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界面更新條件下超臨界CO2在聚合物熔體中的溶解實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法

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界面更新條件下超臨界CO2在聚合物熔體中的溶解實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法

本實(shí)用新型涉及超臨界氣體在聚合物熔體中的溶解實(shí)驗(yàn)裝置領(lǐng)域,特別涉及超臨界CO2在聚合物熔體中的溶解實(shí)驗(yàn)裝置。



背景技術(shù):

微孔塑料由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)而具有許多優(yōu)越的綜合性能,如質(zhì)量輕、沖擊強(qiáng)度高、韌性好、傳導(dǎo)率低,隔音和隔熱效果優(yōu)等,有非常廣泛的應(yīng)用前景,被譽(yù)為“21世紀(jì)的新型材料”。微孔塑料成型有多種方法,其中超飽和氣體法最具有工業(yè)應(yīng)用潛力。因?yàn)镃O2的超臨界態(tài)容易達(dá)到,所以二十世紀(jì)90年代以來(lái)的有關(guān)微孔塑料研究大多圍繞超臨界CO2展開(kāi)。

而能否提高超臨界CO2的溶解速度則依賴于工藝參數(shù)的合理制定、螺桿和混合元件結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì),雖然知道微孔塑料連續(xù)成型時(shí)均相體的形成時(shí)間縮短是因?yàn)槁輻U和混合元件的剪切和混合作用,但具體作用機(jī)理是什么?是剪切、粘度的降低還是界面更新導(dǎo)致?目前,有關(guān)螺桿和混合元件的作用下溶解量和溶解速度的實(shí)驗(yàn)裝置還鮮有文獻(xiàn)報(bào)道。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足,提供一種界面更新條件下超臨界CO2在聚合物熔體中的溶解實(shí)驗(yàn)裝置。

該實(shí)驗(yàn)裝置從實(shí)驗(yàn)上對(duì)超臨界CO2在聚合物熔體中的溶解量、溶解速度進(jìn)行定量分析,通過(guò)改變溫度、壓力和犁體曲面式混合元件轉(zhuǎn)速,進(jìn)行溫度、壓力和翻埋吸附對(duì)超臨界CO2在聚合物熔體中的溶解量、溶解速度、溶解度的影響研究。所采用的變體積的方法使超臨界CO2在聚合物中的溶解過(guò)程中保持恒壓,較壓力衰竭法,可避免壓力改變影響溶解度和溶解過(guò)程;較重量法相比,可以研究剪切和剪切速率對(duì)溶解過(guò)程的影響;且實(shí)驗(yàn)裝置采用磁力傳動(dòng)原理,可有效避免高壓下的氣體泄露產(chǎn)生。

本實(shí)用新型所述裝置結(jié)構(gòu)包括: 氣瓶、減壓閥、壓力數(shù)顯表、增壓泵、油浴加熱容器、壓力室1、溢流閥、油泵、壓力傳感器、 A/D轉(zhuǎn)換器、控制系統(tǒng)、壓力室2、真空泵、位移傳感器、壓力容器、活塞、進(jìn)氣導(dǎo)管、尾氣出口、磁力攪拌裝置、高溫密封件、溫度顯示儀表、釜蓋、反應(yīng)釜體、法蘭、驅(qū)動(dòng)電機(jī),旋轉(zhuǎn)軸、磁力聯(lián)軸器、可更換式混合元件;

所述壓力室1上方與氣瓶及增壓泵相連,氣瓶與增壓泵之間有減壓閥和壓力表,超臨界CO2由氣瓶通入壓力室1,壓力室1內(nèi)有活塞上端連接恒定油壓,控制壓力室1的活塞移動(dòng),下方連接壓力控制系統(tǒng)和壓力室2,使壓力室2的壓力保持恒定,并通過(guò)油浴加熱使壓力室1和壓力室2維持恒溫,壓力室2內(nèi)有旋轉(zhuǎn)軸,通過(guò)磁力聯(lián)軸器和上方的驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連,下方連接犁體曲面式混合元件及真空泵。

