專利名稱：毛細管流變儀及高分子材料流變性能測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種毛細管流變儀及高分子材料流變性能測量方法。
背景技術：
高分子材料的流變性能對于高分子材料的成型加工十分重要，準確表征其流變性能對于理論研究和實際生產(chǎn)都具有重要的意義。毛細管流變儀是表征高分子及其復合體系的流變性能最常用的流變儀器。根據(jù)受力方式不同，高分子材料的流變行為可分為剪切流變行為、拉伸流變行為以及二者的組合。在剪切力場作用下，物料在輸運過程中速度梯度與輸運方向相互垂直，而在拉伸力場作用下，其速度梯度方向與輸運方向相同。目前對于高分子材料剪切流變行為的測量與表征較多，最常用的測量方法為長毛細管法，其中毛細管的長徑比(長度和直徑之比)通常大于20。而在一些成型流場中拉伸流動占主導地位，如熔體紡絲、注塑成型、壓延成型等，但關于高分子材料拉伸流變行為的測量與表征卻較少。有些研究者利用零毛細管研究高分子材料的拉伸流變性能，所用零毛細管的長徑比小于0. 5。與利用長毛細管測量物料的流變行為相比，利用零毛細管測量物料的流變行為可以使黏度變化、壁面滑移以及黏性發(fā)熱等因素對入口壓力降的影響降到最低。利用長毛細管和零毛細管測量高分子材料流變行為的原理是物料流經(jīng)毛細管時的壓力降可以分為三部分，即毛細管入口區(qū)壓力降、物料在毛細管中的壓力降、毛細管出口壓力降，通常忽略毛細管出口壓力降。利用長毛細管測量流變參數(shù)時，物料在毛細管入口區(qū)的壓力降相對于在毛細管中的壓力降可以忽略，而只考慮物料在毛細管中的壓力降；利用零毛細管測量流變參數(shù)時，物料在毛細管中的壓力降相對于在毛細管入口區(qū)的壓力降可以忽略。通過測量并對比高分子材料流經(jīng)長毛細管和零毛細管的壓降與流量數(shù)據(jù)，表征物料的拉伸流變性能。測量高分子材料拉伸流變行為所采用的毛細管流變儀主要有兩種形式單料筒式和雙料筒式?！?、單料筒式的毛細管流變儀的結構比較簡單，價格較低，但是一般實驗都需要測量高分子材料在多種長徑比的毛細管中的流變性能，這就需要多次更換毛細管，多次加料， 這樣人為因素(如高分子材料壓實的疏密度等)的影響很大，而且如果被測量材料是復合體系，其填料的分散程度、含水率、空氣含量等不會完全相同，這樣勢必會使最終的結果造成較大的差異，使結果的可比性降低。二、雙料筒式的毛細管流變儀與單料筒式的相比采用并聯(lián)式的結構，它是通過一個壓力元件對兩個料筒中的高分子材料施加壓力，因此測量時兩組毛細管中柱塞的位移是相同的。這種結構與單料筒相比，可以增大實驗的效率，而且可以保證測試條件相同，將實驗儀器所引起的偏差降低，然而由于這種結構比較復雜，儀器的價格也較高，而且在測量時每次需要添加兩組高分子材料，同樣會面臨與傳統(tǒng)的單料筒流變儀相同的問題1、可能由于壓實的松緊度不同造成人為差異；2、如果被測量材料是復合體系，填料的分散程度、含水率、空氣含量等會使結果造成較大的差異，降低結果的可比性；由于以上因素的影響，使得現(xiàn)有毛細管流變儀的測量精度低，需要作進一步的提高。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種毛細管流變儀及高分子材料流變性能測量方法，本發(fā)明可以同時測量高分子材料的剪切流變行為和拉伸流變行為，并且在測量高分子復合材料時可以避免人為因素的影響，減少分次測量時的誤差，提高測量的精度。其技術方案如下。 一種毛細管流變儀，包括有料筒，在料筒的前端設有進料口，在料筒的后端設有出料口，在料筒內設有第一毛細管道、過料管道及第二毛細管道，進料口依次通過第一毛細管道、過料管道、第二毛細管道與出料口相通，過料管道的橫截面面積大于所述第一毛細管道及第二毛細管道橫截面面積。下面對本發(fā)明進一步技術方案進行說明。所述第一毛細管道的長徑比大于等于5，所述第二毛細管道的長徑比小于0. 5。還可以改變高分子材料在第二毛細管道的入口角，以測量高分子材料的拉伸流變性能。所述料筒包括第一半筒及第二半筒，在第一半筒、第二半筒的相對面分別設有第一半槽、第二半槽，第一半筒與第二半筒合攏后，第一半槽與第二半槽合攏并形成所述第一毛細管道及第二毛細管道。