CN108152457A - 一种高分子材料物理性质测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高分子材料物理性质测试装置及方法，设置于平台上的容器，容器外表面设有加热装置；与容器内壁相适配的活塞，活塞被设置为密封所述容器，活塞上部设有连接杆，连接杆一端与活塞固定连接；驱动装置设置于连接杆另一端，驱动装置驱动连接杆实现活塞在容器内的上下运动；测距装置为激光测距仪，激光测距仪与控制杆一端对应，可实时测量和采集两者之间的距离；设置在活塞上或者容器上的传感器，其被设置为实时采集和监控被测物料的压力和温度；活塞能够在圆筒容器内部上下移动，这样既可以保证密封，同时也能够减少位移误差，保证压力稳定和体积稳定，同时本发明利用测距装置实时检测活塞的位置，可保证体积精度。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料检测领域，具体涉及一种高分子材料物理性质测试装置及方法。
背景技术
高分子材料是标准的粘弹性材料，其压力P、温度T、体积V之间的关系与小分子完全不一样，呈具时间依赖性的非线性关系，目前，关于气体的PVT状态方程研究和测试比较多，但对于高分子材料的PVT测试方法和装备还未有公开报导。
高分子材料及其溶液的松弛时间是影响其性能的关键因素，松弛时间除由材料本身的性能决定外，还跟外界温度、湿度、作用速度、外加物理场强度以及种类等密切相关。
高分子材料与小分子材料相比，具有熔融温度高（一般都高于100℃），兼具粘性和弹性，表观粘度大，松弛时间长，变形（体积）与应力（压力）呈滞后的非线性关系，即存在相位差，因此，要在高温、高压下测试高分子材料的体积、温度、压力关系曲线比较困难，特别是外加超声波等物理场情况下，高分子材料的体积变化更加复杂，而材料的体积是由大量分子链占据一定的空间位置、达到平衡运动来实现的，因此，研究体积变化，也能够揭示其分子运动机理和材料的物理特性。由于高分子材料的特殊性，目前市面上现有物理性质测试装置大多不适合用来对高分子材料进行检测，所得结果也存在误差，导致其测试精度不高。
发明内容
为了克服现有技术问题，本发明提供了一种高分子材料物理性质测试装置。
本发明另一目的在于提供一种高分子材料物理性质测试方法。
本发明的发明目的是通过以下技术方案实现：
一种高分子材料物理性质测试装置，包括：
设置于平台上的容器，所述容器外表面设有加热装置；
与容器内壁相适配的活塞，所述活塞被设置为密封所述容器，所述活塞上设有排气系统，所述活塞上部设有连接杆，所述连接杆一端与活塞固定连接；
驱动装置，所述驱动装置设置于连接杆另一端，所述驱动装置驱动连接杆实现活塞在容器内的上下运动；
测距装置，其被设置为测量和采集活塞的位移；所述测距装置为激光测距仪，所述激光测距仪与控制杆一端对应，可实时测量和采集两者之间的距离。
设置在活塞上或者容器上的传感器，其被设置为实时采集和监控被测物料的压力和温度。
进一步地，本发明在一密闭容器内，装满高分子材料，加热使材料熔融，然后排出多余的气体，通过柱塞挤压，给材料缓慢施加一定的压力，然后测量该状态下材料的压力P、温度T、和体积V，改变温度或压力，记录不同温度、不同压力下的物料的体积变化值，作出PVT曲线图，可用于研究高分子材料在不同温度和压力下的体积变化，定性分析该状态下的分子链运动状态。
在一定温度下，给材料以一定的速度施加一个压力，物料压力由零增加到设定值，记录物料压力、体积变化与时间的关系曲线，改变压力变化速度，记录不同压力速度下的体积变化，从而可以得到不同速度下，物料体积随压力的变化曲线，通过对比体积变化与应力变化的滞后时间，得到物料对应力反应时间，可间接计算出材料的耗散角和松弛时间。
在一定温度、一定压力下，对物料施加一定强度的外加物理场，如超声波、电磁波、射线等，变化物理场强度，记录体积变化，则可以得到不同物理场强度下，高分子材料体积变化曲线。
进一步地，所述加热装置的加热方式包括电阻加热、电磁加热、红外加热、水浴加热或油浴加热。
