專利名稱：塑料振動(dòng)加工與樣品成型一體化試驗(yàn)設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及塑料熔體動(dòng)態(tài)混合與多元場(chǎng)量作用下聚合物的成型加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種塑料振動(dòng)加工與樣品成型一體化試驗(yàn)設(shè)備及方法。
背景技術(shù)：
聚合物的成型加工過(guò)程涉及聚合物流體復(fù)雜流變行為和形態(tài)結(jié)構(gòu)變化，加工過(guò)程中的工藝條件決定了聚合物材料最終使用性能的優(yōu)劣。尤其是對(duì)于聚合物共混或填充等復(fù)雜體系，開發(fā)新型具有復(fù)合功能的實(shí)驗(yàn)儀器并研究聚合物熔體在多重外加作用場(chǎng)下微觀結(jié)構(gòu)的變化，對(duì)如何充分發(fā)揮聚合物及聚合物共混或填充體系材料的性能潛力、獲得均勻和接近理想的組織結(jié)構(gòu)，對(duì)合理選擇成型工藝參數(shù)、提出新的聚合物成型方法，無(wú)疑具有重要意義。國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)圍繞材料加工流變儀開展了實(shí)驗(yàn)儀器方面的研究，但目前的研究成果大多局限于聚合物的流變特性研究，非均相體系的微結(jié)構(gòu)演變會(huì)分別對(duì)應(yīng)不同的特征流變行為，對(duì)這些特征流變響應(yīng)的系統(tǒng)研究也有助于優(yōu)化塑料的功能特性和最終力學(xué)性能。因此，研究塑料微結(jié)構(gòu)是意義重大的，而目前的儀器設(shè)備及方法尚不能滿足這一研究需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有相關(guān)儀器設(shè)備及檢測(cè)分析方法的不足，提供一種塑料振動(dòng)加工與樣品成型一體化試驗(yàn)設(shè)備及方法。本發(fā)明不僅能夠?qū)崿F(xiàn)聚合物動(dòng)態(tài)及穩(wěn)態(tài)流變特性檢測(cè)，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)多元場(chǎng)量作用下聚合物體系及各類混合物微結(jié)構(gòu)形態(tài)研究，以及加工性能與工藝條件之間的影響規(guī)律研究。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:一種塑料振動(dòng)加工與樣品成型一體化試驗(yàn)設(shè)備，包括:下音圈電機(jī)固定板、下光柵位移傳感器、下振動(dòng)支柱、設(shè)備控制箱、設(shè)備底座、圖像接受裝置、壓力溫度傳感器接口、玻璃罩、液壓缸、活動(dòng)梁、支柱、上光柵位移傳感器、上音圈電機(jī)固定板、上音圈電機(jī)、振動(dòng)導(dǎo)套、上振動(dòng)板、上振動(dòng)支柱、上活塞桿、加熱圈、中心模具、可視化裝置、T型安裝面、油泵電機(jī)、下活塞桿、下振動(dòng)板和下音圈電機(jī)；所述所述上振動(dòng)板套接在上振動(dòng)支柱上，并與上音圈電機(jī)的輸出軸相連，由上音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)沿上振動(dòng)支柱在垂直方向做振幅和頻率可調(diào)的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，下振動(dòng)板套接在下振動(dòng)支柱上，并與下音圈電機(jī)的輸出軸相連，由下音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)沿下振動(dòng)支柱在垂直方向做振幅和頻率可調(diào)的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，上活塞桿與上振動(dòng)板螺紋連接，下活塞桿與下振動(dòng)板螺紋連接，上活塞桿和下活塞桿將振動(dòng)場(chǎng)施加給中心模具內(nèi)的實(shí)驗(yàn)物料，上音圈電機(jī)固定在上音圈電機(jī)固定板上，下音圈電機(jī)固定在下音圈電機(jī)固定板上，上振動(dòng)支柱支撐上振動(dòng)板固定于活動(dòng)梁上?；顒?dòng)梁與兩根支柱配合，支柱固定于設(shè)備底座，玻璃罩安裝在支柱上，活動(dòng)梁由液壓系統(tǒng)液壓缸直接驅(qū)動(dòng)，活動(dòng)梁沿支柱做垂直方向運(yùn)動(dòng)，油泵電機(jī)安裝于設(shè)備底座，為設(shè)備液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。