[实用新型]模拟研究熔体液滴快速固化过程的装置

说明书

本实用新型公开了一种模拟研究熔体液滴快速固化过程的装置，本申请在现有超快扫描量热仪的基础上搭建高分子熔体液滴挤出设备，模拟3D打印过程中高分子熔体沉积固化的过程，跟踪在沉积过程中微量材料快速冷却过程中样品温度的变化，首次实现对高分子材料在3D打印过程中快速固化过程的模拟，同时可更改传感器温度模拟打印床温度变化对固化过程的影响，通过快速再升温实验进一步分析固化过程中熔体液滴形成的具体结构。

技术领域

本实用新型属于高分子熔体沉积固化过程研究技术，特别是涉及一种模拟研究熔体液滴快速固化过程的装置。

背景技术

近些年来，3D打印技术国内外发展极快，而打印材料是3D打印技术重要的物质基础，也是当前制约3D打印发展的瓶颈。目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属和陶瓷材料等。以塑料为代表的高分子聚合物具有在相对较低温度下的热塑性，良好的热流动性与快速冷却粘接性，因此在3D打印领域得到快速的应用和发展。高分子聚合物本身的流变性能是其作为打印材料优异性的决定性因素之一，而高分子熔体在工业生产中快速冷却时的固化过程也是决定打印产品性能的重要因素。工业上高分子的快速冷却过程(比如吹膜、挤出、注射等)通常是一个复杂的非线性变温过程，根据沉积材料表面的性状以及温度的不同，高分子熔体在不同的过冷度下发生结晶，从而在高分子材料内形成不同大小、不同均一性的晶体，甚至是在表面和内部也存在晶体结构的差异，这些都会很大程度的影响打印的效果(包括打印精度、力学性能和表面形貌等)。因此，深入研究微量高分子材料熔体的快速固化过程，对3D打印材料的发展以及打印技术的优化具有重要的理论意义和应用价值。

工业上快速固化过程中，高分子材料通常在较高过冷度下发生结晶。而目前这种高过冷度时高分子结晶的机理还没有完全被理解，通识化的理论解释或者预测模型也还有所欠缺。传统的研究高分子结晶的技术手段，比如差式扫描量热仪或者X射线散射等，并不具有足够的时间分辨率以及升降温速率来跟踪快速结晶的高分子在工业生产中的固化过程，同时对于微量级的样品，这些技术也没有足够的分辨率以获得可靠的信号。而近20年快速发展起来的超快扫描量热技术，其可靠的升降温速率可以达到10⁶K/s，可以获得高分子成核动力学的定性和定量信息，同时可以捕获大量可能存在的半晶形态。超高的升降温速率使得我们可以控制高分子材料熔体中的晶核形成，从而通过成核过程进一步控制结晶性高分子的结构。

实用新型内容

实用新型目的：针对上述现有技术存在的技术问题，本申请提供了一种模拟研究熔体液滴快速固化过程的装置。

技术方案：本实用新型所述的一种模拟研究熔体液滴快速固化过程的装置，包括熔体挤出设备、样品室、控制电子元件和通信终端，其中，

所述熔体挤出设备用于加热待挤出丝线材料挤出熔体液滴，所述熔体挤出设备通过支架连接z轴驱动电机；

所述样品室内设有用于承载从喷嘴喷出的熔体液滴的传感器，所述传感器内含有热电堆和热电偶；

所述控制电子元件包括PID控制器和数据采集卡；其中，PID控制器与样品室传感器、加热铝块连接，控制和稳定加热铝块的加热功率，并实时监测传感器检测区温度；数据采集卡与传感器连接，记录传感器的温度和加热功率等数据；

所述通信终端与熔体挤出设备、驱动电机以及控制电子元件电连接，通过用户界面控制熔体液滴挤出、挤出设备的驱动以及PID控制器程序的设定和数据采集卡数据的存储。

本申请中的z轴驱动电机用于垂直方向移动熔体挤出设备，所述驱动电机为步进电机。可根据需要选择不同精度，例如42步电机。所述样品室传感器放置于喷嘴正下方。本申请中的样品室、控制电子元件和通信终端即可组成超快扫描量热仪，即本实用新型使用超快扫描量热仪中的快速控制电子元件中的PID控制器通过监测传感器的温度实时变化控制熔体挤出设备中的熔体挤出，并追踪固化样品的快速固化过程中样品温度的变化。