CN204008323U - 一种温控高速大应变薄膜双向拉伸装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种温控高速大应变薄膜双向拉伸装置，伺服电机驱动四根“井”字型导轨运动，通过剪叉式机构对薄膜样品实施拉伸。高压气动夹具完成样品快速装夹并能够实现压力补偿。两个独立的温度控制炉分别用于装置的预热及样品的拉伸。采用热风循环系统既能实现控制炉的快速升温，又能保证腔体温度均匀性。两个拉伸方向均安装拉力传感器，用于采集薄膜拉伸过程中的应力-应变信息。伺服电机驱动滚珠丝杠使得拉伸部分在不同工位间切换。本实用新型可实现双向同步拉伸、双向异步拉伸、受限单向拉伸、不受限单向拉伸，是模拟工业薄膜拉伸加工、建立加工工艺参数与薄膜结构性能关系的一种非常好的装置。

Description

一种温控高速大应变薄膜双向拉伸装置

技术领域

本实用新型涉及高分子薄膜拉伸加工中加工条件与薄膜结构演化关系的技术，具体涉及一种温控高速大应变薄膜双向拉伸装置。

背景技术

高分子薄膜的最终性能强烈依赖于加工方法和工艺条件。相同高分子，不同加工方法如吹膜、流延、拉伸，生产出性能迥异的薄膜。拉伸薄膜如双向拉伸聚丙烯(BOPP)和聚酯(BOPET)具有强度高、透光性强、空气和水分阻隔性好、尺寸稳定性优异等特点，因此拉伸成为高性能薄膜加工的主流发展方向。然而薄膜拉伸加工工业仍然存在较大问题，如作为高分子薄膜最重要、所占份额最多的原料聚乙烯(PE)，全球至今却还没有成熟的双向拉伸技术(BOPE)。在能源材料领域，如何提高电容器薄膜表面电荷密度、如何制备高效安全的微孔电池膜等都是工业界急需解决的问题。

工业问题的背后实际是薄膜拉伸加工的科学问题，可以总结为以下三点：(i)高速拉伸中结构流体的非线性流变；(ii)拉伸流动诱导高分子构象有序和结晶；(iii)后拉伸中晶体形变、取向和破坏。解决这些问题需要大量的前期探索，显然，研制模拟工业薄膜拉伸加工的实验装置对探究高分子薄膜拉伸加工中的物理问题，制备高性能薄膜具有重要意义。

综上所述，模拟薄膜工业拉伸加工的温控高速大应变薄膜双向拉伸装置需要具有以下几方面的特点：1、拉伸方式可以模拟工业上所有薄膜拉伸加工方法：单向受限、单向不受限、双向同步、双向异步拉伸；2、温度控制均匀，且能够实现预热、拉伸和薄膜退火过程；3、不同的高分子材料，工业加工的温度、速率及拉伸比不同，装置的温度、拉伸比及拉伸速率应连续可调；4、拉伸过程中能够采集两个方向的应力应变信息，跟踪外场的作用及样品的响应。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种温控高速大应变薄膜双向拉伸装置。该拉伸装置具有拉伸方式可以选择为工业上所有薄膜拉伸方式；拉伸速率及拉伸比连续可调；样品温度控制精确且能够实现预热、拉伸和热定型过程；拉力量程范围大，双向拉伸时可以同时采集两个方向的应力应变信息。

本实用新型采用的技术方案为：一种温控高速大应变薄膜双向拉伸装置，包括高精度伺服电机，“井”字形导轨，剪叉式机构，高压气动夹具，拉力传感器，预热炉，拉伸炉，高精度滚珠丝杠，“风琴式”防护罩，应变、拉伸速度控制系统，以及热风循环系统，其中：高精度伺服电机驱动“井”字形导轨独立运动，使得剪叉式机构完成伸缩运动，剪叉式机构通过多个高压气动夹具，实现对薄膜样品的拉伸，拉伸过程中，拉力传感器跟踪两个方向拉力变化，应变、拉伸速度控制系统对伺服电机的控制和拉力传感器信号采集进行集成，能够进行同步控制与数据采集，拉力传感器的拉力数据采集使用美国国家仪器公司生产的NI-USB6008数据采集卡，高精度滚珠丝杠驱动该拉伸装置的拉伸部分在预热炉和拉伸炉间转换，“风琴式”防护罩用于炉体侧面密封，既起到密封加热腔体作用，又不占据空间，应变、拉伸速度控制系统连接高精度伺服电机和拉力传感器，高精度伺服电机通过传动机构连接“井”字形导轨，剪叉式机构，高压气动夹具，热风循环系统与预热炉，拉伸炉连接并独立控制其温度。