采用上述方案,壓力室1和壓力室2由減壓閥連接通過(guò)油浴加熱器保持恒定的溫度,在壓力室1的活塞上端連接恒定油壓以調(diào)控活塞移動(dòng),從而使壓力室2的壓力保持恒定,壓力室2加入一定量聚合物后,保持一定的溫度,由氣瓶通入超臨界CO2到一定壓力后關(guān)閉進(jìn)口閥,打開(kāi)兩壓力室之間的閥,使超臨界CO2進(jìn)入壓力室2,并通過(guò)磁力聯(lián)軸器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連以保證壓力室2的可靠密封,經(jīng)過(guò)犁體曲面式混合元件的充分?jǐn)嚢?,根?jù)位移傳感器測(cè)定活塞位移隨時(shí)間的變化,從而得到超臨界CO2在聚合物熔體中溶解量隨時(shí)間的變化曲線。

所述壓力室1包括壓力容器、壓力數(shù)顯表、活塞、位移傳感器、進(jìn)氣導(dǎo)管、尾氣出口,所述壓力容器內(nèi)裝有活塞及位移傳感器,上方連接壓力數(shù)顯表,且開(kāi)有尾氣出口,下方連接進(jìn)氣導(dǎo)管,進(jìn)氣導(dǎo)管的上方連接有安全閥。

通過(guò)采用上述技術(shù)方案,首先關(guān)閉壓力室1和壓力室2之間的閥,并控制壓力室1的活塞處于端部使下部容積最大,通入超臨界 CO2 到一定壓力后關(guān)閉進(jìn)口閥。

所述壓力室2包括反應(yīng)釜體、溫度顯示儀表、釜蓋、高溫密封件、磁力攪拌裝置、控制系統(tǒng)、壓力傳感器、減壓閥,所述反應(yīng)釜體上方裝有釜蓋,內(nèi)部裝有溫度顯示儀表、壓力傳感器及磁力攪拌裝置,由高溫密封件連接,下方對(duì)稱連有進(jìn)氣導(dǎo)管及尾氣出氣導(dǎo)管,進(jìn)氣導(dǎo)管與壓力數(shù)顯表、控制系統(tǒng)相連,尾氣出氣導(dǎo)管與抽真空系統(tǒng)相連。

通過(guò)采用上述技術(shù)方案,壓力室2加入一定量聚合物后,保持一定的溫度,打開(kāi)兩壓力室之間的閥使CO2進(jìn)入壓力室2,通過(guò)控制壓力室1活塞上端的壓力使活塞移動(dòng)從而保持壓力室2中的超臨界CO2壓力恒定,通過(guò)調(diào)節(jié)犁體曲面式混合元件的轉(zhuǎn)速,在恒定的溫度、壓力下CO2溶解到聚合物熔體中溶解速度通過(guò)溶解量隨時(shí)間的變化得出,實(shí)驗(yàn)中通過(guò)位移傳感器活塞測(cè)定位移隨時(shí)間的變化,得到溶解量隨時(shí)間的變化曲線。

本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型是依據(jù)新提出的“吸附-擴(kuò)散和吸附-翻埋”溶解機(jī)理,據(jù)此建立的界面更新條件下超臨界CO2在聚合物熔體中的溶解行為研究實(shí)驗(yàn)裝置,研究不同溫度、壓力條件下翻埋吸附與溶解度、溶解量之間的相互影響以及溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)對(duì)溶解速度的影響規(guī)律。進(jìn)一步驗(yàn)證CO2在聚合物熔體中溶解和擴(kuò)散的新理論,對(duì)于從本質(zhì)上了解微孔塑料連續(xù)成型過(guò)程中均相體的形成特點(diǎn),合理制定工藝參數(shù),合理進(jìn)行模具和設(shè)備的改進(jìn)設(shè)計(jì),促使這項(xiàng)新技術(shù)早日走向成熟,具有重要的實(shí)際意義。