上光柵位移傳感器和下光柵位移傳感器分別安裝于上音圈電機(jī)固定板和下音圈電機(jī)固定板上，監(jiān)測(cè)上振動(dòng)板和下振動(dòng)板的運(yùn)動(dòng)情況。振動(dòng)導(dǎo)套與上振動(dòng)支柱采用間隙配合。進(jìn)一步地,上音圈電機(jī)和下音圈電機(jī)分置于設(shè)備底座兩側(cè)。上音圈電機(jī)、下音圈電機(jī)、上振動(dòng)板、下振動(dòng)板的中心螺紋孔、上活塞桿、下活塞桿以及中心模具的中心線重合且垂直于設(shè)備底座平臺(tái)，中心模具安裝于設(shè)備T型安裝面，中心模具被加熱圈所包裹。進(jìn)一步地，所述中心模具包括:上活塞頭、上封頭、側(cè)夾板、螺栓、下活塞頭、下封頭、第一 T型夾具、下活塞體、第二 T型夾具、傳感器接口、冷卻水道和上活塞體；其中，所述上活塞頭及下活塞頭分別與上活塞桿及下活塞桿采用螺紋連接，上活塞頭和下活塞頭分別與上活塞體和下活塞體采用間隙配合，上活塞體和下活塞體分別嵌入上封頭和下封頭，模具中間處采用第一 T型夾具和第二 T型夾具組合形成薄膜模腔，輔以側(cè)夾板進(jìn)行夾緊，在第二T型夾具壁上開有一定尺寸的傳感器接口。一種上述裝置的塑料振動(dòng)加工與樣品成型一體化試驗(yàn)方法，包括以下步驟:
(I)組裝并安裝模具；將第一 T型夾具和第二 T型夾具與下封頭及上封頭采用螺栓進(jìn)行連接并固定，輔以側(cè)夾板夾緊，組裝成中心模具，將中心模具安裝于T型安裝面上并固定，將上活塞桿與下活塞桿分別配合上活塞頭和下活塞頭，上活塞頭和下活塞頭分別與上活塞體和下活塞體進(jìn)行配合，至此完成實(shí)驗(yàn)裝置的組裝。(2)預(yù)熱、填料及穩(wěn)定加熱溫度；連接加熱系統(tǒng)對(duì)中心模具進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)模腔溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值后，可向中心模具模腔內(nèi)加入實(shí)驗(yàn)物料，而后通過(guò)加熱裝置進(jìn)一步進(jìn)行加熱并穩(wěn)定模腔內(nèi)部溫度，具體的溫度值由所用實(shí)驗(yàn)物料種類決定。(3)振動(dòng)；通過(guò)儀器控制系統(tǒng)啟動(dòng)振動(dòng)場(chǎng)裝置，上音圈電機(jī)和下音圈電機(jī)按照上位機(jī)程序分別驅(qū)動(dòng)上振動(dòng)板和下振動(dòng)板運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)運(yùn)動(dòng)通過(guò)上活塞桿與下活塞桿傳遞給模腔內(nèi)實(shí)驗(yàn)物料，振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的具體方式可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要及目的進(jìn)行預(yù)設(shè)和調(diào)整。(4)冷卻起模；振動(dòng)運(yùn)動(dòng)施加完成后,停止加熱并切換為冷卻模式,啟動(dòng)變頻水泵通過(guò)冷卻水道通入冷卻水對(duì)中心模具進(jìn)行冷卻，冷卻完成后起模取出實(shí)驗(yàn)樣品。本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明適用于聚合物動(dòng)態(tài)流變性能檢測(cè)及多元作用場(chǎng)下塑料的微結(jié)構(gòu)檢測(cè)，集剪切、加壓、振動(dòng)以及樣品加工成型功能于一體,功能齊全。2、獨(dú)特的模具結(jié)構(gòu)，可直接加工成樣品用于檢測(cè)，模具可獨(dú)立設(shè)計(jì)，不同形式的模具使設(shè)備適用于不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。中心模具采用可拆組合式，在流道的設(shè)計(jì)上既可以實(shí)現(xiàn)一定的尺寸要求，同時(shí)可以通過(guò)模具不同零部件間的在線調(diào)整實(shí)現(xiàn)流道尺寸的改變，即在中心模具上設(shè)計(jì)有尺寸調(diào)整結(jié)構(gòu)，可以隨時(shí)改變流道的尺寸，這樣就可以通過(guò)僅安裝一套中心模具即可以完成不同L/D尺寸流道下的連續(xù)性流變實(shí)驗(yàn)，既方便相關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膶?shí)現(xiàn)，又節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本和時(shí)間。