CN107076655B - 具有分离式十字头的流变仪系统 - Google Patents

Abstract

本申请总体上涉及流变仪。一方面，使用空气缸与十字头之间的挠性联接来适应空气缸相对于十字头的未对准，以防止由于未对准而导致的机器的连结和卡滞。

Description

具有分离式十字头的流变仪系统

技术领域

本文中的各方面总体上涉及用于测试聚合物的流变仪系统，更特别地涉及结合到流变仪系统中的分离式十字头。

背景技术

聚合物通常根据几种ASTM方法中的一种方法、即ASTM D1646、D2084、D5289和D6204中的一种进行测试。按照ASTM D2084和D5289操作的仪器是已知的。例如，美国专利No.3,681,980示出了应用固定偏心凸轮来促进转子的摆动。这种摆动幅度是由在偏心件上的销的位置决定的。美国专利No.4,794,788还示出了使用偏心件来促进摆动运动。可以通过改变偏心件上的销的位置或者通过将偏心件改变为具有不同偏移量的偏心件而在测试之间改变摆动的幅度。

ASTM D6204描述了可变频率测试的使用，并且还公开了执行可变温度测试的能力。ASTM D6601描述了用于在单次测试期间在多于一个应变幅度下评估样品的条件。该测试可以与美国专利No.4,794,788、美国专利No 5,079,956或美国专利No 6,681,617中描述的装置一起使用。

在这些专利中描述的和在上述ASTM测试方法中使用的装置中的许多装置被称为动模流变仪(moving die rheometer)。在典型的动模流变仪中，两个对置的同轴模具在它们之间压缩测试样本。一个模具以摆动的方式被驱动，而相对的模具独立于第一模具而自由旋转。所述一个模具连接有弯曲臂，并且该弯曲臂被来回驱动以使所述一个模具进行摆动运动。在这些现有的系统中，驱动系统可以包括附接至马达的输出的偏心件。偏心件连接到连杆臂，该连杆臂进一步连接到弯曲臂。所述一个模具的运动幅度由偏心件的旋转轴线与偏心件的柱之间的距离决定。

在其他流变仪系统中，马达的驱动轴可以在不使用任何连接臂的情况下直接联接至所述一个模具。所需的摆动运动由马达产生。

两种类型的流变仪均可以采用移动式十字头，移动式十字头由空气缸驱动以将所述相对的模具推向所述一个模具从而压缩两个模具之间的测试样本。在现有系统中，缸轴刚性地联接至十字头。在这种系统中，系统经常卡滞或连结，从而引起问题。此外，两个对置的同轴模具的对准有时难以保持。

发明内容

本发明的一方面涉及一种流变仪系统，该流变仪系统包括：一个或更多个柱，所述一个或更多个柱在两个板之间延伸；安装在柱上的十字头；驱动装置，该驱动装置使十字头沿柱向上及向下移动；上模具，该上模具布置在十字头上；下模具，该下模具相对于上模具间隔开布置，上模具和下模具构造成将测试样本保持在上模具与下模具之间；以及用于将驱动装置联接至十字头的装置，用以适应驱动装置与十字头在其上进行移动的柱之间的未对准并且允许上模具与下模具的对准。联接装置包括连接件，连接件具有联接至驱动装置的轴以及相对于轴扩大的头部，头部具有弯曲表面。联接装置还包括凸缘和保持器，凸缘设置在十字头上，其中，头部的弯曲表面压靠凸缘上的表面，保持器具有唇缘部，该唇缘部覆盖连接件的头部，以限制头部相对于凸缘的表面的向上运动，保持器的唇缘部与连接件充分间隔开，以在十字头向上及向下移动时允许连接件相对于十字头进行倾斜运动，同时仍将该连接件保持在保持器内。在此方面的另一实施方式中，连接件的头部位于凸缘上的凹部中。在此方面的另一实施方式中，连接件的头部与凸缘上的凹部的内表面间隔开。在此方面的又一实施方式中，驱动装置是空气缸。在此方面的另一实施方式中，连接件是螺栓。

