CN109975531A - 胶凝固化体积收缩率的测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种胶凝固化体积收缩率的测量装置及测试方法，其中，该测量装置包括圆台形容器、顶盖、平台和均匀固化组件，所述圆台形容器具有上敞口和下敞口，所述圆台形容器的侧壁上标有第一体积收缩率刻度和树脂初始加入量的标定刻度；所述顶盖盖设在所述圆台形容器的所述上敞口；所述平台位于所述圆台形容器的下方，所述圆台形容器的所述下敞口位于所述平台的上表面上，所述圆台形容器可拆卸地固定在所述平台上；所述均匀固化组件设置在所述平台的下方，以使加入所述圆台形容器中的树脂均匀固化。该测量装置，树脂固化体积收缩率测试准确且可以直接读取树脂固化体积收缩率，测试简单方便。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料检测技术领域，尤其涉及一种胶凝固化体积收缩率的测试装置及其测试方法。
背景技术
高分子材料的合成和制备过程中，各种固化交联反应过程中，材料的固化交联收缩率是一个非常重要的性能，在材料制备和产品制备中非常重要，需要进行准确的固化体积收缩率测量。
现有体积收缩率测量法通常采用排水法、膨胀计测量法和模具法。排水法也即密度法，该方法需要精确控制温度恒定，容易因为树脂试件的称重、树脂试件表面的气泡及树脂试件在测量介质中的溶解而导致测量不准，测量误差大。膨胀计测量法对温度极其敏感，容器导致测量误差大。而模具测量法先要测量模具的体积，再用密度法测量固化后的树脂的体积，受温度影响大，测试过程繁琐。
现有线收缩率测量法通常采用的玻璃管测量法和圆柱体法，主要用于光固化材料，光敏树脂的表面张力导致树脂在固化收缩过程中形成凹液面，使得测量无法准确；底部侧边不透光，以及不断补充树脂的方式或存在部分树脂未固化，使得固化前、后的树脂总量不一致，无法计算准确；而且，为了脱膜取出已固化的树脂，在玻璃管内壁或圆柱体内壁事先涂脱模剂，操作麻烦。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种胶凝固化体积收缩率的测试装置，可保证树脂固化均匀，且可直接读取树脂固化体积收缩率，测试操作简单，满足多种树脂收缩率类型的需求。
根据本发明实施例的胶凝固化体积收缩率的测量装置，包括：
圆台形容器，所述圆台形容器具有上敞口和下敞口，所述圆台形容器的侧壁上标有第一体积收缩率刻度和树脂初始加入量的标定刻度；
顶盖，所述顶盖盖设在所述圆台形容器的所述上敞口；
平台，所述平台位于所述圆台形容器的下方，所述圆台形容器的所述下敞口位于所述平台的上表面上，所述圆台形容器可拆卸地固定在所述平台上；
均匀固化组件，所述均匀固化组件设置在所述平台的下方，以使加入所述圆台形容器中的树脂均匀固化。
根据本发明实施例的胶凝固化体积收缩率的测量装置，树脂固化体积收缩率测试准确且可以直接读取树脂固化体积收缩率，无需进行固化后再测量，测试操作简单方便，满足多种树脂类型固化体积收缩率的测量需求。
根据本发明的一个实施例，所述圆台形容器的侧壁上还标有体积刻度。
根据本发明的一个实施例，所述圆台形容器采用透明疏脂性材料制成。
根据本发明的一个实施例，所述均匀固化组件包括电机，所述电机设置在所述平台的下方，且所述电机与所述平台相连，以驱动所述平台匀速转动。
根据本发明进一步的实施例，所述均匀固化组件还包括底座，所述底座位于所述平台的下方，所述底座的上表面上设有凹室，所述电机设置在所述凹室中。
