专利名称：聚合物振动诱导塑化挤出流变特性检测方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及聚合物流变性能测试方法及设备，具体是一种聚合物振动诱导塑化挤出流变检测方法及其装置。主要用于测试与表征聚合物动态流变特性与行为，也可以用于测试与表征聚合物稳态流变特性与行为。
背景技术：
传统稳态流变仪可以测试与表征聚合物熔体的稳态流变特性，能够很好地指导无振动力场引入条件下的聚合物常规成型加工，但对于引入振动力场的聚合物动态成型加工，采用传统稳态流变仪测得的流变数据就不能很好的与实际加工情况相吻合，不利于动态成型加工工艺与条件的控制。
针对引入振动力场后聚合物动态成型加工的特点，华南理工大学彭响方在常规柱塞式稳态毛细管流变仪的毛细管流道上叠加一个正弦振动场，研制成功了毛细管动态流变仪，通过非连续动态挤出方法研究振动力场作用下聚合物熔体的动态流变性能，取得了较好的理论和实际效果。国外的动态流变仪设备(典型的代表有DYNALYSER动态剪切流变仪等)，一般是在传统平板或锥板式旋转流变仪的基础上，通过引入振动实现动态剪切，该类动态流变仪主要是通过测量聚合物的复数粘度来表征聚合物粘性和弹性性质。上述方法获得的动态流变性能数据，仍然无法完全适用于引入振动力场后的聚合物连续动态成型加工。这就对新型动态流变仪的出现提出了客观要求，使用连续挤出动态流变仪测试与表征聚合物的动态流变特性及行为对聚合物的动态成型加工更具有重要的理论和实际价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚合物振动诱导塑化挤出流变特性检测方法，在单螺杆塑化挤出机的基础上，使螺杆旋转的同时作周期性的轴向振动诱导聚合物塑化挤出，使用毛细管挤出口模，测试过程模拟聚合物动态成型加工过程，从而得到聚合物动态流变特性和行为参数。
本发明的聚合物振动诱导塑化挤出流变特性检测方法，包括螺杆旋转的同时作周期性轴向振动诱导聚合物塑化挤出时，测量熔体通过毛细管挤出模头的压力降和流率q、挤出胀大D/d、熔体温度及螺杆的转矩N，用以测量与表征螺杆轴向振动诱导塑化挤出过程中聚合物的动态流变特性及行为。
测量与表征在一定熔体温度时螺杆不同的轴向振动振幅A或频率f对流经毛细管的熔体剪切应力τ、表观粘度η及第一法向应力差τ1-τ2与剪切速率 的影响。
测量与表征在一定熔体温度时，熔体流经毛细管的表观粘度η、挤出胀大D/d及第一法向应力差τ1-τ2与螺杆轴向振动的频率f或振幅A的关系，频率f变化，则振幅A固定，反之亦然。
测量与表征在一定的物料塑化挤出温度时，不同的螺杆轴向振动频率f或振幅A对螺杆转矩N和螺杆转速n之间的关系的影响。
测量与表征在一定的物料塑化挤出温度和螺杆转速时，螺杆转矩N与螺杆的振动频率f或振幅A的关系，频率f变化，则振幅A不变，反之亦然。
螺杆的轴向振动振幅A可以为零，即螺杆不作轴向振动，此时测量与表征聚合物常规的塑化挤出流变特性。
所述方法使用的装置主要由单螺杆塑化挤出机、毛细管挤出模头、挤出胀大测量装置、电子天平、微机控制系统构成，毛细管挤出模头安装在单螺杆塑化挤出机末端，挤出胀大测量装置和电子天平安装在毛细管挤出模头下方并与微机控制系统信号连接。
本发明与现有技术相比，其重要特征在于其螺杆旋转的同时作周期性轴向振动诱导聚合物塑化挤出，通过测量熔体通过毛细管挤出模头的压力降和流率q、挤出胀大D/d、熔体温度及螺杆的转矩N，用以测量与表征螺杆轴向振动诱导塑化挤出过程中聚合物的动态流变特性及行为。其重要功能有可测量与表征在一定熔体温度时螺杆不同的轴向振动振幅A或频率f对流经毛细管的熔体剪切应力τ、表观粘度η及第一法向应力差τ1-τ2与剪切速率 的影响。
可测量与表征在一定熔体温度时，熔体流经毛细管的表观粘度η、挤出胀大D/d及第一法向应力差τ1-τ2与螺杆轴向振动的频率f或振幅A的关系，频率f变化，则振幅A固定，反之亦然。
可测量与表征在一定的物料塑化挤出温度时，不同的螺杆轴向振动频率f或振幅A对螺杆转矩N和螺杆转速n之间的关系的影响。
可测量与表征在一定的物料塑化挤出温度和螺杆转速时，螺杆转矩N与螺杆的振动频率f或振幅A的关系，频率f变化，则振幅A不变，反之亦然。
螺杆的轴向振动振幅A可以为零，即螺杆不作轴向振动，此时可测量与表征聚合物常规的塑化挤出流变特性。
相对于已有的动态流变仪，本发明的装置的测量的结果更接近实际的聚合物连续动态挤出成型加工情况，能够更好的模拟聚合物动态挤出成型加工过程，因此，对聚合物动态成型的流变特性与行为的测试表征结果能够更好地指导聚合物实际的动态成型加工。本发明的流变特性检测方法同样可用于测量与表征聚合物熔体稳态流变性能。
图1为本发明装置的结构示意图。
具体实施例方式
