CN201145689Y - 一种小型高分子材料成型及流动性测试设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集熔融指数测试、螺线流动长度测试以及高分子模压成型于一身的小型设备。本设备主要由三部分组成，其主体部分为程序控温小型热压机(1)，另外配备可独立拆装的程序控温进料系统(2)和螺旋线模具(3)。当用来热压成型试样时，只利用主体部分程序控温小型热压机即可；当用来测试熔融指数时，需用程序控温小型热压机和程序控温进料系统；当用来测试聚合物的螺线流动长度时，需使用整台设备才能完成。本设备的优点在于：集熔融指数仪、螺线流动长度测试仪以及热压机的功能于一身，克服了上述三种仪器设备功能单一，使用效率低的缺点；并且体积小，使用方便；控温精度高，加热速率快，最高加热温度可达450℃。

Description

一种小型高分子材料成型及流动性测试设备

技术领域

本实用新型涉及一种高分子成型及测试设备，特别是一种小型熔融指数测试-螺线流动长度测试-高分子模压成型一体化设备。

背景技术

高分子科学是一门具有宽广研究领域的学科，其中高分子材料的加工成型及高分子结构与性能的研究是其重要的两个分支。高分子材料的熔融指数和螺线流动长度是表征其可挤出性和可模塑性的重要的指标，特别是对于注射、模压和挤出成型是非常重要的物性参数，所以在工业生产中被广泛使用。熔融指数一般在熔融指数仪上测定，其结构主要由控温系统、料筒、柱塞及砝码组成；其原理是：在一定温度和压力下，将热塑性高聚物从规定长度和直径的口模中挤出，记录其在规定时间(10min)内流出的质量。

螺线流动长度可以用来表征高分子材料的充模流动性，它不仅适用于热塑性高分子，也适用于热固性高分子。其大小对于高聚物的注塑成型具有很强的指导意义，可据此来调节并确定最佳的成型温度、成型压力等工艺参数。螺线流动长度一般使用阿基米德螺线模具测定。其结构主要是在平板上的阿基米德螺线形凹槽，凹槽形状一般为半圆形或正方形。测试方法一般是将一定温度的高聚物流体，在一定的压力下压入温度一定的螺线模具凹槽中，直至物料在此压力下流不动为止，最后，测试流入模具中的物料的长度。流动长度越大说明其充模流动性越好，其大小一般于物料温度、模具温度、充模压力及浇口大小有关。

高分子材料结构与性能的研究过程中，通常需要测试材料的力学(拉伸强度、弯曲强度、冲击强度及硬度等)、热力学(DMTA)、光学(结晶形态、透光率、折射率等)、电学(体积电导率、表面电阻等)及磁学(磁致应变)等物理性能。这些测试都离不开具有一定形状和尺寸的试样的制备，并且所需试样的尺寸一般都很小。例如，测试塑料的弯曲强度时，所需试样为80mm×10mm×4mm的长条状；用高阻计测试高分子材料的体积电阻率时，所需试样为直径为10mm的圆片状。这些试样的制备传统上是在注塑机或大型热压硫化机上采用注塑或模压的方法成型。但用这种大型设备来制备数量少、尺寸小的试样，显然具有成本高、占地大、浪费能源和操作不便等缺点。特别是对于实验室研究来说，这种制备试样的方法显然具有其局限性。因此，目前人们开发出小型热压机来制备高分子测试试样。例如，专利CN 1603779A中公开了一种热塑性高分子材料的膜/片检测试样热压机。其优点在于整体结构简洁合理，便于维修，制样适用性好，可满足偏光显微镜、相差显微镜、锥板流变仪和动态接触角测定仪等仪器，以及进行光散射、X射线衍射(XRD)和动态粘弹分析(DMA)等研究时的要求。但其只能用于制备膜或片状试样。

由以上可以看出，高聚物熔融指数的测定、螺线流动长度的测定以及测试试样的制备是目前高分子材料生产及研究过程中最常见的三个方面，但其测试或制备却是在三种不同的设备上进行的。因此，存在着设备投资大、使用效率低，操作复杂、使用不便等缺点。

发明内容

为了克服现有高分子材料研究过程中，设备投资大、使用效率低，操作复杂、使用不便的缺点，本实用新型提供了一种集熔融指数测试、螺线流动长度测试以及试样制备于一身的小型设备。

本设备主要由三部分组成，其主体部分为程序控温小型热压机(1)(见图1)，另外配备可独立拆装的程序控温进料系统(2)(见图3)和螺旋线模具(3)(见图4)。当用来热压成型试样时可将程序控温进料系统(2)和螺旋线模具(3)拆下，只利用主体部分程序控温小型热压机(1)即可；当用来测试聚合物的熔融指数时，可将螺旋线模具(3)拆下，只用程序控温小型热压机(1)和程序控温进料系统(2)(见图5)；当用来测试聚合物的螺线流动长度时，则需使用整台设备才能完成(见图6)。