3、設(shè)備振動(dòng)場(chǎng)裝置可實(shí)現(xiàn)高頻振動(dòng)，振動(dòng)頻率及幅值可調(diào)且變化范圍較大，頻率范圍為0.0f200Hz，幅值范圍為(T40mm，可實(shí)現(xiàn)多種振動(dòng)方式，包括正弦振動(dòng)、三角波振動(dòng)等，同時(shí)，上下兩側(cè)的活塞運(yùn)動(dòng)既可以獨(dú)立進(jìn)行異步運(yùn)動(dòng)，也可以協(xié)調(diào)進(jìn)行同步運(yùn)動(dòng)。4、設(shè)備可進(jìn)行壓力高至23MPa、溫度高至400°C的高溫高壓實(shí)驗(yàn)。5、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)便于記錄分析數(shù)據(jù)、設(shè)定操作參數(shù)、編程和自動(dòng)控制。6、不同于目前現(xiàn)有相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器的設(shè)計(jì)，振動(dòng)力場(chǎng)的實(shí)現(xiàn)以及實(shí)驗(yàn)部分運(yùn)動(dòng)部件的驅(qū)動(dòng)力均由音圈電機(jī)提供，既具有足夠的負(fù)荷能力又能實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)動(dòng)，同時(shí)便于程序控制。7、設(shè)備通過(guò)可視化模具的設(shè)計(jì)與安裝，實(shí)現(xiàn)多種模式下的在線可視化實(shí)驗(yàn)，方便實(shí)驗(yàn)人員對(duì)實(shí)驗(yàn)情況直接觀察與分析，同時(shí)可在設(shè)備上配備圖像采集裝置，在線連續(xù)獲取實(shí)驗(yàn)狀態(tài)圖像，進(jìn)一步擴(kuò)展設(shè)備的實(shí)驗(yàn)功能。


圖1是塑料振動(dòng)加工與樣品成型一體化試驗(yàn)設(shè)備總裝配示意 圖2是薄膜中心模具結(jié)構(gòu)主視 圖3是薄膜中心模具結(jié)構(gòu)俯視 圖4是中心模具十字形結(jié)構(gòu)示意 圖5是中心模具的其它幾種形式示意 圖6是控制系統(tǒng)原理示意 圖7是塑料振動(dòng)加工與樣品成型一體化試驗(yàn)方法流程示意 圖中:下音圈電機(jī)固定板1、下光柵位移傳感器2、下振動(dòng)支柱3、設(shè)備控制箱4、設(shè)備底座5、圖像接受裝置6、壓力溫度傳感器接口 7、玻璃罩8、液壓缸9、活動(dòng)梁10、支柱11、上光柵位移傳感器12、上音圈電機(jī)固定板13、上音圈電機(jī)14、振動(dòng)導(dǎo)套15、上振動(dòng)板16、上振動(dòng)支柱17、上活塞桿18、加熱圈19、中心模具20、可視化裝置21、T型安裝面22、油泵電機(jī)23、下活塞桿24、下振動(dòng)板25、下音圈電機(jī)26、上活塞頭27、上封頭28、側(cè)夾板29、螺栓30、下活塞頭31、下封頭32、第一 T型夾具33、下活塞體34、第二 T型夾具35、傳感器接口 36、冷卻水道37、上活塞體38。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的原理是:將振動(dòng)等場(chǎng)量作用與直接樣品成型相結(jié)合，對(duì)實(shí)驗(yàn)物料施加高頻振動(dòng)及高壓作用，通過(guò)獨(dú)立的中心模具結(jié)構(gòu)直接獲得檢測(cè)混合樣品，同時(shí)配以在線數(shù)據(jù)采集分析與監(jiān)測(cè)功能。通過(guò)選用或設(shè)計(jì)中心模具不同的流道結(jié)構(gòu)進(jìn)行混合形態(tài)實(shí)驗(yàn)；選用或設(shè)計(jì)毛細(xì)管結(jié)構(gòu)中心模具可進(jìn)行動(dòng)態(tài)流變實(shí)驗(yàn)；選用或設(shè)計(jì)開啟式中心模具可直接獲得微結(jié)構(gòu)試樣。通過(guò)不同形式及結(jié)構(gòu)的中心模具的使用以及相關(guān)多元外場(chǎng)的各參數(shù)的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)誘導(dǎo)作用下塑料加工形態(tài)、微結(jié)構(gòu)及流變性能變化檢測(cè)，分析常規(guī)情況和高頻、高壓振動(dòng)作用下各類混合物微結(jié)構(gòu)形態(tài)、加工性能與工藝條件之間的影響規(guī)律。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。