本发明的另一方面涉及在流变仪系统中适应未对准的方法，所述流变仪系统具有十字头、驱动装置以及轴，该十字头安装在柱上并且在柱的伸长方向上沿柱行进，驱动装置用于使十字头移动，该轴将驱动装置连接至十字头。该方法用于适应驱动装置相对于柱的未对准，并且该方法包括允许将十字头与驱动装置连接的轴在轴的与十字头联接的端部处相对于十字头浮动。

附图说明

附图并不意在按比例绘制。在附图中，各个图中所图示的每个相同或几乎相同的部件由相同的附图标记表示。为了清楚起见，并非每个部件都在每个附图中进行标记。现在将参照附图以示例的方式对本发明的各种实施方式进行描述，在附图中：

图1是根据本发明的一方面的一个流变仪的示意性正视图；

图2是根据本发明的另一方面的另一流变仪的示意性正视图；以及

图3是沿图2的线3-3截取的分离式十字头的局部截面图。

具体实施方式

本发明涉及用于测试聚合物的经改进的流变仪系统。一方面，空气缸与十字头分离，使得缸能够相对于十字头浮动。

现在参照附图，更特别地参照附图中的图1。现在将对动模流变仪(MDR)的实施方式进行描述。MDR 100通常包括主板102和安装到主板102并且从主板102向上延伸的柱104和106。十字头108在支承件110上沿一个或更多个柱104和106向上和向下行进。缸安装板112位于柱104和106的顶部上。在缸安装板112的顶部上安装有空气缸或气体缸114。代替空气缸，可以使用任何其他已知的驱动装置，比如电动马达或汽油发动机，或者能够使十字头108沿柱104和106移动的液压系统。轴116从空气缸114向下延伸穿过缸安装板112。轴116通过联接系统150安装到十字头108，以允许空气缸114沿柱104和106向上和向下驱动十字头108，该联接系统150将在下文进行全面描述。上壳体118从十字头108悬下，上壳体118包括转矩传感器120。在上壳体118的下端部上布置有上模具74。

主板102上安装有下壳体122，并且中央堆叠壳体70布置在下壳体122下方并且安装至主板102。下壳体122的上端部上布置有下样本模具72。驱动马达12安装在主板102上并且邻近中央堆叠壳体70布置，驱动马达12联接到偏心凸轮20。通常，偏心凸轮20是固定的偏心凸轮，但凸轮20也可以是可变的偏心凸轮。驱动马达12使驱动轴14旋转。马达12附接至马达座13。驱动轴14刚性地附连于偏心凸轮20，使得驱动轴14的旋转直接传递至偏心凸轮20。偏心凸轮20具有穿过该偏心凸轮20的中心并且穿过驱动轴14的中心的旋转中心轴线17。模具轴76穿过中央堆叠壳体70的中心并且刚性地附连于样本模具72。模具轴76通过连杆组件80又联接至偏心凸轮20。连杆组件80以与轴线17间隔开距离X的方式联接至凸轮20上的柱40。连杆组件80连接到柱40使得连杆组件80围绕轴线19旋转以产生所需的偏心运动。由马达12引起的驱动轴14的旋转引起偏心凸轮20的旋转，这致使连杆组件80以摆动运动进行运动，该摆动运动然后由连杆组件80经由模具轴76传递至下样本模具72。摆动运动的量被称为应变角并且是距离X的函数。

在对聚合物样品90的测试期间，样品90定位在下样本模具上。当空气缸114被致动时，缸轴116向下驱动十字头108，以迫压上模具74抵靠在聚合物样品90上，并在下模具72与上模具74之间保持并压缩样品90。然后在下模具72上产生摆动运动。在测试期间，可以以常规方式对样品90施加热。转矩传感器120测量作为聚合物样品90对摆动运动的抵抗的结果的反作用转矩。由ASTM D5289描述了可以与MDR 100一起使用的测试方法。当采用MDR100时，首先将对一个摆动幅度进行测量，并且在摆动幅度变化之后，进行另一次测量，等等。

