[发明专利]一种圆盘拉伸流变测试方法及装置

说明书

本发明公开一种圆盘拉伸流变测试方法及装置，其方法是利用活塞恒压力运动下压储料缸中的熔体，测量活塞杆作用力Fsubgt;0/subgt;及下降高度为(H‑δ)时的平均下降速度vsubgt;0/subgt;，带入拉伸应力和拉伸变形速率计算公式再通过拉伸粘度本构方程求出熔体的拉伸粘度ηsubgt;ε/subgt;。其装置包括活塞、储料缸、加热组件和驱动施压组件，活塞设于储料缸的开口上方，储料缸底部设有出料口，加热组件设于活塞及储料缸外周，活塞顶部设置驱动施压组件。本圆盘拉伸流变测试方法及装置结构及操作简单、测试快捷准确，可有效解决以剪切流场为主导的流变仪无法测量物料拉伸粘度的问题，实现了高分子材料拉伸粘度的表征。

技术领域

本发明涉及高分子材料检测表征技术领域，特别涉及一种圆盘拉伸流变测试方法及装置。

背景技术

拉伸粘度是聚合物熔体的重要材料参数，拉伸粘度定义为指垂直于熔体流动方向的横截面积上所承受的拉应力与拉伸应变速率的比值，其值可以反映聚合物熔体抵抗拉伸变形能力的大小。从拉伸粘度的最初提出、拉伸流变的测量到当代高分子材料加工工程，拉伸粘度在聚合物挤出、注塑、压延、纺丝、吹膜等生产工艺中都占据了重要的地位。传统聚合物加工领域普遍采用螺杆机械，如螺杆挤出机、螺杆注射机等，在螺杆机械中物料塑化输运主要靠螺杆旋转时对物料的剪切拖曳作用，物料的速度梯度与其流动和变形方向垂直，流动与变形受剪切流场支配，相应的聚合物加工过程理论也主要基于剪切流场的剪切流变理论。

近年来随着挤出工程的发展，在螺杆挤出共混等加工过程中为了提高混合、混炼效果，在螺杆的某些部位增设捏合元件以增加局部流场中拉伸流场的比例，但是这种局部流场的变化并未改变螺杆挤出机中物料的塑化输运过程仍然受剪切流变支配的塑化输运机理，传统以剪切流场为主导的流变测试装置仍然适用于螺杆机械。2008年瞿金平教授“基于拉伸流变控制的高分子材料塑化输运方法”，成功研制了叶片塑化输运设备，其专利申请号为200810026054.X，叶片塑化输运单元容积依次由小到大再由大到小周期性变化，容积变大时纳入物料，容积变小时压实、塑化并排出物料，实现拉伸应力起主要作用的物料塑化输运，解决了聚合物塑化输运设备依赖螺杆加工机械的问题。但由于叶片的流道存在非流线型不利于热敏性高分子材料的塑化和共混改性，因此，在申请号为201410206552.8的发明申请中公开了一种偏心转子聚合物塑化输运设备，该设备具有流道呈流线型变化、无死角、易排气等特点，是一种基于拉伸流变的新型塑化输运设备。该装置的定子和转子由不同螺距螺旋段和平直段对应组成，通过转子在定子内腔的自转公转运动实现物料的体积脉动输送，物料的变形以拉伸流变为主导。

由上所述可知，与螺杆相适应的毛细管流变仪、旋转流变仪等传统流变测试装置也是以剪切流变为主导，只能测得熔体的剪切粘度，拉伸粘度作为流体黏流性能另一方面的表征，其定义和表征方法不同于剪切粘度，传统的流变仪无法测量物料在以拉伸流变为主导的塑化输运装置中熔体的拉伸粘度，目前用于测量拉伸粘度的装置较少，目前已公开的有申请号为201520339063.X的一种拉伸/剪切可控复合流场的偏心圆筒流变装置及方法，但该装置结构和控制系统较复杂。随着新型叶片塑化输运装置、偏心转子塑化输运装置的工业化应用，拉伸流变在聚合物加工中将占据越来越重要的作用，因此开发一种结构简单、容易操作、测量准确、物料适应范围广的熔体拉伸粘度测试方法和装置具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种操作简单、测量准确的圆盘拉伸流变测试方法，该测量方法有效解决了以剪切流场为主导的传统流变仪无法测量物料拉伸粘度的问题。

本发明的另一目的在于提供一种用于实现上述方法的圆盘拉伸流变测试装置。