[实用新型]一种柱塞圆筒式聚合物PVT关系测试装置

说明书

技术领域

本实用新型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。

背景技术

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加，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。

实用新型内容

为了克服现有PVT测试装置的以上不足, 本实用新型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。

本实用新型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。