现在将特别参照图2来描述可以与本发明的分离式十字头一起使用的流变仪的另一实施方式。流变仪200通常被称为动态机械流变学测试仪或DMRT，这种流变仪被设计用于测试原始弹性体或混合橡胶。流变仪200在许多方面与MDR 100类似，并且在可能的情况下，为了简单和易于理解，相同的附图标记将被用于相同的部件。如同MDR 100一样，流变仪200通常包括主板102以及安装至主板102并从主板102向上延伸的柱104和106。十字头108在支承件110上沿柱104和106向上和向下行进。缸安装板112可以位于柱104和106的顶部上。在缸安装板的顶部上安装有空气缸114。缸轴116从空气缸114穿过缸安装板112向下延伸。缸轴116通过联接系统150安装至十字头108，下面将参照图3更全面地描述联接系统150。缸轴116允许空气缸114沿柱104和106向上和向下驱动十字头108。上壳体118从十字头108悬下，上壳体118包括转矩传感器120。在上壳体118的下端部上布置有上模具74。在主板102上安装有下壳体122，并且在下壳体122的上部中布置有面向上模具74的下样本模具72。

在主板102下方布置有直接驱动步进马达212，驱动轴214从该直接驱动步进马达212延伸。轴214通过联接件215联接至下模具轴276。模具轴276穿过主板102并且刚性地附连于下样本模具72。模具轴276由步进马达212旋转。编码器226和编码器盘227确定了模具轴276的旋转速度以及模具轴276的位置。编码器226和编码器盘227可以是任何已知的编码器。模具轴276又引起下样本模具72的运动或摆动。

样品90的测试类似于关于图1描述的聚合物样品90的测试。样品90被定位在下样本模具72上。然后致动空气缸114以使缸轴116向下驱动十字头108和上壳体118，以迫压上模具74抵靠在样品90上，在下样本模具72与上模具74之间保持并压缩样品90。然后由步进马达212在下模具72上产生期望的摆动运动。在测试期间，可以以常规方式对样品90施加热。转矩传感器120测量作为样品90对摆动运动的抵抗的结果的反作用转矩。可以与流变仪200结合使用的测试方法包括ASTM D5289、ASTM D6204和ASTM D7605。

MDR 100和流变仪200二者均可以包括相同的联接系统150，现在将在本发明的另一方面特别参照图3对联接系统150进行描述。对图3中的联接系统150的描述适用于MDR100和流变仪200两者。这种相同的联接系统150也可以与本文未描述的其他流变仪系统一起使用。

在现有的流变仪系统中，缸轴116通常刚性地联接至十字头108。有效地，缸轴116是十字头108的一部分。因此，这种现有流变仪系统的组装者和使用者必须确保空气缸114与柱104和106被适当地对准。如果空气缸114没有相对于缸安装板112和/或柱104和106适当地对准，则当十字头108在柱104和106上向上和向下移动时，该系统将会卡滞或者甚至连结。另外，即使缸114和柱104和106被适当地对准，上模具74可以相对于下样本模具72而随机地定位。这种结果使得几乎不可能将下样品模具72与上模具74对准，并且也不可能防止系统卡滞和/或连结。

通过使用联接系统150克服了这些问题。联接系统150可以包括连接件，比如连接件152、防松螺母154、保持器156、凸缘158以及螺栓160。连接件152可以是螺栓并且包括轴151和扩大头部155，扩大头部155的外部尺寸或直径大于轴151的直径。轴151比如通过焊接、螺纹连接等联接至缸轴116。在一个实施方式中，轴151被螺纹连接在缸轴116的底部中的开口117中。当安装时，防松螺母154可以向上紧紧地拧紧成抵靠缸轴116的底部边缘，以防止由于振动等而导致连接件152的轴151在开口117内的任何松动。连接件152的头部155具有可以呈半球形形状的下弯曲表面153。凸缘158例如通过螺栓160安装在十字头108上。替代性地，凸缘158可以形成为十字头108的整体部分。上壳体118安装在十字头108中。凸缘158包括联接转矩传感器120和上模具74的中央部分162。头部155可以位于部分162的上表面中的凹部161中。凹部161围绕头部155的整个圆周延伸，并且可以呈圆形形状。当十字头108被缸轴116向下压时，头部155的下弯曲表面153支承在部分162中的凹部161的表面上。在其他实施方式中，头部155可以搁置在部分162的上表面上。保持器156围绕头部155，保持器156包括唇缘部171，唇缘部171覆盖头部155并且限制头部155的向上竖向运动。当十字头108被缸轴116向上提起时，唇缘部171防止头部155被提出凹部161。保持器156可以被附连于凸缘158并且包括容纳连接件152的中央开口。尽管保持器156的唇缘部171覆盖头部155的部分，但在头部155与保持器156的唇缘部171之间存在间隙170，并且在头部155与凸缘158的凹部161的内表面之间存在另一间隙172。间隙170和172围绕头部155的整个圆周延伸。这些间隙170和172允许连接件152相对于保持器156和凸缘158的倾斜或枢转运动。因而，该运动允许缸轴116并且因此缸114相对于十字头108浮动，使得可以适应缸轴116与十字头108之间的任何未对准而不会使机器连结和/或卡滞。因此，可以在不需要使空气缸14相对于十字头108以及柱104和106完全对准的情况下使上模具74与下样本模具72适当地对准。如果空气缸114与十字头108之间存在任何未对准，则该未对准可以通过凸缘158和保持器156相对于连接件152之间的允许连接件152相对于十字头108倾斜或移动的间隙170和172得以适应。

