CN101387595B - 全自动凝胶试验机及其应用 - Google Patents

Abstract

一种全自动凝胶试验机及其应用，主要通过控制电机转动，带动与之相连的主动轴及与主动轴相连的柔性连接器、被动轴转动，一连接器一端与被动轴连接，另一端与置于热固性树脂中的黏度搅拌头连接；转动过程中该树脂的粘性力矩作用在被动轴上；使主动轴与被动轴之间产生相对转动，反映在两个霍尔位置传感器到位的时间间隔发生变化，这种黏度与到位时间间隔之间的对应关系，则为树脂的黏度值；而凝胶测试系统被置于恒温控制系统的恒温箱中，恒温箱的上方分别设有热风机、凝胶控制仪及恒温控制仪。试验人员可从传统的手动测定迈向试验室自动化的凝胶试验测定，故弥补了国内自动化凝胶试验测定的技术空缺。

Description

全自动凝胶试验机及其应用 

技术领域

本发明涉及风力发电机组在制作大型或普通叶片时，所使用的一种全自动凝胶试验机及其应用。 

背景技术

风力发电机组在制作大型或普通叶片时，一般采用热固性高分子树脂作材料，而凝胶时间是各种热固性高分子树脂的一个基本参数；它表示热固性高分子树脂在加入固化(引发)剂后，树脂的可操作时间。所以凝胶时间测定的准确与否直接决定制品的好坏，凝胶时间的不准确会导致人力、物力的巨大浪费。 

过去，凝胶时间测定有搅拌器法及手动法。 

搅拌器法：温度控制采用水浴。以烧杯为容器，当试样温度在20-80℃时，准确加入固化(引发)剂，加入最后一滴时启动秒表。并用玻璃棒将试样快速搅匀，玻璃棒装在搅拌器插在试样中央，搅拌器速度一般为60r/min，当试样沿玻璃棒开始上升(爬杆)时停止秒表，此时记录的时间即为凝胶时间。 

手动法：取样和恒温操作同搅拌器法相同，待固化(引发)剂加入后每隔30秒观察，用玻璃棒试验试样(100g)凝胶状态，出现拉丝状态时停止秒表，记下秒表时间为凝胶时间。 

上述二种方法存在的问题是： 

凝胶时间随固化(引发)剂的加入量不同及环境温度的不同而改变，为满足实际生产的需要一般凝胶时间测试需要多个子样数、多温度的进行，通常需要在最短时间内，提前测试出覆盖生产所需的所有温度(如常温下10-38℃)的固定比例(如1％)或固定时间(如3小时)的所有凝胶时间配方，配方中包括温度、高分子树脂类型、固化剂类型、固化剂比例、凝胶时间。而凝 胶时间又是指导生产的重要参数，故试验员的工作量大，甚至出现24小时不能休息的状况，极大地浪费人力资源。 

采用手动法则需要高分子专业人员操作或经过专门的培训，人工测量误差又大，凝胶时间的测试经常会出现可疑数据。 

发明内容

本发明针对上述应用所产生的工作量大、测试结果不准确、试验的环境与实际生产不符等缺点，提供一种全自动凝胶试验机及其应用。 

本发明通过以下技术方案实现的： 

一种全自动凝胶试验机，主要包括凝胶测试系统及恒温控制系统两部分，其特征是：凝胶测试系统通过控制电机转动，带动与之相连的主动轴及与主动轴相连的柔性连接器、被动轴转动，一连接器一端与该被动轴连接，另一端与置于热固性树脂中的黏度搅拌头连接；转动过程中树脂的粘性力矩作用在被动轴上；引起主动轴与被动轴之间的相对转动，反映在两个霍尔位置传感器到位的时间间隔发生变化，这种黏度与到位时间间隔之间的对应关系，则为树脂的黏度值； 

而上述凝胶测试系统被置于恒温控制系统的恒温箱中，恒温箱的上方分别设有与恒温箱相通的热风机、凝胶控制仪及恒温控制仪。其中： 

上述凝胶控制仪的前面板上至少设有四个控制键，分别为切换键、移位键、递增键、确定键；该确定键还可为停止与运行状态的切换健；并在该控制健的上方设有凝胶显示屏； 

上述恒温控制仪为XMT612温控仪或AR-505H温控仪； 

上述恒温控制仪的前面板上，设有上下两排温度显示屏，上排为当前温度显示屏，下排为设定温度显示屏，恒温控制仪面板中的四个按钮分别为控温操作的切换健、位移健、递增键、递减键； 