附圖說(shuō)明

圖1為所述界面更新條件下超臨界CO2在聚合物熔體中的溶解實(shí)驗(yàn)裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖;

圖中:1-氣瓶,2-減壓閥,3-壓力數(shù)顯表,4-增壓泵,5-油浴加熱容器,6-壓力室1,7-溢流閥,8-油泵,9-壓力傳感器,10-A/D轉(zhuǎn)換器,11-控制系統(tǒng),12-壓力室2,13-真空泵。

圖2為所述界面更新條件下超臨界CO2在聚合物熔體中的溶解實(shí)驗(yàn)裝置的壓力室1結(jié)構(gòu)示意圖:

圖中14-位移傳感器、15-壓力容器、16-活塞、17-進(jìn)氣導(dǎo)管、18-尾氣出口。

圖3為所述界面更新條件下超臨界CO2在聚合物熔體中的溶解實(shí)驗(yàn)裝置的壓力室2結(jié)構(gòu)示意圖;

圖中:19-磁力攪拌裝置,20-高溫密封件,21-溫度顯示儀表,22-釜蓋,23-反應(yīng)釜體;

圖4a為本實(shí)用新型所述裝置的無(wú)混合元件示意圖;

圖4b為本實(shí)用新型所述裝置的整體曲面式混合元件示意圖:

圖中:24-法蘭、25-驅(qū)動(dòng)電機(jī),26-旋轉(zhuǎn)軸、27-磁力聯(lián)軸器、28-可更換式混合元件。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型界面更新條件下超臨界CO2在聚合物熔體中的溶解實(shí)驗(yàn)裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示,其結(jié)構(gòu)包括氣瓶(1)、減壓閥(2)、壓力數(shù)顯表(3)、增壓泵(4)、油浴加熱容器(5)、壓力室1(6)、溢流閥(7)、油泵(8)、壓力傳感器(9)、A/D轉(zhuǎn)換器(10),控制系統(tǒng)(11)、壓力室2(12)、磁力攪拌裝置(19)、真空泵(13),所述壓力室1(6)上方與氣瓶(1)及增壓泵(4)相連,氣瓶與增壓泵之間有減壓閥(2)和壓力數(shù)顯表(3),CO2由氣瓶(1)通入壓力室1(6),壓力室1(6)內(nèi)有活塞(16)上端連接恒定油壓,控制壓力室1(16)的活塞移動(dòng),下方連接壓力傳感器(9)、控制系統(tǒng)(11)和壓力室2(12),使壓力室2(12)的壓力保持恒定,并通過(guò)油浴加熱容器(5)使壓力室1(6)和壓力室2(12)維持恒溫,壓力室2(12)內(nèi)有旋轉(zhuǎn)軸(26),通過(guò)磁力聯(lián)軸器(27)和上方的驅(qū)動(dòng)電機(jī)(25)相連,下方連接可更換式混合元件(28)及真空泵(13)。通過(guò)上述設(shè)置,壓力室1(6)和壓力室2(12)由減壓閥(2)連接通過(guò)油浴加熱器保持恒定的溫度,在壓力室1(6)的活塞(16)上端連接恒定油壓以調(diào)控活塞移動(dòng),從而使壓力室2(12)的壓力保持恒定,壓力室2(12)加入一定量聚合物后,保持一定的溫度,由氣瓶(1)通入超臨界CO2到一定壓力后關(guān)閉進(jìn)口閥(2),打開(kāi)兩壓力室之間的安全閥(2),使超臨界CO2進(jìn)入壓力室2(12),并通過(guò)磁力聯(lián)軸器(27)和外部驅(qū)動(dòng)電機(jī)(25)相連以保證壓力室2(12)的可靠密封,分別更換兩種混合元件(28)進(jìn)行充分?jǐn)嚢?,根?jù)位移傳感器(14)測(cè)定活塞(16)位移隨時(shí)間的變化,從而得到超臨界CO2在聚合物熔體中溶解量隨時(shí)間的變化曲線。

