CN1475793A - 超声波振动场狭缝流小角激光光散射实时观测系统 - Google Patents

超声波振动场狭缝流小角激光光散射实时观测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超声波振动场狭缝流小角激光光散射实时观测系统。包括外绕有加热线圈下部开有狭缝流道、上部开有装物料容腔的模具，在物料容腔底部的外侧面装有温度传感器，容腔内的柱塞杆上装有位移传感器，与狭缝流道长边相垂直的上、下部位，分别连接有超声波发生装置和激光器，光电探测器接放大器，加热线圈和温度传感器接控温系统；放大器、控温系统、位移传感器分别与微机处理系统连接。本发明它与单一外场相比，多种外场的组合产生协同场效应，可有效加速高分子材料结构弛豫过程，即有利于材料结构与性能达到稳定。在模拟平板流模型的基础上，实现了聚合物形态结构的实时观察，建立了聚合物凝聚态结构与外场之间的关系。

Description

超声波振动场狭缝流小角激光光散射实时观测系统
                         技术领域
本发明涉及借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料的系统，尤其涉及一种超声波振动场狭缝流小角激光光散射实时观测系统。
                         背景技术
近年来针对熔体振动成型技术这一种新兴的聚合物成型加工方法，国内外学者进行了大量深入细致的研究工作，并取得了许多令人欣喜的成果。为了研究振动场对聚合物形态的影响，一些专利技术如振动毛细管流变仪，将低频机械振动加在压杆上，通过压杆传递给熔体，来研究振动对熔体流变性能的影响。这类专利能够反映振动与熔体粘度的关系，但却不能反映振动对熔体形态结构的影响。而且在这类专利中加在压杆方向的振动存在衰减，压杆越长衰减越严重，压杆与料筒壁间配合精度越高，损耗也越大。此外如要对挤出的熔体进行其它表征，需重新制样，这使得熔体的热历史发生改变，导致所测结果不具有真实性和实时性。
                         发明内容
本发明的目的在于提供一种超声波振动场狭缝流小角激光光散射实时观测系统，在狭缝流挤出装置基础上添加超声波振动场，并与小角激光光散射装置相连，实现振动条件下高分子材料结构变化的实时观察。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
它包括：外绕有加热线圈下部开有狭缝流道、上部开有装物料容腔的模具，模具由左模具、夹层和右模具组装而成，夹层的厚度与狭缝流道的厚度一致，容腔底部外侧面装有温度传感器，装物料容腔内装有柱塞杆，柱塞杆上方装有配备位移传感器的加压控制系统，在与模具狭缝流道长边相垂直的上、下部位，分别装有超声波发生装置和激光器，激光器与光电探测器相对应，光电探测器接放大器，加热线圈和温度传感器接控温系统，放大器、控温系统、位移传感器分别与微机处理系统连接。
利用超声波实现聚合物熔体的高频振动，同时考虑到现有关于振动场的研究多集中于圆型流道状况，因此本发明采用狭缝流道模拟平板流模型以求探索一种新的力场方式并力求实现与狭缝流相似的高分子材料成型加工技术。为了有效、实时观察聚合物形态的变化，将超声振动狭缝挤出装置与先进的小角激光光散射装置连接，通过测定光强的变化，来反映聚合物结构的变化。
本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：它与单一外场相比，多种外场(温度场、力场、超声波场等)的组合产生协同场效应，可有效加速高分子材料结构弛豫过程，即有利于材料结构与性能达到稳定。在模拟平板流模型的基础上，实现了聚合物形态结构的实时观察，建立了聚合物凝聚态结构与外场之间的关系。同时，高频振动场是对高分子凝聚态物理及相关学科领域的研究内容的有益补充，丰富了聚合物加工理论，并为新的成型加工方法的形成奠定了理论基础。