根据本发明进一步的实施例，还包括遮光罩，所述遮光罩设在所述圆台形容器的上端，且所述遮光罩的下边缘临近所述标定刻度。
根据本发明的一个实施例，所述均匀固化组件包括光照灯或加热件，所述光照灯或所述加热件内置于所述平台。
根据本发明进一步的实施例，所述平台上设有开口朝下的凹腔，所述凹腔位于所述圆台形容器的中心轴线处且所述凹腔的侧壁延伸到所述圆台形容器中，所述光照灯或所述加热件内置于所述凹腔中。
根据本发明的一个实施例，还包括螺栓，所述圆台形容器的下端设有凸缘，所述凸缘位于所述平台的上表面上，所述螺栓穿过所述凸缘和所述平台且将所述凸缘与所述平台固定。
根据本发明的一个实施例，还包括竖向设置的细长管，所述细长管的下端穿过所述顶盖与所述圆台形容器连通，所述细长管上标设有第二体积收缩率刻度。
本发明还提供一种胶凝固化体积收缩率的测试方法。
根据本发明实施例的胶凝固化体积收缩率的测试方法，使用上述任意一项实施例所述的胶凝固化体积收缩率的测量装置，包括如下步骤：
S1：将所述圆台形容器固定在所述平台的上表面上；
S2：从所述上敞口向所述圆台形容器内加入树脂至所述标定刻度处；
S3：将所述顶盖盖在所述上敞口；
S4：均匀固化树脂直至固化结束；
S5：根据已固化树脂的高度位置与所述圆台形容器上的所述第一体积收缩率刻度的刻度线位置平齐对应，直接读取体积收缩率；
根据本发明实施例的胶凝固化体积收缩率的测量方法，树脂固化体积收缩率测试准确且可以直接读取树脂固化体积收缩率，无需进行固化后再测量，测试操作简单方便，满足多种树脂类型固化体积收缩率的测量需求。
根据本发明的一个实施例，所述步骤S4具体为：将装置放入灯箱或加热箱中，并启动所述电机使得所述平台和所述圆台形容器同步匀速转动，直至固化结束。
根据本发明进一步的实施例，在所述步骤S3之后且在所述步骤S4之前，还包括将所述遮光罩罩设在所述圆台形容器的上端，并且使所述遮光罩的下边缘临近所述标定刻度处。
根据本发明的一个实施例，所述步骤S4具体为：打开内置于所述平台中的所述光照灯或所述加热件，利用光照方式或加热方式固化树脂，直至固化结束。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一个实施例的胶凝固化体积收缩率的测量装置的主视图。
图2是图1中A-A处的剖视图。
图3是本发明一个实施例的胶凝固化体积收缩率的测量装置的俯视图。
图4是本发明另一个实施例的胶凝固化体积收缩率的测量装置的主视图。
图5是图4中B-B处的剖视图。
图6是本发明另一个实施例的胶凝固化体积收缩率的测量装置的俯视图。
图7是本发明又一个实施例的胶凝固化体积收缩率的测量装置的主视图。
图8是本发明又一个实施例的胶凝固化体积收缩率的测量装置的俯视图。
图9是本发明再一个实施例的胶凝固化体积收缩率的测量装置的主视图。
图10是本发明再一个实施例的胶凝固化体积收缩率的测量装置的俯视图。
图11是本发明的胶凝固化体积收缩率的测量装置的基本模型及测量标定时的示意图。
图12是本发明的胶凝固化体积收缩率的测量装置的固化后体积不变装置模型及测量标定时的示意图，其中，该模型的平台可转动。
图13是本发明的胶凝固化体积收缩率的测量装置的固化后体积不变装置模型及测量标定时的示意图，其中，该模型的平台内置光照灯。
图14是本发明的胶凝固化体积收缩率的测量装置的提高低收缩率树脂检测灵敏度装置模型及测量标定时的一个示意图。
图15是本发明的胶凝固化体积收缩率的测量装置的提高低收缩率树脂检测灵敏度装置模型及测量标定时的另一个示意图。
