[发明专利]一种螺旋式高精度多功能材料物理性质测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于材料测试领域，更具体的，涉及一种螺旋式高精度多功能材料物理性质测试装置及方法。

背景技术

高分子材料与小分子材料相比，具有熔融温度高（一般都高于100℃），兼具粘性和弹性，表观粘度大，松弛时间长，变形（体积）与应力（压力）呈滞后的非线性关系，即存在相位差，因此，要在高温、高压下测试高分子材料的体积、温度、压力关系曲线比较困难，特别是外加超声波等物理场情况下，高分子材料的体积变化更加复杂，而材料的体积是由大量分子链占据一定的空间位置、达到平衡运动来实现的，因此，研究体积变化，也能够揭示其分子运动机理和材料的物理特性。由于高分子材料的特殊性，目前市面上现有物理性质测试装置大多不适合用来对高分子材料进行检测，所得结果也存在误差，导致其测试精度不高。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种适合高分子材料物理性质检测的螺旋式高精度多功能材料物理性质测试装置。

本发明另一目的在于提供一种螺旋式高精度多功能材料物理性质测试方法。

本发明的发明目的是通过以下技术方案实现：

一种螺旋式高精度多功能材料物理性质测试装置，包括：

容器，所述容器为三面密封带有内螺纹的圆筒形容器，所述容器外表面设有加热装置；

与容器出口相适配的圆盘形活塞，其被设置为密封所述容器，活塞上设有排气系统，活塞外侧面设有与内螺纹配合的外螺纹，通过活塞的旋转可实现活塞在容器内的上下运动；

驱动装置，其被设置为驱动活塞旋转；

测距装置，其被设置为测量和采集活塞的位移；

设置在活塞上或者容器上的传感器，其被设置为实时采集和监控被测物料的压力、温度。

进一步地，本发明圆筒形容器内壁加工有高精密的螺纹，一外周面同样有高精密螺纹的活塞与其配合，螺纹牙形可以是矩形、三角形、锯齿形、梯形等，螺纹升角小于30度，其配合精度大于H1，通过螺纹旋转，活塞能够在容器内部上下旋转移动，这样既可以利用螺纹连接保证密封，同时也能够减少位移误差，保证压力稳定和体积稳定，利用测距装置实时检测活塞的位置，可保证体积精度，在圆筒形容器或活塞上装有排气系统和温度、压力传感器，可以排出多余的气体，实时采集温度、压力等数据。当材料完全熔融后，排出多余气体，下降活塞，给物料缓慢施加一定的压力，然后测量该状态下材料的压力P、温度T、和体积V，改变温度或压力，记录不同温度、不同压力下的物料的体积变化值，作出PVT曲线图，可用于研究高分子材料在不同温度和压力下的体积变化，定性分析该状态下的分子链运动状态。同时，在一定温度下，活塞以一定的旋转速度运动，给物料施加一个由零到设定值的压力，同时施加一个剪切速率，实时测量物料的温度、压力、体积数据，可得到不同剪切速率下、不同压力作用速度下的温度、体积、应力变化曲线。

在一定温度、一定压力下，对物料施加一定强度的超声波，变化超声波强度，记录体积变化，则可以得到不同超声波强度下，高分子材料体积变化曲线。

所述超声波也可以是电磁波、光波、其他波长的声波等其他波动物理场。

进一步地，所述加热装置的加热方式为电阻加热、红外加热、水浴加热、油浴加热中的一种。

进一步地，所述容器材质为金属、陶瓷、玻璃等，优选金属材质。

进一步地，所述排气系统为排气阀。

进一步地，所述驱动装置包括驱动源和控制杆，所述控制杆与活塞上表面中心垂直刚性连接，所述驱动源为控制杆绕其中轴线转动提供动力。

进一步地，所述驱动源为电动机，电动机连接有齿轮一，控制杆上相应位置设有齿轮二，所述齿轮一和齿轮二啮合，所述容器外设有与控制杆平行的导轨，所述导轨上设有滑块，所述电机与滑块刚性连接。

进一步地，所述测距装置为激光测距仪，所述激光测距仪与控制杆一端对应，可实时测量和采集两者之间的距离。

进一步地，所述测试装置还包括超声波发生器，所述超声波发生器设置在容器上或者活塞上，其被设置为对被测物料施加超声波。

所述超声波也可以是电磁波、光波、其他波长的声波等其他波动物理场。

本发明还提供一种运用上述测试装置的螺旋式高精度多功能材料物理性质测试方法，包括以下步骤：

S1.首先称取一定质量的物料，加入容器中，加热装置启动，对物料加热，使其熔融成熔体；