還包括有第一緊固套及第二緊固套，第一緊固套及第二緊固套的橫斷面均呈半環(huán)形，第一緊固套與第二緊固套通過連接件連接并將所述第一半筒及第二半筒壓緊。所述第一半筒與第二半筒之間設有相對的中部接觸面及外部相對面，中部接觸面相對于外部相對面更靠近所述第一半槽或第二半槽；所述第一半筒與第二半筒的中部接觸面相接觸，所述第一半筒與第二半筒的外部相對面相對應，且第一半筒的相對面與第二半筒的相對面之間存在間隙。所述料筒包括料筒前段、料筒中段及料筒后段，料筒前段、料筒中段及料筒后段首尾相接，所述第一毛細管道、過料管道、第二毛細管道分別設于料筒前段、料筒中段、料筒后段上。還包括有第一端板、第二端板及拉桿，第一端板、第二端板分別靠近所述料筒前段、料筒后段，第一端板、第二端板通過拉桿拉緊并將所述料筒前段、料筒中段及料筒后段壓緊；在第一端板、第二端板的中部分別設有與所述進料口、出料口相通的料道。在所述筒前段與料筒中段之間、料筒中段與料筒后段之間的中部位置設有相對應的限位凸臺及限位凹部，限位凸臺與限位凹部相對應。還包括有第一壓力傳感器、第二壓力傳感器及第三壓力傳感器，第一壓力傳感器、 第二壓力傳感器及第三壓力傳感器分別靠近所述進料口的前端、所述第一毛細管道的后端、所述第二毛細管道的前端。一種高分子材料流變性能測量方法，該方法包括如下步驟:A、將高分子材料通過進料口壓入料筒，B、使高分子材料在壓力作用下依次流經(jīng)第一毛細管道、過料管道、第二毛細管道；C、由于第一毛細管道、第二毛細管道的長徑比不同，通過測量并對比高分子材料流經(jīng)第一毛細管道和第二毛細管道的壓降與流量數(shù)據(jù)，表征物料的拉伸流變性能。本發(fā)明中，前述“后端”是指高分子材料流動的方向。下面對本發(fā)明的優(yōu)點或原理進行說明1、采用串聯(lián)式毛細管結構，測量過程只需要一次加料，即可完成高分子材料在長毛細管和零毛細管中流變參數(shù)的測量，表征高分子材料的剪切流變行為和拉伸流變行為， 排除人為因素和材料差異性對測試造成的偏差，其結果的可比性和可信度提高；2、還可以改變高分子材料在第二毛細管道的入口角，以測量不同入口角度下高分子材料的拉伸流變性能；3、料筒由兩個半筒進行拼合，在使用之后，可以方便的將兩個半筒分開進行清洗， 避免高分子材料對第一毛細管道、第二毛細管道造成堵塞，進而影響下次測量時的精度；4、料筒采用分段式結構，可以方便的對位于第一毛細管道、第二毛細管道之間的過料管道進行加工，加工工藝更合理，并且可更好的保證第一毛細管道、過料管道、第二毛細管道的尺寸精度；5、在所述筒前段與料筒中段之間、料筒中段與料筒后段之間的中部位置設有相對應的限位凸臺及限位凹部，可以保證筒前段與料筒中段之間、料筒中段與料筒后段之間的軸向對準，避免軸向錯位而影響測量精度；6、第一半筒的相對面與第二半筒的相對面之間存在間隙，可以使第一半筒與第二半筒之間更可靠的壓緊，避免高分子材料在第一毛細管道或第二毛細管道泄漏或溢出。


圖1是本發(fā)明實施例所述毛細管流變儀的縱向斷面圖；圖2是本發(fā)明實施例所述毛細管流變儀的橫向斷面圖；圖3是圖1的局部放大圖；附圖標記說明1、進料口，2、出料口，3、第一毛細管道，4、第二毛細管道，5、過料管道，6、第一半筒，7、第二半筒，8、第一緊固套，9、第二緊固套，10、螺栓，11、中部接觸面，12、外部相對面， 13、間隙，14、料筒前段，15、料筒中段，16、料筒后段，17、第一端板，18、第二端板，19、拉桿， 20、限位凸臺，21、限位凹部，22、第一壓力傳感器，23、第二壓力傳感器，24、第三壓力傳感器，25、轉接頭，沈、加料柱塞，27、加熱套，觀、錐形面。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。如圖1至圖3所示，一種毛細管流變儀，包括有料筒，在料筒的前端設有進料口 1， 在料筒的后端設有出料口 2，在料筒內設有第一毛細管道3、過料管道5及第二毛細管道4， 進料口 1依次通過第一毛細管道3、過料管道5、第二毛細管道4與出料口 2相通，過料管道 5的橫截面面積大于所述第一毛細管道3及第二毛細管道4橫截面面積。