尽管连接件152被描述为具有半球形表面153，但是表面153可以不一定是精确半球形的。表面153可以呈其他弯曲形状。表面153可以是半椭圆形或任何其他合适的弯曲形状，只要允许连接件152相对于十字头108的倾斜运动同时保持连接件152与凸缘158和保持器156之间的紧密连接即可。间隙170和172可以具有允许适应缸轴116与十字头108的未对准并且考虑了表面153上的曲率的特性的任何合适的尺寸。典型的间隙170和172为大约1毫米或0.040英寸。然而，可以设置其他更小或更大的间隙170和172，只要它们允许流变仪起作用而不发生卡滞或连结，并且它们允许上模具74与下样本模具72对准。

至此已经描述了本发明的至少一个实施方式的几个方面，应当理解的是，对于本领域技术人员而言，各种改变、修改和改进将很容易发生。这些改变、修改和改进旨在作为本公开的一部分，并且旨在在本发明的精神和范围内。因此，上述说明书和附图仅作为示例。

Claims (6)

1.一种流变仪系统，包括：

一个或更多个柱，所述一个或更多个柱在两个板之间延伸；

安装在所述柱上的十字头，所述十字头能够沿所述柱移动；

驱动装置，所述驱动装置使所述十字头沿所述柱向上及向下移动；

上模具，所述上模具布置在所述十字头上；

下模具，所述下模具相对于所述上模具间隔开布置，所述上模具和所述下模具构造成将测试样本保持在所述上模具与所述下模具之间；以及

用于将所述驱动装置联接至所述十字头的联接装置，用以适应所述驱动装置与所述十字头在其上进行移动的所述柱之间的未对准并且允许所述上模具与所述下模具的对准，所述联接装置包括：

连接件，所述连接件具有联接至所述驱动装置的轴以及相对于所述轴扩大的头部，所述头部具有弯曲表面；

凸缘，所述凸缘设置在所述十字头上，所述头部的所述弯曲表面压靠所述凸缘上的表面；以及

保持器，所述保持器具有唇缘部，所述唇缘部覆盖所述连接件的所述头部，以限制所述头部相对于所述凸缘的所述表面的向上运动，所述保持器的所述唇缘部与所述连接件充分间隔开，以在所述十字头向上及向下移动时允许所述连接件相对于所述十字头进行倾斜运动，同时仍将所述连接件保持在所述保持器内。

2.根据权利要求1所述的流变仪系统，其中，所述连接件的所述头部位于所述凸缘上的凹部中。

3.根据权利要求2所述的流变仪系统，其中，所述连接件的所述头部与所述凸缘上的所述凹部的内表面间隔开。

4.根据权利要求1所述的流变仪系统，其中，所述驱动装置是空气缸。

5.根据权利要求1所述的流变仪系统，其中，所述连接件是螺栓。

6.一种在流变仪系统中适应未对准的方法，所述流变仪系统为根据权利要求1至5中的任一项所述的流变仪系统，所述方法用于适应所述驱动装置相对于所述柱的未对准，所述方法包括允许将所述十字头与所述驱动装置连接的所述轴在所述轴的与所述十字头联接的端部处相对于所述十字头浮动。