一种与X射线散射联用进行原位结构检测的吹塑薄膜装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种与X射线散射联用进行原位结构检测的吹塑薄膜装置，包括：小型实验用吹膜机由伺服电机精确控制挤出速度，采用无级调速风机使冷却速率可调，风环高度与出膜位置平齐保证X射线可检测到吹膜起始过程；两套升降机主要由伺服电机、丝杠和导向轴组成，设计承重200kg，通过运动控制器及安川MPE720程序精确控制升降速度和位移；由红外激光探头和控制柜组成的测温系统，可检测吹膜机在升降时距离出膜位置不同距离的膜泡温度。本实用新型专利技术既可保证吹膜机有效完成高分子料的熔融、混炼、挤出与膜泡的吹胀、冷却，又集成了精确垂直升降和精确测温系统，体积小且易于安装及拆卸，是原位研究不同高分子材料吹膜过程中结构变化的非常好的一套装置。

A blow molding film device for in-situ structure detection with X ray scattering

【技术实现步骤摘要】
一种与X射线散射联用进行原位结构检测的吹塑薄膜装置
本技术涉及利用多种检测技术原位研究高分子吹塑薄膜结构演化与外界参数关系的
，具体涉及一种与X射线散射联用进行原位结构检测的吹塑薄膜装置，能够研究不同种类高分子料如聚乙烯、聚乳酸等在不同实验温度、不同吹胀比和牵引比等条件下的结构演化行为，得到不同条件下高分子吹塑薄膜的霜线位置、结晶度、取向度、晶体形貌、结晶动力学等数据，解释加工工艺条件与高分子吹塑过程结构演变之间的关系。
技术介绍
农膜已成为现代农业发展不可缺少的生产资料，是抗御自然灾害和实现农作物稳产、高产、优质、高效的一项不可替代的技术措施，为农业发展、农民增收，解决温饱和提高人民生活水平做出了巨大贡献。2015年中国农膜产量340万吨，占全世界70％的农膜市场份额，但是高端农膜仅占20％。国产农膜中主要有以下几个问题——中低端产品多，高附加值、高端功能性农膜占比少；棚膜流滴、消雾、防尘功能持效期短，光能量利用率低；降解地膜成本高，降解时间不可控，机械、阻隔性能较差等缺点。农膜的最终性能取决于很多因素，包括基础树脂原料、助剂和配方；薄膜多层复合结构设计；加工工艺、技术路线和装备等，其中的加工物理基础认识——流变、结晶和结构性能关系，因其非平衡、非线性、多尺度的复杂性，常规实验难以进行探索。同步辐射X射线是非常好的开展原位高分子吹塑薄膜形态和结构研究的技术，具有高的时间和空间分辨，但由于受到仪器设备尺寸及实验站空间大小的限制，很难与原位吹塑实验装置联用。因此，理想中的适用于原位研究高分子吹塑薄膜在不同加工参数下结构变化的装置，能够在同步辐射X射线实验站使用，能够借助升降机完成精确升降来探测膜泡的不同位置，具体来研究多加工步骤与多加工参数复杂耦合过程，熔体拉伸非线性流变、拉伸诱导结晶等非平衡相变和多尺度结构演化动力学。最终通过控制加工过程中的工艺参数来调控制品形态结构，最终提升制品性能。本技术用于进行原位结构检测的吹塑薄膜装置可以满足上述要求。
技术实现思路
