CN115266475A - 一种用于聚合物的表现黏度检测系统 - Google Patents

一种用于聚合物的表现黏度检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于聚合物的表现黏度检测系统，涉及聚合物领域，其通过在螺杆挤出机模头上设置具有毛细管口模的料筒，并在料筒上设置压力传感器，以获取在料筒中的熔融聚合物达到设定温度并通过毛细管口模输出至冷却槽的过程中，毛细管口模入口处的实时压力值；通过线速测量仪获取在熔融聚合物输出至冷却槽冷却后形成聚合物拉条，并将其牵引至切粒机进行切粒后，切粒过程中聚合物拉条的实时线速度；通过测径仪获取将聚合物拉条牵引至切粒机进行切粒后，切粒过程中聚合物拉条的实时直径；根据实时压力值、以及实时压力值对应时刻下的实时线速度与实时直径获取各时刻下熔融聚合物的表现黏度，其实现了对生产线产品表现黏度的实时连续性测量。

Description

一种用于聚合物的表现黏度检测系统
技术领域
本发明涉及聚合物领域，尤其涉及一种用于聚合物的表现黏度检测系统。
背景技术
热塑性塑料熔体流动性是塑料本性在熔融流动状态下的反映。热塑性塑料熔体流动性对指导熔融成型加工塑料有重要作用。热塑性塑料熔体流动性可用熔体黏度、特性黏数、流变曲线、熔体流动速率的测定加以表征。熔体质量流动速率(表现黏度)，也指熔融指数(MI，melt index)，即在规定的温度、负荷和活塞位置条件下，熔融树脂通过规定长度和内径的口模的挤出速率。现有技术中，由于熔体质量流动速率的测定需按照GB/T 3682.1-2018的要求进行取样、烘干、测试，其通过在成品中进行取样，然后在对样品进行测试的方式，并不能在生成成品的时候实时的测试出生产线产品的表现黏度，具有测试延迟性，导致产生了一定数量的不良品。另外，现有技术中通过设在双螺杆挤出机后端的熔体压力表获取表现黏度的方式，由于受螺杆转速、喂料量影响很大，导致测量结果极为不准确，因此该测量方式也并不可取。
针对熔融聚合物流变性能的测试，国内外学者进行了深入的研究，尤其是采用毛细管流变仪的测试方式，目前已形成了成熟的测试体系。然而大部分的测试都是采用单独的测量装置(例如超声振动装置)对生成后的成品进行测量(离线测量)，并不能在生成成品的时候实时并连续的测量出生产线产品连续性的表现黏度(在线测量)，以及时的发现产品的问题，导致产生了大量的不良品。
发明内容
为了在生成成品的时候实时并连续的测量出生产线产品连续性的表现黏度，本发明提出了一种用于聚合物的表现黏度检测系统，包括：
具有毛细管口模的料筒，设置在螺杆挤出机模头上；所述料筒上设置有压力传感器，用于获取在料筒中的熔融聚合物达到设定温度并通过毛细管口模输出至冷却槽的过程中，毛细管口模入口处的实时压力值；
线速测量仪，用于获取在熔融聚合物输出至冷却槽冷却后形成聚合物拉条，并将其牵引至切粒机进行切粒后，切粒过程中聚合物拉条的实时线速度；
测径仪,用于获取将聚合物拉条牵引至切粒机进行切粒后，切粒过程中聚合物拉条的实时直径；
计算机模块，用于根据实时压力值、以及实时压力值对应时刻下的实时线速度与实时直径获取各时刻下熔融聚合物的表现黏度。
进一步地，所述计算机模块中，获取熔融聚合物表现黏度的具体步骤包括：
S1:根据实时线速度与实时直径获取熔融聚合物的熔体容积流率，获取公式为：
Figure BDA0003754955080000021
式中，ρm为熔融聚合物的熔体密度；ρs为冷却后的熔融聚合物中粒子的密度；Ds为聚合物拉条的实时直径；vs为聚合物拉条的实时线速度；M为熔融聚合物的熔体质量流率；Q为熔融聚合物的熔体容积流率；
S2:获取毛细管口模管壁处的剪切应力，获取公式为：
Figure BDA0003754955080000022
式中，R为毛细管口模的半径；ΔP为毛细管口模入口处的实时压力值；L为毛细管口模的长度；τw为毛细管口模管壁处的剪切应力；
S3:根据熔融聚合物的熔体容积流率获取毛细管口模管壁处的剪切速率，获取公式为：
Figure BDA0003754955080000023
式中，γw为毛细管口模管壁处的剪切速率；