进一步的，高精度伺服电机型号为：SGMGV-09ADC61。

本实用新型与常用的拉伸装置相比创新点主要有：

1、本实用新型采用相互垂直的“井”字形导轨，大大减小了装置厚度方向的尺寸。

2、本实用新型高压气动夹具安装在微型耐高温直线导轨上，保证拉伸过程中稳定运行。

3、本实用新型采用“风琴式”防护罩，既起到密封腔体作用，又不占据空间。

4、本实用新型采用工业热风机能实现加热腔体的快速升温和温度的精确控制。

5、本实用新型拉伸速率及拉伸比连续可调，且控制精确。

6、本实用新型可实时精确采集两个方向拉力数据。

7、本实用新型可以针对不同的高分子薄膜材料，进行参数设定，对揭示高分子薄膜拉伸的科学问题具有普适性。

8、本实用新型的应用前景：1)与广角、小角X射线散射装置联用，系统地研究高分子薄膜拉伸过程中的基础科学问题；2)模拟工业薄膜拉伸加工条件，揭示薄膜拉伸加工中结构演化行为与加工性能和最终使用性能的关系，对薄膜工业加工有启示作用。

附图说明

图1是本实用新型所述温控高速大应变薄膜双向拉伸装置的结构示意图；图中1为高精度伺服电机，2为“井”字形导轨，3为剪叉式机构，4为高压气动夹具，5为拉力传感器，6为薄膜样品，7为预热炉，8为拉伸炉，9为高精度滚珠丝杠，10为“风琴式”防护罩，11为应变、拉伸速度控制系统，12为热风循环系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明书本发明。

一种温控高速大应变薄膜双向拉伸装置，参见附图1，包括高精度伺服电机1，“井”字形导轨2，剪叉式机构3，高压气动夹具4，拉力传感器5，薄膜样品6，预热炉7，拉伸炉8，高精度滚珠丝杠9，“风琴式”防护罩10，应变、拉伸速度控制系统11，热风循环系统12；高精度伺服电机1驱动“井”字形导轨2独立运动，使得剪叉式机构3完成伸缩运动，剪叉式机构3通过多个高压气动夹具4，实现对薄膜样品6的拉伸，拉伸方式可以选择为单向或双向拉伸，运行速度连续可调，能够很好地配合不同材料对拉伸速度的响应，拉伸过程中，拉力传感器5跟踪两个方向拉力变化，应变、拉伸速度控制系统11对伺服电机1的控制和拉力传感器5信号采集进行集成，能够进行同步控制与数据采集，拉力传感器5拉力数据采集使用美国国家仪器公司生产的NI-USB6008数据采集卡，采样率为10 ks/s，而在实验过程中一般采用1ks/s的采样率，这种高速采集数据对于这种拉伸薄膜材料是非常重要的。既实现了拉力采集时间分辨达到1毫秒，同时也避免了过多的数据点带来的处理数据复杂度。高精度滚珠丝杠9驱动该拉伸装置的拉伸部分在预热炉7和拉伸炉8间转换，“风琴式”防护罩10用于炉体侧面密封，既起到密封加热腔体作用，又不占据空间，热风循环系统能完成加热腔体的快速升温过程，同时保证加热腔体的温度均匀性。高精度伺服电机1选择SGMGV-09ADC61，其编码器分辨率高达106个脉冲/转。

本实用新型未详细阐述的部分属于本领域公知技术。

尽管上面对本实用新型说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

Claims (2)

1.一种温控高速大应变薄膜双向拉伸装置，其特征在于：包括高精度伺服电机(1)，“井”字形导轨(2)，剪叉式机构(3)，高压气动夹具(4)，拉力传感器(5)，预热炉(7)，拉伸炉(8)，高精度滚珠丝杠(9)，“风琴式”防护罩(10)，应变、拉伸速度控制系统(11)和热风循环系统(12)，其中：高精度伺服电机(1)驱动“井”字形导轨(2)独立运动，使得剪叉式机构(3)完成伸缩运动，剪叉式机构(3)通过多个高压气动夹具(4)，实现对薄膜样品(6)的拉伸，拉伸过程中，拉力传感器(5)跟踪两个方向拉力变化，应变、拉伸速度控制系统(11)对伺服电机的控制和拉力传感器信号采集进行集成，能够进行同步控制与数据采集，拉力传感器(5)的拉力数据采集使用美国国家仪器公司生产的NI-USB6008数据采集卡，高精度滚珠丝杠(9)驱动该拉伸装置的拉伸部分在预热炉(7)和拉伸炉(8)间转换，“风琴式”防护罩(10)用于炉体侧面密封，既起到密封加热腔体作用，又不占据空间，应变、拉伸速度控制系统(11)连接高精度伺服电机(1)和拉力传感器(5)，高精度伺服电机(1)通过传动机构连接“井”字形导轨(2)，剪叉式机构(3)，高压气动夹具(4)，热风循环系(12)与预热炉(7)，拉伸炉(8)连接并独立控制其温度。

2.如权利要求1所述的温控高速大应变薄膜双向拉伸装置，其特征在于，高精度伺服电机(1)型号为：SGMGV-09ADC61。