一种柱塞圆筒式聚合物PVT关系测试装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种柱塞圆筒式聚合物PVT关系测试装置，主要由锥顶、隔热水盘、圆筒、电加热圈、测温点、压力传感器、LVDT位移传感器、顶杆、试样、螺旋形冷却水路、柱塞和旋转驱动器组成，一对带有环形锥面的柱塞圆筒构成试样所需的薄壁锥环形试样空间；为满足强冷却速率的施加圆筒采用夹套设计，由内外套焊接而成，内部设置螺旋形冷却水路，柱塞采用中空设计内部设置一个喷泉式冷却水管。本实用新型专利技术采用横截面为平行四边形的薄壁锥环形试样，通过一定斜边倾角，降低其压力与温度的传递距离，同时令试样内外表面产生相对转动对试样方便地施加剪切作用，不仅能较好地模拟真实注塑过程，而且压力、温度测量精度较传统方法明显准确。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种离线式柱塞圆筒式聚合物PVT (压力P-比容V-温度T)特性测试装置，尤其适合测试聚合物在高冷却速率与强剪切速率下的PVT特性。
技术介绍
压力、温度、时间是影响聚合物注塑成型工艺的主要因素。在聚合物原材料、模具结构、一定的情况下，注塑成型工艺参数对制品质量有直接影响。聚合物压力、比容积和温度的关系，即材料的PVT特性为注塑成型过程中参数的设置以及分析制品加工中产生翘曲、收缩、气泡等缺陷的原因提供依据。材料的PVT特性取决于材料的种类，但是实际应用中发现，即便材料相同，在不同的冷却速率下以及有剪切力作用下材料往往表现出不同的PVT特性，这些效果越强，材料PVT特性变化越明显。聚合物PVT测试仪是一种用于测定聚合物比容积与压力、温度之间相互关系的仪器。比容积与压力、温度的函数关系是通过PVT特性曲线反应的，从聚合物的PVT特性曲线图可以直观地得到聚合物密度、比容积、压缩性、体积膨胀系数及状态方程等信息。目前聚合物PVT特性主要有柱塞圆筒法(直接加压法)与封闭液法(间接加压法)两种方法。柱塞圆筒法就是在测试时，将样品放在样品室中，将其上下密封，通过柱塞与圆筒直接对其进行加压。利用加热冷却系统实现对样品室中样品的加热和冷却操作。压力、温度参数分别通过压力和温度传感器测得。对于被测样品的体积，由于测试腔体的横截面一定，因此相应的体积变化可通过柱塞的直线位移变化而计算得到。这种测试方法装置简单，使用相对方便，但是传统的柱塞圆筒法采用圆柱形试样，试样的半径面积存在温度梯度，而且需要实现可靠的密封以防止泄露，由于存在摩擦力的影响，试样内部压力沿传递方向分布不完全均匀，压力响应存在一定的滞后，由于高冷却速率下试验时间往往很短，因此温度梯度和压力的滞后对于试验精度影响较大。同时圆柱形试样限制了剪切作用的施加。封闭液法，在活塞内充入液体传压介质，试样浮在液体中，活塞通过传压介质对聚合物试样间接进行加压、加热、冷却。此方法优点在于试样受压均匀、精度高。但是，其仪器相对复杂笨重，传压介质水银对人体有毒，另外由于传压介质的存在不容易达到较高的冷却速率，同时剪切作用的施加也变得非常困难。实际注塑过程中，聚合物的成型往往是伴随着强冷却速率与剪切作用进行的，传统的PVT测试仪由于响应速率的不足，以及试样形状的限制往往不能实现这两种作用的施力口，分析直接加压法与间接加压法的优缺点，由于液体介质不能承受剪力，因而直接加压法更容易施加这两种作用，但是传统的直接加压法采用圆柱形试样，试样内部温度梯度较大，不容易对试样施加强冷却作用，即便可以施加在高速冷却条件下，试样内部产生很大的温度梯度，温度的准确采集也变得不可能。另外圆柱形试样没法找到两个相对运动的表面以施加足够强的剪切作用，压力分布也不均匀。因此只有提高压力的响应速度，减少温度的梯度作用，并且方便地对试样施加剪切作用的方法，才可以实现模拟真实注塑条件的试验环境。
技术实现思路
为了克服现有PVT测试装置的以上不足，本技术提供一种新型的柱塞圆筒式PVT特性测试装置，该测试装置不仅能测量聚合物的PVT特性，而且在测试过程中还可以实现快速冷却，并对试样施加强剪切作用，与此同时明显改善了试样内部压力分布使之更加均匀，响应更加迅速。本技术的测试装置基于柱塞圆筒式设计，采用竖直横截面为一对平行四边形的薄壁锥环形试样取代传统的圆柱形试样，利用薄壁锥形圆环壁薄的特点并从内外同时冷却以实现高速冷却，利用薄壁的特点与平行四边形的斜边将压力施力面积增大，传递距离减少，使得压力分布均匀，响应速度提高，并通过使圆环内外壁相互旋转以达到施加剪切力的作用。