本技术的目的在于，提供一种与X射线散射联用进行原位结构检测的吹塑薄膜装置。该吹膜装置体积小，重量轻，易于拆卸和安装，便于和同步辐射X射线实验站联用；吹膜机所有电机均采用高精度伺服电机，可精确控制挤出速度、牵引速度和收卷速度；X射线可探测范围从口膜位置起可达200mm；提供两套承重升降机，可实现慢速同时高精度升降；红外测温精确且不接触样品；利用该装置配合同步辐射原位检测技术可获得不同条件下高分子吹塑薄膜样品的结晶度、取向度、晶体形貌、结晶动力学等信息，研究加工工艺参数对吹塑薄膜结构的影响。本技术采用的技术方案为：一种与X射线散射联用进行原位结构检测的吹塑薄膜装置，包括包括大功率伺服电机与行星减速机，单螺杆挤出系统，风环，无级调速鼓风机，伺服电机与行星减速器，滚珠丝杠，导向轴，支撑板，可调节支撑块，电机驱动器与运动控制器，安川MPE720软件控制模块，高精度红外测温探头，其中：大功率伺服电机和行星减速机与单螺杆挤出系统连接，精确控制螺杆转速，挤出系统垂直高度缩短至300mm满足实验站空间要求，单螺杆直径采用25mm保证具有一定混炼能力，料筒内装配3个风扇调控温度，排除水冷不适于移动工作的缺点，无级调速鼓风机通过风环底部4个进风口向风环鼓风，经风环内部沟壑状结构可形成均匀环形风冷却膜泡，风力越大，冷却速度越快，风环高度与出膜位置平齐保证X射线可检测到吹膜起始过程；升降机主要由伺服电机与行星减速器，滚珠丝杠，导向轴，支撑板，可调节支撑块组成，并与电机驱动器及运动控制器连接，由安川MPE720软件控制模块控制升降的速度和位移，高精度红外测温探头与温度控制柜连接并固定在台面上，探头距离膜泡仅100mm；升降机安装时通过调节支撑块到合适距离并保证支撑块水平，启动时由高精度伺服电机提供动力，与减速器连接输出低转速高扭矩，减速器轴端靠联轴器与精密滚珠丝杠连接，标准螺帽与支撑板固定，当丝杠转动时，螺帽带动支撑板延丝杠方向运动，支撑板两端靠光轴约束；待吹膜机吹出的膜泡稳定之后，通过MPE720程序语言设定电机转速和垂直升降位移，启动升降机，同时记录下红外测温仪显示的温度。其中，该装置在有限的实验站空间内有效的完成了高分子料的混炼、熔融、挤出、吹膜和冷却过程，伺服电机精确控制挤出速度、牵引速度和收卷速度，同时能近距离检测距离口模不同位置膜泡的温度，其很小的整体尺寸保证了可以与同步辐射小角X射线散射和宽角X射线衍射等技术联用，原位检测膜泡在熔体流变和固体拉伸过程中的结构演化，揭示薄膜吹塑过程中的结构演化行为与挤出速度、口模温度、吹胀比和牵引比等外界参数的关系。其中，吹膜机体积与工业生产中机器动辄5-10m的高度相比，长×宽×高仅为2.2m×0.5m×1.1m，X射线可探测膜泡垂直高度约200mm，重量仅为200kg，安装及拆卸方便，且无需水冷。其中，两套承重升降机通过运动控制器控制两套伺服电机，可实现零延迟电机转动和停止，可支撑吹膜机完成0.05mm/s的慢速垂直升降，丝杠两端安装限位开关，保障运动安全。本技术与常见的吹膜机相比创新点主要有：1、本技术外形尺寸小，重量轻，安装及拆卸方便，且无需水冷，能够与同步辐射X射线联用进行原位检测。2、本技术可实现X射线探测膜泡高度达200mm，且能够检测到膜泡刚出口模时的结构变化。3、本技术中吹膜机中所有电机均采用高精度伺服电机，能够实现快速高精度控制挤出、牵引和收卷速度。4、本技术配备两套承重升降机，可实现稳定慢速精确升降，由一个运动控制器连接两套电机，可实现零延迟启动和停止。5、本技术可实现精确测试不同膜泡位置的温度。6、本技术的实验对象可选用不同种类的高分子材料如聚乙烯、聚乳酸等，可改变不同的工艺参数条件，对研究高分子材料在非平衡条件下的流变、结晶和结构性能关系具有重要意义。7、本技术的应用前景：1)与同步辐射小角X射线散射和宽角X射线衍射联用，系统研究高分子膜泡在熔体流变和固体拉伸过程中的结构演化；2)模拟农膜生产过程加工条件，揭示薄膜在吹塑过程中结构演化与最终性能的关系，探究背后的分子机理，对薄膜工业有启示作用。