塑料振动加工与样品成型一体化试验设备及方法技术

本发明专利技术公开了一种塑料振动加工与样品成型一体化试验设备及方法，设备包括液压动力系统、振动动力驱动系统、试验台、活塞组件、中心模具、可视化装置、控制系统等；本发明专利技术将振动等场量作用与模具样品成型相结合，集剪切、加压、振动以及样品加工成型功能于一体，不同于传统流变仪局限于聚合物的流变特性研究，可避免试验腔内物料被拿出时塑料混合结构形态的变化，直接在线监测微结构，或者直接模具成型得到检测样品；本发明专利技术不仅能够实现聚合物动态及稳态流变特性检测，同时还能够用于多元场量作用下多种聚合物体系微结构形态研究，以及加工性能与工艺条件之间的影响规律研究，可广泛应用于材料、化工、制药、涂料、食品、建筑等行业。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及塑料熔体动态混合与多元场量作用下聚合物的成型加工
，尤其涉及一种。
技术介绍
聚合物的成型加工过程涉及聚合物流体复杂流变行为和形态结构变化，加工过程中的工艺条件决定了聚合物材料最终使用性能的优劣。尤其是对于聚合物共混或填充等复杂体系，开发新型具有复合功能的实验仪器并研究聚合物熔体在多重外加作用场下微观结构的变化，对如何充分发挥聚合物及聚合物共混或填充体系材料的性能潜力、获得均匀和接近理想的组织结构，对合理选择成型工艺参数、提出新的聚合物成型方法，无疑具有重要意义。国内外相关研究机构围绕材料加工流变仪开展了实验仪器方面的研究，但目前的研究成果大多局限于聚合物的流变特性研究，非均相体系的微结构演变会分别对应不同的特征流变行为，对这些特征流变响应的系统研究也有助于优化塑料的功能特性和最终力学性能。因此，研究塑料微结构是意义重大的，而目前的仪器设备及方法尚不能满足这一研究需要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有相关仪器设备及检测分析方法的不足，提供一种。本专利技术不仅能够实现聚合物动态及稳态流变特性检测，同时还能够实现多元场量作用下聚合物体系及各类混合物微结构形态研究，以及加工性能与工艺条件之间的影响规律研究。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的:一种塑料振动加工与样品成型一体化试验设备，包括:下音圈电机固定板、下光栅位移传感器、下振动支柱、设备控制箱、设备底座、图像接受装置、压力温度传感器接口、玻璃罩、液压缸、活动梁、支柱、上光栅位移传感器、上音圈电机固定板、上音圈电机、振动导套、上振动板、上振动支柱、上活塞杆、加热圈、中心模具、可视化装置、T型安装面、油泵电机、下活塞杆、下振动板和下音圈电机；所述所述上振动板套接在上振动支柱上，并与上音圈电机的输出轴相连，由上音圈电机驱动沿上振动支柱在垂直方向做振幅和频率可调的振动运动，下振动板套接在下振动支柱上，并与下音圈电机的输出轴相连，由下音圈电机驱动沿下振动支柱在垂直方向做振幅和频率可调的振动运动，上活塞杆与上振动板螺纹连接，下活塞杆与下振动板螺纹连接，上活塞杆和下活塞杆将振动场施加给中心模具内的实验物料，上音圈电机固定在上音圈电机固定板上，下音圈电机固定在下音圈电机固定板上，上振动支柱支撑上振动板固定于活动梁上。活动梁与两根支柱配合，支柱固定于设备底座，玻璃罩安装在支柱上，活动梁由液压系统液压缸直接驱动，活动梁沿支柱做垂直方向运动，油泵电机安装于设备底座，为设备液压系统提供动力。上光栅位移传感器和下光栅位移传感器分别安装于上音圈电机固定板和下音圈电机固定板上，监测上振动板和下振动板的运动情况。振动导套与上振动支柱采用间隙配合。进一步地,上音圈电机和下音圈电机分置于设备底座两侧。上音圈电机、下音圈电机、上振动板、下振动板的中心螺纹孔、上活塞杆、下活塞杆以及中心模具的中心线重合且垂直于设备底座平台，中心模具安装于设备T型安装面，中心模具被加热圈所包裹。进一步地，所述中心模具包括:上活塞头、上封头、侧夹板、螺栓、下活塞头、下封头、第一 T型夹具、下活塞体、第二 T型夹具、传感器接口、冷却水道和上活塞体；其中，所述上活塞头及下活塞头分别与上活塞杆及下活塞杆采用螺纹连接，上活塞头和下活塞头分别与上活塞体和下活塞体采用间隙配合，上活塞体和下活塞体分别嵌入上封头和下封头，模具中间处采用第一 T型夹具和第二 T型夹具组合形成薄膜模腔，辅以侧夹板进行夹紧，在第二T型夹具壁上开有一定尺寸的传感器接口。