进一步地，所述容器材质为金属、陶瓷或玻璃。
进一步地，所述排气系统为排气阀。
进一步地，所述容器形状为圆柱形、方形或椭圆形。
进一步地，所述驱动装置为液压油缸或气缸。
进一步地，所述测试装置还包括超声波发生器，所述超声波发生器设置在容器上或者活塞上，其被设置为对被测物料施加超声波。
本发明还提供一种用于所述高分子材料物理性质测试装置的测试方法， 包括以下步骤：
第一步，首先称取一定质量的物料，加入容器中，加热装置启动，对物料加热，使其熔融成熔体；
第二步，启动驱动装置，活塞经驱动向下移动，打开排气系统，待活塞下降到熔体表面与熔体接触时，关闭驱动装置，关闭排气系统，采集物料温度、压力、位移等初始数据；
第三步，启动驱动装置，使活塞继续下降，给物料熔体压力，采集物料压力、温度、位移数据；其中，
保持温度不变，变化压力，则可以测得物料在一定温度下，压力、体积的变化曲线；
保持压力不变，温度变化，可得到不同温度下，物料的体积、压力关系曲线；
活塞位移速度变化，可得到不同作用速度下，物料的压力、温度、体积变化曲线；
进一步地，设置有超声波发生器时，启动超声波发生器，给物料施加一定强度的超声波，可测得不同超声波强度下，物料的温度、压力、体积变化曲线。
本发明有益效果如下：
1.本发明通过活塞上下运动方式实现材料物理性质测试多项性能的测试，并且误差小，精度高；
2.本发明测试装置可用于研究高分子材料在不同温度和压力下的体积变化，定性分析该状态下的分子链运动状态；
3.本发明装置还设置有超声波发生器，在一定温度、一定压力下，对物料施加一定强度的超声波，变化超声波强度，记录体积变化，则可以得到不同超声波强度下，高分子材料体积变化曲线。
附图说明
图1为高分子材料物理性质测试装置示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种高分子材料物理性质测试装置，包括：
设置于平台1上的容器2，其材质可以为金属、陶瓷、玻璃等，优选金属材质；容器形状为圆柱形、方形或椭圆形，优选为圆柱形；容器1外表面设有加热装置10，可对容器中的物料进行加热，加热方式包括电阻加热、水、油浴加热或红外加热等，本实施例优选为电阻加热。
与容器2内壁相适配的活塞4，活塞4被设置为密封容器2，活塞4在容器2内的上下运动，达到给物料施加压力，调整体积的目的，并具有很好的密封性能。
活塞4上设有排气系统5，排气系统5为排气阀，可以顺利排出气体，排气阀的阀门关闭时，可以阻止物料3溢出，同时达到保持压力的效果。
活塞4上部设有连接杆7，连接杆7一端与活塞4固定连接；
驱动装置13，可以是液压油缸或气缸，本实施例优选为液压油缸；
驱动装置13设置于传动杆12另一端，驱动装置13通过传动杆12驱动连接杆7实现活塞4在容器2内的上下运动，从而调节物料3体积和压力；
测距装置8，其被设置为测量和采集活塞4的位移；测距装置8为激光测距仪，激光测距仪与连接杆7一端对应，可实时测量和采集两者之间的距离。
设置在活塞4上的传感器6，其被设置为实时采集和监控被测物料3的压力和温度等数据；传感器6也可以安装在容器2上，根据需要决定。
本实施例还设有超声波发生器11，超声波发生器11安装在容器2上，可以对物料3施加一定强度的超声波。
其中，本实施例也可以是电磁波、光波、其他波长的声波等其他波动物理场的发生装置。
本实施例中测试装置可用于研究高分子材料在不同温度和压力下的体积变化，定性分析该状态下的分子链运动状态。
在一定温度下，给物料3以一定的速度施加一个压力，物料3压力由零增加到设定值，记录物料3压力、体积变化与时间的关系曲线，改变压力变化速度，记录不同压力速度下的体积变化，从而可以得到不同速度下，物料体积随压力的变化曲线，通过对比体积变化与应力变化的滞后时间，得到物料对应力反应时间，可间接计算出材料的耗散角和松弛时间。
实施例2
本实施例提供实施例1中高分子材料物理性质测试装置的测试方法，具体步骤如下：
第一步，首先称取一定质量的物料3，加入容器2中，加热装置10启动，对物料3加热，使其熔融成熔体；