                         附图说明
图1是本发明的结构原理示意图；
图2是本发明图1的俯视图。
                       具体实施方式
如图1、图2所示，它包括：外绕有加热线圈下部开有狭缝流道3、上部开有装物料容腔2的模具6，模具6由左模具7、夹层8和右模具9组装而成，夹层8的厚度与狭缝流道3的厚度一致，容腔2底部外侧面装有温度传感器5，装物料容腔2内装有柱塞杆1，柱塞杆1上方装有配备位移传感器4的加压控制系统A，在与模具6狭缝流道3长边相垂直的上、下部位，分别装有超声波发生装置B和激光器C，激光器C与光电探测器D相对应，光电探测器D接放大器E，加热线圈和温度传感器接控温系统F，放大器E、控温系统F、位移传感器4分别与微机处理系统G连接。
本发明的工作过程如下：
A为加压控制系统，与柱塞杆1连接，当加压时，柱塞杆1向下移动，其下降位移量可由连接在加压控制系统A上的位移传感器4测量.F为温度控制系统，连接有温度传感器5，可进行升温、降温或恒温的控制。B为超声波发生装置，由超声波发生器和变幅杆组成，变幅杆与模具间由螺丝紧密连接。C为激光器，其发射的激光经石英视窗照射在聚合物熔体上，经聚合物熔体的散射光由光电探测器D接收，信号经放大器E放大后传送给微机处理系统G进行数据分析。另外温度控制系统F测量的温度信号和位移传感器4测量的位移信号都传送给微机处理系统G进行分析。
其中加压控制系统A是采用杠杆加压，狭缝流道是由三部分组装而成，俯视图如图2所示，正是这种组装的特点只要将中间夹层用其它厚度的夹层替代就可以进行不同厚度样品的散射实验，另外由于模具可组装，因此也可用模压成型的样条来进行实验，甚至可以进行薄膜的实验。超声波发生装置频率为20KHz，功率为100W可调，也可根据需要更换不同频率和功率的超声波发生装置。温度控制系统F主要由智能控温仪和温度传感器以及高功率加热线圈组成，测定温度值可传送给微机记录处理。激光器C产生的激光通过石英视窗照在样品上，当样品相形态发生变化时，散射光光强会发生变化，这种变化可由光电探测器D接收，经放大器E放大后传送给微机处理系统G处理，因此可以实现样品形态的实时观察。另外位移传感器接收的位移信号也可以传送给微机处理系统G，可能获得振动对熔体流量的影响，从而获得关于粘度的信息。
实验时，根据实验要求通过温度控制系统F设定温度程序，到达指定温度后将柱塞杆1取出，放入物料，再将柱塞杆1放回，静置几分钟待物料熔融。打开激光器C，调节光路。打开微机处理系统G。先将熔融物料压实，再将加压控制系统A与柱塞杆1连接，压力大小由加压控制系统A控制。加压后物料由狭缝流道3挤出，如物料均匀散射光强变化均匀，如物料相态发生变化则散射光光强发生变化。位移，温度及光强值随时间的变化可由微机处理系统G记录处理。在观察超声波对熔体形态影响的实验中，可在实验程序设定时刻打开超声波发生器。该实验还可以与空白实验进行对比实验。

Claims (1)

1.一种超声波振动场狭缝流小角激光光散射实时观测系统，其特征在于它包括：外绕有加热线圈下部开有狭缝流道(3)、上部开有装物料容腔(2)的模具(6)，模具(6)由左模具(7)、夹层(8)和右模具(9)组装而成，夹层(8)的厚度与狭缝流道(3)的厚度一致，容腔(2)底部外侧面装有温度传感器(5)，装物料容腔(2)内装有柱塞杆(1)，柱塞杆(1)上方装有配备位移传感器(4)的加压控制系统(A)，在与模具(6)狭缝流道(3)长边相垂直的上、下部位，分别装有超声波发生装置(B)和激光器(C)，激光器(C)与光电探测器(D)相对应，光电探测器(D)接放大器(E)，加热线圈和温度传感器(5)接控温系统(F)，放大器(E)、控温系统(F)、位移传感器(4)分别与微机处理系统(G)连接。
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