用于确定粘性聚合物质的流变性质的测量装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于确定粘性聚合物质的流变性质的测量装置和方法，其中测量装置包括流变仪，所述流变仪具有容纳物质的容器和能定位在容器内部的旋转元件，其中测量装置提供在旋转元件和容器之间围绕旋转轴线的相对旋转，所述旋转轴线限定平行于旋转轴线的轴向方向和垂直于旋转轴线的径向方向，其中测量装置包括用于至少检测在轴向方向上施加到容器或旋转元件上的法向力的分量的一个或多个法向力传感器和用于检测在径向方向上施加到容器上的径向力的径向力传感器。的径向力的径向力传感器。的径向力的径向力传感器。

【技术实现步骤摘要】
用于确定粘性聚合物质的流变性质的测量装置和方法


[0001]本专利技术涉及一种用于确定粘性聚合物质的流变性质的测量装置和方法。

技术介绍

[0002]已知使用旋转流变仪来测量液体的流变性质，例如粘度。EP 2 078 949 A2公开了流变仪用于测量高粘性物质的粘度的用途。已知的流变仪具有用于接收高粘性物质的测量室和可在测量室内部旋转以使高粘性物质旋转的圆锥体。粘度由产生旋转圆锥体所需的扭矩而导出。为了获得关于高粘性物质的正确测量值，至关重要的是，高粘性物质与圆锥体一起旋转并且相对于室的内表面不打滑。为了确保高粘性物质和圆锥体之间有适当的附着力和/或摩擦力，测量室会关闭并且高粘性物质被加压到明显高于大气压的压力。
[0003]US 4,173,142 A公开了一种用于测量高聚物物质的旋转粘度计。旋转粘度计以板对锥或板对板的原理操作，并且设有容纳要测量其粘度的高聚物物质的室、在室内的上计数器旋转测量表面和下计数器旋转测量表面以及位于壳体内的力测量装置，用于测量垂直于相应测量表面作用在所述测量表面中的一个测量表面上的累积力。
[0004]US2011/0100098A公开了一种具有多个法向力传感器但没有容器的流变仪。因此所述流变仪不适合于容纳加压的高粘性物质。
[0005]EP2063249A2公开了一种流变仪，其具有用于容纳处于受控温度或受控压力下的配料的材料容纳容器和在该材料容纳容器的腔内可旋转的两个混合器元件。该已知的流变仪没有法向力传感器。

