無(wú)密封件型流變儀模具組件的制作方法
【專(zhuān)利摘要】公開(kāi)了一種具有背襯元件的無(wú)密封件型模具組件。第一模具組件與第二模具組件配合以形成樣品保持室。該模具組件中的至少一者包括模具和殼體，模具和殼體通過(guò)徑向間隙彼此隔開(kāi)使得模具能夠相對(duì)于模具殼體旋轉(zhuǎn)。薄膜定位成跨過(guò)位于模具與模具殼體之間的間隙以保持樣品保持室中的壓力。背襯元件與模具殼體配合以與膜連接，并且背襯元件與其對(duì)應(yīng)的模具間隔開(kāi)。背襯元件有助于將扭矩從樣品轉(zhuǎn)移至扭矩傳感器。模具組件可以結(jié)合到流變儀或其他采樣測(cè)量設(shè)備中以用于測(cè)試材料的工藝性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】無(wú)密封件型流變儀模具組件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]各方面總體上涉及一種具有背襯元件和膜的無(wú)密封件型流變儀模具組件。

【背景技術(shù)】
[0002]存在各種類(lèi)型的流變儀以測(cè)試諸如橡膠、硫化橡膠、聚合物、塑料、熱塑性塑料以及其他材料之類(lèi)的材料的工藝性能。在典型的流變儀中，材料樣品放置在限定于兩個(gè)流變儀模具之間的室內(nèi)。在樣品的一側(cè)向樣品施加旋轉(zhuǎn)應(yīng)變并且在另一側(cè)設(shè)置測(cè)量裝置以測(cè)量樣品上的扭矩。例如，一個(gè)流變儀模具可以相對(duì)于固定的流變儀模具搖動(dòng)從而在樣品上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)剪切力。扭矩傳感器可以安裝在固定的模具上以測(cè)量樣品上的扭矩，該扭矩表示樣品對(duì)剪切力的反應(yīng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，具有加壓的樣品腔的常規(guī)流變儀需要頻繁的重新校準(zhǔn)和密封件替換，這會(huì)造成低效率且成本昂貴。發(fā)明人已認(rèn)識(shí)到，這些問(wèn)題源于扭矩傳感器所處的那一側(cè)的模具組件的密封結(jié)構(gòu)。在常規(guī)的模具組件中，彈性體密封件由模具殼體保持并且與模具和模具殼體兩者接觸。密封件在使用期間會(huì)變形，這是因?yàn)榕ぞ貍鞲衅鞅仨氃试S變形以便進(jìn)行測(cè)量。密封件的彈性性能可能由于暴露于高溫和摩擦力引起的磨損而隨著時(shí)間發(fā)生改變。隨著密封件的老化和磨損，儀器必須重新校準(zhǔn)，并且最后，必須完全替換密封件。
[0004]發(fā)明人已領(lǐng)會(huì)到，對(duì)于重新校準(zhǔn)和密封件替換的這種需求可以通過(guò)利用膜和背襯元件構(gòu)型替換常規(guī)的密封件來(lái)消除。膜保持樣品保持室加壓，該背襯元件設(shè)置成抵靠模具殼體并且定位在模具殼體與膜之間的區(qū)域中以減小膜與模具殼體之間的拖曳。與常規(guī)的密封件不同，背襯元件與模具間隔開(kāi)使得背襯元件不接觸模具。因此，在背襯元件與模具間隔開(kāi)的情況下，背襯元件的形狀或背襯元件的性能和磨損的微小變化不會(huì)影響對(duì)樣品上的扭矩的測(cè)量。
[0005]根據(jù)一方面，用于測(cè)量樣品材料性能的流變儀包括具有第一模具和第一密封板的第一模具組件。在第一模具與第一密封板之間設(shè)有間隙。流變儀還包括具有第二模具和第二密封板的第二模具組件。第一模具和第二模具形成樣品保持室。流變儀還包括與第一密封板配合的背襯元件，其中，背襯元件的一部分與樣品保持室連接。第一模具組件和第二模具組件設(shè)置成容納膜，該膜定位在第一模具與第二模具之間使得膜跨過(guò)位于第一模具與第一密封板之間的間隙。當(dāng)膜保持在模具之間時(shí)，背襯元件與第一模具間隔開(kāi)，且膜將背襯元件與樣品保持室隔開(kāi)。
[0006]根據(jù)另一方面，公開(kāi)了一種使用流變儀測(cè)量樣品材料的性能的方法。流變儀包括第一模具組件、背襯元件和第二模具組件，其中，第一模具組件具有第一模具和第一密封板，背襯元件與第一密封板配合，第二模具組件具有第二模具和第二密封板。第一模具和第二模具形成樣品保持室。該方法還包括:將樣品放置在樣品保持室中。該方法還包括:將膜放置在樣品與第一模具組件之間以跨過(guò)位于第一模具與第一密封板之間的間隙，使得當(dāng)?shù)谝荒＞呓M件和第二模具組件處于閉合位置時(shí)，背襯元件與第一模具間隔開(kāi)，并且膜將背襯兀件與樣品保持室隔開(kāi)。