如圖1所示，本發(fā)明塑料振動(dòng)加工與樣品成型一體化試驗(yàn)設(shè)備，包括:下音圈電機(jī)固定板1、下光柵位移傳感器2、下振動(dòng)支柱3、設(shè)備控制箱4、設(shè)備底座5、圖像接受裝置6、壓力溫度傳感器接口 7、玻璃罩8、液壓缸9、活動(dòng)梁10、支柱11、上光柵位移傳感器12、上音圈電機(jī)固定板13、上音圈電機(jī)14、振動(dòng)導(dǎo)套15、上振動(dòng)板16、上振動(dòng)支柱17、上活塞桿18、加熱圈19、中心模具20、可視化裝置21、T型安裝面22、油泵電機(jī)23、下活塞桿24、下振動(dòng)板25、下音圈電機(jī)26,所述上振動(dòng)板16套接在上振動(dòng)支柱17上，并與上音圈電機(jī)14的輸出軸相連，由上音圈電機(jī)14驅(qū)動(dòng)沿上振動(dòng)支柱17在垂直方向做振幅和頻率可調(diào)的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，下振動(dòng)板25套接在下振動(dòng)支柱3上，并與下音圈電機(jī)26的輸出軸相連，由下音圈電機(jī)26驅(qū)動(dòng)沿下振動(dòng)支柱3在垂直方向做振幅和頻率可調(diào)的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，上活塞桿18與上振動(dòng)板16螺紋連接，下活塞桿24與下振動(dòng)板25螺紋連接，上活塞桿18和下活塞桿24將振動(dòng)場(chǎng)施加給中心模具20內(nèi)的實(shí)驗(yàn)物料，上音圈電機(jī)14固定在上音圈電機(jī)固定板13上，下音圈電機(jī)26固定在下音圈電機(jī)固定板I上，上振動(dòng)支柱17支撐上振動(dòng)板16固定于活動(dòng)梁10上?；顒?dòng)梁10與兩根支柱11配合，支柱11固定于設(shè)備底座5，玻璃罩8安裝在支柱11上，活動(dòng)梁10由液壓系統(tǒng)液壓缸9直接驅(qū)動(dòng)，活動(dòng)梁10沿支柱11做垂直方向運(yùn)動(dòng)，油泵電機(jī)23安裝于設(shè)備底座5，為設(shè)備液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。上光柵位移傳感器12和下光柵位移傳感器2分別安裝于上音圈電機(jī)固定板13和下音圈電機(jī)固定板I上，監(jiān)測(cè)上振動(dòng)板16和下振動(dòng)板25的運(yùn)動(dòng)情況。振動(dòng)導(dǎo)套15與上振動(dòng)支柱17米用間隙配合,設(shè)備包含上音圈電機(jī)14和下音圈電機(jī)26兩個(gè)振動(dòng)場(chǎng)動(dòng)力兀件,分置于設(shè)備底座5兩側(cè),上音圈電機(jī)14、下音圈電機(jī)26、上振動(dòng)板16、下振動(dòng)板25的中心螺紋孔、上活塞桿18、下活塞桿24以及中心模具20的中心線重合且垂直于設(shè)備底座5平臺(tái)，中心模具20安裝于設(shè)備T型安裝面22，中心模具20被加熱圈19所包裹，中心模具20可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要和設(shè)備要求進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)，具體結(jié)構(gòu)采用可拆組合式，包括薄膜模具(如圖2、3)、十字形模具(如圖4)及其他不同模腔形狀的模具等(如圖5)。本發(fā)明中設(shè)備振動(dòng)力場(chǎng)的實(shí)現(xiàn)及具體方式可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行具體設(shè)計(jì)和實(shí)施，振動(dòng)場(chǎng)裝置包括上下兩個(gè)部分，基本為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，通過(guò)兩側(cè)活塞組件的不同配合，實(shí)現(xiàn)多種形式的振動(dòng)效果:活塞的同向同步運(yùn)動(dòng)可以為模具提供一個(gè)近似恒壓的振動(dòng)場(chǎng)；上下兩個(gè)活塞也可以異步反向運(yùn)動(dòng)，可看做是一個(gè)加壓與減壓的交替震蕩過(guò)程。此外，振動(dòng)效果可根據(jù)實(shí)驗(yàn)的不同需要由實(shí)驗(yàn)人員通過(guò)編程予以設(shè)計(jì)和調(diào)整，在較寬的振動(dòng)頻率(0.0f200Hz)和振動(dòng)幅值(OlOmm)內(nèi)實(shí)現(xiàn)多種波形(正弦波、三角波等)的振動(dòng)，控制靈活方便，能夠更好地滿足實(shí)驗(yàn)需求，為儀器本身的功能擴(kuò)展提供較大空間?？