专利名称：一种小型高分子材料成型及流动性测试设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高分子成型及测试设备，特别是一种小型熔融指数测试一螺线流 动长度测试一高分子模压成型一体化设备。
背景技术：
高分子科学是一门具有宽广研究领域的学科，其中高分子材料的加工成型及高分子结 构与性能的研究是其重要的两个分支。高分子材料的熔融指数和螺线流动长度是表征其可 挤出性和可模塑性的重要的指标，特别是对于注射、模压和挤出成型是非常重要的物性参 数，所以在工业生产中被广泛使用。熔融指数一般在熔融指数仪上测定，其结构主要由控 温系统、料筒、柱塞及砝码组成；其原理是在一定温度和压力下，将热塑性高聚物从规 定长度和直径的口模中挤出，记录其在规定时间(10min)内流出的质量。
螺线流动长度可以用来表征高分子材料的充模流动性，它不仅适用于热塑性高分子， 也适用于热固性高分子。其大小对于高聚物的注塑成型具有很强的指导意义，可据此来调 节并确定最佳的成型温度、成型压力等工艺参数。螺线流动长度一般使用阿基米德螺线模 具测定。其结构主要是在平板上的阿基米德螺线形凹槽，凹槽形状一般为半圆形或正方形。 测试方法一般是将一定温度的高聚物流体，在一定的压力下压入温度一定的螺线模具凹槽 中，直至物料在此压力下流不动为止，最后，测试流入模具中的物料的长度。流动长度越 大说明其充模流动性越好，其大小一般于物料温度、模具温度、充模压力及浇口大小有关。
高分子材料结构与性能的研究过程中，通常需要测试材料的力学(拉伸强度、弯曲强 度、冲击强度及硬度等)、热力学(DMTA)、光学(结晶形态、透光率、折射率等)、电学 (体积电导率、表面电阻等)及磁学(磁致应变)等物理性能。这些测试都离不开具有一 定形状和尺寸的试样的制备，并且所需试样的尺寸一般都很小。例如，测试塑料的弯曲强 度时，所需试样为80mmxl0mmx4mm的长条状；用高阻计测试高分子材料的体积电阻率时， 所需试样为直径为10mm的圆片状。这些试样的制备传统上是在注塑机或大型热压硫化机 上采用注塑或模压的方法成型。但用这种大型设备来制备数量少、尺寸小的试样，显然具 有成本高、占地大、浪费能源和操作不便等缺点。特别是对于实验室研究来说，这种制备 试样的方法显然具有其局限性。因此，目前人们开发出小型热压机来制备高分子测试试样。 例如，专利CN1603779A中公开了一种热塑性高分子材料的膜/片检测试样热压机。其优点 在于整体结构简洁合理，便于维修，制样适用性好，可满足偏光显微镜、相差显微镜、锥 板流变仪和动态接触角测定仪等仪器，以及进行光散射、X射线衍射(XRD )和动态粘弹分析(DMA )等研究时的要求。但其只能用于制备膜或片状试样。
由以上可以看出，高聚物熔融指数的测定、螺线流动长度的测定以及测试试样的制备 是目前高分子材料生产及研究过程中最常见的三个方面，但其测试或制备却是在三种不同 的设备上进行的。因此，存在着设备投资大、使用效率低，操作复杂、使用不便等缺点。 发明内容
为了克服现有高分子材料研究过程中，设备投资大、使用效率低，操作复杂、使用不 便的缺点，本实用新型提供了一种集熔融指数测试、螺线流动长度测试以及试样制备于一 身的小型设备。
本设备主要由三部分组成，其主体部分为程序控温小型热压机(1)(见图1)，另外配 备可独立拆装的程序控温进料系统(2)(见图3)和螺旋线模具(3)(见图4)。当用来热压 成型试样时可将程序控温进料系统(2)和螺旋线模具(3)拆下，只利用主体部分程序控 温小型热压机(1)即可；当用来测试聚合物的熔融指数时，可将螺旋线模具(3)拆下， 只用程序控温小型热压机(1)和程序控温进料系统(2)(见图5);当用来测试聚合物的螺 线流动长度时，则需使用整台设备才能完成(见图6)。
程序控温小型热压机(1)主要由压机底板(4)、手动液压千斤顶(5)、液压表(6)、 下压板(7)、上压板(8)、下隔热层(9)、上隔热层(10)、下加热板(11)、上加热板(12)、 立柱(13)、线形轴承(14)、压机控温仪(15)、上加热板控温表(16)、下加热板控温表 (17)、上加热开关(18)、下加热开关(19)及压机底脚(20)组成，如图1所示，其长、 宽、高分别小于42cm、 20cm、 45cm。手动液压千斤顶(5)安装在压机底板(4)上，并 在其底部安装液压表(6)用于读取压力值。两根立柱(13)利用螺母固定在压机底板(4) 上。下压板(7)的两侧安装有两个线形轴承(14)，中部固定有下隔热层(9)和下加热板