S4：根据毛细管口模管壁处的剪切应力与剪切速率获取熔融聚合物的表现黏度，获取公式为：
Figure BDA0003754955080000031
式中，ηa为熔融聚合物的表现黏度。
进一步地，所述表现黏度检测系统还包括：
预警模块，用于在熔融聚合物的表现黏度大于设定上限值或者小于设定下限值时，进行预警。
进一步地，所述线速测量仪与测径仪均设置在切粒机入口处。
进一步地，所述表现黏度检测系统还包括温控系统，其具体包括：
设置在料筒上的加热套，用于对料筒中的熔融聚合物进行加热；
设置在毛细管口模上的热电偶，用于检测料筒内熔融聚合物的实时温度；
与加热套、热电偶通信连接的温度控制器，用于根据热电偶检测到的实时温度控制加热套，以使料筒中熔融聚合物的温度保持在预设范围内。
进一步地，所述线速测量仪为接触式线速度测量仪，其测速范围为：0.1至4m/s。
进一步地，所述测径仪为激光测径仪，其测量范围为1至40mm，测量精度为±0.002mm。
进一步地，所述压力传感器的压力范围为0至50kpa，精度为±0.001kpa。
进一步地，所述料筒由304不锈钢制成。
进一步地，所述毛细管口模由碳化钨或硬化钢制成。
与现有技术相比，本发明至少含有以下有益效果：
(1)本发明通过在螺杆挤出机模头上设置具有毛细管口模的料筒，并在料筒上设置压力传感器，以获取在料筒中的熔融聚合物达到设定温度并通过毛细管口模输出至冷却槽的过程中，毛细管口模入口处的实时压力值；通过线速测量仪获取在熔融聚合物输出至冷却槽冷却后形成聚合物拉条，并将其牵引至切粒机进行切粒后，切粒过程中聚合物拉条的实时线速度；通过测径仪获取将聚合物拉条牵引至切粒机进行切粒后，切粒过程中聚合物拉条的实时直径；根据实时压力值、以及实时压力值对应时刻下的实时线速度与实时直径获取各时刻下(各时刻下体现出了测量的连续性)熔融聚合物的表现黏度，其解决了不能在生成成品的时候实时并连续的测量出生产线产品连续性表现黏度的问题，完全避免了现有技术中测试延迟性、离线测试所导致的不良品问题；
(2)本发明直接在螺杆挤出机模头上设置具有毛细管口模的料筒，并在生产成品的过程中利用线速测量仪、测径仪以及料筒上设置的压力传感器获取各时刻下熔融聚合物的表现黏度，相对现有技术中通过单独的测量装置对生成后的成品进行测量，节省了大量的测量成本；
(3)本发明通过线速测量仪获取的实时线速度与测径仪获取的实时直径，获取熔融聚合物的熔体容积流率；通过熔体容积流率获取毛细管口模管壁处的剪切速率；通过压力传感器获取的毛细管口模入口处的实时压力值，获取毛细管口模管壁处的剪切应力；并通过剪切速率与剪切应力获取熔融聚合物的表现黏度，其计算方式简单，实现了实时并连续的在线测量，在产品的表现黏度存在问题时，可及时的发现，避免了产品的大量浪费。
附图说明
图1为螺杆挤出机模头上料筒的结构设置图；
图2为料筒结构设置图的正视图；
图3为线速测量仪与测径仪的安装结构图。
图中：1、料筒；2、毛细管口模；3、压力传感器；4、螺杆挤出机模头；5、热电偶；6、加热套；7、切粒机；8、线速测量仪；9、测径仪；10、聚合物拉条。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一
为了实现在线测量，以在生成成品的时候实时并连续的测量出生产线产品连续性的表现黏度，如图1至图3所示，本发明提出了一种用于聚合物的表现黏度检测系统，包括：
具有毛细管口模的料筒1，如图1所示，其固定并竖直设置在螺杆挤出机模头4上；所述料筒1上设置有压力传感器3，用于获取在料筒中的熔融聚合物达到设定温度并通过毛细管口模2输出至冷却槽的过程中，毛细管口模2入口处的实时压力值；
螺杆挤出机模头包括有单螺杆挤出机与双螺杆挤出机。料筒中的熔融聚合物通过螺杆挤出机挤出毛细管口模。在料筒中的温度未达到设定温度以前，需要用塞块堵住毛细管口模，在温度达到设定值后再移除塞块。
所述压力传感器的压力范围为0至50kpa，精度为±0.001kpa。
料筒应由在温控系统达到最髙温度下时其耐磨损和抗腐蚀性依然稳定的材料制成，比如304不锈钢，料筒的长度在
