[发明专利]毛细管流变仪及高分子材料流变性能测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种毛细管流变仪及高分子材料流变性能测量方法。

背景技术

高分子材料的流变性能对于高分子材料的成型加工十分重要，准确表征其流变性能对于理论研究和实际生产都具有重要的意义。毛细管流变仪是表征高分子及其复合体系的流变性能最常用的流变仪器。

根据受力方式不同，高分子材料的流变行为可分为剪切流变行为、拉伸流变行为以及二者的组合。在剪切力场作用下，物料在输运过程中速度梯度与输运方向相互垂直，而在拉伸力场作用下，其速度梯度方向与输运方向相同。

目前对于高分子材料剪切流变行为的测量与表征较多，最常用的测量方法为长毛细管法，其中毛细管的长径比(长度和直径之比)通常大于20。而在一些成型流场中拉伸流动占主导地位，如熔体纺丝、注塑成型、压延成型等，但关于高分子材料拉伸流变行为的测量与表征却较少。有些研究者利用零毛细管研究高分子材料的拉伸流变性能，所用零毛细管的长径比小于0.5。与利用长毛细管测量物料的流变行为相比，利用零毛细管测量物料的流变行为可以使黏度变化、壁面滑移以及黏性发热等因素对入口压力降的影响降到最低。

利用长毛细管和零毛细管测量高分子材料流变行为的原理是：物料流经毛细管时的压力降可以分为三部分，即毛细管入口区压力降、物料在毛细管中的压力降、毛细管出口压力降，通常忽略毛细管出口压力降。利用长毛细管测量流变参数时，物料在毛细管入口区的压力降相对于在毛细管中的压力降可以忽略，而只考虑物料在毛细管中的压力降；利用零毛细管测量流变参数时，物料在毛细管中的压力降相对于在毛细管入口区的压力降可以忽略。通过测量并对比高分子材料流经长毛细管和零毛细管的压降与流量数据，表征物料的拉伸流变性能。

测量高分子材料拉伸流变行为所采用的毛细管流变仪主要有两种形式：单料筒式和双料筒式。

一、单料筒式的毛细管流变仪的结构比较简单，价格较低，但是一般实验都需要测量高分子材料在多种长径比的毛细管中的流变性能，这就需要多次更换毛细管，多次加料，这样人为因素(如高分子材料压实的疏密度等)的影响很大，而且如果被测量材料是复合体系，其填料的分散程度、含水率、空气含量等不会完全相同，这样势必会使最终的结果造成较大的差异，使结果的可比性降低。

二、双料筒式的毛细管流变仪与单料筒式的相比采用并联式的结构，它是通过一个压力元件对两个料筒中的高分子材料施加压力，因此测量时两组毛细管中柱塞的位移是相同的。这种结构与单料筒相比，可以增大实验的效率，而且可以保证测试条件相同，将实验仪器所引起的偏差降低，然而由于这种结构比较复杂，仪器的价格也较高，而且在测量时每次需要添加两组高分子材料，同样会面临与传统的单料筒流变仪相同的问题：1、可能由于压实的松紧度不同造成人为差异；2、如果被测量材料是复合体系，填料的分散程度、含水率、空气含量等会使结果造成较大的差异，降低结果的可比性；由于以上因素的影响，使得现有毛细管流变仪的测量精度低，需要作进一步的提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种毛细管流变仪及高分子材料流变性能测量方法，本发明可以同时测量高分子材料的剪切流变行为和拉伸流变行为，并且在测量高分子复合材料时可以避免人为因素的影响，减少分次测量时的误差，提高测量的精度。

其技术方案如下。

一种毛细管流变仪，包括有料筒，在料筒的前端设有进料口，在料筒的后端设有出料口，在料筒内设有第一毛细管道、过料管道及第二毛细管道，进料口依次通过第一毛细管道、过料管道、第二毛细管道与出料口相通，过料管道的横截面面积大于所述第一毛细管道及第二毛细管道横截面面积。

下面对本发明进一步技术方案进行说明。

所述第一毛细管道的长径比大于等于5，所述第二毛细管道的长径比小于0.5。还可以改变高分子材料在第二毛细管道的入口角，以测量高分子材料的拉伸流变性能。

所述料筒包括第一半筒及第二半筒，在第一半筒、第二半筒的相对面分别设有第一半槽、第二半槽，第一半筒与第二半筒合拢后，第一半槽与第二半槽合拢并形成所述第一毛细管道及第二毛细管道。

还包括有第一紧固套及第二紧固套，第一紧固套及第二紧固套的横断面均呈半环形，第一紧固套与第二紧固套通过连接件连接并将所述第一半筒及第二半筒压紧。

所述第一半筒与第二半筒之间设有相对的中部接触面及外部相对面，中部接触面相对于外部相对面更靠近所述第一半槽或第二半槽；所述第一半筒与第二半筒的中部接触面相接触，所述第一半筒与第二半筒的外部相对面相对应，且第一半筒的相对面与第二半筒的相对面之间存在间隙。