一種拉伸/剪切可控復(fù)合流場(chǎng)的偏心圓筒流變裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及聚合物流變學(xué)測(cè)試技術(shù)，尤其涉及一種拉伸/剪切可控復(fù)合流場(chǎng)的偏心圓筒流變裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚合物加工成型過(guò)程中熔體的流動(dòng)通常伴隨著剪切與拉伸同時(shí)存在的復(fù)雜流動(dòng)，兩種流動(dòng)形式在流動(dòng)空間存在不同的強(qiáng)度，對(duì)聚合物熔體的分子取向，組分間分散狀態(tài)等微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的影響，并最終影響聚合物制品的尺寸、形狀、物理特性等宏觀性能。復(fù)雜流動(dòng)中，流場(chǎng)中的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)顯然受到熔體的拉伸流變特性和剪切流變特性的綜合影響，這種綜合影響規(guī)律目前還缺乏研宄，傳統(tǒng)的流變測(cè)量方法，還只是建立在簡(jiǎn)單的剪切流動(dòng)或者拉伸流動(dòng)基礎(chǔ)上，測(cè)得的熔體流變參數(shù)也只是單純的剪切流變或拉伸流變參數(shù)，表征的流變特性也只是簡(jiǎn)單流動(dòng)中的特性，利用這些參數(shù)，既無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算熔體在復(fù)雜流場(chǎng)的流動(dòng)狀態(tài)，也無(wú)法解釋復(fù)雜流場(chǎng)中的各種特殊現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種拉伸/剪切可控復(fù)合流場(chǎng)的偏心圓筒流變裝置及方法。探索聚合物熔體在復(fù)雜流場(chǎng)中的流變行為規(guī)律，增加流變學(xué)實(shí)驗(yàn)研宄手段，從而更好地指導(dǎo)聚合物成型加工過(guò)程。
[0004]本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0005]一種拉伸/剪切可控復(fù)合流場(chǎng)的偏心圓筒流變裝置，包括測(cè)量裝置1、升降裝置I1、偏心度調(diào)節(jié)裝置III ;
[0006]所述測(cè)量裝置I包括外筒6、置于外筒6內(nèi)部的內(nèi)筒4、用于驅(qū)動(dòng)內(nèi)筒4旋轉(zhuǎn)的電機(jī)2、設(shè)置在外筒6外部的對(duì)流輻射加熱爐5，內(nèi)筒4連接電機(jī)2的轉(zhuǎn)軸；所述外筒6與內(nèi)筒4之間形成間隙，該間隙用于盛裝待測(cè)的聚合物；
[0007]所述偏心度調(diào)節(jié)裝置III包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸17通過(guò)一根徑向設(shè)置的旋臂19連接電機(jī)2的電機(jī)本體；當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸17轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)旋臂19使電機(jī)2的電機(jī)本體整體移動(dòng)，進(jìn)而改變內(nèi)筒4的軸線與外筒6的軸線之間相對(duì)位置，即內(nèi)筒4與外筒6之間的偏心度；
[0008]升降裝置II設(shè)置在測(cè)量裝置I的下放，用于調(diào)節(jié)外筒6的高度。
[0009]所述旋轉(zhuǎn)軸17上設(shè)置有光學(xué)編碼器16和扭矩傳感器15 ;所述電機(jī)2的轉(zhuǎn)軸上設(shè)有光柵型編碼器I。
[0010]所述升降裝置II包括蝸輪蝸桿減速器10和用于驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿減速器10轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)11，該蝸輪蝸桿減速器10的絲杠副8端部設(shè)有力傳感器7，通過(guò)力傳感器7連接在外筒6的底部；在升降裝置II上、力傳感器7的下方設(shè)有激光位置傳感器9。
[0011]所述外筒6的筒壁上設(shè)有壓力及溫度傳感器20。
[0012]所述電機(jī)2的軸承采用陶瓷滾針軸承3。
[0013]設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸17兩端的軸承采用陶瓷角接觸球軸承14、18。
[0014]所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)還包括用以驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸17轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)12和減速器13。
[0015]所述電機(jī)2為無(wú)刷直流電機(jī)。
[0016]測(cè)量裝置I通過(guò)具有測(cè)量功能的電機(jī)驅(qū)動(dòng)內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)，并利用電機(jī)測(cè)量?jī)?nèi)筒的轉(zhuǎn)矩，安裝在內(nèi)筒(即電機(jī)轉(zhuǎn)軸)上的光柵型編碼器同步測(cè)量?jī)?nèi)筒的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角，外筒底面安裝的力傳感器可測(cè)量外筒的徑向力和轉(zhuǎn)矩，此外，外筒壁面上安裝的若干壓力一溫度傳感器能夠測(cè)量?jī)?nèi)外筒間隙內(nèi)聚合物熔體的溫度、壓力分布；升降裝置II通過(guò)蝸輪蝸桿減速器和絲桿副組成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)外筒的升降，以便圓筒的拆卸與清理，激光位移傳感器實(shí)時(shí)反饋外筒的高度，控制兩筒底面的間距；偏心度調(diào)節(jié)裝置III通過(guò)驅(qū)動(dòng)旋臂轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生內(nèi)筒軸線相對(duì)于外筒軸線的偏心，步進(jìn)電機(jī)和角位移編碼器組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)確保內(nèi)筒以要求的角度偏轉(zhuǎn)。本儀器能夠研宄聚合物熔體在復(fù)雜流場(chǎng)中的特殊流變行為，對(duì)聚合物加工工程的技術(shù)發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)的意義。