技术实现思路

[0006]已经发现，除了法向力之外，旋转元件和测量室之间的相对旋转还导致在径向方向上测量的力的轻微增加。该轻微增加可以被检测并与检测到的法向力组合，以用于计算粘性聚合物质的各种流变特性。如在EP 2 078 949 A2中公开的已知旋转流变仪的缺点在于，尽管其具有压力传感器，但是所述压力传感器仅布置成在旋转元件的旋转之前测量压力。而且，EP 2 078 949 A2和EP 2 063 249 A2没有公开任何法向力传感器。US 4,173,142 A和EP 2 063 249 A2公开了用于测量法向力的力测量装置，但是没有公开径向力传感器。
[0007]EP 2 078 949 A2的另一个缺点在于，高压力本身促进或影响高粘性物质的行为，这可能导致一些测量的流变性质不准确。特别地，由于测量室的封闭性质，高粘性物质的行为可能是不一致的，特别是朝向检测径向力的测量室的周向壁。较高的粘度需要较高的压力。因此，压力的负面影响随着粘度的大幅度增加而增加。取决于加压量(如果有的话)，US 4,173,142 A的粘度计将具有相同的缺点。
[0008]在EP 2 063 249 A2中，轴上的测量负荷与在径向方向上施加在容器上的径向力无关。此外，EP 2 063 249 A2没有认识到当朝着容器的周向壁或靠近容器的周向壁加压到高压力时配料的任何不一致的行为。
[0009]本专利技术的目的是提供一种用于确定粘性聚合物质的流变性质的测量装置和方法，
其中可以提高测量装置的测量能力。
[0010]根据第一方面，本专利技术提供了一种用于确定粘性聚合物质的流变性质的测量装置，其中所述测量装置包括旋转流变仪，所述旋转流变仪具有用于容纳粘性聚合物质的容器和可定位在所述容器内部的旋转元件，其中所述测量装置布置成提供在所述旋转元件和所述容器之间围绕旋转轴线的相对旋转，所述旋转轴线限定平行于所述旋转轴线的轴向方向和垂直于所述旋转轴线的径向方向，其中所述测量装置包括用于至少检测在轴向方向上施加到所述容器或所述旋转元件上的法向力的分量的一个或多个法向力传感器和用于检测在径向方向上施加到所述容器上的径向力的径向力传感器。
[0011]相对旋转导致粘性聚合物质剪切，其中在剪切期间粘性聚合物质将轴向方向上的法向力施加到容器上，在周向壁上施加径向力，并且在流动方向上施加内力。代表法向力和径向力的检测信号可以组合使用以计算粘性聚合物质的流体特性，例如“第一法向应力差”和“第二法向应力差”。
[0012]US 2011/100098 A1涉及没有容器的流变仪。
[0013]EP 2 063 249 A2公开了一种流变仪，其具有用于容纳处于受控温度或受控压力的配料的材料保持容器和可在材料保持容器的腔内旋转的两个混合器元件。EP 2 063 249 A2还公开了一种换能器，其布置成分解由于伞齿轮旋转时在驱动联接装置的支点上产生的扭矩而导致通过驱动联接轴经由轴承传递到驱动联接壳体上的横向位移。通过检测轴或其壳体元件的径向位移来分辨配料所施加的负荷与使径向力传感器检测在径向方向上施加到材料保持容器上的径向力不同。特别地，生成由换能器测量的扭矩的力是切向力。根据定义，这些力垂直于由根据本专利技术的第一方面的测量装置中的径向力传感器测量的径向力。切向力和径向力之间的关系是未知的，因此不能从EP 2 063 249 A2的换能器测量的扭矩导出。因此，EP 2 063 249 A2没有公开用于至少检测在轴向方向上施加在材料保持容器上的法向力的分量的法向力传感器，也没有公开用于检测在径向方向上施加到容器上(即，在所述容器的周向壁处)的径向力的径向力传感器。
[0014]而且，US 2011/100098 A1和EP 2 063 249 A2都没有认识到在所述配料的旋转之前和之后配料在径向方向上的不同行为的问题。这可能是因为配料的压力不及加压高粘性聚合物质时所用的压力高。
[0015]基于US 2011/100098 A1和EP 2 063 249 A2的客观公开，对于本领域技术人员而言，没有动机增加用于检测在径向方向上施加到容器上(即，在所述容器的周向壁处)的径向力的径向力传感器。
[0016]在一个优选实施例中，所述径向力传感器位于周向壁处或周向壁中。因此，可以在周向壁处直接测量径向力。
[0017]在另一优选实施例中，所述径向力传感器是压力传感器。压力传感器可以测量每单位面积(通常以平方米表示)的力(通常以牛顿表示)，从而产生压力值，通常以帕斯卡(Pa)或巴表示。
[0018]在另一优选实施例中，所述计算中的一个涉及从在轴向方向上在所述外径处施加到所述容器或所述旋转元件上的法向力减去基于指示所述径向力的来自所述径向力传感器的检测信号的所述径向力。最初添加径向力传感器以仅在旋转元件旋转之前对粘性聚合物质加压期间测量在径向方向上施加在容器上的径向力，即在法向力测量之前设定压力。