本實(shí)施例中,所述壓力室(1)包括壓力容器(15)、壓力數(shù)顯表(3)、活塞(16)、位移傳感器(14)、進(jìn)氣導(dǎo)管(17)、尾氣出口(18),所述壓力容器(15)內(nèi)裝有活塞(16)及位移傳感器(14),上方連接壓力數(shù)顯表(3),且開(kāi)有尾氣出口(18),下方連接進(jìn)氣導(dǎo)管(17),進(jìn)氣導(dǎo)管(17)的上方連接有減壓閥(2)。通過(guò)上述設(shè)置,首先關(guān)閉壓力室1(6)和壓力室2(16)之間的閥(2),并控制壓力室1(6)的活塞(16)處于端部使下部容積最大,通入超臨界 CO2 到一定壓力后關(guān)閉進(jìn)口閥(2)。

本實(shí)施例中,所述壓力室2(12)包括反應(yīng)釜體(23)、溫度顯示儀表(21)、釜蓋(22)、高溫密封件(20)、磁力攪拌裝置(19)、進(jìn)氣導(dǎo)管(17)、尾氣出口(18),所述反應(yīng)釜體(23)上方裝有釜蓋(22),內(nèi)部裝有溫度顯示儀表(21)、磁力攪拌裝置(19),由高溫密封件(20)連接,下方對(duì)稱連有進(jìn)氣導(dǎo)管(17)及尾氣出氣(18)導(dǎo)管,進(jìn)氣導(dǎo)管(17)與壓力數(shù)顯表(3)、控制系統(tǒng)(11)相連,尾氣出氣(18)導(dǎo)管經(jīng)安全閥(2)與真空泵(13)相連。通過(guò)上述設(shè)置,壓力室2(12)加入一定量聚合物后,保持一定的溫度,打開(kāi)兩壓力室之間的減壓閥(2)使超臨界CO2進(jìn)入壓力室2(12),通過(guò)控制壓力室1(6)活塞(16)上端的壓力,調(diào)節(jié)活塞(16)移動(dòng),從而保持壓力室2(12)中的超臨界CO2壓力恒定,通過(guò)磁力攪拌裝置(19)進(jìn)行充分?jǐn)嚢?,在恒定的溫度、壓力下超臨界CO2溶解到聚合物熔體中,溶解速度通過(guò)溶解量隨時(shí)間的變化得出,實(shí)驗(yàn)中通過(guò)位移傳感器(14)活塞測(cè)定位移隨時(shí)間的變化,得到溶解量隨時(shí)間的變化曲線。

本實(shí)施例中,所述磁力攪拌裝置(19)包括旋轉(zhuǎn)軸(26)、磁力聯(lián)軸器(27)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)(25)、法蘭(24)、可更換式混合元件(28),所述旋轉(zhuǎn)軸(26)通過(guò)磁力聯(lián)軸器(27)和上方的驅(qū)動(dòng)電機(jī)(25)相連接,下方連接可更換式混合元件(28),所述可更換式混合元件(28)包括無(wú)混合元件(a)和犁體曲面式混合元件(d)。通過(guò)上述設(shè)置:壓力室 2(12) 的混合元件(28)采用可拆卸的方式,擬安裝兩種混合元件:無(wú)混合元件(a)時(shí),可進(jìn)行聚合物熔體在靜止?fàn)顟B(tài)下的溶解實(shí)驗(yàn);犁體曲面式混合元件(b),利用耕犁翻地的原理最大限度地翻埋吸附界面。可分別進(jìn)行聚合物熔體在靜止?fàn)顟B(tài)下和在最大限度實(shí)現(xiàn)翻埋吸附界面方式下的溶解實(shí)驗(yàn)。研究不同溫度、壓力條件下翻埋吸附與溶解度、溶解量之間的相互影響以及溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)對(duì)溶解速度的影響規(guī)律。

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