[0017]采用上述偏心圓筒流變裝置，測(cè)量聚合物熔體拉伸/剪切應(yīng)力的方法如下:
[0018]步驟一:步進(jìn)電動(dòng)機(jī)12和減速器13帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸17轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)旋臂19使電機(jī)2的電機(jī)本體整體移動(dòng)，使內(nèi)筒4的軸線與外筒6的軸線之間相對(duì)位置，按照設(shè)定的距離偏移后，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)12停止，減速器13自鎖；
[0019]步驟二:升降裝置II通過(guò)激光位置傳感器9位置反饋調(diào)節(jié)外筒6底部的高度到測(cè)量位置后，步進(jìn)電機(jī)11停止，蝸輪蝸桿減速器10自鎖；
[0020]步驟三:將待測(cè)聚合物放進(jìn)內(nèi)筒4和外筒6之間的間隙內(nèi)，合上對(duì)流輻射加熱爐5，加溫到設(shè)定溫度；
[0021 ] 步驟四:控制電機(jī)2驅(qū)動(dòng)內(nèi)筒4在應(yīng)變控制或應(yīng)力控制模式下工作，在應(yīng)變控制模式下，光柵型編碼器I和電機(jī)2組成閉環(huán)系統(tǒng)確保內(nèi)筒4按設(shè)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)電機(jī)2作為內(nèi)筒4轉(zhuǎn)矩的測(cè)量工具，在應(yīng)力控制模式下，電機(jī)2控制內(nèi)筒4的轉(zhuǎn)矩不變，而光柵型編碼器I則作為內(nèi)筒2轉(zhuǎn)速的測(cè)量工具；
[0022]步驟五:壓力及溫度傳感器20采集內(nèi)筒4和外筒6之間聚合物熔體的溫度、壓力參數(shù)，力傳感器7采集外筒6的轉(zhuǎn)矩以及徑向力與方向；
[0023]步驟六:通過(guò)偏心度調(diào)節(jié)裝置III改變內(nèi)筒4和外筒6軸線之間的距離，重復(fù)步驟四和步驟五；
[0024]步驟七:電機(jī)2停止，打開(kāi)對(duì)流輻射加熱爐5，啟動(dòng)升降裝置II，控制外筒6下降到適合的位置，清理完畢，外筒歸位，進(jìn)行下一種聚合物物料的測(cè)量。
[0025]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果:
[0026]旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸17通過(guò)一根徑向設(shè)置的旋臂19連接電機(jī)2的電機(jī)本體；當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸17轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)旋臂19使電機(jī)2的電機(jī)本體整體移動(dòng)，進(jìn)而改變內(nèi)筒4的軸線與外筒6的軸線之間相對(duì)位置，通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)筒4與外筒6之間的偏心度，使間隙間內(nèi)的聚合物熔體產(chǎn)生拉伸和剪切兩種流動(dòng)形式，并且兩種流動(dòng)的比例可以調(diào)節(jié)，因此適用于對(duì)復(fù)雜流場(chǎng)中的流變行為進(jìn)行研宄。
[0027]如上所述，通過(guò)改變內(nèi)外筒軸線的偏心距來(lái)改變拉伸、剪切兩種流動(dòng)形式的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)拉伸/剪切復(fù)雜流場(chǎng)的可控性；能夠在穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種模式下對(duì)聚合物熔體在復(fù)雜流場(chǎng)中聚合物熔體的流變特性進(jìn)行測(cè)量和表征。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖2為沿圖1中A-A剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。
[0031]實(shí)施例
[0032]如圖1、2所示。本發(fā)明一種拉伸/剪切可控復(fù)合流場(chǎng)的偏心圓筒流變裝置，包括測(cè)量裝置1、升降裝置I1、偏心度調(diào)節(jié)裝置III ;
[0033]所述測(cè)量裝置I包括外筒6、置于外筒6內(nèi)部的內(nèi)筒4、用于驅(qū)動(dòng)內(nèi)筒4旋轉(zhuǎn)的電機(jī)2 (無(wú)刷直流電機(jī))、設(shè)置在外筒6外部的對(duì)流輻射加熱爐5，內(nèi)筒4連接電機(jī)2的轉(zhuǎn)軸；所述外筒6與內(nèi)筒4之間形成間隙，該間隙用于盛裝待測(cè)的聚合物；
[0034]所述偏心度調(diào)節(jié)裝置III包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸17通過(guò)一根徑向設(shè)置的旋臂19連接電機(jī)2的電機(jī)本體；當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸17轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)旋臂19使電機(jī)2的電機(jī)本體整體移動(dòng)，進(jìn)而改變內(nèi)筒4的軸線與外筒6的軸線之間相對(duì)位置，即內(nèi)筒4與外筒6之間的偏心度；
[0035]升降裝置II設(shè)置在測(cè)量裝置I的下方，用于調(diào)節(jié)外筒6的高度。
[0036]所述旋轉(zhuǎn)軸17上設(shè)置有光學(xué)編碼器16和扭矩傳感器15 ;所述電機(jī)2的轉(zhuǎn)軸上設(shè)有光柵型編碼器I。
[0037]所述升降裝置II包括蝸輪蝸桿減速器10和用于驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿減速器10轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)11，該蝸輪蝸桿減速器10的絲杠副8端部設(shè)有力傳感器7，通過(guò)力傳感器7連接在外筒6的底部；在升降裝置II上、力傳感器7的下方設(shè)有激光位置傳感器9。