[0007]根據(jù)又一方面，用于測(cè)量樣品材料的性能的流變儀包括具有第一模具和第一密封板的第一模具組件。在第一模具與第一密封板之間設(shè)有間隙。流變儀還包括具有第二模具與第二密封板的第二模具組件。第一模具和第二模具形成樣品保持室。流變儀還包括與第一密封板配合的背襯元件。最后，流變儀包括定位在第一模具與第二模具之間的膜使得該膜跨過(guò)位于第一模具與第一密封板之間的間隙。當(dāng)?shù)谝荒＞呓M件與第二模具組件處于閉合位置時(shí)，背襯元件與第一模具間隔開(kāi)，并且膜將背襯元件與樣品保持室隔開(kāi)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]附圖不意在按比例繪制。在附圖中，各個(gè)圖中示出的每個(gè)相同或幾乎相同的部件由相同的附圖標(biāo)記表示。出于清楚的目的，并非每個(gè)部件都在每個(gè)附圖中進(jìn)行標(biāo)記?，F(xiàn)在將參照附圖以示例的方式對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施方式進(jìn)行描述，在附圖中:
[0009]圖1為常規(guī)流變儀的一部分的截面圖；
[0010]圖2為根據(jù)一個(gè)示意性實(shí)施方式的示例性流變儀的截面圖；以及
[0011]圖3為圖2中的流變儀的由線3圈出的部分的放大圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]流變儀通常用于確定諸如橡膠、硫化橡膠、聚合物、塑料、熱塑性塑料或其他材料之類(lèi)的粘彈性材料的各種性能。這些儀器可以通常稱(chēng)作動(dòng)模流變儀(Moving DieRheometer, MDR)、橡膠工藝分析器(Rubber Process Analyzer, RPA)、磁盤(pán)振蕩流變儀(Oscillating Disk Rheometer, ODR)和/或門(mén)尼粘度計(jì)。這些儀器可以向材料樣品施加旋轉(zhuǎn)剪切力并且可以測(cè)量樣品上產(chǎn)生的扭矩。關(guān)于材料的信息可以從樣品上測(cè)出的扭矩得至IJ。待測(cè)試的材料樣品可以封閉在形成在兩個(gè)相對(duì)的流變儀模具之間的室內(nèi)并且可以通過(guò)使一個(gè)模具旋轉(zhuǎn)而保持另一個(gè)模具固定來(lái)向材料樣品施加旋轉(zhuǎn)剪切力。應(yīng)該領(lǐng)會(huì)的是，術(shù)語(yǔ)“流變儀”指的是用于測(cè)量粘彈性材料的工藝性能的任何流變儀器，這些流變儀器包括但不限于以上所列的裝置。
[0013]如以上所討論的，流變儀可以構(gòu)造有形成樣品保持室的上部和下部的模具。在常規(guī)的流變儀中，每個(gè)模具為能夠在圍繞模具的同軸圓筒形殼體中旋轉(zhuǎn)的圓形盤(pán)。由耐熱的彈性材料制成的環(huán)形密封件坐置于位于模具殼體的軸向延伸面中的凹槽中并且與模具的軸向延伸面接觸。這種密封件需要在測(cè)試期間保持樣品保持室中的恒定壓力。然而，密封件由于在殼體與模具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)期間與模具接觸而受到持續(xù)的磨損。另外，樣品與密封件之間的接觸還會(huì)增加對(duì)密封件的磨損。因此，這種密封件會(huì)被快速地磨損壞，從而需要對(duì)儀器進(jìn)行頻繁的重新校準(zhǔn)以及替換密封件。
[0014]例如，圖1示出了示例性的常規(guī)流變儀10。上模具組件包括上殼體21和上模具11。包括上密封板15的上殼體21圍繞上模具11。上密封件13坐置于位于上密封板15的軸向延伸面中的凹槽中并且在密封件的內(nèi)環(huán)形面處與上模具11接觸。下模具組件包括下殼體22且也在密封件的內(nèi)環(huán)形表面處包括下模具12。包括下密封板16的殼體22圍繞下模具12。下密封件14坐置于位于下密封板16的軸向延伸面中的凹槽中并且與下模具12接觸。上模具11經(jīng)由上模具11的外周周?chē)木o固件連接至扭矩傳感器26。下模具12經(jīng)由下模具12的外周周?chē)木o固件連接至驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)25。坐置于上密封板15中并圍繞上模具11的上密封件13對(duì)上模具11的移動(dòng)施予拖曳。當(dāng)密封件的物理性能由于極限溫度而改變并且由于與設(shè)置在室中的樣品接觸而嚴(yán)重磨損時(shí)，該拖曳量改變。拖曳的這種改變可以使扭矩傳感器的扭矩測(cè)量失真從而導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果。