上述恒温控制仪的温度一般设置在10℃-80℃之间。 

上述热固性高分子树脂材料为环氧树脂或不饱和聚酯树脂或乙烯基树脂或酚醛树脂。 

一种全自动凝胶试验机的应用、主要是对热固性高分子树脂材料在满足真空导流工艺条件下的黏度测定、在不同温度下树脂体系的黏度变化、凝胶时间及放热峰值的测定、叶片在不同切面的流动速度和流动规律的研究、室温下是否继续固化，多长时间能够达到全强度，以及操作过程中应注意的事项和要求；其中： 

利用上述不同温度下树脂体系的黏度变化、凝胶时间及放热峰值的测定、叶片在不同切面的流动速度和流动规律的研究、对不同的黏度差异使主动轴、被动轴在径向上呈现出相对角度变化，并对此角度进行实时测量，将凝胶测试的数值反馈至控制仪中； 

利用恒温控制系统：采用PID调节方式进行温度控制，即根据当前温度与设置温度之间的差值，以及当前升温速率等相关信息设置恰当的参数计算出通断电的时间比例，直接反映到输出继电器上，用于接通和断开双向晶闸管，从而控制电热器件的加热时间，达到控制温度保持在设定温度附近的目的。 

上述全自动凝胶试验机的应用，其具体步骤如下： 

①将称量好的100g热固性高分子树脂放入恒温箱内10分钟后，恒温箱及热固形树脂温度达到恒定。 

②加入1％的引发剂过氧化甲乙酮，该引发剂还可用过氧化环己酮或过氧化苯甲酰或胺类或聚醚胺类。 

③打开全自动凝胶试验机电源。 

④通过恒温控制仪前面板上的递增键和递减键将恒温箱内温度调节至38℃。 

⑤将黏度搅拌头放入热固形树脂中，通过递增键进行搅拌速度选择，选定速度后，按下确定键即可运行，黏度搅拌头运行，并开始计时。 

⑥运行中，恒温箱12的温度通过恒温控制仪保持在38℃±0.5℃为最佳。 

⑦45分钟后，热固形树脂凝胶，黏度搅拌头自动停止转动，同时试验机记录出凝胶时间为45分钟。 

通过以上技术方案的实施，可实现温度调节、自动化控制、该机适用于任何种类的高分子树脂的凝胶时间测试，无需操作人员跟踪；只需用仪器、数据来替代操作者的记录和测试，故大大降低了人为误差，提高了工作效率，提高了产品的合格率。 

附图说明

图1为本发明凝胶过程中，黏度与时间的关系曲线图。 

图2为本发明应用计算机分析采集到的数据判定凝胶时间并自动停止和计时的工艺流程图。 

图3为本发明黏度测试系统的结构示意图。 

图4为本发明恒温控制系统的结构示意图。 

图5为本发明凝胶控制仪前面板的结构示意图。 

图6为本发明恒温控制仪前面板的结构示意图。 

具体实施方式

参见图1、2所示，为本发明环氧树脂体系在凝胶过程中，黏度与时间的关系曲线图，并根据凝胶过程的黏度时间曲线、软件及单片机全程记录的黏度与时间的关系变化、及应用计算机分析采集到的数据，来判定凝胶时间并自动停止和计时的工作流程图。如能自动测出图1中D点(凝胶点)黏度及其对应的时间，并自动停止及记录，并通过高灵敏度的采集头以确保采集的树脂黏度信息准确及时。 

参见图3、4，一种全自动凝胶试验机，主要包括凝胶测试系统及恒温控制系统两部分，其中凝胶测试系统通过控制电机9转动，带动与之相连的主 动轴2、及与主动轴2相连的柔性连接器3、被动轴4转动，一连接器5的一端与该被动轴4连接，另一端与置于凝胶杯6、热固性树脂8中的黏度搅拌头7相连；由于被动轴4连接着黏度搅拌头7在热固性树脂中转动，树脂的粘性力矩作用在该被动轴4上；又由于主动轴2、被动轴4之间是柔性连接的，树脂的黏度变化必然引起主动轴2、被动轴4发生相对转动，表现在霍尔位置传感器1上就是两个霍尔位置传感器1到位的时间间隔发生了变化，经过标定，建立树脂黏度与到位时间间隔之间的对应关系，就可以得到树脂的黏度值。 