如图1所示，该单螺杆塑化挤出流变装置主要由单螺杆塑化挤出机1、毛细管挤出模头2、挤出胀大测量装置3、电子天平4、微机控制系统5构成。毛细管挤出模头2安装在单螺杆塑化挤出机1末端，挤出胀大测量装置3和电子天平4安装在毛细管挤出模头下方并与微机控制系统5信号连接。
单螺杆挤出机螺杆在旋转的同时，通过单螺杆挤出机上的附加的激振器系统，在螺杆轴向引入正弦轴向振动，其振动的振幅A和频率f可通过微机控制系统5参数设定系统进行方便设定(当设定振幅为零时，可用于测量与表征聚合物熔体稳态时流变特性)。通过微机控制系统5的参数设定系统还可以设定螺杆转速n，聚合物熔体加料段温度T1和压力P1，压缩段温度T2和压力P2，计量段的温度T3和压力P3，挤出温度Tm和压力Pm等聚合物振动诱导挤出加工参数。
通过微机控制系统5的数据采集系统能够得到实时的加工工艺参数，这些参数包括螺杆三段中聚合物熔体的温度T1′、T2′、T3′和压力P1′、P2′、P3′，螺杆的实际转速n′和转矩N，以及挤出温度Tm′和压力Pm′，毛细管挤出模头2温度Td。微机控制系统5根据设定参数与微机控制系统的数据采集系统实时反馈的数据进行实时控制，保证流变实验能够在设定的加工工艺参数下进行，和设定实验工艺参数相比，温度误差控制在±1℃，压力误差控制在±0.1MPa。
另外，通过电子天平4可以测量熔体通过毛细管的流率q，也可以在毛细管管口，通过挤出胀大测量装置3可测试熔体挤出胀大D/d。毛细管流率q和挤出胀大D/d可通过微机控制系统5的数据接口反馈到微机控制系统，用于实时流变特性分析。如附图1所示，通过本发明的装置，在一定的实验条件下我们能够实时的得到①剪切应力τ与剪切速率 关系。
②表观粘度η及第一法向应力差τ1-τ2与剪切速率 关系。
③表观粘度η、挤出胀大D/d及第一法向应力差τ1-τ2与螺杆轴向振动的频率f或振幅A的关系。
④螺杆转矩N和螺杆转速n之间的关系。
⑤螺杆转矩N与螺杆的振动频率f或振幅A的关系。
权利要求
1.一种聚合物振动诱导塑化挤出流变特性检测方法，其特征在于螺杆旋转的同时可作周期性轴向振动诱导聚合物塑化挤出，通过测量熔体通经毛细管挤出模头的压力降和流率q、挤出胀大D/d、熔体温度及螺杆的转矩N，用以测量与表征螺杆轴向振动诱导塑化挤出过程中聚合物的动态流变特性及行为。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于测量与表征在一定熔体温度时螺杆不同的轴向振动振幅A或频率f对流经毛细管的熔体剪切应力τ、表观粘度η及第一法向应力差τ1-τ2与剪切速率 的影响。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于测量与表征在一定熔体温度时，熔体流经毛细管的表观粘度η、挤出胀大D/d及第一法向应力差τ1-τ2与螺杆轴向振动的频率f或振幅A的关系，频率f变化，则振幅A固定，反之亦然。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于测量与表征在一定的物料塑化挤出温度时，不同的螺杆轴向振动频率f或振幅A对螺杆转矩N和螺杆转速n之间的关系的影响。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于测量与表征在一定的物料塑化挤出温度和螺杆转速时，螺杆转矩N与螺杆的振动频率f或振幅A的关系，频率f变化，则振幅A不变，反之亦然。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于螺杆的轴向振动振幅A可以为零，即螺杆不作轴向振动，此时测量与表征聚合物常规的塑化挤出流变特性。
7.权利要求1所述方法使用的装置，其特征在于主要由单螺杆塑化挤出机、毛细管挤出模头、挤出胀大测量装置、电子天平、微机控制系统构成，毛细管挤出模头安装在单螺杆塑化挤出机末端，挤出胀大测量装置和电子天平安装在毛细管挤出模头下方并与微机控制系统信号连接。
全文摘要
本发明涉及一种聚合物单螺杆塑化挤出的流变特性检测方法。该流变特性检测方法的螺杆在旋转的同时可作周期性的轴向振动，并可方便调节其振动的频率和振幅，通过测量聚合物流经毛细管挤出模头的压力降和流率、挤出胀大、熔体温度及螺杆的转矩，可用于测量与表征螺杆轴向振动诱导塑化挤出过程中聚合物的动态流变特性及行为；同时该流变特性检测方法也可以用于测量与表征聚合物常规的塑化挤出流变性能。所述方法使用的装置主要由单螺杆塑化挤出机、毛细管挤出模头、挤出胀大测量装置、电子天平、微机控制系统构成，毛细管挤出模头安装在单螺杆塑化挤出机末端，挤出胀大测量装置和电子天平安装在毛细管挤出模头下方并与微机控制系统信号连接。
文档编号G01N11/00GK1664557SQ20051003336
公开日2005年9月7日 申请日期2005年3月4日 优先权日2005年3月4日
发明者瞿金平, 彭响方 申请人:华南理工大学