程序控温小型热压机(1)主要由压机底板(4)、手动液压千斤顶(5)、液压表(6)、下压板(7)、上压板(8)、下隔热层(9)、上隔热层(10)、下加热板(11)、上加热板(12)、立柱(13)、线形轴承(14)、压机控温仪(15)、上加热板控温表(16)、下加热板控温表(17)、上加热开关(18)、下加热开关(19)及压机底脚(20)组成，如图1所示，其长、宽、高分别小于42cm、20cm、45cm。手动液压千斤顶(5)安装在压机底板(4)上，并在其底部安装液压表(6)用于读取压力值。两根立柱(13)利用螺母固定在压机底板(4)上。下压板(7)的两侧安装有两个线形轴承(14)，中部固定有下隔热层(9)和下加热板(11)。下压板(7)、线形轴承(14)、下隔热层(9)和下加热板(11)作为一个整体，可以沿立柱(13)上下自由运动。立柱(13)的顶端固定有上压板(8)。上隔热层(10)和上加热板(12)通过螺栓固定在上压板(8)上。上压板(8)、上隔热层(10)和上加热板(12)的中心各有一个直径为10mm的圆孔用于放置浇口(26)。上加热板(12)和下加热板(11)的温度分别通过上加热板控温表(16)、下加热板控温表(17)控制，是否加热则通过上加热开关(18)和下加热开关(19)控制。

程序控温进料系统(2)主要由保温筒(21)、料筒(22)、柱塞(23)、砝码(24)、料筒阀(25)、浇口(26)、口模(27)、温度传感器(28)及保温筒控温仪(29)组成，如图1所示。其中料筒(22)置于保温筒(21)中心的通孔中，在底部通过料筒阀(25)与浇口(26)相连。保温筒(21)的温度通过温度传感器(28)采集到保温筒控温仪(29)，并对其温度进行实时控制。

在测试熔融指数时，程序控温进料系统(2)与程序控温小型热压机(1)的装配方式如图5所示，其中口模(27)可通过螺纹与浇口(26)相连，其直径为2.095mm、长度为8mm，符合熔融指数测试标准。当用于测试螺线流动长度时，可将连接在浇口(26)底部的口模(27)旋下，换为螺线模具(3)，其装配方式如图6所示。螺旋线模具(3)由螺线模具上模板(30)和螺线模具下模板(31)组成，如图4所示。螺线模具上模板(30)中心有可与浇口(26)相连的螺孔(32)，其两侧各有一个定位孔(33)；螺线模具下模板(31)开有螺线凹槽(34)，两侧设有定位销(35)用于和螺线模具上模板(30)装配定位。测试时用手动液压千斤顶(5)将下压板(7)升起，将螺线模具上模板(30)和螺线模具下模板(31)压紧，使液压表(6)示数在4～8MPa之间。

本设备的优点在于：

第一，集熔融指数仪、螺线流动长度测试仪以及热压机的功能于一身，只需经过简单的拆装，就能够满足熔融指数测试、螺线流动长度测试以及试样制备三种不同的要求。克服了上述三种仪器设备功能单一，使用效率低的缺点。

第二，与传统的注塑机和热压硫化机相比，本设备体积小，占地面积少，使用方便，特别适用于实验室等空间狭小的场所进行高分子材料的制备与研究。

第三，本设备采用智能控温表控制加热，控温精度高(±1℃)，加热速率快(最高可达30℃/min)，最高加热温度可达450℃，可用于模压成型聚酰亚胺(PI)和聚醚醚酮(PEEK)等玻璃化温度较高的高分子材料。

附图说明

图1程序控温小型热压机主视图

图2程序控温小型热压机左视图

图3程序控温进料系统

图4螺旋线模具上、下模板主视图

图5测试熔融指数时设备装配示意图

图6测试螺线流动长度时设备装配示意图

1、程序控温小型热压机 2、程序控温进料系统 3、螺线模具 4、压机底板5、手动液压千斤顶 6、液压表 7、下压板 8、上压板 9、下隔热层 10、上隔热层11、下加热板 12、上加热板 13、立柱 14、线形轴承 15、压机控温仪 16、上加热板控温表17、下加热板控温表 18、上加热开关 19、下加热开关 20、压机底脚 21、保温筒22、料筒 23、柱塞 24、砝码 25、料筒阀 26、浇口 27、口模 28、温度传感器29、保温筒控温仪 30、螺线模具上模板 31、螺线模具下模板32螺孔 33、定位孔34、螺线凹槽 35、定位销 36、浇口置孔

具体实施方式

实施例一(试样制备)

利用本设备可以模压成型绝大多数热塑性及热固性高分子材料，模压成型试样时，只需利用设备的程序控温小型热压机(1)部分。下面以聚醚醚酮粉料和碳纳米管混合物模压成型聚醚醚酮导电复合材料为例说明设备使用方法。