图16是本发明的胶凝固化体积收缩率的测量装置的提高低收缩率树脂检测灵敏度装置模型及测量标定时的又一个示意图。
图17是本发明的胶凝固化体积收缩率的测量装置的提高低收缩率树脂检测灵敏度装置模型及测量标定时的再一个示意图。
附图标记：
测量装置1000
圆台形容器1 顶盖2 平台3 凹腔31
均匀固化组件4 电机41 底座42 凹室421 光照灯(加热件)43
遮光罩5 螺栓6 细长管7
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提供了一种胶凝固化体积收缩率的测量装置1000及测试方法。
下面参考图1至图10来描述根据本发明实施例的胶凝固化体积收缩率的测量装置1000
如图1至图10所示，根据本发明实施例的胶凝固化体积收缩率的测量装置1000，包括圆台形容器1、顶盖2、平台3和均匀固化组件4。其中，圆台形容器1具有上敞口和下敞口，圆台形容器1的侧壁上标有第一体积收缩率刻度(图中弄未标出)和树脂初始加入量的标定刻度(图中未标出)；顶盖2盖设在圆台形容器1的上敞口；平台3位于圆台形容器1的下方，圆台形容器1的下敞口位于平台3的上表面上，圆台形容器1可拆卸地固定在平台3上；均匀固化组件4设置在平台3的下方，以使加入圆台形容器1中的树脂均匀固化。
具体而言，圆台形容器1具有上敞口和下敞口，可以方便从上敞口向圆台形容器1内加入树脂，并且方便已固化的树脂从圆台形容器1内脱模取出，圆台形容器1的内壁在加入树脂前无需涂抹脱膜剂，脱模操作简单。圆台形容器1的侧壁上标有第一体积收缩率刻度和树脂初始加入量的标定刻度，其中，第一体积收缩率刻度根据圆台形容器1尺寸结合理论计算树脂固化前后体积变化与高度的关系进行标定，将树脂加至标定刻度，待树脂均匀固化后，根据已固化树脂的高度位置与圆台形容器1上的第一体积收缩率刻度的刻度线位置平齐对应，第一体积收缩率刻度可以直接读取该树脂固化体积收缩率的值。
顶盖2盖设在圆台形容器1的上敞口，可以避免树脂固化时受外界因素的影响，有利于树脂均匀固化。
平台3位于圆台形容器1的下方，圆台形容器1的下敞口位于平台3的上表面上，通过平台3封闭圆台形容器1的下敞口，有利于储存树脂。圆台形容器1可拆卸地固定在平台3上，也就是说，圆台形容器1与平台3固定后还可以从平台3上拆卸下来，这样有利于已固化的树脂脱膜取出，方便装置再次使用。
均匀固化组件4设置在平台3的下方，以使加入圆台形容器1中的树脂均匀固化。通过设置均匀固化组件4，使树脂均匀固化有利于精确读取树脂固化体积收缩率，测试准确。
根据本发明实施例的胶凝固化体积收缩率的测量装置1000，树脂固化体积收缩率测试准确且可以直接读取树脂固化体积收缩率，无需进行固化后再测量，测试操作简单方便，满足多种树脂类型固化体积收缩率的测量需求。
根据本发明的一个实施例，圆台形容器1的侧壁上还标有体积刻度，该体积刻度通过根据圆台形容器1尺寸结合理论计算树脂固化前后体积变化与高度的关系进行标定，通过标定体积刻度，可以读出树脂固化前后的体积，根据树脂固化前后的体积求解得到树脂固化体积收缩率，从而提供了另一种获得树脂固化体积收缩率的方法。采用该方法时，树脂初始加入量不需要加至标定刻度，只需超过初始固化体积即可。
根据本发明的一个实施例，圆台形容器1采用透明疏脂性材料制成，例如乙烯，由此可以确保圆台形容器1透明，方便直观清晰地观察到圆台形容器1内的树脂高度位置，有利于测试操作的进行及方便第一体积收缩率刻度值的读取，同时，圆台形容器1具有疏脂性，能避免树脂对圆台形容器1的溶解。