其中，所述料筒包括第一半筒6及第二半筒7，在第一半筒6、第二半筒7的相對面分別設有第一半槽、第二半槽，第一半筒6與第二半筒7合攏后，第一半槽與第二半槽合攏并形成所述第一毛細管道3及第二毛細管道4。還包括有第一緊固套8及第二緊固套9，第一緊固套8及第二緊固套9的橫斷面均呈半環(huán)形，第一緊固套8與第二緊固套9通過連接件(如螺栓10)連接并將所述第一半筒6及第二半筒7壓緊。所述第一半筒6與第二半筒 7之間設有相對的中部接觸面11及外部相對面12，中部接觸面11相對于外部相對面12更靠近所述第一半槽或第二半槽；所述第一半筒6與第二半筒7的中部接觸面11相接觸，所述第一半筒6與第二半筒7的外部相對面12相對應，且第一半筒6的相對面與第二半筒7 的相對面之間存在間隙13。所述料筒包括料筒前段14、料筒中段15及料筒后段16，料筒前段14、料筒中段15 及料筒后段16首尾相接，所述第一毛細管道3、過料管道5、第二毛細管道4分別設于料筒前段14、料筒中段15、料筒后段16上，在料筒后段16上還設有錐形面觀，該錐形面位于的第二毛細管道4的后端。還包括有第一端板17、第二端板18及拉桿19，第一端板17、第二端板18分別靠近所述料筒前段14、料筒后段16，第一端板17、第二端板18通過拉桿19拉緊并將所述料筒前段14、料筒中段15及料筒后段16壓緊；在第一端板17、第二端板18的中部分別設有與所述進料口 1、出料口 2相通的料道。在所述筒前段與料筒中段15之間、料筒中段15與料筒后段16之間的中部位置設有相對應的限位凸臺20及限位凹部21，限位凸臺20與限位凹部21相對應。還包括有第一壓力傳感器22、第二壓力傳感器23及第三壓力傳感器M，第一壓力傳感器22、第二壓力傳感器23及第三壓力傳感器M分別靠近所述進料口 1的前端、所述第一毛細管道3的后端、所述第二毛細管道4的前端。在所述進料口 1的前端設有轉接頭 25，在轉接頭25的前端設有加料柱塞沈，在緊固套外套設有加熱套27。本實施例中，高分子材料流變性能測量方法包括如下步驟:A、將高分子材料通過進料口 1壓入料筒，B、使高分子材料在壓力作用下依次流經(jīng)第一毛細管道3、過料管道5、第二毛細管道4 ;C、由于第一毛細管道3、第二毛細管道4的長徑比不同，通過測量并對比高分子材料流經(jīng)第一毛細管道3和第二毛細管道4的壓降與流量數(shù)據(jù)，表征物料的拉伸流變性能。其測量原理是高分子材料流經(jīng)毛細管時的壓力降可以分為三部分，即入口區(qū)壓力降、高分子材料在毛細管中的壓力降、毛細管出口壓力降，通常忽略毛細管出口壓力降。 利用長毛細管測量流變參數(shù)時，高分子材料在毛細管入口區(qū)的壓力降相對于在毛細管中的壓力降可以忽略，而只考慮高分子材料在毛細管中的壓力降；利用零毛細管測量流變參數(shù)時，高分子材料在毛細管中的壓力降相對于毛細管入口區(qū)的壓力降可以忽略。通過測量并對比高分子材料流經(jīng)長毛細管和零毛細管的壓降與流量數(shù)據(jù)，表征物料的拉伸流變性能。下面對本發(fā)明的優(yōu)點進行說明1、采用串聯(lián)式毛細管結構，測量過程只需要一次加料，即可完成高分子材料在長毛細管和零毛細管中流變參數(shù)的測量，表征高分子材料的剪切流變行為和拉伸流變行為， 排除人為因素和材料差異性對測試造成的偏差，其結果的可比性和可信度提高；2、還可以改變第二毛細管道的入口角，以測量不同入口角度下高分子材料的拉伸流變性能，第二毛細管道的入口角θ的選擇范圍理論上可以為0度至180度，一般選擇30 度至180度，本實施例中圖上所示的角度為120度；4、料筒采用分段式結構，可以方便的對位于第一毛細管道3、第二毛細管道4之間的過料管道5進行加工，加工工藝更合理，并且可更好的保證第一毛細管道3、過料管道5、 第二毛細管道4的尺寸精度；5、在所述筒前段與料筒中段15之間、料筒中段15與料筒后段16之間的中部位置設有相對應的限位凸臺20及限位凹部21，可以保證筒前段與料筒中段15之間、料筒中段 15與料筒后段16之間的軸向對準，避免軸向錯位而影響測量精度；6、第一半筒6的相對面與第二半筒7的相對面之間存在間隙13，可以使第一半筒 6與第二半筒7之間更可靠的壓緊，避免高分子材料在第一毛細管道3或第二毛細管道4泄漏或溢出。