CN113400666A - 一种超高分子量聚乙烯粉末烧结成型的显微可视化实验装置 - Google Patents

一种超高分子量聚乙烯粉末烧结成型的显微可视化实验装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种超高分子量聚乙烯粉末烧结成型的显微可视化实验装置，其包括可视化烧结模具、体式显微镜和显示器，所述可视化烧结模具有模腔，模腔的上端设置有可视窗，体式显微镜的物镜设置在可视窗上方，体式显微镜通过线缆与显示器相连，体式显微镜透过可视窗将模腔内的情况实时显示在显示器上。通过该装置可以对加热模腔内的超高分子量聚乙烯树脂粉末的形态变化及微孔形成过程进行实时显微放大观察和记录。

Description

一种超高分子量聚乙烯粉末烧结成型的显微可视化实验装置
技术领域
本申请涉及聚合物粉末烧结成型领域，具体涉及一种超高分子量聚乙烯粉末烧结成型的显微可视化实验装置。
背景技术
粉末烧结法是目前成型超高分子量聚乙烯微孔滤芯材料的主要方法。在以粉末烧结法制备超高分子量聚乙烯微孔滤芯材料的过程中，树脂粉末颗粒在模具的膜腔中被加热，颗粒表面熔融后相互粘结在一起，颗粒之间的缝隙就形成了微观的通道。这种方法可以生产孔径在0.1-10μm之间的滤芯微孔材料，其微孔孔径和孔隙率主要受颗粒直径、粒径分布等影响。为了对从加热到冷却的烧结过程中粉末颗粒的状态变化进行高清晰观察，以探明粉末烧结法制备超高分子量聚乙烯微孔滤芯材料的微孔形成机理，需要采用特殊的粉末烧结成型实验装置对肉眼难以分辨的微细粉末的烧结过程形态变化进行微观尺度下的观察和记录，而现有的实验装置无法达到此目标。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种超高分子量聚乙烯粉末烧结成型的显微可视化实验装置，通过该装置，可以对粉末烧结法制备超高分子量聚乙烯微孔滤芯材料过程中的粉末颗粒的形态变化进行可视化显微放大观察和记录。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种超高分子量聚乙烯粉末烧结成型的显微可视化实验装置，包括可视化烧结模具、体式显微镜和显示器，所述可视化烧结模具有模腔，模腔的上端设置有可视窗，体式显微镜的物镜设置在可视窗上方，体式显微镜通过线缆与显示器相连，体式显微镜透过可视窗将模腔内的情况实时显示在显示器上。
环绕物镜外侧设置有环形可变光源。
可视化烧结模具搁置在安装平台上，可视化烧结模具与安装平台之间设置有隔热垫板。
所述可视化烧结模具外侧设有冷却用吹风机，吹风机风口位置高于可视化烧结模具的顶面。
所述可视化烧结模具包括筒体、底座和端盖，所述底座和端盖可拆卸的连接在筒体两端后形成腔体即为模腔，其中端盖的中央设置有观察孔，观察孔由视窗玻璃封闭后形成可视窗。
所述筒体的外壁安装有加热圈，筒体中部径向位置装有控温热电偶。
所述视窗玻璃采用透明耐高温石英玻璃。
所述体式显微镜包括立柱、调焦机构和镜体，所述镜体上设置有目镜、电子目镜和物镜，所述电子目镜通过视频线缆与显示器相连。
所述调焦机构包括可滑动套设在立柱上的升降臂，升降臂上固定有镜体。
所述升降臂包括套在立柱上连接块及固定在连接块上的镜体抱箍，所述镜体就固定在镜体抱箍中，连接块上设置有高度固定旋钮和调焦轮。
本发明具有的技术效果：
由于可视化烧结模具的顶部装有透明耐高温石英玻璃材质的视窗玻璃，视窗玻璃上端为体视显微镜的物镜，在物镜下部的环形可变光源的照明下，体视显微镜可以透过观察孔和视窗玻璃对加热模腔内的超高分子量聚乙烯树脂粉末的形态变化及微孔形成过程进行实时显微放大（放大倍数可调节）观察，并通过与体视显微镜相连的显示器进行高清图像拍摄和保存，从而为粉末烧结法制备超高分子量聚乙烯微孔滤芯材料的微孔形成机理研究提供可靠的实验依据。
附图说明