在设定正确的压力之后，不再监测来自径向力传感器的检测信号。然而出乎意料的是，发现在旋转元件旋转之前测量的径向力与旋转元件旋转期间的径向力存在差异。当更详细地研究该差异时，认为旋转元件旋转期间的径向力的增加可能是由于魏森贝格(Weissenberg)效应在法向方向上施加在容器上的法向力的意外副作用，其在容器的周向壁处也似乎在一定程度上促进径向力的增加。专利技术人得出了令人惊讶的见解，即旋转元件旋转期间的径向力的值可以在以上计算中使用以确定第二法向应力差“N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于确定粘性聚合物质的流变性质的测量装置，其中，所述测量装置包括旋转流变仪，所述旋转流变仪具有用于容纳粘性聚合物质的容器和能定位在所述容器内部的旋转元件，其中，所述测量装置布置用于提供所述旋转元件和所述容器之间围绕旋转轴线的相对旋转，所述旋转轴线限定平行于所述旋转轴线的轴向方向和垂直于所述旋转轴线的径向方向，其中，所述测量装置包括用于至少检测在轴向方向上施加到所述容器或所述旋转元件上的法向力的分量的一个或多个法向力传感器和用于检测在径向方向上施加到所述容器上的径向力的径向力传感器。2.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述径向力传感器位于周向壁处或周向壁中。3.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述径向力传感器是压力传感器。4.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述旋转元件具有外径，其中，所述测量装置还包括控制单元，所述控制单元电连接到所述一个或多个法向力传感器，其中，所述控制单元布置用于基于来自所述一个或多个法向力传感器的检测信号计算在轴向方向上在所述旋转元件的外径处施加到所述容器或所述旋转元件上的法向力。5.根据权利要求4所述的测量装置，其中，所述计算中的一个涉及从在轴向方向上在所述外径处施加到所述容器或所述旋转元件上的法向力减去基于指示所述径向力的来自所述径向力传感器的检测信号的所述径向力。6.根据权利要求5所述的测量装置，其中，一个或多个特性包括“第一法向应力差”和“第二法向应力差”中的一个或多个。7.根据权利要求4所述的测量装置，其中，所述一个或多个法向力传感器包括第一法向力传感器和第二法向力传感器，所述第一法向力传感器用于至少检测在轴向方向上在距旋转轴线第一径向距离处施加到所述容器或所述旋转元件上的法向力的分量，所述第二法向力传感器用于至少检测在轴向方向上在距旋转轴线大于所述第一径向距离的第二径向距离处施加到所述容器或所述旋转元件上的法向力的分量。8.根据权利要求7所述的测量装置，其中，所述多个法向力传感器还包括用于至少检测在轴向方向上在距旋转轴线大于所述第二径向距离的第三径向距离处施加到所述容器或所述旋转元件上的法向力的分量的第三法向力传感器。9.根据权利要求7所述的测量装置，其中，所述控制单元布置用于基于指示在距旋转轴线的相应径向距离处的法向力的来自所述多个法向力传感器的检测信号，借助于内插或外推来计算在轴向方向上在所述旋转元件的外径处施加到所述容器或所述旋转元件上的法向力。10.根据权利要求9所述的测量装置，其中，所述多个法向力传感器全部布置用于检测所述旋转轴线和所述外径之间的法向力，其中，所述控制单元布置用于借助于外推来计算在轴向方向上在所述旋转元件的外径处施加到所述容器或所述旋转元件上的法向力。11.根据权利要求9所述的测量装置，其中，所述法向力与所述径向距离具有指数关系，其在对数标度上能够表示为具有斜率和截距的线性方程，其中，所述控制单元布置用于使用由所述第一法向力传感器检测的法向力和由所述第二法向力传感器检测的法向力来确定所述线性方程的斜率和截距，其中，所述控制单元还布置用于经由所述线性方程计算在轴向方向上在所述旋转元件的外径处施加到所述容器或所述旋转元件上的法向力。
12.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述旋转元件具有外径，其中，所述容器包括围绕旋转轴线同心地延伸的周向壁，其中，所述容器的周向壁具有与所述旋转元件的外径同心的内径，其中，所述内径大于所述外径以在所述旋转元件和所述周向壁之间形成间隙。13.根据权利要求12所述的测量装置，其中，所述间隙在径向方向上的尺寸在所述外径的百分之二到百分之五十的范围内。14.根据权利要求12所述的测量装置，其中，所述间隙在径向方向上的尺寸在所述外径的百分之二到百分之十五的范围内。15.根据权利要求12所述的测量装置，其中，所述间隙在径向方向上的尺寸在一至五毫米的范围内。16.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述容器包括在所述旋转元件的一侧在轴向方向上闭合周向壁的第一端壁和在所述旋转元件的相对侧在轴向方向上闭合周向壁的第二端壁，其中，所述一个或多个法向力传感器中的每一个位于所述容器的端壁的一个处或所述容器的端壁的一个中。17.根据权利要求16所述的测量装置，其中，所述旋转轴线竖直地延伸，其中，所述第一端壁在轴向方向上布置在所述旋转元件上方。18.根据权利要求17所述的测量装置，其中，所述一个或多个法向力传感器位于所述容器的第一端壁处或第一端壁中。19.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：VMI荷兰公司，
类型：发明
国别省市：