能同時測量聚合物壓力或/和剪切流變的旋轉擠出加工流變儀制造技術

本實用新型專利技術公開了能同時測量聚合物壓力或/和剪切流變的旋轉擠出加工流變儀,該加工流變儀包括依次連接的熔融擠出機構、旋轉擠出流變機頭，以及傳感器、傳動鏈輪、聯(lián)軸器、電機和控制監(jiān)測機構，所述旋轉擠出流變機頭是由連接管件、分流支架、下機頸、機頭件、口模、口模驅動鏈輪、芯棒及芯棒驅動機構構成。采用本實用新型專利技術可在先收集上述流變儀的一些參數值，然后利用推導的公式計算得到聚合物熔體在旋轉擠出過程中的流變行為。本實用新型專利技術不僅可測量聚合物在壓力流動、拖曳流動、壓力/拖曳復合流動等不同力場下的流變行為，對實際加工過程進行理論指導，還可制備高性能聚合物微管。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
能同時測量聚合物壓力或/和剪切流變的旋轉擠出加工流變儀
本技術屬于聚合物流變測試和加工裝置
，具體涉及一種能同時測量聚合物壓力或/和剪切流變的旋轉擠出加工流變儀。
技術介紹
絕大多數聚合物都是需加工成型后方可使用。但是在不同的加工溫度場、應力場的作用下，聚合物的取向結構、結晶結構及最終的制品結構均會發(fā)生變化，從而影響產品外觀和質量。因此，實際加工的復雜條件下，聚合物的流變行為，多層次多尺度結構的形成和定構及機理研究，始終是聚合物加工
需要研究的核心基礎科學問題，而這一問題的解決是需要設計先進的科學儀器來配合進行的。為研究聚合物的流變行為，目前已研制公開了多種流變儀，其中最常用的是擠出式流變儀和旋轉式流變儀：(1)高壓毛細管流變儀：高壓毛細管流變儀是將聚合物在恒速或恒壓下擠出口模，從而研究聚合物在圓管中的壓力流動行為，并測量高剪切速率下聚合物的剪切粘度(CouchM.A.,BindingD.M.,Polymer,2000,41(16):6323-6334.)的流變測量設備。毛細管流變儀是目前發(fā)展得最為成熟的研究聚合物流變行為的擠出式流變儀，然而遺憾的是其測量原理是基于熔體一維壓力流動，不能反映實際加工的復雜條件下聚合物的流變行為，因而對聚合物加工的指導僅限于單一的擠出行為。(2)平板流變儀：平板流變儀是依靠平行板旋轉運動產生簡單剪切，使聚合物熔體在兩塊平行板間產生拖曳流動，熔體作用在固定板上的扭矩可以通過傳感器測出，再通過平板的半徑、轉速等參數計算出熔體的流變曲線。平板流變儀雖也是流變測量中最常使用的旋轉流變測量儀器之一，加之平板的轉速可控制得很慢，因此常用于測定低剪切速率下聚合物的切變速率和法向應力差(SuiC.P.,McKennaG.B.,RheologicaActa,2007,46(6),877-888.)，但是由于其測量原理是基于θ方位拖曳流動，對聚合物加工的指導也僅限于單一的剪切行為，加之平板在帶動熔體轉動時,因熔體處于開放狀態(tài),故當轉子轉速增加到很高時，熔體邊緣會發(fā)生破裂，對測量結果影響很大。鑒于一種較為實用的聚合物加工流變測量裝置不僅需要測得聚合物熔體在特定條件下的流變參數，且其測得的參數值還需盡可能準確反映聚合物在真實加工過程中的流變特性，從而才可能對聚合物的實際加工過程進行理論指導。而聚合物在成型加工過程中，當其受到軸向壓力流動力場和環(huán)向拖曳剪切力場的三維復合力場作用時，很顯然上述基于單一模型建立的流變儀如高壓毛細管流變儀和平板流變儀對聚合物的實際加工指導是極為有限的。
技術實現(xiàn)思路