以下结合附图对本发明作进一步说明， 附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
图1为本发明所述实验装置的结构示意图；
图2为本发明所述的可视化烧结模具的立体示意图；
图3为本发明所述的可视化烧结模具的剖视图；
图4为采用本发明所述实验装置拍摄的粉末烧结成型过程中的超高分子量聚乙烯树脂粉末形态照片。
其中：
1-安装平台；2-显示器；3-调焦轮；4-连接块；4a-高度固定旋钮；5-立柱；6-连接件；7-镜体抱箍；8-HDMI高清视频线接头；81-HDMI高清视频线；9-VGA视频线接头；91-VGA视频线；10-电子目镜；11-目镜；12-镜体；13-环形可变光源；14-可视化烧结模具；14a-底座；14b-筒体；14c-端盖；14d-视窗玻璃；14e-紧固螺钉；14f-热电偶；14g-加热圈；14h-紧固螺丝；15-隔热垫板；16-吹风机。
具体实施方式
下面结合具体实施例进行详细描述，但本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
本发明提供了一种超高分子量聚乙烯粉末烧结成型的显微可视化实验装置，包括可视化烧结模具14、体式显微镜和显示器2，可视化烧结模具有模腔，模腔的上端设置有可视窗，体式显微镜的物镜设置在可视窗上方，体式显微镜通过线缆与显示器相连，体式显微镜透过可视窗将模腔内的情况实时显示在显示器上。
具体得，如图1所示，体视显微镜包括立柱5、调焦机构和镜体12，立柱5通过连接件6固定在安装平台1上，镜体12上设置有目镜11、电子目镜10和物镜，电子目镜10通过HDMI高清视频线81和VGA视频线91与显示器2相连，电子目镜10捕捉到的图像信息可通过两条视频线实时传送到显示器2上，显示器2将图像放大显示在屏幕上，便于观察和记录保存图像。
调焦机构包括可滑动套设在立柱5上的升降臂，升降臂上固定有镜体12。升降臂包括包括套在立柱5上的连接块4及固定在连接块上的镜体抱箍7，镜体12就固定在镜体抱箍7中，连接块4上设置有高度固定旋钮4a和调焦轮3。连接块4与立柱5之间为滑动配合的关系，通过调节高度固定旋钮4a可以使连接块4带动镜体抱箍7和镜体12垂直上下移动，方便快速调焦，调焦轮3可以使镜体抱箍7随着连接块4在垂直方向上下缓慢移动，有利于精确对焦。
镜体12下端的物镜外壁设置有环形可变光源13，方便调节观测位置处的亮暗程度。
可视化烧结模具14就放置在所述体视显微镜的物镜的下方，其底部与安装平台1之间设有隔热垫板15，隔热垫板15可采用10mm厚的环保型复合硅酸盐板，其适应范围在-40-700 ℃，当模具工作时，温度高达200℃，此隔热垫板满足隔热耐温使用要求。
如图2和图3所示，所述可视化烧结模具14由底座14a、筒体14b、端盖14c、视窗玻璃14d、加热圈14g及热电偶14f组成。端盖14c和底座14a分别通过紧固螺栓14e和14h分别可拆卸连接在筒体14b的两端，端盖14a一侧中央有倒圆锥台形观察孔，视窗玻璃14d被端盖14c通过紧固螺栓14e压紧固定在观察孔的下端面与筒体14b的上端面之间。视窗玻璃14d与底座14a、筒体14b相结合形成的封闭圆柱形腔体即为模腔。底座14a和端盖14c可拆卸，便于烧结成型后微孔制品的脱模。
视窗玻璃14d材质采用透明耐高温石英玻璃，可承受200℃的工作温度，厚度为5mm，可承受烧结过程中物料膨胀产生的压力且不影响体视显微镜对物料的状态变化的观察。
所述可视化烧结模具14的筒体外壁装有加热圈14g，筒体中部径向位置装有控温热电偶14f，用于对模具进行加热和温度控制。加热圈可采用不锈钢云母电加热圈。
在烧结过程中，由于模具处于高温状态，使模具与物镜之间温度过高，并向表面空气传热，热空气产生对流运行，该区域的光线由于空气的密度改变而导致折射率也不断变化，从而对体视显微镜的观察产生干扰，显示器2上的画面出现一直抖动的现象。故在所述可视化烧结模具14的外侧装有冷却用吹风机16，吹风机16风口略高于可视化烧结模具14的顶面，这样吹风机16吹出来的风可将热空气迅速带走，使显示器屏幕上的观察画面保持稳定。
