CN208333535U - 一种螺旋式高精度多功能材料物理性质测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种螺旋式高精度多功能材料物理性质测试装置，具体包括：三面密封带有内螺纹的圆筒形容器；与容器出口相适配的密封容器的圆盘形活塞，活塞上设有排气系统，活塞外侧面设有与内螺纹配合的外螺纹，通过活塞的旋转可实现活塞在容器内的上下运动；驱动活塞旋转的驱动装置；测量和采集活塞位移的测距装置；实时采集和监控被测物料的压力、温度的传感器。本实用新型装置中容器内壁和活塞外侧面都为高精密的螺纹，通过螺纹旋转，活塞能够在圆筒容器内部上下旋转移动，这样既可以利用螺纹连接保证密封，同时也能够减少位移误差，保证压力稳定和体积稳定，同时本实用新型利用测距装置实时检测活塞的位置，可保证体积精度。

Description

一种螺旋式高精度多功能材料物理性质测试装置

技术领域

本实用新型属于材料测试领域，更具体的，涉及一种螺旋式高精度多功能材料物理性质测试装置及方法。

背景技术

高分子材料与小分子材料相比，具有熔融温度高（一般都高于100℃），兼具粘性和弹性，表观粘度大，松弛时间长，变形（体积）与应力（压力）呈滞后的非线性关系，即存在相位差，因此，要在高温、高压下测试高分子材料的体积、温度、压力关系曲线比较困难，特别是外加超声波等物理场情况下，高分子材料的体积变化更加复杂，而材料的体积是由大量分子链占据一定的空间位置、达到平衡运动来实现的，因此，研究体积变化，也能够揭示其分子运动机理和材料的物理特性。由于高分子材料的特殊性，目前市面上现有物理性质测试装置大多不适合用来对高分子材料进行检测，所得结果也存在误差，导致其测试精度不高。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种适合高分子材料物理性质检测的螺旋式高精度多功能材料物理性质测试装置。

本实用新型的实用新型目的是通过以下技术方案实现：

一种螺旋式高精度多功能材料物理性质测试装置，包括：

容器，所述容器为三面密封带有内螺纹的圆筒形容器，所述容器外表面设有加热装置；

与容器出口相适配的圆盘形活塞，其被设置为密封所述容器，活塞上设有排气系统，活塞外侧面设有与内螺纹配合的外螺纹，通过活塞的旋转可实现活塞在容器内的上下运动；

驱动装置，其被设置为驱动活塞旋转；

测距装置，其被设置为测量和采集活塞的位移；

设置在活塞上或者容器上的传感器，其被设置为实时采集和监控被测物料的压力、温度。

进一步地，本实用新型圆筒形容器内壁加工有高精密的螺纹，一外周面同样有高精密螺纹的活塞与其配合，螺纹牙形可以是矩形、三角形、锯齿形、梯形等，螺纹升角小于30度，其配合精度大于H1，通过螺纹旋转，活塞能够在容器内部上下旋转移动，这样既可以利用螺纹连接保证密封，同时也能够减少位移误差，保证压力稳定和体积稳定，利用测距装置实时检测活塞的位置，可保证体积精度，在圆筒形容器或活塞上装有排气系统和温度、压力传感器，可以排出多余的气体，实时采集温度、压力等数据。当材料完全熔融后，排出多余气体，下降活塞，给物料缓慢施加一定的压力，然后测量该状态下材料的压力P、温度T、和体积V，改变温度或压力，记录不同温度、不同压力下的物料的体积变化值，作出PVT曲线图，可用于研究高分子材料在不同温度和压力下的体积变化，定性分析该状态下的分子链运动状态。同时，在一定温度下，活塞以一定的旋转速度运动，给物料施加一个由零到设定值的压力，同时施加一个剪切速率，实时测量物料的温度、压力、体积数据，可得到不同剪切速率下、不同压力作用速度下的温度、体积、应力变化曲线。

在一定温度、一定压力下，对物料施加一定强度的超声波，变化超声波强度，记录体积变化，则可以得到不同超声波强度下，高分子材料体积变化曲线。

所述超声波也可以是电磁波、光波、其他波长的声波等其他波动物理场。

进一步地，所述加热装置的加热方式为电阻加热、红外加热、水浴加热、油浴加热中的一种。

进一步地，所述容器材质为金属、陶瓷、玻璃等，优选金属材质。

进一步地，所述排气系统为排气阀。

进一步地，所述驱动装置包括驱动源和控制杆，所述控制杆与活塞上表面中心垂直刚性连接，所述驱动源为控制杆绕其中轴线转动提供动力。

进一步地，所述驱动源为电动机，电动机连接有齿轮一，控制杆上相应位置设有齿轮二，所述齿轮一和齿轮二啮合，所述容器外设有与控制杆平行的导轨，所述导轨上设有滑块，所述电机与滑块刚性连接。

