一種溫控高速大應(yīng)變薄膜雙向拉伸裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種溫控高速大應(yīng)變薄膜雙向拉伸裝置，伺服電機驅(qū)動四根“井”字型導軌運動，通過剪叉式機構(gòu)對薄膜樣品實施拉伸。高壓氣動夾具完成樣品快速裝夾并能夠?qū)崿F(xiàn)壓力補償。兩個獨立的溫度控制爐分別用于裝置的預(yù)熱及樣品的拉伸。采用熱風循環(huán)系統(tǒng)既能實現(xiàn)控制爐的快速升溫，又能保證腔體溫度均勻性。兩個拉伸方向均安裝拉力傳感器，用于采集薄膜拉伸過程中的應(yīng)力-應(yīng)變信息。伺服電機驅(qū)動滾珠絲杠使得拉伸部分在不同工位間切換。本實用新型可實現(xiàn)雙向同步拉伸、雙向異步拉伸、受限單向拉伸、不受限單向拉伸，是模擬工業(yè)薄膜拉伸加工、建立加工工藝參數(shù)與薄膜結(jié)構(gòu)性能關(guān)系的一種非常好的裝置。
【專利說明】一種溫控高速大應(yīng)變薄膜雙向拉伸裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及高分子薄膜拉伸加工中加工條件與薄膜結(jié)構(gòu)演化關(guān)系的技術(shù)，具體涉及一種溫控高速大應(yīng)變薄膜雙向拉伸裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]高分子薄膜的最終性能強烈依賴于加工方法和工藝條件。相同高分子，不同加工方法如吹膜、流延、拉伸，生產(chǎn)出性能迥異的薄膜。拉伸薄膜如雙向拉伸聚丙烯(BOPP)和聚酯(BOPET)具有強度高、透光性強、空氣和水分阻隔性好、尺寸穩(wěn)定性優(yōu)異等特點，因此拉伸成為高性能薄膜加工的主流發(fā)展方向。然而薄膜拉伸加工工業(yè)仍然存在較大問題，如作為高分子薄膜最重要、所占份額最多的原料聚乙烯(PE)，全球至今卻還沒有成熟的雙向拉伸技術(shù)(BOPE)。在能源材料領(lǐng)域，如何提高電容器薄膜表面電荷密度、如何制備高效安全的微孔電池膜等都是工業(yè)界急需解決的問題。
[0003]工業(yè)問題的背后實際是薄膜拉伸加工的科學問題，可以總結(jié)為以下三點:(i)高速拉伸中結(jié)構(gòu)流體的非線性流變；(ii)拉伸流動誘導高分子構(gòu)象有序和結(jié)晶；(iii)后拉伸中晶體形變、取向和破壞。解決這些問題需要大量的前期探索，顯然，研制模擬工業(yè)薄膜拉伸加工的實驗裝置對探究高分子薄膜拉伸加工中的物理問題，制備高性能薄膜具有重要意義。
[0004]綜上所述，模擬薄膜工業(yè)拉伸加工的溫控高速大應(yīng)變薄膜雙向拉伸裝置需要具有以下幾方面的特點:1、拉伸方式可以模擬工業(yè)上所有薄膜拉伸加工方法:單向受限、單向不受限、雙向同步、雙向異步拉伸；2、溫度控制均勻，且能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)熱、拉伸和薄膜退火過程；3、不同的高分子材料，工業(yè)加工的溫度、速率及拉伸比不同，裝置的溫度、拉伸比及拉伸速率應(yīng)連續(xù)可調(diào)；4、拉伸過程中能夠采集兩個方向的應(yīng)力應(yīng)變信息，跟蹤外場的作用及樣品的響應(yīng)。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的在于，提供一種溫控高速大應(yīng)變薄膜雙向拉伸裝置。該拉伸裝置具有拉伸方式可以選擇為工業(yè)上所有薄膜拉伸方式；拉伸速率及拉伸比連續(xù)可調(diào)；樣品溫度控制精確且能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)熱、拉伸和熱定型過程；拉力量程范圍大，雙向拉伸時可以同時采集兩個方向的應(yīng)力應(yīng)變信息。
