連接管、底座、調(diào)節(jié)螺栓、壓力/溫度傳感器、溫度控制裝置、天平、擠出脹大測(cè)量裝置、口模板、毛細(xì)管、墊板組成。使用雙毛細(xì)管表征聚合物熔體擠出過程的壁滑移速度；使用單毛細(xì)管表征聚合物穩(wěn)態(tài)擠出的流變特征；壓力/溫度傳感器用于實(shí)時(shí)的測(cè)量聚合物熔體的入口壓力降和溫度，擠出脹大測(cè)量裝置用于測(cè)量聚合物熔體的擠出脹大量。本發(fā)明通過在線式測(cè)量熔體流經(jīng)毛細(xì)管的壓力降、擠出脹大量、流量和熔體溫度等參數(shù)，并且進(jìn)行貝格里和雷比諾維茨修正，測(cè)量聚合物及其復(fù)合材料在毛細(xì)管中擠出過程中的壁滑移速度和穩(wěn)態(tài)流變學(xué)特征及行為。
文檔編號(hào)G01P3/00GK1773245SQ20051004771
公開日2006年5月17日 申請(qǐng)日期2005年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月12日
發(fā)明者趙丹陽(yáng), 王敏杰, 宋滿倉(cāng), 于慶安 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)