[0015]已經(jīng)存在避免這種密封結(jié)構(gòu)的若干嘗試。例如，根據(jù)一種方法，將位于模具與模具殼體之間的密封件移除并且將樣品保持室保持通向大氣壓。發(fā)明人已領(lǐng)會(huì)到，在這種結(jié)構(gòu)中，樣品保持室不再加壓，從而允許氣泡形成在樣品內(nèi)，因而引起測(cè)量失真和不準(zhǔn)確的結(jié)果O
[0016]根據(jù)另一種方法，將位于模具與模具殼體之間的彈性體密封件移除并且將膜放置在樣品與模具之間以跨過(guò)位于模具與模具殼體之間的間隙。發(fā)明人已領(lǐng)會(huì)到，在這種結(jié)構(gòu)中，膜粘附至模具殼體和上模具并且由于膜在模具與模具殼體之間產(chǎn)生了很大的拖曳力，從而導(dǎo)致測(cè)量失真和不準(zhǔn)確的結(jié)果。較硬的測(cè)試材料還通過(guò)在上模具與模具殼體之間產(chǎn)生附加拖曳力而造成測(cè)量失真。
[0017]根據(jù)另一種方法，用軸承材料替換耐熱的彈性體密封件。發(fā)明人已領(lǐng)會(huì)到，由于軸承材料不能很好地處理溫度變化，因此，由于在測(cè)試過(guò)程期間溫度方面的變動(dòng)，軸承材料在流變儀模具組件中的應(yīng)用可能導(dǎo)致模具與模具殼體之間的間隙尺寸發(fā)生改變，從而導(dǎo)致重復(fù)性的問(wèn)題。另外，發(fā)明人已領(lǐng)會(huì)到，難以在多個(gè)流變儀中以可重復(fù)性的方式制造這種裝置。
[0018]本發(fā)明的各方面針對(duì)一種模具組件，該模具組件構(gòu)造成在減小對(duì)儀器重新校準(zhǔn)和密封件替換的頻率的同時(shí)提供準(zhǔn)確且可重復(fù)的測(cè)量。另外，這種結(jié)構(gòu)允許多個(gè)流變儀以更優(yōu)的可重復(fù)性的方式操作。
[0019]根據(jù)一方面，用減小或者消除拖曳的構(gòu)型保持樣品保持室中的壓力的同時(shí)，消除了接觸模具和模具殼體兩者的常規(guī)彈性體密封件。
[0020]在一個(gè)實(shí)施方式中，模具組件包括膜和背襯元件。膜跨過(guò)位于模具與模具殼體之間的間隙以保持樣品保持室中的壓力，同時(shí)背襯元件的存在減小或消除了膜與模具殼體之間的拖曳。以這種方式，由于常規(guī)密封件的不存在，因此，減少了由于密封件磨損造成的儀器的頻繁重新校準(zhǔn)，同時(shí)膜保持了樣品保持室中的壓力。如將要解釋的，出于以下各種原因需要保持測(cè)試室中的壓力，所述原因包括減小樣品中形成氣泡的可能性。
[0021]如圖2中所示，流變儀30包括上模具組件，該上模具組件包括上殼體72和上模具32。包括上密封板36的上殼體72圍繞上模具32。下模具組件包括下殼體74和下模具34。包括下密封板38的下殼體74圍繞下模具34。模具32、34的兩相對(duì)面61、62能夠在敞開(kāi)位置與閉合位置之間相對(duì)于彼此軸向地移動(dòng)。環(huán)形密封件40坐置于位于下密封板38的軸向延伸面中的凹槽中并且與下模具34接觸。
[0022]如在圖3中最清楚地觀察到的，小且大致圓周形間隙58將上密封板36與上模具32隔開(kāi)。因此，施加至上模具32的力不轉(zhuǎn)移至上密封板36。這允許扭矩傳感器110準(zhǔn)確地測(cè)量由位于上模具與下模具34之間的樣品在下模具34旋轉(zhuǎn)時(shí)施加至上模具32的扭矩。在一些實(shí)施方式中，間隙58可以在0.005英寸至0.008英寸之間。由于該方面不局限于這一點(diǎn)，所以可以使用不引起泄漏的任何適合的間隙尺寸。替代性地或另外，間隙58還可以將上模具32與保持環(huán)44和/或背襯兀件42隔開(kāi)。
[0023]膜50定位在上模具組件與下模具組件之間以跨過(guò)位于上密封板36與上模具32之間的間隙58。膜50的存在用以將樣品保持室66與大氣壓阻隔，從而允許樣品保持室66在測(cè)試期間保持加壓。保持加壓的樣品保持室66有助于防止使測(cè)量失真的氣泡的形成。
[0024]可以使用具有非粘合性及熱特性的例如芳香族聚酯、聚酰胺和聚酰亞胺的各種聚合物膜來(lái)制作膜50。還可以使用例如“卡普頓”聚酰亞胺膜的某些混合的聚酰亞胺/聚酰胺或聚酯酮醚膜。另外，還可以使用金屬化聚合物膜以及某些金屬膜或箔片。在一些實(shí)施方式中，可以使用CHANGSHUHUACHUANG(常熟華創(chuàng))CH250。在一些實(shí)施方式中，可以使用DUPONTKAPTON (杜邦卡普頓)100HN。
