CN101532939A - 一种微尺度聚合物熔体稳态挤出粘性耗散测量装置和方法 - Google Patents

一种微尺度聚合物熔体稳态挤出粘性耗散测量装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种微尺度聚合物熔体稳态挤出粘性耗散测量装置和方法。其特征是在双料筒毛细管流变仪的基础上，通过固定装置将一个温度传感器安装在料筒中毛细管口模出口处，毛细管口模出口对中温度传感器测量部位，通过加装垫片调整毛细管口模与传感器之间的距离；另一温度传感器通过固定装置安装在另一料筒出口处，以便两个传感器同时测量熔体温度。在流变仪上设定的熔体的流动参数，通过柱塞的挤出作用，熔体以一定剪切速率流出口模，传感器直接测量挤出熔体温度。计算两个传感器温度差，即可测得熔体由粘性耗散引起的温升。本发明的效果和益处是：熔体控温恒定，测量温度准确快速；固定装置易装卸，更换口模方便；测量剪切速率范围较高。

Description

一种微尺度聚合物熔体稳态挤出粘性耗散测量装置和方法
技术领域
本发明属于聚合物流变学测试技术领域，特别是涉及微尺度聚合物熔体稳态挤出流动粘性耗散测量装置和方法。
背景技术
粘性耗散是聚合物熔体挤出流动过程中固有的物理现象。流体在流动过程中由粘性摩擦力所引起的机械能转换成热能，它将直接影响流体流动过程中的温度变化。传统挤出过程中粘性耗散被忽略。在微尺度范围内，粘性耗散很明显，进而影响熔体的流变特性，需对粘性耗散进行测量。一方面由于尺度微小，在毛细管中很难安装温度传感器直接测量熔体温度；另一方面，试验前熔体需保持恒温；再者，由于毛细管的长度和口径不同，需要测量不同毛细管中的粘性耗散。目前，没有专用的微尺度聚合物熔体粘性耗散测量装置。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种可更换不同微尺度口模，采用接触式温度测量，进行微尺度聚合物熔体粘性耗散测量的装置和方法。
本发明的技术方案是在恒速双料筒毛细管流变仪基础上开发一种微尺度聚合物粘性耗散测量装置和方法，主要零部件包括微型温度传感器、毛细管口模、外六方口模托(a)、外六方口模托(b)、传感器固定装置、数据采集系统组成，如图1所示。传感器固定装置包括底座(c)、底座(d)、开口顶套、固定套。在流变仪左右侧两个料筒出口处通过螺纹联接分别安装外六方口模托(a)和外六方口模托(b)。在左侧的料筒中，将毛细管口模从料筒入口处装入并压在外六方口模托(a)。传感器从底座中心孔穿过，传感器的连接线进入到开口顶套中，开口顶套一端顶住传感器，一端座在底座上；在固定套一端开设圆孔，另一端加工内螺纹，将传感器测量部位从固定套圆孔穿过，用固定套压住传感器，通过螺纹连接将传感器固定在底座上。由于外六方口模托(a)与料筒的圆心重合，这样保证装在口模托上的传感器测量部位与毛细管口模中心对中。在底座(c)与外六方口模托(a)的底面之间安装调整垫片，便可调整传感器测量部位与口模出口处之间的距离以便测量不同尺度的口模粘性耗散。底座(c)上开设通道，保证熔体顺利的被挤出。右侧料筒中传感器固定不单独采用压套，而是直接穿过口模托通过顶套压在外六方口模托(b)的台阶孔上。安装在左侧料筒出口处的毛细管口模可以根据测量需要更换。温度传感器具有计算机通讯接口，通过数据采集系统可即时监测到熔体温度并记录数据。实验时，在两个料筒中装入聚合物颗粒，采用流变仪的温控系统塑化并保持聚合物熔体温度恒定，在流变仪上设定剪切速率。左侧料筒中的熔体由活塞杆挤压而从毛细管口模流出，直接接触传感器测量部位；右侧料筒中熔体保持静止状态。两个温度传感器之间测量的温度差既是由粘性耗散引起的温升。
由于传感器测量部位为圆平面，因此测量的温度为口模出口处熔体的平均温度。
本发明的效果和益处是：熔体控温准确，采用接触测量温度的方式，测量温度准确快速；固定装置易装卸，更换口模方便；测量剪切速率范围较高。由于挤出过程中，毛细管壁处的剪切速率较高，壁面处的温度较高，中心处熔体温度较低，整个截面温度分布不均匀，因而不能测出具体的温度场分布。
通过使用本发明，能够测量不同尺度不同材料粘性耗散与剪切速率的关系，对研究微尺度聚合物熔体流动特性提供了有效数据。
附图说明
附图是微尺度聚合物稳态挤出粘性耗散测量装置结构示意图。
图中：1流变仪料筒；2毛细管口模；3外六方口模托(a)；4垫片；5底座(c)；6固定套；7开口顶套；8微型温度传感器；9外六方口模托(b)；10底座(d)；11数据采集系统。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的最佳实施例。
测量聚合物材料高密度聚乙烯(HDPE)在温度为200℃，表观剪切速率为10000s-1时，稳态挤出流过直径为500μm长径比为16毛细管口模的粘性耗散。
实施例步骤如下：
步骤1.先将毛细管流变仪升温，当达到设定的温度200℃时，用扳手将外六方口模托(a)装到流变仪左侧，从料筒的入口处装上毛细管口模，向料筒里加料，安装柱塞杆加压并塑化；
步骤2.用底座(d)，开口顶套将温度传感器装入外六方口模托(b)并压紧，用扳手将外六方口模托(b)装到流变仪右侧，向料筒里加料，用料锤压实并塑化；
步骤3.用底座(c)，开口顶套，垫片将温度传感器装入外六方口模托(a)并压紧。在流变仪上设定表观剪切速率为10000s-1，十分钟后进行测量实验；
步骤4.启动流变仪，活塞杆下移，测量并记录两个温度传感器的曲线，计算温度差。

Claims (2)

1.一种微尺度聚合物熔体稳态挤出粘性耗散测量装置，零部件包括流变仪料筒(1)、毛细管口模(2)、外六方口模托(a)(3)、垫片(4)、底座(c)(5)、固定套(6)、开口顶套(7)、微型温度传感器(8)、外六方口模托(b)(9)、底座(d)(10)、数据采集系统(11)组成，其特征在于：在流变仪左右侧两个料筒出口处通过螺纹联接分别安装外六方口模托(a)和外六方口模托(b)；左侧的料筒中，从料筒入口处装入毛细管口模并压在外六方口模托(a)，料筒中毛细管口模根据测量需要，进行更换；传感器从底座中心孔穿过，传感器的连接线进入到开口顶套中，开口顶套一端顶住传感器，一端座在底座上；在固定套一端开设圆孔，另一端加工内螺纹，将传感器测量部位从固定套圆孔穿过，用固定套压住传感器，通过螺纹连接将传感器固定在底座上；在底座(c)与外六方口模托(a)的底面之间加装垫片调整口模出口与传感器测头间的距离；底座(c)上开设通道，熔体被挤出；右侧传感器固定不单独采用压套，而是直接穿过口模托通过顶套压在外六方口模托(b)的台阶孔上。
2.一种微尺度聚合物熔体稳态挤出粘性耗散测量方法，其特征在于：通过固定装置将一个温度传感器安装在左侧料筒中毛细管口模出口处，另一传感器安装在右侧料筒出口处，同时测量熔体的温度，两个温度传感器之间测量的温度差既是由粘性耗散引起的温升。
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