进一步地，所述测距装置为激光测距仪，所述激光测距仪与控制杆一端对应，可实时测量和采集两者之间的距离。

进一步地，所述测试装置还包括超声波发生器，所述超声波发生器设置在容器上或者活塞上，其被设置为对被测物料施加超声波。

所述超声波也可以是电磁波、光波、其他波长的声波等其他波动物理场。

运用上述测试装置的螺旋式高精度多功能材料物理性质测试方法，包括以下步骤：

S1.首先称取一定质量的物料，加入容器中，加热装置启动，对物料加热，使其熔融成熔体；

S2.启动驱动装置，使活塞外螺纹与容器内螺纹配合旋转下降，打开排气系统，待活塞下降到熔体表面与熔体接触时，关闭驱动装置，关闭排气系统，采集物料温度、压力、位移等初始数据；

S3.启动驱动装置，使活塞继续下降，物料熔体压力增加，采集物料压力、温度、体积数据；其中，保持压力不变，变化温度，则可以测得物料在一定压力下，温度、体积的变化曲线；保持温度不变，使活塞以一定旋转速度下降，采集转速、温度、压力、体积（位移）等数据，即可以得到不同剪切速率、不同压力变化速度下，物料的温度、体积、压力关系曲线；

S4.设置有超声波发生器时，启动超声波发生器，给物料施加一定强度的超声波，测得不同超声波强度下，物料的温度、压力、体积变化曲线。

相对现有技术，本实用新型的有益效果在于：

（1）本实用新型装置中圆筒容器内壁加工有高精密的螺纹，一外周面同样有高精密螺纹的活塞与其配合，通过螺纹旋转，活塞能够在圆筒容器内部上下旋转移动，这样既可以利用螺纹连接保证密封，同时也能够减少位移误差，保证压力稳定和体积稳定，同时本实用新型利用测距装置实时检测活塞的位置，可保证体积精度。

（2）本实用新型测试装置可用于研究高分子材料在不同温度和压力下的体积变化，定性分析该状态下的分子链运动状态。

（3）本实用新型装置还设置有超声波发生器，在一定温度、一定压力下，对物料施加一定强度的超声波，变化超声波强度，记录体积变化，则可以得到不同超声波强度下，高分子材料体积变化曲线。

（4）本实用新型中，活塞可以产生旋转运动，从而带动下面物料发生圆周运动，离轴心越远，线速度越大，中心点线速度为零，离活塞下表面越远，物料速度越小，如不考虑滑移情况，活塞下表面处物料速度等同活塞速度，容器底部物料速度为零，从而可以算出物料的剪切速度，测试不同剪切速度下，物料体积、压力的变化曲线。

附图说明

附图1为本实用新型测试装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

本实施例提供一种螺旋式高精度多功能材料物理性质测试装置。

如图1所示，一种螺旋式高精度多功能材料物理性质测试装置包括容器1，容器1为一带内螺纹的圆筒形容器，其材质可以为金属、陶瓷、玻璃等，优选金属材质。容器1外表为加热器2，加热方式可以为电阻加热、红外加热、水、油浴加热等，本实施例优选为电阻加热。

活塞4外侧面加工有螺纹，与容器1内螺纹配合，通过活塞的旋转可以实现活塞4在容器1内的上下运动，达到给物料施加压力，调整体积的目的，并具有很好的密封性能。活塞4上装有排气阀13，可以顺利排出气体，排气阀13的阀门关闭时，可以阻止物料3溢出，同时达到保持压力的效果。活塞4上还装有传感器5，可以实时采集和监控物料的压力、温度等数据，传感器5也可以安装在容器1上，根据需要决定。