[0025]在一些實(shí)施方式中，膜可以具有在縱向方向(machine direct1n)上的175MPa至215MPa范圍內(nèi)的斷裂拉伸強(qiáng)度以及在橫向方向上的225MPa至275MPa范圍內(nèi)的斷裂拉伸強(qiáng)度、在所述兩方向上的85MPa至105MPa范圍內(nèi)的屈服應(yīng)力以及在縱向方向上的110%至140%范圍內(nèi)的斷裂伸長(zhǎng)率和在橫向方向上的70%至90%范圍內(nèi)的斷裂伸長(zhǎng)率。這些值通過(guò)在23攝氏度、50%相對(duì)濕度和每分鐘50%的應(yīng)變速率的條件下執(zhí)行的美國(guó)試驗(yàn)材料學(xué)會(huì)(ASTM)方法D-882-83來(lái)確定。在一些實(shí)施方式中，膜可以具有在縱向方向上的139MPa的斷裂拉伸強(qiáng)度以及在橫向方向上的120MPa的斷裂拉伸強(qiáng)度、69MPa的屈服應(yīng)力以及40%的斷裂伸長(zhǎng)率。
[0026]可以使用各種厚度的膜。在一些實(shí)施方式中，膜具有15微米至50微米范圍內(nèi)的厚度。在一些實(shí)施方式中，膜具有20微米至25微米范圍內(nèi)的厚度。在一些實(shí)施方式中，膜具有15微米至100微米范圍內(nèi)的厚度。在一些實(shí)施方式中，膜具有25微米的厚度。
[0027]膜可以?shī)A置在上模具組件與下模具組件之間。在一些情況下，膜可以在每個(gè)測(cè)試之后進(jìn)行更換。在一些實(shí)施方式中，使用第一膜將樣品與上模具組件隔開(kāi)，并且使用第二膜將樣品與下模具組件隔開(kāi)。在其他實(shí)施方式中，使用膜將樣品與上模具組件隔開(kāi)，而不使用膜將樣品與下模具組件隔開(kāi)。
[0028]當(dāng)使用膜保持樣品保持室加壓時(shí)，膜與模具殼體之間的接觸在測(cè)試期間產(chǎn)生了拖曳，從而使測(cè)量失真以及導(dǎo)致不準(zhǔn)確的結(jié)果。在一個(gè)實(shí)施方式中，膜與模具殼體之間的這種拖曳通過(guò)在膜與殼體之間設(shè)置背襯元件而減小。為了防止膜與殼體之間的接觸，背襯元件與殼體配合使得膜與背襯元件而不是與殼體連接。
[0029]在一個(gè)實(shí)施方式中，如在圖2中觀察到的，背襯元件42為與上殼體72配合并且坐置于位于上密封板36中的凹槽中的環(huán)形構(gòu)件。上密封板36形成上殼體72的一部分。
[0030]如最佳在圖3中觀察到的，背襯元件42與上模具殼體72的上密封板36配合。當(dāng)上模具32和下模具34處于閉合的位置以形成樣品保持室66時(shí)，背襯元件42定位成使得，在膜50被移除的情況下，背襯元件42的最靠近樣品保持室66的部分與樣品保持室66連接。
[0031]在膜50定位在上模具32與下模具34的情況下，背襯元件42在上模具32的相對(duì)面61附近的區(qū)域中定位在膜50與上模具殼體72的上密封板36之間。由于背襯兀件42的存在，因此，減小了在上模具32的相對(duì)面61附近的區(qū)域中的膜50與上密封板36之間的接觸，在一些實(shí)施方式中消除了該接觸，從而減小了膜50與上密封板36之間的拖曳力的產(chǎn)生。相反，當(dāng)膜50在測(cè)試期間相對(duì)于背襯元件42移動(dòng)時(shí)，膜50接觸背襯元件42。在一些實(shí)施方式中，背襯元件42可以放置成允許膜50在上模具32的相對(duì)面61附近的區(qū)域中僅與背襯兀件42接觸。
[0032]背襯元件42與上模具間隔開(kāi)以避免背襯元件的磨損。在一些實(shí)施方式中，如最佳在圖3中觀察到的，背襯元件42通過(guò)間隙58與上模具32間隔開(kāi)。在上模具32相對(duì)于上密封板36的旋轉(zhuǎn)期間，背襯元件42不接觸上模具32。由于背襯元件42與上模具32的隔離，因此，背襯元件42不承受可能磨損常規(guī)的流變儀密封件的摩擦力。此外，膜50將背襯元件42與樣品保持室66隔開(kāi)使得樣品在測(cè)試過(guò)程期間不接觸背襯元件42。