而上述凝胶测试系统被置于恒温控制系统的恒温箱12中，恒温箱12的上方分别设有与恒温箱12相通的热风机13、凝胶控制仪10及恒温控制仪11，该恒温控制仪11采用市面上能够购买到的XMT612温控仪或AR-505H温控仪； 

恒温控制系统的工作原理是：采用PID调节方式进行温度控制，根据当前温度与设置温度之间的差值、以及当前升温速率等相关信息，设置恰当的参数计算出通断电的时间比例，直接反映到输出继电器上，用于接通和断开双向晶闸管，从而控制电热器件的加热时间，达到控制温度保持在设定温度附近的目的。 

参见图4，5所示，恒温箱12上有两组控制仪分别为凝胶控制仪10及恒温控制仪11；凝胶控制仪10的操作通过凝胶控制仪前面板进行，该前面板上设有四个控制键，分别为切换键15、移位键16、递增键17、确定键18。 

当接通电源后，凝胶显示屏14初始显示为转动速度，转动速度共分1、2、3挡，可通过递增键17进行选择，选定速度后，按下确定键18即可运行。运行过程中，凝胶显示屏14初始的显示为相对黏度值，按下切换键15，即可显示运行的时间；此后切换键15即可完成上述“速度挡”、“相对黏度值”及“运行时间”3个参数的交替显示。当检测到图1所示的“D”点(凝胶点)时，电机停止转动，凝胶显示屏则明确显示出对应的分钟数值tD。 

上述确定键18还起到停止与运行的状态切换作用。 

参见图6所示，恒温控制仪前面板，用于控制温度，由于该仪表的自动化程度较高，在经过简单的设置后(输出设置、升温上限、自整定等，并且由黏度仪设计人员按照实际应用情况设置好，无特殊情况不需改动)，控温操作非常的简单。本仪表共有上下两排温度显示屏，上排为当前温度显示屏19，下排为设定温度显示屏20。恒温控制仪面板中的四个操作按钮可完成恒温控制的所有的功能选择与操作，实际控温操作只需使用递增键23和递减键24，改变设置温度为任意不超过升温上限80℃及不低于室温[如10℃]的任意值。 

下面再通过一实施例进一步给予说明： 

实施例：一种全自动凝胶试验机的应用：现以测试通用不饱和聚酯树脂196在38℃环境温度中加入1％的引发剂过氧化甲乙酮的凝胶时间为例。 

①打开全自动凝胶试验机电源。 

②通过恒温控制仪前面板上的递增键23和递减键24将恒温箱12内温度调节至38℃。 

③将称量好的100g热固性树脂8放入恒温箱内十分钟后，恒温箱12及热固形树脂8的温度达到恒定。 

④加入1％过氧化甲乙酮引发剂，该引发剂还可为过氧化环乙酮、过氧化苯甲酰或胺类或聚醚胺类。 

⑤将黏度搅拌头7放入热固形树脂8中，通过递增键17进行搅拌速度选择，选定速度后，按下确定键18即可运行，黏度搅拌头7运行，并开始计时。 

⑥运行过程中，恒温箱12温度通过恒温控制仪11保持在38℃±0.5℃为佳。 

⑦45分钟后，热固形树脂8凝胶，黏度搅拌头7自动停止转动，同时试验机记录出凝胶时间为45分钟。 

综上所述，该全自动凝胶试验机具有以下优点： 

仪器体积比桌上型回转黏度计更小；凝胶时间测定操作简单；当试样凝胶时，树脂的黏度会发生突变，凝胶时间测定仪会自动停止运动，并将凝胶时间自动显示在测试仪上。如需要树脂的黏度/时间曲线等，可将测试仪与计算机相连接，并进行数据处理。 

另外，全自动凝胶试验机还可多台进行连接，方便进行多组试验，其包含温度感测器，加热元件和热循环系统等，可确保温度控制的稳定性。 

全自动凝胶试验机使试验人员从传统的手动测定凝胶时间，迈向了试验室自动化的凝胶试验测定，减少了试验室人员的工作负担和误差，弥补了国内自动化凝胶试验测定的技术空缺。 

Claims (8)