Figure BDA0003754955080000051
范围内，内径在9.550mm±0.007mm范围内。
所述毛细管口模由碳化钨或硬化钢制成。所述毛细管口模的长度在8.000mm±0.025mm内，其内孔圆而直，内径在2.095mm±0.005mm内。
线速测量仪8，其与计算机模块通信连接，用于获取在熔融聚合物输出至冷却槽冷却后形成聚合物拉条10，并将其牵引至切粒机7进行切粒后，切粒过程中聚合物拉条10的实时线速度；
所述线速测量仪为接触式线速度测量仪，其测速范围为：0.1至4m/s。
测径仪9,其与计算机模块通信连接，用于获取将聚合物拉条10牵引至切粒机7进行切粒后，切粒过程中聚合物拉条10的实时直径；如图3所示，所述线速测量仪8与测径仪9均设置在切粒机7入口处。
所述测径仪为激光测径仪，其测量范围为1至40mm，测量精度为±0.002mm。
本发明直接在螺杆挤出机模头上设置具有毛细管口模的料筒，并在生产成品的过程中利用线速测量仪、测径仪以及料筒上设置的压力传感器获取各时刻下熔融聚合物的表现黏度，相对现有技术中通过单独的测量装置对生成后的成品进行测量，节省了大量的测量成本。
计算机模块，用于根据实时压力值、以及实时压力值对应时刻下的实时线速度与实时直径获取各时刻下熔融聚合物的表现黏度，通过各时刻下熔融聚合物的表现黏度形成在线检测数据流(连续表现黏度曲线)，实现了表现黏度的实时与连续检测，避免了不良品的产生。
所述计算机模块中，获取熔融聚合物表现黏度的具体步骤包括：
S1:根据实时线速度与实时直径获取熔融聚合物的熔体容积流率，获取公式为：
Figure BDA0003754955080000061
式中，ρm为熔融聚合物的熔体密度；ρs为冷却后的熔融聚合物中粒子的密度；Ds为聚合物拉条的实时直径；vs为聚合物拉条的实时线速度；M为熔融聚合物的熔体质量流率；Q为熔融聚合物的熔体容积流率；
S2:获取毛细管口模管壁处的剪切应力，获取公式为：
Figure BDA0003754955080000062
式中，R为毛细管口模的半径；ΔP为毛细管口模入口处的实时压力值(即相对于大气的压差)；L为毛细管口模的长度；τw为毛细管口模管壁处的剪切应力；
S3:根据熔融聚合物的熔体容积流率获取毛细管口模管壁处的剪切速率，获取公式为：
Figure BDA0003754955080000063
式中，γw为毛细管口模管壁处的剪切速率；
S4：根据毛细管口模管壁处的剪切应力与剪切速率获取熔融聚合物的表现黏度，获取公式为：
Figure BDA0003754955080000071
式中，ηa为熔融聚合物的表现黏度。
本发明通过线速测量仪获取的实时线速度与测径仪获取的实时直径，获取熔融聚合物的熔体容积流率；通过熔体容积流率获取毛细管口模管壁处的剪切速率；通过压力传感器获取的毛细管口模入口处的实时压力值，获取毛细管口模管壁处的剪切应力；并通过剪切速率与剪切应力获取熔融聚合物的表现黏度，其计算方式简单，实现了实时并连续的在线测量，在产品的表现黏度存在问题时，可及时的发现，避免了产品的大量浪费。
所述表现黏度检测系统还包括：
预警模块，用于在熔融聚合物的表现黏度大于设定上限值或者小于设定下限值时，进行预警。避免了不良品的大量产出。
所述表现黏度检测系统还包括温控系统，其具体包括：
设置在料筒1上的加热套6，用于对料筒1中的熔融聚合物进行加热；
设置在毛细管口模2上(或料筒1上)的热电偶5，用于检测料筒内熔融聚合物的实时温度；
与加热套6、热电偶5通信连接的温度控制器，用于根据热电偶5检测到的实时温度控制加热套6，以使料筒1中熔融聚合物的温度保持在预设范围内。