附图说明图1是本技术所述与X射线散射联用进行原位结构检测的吹塑薄膜装置的结构示意图；图中1为大功率伺服电机和行星减速机，2为单螺杆挤出系统，3为风环，4为无级调速鼓风机，5为伺服电机与行星减速器，6为滚珠丝杠，7为导向轴，8为支撑板，9为可调节支撑块，10为电机驱动器与运动控制器，11为安川MPE720软件控制模块，12为高精度红外测温探头；图2是风环与口模结构示意图，风环上板与膜泡出口模位置平齐，其中，21为膜泡，22为风环上板，23为进风口，24为风环下板，25为出膜位置，26为口膜；图3是升降机传动部分结构示意图，其中，31为螺帽，32为丝杠，33为丝杠固定端，34为联轴器，35为减速器，36为电机；图4是MPE720电机控制程序界面，电机上位及转速、位移大小可由程序语言编写控制；图5是本技术所述在口模温度为210℃，吹胀比为2，牵引比为15时的小角X射线散射图(图5(a))和宽角X射线衍射图(图5(b))，膜泡距离口模位置在图例中标本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种与X射线散射联用进行原位结构检测的吹塑薄膜装置，其特征在于：包括大功率伺服电机和行星减速机(1)，单螺杆挤出系统(2)，风环(3)，无级调速鼓风机(4)，伺服电机与行星减速器(5)，滚珠丝杠(6)，导向轴(7)，支撑板(8)，可调节支撑块(9)，电机驱动器与运动控制器(10)，安川MPE720软件控制模块(11)和高精度红外测温探头(12)，其中：大功率伺服电机和行星减速机(1)与单螺杆挤出系统(2)连接，料筒内装配3个风扇调控温度，无级调速鼓风机(4)通过风环底部4个进风口向风环(3)鼓风，经风环内部沟壑状结构可形成均匀环形风冷却膜泡；升降机主要由伺服电机与行星减速器(5)，滚珠丝杠(6)，导向轴(7)，支撑板(8)，可调节支撑块(9)组成，并与电机驱动器及运动控制器(10)连接，由安川MPE720软件控制模块(11)控制升降的速度和位移，高精度红外测温探头(12)与温度控制柜连接并固定在台面上，探头距离膜泡仅100mm；升降机安装时通过调节支撑块到合适距离并保证支撑块水平，启动时由高精度伺服电机提供动力，与减速器连接输出低转速高扭矩，减速器轴端靠联轴器与精密滚珠丝杠连接，标准螺帽与支撑板固定，当丝杠转动时，螺帽带动支撑板延丝杠方向运动，支撑板两端靠光轴约束。...

【技术特征摘要】
1.一种与X射线散射联用进行原位结构检测的吹塑薄膜装置，其特征在于：包括大功率伺服电机和行星减速机(1)，单螺杆挤出系统(2)，风环(3)，无级调速鼓风机(4)，伺服电机与行星减速器(5)，滚珠丝杠(6)，导向轴(7)，支撑板(8)，可调节支撑块(9)，电机驱动器与运动控制器(10)，安川MPE720软件控制模块(11)和高精度红外测温探头(12)，其中：大功率伺服电机和行星减速机(1)与单螺杆挤出系统(2)连接，料筒内装配3个风扇调控温度，无级调速鼓风机(4)通过风环底部4个进风口向风环(3)鼓风，经风环内部沟壑状结构可形成均匀环形风...

【专利技术属性】
技术研发人员：李良彬，张瑞，纪又新，鞠见竹，张前磊，李立夫，萨玛德阿里，赵浩远，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：新型
国别省市：安徽,34