[0033]背襯元件42可以以任何適合的結(jié)構(gòu)與上密封板36配合。在一些實(shí)施方式中，背襯元件42可以由于背襯元件42在上密封件36中的圓周形凹槽55內(nèi)的過(guò)盈配合而保持設(shè)置成抵靠上密封件36。替代性地或另外，可以使用其他適合的保持結(jié)構(gòu)保持背襯元件42與上密封板36之間的接觸。在一些實(shí)施方式中，保持器有助于保持背襯元件與殼體之間的接觸。保持器在背襯元件上施加保持力以防止背襯元件相對(duì)于模具殼體移動(dòng)。在圖2中所示的實(shí)施方式中，保持環(huán)44與上模具殼體72配合以通過(guò)將背襯元件42壓縮在保持環(huán)44與上密封板36之間來(lái)在背襯元件42上施加保持力。如圖2和圖3中所示，背襯元件42的一部分位于保持環(huán)44與上密封板36之間。
[0034]保持環(huán)44可以以適合的方式緊固至上密封板36。緊固件46可以用于將保持環(huán)44附接至上密封板36?？梢允褂弥T如螺釘或其他適合的硬件之類(lèi)的任何適合的緊固件將保持環(huán)44附接至上密封板36。在一些實(shí)施方式中，保持環(huán)44可以在不使用緊固件的情況下例如經(jīng)由過(guò)盈配合、楔形接頭或其他適合的結(jié)構(gòu)附接至上密封板36。
[0035]在一些實(shí)施方式中，為了實(shí)現(xiàn)緊湊構(gòu)型和/或流線型構(gòu)型，保持環(huán)44可以與上密封板36配合以形成單個(gè)單元體或單個(gè)單元形狀。保持環(huán)44可以與上密封板36配合使得保持環(huán)44的表面45與上密封板36的表面37齊平，使得保持環(huán)44和上密封板36結(jié)合以形成單個(gè)單元體形狀。在一些實(shí)施方式中，上密封板可以與保持器一體地形成使得上密封板和保持器形成單個(gè)部件。
[0036]當(dāng)然，由于該方面不局限于這一點(diǎn)，因此應(yīng)該領(lǐng)會(huì)的是，背襯元件42可以與上密封板36配合以保持與上密封板36接觸或者通過(guò)任何適合裝置以其他方式設(shè)置成抵靠上密封板36。例如，背襯元件42可以?xún)H由上密封板36通過(guò)過(guò)盈配合保持。如另一個(gè)示例，背襯元件42可以通過(guò)緊固件直接附接至上密封板36。替代性地或另外，背襯元件42可以簡(jiǎn)單地坐置在上密封板36中的凹部或凹槽內(nèi)并且可以在不需要過(guò)盈配合的情況下保持設(shè)置成抵靠上密封板36。在又一個(gè)實(shí)施方式中，背襯元件可以粘附在適當(dāng)位置。
[0037]圖2和圖3描繪了僅位于聯(lián)接至扭矩傳感器的模具處的單個(gè)背襯元件、膜和保持器結(jié)構(gòu)。替代性地或另外，相同或相似的背襯元件、膜和保持器結(jié)構(gòu)可以在聯(lián)接至驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的模具處使用。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，圖2至圖3中示出的位于下模具34處的環(huán)形密封件40由與在上模具32處使用的襯墊環(huán)、膜以及保持器結(jié)構(gòu)類(lèi)似的襯墊環(huán)、膜以及保持器結(jié)構(gòu)來(lái)替換。
[0038]可以選擇背襯元件42的材料使得其可以與樣品室中的材料一起變形。背襯元件可以由任何適合的彈性體制成。
[0039]還可以選擇背襯元件42的材料使得膜50與背襯元件42之間的滑動(dòng)接觸比膜50與上密封板36之間的滑動(dòng)接觸產(chǎn)生更小的拖曳力。背襯元件由具有足夠潤(rùn)滑性的材料制成以避免其與膜之間的粘附。例如，背襯元件可以由聚四氟乙烯(PTFE)或者諸如氟橡膠之類(lèi)的任何適合的彈性體制成。另外，背襯元件可以由能夠減小拖曳的其他材料一一諸如石墨或者軸承類(lèi)型的材料一一制成。
[0040]現(xiàn)在討論示例性流變儀的附加特征。上模具組件和下模具組件能夠在敞開(kāi)位置與閉合位置之間相對(duì)于彼此軸向地移動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)圖2中所示的閉合位置，上模具組件和下模具組件朝向彼此移動(dòng)使得模具32、34的兩相對(duì)面61和62限定樣品保持室66以用于保持材料樣品。樣品保持室66可以具有預(yù)定的形狀和容積。當(dāng)上模具組件和下模具組件遠(yuǎn)離彼此移動(dòng)至敞開(kāi)位置時(shí)，可以將樣品插入到上模具32與下模具34之間或從上模具32與下模具34之間移除。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，可以將樣品注入至流變儀中。