如图2和图9所示，根据本发明的一个实施例，均匀固化组件4包括电机41，电机41设置在平台3的下方，且电机41与平台3相连，以驱动平台3匀速转动。测试时，将树脂加入到圆台形容器1中后，将装置放入灯箱如紫外灯箱或加热箱中，由于灯箱中的光照灯或加热箱中的加热件43位于一侧，通过电机41驱动平台3匀速转动，使得圆台形容器1内的树脂受到均匀照射或者均匀加热，从而实现树脂的均匀固化，提高测试准确率。需要说明的是，对于光敏树脂，一般地，包括活性单体、预聚物、光引发剂、光稳定剂、光吸收剂和添加剂，可以选择光照固化，光照固化过程可以采用365nm、405nm或460nm波长的光源进行固化成形，可以采用紫外光；对于其他树脂，可以选择加热固化，例如选择加热箱固化。
具体地，平台3的下表面的中心部位上设有用于与电机41相连的连接部，电机41设有电机41轴，电机41轴与平台3的连接部相连，从而电机41启动后可以驱动平台3匀速转动。
根据本发明进一步的实施例，均匀固化组件4还包括底座42，底座42位于平台3的下方，底座42的上表面上设有凹室421，电机41设置在凹室421中，利用底座42支撑电机41。
如图1、图2和图9所示，根据本发明进一步的实施例，还包括遮光罩5，遮光罩5设在圆台形容器1的上端，且遮光罩5的下边缘临近标定刻度。测试时，向圆台形容器1内加入树脂至标定刻度，盖上顶盖2后，再将遮光罩5罩设在圆台形容器1的上端后，并把装置放在灯箱中，如紫外灯箱中，圆台形容器1内树脂的上部由于遮光罩5的原因，不被光照而未固化，而被光照的树脂已开始固化收缩，因此，在整个树脂固化过程中，上部树脂可以自行向下补充，从而使得树脂固化仅在高度方向降低，而在水平面的方向上不会收缩，从而避免了现有技术中树脂固化双向收缩问题(即树脂在高度方向和水平面方向均发生收缩的问题)，同时，还可以避免树脂的上表面出现凹面的问题，进一步提高树脂固化体积收缩率测试的准确率。
如图5和图7所示，根据本发明的一个实施例，均匀固化组件4包括光照灯43或加热件43，光照灯43或加热件43内置于平台3。测试时，可以不需要将装置放置在灯箱或加热箱中，而是利用内置在平台3中的光照灯43如紫外灯或加热件43如电热丝来实现树脂的均匀固化。这里说明一下，平台3内置光照灯43适用于光敏树脂的固化，平台3内置加热件43适用于于非光敏树脂的固化。
根据本发明的一个实施例，平台3上设有开口朝下的凹腔31，凹腔31位于圆台形容器1的中心轴线处且凹腔31的侧壁延伸到圆台形容器1中，光照灯43或加热件43内置于凹腔31中。由此，使得树脂受光照射均匀或加热均匀，有利于树脂均匀固化。
根据本发明的一个实施例，还包括螺栓6，圆台形容器1的下端设有凸缘，凸缘位于平台3的上表面上，螺栓6穿过凸缘和平台3且将凸缘与平台3固定。由此，可以容易地实现圆台形容器1可拆卸地固定在平台3上。
如图7和图9所示，根据本发明的一个实施例，还包括竖向设置的细长管7，例如细长圆管，细长管7的下端穿过顶盖2与圆台形容器1连通，细长管7上标设有第二体积收缩率刻度，可以理解，第二体积收缩率的刻度单位可以比第一体积收缩率的刻度单位小，例如，第二体积收缩率刻度为千分刻度，而第一体积收缩率刻度为百分刻度。由此，可以提高低收缩率树脂的固化体积收缩率的检测灵敏度，其精度可以通过控制细长管7的长径比和半径进行调节。
如图9所示，可选的，细长管7有多个，多个细长管7分别穿过顶盖2与圆台形容器1连通。由此，通过多个细长管7提高了低收缩率树脂的固化体积收缩率的检测灵敏度，器精度可以通过控制细长管7的个数、长径比和半径进行调节。