[0006]本實用新型采用的技術(shù)方案為:一種溫控高速大應(yīng)變薄膜雙向拉伸裝置，包括高精度伺服電機，“井”字形導軌，剪叉式機構(gòu)，高壓氣動夾具，拉力傳感器，預(yù)熱爐，拉伸爐，高精度滾珠絲杠，“風琴式”防護罩，應(yīng)變、拉伸速度控制系統(tǒng)，以及熱風循環(huán)系統(tǒng)，其中:高精度伺服電機驅(qū)動“井”字形導軌獨立運動，使得剪叉式機構(gòu)完成伸縮運動，剪叉式機構(gòu)通過多個高壓氣動夾具，實現(xiàn)對薄膜樣品的拉伸，拉伸過程中，拉力傳感器跟蹤兩個方向拉力變化，應(yīng)變、拉伸速度控制系統(tǒng)對伺服電機的控制和拉力傳感器信號采集進行集成，能夠進行同步控制與數(shù)據(jù)采集，拉力傳感器的拉力數(shù)據(jù)采集使用美國國家儀器公司生產(chǎn)的N1-USB6008數(shù)據(jù)采集卡，高精度滾珠絲杠驅(qū)動該拉伸裝置的拉伸部分在預(yù)熱爐和拉伸爐間轉(zhuǎn)換，“風琴式”防護罩用于爐體側(cè)面密封，既起到密封加熱腔體作用，又不占據(jù)空間，應(yīng)變、拉伸速度控制系統(tǒng)連接高精度伺服電機和拉力傳感器，高精度伺服電機通過傳動機構(gòu)連接“井”字形導軌，剪叉式機構(gòu)，高壓氣動夾具，熱風循環(huán)系統(tǒng)與預(yù)熱爐，拉伸爐連接并獨立控制其溫度。
[0007]進一步的，高精度伺服電機型號為:SGMGV_09ADC61。
[0008]本實用新型與常用的拉伸裝置相比創(chuàng)新點主要有:
[0009]1、本實用新型采用相互垂直的“井”字形導軌，大大減小了裝置厚度方向的尺寸。
[0010]2、本實用新型高壓氣動夾具安裝在微型耐高溫直線導軌上，保證拉伸過程中穩(wěn)定運行。
[0011]3、本實用新型采用“風琴式”防護罩，既起到密封腔體作用，又不占據(jù)空間。
[0012]4、本實用新型采用工業(yè)熱風機能實現(xiàn)加熱腔體的快速升溫和溫度的精確控制。
[0013]5、本實用新型拉伸速率及拉伸比連續(xù)可調(diào)，且控制精確。
[0014]6、本實用新型可實時精確采集兩個方向拉力數(shù)據(jù)。
[0015]7、本實用新型可以針對不同的高分子薄膜材料，進行參數(shù)設(shè)定，對揭示高分子薄膜拉伸的科學問題具有普適性。
[0016]8、本實用新型的應(yīng)用前景:1)與廣角、小角X射線散射裝置聯(lián)用，系統(tǒng)地研究高分子薄膜拉伸過程中的基礎(chǔ)科學問題；2)模擬工業(yè)薄膜拉伸加工條件，揭示薄膜拉伸加工中結(jié)構(gòu)演化行為與加工性能和最終使用性能的關(guān)系，對薄膜工業(yè)加工有啟示作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型所述溫控高速大應(yīng)變薄膜雙向拉伸裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中I為高精度伺服電機，2為“井”字形導軌，3為剪叉式機構(gòu)，4為高壓氣動夾具，5為拉力傳感器，6為薄膜樣品，7為預(yù)熱爐，8為拉伸爐，9為高精度滾珠絲杠，10為“風琴式”防護罩，11為應(yīng)變、拉伸速度控制系統(tǒng)，12為熱風循環(huán)系統(tǒng)。

【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實施例進一步說明書本發(fā)明。
[0019]一種溫控高速大應(yīng)變薄膜雙向拉伸裝置，參見附圖1，包括高精度伺服電機I，“井”字形導軌2，剪叉式機構(gòu)3，高壓氣動夾具4，拉力傳感器5，薄膜樣品6，預(yù)熱爐7，拉伸爐8，高精度滾珠絲杠9，“風琴式”防護罩10，應(yīng)變、拉伸速度控制系統(tǒng)11，熱風循環(huán)系統(tǒng)12 ;高精度伺服電機I驅(qū)動“井”字形導軌2獨立運動，使得剪叉式機構(gòu)3完成伸縮運動，剪叉式機構(gòu)3通過多個高壓氣動夾具4，實現(xiàn)對薄膜樣品6的拉伸，拉伸方式可以選擇為單向或雙向拉伸，運行速度連續(xù)可調(diào)，能夠很好地配合不同材料對拉伸速度的響應(yīng)，拉伸過程中，拉力傳感器5跟蹤兩個方向拉力變化，應(yīng)變、拉伸速度控制系統(tǒng)11對伺服電機I的控制和拉力傳感器5信號采集進行集成，能夠進行同步控制與數(shù)據(jù)采集，拉力傳感器5拉力數(shù)據(jù)采集使用美國國家儀器公司生產(chǎn)的N1-USB6008數(shù)據(jù)采集卡，采樣率為10 ks/s，而在實驗過程中一般采用lks/s的采樣率，這種高速采集數(shù)據(jù)對于這種拉伸薄膜材料是非常重要的。