刂萍皵?shù)據(jù)采集系統(tǒng)(原理如圖6所示)包括:上光柵位移傳感器12、下光柵位移傳感器2、壓力溫度傳感器接口 7、設(shè)備控制箱4等，設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，上光柵位移傳感器12和下光柵位移傳感器2分別實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)上振動(dòng)板16和下振動(dòng)板25的運(yùn)行狀況，即采集上振動(dòng)板16和下振動(dòng)板25的位移數(shù)據(jù)，上光柵位移傳感器12和下光柵位移傳感器2將采集的信號(hào)傳給設(shè)備控制箱4里的控制卡，同時(shí)，壓力溫度傳感器接口 7處連接的雙功能高溫熔體壓力傳感器會(huì)采集中心模具20模腔內(nèi)部壓力和溫度信號(hào)，同樣傳給控制卡，控制卡內(nèi)部程序根據(jù)傳入的信號(hào)通過(guò)運(yùn)算產(chǎn)生控制信號(hào)，控制信號(hào)通過(guò)控制回路作用于控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)控制信號(hào)調(diào)節(jié)上音圈電機(jī)14和下音圈電機(jī)26的內(nèi)部電流，進(jìn)而控制上音圈電機(jī)14和下音圈電機(jī)26的運(yùn)行狀況，包括運(yùn)行位移和運(yùn)行頻率等。加熱冷卻系統(tǒng)的主要功能是加熱中心模具，使模具內(nèi)部物料達(dá)到熔融狀態(tài)，并根據(jù)工藝所需要的加熱溫度調(diào)控加熱效果，使模腔溫度穩(wěn)定于設(shè)定溫度范圍內(nèi)。加熱系統(tǒng)主要包括加熱圈19、傳感器、溫控儀和繼電器等元件。儀器冷卻系統(tǒng)的功能是在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)和實(shí)驗(yàn)結(jié)束后冷卻中心模具，其主要部分是為循環(huán)冷卻水提供機(jī)械動(dòng)力的水泵。冷卻系統(tǒng)主要在振動(dòng)場(chǎng)結(jié)束后開啟，一方面作為冷卻起模之用，另一方面可以通過(guò)調(diào)節(jié)流量控制冷卻速度，進(jìn)而影響塑料熔體的微結(jié)構(gòu)形態(tài)。中心模具20是實(shí)現(xiàn)儀器具體功能的主要部件，用于承裝實(shí)驗(yàn)物料和成型加工，中心模具20的具體形式可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要予以設(shè)計(jì)，這為儀器的功能實(shí)現(xiàn)提供了較大的靈活性。儀器所配備初始中心模具是薄膜型模具，其結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示，模具結(jié)構(gòu)采用零件組合式，主要零部件包括:上活塞頭27、上封頭28、側(cè)夾板29、螺栓30、下活塞頭31、下封頭32、第一 T型夾具33、下活塞體34、第二 T型夾具35、傳感器接口 36、冷卻水道37、上活塞體38:其中，所述上活塞頭27及下活塞頭31分別與上活塞桿18及下活塞桿24采用螺紋連接，上活塞頭(27和下活塞頭31分別與上活塞體38和下活塞體34采用間隙配合，上活塞體38和下活塞體34分別嵌入上封頭28和下封頭32，模具中間處采用第一 T型夾具33和第二 T型夾具35組合形成薄膜模腔，輔以側(cè)夾板29進(jìn)行夾緊，在第二 T型夾具35壁上開有一定尺寸的傳感器接口 36。薄膜型模具內(nèi)部模腔尺寸為100 X 23 X 5mm，其主要功能是實(shí)現(xiàn)聚合物共混研究以及對(duì)塑料在機(jī)械力下的誘導(dǎo)結(jié)晶特性的分析。中心模具20的具體形式可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以采用啞鈴型模具、玻璃鋼模具及十字形模具等。如圖4所示為十字形模具結(jié)構(gòu)示意圖，該種模具是在薄膜模具的基礎(chǔ)上配有水平方向的雙側(cè)氣動(dòng)活塞，其垂直方向的狹縫流道和水平方向的狹縫流道尺寸相當(dāng)，這樣就形成了一個(gè)十字形結(jié)構(gòu)，將原有的薄膜模具改進(jìn)為二維流動(dòng)模具。如圖5所示為另外三種模腔形狀的模具，分別適用于不同的成型要求。玻璃鋼模具是為滿足儀器可視化在線測(cè)量要求而設(shè)計(jì)的，其整體主要構(gòu)件由透光度較好的玻璃鋼加工制作，主要特色是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)人員可以實(shí)時(shí)觀察到試驗(yàn)情況，且方便實(shí)驗(yàn)圖像采集和相關(guān)光學(xué)檢測(cè)。本發(fā)明塑料振動(dòng)加工與樣品成型一體化試驗(yàn)方法(如圖7所示)包括以下步驟:
(I)組裝并安裝模具；將第一 T型夾具33和第二 T型夾具35與下封頭32及上封頭28