本发明还提供一种胶凝固化体积收缩率的测试方法。
根据本发明实施例的胶凝固化体积收缩率的测试方法，使用上述任一实施例的胶凝固化体积收缩率的测量装置1000，包括如下步骤：
S1：将圆台形容器1固定在平台3的上表面上；
S2：从上敞口向圆台形容器1内加入树脂至标定刻度处；
S3：将顶盖2盖在上敞口；
S4：均匀固化树脂直至固化结束；
S5：根据已固化树脂的高度位置与圆台形容器1上的第一体积收缩率刻度的刻度线位置平齐对应，直接读取体积收缩率；
根据本发明实施例的胶凝固化体积收缩率的测量方法，树脂固化体积收缩率测试准确且可以直接读取树脂固化体积收缩率，无需进行固化后再测量，测试操作简单方便，满足多种树脂类型固化体积收缩率的测量需求。
根据本发明的一个实施例，步骤S4具体为：将装置放入灯箱或加热箱中，并启动电机41使得平台3和圆台形容器1同步匀速转动，直至固化结束。可以理解，装置可以放在紫外灯箱中，由于紫外灯箱通常是单侧紫外光照射，通过电机41驱动平台3和圆台形容器1同步匀速运动，使得圆台形容器1内的树脂受到均匀照射或者均匀加热，实现树脂均匀固化，有利于提高测试准确率。
根据本发明进一步的实施例，在步骤S3之后且在步骤S4之前，还包括如下步骤：将遮光罩5罩设在圆台形容器1的上端，并且使遮光罩5的下边缘临近标定刻度处。由此，当将装置放在灯箱中采用光照方式固化时，固化过程中，圆台形容器1内树脂的上部由于遮光罩5的原因，不被光照而未固化，而被光照的树脂已开始固化收缩，因此，在整个树脂固化过程中，上部树脂可以自行向下补充，从而使得树脂固化仅在高度方向降低，而在水平面的方向上不会收缩，从而避免了现有技术中树脂固化双向收缩问题，同时，还可以避免树脂的上表面出现凹面的问题，进一步提高树脂固化体积收缩率测试的准确率。
根据本发明的一个实施例，步骤S4具体为：打开内置于平台3中的光照灯43或加热件43，利用光照方式或加热方式固化树脂，直至固化结束。由此，通过内置平台3的光照灯43向四周照射或加热件43向四周辐射热量，实现对树脂均匀固化，有利于提高固化体积收缩率的测试准确率。
下面参照几个具体模型(参照图11-图17)介绍一下第一体积收缩率刻度和第二体积收缩率刻度标定的原理。
第一种模型情形，装置基本模型及测量标定(参照图11所示)：
H为原树脂高度，ΔH为收缩体积高度，可得其体积收缩率与体积(与普通标定相同)
的标定为
第二种模型情形，固化后体积不变装置模型及测量标定(参照图12和图13所示)：
参照图12所示，通过调节内置紫外光源结构或遮光罩5控制固化后体积(黑色部分)，ΔH为收缩体积高度，可得其体积收缩率与体积(与普通标定相同)的标定为
参照图13所示，若采用调节内置紫外光源结构，则中间内置光源部分不固化，标定修正为
第三种模型情形，提高低收缩率树脂检测灵敏度装置模型及测量标定(参照图14-图17)：
参照图14和图15所示，通过调节内置紫外光源结构或遮光罩5控制固化后体积(黑色部分),左侧模型(1号)Δh为收缩体积高度,右侧模型(2号)h+ΔH为收缩体积高度，可得其体积收缩率与体积(与普通标定相同)的标定为
参照图16和图17所示，若采用调节内置紫外光源结构，则中间内置光源部分不固化，标定修正为
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (14)
1.一种胶凝固化体积收缩率的测量装置，其特征在于，包括：
