测量超声振动条件下聚合物流变特性的毛细管口模及方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种测量超声振动条件下聚合物流变特性的毛细管口模及方法，属于测量超声振动条件下聚合物流变特性的毛细管口模及方法的创新技术。
【背景技术】
[0002]自二十世纪五十年代以来，发现利用静态超声处理聚合物熔体时发生流变效应，超声波辅助挤出工艺已经被用于减少聚合物的粘度，从而改善聚合物的加工性能。在过去的几十年里，广泛研宄运用高功率超声处理聚合物熔体，已经促进了几个应用:超声辅助挤出工艺和静态超声波处理聚合物熔体橡胶的脱硫化；加强不相容聚合物的共混增容作用；最近用于制备聚合物的纳米复合材料。
[0003]超声波在聚合物加工最相关的应用领域。首先，用于改善聚合物的加工性能，如改善聚合物的流动性，尤其是改善挤出型材的表面粗糙度。为了减少聚合物在挤出成型，或者在注射成型时的粘性，大多研宄涉及到在机械装备、模具方面加入超声振动，从而促进聚合物流动性的下降，并改善挤出物的表面外观。其次，用于橡胶脱硫作用。从20世纪90年代开始，倾倒塑料垃圾已经成为一个严重的环境问题。在这种背景下，超声波技术被用来处理天然的或是合成的橡胶基废料(如汽车轮胎、胶皮管)，塑料垃圾通过超声波脱硫工艺回收利用，可取代传统的倾倒垃圾的作法。在1993年Isayev第一次研宄了一个不涉及化学物质处理的连续加工橡胶的脱硫工艺。该工艺是通过运用高功率超声波破坏硫化的弹性体和其他热固性塑料聚合物的化学键，这样塑料垃圾就可以用像未经处理的橡胶一样的办法再加工，再经过硫化，再成型。最近，超声波用于制备共混聚合物和聚合物纳米复合材料。大功率超声用于聚合物共混，使填充物在热塑性塑料里均匀地分散，促进共混界面产生化学反应，改善两个不相容聚合物之间的相容性，与不经超声处理相比较，可改善这些聚合物的力学性能。
[0004]随着新材料，新工艺的发展，超声波已经广泛应用于聚合物加工领域，但是用于测量超声波作用下聚合物流变性能的仪器还相当缺少。目前，测量聚合物流变特性的仪器主要还是传统的毛细管型流变仪、转子型流变仪、混炼机型转矩流变仪、振荡型流变仪。除振荡型流变仪具有振动的特征外，其他几种都没振动的特征，但是振荡型流变仪也无法表征超声振动的流变特征。由于毛细管型流变仪发展最成熟、最典型，操作简单，测量准确，测量范围广阔，不仅能测量物料的剪切粘度，还可以通过对挤出行为的研宄，讨论物料的弹性行为，因而在毛细管型流变仪的基础上加入超声波振动，开发一种适合于超声波振动的测量聚合物流变特性的毛细管流变仪，具有广泛的工程实用价值。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种测量超声振动条件下聚合物流变特性的毛细管口模。本发明可测量在不同频率和不同功率的超声振动下，聚合物的表观粘度。
[0006]本发明的另一目的是提供一种测量超声振动条件下聚合物流变特性的方法。本发明操作简单，测量精度高，方便实用。本发明通过对不同频率和不同功率的超声振动作用下挤出行为的研宄，讨论物料的经超声波振动后的弹性行为。
[0007]本发明的技术方案是:本发明的测量超声振动条件下聚合物流变特性的毛细管口模，包括有超声波发生器、变幅杆、换能器、固定环、支撑杆、散热器、密封圈、密封环、绝热层、加热线圈、料筒、毛细管、料筒温度传感器、熔体压力传感器、熔体温度传感器、控制装置，固定环固定在支撑杆的上部，密封环固定在支撑杆的下部形成固定架，固定架固定于料筒的顶部，绝热层装设在料筒与密封环的接触面上，加热线圈套装在料筒的外侧，变幅杆穿过固定环及密封环伸出在料筒内，且换能器固定在固定架上，换能器与变幅杆连接，且换能器通过导线与超声波发生器连接，形成超声波振动部分，散热器套在变幅杆上，密封圈套在变幅杆与密封环之间的接触面上，毛细管装设在料筒内，料筒温度传感器、熔体压力传感器、熔体温度传感器装设在料筒内，料筒温度传感器、熔体压力传感器、熔体温度传感器的信号输出端与控制装置连接。