第二步，启动驱动装置13，活塞4经驱动向下移动，打开排气系统5，待活塞下降到熔体表面与熔体接触时，关闭驱动装置8，关闭排气系统，采集物料3温度、压力、位移等初始数据；
第三步，启动驱动装置13，使活塞4继续下降，给物料熔体压力，采集物料3压力、温度、位移数据；其中，
保持温度不变，变化压力，则可以测得物料3在一定温度下，压力、体积的变化曲线；
保持压力不变，温度变化，可得到不同温度下，物料3的体积、压力关系曲线；
活塞位移速度变化，可得到不同作用速度下，物料3的压力、温度、体积变化曲线。
本实施例还设有超声波发生器11，超声波发生器11安装在容器2上，可以对物料3施加一定强度的超声波。
其中，本实施例也可以是电磁波、光波、其他波长的声波等其他波动物理场的发生装置。
本发明测试装置的测试方法在当材料完全熔融后，排出多余气体，下降活塞4，给物料3缓慢施加一定的压力，然后测量该状态下材料的压力P、温度T、和体积V，改变温度或压力，记录不同温度、不同压力下的物料的体积变化值，作出PVT曲线图，可用于研究高分子材料在不同温度和压力下的体积变化，定性分析该状态下的分子链运动状态。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护之内。
Claims (9)
1.一种高分子材料物理性质测试装置，其特征在于，包括：
设置于平台上的容器，所述容器外表面设有加热装置；
与容器内壁相适配的活塞，所述活塞被设置为密封所述容器，所述活塞上设有排气系统，所述活塞上部设有连接杆，所述连接杆一端与活塞固定连接；
驱动装置，所述驱动装置设置于连接杆另一端，所述驱动装置驱动连接杆实现活塞在容器内的上下运动；
测距装置，其被设置为测量和采集活塞的位移；所述测试装置为激光测距仪，所述激光测距仪与控制杆一端对应，可实时测量和采集两者之间的距离；
设置在活塞上或者容器上的传感器，其被设置为实时采集和监控被测物料的压力和温度。
2.根据权利要求1所述测试装置，其特征在于，所述加热装置的加热方式包括电阻加热、电磁加热、红外加热、水浴加热或油浴加热。
3.根据权利要求1所述测试装置，其特征在于，所述容器材质为金属、陶瓷或玻璃。
4.根据权利要求1所述测试装置，其特征在于，所述排气系统为排气阀。
5.根据权利要求1所述测试装置，其特征在于，所述容器形状为圆柱形、方形或椭圆形。
6.根据权利要求1所述测试装置，其特征在于，所述驱动装置为液压油缸或气缸。
7.根据权利要求1~6任一项所述测试装置，其特征在于，还包括超声波发生器，所述超声波发生器设置在容器上或者活塞上，其被设置为对被测物料施加超声波。
8.一种用于权利要求1~7任一项所述高分子材料物理性质测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.首先称取一定质量的物料，加入容器中，加热装置启动，对物料加热，使其熔融成熔体；
S2.启动驱动装置，活塞经驱动向下移动，打开排气系统，待活塞下降到熔体表面与熔体接触时，关闭驱动装置，关闭排气系统，采集物料温度、压力、位移等初始数据；
S3.启动驱动装置，使活塞继续下降，给物料熔体压力，采集物料压力、温度、位移数据；其中，
保持温度不变，变化压力，则可以测得物料在一定温度下，压力、体积的变化曲线；
保持压力不变，温度变化，可得到不同温度下，物料的体积、压力关系曲线；
活塞位移速度变化，可得到不同作用速度下，物料的压力、温度、体积变化曲线。
9.根据权利要求8所述测试方法，其特征在于，设置有超声波发生器时，启动超声波发生器，给物料施加一定强度的超声波，可测得不同超声波强度下，物料的温度、压力、体积变化曲线。
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Legal Events
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Application publication date: 20180612 |