圆台形容器，所述圆台形容器具有上敞口和下敞口，所述圆台形容器的侧壁上标有第一体积收缩率刻度和树脂初始加入量的标定刻度；
顶盖，所述顶盖盖设在所述圆台形容器的所述上敞口；
平台，所述平台位于所述圆台形容器的下方，所述圆台形容器的所述下敞口位于所述平台的上表面上，所述圆台形容器可拆卸地固定在所述平台上；
均匀固化组件，所述均匀固化组件设置在所述平台的下方，以使加入所述圆台形容器中的树脂均匀固化。
2.根据权利要求1所述的胶凝固化体积收缩率的测量装置，其特征在于，所述圆台形容器的侧壁上还标有体积刻度。
3.根据权利要求1所述的胶凝固化体积收缩率的测量装置，其特征在于，所述圆台形容器采用透明疏脂性材料制成。
4.根据权利要求1所述的胶凝固化体积收缩率的测量装置，其特征在于，所述均匀固化组件包括电机，所述电机设置在所述平台的下方，且所述电机与所述平台相连，以驱动所述平台匀速转动。
5.根据权利要求4所述的胶凝固化体积收缩率的测量装置，其特征在于，所述均匀固化组件还包括底座，所述底座位于所述平台的下方，所述底座的上表面上设有凹室，所述电机设置在所述凹室中。
6.根据权利要求4所述的胶凝固化体积收缩率的测量装置，其特征在于，还包括遮光罩，所述遮光罩设在所述圆台形容器的上端，且所述遮光罩的下边缘临近所述标定刻度。
7.根据权利要求1所述的胶凝固化体积收缩率的测量装置，其特征在于，所述均匀固化组件包括光照灯或加热件，所述光照灯或所述加热件内置于所述平台。
8.根据权利要求7所述的胶凝固化体积收缩率的测量装置，其特征在于，所述平台上设有开口朝下的凹腔，所述凹腔位于所述圆台形容器的中心轴线处且所述凹腔的侧壁延伸到所述圆台形容器中，所述光照灯或所述加热件内置于所述凹腔中。
9.根据权利要求1所述的胶凝固化体积收缩率的测量装置，其特征在于，还包括螺栓，所述圆台形容器的下端设有凸缘，所述凸缘位于所述平台的上表面上，所述螺栓穿过所述凸缘和所述平台且将所述凸缘与所述平台固定。
10.根据权利要求1所述的胶凝固化体积收缩率的测量装置，其特征在于，还包括竖向设置的细长管，所述细长管的下端穿过所述顶盖与所述圆台形容器连通，所述细长管上标设有第二体积收缩率刻度。
11.一种胶凝固化体积收缩率的测试方法，其特征在于，使用权利要求1-10中任意一项所述的胶凝固化体积收缩率的测量装置，包括如下步骤：
S1：将所述圆台形容器固定在所述平台的上表面上；
S2：从所述上敞口向所述圆台形容器内加入树脂至所述标定刻度处；
S3：将所述顶盖盖在所述上敞口；
S4：均匀固化树脂直至固化结束；
S5：根据已固化树脂的高度位置与所述圆台形容器上的所述第一体积收缩率刻度的刻度线位置平齐对应，直接读取体积收缩率。
12.根据权利要求11所述的测试方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：将装置放入灯箱或加热箱中，并启动所述电机使得所述平台和所述圆台形容器同步匀速转动，直至固化结束。
13.根据权利要求12所述的测试方法，其特征在于，在所述步骤S3之后且在所述步骤S4之前，还包括将所述遮光罩罩设在所述圆台形容器的上端，并且使所述遮光罩的下边缘临近所述标定刻度处。
14.根据权利要求11所述的测试方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：打开内置于所述平台中的所述光照灯或所述加热件，利用光照方式或加热方式固化树脂，直至固化结束。
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