本发明通过在螺杆挤出机模头上设置具有毛细管口模的料筒，并在料筒上设置压力传感器，以获取在料筒中的熔融聚合物达到设定温度并通过毛细管口模输出至冷却槽的输出过程中，毛细管口模入口处的实时压力值；通过线速测量仪获取在熔融聚合物输出至冷却槽冷却后形成聚合物拉条，并将其牵引至切粒机进行切粒后，切粒过程中聚合物拉条的实时线速度；通过测径仪获取将聚合物拉条牵引至切粒机进行切粒后，切粒过程中聚合物拉条的实时直径；根据实时压力值、以及实时压力值对应时刻下的实时线速度与实时直径获取各时刻下(各时刻下体现出了测量的连续性)熔融聚合物的表现黏度，其解决了不能在生成成品的时候实时并连续的测量出生产线产品连续性表现黏度的问题，完全避免了现有技术中测试延迟性、离线测试所导致的不良品问题。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”、“一”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于聚合物的表现黏度检测系统，其特征在于，包括：
具有毛细管口模的料筒，设置在螺杆挤出机模头上；所述料筒上设置有压力传感器，用于获取在料筒中的熔融聚合物达到设定温度并通过毛细管口模输出至冷却槽的过程中，毛细管口模入口处的实时压力值；
线速测量仪，用于获取在熔融聚合物输出至冷却槽冷却后形成聚合物拉条，并将其牵引至切粒机进行切粒后，切粒过程中聚合物拉条的实时线速度；
测径仪,用于获取将聚合物拉条牵引至切粒机进行切粒后，切粒过程中聚合物拉条的实时直径；
计算机模块，用于根据实时压力值、以及实时压力值对应时刻下的实时线速度与实时直径获取各时刻下熔融聚合物的表现黏度。
2.根据权利要求1所述的一种用于聚合物的表现黏度检测系统，其特征在于，所述计算机模块中，获取熔融聚合物表现黏度的具体步骤包括：
S1:根据实时线速度与实时直径获取熔融聚合物的熔体容积流率，获取公式为：
Figure FDA0003754955070000011
式中，ρm为熔融聚合物的熔体密度；ρs为冷却后的熔融聚合物中粒子的密度；Ds为聚合物拉条的实时直径；vs为聚合物拉条的实时线速度；M为熔融聚合物的熔体质量流率；Q为熔融聚合物的熔体容积流率；
S2:获取毛细管口模管壁处的剪切应力，获取公式为：
Figure FDA0003754955070000012
式中，R为毛细管口模的半径；ΔP为毛细管口模入口处的实时压力值；L为毛细管口模的长度；τw为毛细管口模管壁处的剪切应力；
S3:根据熔融聚合物的熔体容积流率获取毛细管口模管壁处的剪切速率，获取公式为：
Figure FDA0003754955070000021
式中，γw为毛细管口模管壁处的剪切速率；
S4：根据毛细管口模管壁处的剪切应力与剪切速率获取熔融聚合物的表现黏度，获取公式为：
Figure FDA0003754955070000022
式中，ηa为熔融聚合物的表现黏度。
3.根据权利要求2所述的一种用于聚合物的表现黏度检测系统，其特征在于，所述表现黏度检测系统还包括：
预警模块，用于在熔融聚合物的表现黏度大于设定上限值或者小于设定下限值时，进行预警。
4.根据权利要求1所述的一种用于聚合物的表现黏度检测系统，其特征在于，所述线速测量仪与测径仪均设置在切粒机入口处。
5.根据权利要求1所述的一种用于聚合物的表现黏度检测系统，其特征在于，所述表现黏度检测系统还包括温控系统，其具体包括：
设置在料筒上的加热套，用于对料筒中的熔融聚合物进行加热；
设置在毛细管口模上的热电偶，用于检测料筒内熔融聚合物的实时温度；
与加热套、热电偶通信连接的温度控制器，用于根据热电偶检测到的实时温度控制加热套，以使料筒中熔融聚合物的温度保持在预设范围内。
6.根据权利要求1所述的一种用于聚合物的表现黏度检测系统，其特征在于，所述线速测量仪为接触式线速度测量仪，其测速范围为：0.1至4m/s。
7.根据权利要求1所述的一种用于聚合物的表现黏度检测系统，其特征在于，所述测径仪为激光测径仪，其测量范围为1至40mm，测量精度为±0.002mm。
8.根据权利要求1所述的一种用于聚合物的表现黏度检测系统，其特征在于，所述压力传感器的压力范围为0至50kpa，精度为±0.001kpa。
9.根据权利要求1所述的一种用于聚合物的表现黏度检测系统，其特征在于，所述料筒由304不锈钢制成。
10.根据权利要求1所述的一种用于聚合物的表现黏度检测系统，其特征在于，所述毛细管口模由碳化钨或硬化钢制成。
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