既實現(xiàn)了拉力采集時間分辨達到I毫秒，同時也避免了過多的數(shù)據(jù)點帶來的處理數(shù)據(jù)復雜度。高精度滾珠絲杠9驅(qū)動該拉伸裝置的拉伸部分在預(yù)熱爐7和拉伸爐8間轉(zhuǎn)換，“風琴式”防護罩10用于爐體側(cè)面密封，既起到密封加熱腔體作用，又不占據(jù)空間，熱風循環(huán)系統(tǒng)能完成加熱腔體的快速升溫過程，同時保證加熱腔體的溫度均勻性。高精度伺服電機I選擇SGMGV-09ADC61，其編碼器分辨率高達106個脈沖/轉(zhuǎn)。
[0020]本實用新型未詳細闡述的部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。
[0021]盡管上面對本實用新型說明性的【具體實施方式】進行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)的技術(shù)人員理解本實用新型，但應(yīng)該清楚，本實用新型不限于【具體實施方式】的范圍，對本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本實用新型的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本實用新型構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護之列。
【權(quán)利要求】
1.一種溫控高速大應(yīng)變薄膜雙向拉伸裝置，其特征在于:包括高精度伺服電機(1)，“井”字形導軌(2)，剪叉式機構(gòu)(3)，高壓氣動夾具(4)，拉力傳感器(5)，預(yù)熱爐(7)，拉伸爐(8)，高精度滾珠絲杠(9)，“風琴式”防護罩(10)，應(yīng)變、拉伸速度控制系統(tǒng)(11)和熱風循環(huán)系統(tǒng)(12)，其中:高精度伺服電機(I)驅(qū)動“井”字形導軌(2)獨立運動，使得剪叉式機構(gòu)(3)完成伸縮運動，剪叉式機構(gòu)(3)通過多個高壓氣動夾具(4)，實現(xiàn)對薄膜樣品(6)的拉伸，拉伸過程中，拉力傳感器(5)跟蹤兩個方向拉力變化，應(yīng)變、拉伸速度控制系統(tǒng)(11)對伺服電機的控制和拉力傳感器信號采集進行集成，能夠進行同步控制與數(shù)據(jù)采集，拉力傳感器(5)的拉力數(shù)據(jù)采集使用美國國家儀器公司生產(chǎn)的N1-USB6008數(shù)據(jù)采集卡，高精度滾珠絲杠(9)驅(qū)動該拉伸裝置的拉伸部分在預(yù)熱爐(7)和拉伸爐(8)間轉(zhuǎn)換，“風琴式”防護罩(10)用于爐體側(cè)面密封，既起到密封加熱腔體作用，又不占據(jù)空間，應(yīng)變、拉伸速度控制系統(tǒng)(11)連接高精度伺服電機(I)和拉力傳感器(5)，高精度伺服電機(I)通過傳動機構(gòu)連接“井”字形導軌(2)，剪叉式機構(gòu)(3)，高壓氣動夾具(4)，熱風循環(huán)系(12)與預(yù)熱爐(7)，拉伸爐(8)連接并獨立控制其溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的溫控高速大應(yīng)變薄膜雙向拉伸裝置，其特征在于，高精度伺服電機(I)型號為:SGMGV-09ADC61。
【文檔編號】G01N3/18GK204008323SQ201420449291
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】李良彬, 孟令蒲, 林元菲, 陳曉偉, 徐佳麗, 李薛宇, 張瑞, 張前磊 申請人:中國科學技術(shù)大學