本技術的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種能同時測量聚合物壓力或/和剪切流變的旋轉擠出加工流變儀，即該加工流變儀能同時測量聚合物在復雜壓力或/和剪切復合力場和溫度場下流變參數，為聚合物尤其是聚合物管材的制備工藝提供理論指導，還能夠在利用壓力或/和剪切復合力場和溫度場下制備高性能聚合物微管。為達到提供一種能同時測量聚合物壓力或/和剪切流變的旋轉擠出加工流變儀的目的，本技術采用了以下技術方案。一種能同時測量聚合物壓力或/和剪切流變的旋轉擠出加工流變儀,該加工流變儀包括依次連接的熔融擠出機構、旋轉擠出流變機頭，以及傳感器、傳動鏈輪、聯(lián)軸器、電機和控制監(jiān)測機構，其特征在于所述旋轉擠出流變機頭是由連接管件、分流支架、下機頸、機頭件、口模、口模驅動鏈輪、芯棒及芯棒驅動機構構成，連接管件、分流支架和機頭件通過連接件依次連為一體,下機頸位于分流支架和機頭件之間的空腔內,口模活動固連于機頭件后端的空腔內，并與機頭體端面外的口模驅動鏈輪相連，芯棒位于下機頸、機頭體和口模內通道里，其一端與位于分流支架內的芯棒驅動機構相連，傳感器分為壓力傳感器和扭矩傳感器，壓力傳感器安放在機頭體一側的階梯通孔內，扭矩傳感器安裝在傳動鏈輪和電機之間的聯(lián)軸器上,二者均與控制測量機構相連。其中所述連接管件的截面形狀呈倒“凸”形，左右兩端面均為法蘭盤，且與熔融擠出機構相連的左盤面中部開有熔體進料通孔，進料通孔后半段呈喇叭口開放腔，以與分流支架一端的倒錐形凸起匹配。其中所述分流支架架體前段為一倒錐形凸起，中段架體上有一沿倒錐形凸起的底邊向外延伸形成的與連接管件和機頭件匹配連接的法蘭盤，兩法蘭盤盤面之間的架體一側向下延伸形成一柱體，后段架體外徑小于中段架體外徑并與下機頸前端的階梯通孔內徑匹配；倒錐形凸起外表面開有弧形“凹”槽熔體物料流道，每兩弧形“凹”槽熔體物料流道之間有一凸起的筋；在分流支架架體的中、后段水平開有一階梯盲孔，分流支架的中段架體下方的柱體內開有階梯通孔，該階梯通孔與階梯盲孔的盲端垂直相通，另一端端頭由一帶孔的蓋板密封；在位于上側凸起的筋的中段架體上還開有一通氣孔，該通氣孔也與階梯盲孔的盲端相通。其中所述下機頸外形如一筒狀錐體，其內開有階梯通孔。其中所述機頭體為一柱體，其與分流支架相連的一端端頭為法蘭盤，柱體前、中段內沿軸向開有呈筒狀漏斗形的開放空腔，在漏斗空腔咀部起始端一側的柱體上垂直開有一階梯通孔；階梯通孔后段的柱體中沿軸向開有柱狀開放空腔，該空腔底部有一凸起的錐體，錐體內的軸向通孔為漏斗形空腔咀部的延長段。其中所述口模為一外形呈倒“T”形柱體，其內沿軸向開有“T”形階梯通孔，并由錐度軸承和螺母活動固定于機頭體的柱狀開放空腔內。其中所述口模驅動鏈輪通過鏈條與傳動鏈輪、聯(lián)軸器和電機相連。其中所述芯棒為一光面棒，分支撐活動固定段和工作段，支撐活動固定段由位于分流支架和下機頸形成的階梯空腔內的軸承活動支撐固定，使工作段懸臂位于機頭體漏斗咀和口模的階梯通孔內，工作段由錐形段和平直段構成，錐形段與平直段的長度比至少為11：1，且固定段和工作段相接處開有一環(huán)形凹槽；沿芯棒還開有一軸向通氣孔。其中所述芯棒驅動機構由芯棒驅動桿、弧齒輪和軸承組成，芯棒驅動桿依次穿過分流支架中段架體下方柱體的階梯通孔和通孔外蓋板，由位于該階梯通孔內的軸承活動支撐固定，使上端頭位于分流支架中段的空腔內，而下端頭位于下方柱體外，以與芯棒驅動鏈輪相連；弧齒輪為兩個，一個安裝在位于分流支架中段空腔內的芯棒安裝固定段的端頭上，另一個與其嚙合安裝在位于分流支架中段空腔內的芯棒驅動桿一端的上端頭。其中所述芯棒驅動鏈輪通過鏈條與傳動鏈輪、聯(lián)軸器和電機相連。進一步地，所述熔體進料通孔與芯棒在同一中心線上。進一步地，所述弧形“凹”槽熔體物料流道為三個，且進料端寬度大于出料端寬度。由于本技術流變儀在同時測量聚合物壓力或/和剪切流變行為，還可以通過在旋轉擠出流變機頭后設置冷卻箱、牽引機和盤管機等設備，使擠出物成型為聚合物微管，這樣可一舉兩得。