首先，取10g聚醚醚酮粉料和0.5g碳纳米管混合均匀，然后，取3g混合物料放入圆片试样模压成型模具中。将模具放在下加热板(11)的中部，用手动液压千斤顶(5)将模具升高至上加热板(12)接触，然后缓慢加压至液压表(6)示数为6MPa。然后接通压机控温仪(15)电源，将上加热板控温表(16)和下加热板控温表(17)设定为340℃。打开上加热开关(18)和下加热开关(19)，使下加热板(11)和上加热板(12)升温至340℃，保温保压30min。然后，停止加热让模具缓慢冷却，待降到室温时，卸载压力取出模具，开模即得试样。

实施例二(熔融指数测定)

以聚丙烯熔融指数的测定为例，说明利用本设备测试熔融指数的方法。首先，将本设备按图5方式装配，接通压机控温仪(15)和保温筒控温仪(29)电源，设定上加热板控温表(16)和保温筒控温仪(29)为230℃。然后，打开上加热开关(18)和保温筒控温仪(29)加热开关，分别将上加热板(12)和保温筒(21)加热到设定温度230℃。待温度稳定后，将预热的柱塞(23)取下，确定料筒阀(25)处于关闭状态，在料筒(22)中加入适量的聚丙烯粒料。将柱塞(23)放回料筒内，并压实物料，然后，取总重为2160g的砝码(24)置于柱塞上。打开料筒阀(25)使物料流出少量，接着关闭料筒阀(25)，弃去流出部分。然后，再次打开料筒阀(25)，同时计时，每隔10秒切样一次，10分钟后关闭料筒阀(25)。称量10分钟内聚丙烯流出的总克数，即为熔融指数值。

实施例三(螺线流动长度测定)

以浇注型聚氨酯为例，说明利用本设备测试螺线流动长度时的使用方法。首先，将本设备按图6方式装配，使液压表(6)示数为8MPa。接通压机控温仪(15)和保温筒控温仪(29)电源，设定上加热板控温表(16)和下加热板控温表(17)为120℃，保温筒控温仪(29)为80℃。然后，打开上加热开关(18)、下加热开关(19)和保温筒控温仪(29)加热开关，分别将螺线模具(3)、料筒(22)加热到120℃和80℃。待温度稳定后，将预热的柱塞(23)取下，确定料筒阀(25)处于关闭状态。取聚四氢呋喃醚型预聚体13.27g、MOCA扩链剂融体2.19g在80℃下充分混合，并迅速将适量的混合物倒入料筒(22)中，将柱塞(23)放回料筒内，取总重为875g的砝码(24)置于柱塞上。然后，打开料筒阀(25)，让物料在载荷压力作用下流入螺线模具下模板(31)的螺线凹槽(34)中，直至物料不能在螺线凹槽(34)中流动，即柱塞(23)不再下移为止。关闭保温筒控温仪(29)，将浇口(26)及以上部分拆下并清理。使聚氨酯在温度为120℃的螺线模具(3)中固化60min。关闭压机控温仪(15)，卸载手动液压千斤顶(5)的压力，使下压板(7)降下。待螺线模具(3)降至室温时，开启模具取出螺旋状试样，并测试其长度。

Claims (5)

1、一种小型高分子材料成型及其流动性测试设备，其特征在于：其结构由程序控温小型热压机(1)、程序控温进料系统(2)和螺旋线模具(3)组成；当用于试样制备时，只用设备的主体部分-程序控温小型热压机(1)即可；当用来测试聚合物的熔融指数时，需要程序控温小型热压机(1)和程序控温进料系统(2)之间的合理装配；当用来测试聚合物的螺线流动长度时，则需程序控温小型热压机(1)、程序控温进料系统(2)和螺旋线模具(3)之间的合理装配。

2、根据权利要求1所述的一种小型高分子材料成型及其流动性测试设备，其特征在于：在程序控温小型热压机(1)的上压板(8)、上隔热层(10)及上加热板(12)的中心，设有可以放置浇口(26)的浇口置孔(36)。

3、根据权利要求1所述的一种小型高分子材料成型及其流动性测试设备，其特征在于：在所述的程序控温进料系统(2)上的料筒(22)与浇口(26)之间装有可以控制物料流动的料筒阀(25)。

4、根据权利要求1所述的一种小型高分子材料成型及其流动性测试设备，其特征在于：所述的程序控温小型热压机(1)和程序控温进料系统(2)之间的合理装配是指：程序控温进料系统(2)的料筒部分，通过浇口(26)置于浇口置孔(36)中，然后在浇口(26)底部旋入口模(27)，实现程序控温小型热压机(1)和程序控温进料系统(2)的连接，满足熔融指数测试的要求。

5、根据权利要求1所述的一种小型高分子材料成型及其流动性测试设备，其特征在于：所述的程序控温小型热压机(1)、程序控温进料系统(2)和螺旋线模具(3)之间的合理装配是指：程序控温进料系统(2)的料筒部分，通过浇口(26)置于浇口置孔(36)中，然后把浇口(26)底部旋入螺线模具上模板(30)中心的螺孔(32)中，满足螺线长度测试的要求。

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