实施例
进行粉末烧结法制备超高分子量聚乙烯（UHMWPE）微孔材料实验时，首先将各导线连接好，将所述可视化烧结模具14的底座14a与筒体14b通过紧固螺栓14h连接，然后将UHMWPE树脂粉末装满模腔，使物料上表面与筒体14b上端面平齐，然后用端盖14c通过紧固螺栓14e将视窗玻璃14d压紧固定在观察孔的下端面与筒体14b的上端面之间。将可视化烧结模具14放置在体式显微镜的物镜的正下方，视窗玻璃14d垂直朝上，调节体视显微镜的高度固定旋钮4a和调焦轮3使得透过视窗玻璃14d观察到的图像在显示器2屏幕上呈现最清晰的画面，然后开动吹风机16使得接近水平吹出来的风正对视窗玻璃14d以带走热空气，对可视化烧结模具14进行加热控温，在此过程中，通过显示器2屏幕实时观察粉末颗粒的状态变化并保存图像，图4即是本实施例中超高分子量聚乙烯树脂粉末形态照片。
以上实施例显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，而不是以任何方式限制本发明的范围，在不脱离本发明范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种超高分子量聚乙烯粉末烧结成型的显微可视化实验装置，包括可视化烧结模具、体式显微镜和显示器，其特征在于，所述可视化烧结模具有模腔，模腔的上端设置有可视窗，体式显微镜的物镜设置在可视窗上方，体式显微镜通过线缆与显示器相连，体式显微镜透过可视窗将模腔内的情况实时显示在显示器上。
2.如权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯粉末烧结成型的显微可视化实验装置，其特征在于，环绕物镜外侧设置有环形可变光源。
3.如权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯粉末烧结成型的显微可视化实验装置，其特征在于，可视化烧结模具搁置在安装平台上，可视化烧结模具与安装平台之间设置有隔热垫板。
4.如权利要求1所述一种超高分子量聚乙烯粉末烧结成型的显微可视化实验装置，其特征在于，所述可视化烧结模具外侧设有冷却用吹风机，吹风机风口位置高于可视化烧结模具的顶面。
5.如权利要求1-4任一所述的一种超高分子量聚乙烯粉末烧结成型的显微可视化实验装置，其特征在于，所述可视化烧结模具包括筒体、底座和端盖，所述底座和端盖可拆卸的连接在筒体两端后形成腔体即为模腔，其中端盖的中央设置有观察孔，观察孔由视窗玻璃封闭后形成可视窗。
6.如权利要求5所述的一种超高分子量聚乙烯粉末烧结成型的显微可视化实验装置，其特征在于，所述筒体的外壁安装有加热圈，筒体中部径向位置装有控温热电偶。
7.如权利要求5所述的一种超高分子量聚乙烯粉末烧结成型的显微可视化实验装置，其特征在于，所述视窗玻璃采用透明耐高温石英玻璃。
8.如权利要求1-4任一所述的一种超高分子量聚乙烯粉末烧结成型的显微可视化实验装置，其特征在于，所述体式显微镜包括立柱、调焦机构和镜体，所述镜体上设置有目镜、电子目镜和物镜，所述电子目镜通过视频线缆与显示器相连。
9.如权利要求8所述的一种超高分子量聚乙烯粉末烧结成型的显微可视化实验装置，其特征在于，所述调焦机构包括可滑动套设在立柱上的升降臂，升降臂上固定有镜体。
10.如权利要求9所述的一种超高分子量聚乙烯粉末烧结成型的显微可视化实验装置，其特征在于，所述升降臂包括套在立柱上连接块及固定在连接块上的镜体抱箍，所述镜体就固定在镜体抱箍中，连接块上设置有高度固定旋钮和调焦轮。
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