本技术为达成以上目的采用的技术方案是一种柱塞圆筒式聚合物PVT关系测试装置，主要由锥顶、隔热水盘、圆筒、电加热圈、测温点、压力传感器、LVDT位移传感器、顶杆、试样、螺旋形冷却水路、柱塞和旋转驱动器等几部分组成，一对带有环形锥面的柱塞圆筒，构成试样所需的薄壁锥环形试样空间；为满足强冷却速率的施加圆筒采用夹套设计，由内外套焊接而成，内部设置螺旋形冷却水路，柱塞采用中空设计内部设置一个喷泉式的冷却水管；试样内外壁各均匀设置多个温度采集点，用来测量试样的温度，圆筒外部有用来加热的电加热圈；为了均匀施加力的作用并采集反映体积变化的位移量，采用一个锥顶用螺栓与圆筒相连，维顶内固定一个 LVDT (Linear Variable Differential Transformer 是线性可变差动变压器缩写)位移传感器，传感器的铁芯通过顶杆与柱塞相连，以测量柱塞圆筒之间的相互位移，经过换算得到体积的变化量；为了对试样施加剪切作用力，使用一个伺服电机和变速箱组成的驱动器带动柱塞旋转，用试样的内外表面产生的相对转动对试样施加剪切作用力；压力通过施力装置在锥顶顶端施加，并通过锥顶顶端的压力传感器实现采集与控制。本技术采用横截面为平行四边形的薄壁锥环形试样。利用平行四边形的几何特点，通过一定斜边倾角，降低其压力与温度的传递距离，同时令试样内外表面产生相对转动对试样方便地施加剪切作用。具体操作如下1、测试前使用专门的微型注塑机将被测材料加工成薄壁锥环形试样；2、将圆筒与锥顶整体取下，将锥环形试样套在柱塞上，使之紧贴柱塞上的锥面；3、将圆筒套回柱塞上，压紧试样；4、根据实验所需参数，通过加压系统对锥顶施加压力来对试样施压，用加热圈对样品加热至所需温度，通过调整柱塞圆筒中冷却水的流量调整试样的冷却速率，通过调整伺服电机转速来对试样施加合适的剪切作用，测试过程中温度通过内外多个测温点的热电偶取得，压力数据通过锥顶顶端的压力传感器取得，比容积变化由位移传感器测得的位移数据求得；5、再单独对试验仪本身做一次测试，将得到的结果同放入样品的结果做一个差值，消除比容相对值，汇总得到被测样品的压力、比容和温度数据。如此便可在测试过程中，实现较小的温度梯度，达到较快的压力响应速度，并且方便地施加强剪切作用与高速冷却的功能。不仅能较好地模拟真实注塑过程，而且压力、温度测量精度较传统方法明显准确。附图说明图1是本技术一种柱塞圆筒式聚合物PVT关系测试装置中锥环形试样示意图。图2本是本技术一种柱塞圆筒式聚合物PVT关系测试装置中锥环形试样竖直截面剖视图。图3是传统圆柱形试样受力图(厚度夸大画法)。图4是本技术一种柱塞圆筒式聚合物PVT关系测试装置中薄壁锥环形试样受力图。图5是本技术一种柱塞圆筒式聚合物PVT关系测试装置的结构原理图。图中1.锥顶，2.隔热水盘，3.圆筒，4.电加热圈，5.测温点分布，6.压力传感器，7.LVDT位移传感器，8.顶杆，9.试样，10.螺旋形冷却水路，11.柱塞。途中小箭头代表冷却水流向。具体实施方式以下结合附图对本技术如何实现所述的优点进行一个说明图1 :本实施例所采用的试样的示意图，其上下面为呈75°左右的斜面，内外表面为圆环面。图2为试样竖直剖面图，其截面为一对平行四边形。图3所示为传统圆柱形试样受力图，图4所示为圆锥环形试样受力图。图3中的圆柱形试样，压力作用在试样上表面，压力传递距离I为整个试样高度，传递距离较大，由于壁面摩擦力的作用，试样内部压力分布不均匀，呈现下部压力大，上部压力小，四周压力大，中间压力小本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柱塞圆筒式聚合物PVT关系测试装置，其特征在于：主要由锥顶、隔热水盘、圆筒、电加热圈、测温点、压力传感器、LVDT位移传感器、顶杆、试样、螺旋形冷却水路、柱塞和旋转驱动器组成，一对带有环形锥面的柱塞圆筒构成试样所需的薄壁锥环形试样空间；为满足强冷却速率的施加圆筒采用夹套设计，由内外套焊接而成，内部设置螺旋形冷却水路，柱塞采用中空设计内部设置一个喷泉式的冷却水管；试样内外壁各均匀设置多个温度采集点，圆筒外部有用来加热的电加热圈；为了均匀施加力的作用并采集反映体积变化的位移量，采用一个锥顶用螺栓与圆筒相连，锥顶内固定一个位移传感器；为了对试样施加剪切作用力，使用一个伺服电机和变速箱组成的驱动器带动柱塞旋转，用试样的内外表面产生的相对转动对试样施加剪切作用力；压力通过施力装置在锥顶顶端施加，并通过锥顶顶端的压力传感器实现采集与控制。

【技术特征摘要】
1.一种柱塞圆筒式聚合物PVT关系测试装置，其特征在于:主要由锥顶、隔热水盘、圆筒、电加热圈、测温点、压力传感器、LVDT位移传感器、顶杆、试样、螺旋形冷却水路、柱塞和旋转驱动器组成，一对带有环形锥面的柱塞圆筒构成试样所需的薄壁锥环形试样空间；为满足强冷却速率的施加圆筒采用夹套设计，由内外套焊接而成，内部设置螺旋形冷却水路，柱塞采用中空设计内部设置一个喷泉式的冷却水管；试样内外壁各均匀设置多个温度采集点，圆筒外部有用来加热的电加热圈；为了均匀施加力的作用并采集反映...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢鹏程，宋乐，李月林，张盛桂，丁玉梅，杨卫民，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：实用新型
国别省市：