采用螺栓進(jìn)行連接并固定，輔以側(cè)夾板29夾緊，組裝成中心模具20，將中心模具20安裝于T型安裝面22上并固定，將上活塞桿18與下活塞桿24分別配合上活塞頭27和下活塞頭31，上活塞頭27和下活塞頭31分別與上活塞體38和下活塞體34進(jìn)行配合，至此完成實(shí)驗(yàn)裝置的組裝。(2)預(yù)熱、填料及穩(wěn)定加熱溫度；連接加熱系統(tǒng)對(duì)中心模具進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)模腔溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值后，可向中心模具20模腔內(nèi)加入實(shí)驗(yàn)物料，而后通過(guò)加熱裝置進(jìn)一步進(jìn)行加熱并穩(wěn)定模腔內(nèi)部溫度，具體的溫度值由所用實(shí)驗(yàn)物料種類決定。(3)振動(dòng)；通過(guò)儀器控制系統(tǒng)啟動(dòng)振動(dòng)場(chǎng)裝置,上音圈電機(jī)14和下音圈電機(jī)26按照上位機(jī)程序分別驅(qū)動(dòng)上振動(dòng)板16和下振動(dòng)板25運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)運(yùn)動(dòng)通過(guò)上活塞桿18與下活塞桿24傳遞給模腔內(nèi)實(shí)驗(yàn)物料，振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的具體方式可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要及目的進(jìn)行預(yù)設(shè)和調(diào)整。(4)冷卻起模；振動(dòng)運(yùn)動(dòng)施加完成后,停止加熱并切換為冷卻模式,啟動(dòng)變頻水泵通過(guò)冷卻水道37通入冷卻水對(duì)中心模具20進(jìn)行冷卻，冷卻完成后起模取出實(shí)驗(yàn)樣品。本發(fā)明塑料振動(dòng)加工與樣品成型一體化試驗(yàn)設(shè)備及方法適用于多種高聚物特性研究，包括常規(guī)及動(dòng)態(tài)聚合物流變特性檢測(cè)，多元外作用場(chǎng)下塑料微結(jié)構(gòu)檢測(cè)與分析，并可進(jìn)一步開展剪切、壓力、振動(dòng)等多元復(fù)合場(chǎng)量作用下聚合物的加工過(guò)程研究，以及復(fù)合材料的微結(jié)構(gòu)形態(tài)變化等研究。本發(fā)明適用于多種實(shí)驗(yàn)原料，包括熔融體，液體和軟固體等常用實(shí)驗(yàn)原料。本發(fā)明塑料振動(dòng)加工與樣品成型一體化試驗(yàn)設(shè)備及方法能夠彌補(bǔ)以上儀器及方法的缺點(diǎn):設(shè)備集剪切、加壓、振動(dòng)以及樣品成型制作功能于一體，適用于高頻、高壓下進(jìn)行塑料微結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與檢測(cè)；設(shè)備配備獨(dú)特的中心模具結(jié)構(gòu)，可直接加工成樣品用于檢測(cè)，避免了傳統(tǒng)流變儀物料從試驗(yàn)腔內(nèi)被拿出時(shí)混合結(jié)構(gòu)形態(tài)變化的現(xiàn)象，同時(shí)不同形式及結(jié)構(gòu)的中心模具可以使設(shè)備適用于不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及目的，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的多功能性，擴(kuò)大了設(shè)備的使用范圍。另外，冷實(shí)驗(yàn)裝置采用全透明的有機(jī)玻璃外套，而熱試驗(yàn)裝置則采用金屬壁面開透視孔，以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的監(jiān)控，可視化結(jié)構(gòu)便于觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程。
權(quán)利要求
1.一種塑料振動(dòng)加工與樣品成型一體化試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于，主要包括:下音圈電機(jī)固定板(I)、下光柵位移傳感器(2)、下振動(dòng)支柱(3)、設(shè)備控制箱(4)、設(shè)備底座(5)、圖像接受裝置(6)、壓力溫度傳感器接口(7)、玻璃罩(8)、液壓缸(9)、活動(dòng)梁(10)、支柱(11)、上光柵位移傳感器(12)、上音圈電機(jī)固定板(13 )、上音圈電機(jī)(14)、振動(dòng)導(dǎo)套(15)、上振動(dòng)板(16)、上振動(dòng)支柱(17)、上活塞桿(18)、加熱圈(19)、中心模具(20)、可視化裝置(21)、T型安裝面(22)、油泵電機(jī)(23)、下活塞桿(24)、下振動(dòng)板(25)和下音圈電機(jī)(26)等；其中，所述上振動(dòng)板(16)套接在上振動(dòng)支柱(17)上，并與上音圈電機(jī)(14)的輸出軸相連，由上音圈電機(jī)(14)驅(qū)動(dòng)沿上振動(dòng)支柱(17)在垂直方向做振幅和頻率可調(diào)的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，下振動(dòng)板(25)套接在下振動(dòng)支柱(3)上，并與下音圈電機(jī)(26)的輸出軸相連，由下音圈電機(jī)(26)驅(qū)動(dòng)沿下振動(dòng)支柱(3)在垂直方向做振幅和頻率可調(diào)的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，上活塞桿(18)與上振動(dòng)板(16)螺紋連接，下活塞桿(24)與下振動(dòng)板(25)螺紋連接，上音圈電機(jī)(14)固定在上音圈電機(jī)固定板(13)上,下音圈電機(jī)(26)固定在下音圈電機(jī)固定板(I)上，上振動(dòng)支柱(17)固定于活動(dòng)梁(10)上；活動(dòng)梁(10)與兩根支柱(11)配合，支柱(11)固定于設(shè)備底座(5)，玻璃罩(8)安裝在支柱(11)上，活動(dòng)梁(10)與液壓系統(tǒng)液壓缸(9)相連，由液壓系統(tǒng)液壓缸(9 )直接驅(qū)動(dòng)，活動(dòng)梁(10 )沿支柱(11)做垂直方向運(yùn)動(dòng)，油泵電機(jī)(23 )安裝于設(shè)備底座(5)，為設(shè)備液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力；上光柵位移傳感器(12)和下光柵位移傳感器(2)分別安裝于上音圈電機(jī)固定板(13)和下音圈電機(jī)固定板(I)上,監(jiān)測(cè)上振動(dòng)板(16)和下振動(dòng)板(25)的運(yùn)動(dòng)情況；振動(dòng)導(dǎo)套(15)與上振動(dòng)支柱(17)間隙配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述塑料振動(dòng)加工與樣品成型一體化試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于，所述上音圈電機(jī)(14)和下音圈電機(jī)(26)這兩個(gè)振動(dòng)場(chǎng)動(dòng)力兀件分置于設(shè)備底座(5)兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述塑料振動(dòng)加工與樣品成型一體化試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于，上音圈電機(jī)(14)、下音圈電機(jī)(26 )、上振動(dòng)板(16)、下振動(dòng)板(25)的中心螺紋孔、上活塞桿(18)、下活塞桿(24)以及中心模具(20)的中心線重合且垂直于設(shè)備底座(5)平臺(tái)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述塑料振動(dòng)加工與樣品成型一體化試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于，所述中心模具(20)安裝于設(shè)備T型安裝面(22)，中心模具(20)被加熱圈(19)所包裹。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述塑料振動(dòng)加工與樣品成型一體化試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于，所述中心模具(20 )包括:上活塞頭(27 )、上封頭(28 )、側(cè)夾板(29 )、螺栓(30 )、下活塞頭(31)、下封頭(32)、第一 T型夾具(33)、下活塞體(34)、第二 T型夾具(35)、傳感器接口(36)、冷卻水道(37)和上活塞體(38)等:其中，所述上活塞頭(27)與上活塞桿(18)螺紋連接，下活塞頭(31)與下活塞桿(24)螺紋連接，上活塞頭(27)與上活塞體(38)間隙配合，下活塞頭(31)和下活塞體(34)間隙配合，上活塞體(38)嵌入上封頭(28)，下活塞體(34)嵌入下封頭(32)，第一 T型夾具(33)和第二 T型夾具(35)組合形成薄膜模腔，輔以側(cè)夾板(29)進(jìn)行夾緊，在第二 