一种上述装置的塑料振动加工与样品成型一体化试验方法，包括以下步骤: (I)组装并安装模具；将第一 T型夹具和第二 T型夹具与下封头及上封头采用螺栓进行连接并固定，辅以侧夹板夹紧，组装成中心模具，将中心模具安装于T型安装面上并固定，将上活塞杆与下活塞杆分别配合上活塞头和下活塞头，上活塞头和下活塞头分别与上活塞体和下活塞体进行配合，至此完成实验装置的组装。(2)预热、填料及稳定加热温度；连接加热系统对中心模具进行预热，当模腔温度达到预设值后，可向中心模具模腔内加入实验物料，而后通过加热装置进一步进行加热并稳定模腔内部温度，具体的温度值由所用实验物料种类决定。(3)振动；通过仪器控制系统启动振动场装置，上音圈电机和下音圈电机按照上位机程序分别驱动上振动板和下振动板运动，振动运动通过上活塞杆与下活塞杆传递给模腔内实验物料，振动运动的具体方式可根据实验需要及目的进行预设和调整。(4)冷却起模；振动运动施加完成后,停止加热并切换为冷却模式,启动变频水泵通过冷却水道通入冷却水对中心模具进行冷却，冷却完成后起模取出实验样品。本专利技术的有益效果是: 1、本专利技术适用于聚合物动态流变性能检测及多元作用场下塑料的微结构检测，集剪切、加压、振动以及样品加工成型功能于一体,功能齐全。2、独特的模具结构，可直接加工成样品用于检测，模具可独立设计，不同形式的模具使设备适用于不同的实验目的。中心模具采用可拆组合式，在流道的设计上既可以实现一定的尺寸要求，同时可以通过模具不同零部件间的在线调整实现流道尺寸的改变，即在中心模具上设计有尺寸调整结构，可以随时改变流道的尺寸，这样就可以通过仅安装一套中心模具即可以完成不同L/D尺寸流道下的连续性流变实验，既方便相关实验目的的实现，又节约实验成本和时间。3、设备振动场装置可实现高频振动，振动频率及幅值可调且变化范围较大，频率范围为0.0f200Hz，幅值范围为(T40mm，可实现多种振动方式，包括正弦振动、三角波振动等，同时，上下两侧的活塞运动既可以独立进行异步运动，也可以协调进行同步运动。4、设备可进行压力高至23MPa、温度高至400°C的高温高压实验。5、数据采集和控制系统便于记录分析数据、设定操作参数、编程和自动控制。6、不同于目前现有相关实验仪器的设计，振动力场的实现以及实验部分运动部件的驱动力均由音圈电机提供，既具有足够的负荷能力又能实现高精度运动，同时便于程序控制。7、设备通过可视化模具的设计与安装，实现多种模式下的在线可视化实验，方便实验人员对实验情况直接观察与分析，同时可在设备上配备图像采集装置，在线连续获取实验状态图像，进一步扩展设备的实验功能。附图说明图1是塑料振动加工与样品成型一体化试验设备总装配示意 图2是薄膜中心模具结构主视 图3是薄膜中心模具结构俯视 图4是中心模具十字形结构示意 图5是中心模具的其它几种形式示意 图6是控制系统原理示意 图7是塑料振动加工与样品成型一体化试验方法流程示意 图中:下音圈电机固定板1、下光栅位移传感器2、下振动支柱3、设备控制箱4、设备底座5、图像接受装置6、压力温度传感器接口 7、玻璃罩8、液压缸9、活动梁10、支柱11、上光栅位移传感器12、上音圈电机固定板13、上音圈电机14、振动导套15、上振动板16、上振动支柱17、上活塞杆18、加热圈19、中心模具20、可视化装置21、T型安装面22、油泵电机23、下活塞杆24、下振动板25、下音圈电机26、上活塞头27、上封头28、侧夹板29、螺栓30、下活塞头31、下封头32、第一 T型夹具33、下活塞体34、第二 T型夹具35、传感器接口 36、冷却水道37、上活塞体38。具体实施例方式本专利技术的原理是:将振动等场量作用与直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种塑料振动加工与样品成型一体化试验设备，其特征在于，主要包括：下音圈电机固定板（1）、下光栅位移传感器（2）、下振动支柱（3）、设备控制箱（4）、设备底座（5）、图像接受装置（6）、压力温度传感器接口（7）、玻璃罩（8）、液压缸（9）、活动梁（10）、支柱（11）、上光栅位移传感器（12）、上音圈电机固定板（13）、上音圈电机（14）、振动导套（15）、上振动板（16）、上振动支柱（17）、上活塞杆（18）、加热圈（19）、中心模具（20）、可视化装置（21）、T型安装面（22）、油泵电机（23）、下活塞杆（24）、下振动板（25）