1.一种全自动凝胶试验机，其用于测试热固性树脂在热固过程中的温度、黏度与时间变化关系，其包括凝胶测试系统及恒温控制系统，其特征是：上述凝胶控制仪的前面板上至少设有四个控制键，分别为切换键、移位键、递增键、确定键；该确定键还可为停止与运行状态的切换健，并在该控制健的上方设有凝胶显示屏，凝胶测试系统通过控制电机转动，带动与电机相连的主动轴、及与主动轴相连的柔性连接器、被动轴转动，一连接器一端与该被动轴连接，另一端与置于热固性树脂中的黏度搅拌头连接；转动过程中该树脂的粘性力矩作用在被动轴上；引起主动轴与被动轴之间的相对转动，反映在两个霍尔位置传感器到位的时间间隔发生变化，这种黏度与到位时间间隔之间的对应关系，则为树脂的黏度值，当热固性树脂凝胶时，黏度搅拌头自动停止转动，同时试验机记录出凝胶时间；

而上述凝胶测试系统被置于恒温控制系统的恒温箱中，恒温箱的上方分别设有与恒温箱相通的热风机、凝胶控制仪及恒温控制仪。

2.依据权利要求1所述的全自动凝胶试验机，其特征是：上述恒温控制仪为XMT612温控仪或AR-505H温控仪。

3.依据权利要求2所述的全自动凝胶试验机，其特征是：上述恒温控制仪的前面板上，设有上下两排温度显示屏，上排为当前温度显示屏，下排为设定温度显示屏，恒温控制仪面板中的四个按钮分别为控温操作的切换健、位移健、递增键、递减键。

4.依据权利要求2所述的全自动凝胶试验机，其特征是：上述恒温控制仪的温度设置在10℃-80℃之间。

5.依据权利要求1所述的全自动凝胶试验机，其特征是：上述热固性高分子树脂材料为环氧树脂或不饱和聚酯树脂或乙烯基树脂或酚醛树脂。

6.一种如权利要求3所述的全自动凝胶试验机的使用方法，是用于对热固性高分子树脂材料的黏度与凝胶时间测定、在不同温度下树脂体系的黏度变化、凝胶时间及放热峰值的测定、叶片在不同切面的流动速度和流动规律的研究、室温下是否继续固化，多长时间能够达到全强度，以及操作过程中应注意的事项和要求；其操作步骤如下：

①将100g热固性高分子树脂放入恒温箱内10分钟后，恒温箱及热固形树脂温度达到恒定；

②加入1％-1.25％的引发剂过氧化甲乙酮，该引发剂还可用过氧化环己酮或过氧化苯甲酰或胺类或聚醚胺类；

③打开全自动凝胶试验机电源；

④通过恒温控制仪前面板上的递增键和递减键将恒温箱内温度调节至38℃：

⑤将黏度搅拌头放入热固形树脂中，通过递增键进行搅拌速度选择，选定速度后，按下确定键即可运行，黏度搅拌头运行，并开始计时；

⑥运行中，恒温箱的温度通过恒温控制仪保持在38±0.5℃；

⑦45分钟后，热固形树脂凝胶后，凝胶搅拌头自动停止转动，同时试验机记录出凝胶时间为45分钟。

7.根据权利要求6所述全自动凝胶试验机的使用方法，其特征是：利用上述不同温度下树脂体系的黏度变化、凝胶时间及放热峰值的测定、叶片在不同切面的流动速度和流动规律的研究、对不同的黏度差异使主动轴、被动轴在径向上呈现出相对角度变化，并对此角度进行实时测量，将凝胶测试的数值反馈至控制仪中。

8.根据权利要求6所述全自动凝胶试验机的使用方法，其特征是：利用恒温控制系统，采用PID调节方式进行温度控制，即根据当前温度与设置温度之间的差值，以及当前升温速率等相关信息设置恰当的参数计算出通断电的时间比例，直接反映到输出继电器上，用于接通和断开双向晶闸管，从而控制电热器件的加热时间，达到控制温度保持在设定温度附近的目的。

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