T型夾具(35)壁上開有傳感器接口(36)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述塑料振動(dòng)加工與樣品成型一體化試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于，所述上光柵位移傳感器(12)、下光柵位移傳感器(2)、壓力溫度傳感器接口(7)和設(shè)備控制箱(4)組成控制系統(tǒng)，設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，上光柵位移傳感器(12)和下光柵位移傳感器(2)分別實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)上振動(dòng)板(16)和下振動(dòng)板(25)的運(yùn)行狀況，即采集上振動(dòng)板(16)和下振動(dòng)板(25)的位移數(shù)據(jù)，上光柵位移傳感器(12)和下光柵位移傳感器(2)將采集的信號(hào)傳給設(shè)備控制箱(4)里的控制卡，同時(shí)，壓力溫度傳感器接口(7)處連接的雙功能高溫熔體壓力傳感器會(huì)采集中心模具(20)模腔內(nèi)部壓力和溫度信號(hào)，同樣傳給控制卡，控制卡根據(jù)傳入的信號(hào)通過(guò)運(yùn)算產(chǎn)生控制信號(hào)，控制信號(hào)通過(guò)控制回路作用于控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)控制信號(hào)調(diào)節(jié)上音圈電機(jī)(14)和下音圈電機(jī)(26)的內(nèi)部電流，進(jìn)而控制上音圈電機(jī)(14)和下音圈電機(jī)(26)的運(yùn)行狀況，包括運(yùn)行位移和運(yùn)行頻率等。
7.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述裝置的塑料振動(dòng)加工與樣品成型一體化試驗(yàn)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟1:組裝并安裝模具:將第一 T型夾具(33)和第二 T型夾具(35 )與下封頭(32)及上封頭(28)采用螺栓進(jìn)行連接并固定，輔以側(cè)夾板(29)夾緊，組裝成中心模具(20)，將中心模具(20)安裝于T型安裝面(22)上并固定，將上活塞桿(18)與下活塞桿(24)分別配合上活塞頭(27 )和下活塞頭(31)，上活塞頭(27 )和下活塞頭(31)分別與上活塞體(38 )和下活塞體(34)進(jìn)行配合，至此完成實(shí)驗(yàn)裝置的組裝； 步驟2:預(yù)熱、填料及穩(wěn)定加熱溫度:對(duì)中心模具(20)進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)模腔溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值后，可向中心模具(20 )模腔內(nèi)加入實(shí)驗(yàn)物料，而后加熱并穩(wěn)定模腔內(nèi)部溫度； 步驟3:振動(dòng):通過(guò)儀器控制系統(tǒng)啟動(dòng)振動(dòng)場(chǎng)裝置，上音圈電機(jī)(14)和下音圈電機(jī)(26)分別驅(qū)動(dòng)上振動(dòng)板(16)和下振動(dòng)板(25)運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)運(yùn)動(dòng)通過(guò)上活塞桿(18)與下活塞桿(24)傳遞給模腔內(nèi)實(shí)驗(yàn)物料； 步驟4:冷卻起模:振動(dòng)運(yùn)動(dòng)施加完成后，停止加熱，通過(guò)冷卻水道(37)通入冷卻水對(duì)中心模具(20 )進(jìn)行冷卻，冷卻完 成后起模取出實(shí)驗(yàn)樣品。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種塑料振動(dòng)加工與樣品成型一體化試驗(yàn)設(shè)備及方法，設(shè)備包括液壓動(dòng)力系統(tǒng)、振動(dòng)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、試驗(yàn)臺(tái)、活塞組件、中心模具、可視化裝置、控制系統(tǒng)等；本發(fā)明將振動(dòng)等場(chǎng)量作用與模具樣品成型相結(jié)合，集剪切、加壓、振動(dòng)以及樣品加工成型功能于一體，不同于傳統(tǒng)流變儀局限于聚合物的流變特性研究，可避免試驗(yàn)腔內(nèi)物料被拿出時(shí)塑料混合結(jié)構(gòu)形態(tài)的變化，直接在線監(jiān)測(cè)微結(jié)構(gòu)，或者直接模具成型得到檢測(cè)樣品；本發(fā)明不僅能夠?qū)崿F(xiàn)聚合物動(dòng)態(tài)及穩(wěn)態(tài)流變特性檢測(cè)，同時(shí)還能夠用于多元場(chǎng)量作用下多種聚合物體系微結(jié)構(gòu)形態(tài)研究，以及加工性能與工藝條件之間的影響規(guī)律研究，可廣泛應(yīng)用于材料、化工、制藥、涂料、食品、建筑等行業(yè)。
文檔編號(hào)B29C67/00GK103144304SQ20131004551
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月5日
發(fā)明者許忠斌, 劉雨, 鄭素霞, 蘇良瑤, 沈雪明, 劉國(guó)林 申請(qǐng)人:浙江大學(xué), 浙江申達(dá)機(jī)器制造股份有限公司