[0041]如在圖2中觀察到的，模具32、34的兩相對(duì)面61和62呈具有徑向凹槽63的淺的平頂錐形體的形式(即，雙錐形板)。因此，樣品保持室66中的樣品具有位于中間的薄且平的圓形部以及在厚度上徑向向外增大的外部。應(yīng)該領(lǐng)會(huì)的是，兩相對(duì)面61和62可以具有包括大體上平坦表面的其他構(gòu)型(即，平行板)。雙錐形板構(gòu)型通常用于橡膠材料，而平板構(gòu)型通常用于橡膠、塑料材料或者樹(shù)脂浸潰纖維。
[0042]為了將剪切力施加至保持在樣品保持室中的樣品上，一個(gè)模具可以相對(duì)于另一個(gè)模具移動(dòng)。在圖2的示意性的實(shí)施方式中，上模具32固定，而下模具34聯(lián)接至驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。由于本發(fā)明不局限于這一點(diǎn)，因此應(yīng)該領(lǐng)會(huì)的是，在其他實(shí)施方式中，上模具32可以構(gòu)造成移動(dòng)而下模具34可以固定。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100以已知的方式聯(lián)接至下模具34以使得下模具34移動(dòng)。由于本發(fā)明不局限于這一點(diǎn)，因此應(yīng)該領(lǐng)會(huì)的是，各種部件可以用于使模具移動(dòng)。由動(dòng)模34產(chǎn)生的所施加的旋轉(zhuǎn)剪切力可以為振蕩或連續(xù)的并且可以具有預(yù)定的振幅和頻率。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所施加的剪切力具有大約+/-0.1°的弧度至+/-180°的弧度范圍內(nèi)的振幅，具有在大約0.0OlHz至50Hz的范圍內(nèi)的振蕩頻率。然而，應(yīng)該領(lǐng)會(huì)的是，本發(fā)明不局限于將特定類(lèi)型的剪切力應(yīng)用在材料樣品上。由于本發(fā)明不局限于這一點(diǎn)，因此可預(yù)期，可以利用其他振幅和頻率范圍。在一個(gè)實(shí)施方式中，下模具可以在一個(gè)方向上連續(xù)地旋轉(zhuǎn)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，可以使用應(yīng)力松弛測(cè)試，在該測(cè)試中，下模具經(jīng)歷在一個(gè)方向上的短而快速的移動(dòng)并且隨后停止。為了測(cè)量保持在樣品保持室中的樣品上的扭矩，流變儀聯(lián)接至扭矩傳感器。在圖2的示意性的實(shí)施方式中，扭矩傳感器110以已知的方式聯(lián)接至固定的上模具32。由于本發(fā)明不局限于這一點(diǎn)，因此，在另一個(gè)實(shí)施方式中，扭矩傳感器110可以聯(lián)接至其他適合的部件和/或可以處于將獲得可測(cè)量應(yīng)力或扭矩的其他適合位置。由于本發(fā)明不局限于這一點(diǎn)，因此應(yīng)該領(lǐng)會(huì)的是，各種類(lèi)型的扭矩傳感器或其他適合的裝置和/或設(shè)備可以用于測(cè)量樣品上的扭矩。
[0043]樣品上的測(cè)量的產(chǎn)生的扭矩可以表示樣品材料對(duì)特定的所施加的剪切力的特定響應(yīng)。樣品材料的工藝性能可以從所測(cè)量的扭矩獲得。例如，樣品材料的彈性扭矩、粘性或損失扭矩和模數(shù)可以根據(jù)對(duì)在樣品上所測(cè)量的合成扭矩、旋轉(zhuǎn)的頻率和振幅以及模具的尺寸進(jìn)行計(jì)算來(lái)確定?？梢圆捎萌魏芜m合的方法學(xué)，因而在本申請(qǐng)中不進(jìn)行詳細(xì)地描述。
[0044]材料的工藝性能可以通過(guò)改變溫度、頻率和/或應(yīng)力發(fā)生顯著地改變。在若干不同的頻率、應(yīng)力和溫度下進(jìn)行測(cè)試對(duì)充分地獲取材料樣品性能而言會(huì)是必要的。在一個(gè)實(shí)施方式中，用于特定測(cè)試的期望頻率、應(yīng)力和溫度可以編程到與流變儀連接的計(jì)算機(jī)中。