采用本技術具體測量聚合物壓力或/和剪切流變行為步驟如下：1)收集上述能同時測量聚合物壓力或/和剪切流變的旋轉擠出加工流變儀設置的壓力傳感器和扭矩力傳感器傳輸給控制測量機構的壓力值⊿P、芯棒扭矩力值M2、口模扭矩力值M1；2)通過下列公式計算得到軸向應變速率γrz：通過下列公式計算得到軸向應變力σrz：通過下列公式計算得到環(huán)向應變速率γrθ：通過下列公式計算得到環(huán)向應變力σγθ：其中，Ro：成型流道外半徑；Ri：成型流道內半徑，r：成型流道內任意位置的半徑值(介于Ri與Ro之間)；L：成型流道長度；Q：擠出流量，通過測量本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種能同時測量聚合物壓力或/和剪切流變的旋轉擠出加工流變儀,該加工流變儀包括依次連接的熔融擠出機構、旋轉擠出流變機頭，以及傳感器、傳動鏈輪、聯(lián)軸器、電機和控制監(jiān)測機構，其特征在于所述旋轉擠出流變機頭是由連接管件(1)、分流支架(3)、下機頸(12)、機頭體(15)、口模(17)、口模驅動鏈輪(20)、芯棒(21)及芯棒驅動機構構成，連接管件(1)、分流支架(3)和機頭體(15)通過連接件依次連為一體，下機頸(12)位于分流支架(3)和機頭體(15)之間的空腔內，口模(17)活動固連于機頭體(15)后端的空腔內，并與機頭體(15)端面外的口模驅動鏈輪(20)相連，芯棒(21)位于下機頸(12)、機頭體(15)和口模(17)內通道里，其一端與位于分流支架(3)內的芯棒驅動機構相連，傳感器分為壓力傳感器和扭矩傳感器，壓力傳感器安放在機頭體(15)一側的第二階梯通孔(16)內，扭矩傳感器安裝在傳動鏈輪和電機之間的聯(lián)軸器上，二者均與控制監(jiān)測機構相連。

【技術特征摘要】
1.一種能同時測量聚合物壓力或/和剪切流變的旋轉擠出加工流變儀,該加工流變儀包括依次連接的熔融擠出機構、旋轉擠出流變機頭，以及傳感器、傳動鏈輪、聯(lián)軸器、電機和控制監(jiān)測機構，其特征在于所述旋轉擠出流變機頭是由連接管件(1)、分流支架(3)、下機頸(12)、機頭體(15)、口模(17)、口模驅動鏈輪(20)、芯棒(21)及芯棒驅動機構構成，連接管件(1)、分流支架(3)和機頭體(15)通過連接件依次連為一體，下機頸(12)位于分流支架(3)和機頭體(15)之間的空腔內，口模(17)活動固連于機頭體(15)后端的空腔內，并與機頭體(15)端面外的口模驅動鏈輪(20)相連，芯棒(21)位于下機頸(12)、機頭體(15)和口模(17)內通道里，其一端與位于分流支架(3)內的芯棒驅動機構相連，傳感器分為壓力傳感器和扭矩傳感器，壓力傳感器安放在機頭體(15)一側的第二階梯通孔(16)內，扭矩傳感器安裝在傳動鏈輪和電機之間的聯(lián)軸器上，二者均與控制監(jiān)測機構相連。2.根據權利要求1所述的能同時測量聚合物壓力或/和剪切流變的旋轉擠出加工流變儀,其特征在于所述連接管件(1)的截面形狀呈倒“凸”形，左右兩端面均為法蘭盤，且與熔融擠出機構相連的左盤面中部開有熔體進料通孔(2)，進料通孔(2)后半段呈喇叭口開放腔，以與分流支架(3)一端的倒錐形凸起匹配。3.根據權利要求1所述的能同時測量聚合物壓力或/和剪切流變的旋轉擠出加工流變儀,其特征在于所述分流支架(3)架體前段為一倒錐形凸起，中段架體上有一沿倒錐形凸起的底邊向外延伸形成的與連接管件和機頭件匹配連接的法蘭盤，兩法蘭盤盤面之間的架體一側向下延伸形成一柱體(4)，后段架體外徑小于中段架體外徑并與下機頸(12)前端的階梯通孔內徑匹配；倒錐形凸起外表面開有弧形“凹”槽熔體物料流道(5)，每兩弧形“凹”槽熔體物料流道(5)之間有一凸起的筋(6)；在分流支架(3)架體的中、后段水平開有一階梯盲孔(7)，分流支架(3)的中段架體下方的柱體(4)內開有第一階梯通孔(8)，該第一階梯通孔(8)與階梯盲孔(7)的盲端垂直相通，另一端端頭由一帶孔的蓋板(9)密封；在位于上側凸起的筋(6)的中段架體上還開有第一通氣孔(10)，該第一通氣孔(10)也與階梯盲孔(7)的盲端相通。4.根據權利要求1所述的能同時測量聚合物壓力或/和剪切流變的旋...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：王琪，聶敏，皮林，李怡俊，白時兵，
申請(專利權)人：四川大學，
類型：新型
國別省市：四川,51