[0008]本发明测量超声振动条件下聚合物流变特性的毛细管口模的测量方法，包括如下步骤:
1)把超声波振动流变口模通过转矩流变仪接口组装在转矩流变仪上形成立式超声波振动转矩流变仪；
2)控制装置按照物料要求设定料筒的温度，并通过加热线圈对设备预热；
3)物料达到设定温度，通过转矩流变仪的螺杆挤出装置把物料熔融，熔体通过转矩流变仪接口处的位置挤入到超声波振动流变仪口模，并通过毛细管流动出来；
4)通过控制装置设置转矩流变仪螺杆转速，也即是对物料的剪切速率，同时打开超声波发生器，设定超声波功率与频率；
5)通过控制装置监控毛细管口模，待温度、压力、剪切速率趋于稳定时，取单位时间从毛细管流出的物料，并称出其重量，即可得出单位时间的流量；
6)重复第4与第5步，采集不同的数据；
7)对数据进行分析处理，从而得出聚合物熔体的流变特性。
[0009]本发明为了解决聚合物在超声波振动作用下的流变特性的测量问题，设计出一种测量超声波振动下聚合物流变特性的毛细管口模，通过对超声波发生器及其控制装置对超声波频率和功率的调节，以及对温度、压力和流量等参数的测定，达到获得不同频率和不同功率超声振动下聚合物流变特性的目的。本发明设计巧妙，性能优良，方便实用。本发明测量超声振动条件下聚合物流变特性的方法操作简单，可测量在不同频率和不同功率的超声振动下，聚合物的表观粘度。本发明还可以通过对不同频率和不同功率的超声振动作用下挤出行为的研宄，讨论物料的经超声波振动后的弹性行为。
【附图说明】
[0010]图1为本发明的立式超声波振动流变口模的轴向剖面的结构示意图；
图2为本发明超声波发生器及控制装置的布局示意图；
图3为图1中的T-T剖面图；
图4为本发明的卧式超声波振动流变口模的轴向剖面的结构示意图；
图5为图4中的T-T剖面图。
【具体实施方式】
[0011]实施例:
本发明的结构示意图如图1所示，本发明的测量超声振动条件下聚合物流变特性的毛细管口模，包括有超声波发生器1、变幅杆2、换能器3、固定环4、支撑杆5、散热器6、密封圈7、密封环8、绝热层9、加热线圈10、料筒11、毛细管12、料筒温度传感器13、熔体压力传感器14、熔体温度传感器16、控制装置17，固定环4固定在支撑杆5的上部，密封环8固定在支撑杆5的下部形成固定架，固定架固定于料筒11的顶部，绝热层9装设在料筒11与密封环8的接触面上，加热线圈10套装在料筒11的外侧，变幅杆2穿过固定环4及密封环8伸出在料筒11内，且换能器3固定在固定架上，换能器3与变幅杆2连接，且换能器3通过导线与超声波发生器I连接，形成超声波振动部分，散热器6套在变幅杆2上，密封圈7套在变幅杆2与密封环8之间的接触面上，毛细管12装设在料筒11内，料筒温度传感器13、熔体压力传感器14、熔体温度传感器16装设在料筒11内，料筒温度传感器13、熔体压力传感器14、熔体温度传感器16的信号输出端与控制装置17连接。
[0012]上述料筒温度传感器13、熔体压力传感器14、熔体温度传感器16装设在料筒11相互垂直成90度角的螺纹孔内。上述变幅杆2与密封环8之间留有一定的间隙，避免变幅杆2与金属接触，从而保护变幅杆，并确保超声波装置正常工作。同时，有利于密封圈7对其进行密封。
[0013]上述变幅杆2、换能器3的轴线与毛细管12的轴线同轴，构成立式超声波振动流变口模，料筒11上设有转矩流变仪接口 15-1，转矩流变仪接口 15-1外接转矩流变仪或者挤出机。如图1、3所示。
[0014]此外，上述变幅杆2、换能器3的轴线还可以做出与毛细管12的轴线垂直，构成卧式超声波振动流变口模，料筒11的轴心上装设有柱塞15-2。如图4、5所示。