[发明专利]高聚物熔体体积流量测定装置及其测定方法

说明书

技术领域：

本发明涉及高聚物熔体体积流量测定装置及其测定方法，属于高聚物流变测量学领域。

背景技术：

高聚物流变学在高聚物成型加工中占有非常重要的地位。在材料的选择和使用、加工工艺条件的确定和优化、加工设备的制造和成型模具的设计以及产品质量的改善和提高等方面都需要有高聚物熔体的流动行为的测定分析数据。在高聚物流变分析测量中主要使用毛细管、狭缝和旋转式的流变仪。对于牛顿流体的流变测量，可以根据哈根-泊肃叶(Hagen-Poiseuille)方程来计算。

η＝π*R⁴*ΔP/(8*Q*L)

η＝熔体的粘度

Q＝体积流量

ΔP＝流体流经流道两端的压差

R＝毛细管流道的半径；L＝毛细管流道的长度

对于非牛顿流体的流变测量，由于其粘度随剪切变化的复杂性，则要对该公式所得到的粘度进行修正。无论是牛顿流体还是非牛顿流体，它们的流变测量都涉及到两个很重要的参数：一个是流道两端的压差ΔP，另一个是流道中的体积流量Q。在流变仪中对于压差的测定一般是在流道的一端安装压力传感器，另一端直接以大气压为准，或者在流道两端同时安装压力传感器来测定流体流经流道两端所产生的压差。对于高聚物体积流量的测定则有不同的方法：

在较早以前，人们是通过称量在一定时间内挤出物的质量，再由挤出物的已知密度来换算成挤出物的体积流量。由于挤出物的称量通常是在常温下操作完成，所以这样所得到的体积流量并非为在挤出条件下(温度、压力)真实的体积流量。

美国标准(ASTM D1238)和中国标准(GB 3682-2000)报道的是通过测定在规定的时间内活塞移动的距离或测定活塞移动规定的距离所用的时间和活塞或料筒的截面积来计算熔体的体积流量。按照标准可以较准确测出在不同温度和压力下高聚物熔体在料筒中流动的体积流量。

美国专利(US3,203,225，4,539,873)报道了通过精确测定压料杆的下降速度和由料筒的直径来计算出高聚物熔体的体积流量，再用高聚物熔体在料筒中的体积流量代替在毛细管中的体积流量。以上三种方法必须假定高聚物熔体是不可压缩的情况下才可以成立，而实际上，高聚物熔体是一个粘弹流体。当高聚物熔体从料筒进入毛细管时，受挤压所造成流体的压缩是不可避免的，这必然会导致高聚物熔体的体积变化，即体积流量的改变。否则，高聚物熔体在挤出毛细管口模时就不会出现熔体膨胀的现象。

美国专利(US3,048,030，3,138,950，4,241,602和6,691,561)和中国专利(CN1418310A)报道的是高聚物熔体先通过计量泵(齿轮泵)，再由计量泵以一定的转速将流体打入毛细管或狭缝流道或conduit(细管)流道中，使其以一定流速在流道中流动并形成一定的压力降。通过计量泵的转速来确定高聚物熔体的体积流量。这种测量方法存在两个缺点：一，它不是直接测量流道中流体的体积流量，高聚物熔体为可压缩流体，在流经不同尺寸的流道和经受不同压力时都会有体积的变化，这就会给高聚物熔体体积流量的精确测量引入较大误差。二，计量泵的计量可靠性和准确性是随计量泵的设计原理、制造精度和校正方法而定的，并且随着使用的条件和时间而改变。因此，很难预料和估计这对流道中流体的体积流量的可靠性的影响。

在以往的发明中，测定高聚物熔体体积流量都是采用间接的方法。因为高聚物熔体为非牛顿流体，在压力和流道发生变化时，它的体积也将发生变化，所以这样所测得的流体的体积流量将会存在偏差。因此，有必要找到一种直接的测量高聚物熔体体积流量的方法，来改善和提高高聚物流变测量学的精确度。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种高聚物熔体体积流量测定装置及其测定方法，其特点是改善和提高流变仪测定高聚物流变数据的准确性和可靠性。