[发明专利]一种在线测量聚合物熔体流变参数的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料成型加工领域，尤其涉及一种在线测量聚合物熔体流变参数的装置及方法。

背景技术

聚合物的流变性能是检测最终产品质量的一项重要技术指标，通过对聚合物材料流变参数进行科学测量，有助于了解聚合物的流变行为，从而获得优良的挤出物性能。毛细管流变仪是目前发展最成熟、应用最广泛的表征聚合物流变性能的仪器，它不仅能够测量聚合物的剪切黏度，还能表征聚合物的挤出行为，进而研究聚合物的黏弹性行为。然而，虽然传统的离线流变仪能够测量各种流变数据并且对聚合物加工提供必要的理论基础，但其测量结果与实际加工环境还是有所差别，用其来指导实际加工过程存在着较大的差异性，因此，实时监测聚合物的生产制造受到人们越来越广泛的重视，其中，在线流变仪作为一种衡量生产加工过程中聚合物熔体流动性的工具有着广阔的前景。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种在线测量聚合物熔体流变参数的装置及方法；能直接用于生产线加工设备中真实反映熔体黏度随剪切速率的变化规律，克服现有技术中测量结果与实际加工环境因存在差别所带来的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种在线测量聚合物熔体流变参数的装置，该装置包括温度控制装置10，温度控制装置10的壳体内具有一储料室8；该储料室8的上方为设有活塞9的活塞段，储料室8的下方为聚合物熔体挤出段，在挤出段内自上而下依次设置有多个相互间隔的毛细管口模；在各个毛细管口模6的入口处分别安装有压力传感器4；在温度控制装置10的端部设有用于固定毛细管口模6的固定块5。

该储料室8通过熔体泵3连接挤出机的熔融塑化段，熔体泵3从挤出机熔融塑化段将聚合物熔体引入到储料室8内，通过活塞9的挤压，使储料室8中的聚合物熔体依次从多个毛细管口模6中挤出。

所述多个毛细管口模6为3个直径相同、长径不同的毛细管口模。

所述活塞9的上部杆体为滚珠丝杆12，上部杆体的端部通过齿轮15、13连接伺服电机14，伺服电机14转动时，在滚珠丝杆12的作用下活塞9向上或者向下运行。在滚珠丝杆12的下段设有用于检测活塞9下行速度的位移速度传感器11。

在对应于储料室8的温度控制装置10壳体上设置有温度传感器7。

在挤出机的壳体上设有熔融塑化段温度传感器1。

挤出机熔融塑化段通过管路连接熔体泵3，该管路上设有控制阀2。

采用上述装置在线测量聚合物熔体流变参数的方法如：

步骤一、开启温度控制装置10，直至温度传感器7的读数与挤出机熔融塑化段温度传感器1的读数相同；

步骤二、开启控制阀2，熔体泵3将挤出机熔融塑化段内的聚合物熔体引入储料室8内；

步骤三、开启伺服电机14，控制活塞9下行速度，活塞9将储料室8内的熔体从毛细管口模6挤出；

步骤四、利用计算机将数据采集卡采集到的各个毛细管口模6的入口处的聚合物熔体压力数据、活塞位移速度数据、挤出机熔融塑化段的聚合物熔体温度数据和储料室8内的聚合物熔体温度数据进行处理和计算，同时进行Bagley和Rabinowitsch校正，获得聚合物熔体的流变性能参数；

步骤五、将测量的流变性能参数与挤出机中数据库进行对比，然后反馈到挤出机控制系统上，进行工艺参数的调节。

所述步骤三中，控制活塞9下行速度，通过位移速度传感器11测量活塞9速度，从而获得计算毛细管口模6管壁处的剪切速率，通过压力传感器4测量毛细管口模两端的压力降，从而计算毛细管管壁处的剪切应力。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

1、采用三个毛细管口模在线测量，无需更换毛细管口模便可进行Bagley矫正，能够同时测量三个剪切粘度值并对三个值取平均值作为最终测量值，减少试验误差的影响。

2、可利用Cogswell方法研究聚合物熔体的瞬时拉伸黏度。

3、在线装置与挤出机组成闭环控制系统，能够实现全自动控制。

4、可更换毛细管口模来进行聚合物熔体壁滑移现象研究。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2是毛细管口模的局部放大示意图。

图3是聚合物熔体流变参数测量框图；

图中：V—活塞速度；△P—压力降；L/D—长径比；—表观剪切速率；—真实剪切速率；τ_w—真实剪切应力；η_w—真实剪切黏度；—拉伸速率；η_e—拉伸黏度；u_s—壁滑移速度。