和下音圈电机（26）等；其中，所述上振动板（16）套接在上振动支柱（17）上，并与上音圈电机（14）的输出轴相连，由上音圈电机（14）驱动沿上振动支柱（17）在垂直方向做振幅和频率可调的振动运动，下振动板（25）套接在下振动支柱（3）上，并与下音圈电机（26）的输出轴相连，由下音圈电机（26）驱动沿下振动支柱（3）在垂直方向做振幅和频率可调的振动运动，上活塞杆（18）与上振动板（16）螺纹连接，下活塞杆（24）与下振动板（25）螺纹连接，上音圈电机（14）固定在上音圈电机固定板（13）上，下音圈电机（26）固定在下音圈电机固定板（1）上，上振动支柱（17）固定于活动梁（10）上；活动梁（10）与两根支柱（11）配合，支柱（11）固定于设备底座（5），玻璃罩（8）安装在支柱（11）上，活动梁（10）与液压系统液压缸（9）相连，由液压系统液压缸（9）直接驱动，活动梁（10）沿支柱（11）做垂直方向运动，油泵电机（23）安装于设备底座（5），为设备液压系统提供动力；上光栅位移传感器（12）和下光栅位移传感器（2）分别安装于上音圈电机固定板（13）和下音圈电机固定板（1）上，监测上振动板（16）和下振动板（25）的运动情况；振动导套（15）与上振动支柱（17）间隙配合。...

【技术特征摘要】
1.一种塑料振动加工与样品成型一体化试验设备，其特征在于，主要包括:下音圈电机固定板(I)、下光栅位移传感器(2)、下振动支柱(3)、设备控制箱(4)、设备底座(5)、图像接受装置(6)、压力温度传感器接口(7)、玻璃罩(8)、液压缸(9)、活动梁(10)、支柱(11)、上光栅位移传感器(12)、上音圈电机固定板(13 )、上音圈电机(14)、振动导套(15)、上振动板(16)、上振动支柱(17)、上活塞杆(18)、加热圈(19)、中心模具(20)、可视化装置(21)、T型安装面(22)、油泵电机(23)、下活塞杆(24)、下振动板(25)和下音圈电机(26)等；其中，所述上振动板(16)套接在上振动支柱(17)上，并与上音圈电机(14)的输出轴相连，由上音圈电机(14)驱动沿上振动支柱(17)在垂直方向做振幅和频率可调的振动运动，下振动板(25)套接在下振动支柱(3)上，并与下音圈电机(26)的输出轴相连，由下音圈电机(26)驱动沿下振动支柱(3)在垂直方向做振幅和频率可调的振动运动，上活塞杆(18)与上振动板(16)螺纹连接，下活塞杆(24)与下振动板(25)螺纹连接，上音圈电机(14)固定在上音圈电机固定板(13)上,下音圈电机(26)固定在下音圈电机固定板(I)上，上振动支柱(17)固定于活动梁(10)上；活动梁(10)与两根支柱(11)配合，支柱(11)固定于设备底座(5)，玻璃罩(8)安装在支柱(11)上，活动梁(10)与液压系统液压缸(9)相连，由液压系统液压缸(9 )直接驱动，活动梁(10 )沿支柱(11)做垂直方向运动，油泵电机(23 )安装于设备底座(5)，为设备液压系统提供动力；上光栅位移传感器(12)和下光栅位移传感器(2)分别安装于上音圈电机固定板(13)和下音圈电机固定板(I)上,监测上振动板(16)和下振动板(25)的运动情况；振动导套(15)与上振动支柱(17)间隙配合。2.根据权利要求1所述塑料振动加工与样品成型一体化试验设备，其特征在于，所述上音圈电机(14)和下音圈电机(26)这两个振动场动力兀件分置于设备底座(5)两侧。3.根据权利要求1所述塑料振动加工与样品成型一体化试验设备，其特征在于，上音圈电机(14)、下音圈电机(26 )、上振动板(16)、下振动板(25)的中心螺纹孔、上活塞杆(18)、下活塞杆(24)以及中心模具(20)的中心线重合且垂直于设备底座(5)平台。4.根据权利要求1所述塑料振动加工与样品成型一体化试验设备，其特征在于，所述中心模具(20)安装于设备T型安装面(22)，中心模具(20)被加热圈(19)所包裹。5.根据权利要求4所述塑料振动加工与样品成型一体化试验设备，其特征在于，所述中心模具(20 )包括:上活塞头(27 )、上封头(28 )、侧夹板(29 )、螺栓(30 )、下活塞头(31...

【专利技术属性】
技术研发人员：许忠斌，刘雨，郑素霞，苏良瑶，沈雪明，刘国林，
申请(专利权)人：浙江大学，浙江申达机器制造股份有限公司，
类型：发明
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