以上僅為本發(fā)明的具體實施例，并不以此限定本發(fā)明的保護范圍；在不違反本發(fā)明構思的基礎上所作的任何替換與改進，均屬本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種毛細管流變儀，其特征在于，包括有料筒，在料筒的前端設有進料口，在料筒的后端設有出料口，在料筒內設有第一毛細管道、過料管道及第二毛細管道，進料口依次通過第一毛細管道、過料管道、第二毛細管道與出料口相通，過料管道的橫截面面積大于所述第一毛細管道及第二毛細管道橫截面面積。
2.如權利要求1所述毛細管流變儀，其特征在于，所述第一毛細管道的長徑比大于等于5，所述第二毛細管道的長徑比小于0. 5。
3.如權利要求1所述毛細管流變儀，其特征在于，所述料筒包括第一半筒及第二半筒， 在第一半筒、第二半筒的相對面分別設有第一半槽、第二半槽，第一半筒與第二半筒合攏后，第一半槽與第二半槽合攏并形成所述第一毛細管道及第二毛細管道。
4.如權利要求3所述毛細管流變儀，其特征在于，還包括有第一緊固套及第二緊固套， 第一緊固套及第二緊固套的橫斷面均呈半環(huán)形，第一緊固套與第二緊固套通過連接件連接并將所述第一半筒及第二半筒壓緊。
5.如權利要求3所述毛細管流變儀，其特征在于，所述第一半筒與第二半筒之間設有相對的中部接觸面及外部相對面，中部接觸面相對于外部相對面更靠近所述第一半槽或第二半槽；所述第一半筒與第二半筒的中部接觸面相接觸，所述第一半筒與第二半筒的外部相對面相對應，且第一半筒的相對面與第二半筒的相對面之間存在間隙。
6.如權利要求1至5中任一項所述毛細管流變儀，其特征在于，所述料筒包括料筒前段、料筒中段及料筒后段，料筒前段、料筒中段及料筒后段首尾相接，所述第一毛細管道、過料管道、第二毛細管道分別設于料筒前段、料筒中段、料筒后段上。
7.如權利要求6所述毛細管流變儀，其特征在于，還包括有第一端板、第二端板及拉桿，第一端板、第二端板分別靠近所述料筒前段、料筒后段，第一端板、第二端板通過拉桿拉緊并將所述料筒前段、料筒中段及料筒后段壓緊；在第一端板、第二端板的中部分別設有與所述進料口、出料口相通的料道。
8.如權利要求6所述毛細管流變儀，其特征在于，在所述筒前段與料筒中段之間、料筒中段與料筒后段之間的中部位置設有相對應的限位凸臺及限位凹部，限位凸臺與限位凹部相對應。
9.如權利要求1至5中任一項所述毛細管流變儀，其特征在于，還包括有第一壓力傳感器、第二壓力傳感器及第三壓力傳感器，第一壓力傳感器、第二壓力傳感器及第三壓力傳感器分別靠近所述進料口的前端、所述第一毛細管道的后端、所述第二毛細管道的前端。
10.一種高分子材料流變性能測量方法，其特征在于，該方法包括如下步驟A、將高分子材料通過進料口壓入料筒，B、使高分子材料在壓力作用下依次流經(jīng)第一毛細管道、過料管道、第二毛細管道；C、由于第一毛細管道、第二毛細管道的長徑比不同，通過測量并對比高分子材料流經(jīng)第一毛細管道和第二毛細管道的壓降與流量數(shù)據(jù)，表征物料的拉伸流變性能。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種毛細管流變儀及高分子材料流變性能測量方法，該毛細管流變儀包括有料筒，在料筒的前端設有進料口，在料筒的后端設有出料口，在料筒內設有第一毛細管道、過料管道及第二毛細管道，進料口依次通過第一毛細管道、過料管道、第二毛細管道與出料口相通，過料管道的橫截面面積大于所述第一毛細管道及第二毛細管道橫截面面積。本發(fā)明可以同時測量高分子材料的剪切流變參數(shù)和拉伸流變參數(shù)，并且在測量高分子復合材料時可以避免人為因素的影響，減少分次測量時的誤差，提高測量的精度。
文檔編號G01N11/08GK102507383SQ20111034092
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月2日 優(yōu)先權日2011年11月2日
發(fā)明者馮彥洪, 張大為, 瞿金平 申請人:華南理工大學