[0045]在一些測(cè)試配置中，可以對(duì)材料樣品進(jìn)行加熱使得樣品符合流變儀模具。還可以對(duì)樣品進(jìn)行加熱以測(cè)試材料在特定溫度下的各種工藝性能?？梢蕴峁┘訜崞骱蜏囟葌鞲衅饕钥刂茦悠返臏囟?。通常，材料越柔軟，樣品上的扭矩越小。然而，隨著樣品從熔融或半熔融狀態(tài)冷卻至偏固體狀態(tài)，變硬的樣品增大了測(cè)量扭矩。如圖2中所示，溫度傳感器90可以設(shè)置在一個(gè)或更多個(gè)模具上以測(cè)量并輔助控制樣品的溫度。傳感器可以定位成靠近模具的接觸樣品的表面以更加準(zhǔn)確地測(cè)量樣品的溫度。
[0046]常規(guī)流變儀的其他特征可以與文中所討論的流變儀和無(wú)密封件型流變儀模具組件結(jié)合來(lái)使用。這些其余特征對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的。
[0047]應(yīng)該領(lǐng)會(huì)的是，本發(fā)明不局限于這一點(diǎn)，而是可以獲得這些所列出的目的中的一個(gè)目的或任意組合，并且本發(fā)明不局限于實(shí)現(xiàn)所有目的的模具組件。另外，本發(fā)明不局限于實(shí)現(xiàn)這些目的中的任意一個(gè)目的。相反，如所陳述的，期望的結(jié)果是在與過(guò)去可用的相比使用較少的儀器重新校準(zhǔn)和密封件替換來(lái)獲得更加準(zhǔn)確的測(cè)量。
[0048]應(yīng)該領(lǐng)會(huì)的是，此處所描述的模具組件可以形成有以上所述的特征中的一個(gè)或更多個(gè)特征。由于本發(fā)明不局限于這一點(diǎn)，所以以上方面和特征可以以任何適合的結(jié)合方式進(jìn)行利用。還應(yīng)該領(lǐng)會(huì)的是，附圖示出了可以并入本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式中的各個(gè)部件和特征。為了簡(jiǎn)單化，一些附圖可能示出了多于一個(gè)的可選特征或部件。然而，本發(fā)明不局限于附圖中所公開(kāi)的特定的實(shí)施方式。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，一些實(shí)施方式可以?xún)H包括任一個(gè)附圖中所示出的部件的一部分，和/或還可以包含結(jié)合了多個(gè)不同附圖中所示出的部件的實(shí)施方式。
[0049]應(yīng)該領(lǐng)會(huì)的是，本發(fā)明的對(duì)各種實(shí)施方式的先前描述僅是對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明性描述，本發(fā)明的其他實(shí)施方式、改型和等同實(shí)施方式均在本發(fā)明的所附權(quán)利要求所述的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于測(cè)量樣品材料的性能的流變儀，包括: 第一模具組件，所述第一模具組件包括第一模具和第一密封板； 間隙，所述間隙位于所述第一模具與所述第一密封板之間； 第二模具組件，所述第二模具組件包括第二模具和第二密封板，所述第一模具和所述第二模具形成樣品保持室；以及 背襯元件，所述背襯元件與所述第一密封板配合，其中，所述背襯元件的一部分與所述樣品保持室連接， 其中: 所述第一模具組件和所述第二模具組件設(shè)置成容納膜，所述膜定位在所述第一模具與所述第二模具之間以跨過(guò)位于所述第一模具與所述第一密封板之間的所述間隙，并且當(dāng)所述膜保持在所述模具之間時(shí)，所述背襯元件與所述第一模具間隔開(kāi)，且所述膜將所述背襯元件與所述樣品保持室隔開(kāi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流變儀，還包括保持器，所述保持器與所述第一密封板配合以防止所述背襯元件相對(duì)于所述第一密封板移動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流變儀，其中，所述背襯元件的至少一部分定位在所述保持器與所述第一密封板之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流變儀，其中，所述保持器的一部分定位在所述背襯元件與所述第一模具之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流變儀，還包括聯(lián)接至所述第二模具的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)造并設(shè)置成使所述第一模具或所述第二模具中的一者相對(duì)于另一者旋轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流變儀，還包括密封件，所述密封件定位在所述第二模具與所述第二密封板之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流變儀，其中，所述背襯元件的至少一部分包括聚四氟乙烯。