本实施例中材料物理性质测试装置中内螺纹和外螺纹为高精密螺纹，螺纹牙形可以是矩形、三角形、锯齿形、梯形等，螺纹升角小于30°，其配合精度大于H1。

控制杆11与活塞4刚性连接，可以一起转动。齿轮一6与齿轮二12相互啮合，齿轮一6与驱动源7连接，驱动源7为电动机，可实现正反转，驱动源7转动时，齿轮一6一起转动，同时通过啮合，使齿轮二12同时转动。齿轮二12与控制杆11通过键连接，当齿轮二12转动时，使得控制杆11实现转动，带动活塞4转动，实现活塞4在容器1内的螺旋式上下运动。驱动源7与滑块9刚性连接，滑块9可以沿导轨8上下滑动。活塞4、控制杆11、齿轮二12、齿轮一6、驱动源7、滑块9可以作为一个整体，沿导轨8上下运动。

激光测距仪10与控制杆11端部对应，可以实时测量和采集两者之间的距离。

本实施例还设有超声波发生器14，超声波发生器14安装在容器1上，可以对物料3施加一定强度的超声波。

其中，本实施例也可以是电磁波、光波、其他波长的声波等其他波动物理场的发生装置。

本实施例中测试装置可用于研究高分子材料在不同温度和压力下的体积变化，定性分析该状态下的分子链运动状态。

实施例2

本实施例提供实施例1中一种螺旋式高精度多功能材料物理性质测试装置的测试方法，具体步骤如下：

S1.首先称取一定质量的物料3，加入容器1中，启动加热器2，对物料3加热，使其熔融成熔体；

S2.启动驱动源7，使活塞4外螺纹与容器1内螺纹配合旋转下降，打开排气阀13，待活塞4下降到熔体表面与熔体接触时，关闭驱动源7，关闭排气阀13，通过传感器5和激光测距仪10采集物料3温度、压力、位移等初始数据；

S3.启动驱动源7，使活塞4继续下降，物料3熔体压力增加，采集物料压力、温度、体积数据；其中，保持压力不变，变化温度，则可以测得物料3在一定压力下，温度、体积的变化曲线；保持温度不变，使活塞4以一定旋转速度下降，采集转速、温度、压力、体积（位移）等数据，即可以得到不同剪切速率、不同压力变化速度下，物料4的温度、体积、压力关系曲线；

S4.设置有超声波发生器14时，启动超声波发生器14，给物料3施加一定强度的超声波，测得不同超声波强度下，物料3的温度、压力、体积变化曲线。

本实用新型测试装置的测试方法在当材料完全熔融后，排出多余气体，下降活塞1，给物料3缓慢施加一定的压力，然后测量该状态下材料的压力P、温度T、和体积V，改变温度或压力，记录不同温度、不同压力下的物料的体积变化值，作出PVT曲线图，可用于研究高分子材料在不同温度和压力下的体积变化，定性分析该状态下的分子链运动状态。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型的技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种螺旋式高精度多功能材料物理性质测试装置，其特征在于，包括：

容器，所述容器为三面密封带有内螺纹的圆筒形容器，所述容器外表面设有加热装置；

与容器出口相适配的圆盘形活塞，其被设置为密封所述容器，活塞上设有排气系统，活塞外侧面设有与内螺纹配合的外螺纹，通过活塞的旋转可实现活塞在容器内的上下运动；

驱动装置，其被设置为驱动活塞旋转；

测距装置，其被设置为测量和采集活塞的位移；

设置在活塞上或者容器上的传感器，其被设置为实时采集和监控被测物料的压力、温度。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述内螺纹和外螺纹为高精密螺纹，其螺纹牙形是矩形、三角形、锯齿形、梯形等，螺纹升角小于30°，配合精度大于H1。

3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述加热装置的加热方式为电阻加热、电磁加热、红外加热、水浴加热、油浴加热中的一种。

4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述容器材质为金属、陶瓷、玻璃等。

5.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述排气系统为排气阀。

6.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述驱动装置包括驱动源和控制杆，所述控制杆与活塞上表面中心垂直刚性连接，所述驱动源为控制杆绕其中轴线转动提供动力。

7.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于，所述驱动源为电动机，电动机连接有齿轮一，控制杆上相应位置设有齿轮二，所述齿轮一和齿轮二啮合，所述容器外设有与控制杆平行的导轨，所述导轨上设有滑块，所述电动机与滑块刚性连接。

8.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于，所述测距装置为激光测距仪，所述激光测距仪与控制杆一端对应，可实时测量和采集两者之间的距离。

9.根据权利要求1至8任一项所述的测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括超声波发生器，所述超声波发生器设置在容器上或者活塞上，其被设置为对被测物料施加超声波。