(11) 。下压板(7)、线形轴承(14)、下隔热层(9)和下加热板(11)作为一个整体，可 以沿立柱(13)上下自由运动。立柱(13)的顶端固定有上压板(8)。上隔热层(10)和 上加热板(12)通过螺栓固定在上压板(8)上。上压板(8)、上隔热层(10)和上加热板
(12) 的中心各有一个直径为10mm的圆孔用于放置浇口 (26)。上加热板(12)和下加热 板(11)的温度分别通过上加热板控温表(16)、下加热板控温表(17)控制，是否加热则 通过上加热开关(18)和下加热开关(19)控制。
程序控温进料系统(2)主要由保温筒(21)、料筒(22)、柱塞(23)、砝码(24)、料 筒阀(25)、浇口 (26)、 口模(27)、温度传感器(28)及保温筒控温仪(29)组成，如图 1所示。其中料筒(22)置于保温筒(21)中心的通孔中，在底部通过料筒阀(25)与浇口 (26)相连。保温筒(21)的温度通过温度传感器(28)采集到保温筒控温仪(29)，并对其温度进行实时控制。
在测试熔融指数时，程序控温进料系统(2)与程序控温小型热压机(1)的装配方式 如图5所示，其中口模(27)可通过螺纹与浇口 (26)相连，其直径为2.095mm、长度为 8mm，符合熔融指数测试标准。当用于测试螺线流动长度时，可将连接在浇口 (26)底部 的口模(27)旋下，换为螺线模具(3)，其装配方式如图6所示。螺旋线模具(3)由螺线 模具上模板(30)和螺线模具下模板(31)组成，如图4所示。螺线模具上模板(30)中 心有可与浇口 (26)相连的螺孔(32)，其两侧各有一个定位孔(33);螺线模具下模板(31) 开有螺线凹槽(34)，两侧设有定位销(35)用于和螺线模具上模板(30)装配定位。测试 时用手动液压千斤顶(5)将下压板(7)升起，将螺线模具上模板(30)和螺线模具下模 板(31)压紧，使液压表(6)示数在4 8MPa之间。
本设备的优点在于
第一，集熔融指数仪、螺线流动长度测试仪以及热压机的功能于一身，只需经过简单 的拆装，就能够满足熔融指数测试、螺线流动长度测试以及试样制备三种不同的要求。克 服了上述三种仪器设备功能单一，使用效率低的缺点。
第二，与传统的注塑机和热压硫化机相比，本设备体积小，占地面积少，使用方便， 特别适用于实验室等空间狭小的场所进行高分子材料的制备与研究。
第三，本设备采用智能控温表控制加热，控温精度高(土rc)，加热速率快(最高可
达30°C/min)，最高加热温度可达450°C，可用于模压成型聚酰亚胺(PI)和聚醚醚酮(PEEK)
等玻璃化温度较高的高分子材料。
图1程序控温小型热压机主视图
图2程序控温小型热压机左视图
图3程序控温进料系统
图4螺旋线模具上、下模板主视图
图5测试熔融指数时设备装配示意图
图6测试螺线流动长度时设备装配示意图
I、 程序控温小型热压机2、程序控温进料系统3、螺线模具4、压机底板
5、手动液压千斤顶6、液压表7、下压板8、上压板9、下隔热层IO、上隔热层
II、 下加热板12、上加热板13、立柱14、线形轴承15、压机控温仪16、上加热板控温表 17、下加热板控温表18、上加热开关19、下加热开关20、压机底脚21、保温筒22、料筒23、柱塞24、砝码25、料筒阀26、浇口 27、 口模28、温度传感器 29、保温筒控温仪30、螺线模具上模板31、螺线模具下模板32螺孔33、定位孔 34、螺线凹槽35、定位销36、浇口置孔具体实施方式实施例一 (试样制备)
利用本设备可以模压成型绝大多数热塑性及热固性高分子材料，模压成型试样时，只 需利用设备的程序控温小型热压机(1)部分。下面以聚醚醚酮粉料和碳纳米管混合物模压 成型聚醚醚酮导电复合材料为例说明设备使用方法。
首先，取108聚醚醚酮粉料和0.58碳纳米管混合均匀，然后，取3g混合物料放入圆片 试样模压成型模具中。将模具放在下加热板(11)的中部，用手动液压千斤顶(5)将模具 升高至上加热板(12)接触，然后缓慢加压至液压表(6)示数为6MPa。然后接通压机控 温仪(15)电源，将上加热板控温表(16)和下加热板控温表(17)设定为34(TC。打开上 加热开关(18)和下加热开关(19)，使下加热板(11)和上加热板(12)升温至340°C， 保温保压30min。然后，停止加热让模具缓慢冷却，待降到室温时，卸载压力取出模具，开 模即得试样。
实施例二 (熔融指数测定)