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流變儀，其中，所述背襯元件的至少一部分包括彈性體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流變儀，其中，彈性體包括氟橡膠。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流變儀,其中,所述背襯元件包括低摩擦系數(shù)材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的流變儀，其中，所述背襯元件包括石墨。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的流變儀，其中，所述背襯元件包括潤(rùn)滑劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流變儀，其中，所述第一模具組件和所述第二模具組件具有敞開(kāi)位置和閉合位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流變儀，其中，所述第一模具和所述第二模具中的至少一者能夠相對(duì)于所述第一模具和所述第二模具中的另一者旋轉(zhuǎn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流變儀，還包括聯(lián)接至所述第一模具的扭矩傳感器，所述扭矩傳感器構(gòu)造并設(shè)置成測(cè)量所述樣品保持室中的樣品上的扭矩。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流變儀，其中，所述膜包括聚酰亞胺材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流變儀，其中，所述膜的厚度在15微米至50微米之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流變儀，還包括: 第二背襯元件，所述第二背襯元件與所述第二密封板配合；以及 第二間隙，所述第二間隙位于所述第二模具與所述第二密封板之間； 第二膜，所述第二膜定位在所述第一模具與所述第二模具之間以跨過(guò)位于所述第二模具與所述第二密封板之間的所述第二間隙， 其中，當(dāng)所述第一模具組件和所述第二模具組件處于閉合位置時(shí)，所述第二背襯元件與所述第二模具間隔開(kāi)，并且所述第二膜將所述第二背襯元件與所述樣品保持室隔開(kāi)。
19.一種用于使用流變儀測(cè)量樣品材料的性能的方法，所述流變儀包括第一模具組件、背襯元件和第二模具組件，其中，所述第一模具組件包括第一模具和第一密封板；所述背襯元件與所述第一密封板配合；所述第二模具組件包括第二模具和第二密封板，所述第一模具和所述第二模具形成樣品保持室，其中，所述方法包括: 將樣品放直在所述樣品保持室中； 將膜放置在所述樣品與所述第一模具組件之間以跨過(guò)位于所述第一模具與所述第一密封板之間的間隙，使得當(dāng)所述第一模具組件和所述第二模具組件處于閉合位置時(shí)，所述背襯元件與所述第一模具間隔開(kāi)，并且所述膜將所述背襯元件與所述樣品保持室隔開(kāi)。
20.一種用于測(cè)量樣品材料的性能的流變儀，包括: 第一模具組件，所述第一模具組件包括第一模具和第一密封板； 間隙，所述間隙位于所述第一模具與所述第一密封板之間； 第二模具組件，所述第二模具組件包括第二模具和第二密封板，所述第一模具和所述第二模具形成樣品保持室；以及 背襯元件，所述背襯元件與所述第一密封板配合；以及 膜，所述膜定位在所述第一模具與所述第二模具之間以跨過(guò)位于所述第一模具與所述第一密封板之間的所述間隙， 其中，當(dāng)所述第一模具組件和所述第二模具組件處于閉合位置時(shí)，所述背襯元件與所述第一模具間隔開(kāi)，并且所述膜將所述背襯元件與所述樣品保持室隔開(kāi)。
【文檔編號(hào)】G01N11/16GK104364632SQ201480001293
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月14日
【發(fā)明者】馬修·S·麥克馬斯特, 亨利·帕夫洛夫斯基, 邁克爾·R·斯托勒 申請(qǐng)人:阿爾法科技服務(wù)有限責(zé)任公司