以聚丙烯熔融指数的测定为例，说明利用本设备测试熔融指数的方法。首先，将本设 备按图5方式装配，接通压机控温仪(15)和保温筒控温仪(29)电源，设定上加热板控 温表(16)和保温筒控温仪(29)为23(TC。然后，打开上加热开关(18)和保温筒控温仪 (29)加热开关，分别将上加热板(12)和保温筒(21)加热到设定温度23(TC。待温度稳 定后，将预热的柱塞(23)取下，确定料筒阀(25)处于关闭状态，在料筒(22)中加入 适量的聚丙烯粒料。将柱塞(23)放回料筒内，并压实物料，然后，取总重为2160g的砝 码(24)置于柱塞上。打开料筒阀(25)使物料流出少量，接着关闭料筒阀(25)，弃去流 出部分。然后，再次打开料筒阀(25)，同时计时，每隔10秒切样一次，IO分钟后关闭料 筒阀(25)。称量10分钟内聚丙烯流出的总克数，即为熔融指数值。 实施例三(螺线流动长度测定)
以浇注型聚氨酯为例，说明利用本设备测试螺线流动长度时的使用方法。首先，将本
设备按图6方式装配，使液压表(6)示数为8MPa。接通压机控温仪(15)和保温筒控温
仪(29)电源，设定上加热板控温表(16)和下加热板控温表(17)为120'C，保温筒控温
仪(29)为80。C。然后，打开上加热开关(18)、下加热开关(19)和保温筒控温仪(29)
加热开关，分别将螺线模具(3)、料筒(22)加热到120'C和8CTC。待温度稳定后，将预热的柱塞(23)取下，确定料筒阀(25)处于关闭状态。取聚四氢呋喃醚型预聚体13.27g、 \10€八扩链剂融体2.198在80°0下充分混合，并迅速将适量的混合物倒入料筒(22)中， 将柱塞(23)放回料筒内，取总重为875g的砝码(24)置于柱塞上。然后，打开料筒阀(25)， 让物料在载荷压力作用下流入螺线模具下模板(31)的螺线凹槽(34)中，直至物料不能 在螺线凹槽(34)中流动，即柱塞(23)不再下移为止。关闭保温筒控温仪(29)，将浇口(26)及以上部分拆下并清理。使聚氨酯在温度为12(TC的螺线模具(3)中固化60min。 关闭压机控温仪(15)，卸载手动液压千斤顶(5)的压力，使下压板(7)降下。待螺线模 具(3)降至室温时，开启模具取出螺旋状试样，并测试其长度。
权利要求1、一种小型高分子材料成型及其流动性测试设备，其特征在于其结构由程序控温小型热压机(1)、程序控温进料系统(2)和螺旋线模具(3)组成；当用于试样制备时，只用设备的主体部分-程序控温小型热压机(1)即可；当用来测试聚合物的熔融指数时，需要程序控温小型热压机(1)和程序控温进料系统(2)之间的合理装配；当用来测试聚合物的螺线流动长度时，则需程序控温小型热压机(1)、程序控温进料系统(2)和螺旋线模具(3)之间的合理装配。
2、 根据权利要求1所述的一种小型高分子材料成型及其流动性测试设备，其特征在于在程 序控温小型热压机(1)的上压板(8)、上隔热层(10)及上加热板(12)的中心，设有可以 放置浇口 (26)的浇口置孔(36)。
3、 根据权利要求1所述的一种小型高分子材料成型及其流动性测试设备，其特征在于在所 述的程序控温进料系统(2)上的料筒(22)与浇口 (26)之间装有可以控制物料流动的料筒 阀(25)。
4、 根据权利要求1所述的一种小型高分子材料成型及其流动性测试设备，其特征在于所述 的程序控温小型热压机(1)和程序控温进料系统(2)之间的合理装配是指程序控温进料 系统(2)的料筒部分，通过浇口 (26)置于浇口置孔(36)中，然后在浇口 (26)底部旋入 口模(27)，实现程序控温小型热压机(1)和程序控温进料系统(2)的连接，满足熔融指数 测试的要求。
5、 根据权利要求1所述的一种小型高分子材料成型及其流动性测试设备，其特征在于所述 的程序控温小型热压机(1)、程序控温进料系统(2)和螺旋线模具(3)之间的合理装配是 指程序控温进料系统(2)的料筒部分，通过浇口 (26)置于浇口置孔(36)中，然后把浇 口 (26)底部旋入螺线樓具上模板(30)中心的螺孔(32)中，满足螺线长度测试的要求。
专利摘要本实用新型公开了一种集熔融指数测试、螺线流动长度测试以及高分子模压成型于一身的小型设备。本设备主要由三部分组成，其主体部分为程序控温小型热压机(1)，另外配备可独立拆装的程序控温进料系统(2)和螺旋线模具(3)。当用来热压成型试样时，只利用主体部分程序控温小型热压机即可；当用来测试熔融指数时，需用程序控温小型热压机和程序控温进料系统；当用来测试聚合物的螺线流动长度时，需使用整台设备才能完成。本设备的优点在于集熔融指数仪、螺线流动长度测试仪以及热压机的功能于一身，克服了上述三种仪器设备功能单一，使用效率低的缺点；并且体积小，使用方便；控温精度高，加热速率快，最高加热温度可达450℃。
文档编号G01N11/00GK201145689SQ200720190319
公开日2008年11月5日 申请日期2007年11月22日 优先权日2007年11月22日
发明者武京明, 凯 王, 詹茂盛 申请人:北京航空航天大学