[发明专利]用于高分子薄膜材料原位结构检测的微型伸展流变装置及其实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用多种检测技术原位研究高分子薄膜材料结构演化与外界流动场参数关系的技术领域，具体涉及一种用于高分子薄膜材料原位结构检测的微型伸展流变装置及其实验方法，能够研究不同种类高分子薄膜样品在不同实验温度、不同伸展流变速率及应变条件下的结构演化行为，得到不同条件下高分子薄膜样品的结晶度、取向度、晶体形貌、结构松弛、结晶动力学信息及拉伸力学数据，揭示外界流动场参数与高分子材料结构之间的关系。

背景技术

流动场诱导的高分子有序如结晶既是高分子物理的基本问题,也是指导高分子材料加工的重要知识。目前，世界上每年使用的聚合物高达2.3亿吨，其中结晶性聚合物占三分之二。高分子材料需经过成型加工才能成为具有一定使用性能的制品。在高分子材料的加工过程中，不可避免的要引入流动场，经历不同形式和强度的流动场后形成并最后保留在制品中的形态结构将是决定制品使用性能的主要因素。

虽然高分子科学和工业界经历60多年的不懈努力，但是到目前为止，还没有一个满意的关于流动场诱导高分子结晶的分子机理，对通过改变加工条件调节控制材料结构形态及最终性能仍处于探索阶段。目前，研究人员在实验上模拟真实加工流动外场主要是利用剪切流变，但是在剪切流变中，高分子熔体的剪切速率和应变是非均匀分布的，利用该实验方法获得的信息实际是不同剪切速率和应变的平均效果。因此表观剪切速率和应变与剪切诱导的结晶和其它有序过程不具有确定的对应关系。微焦点X射线衍射、光学显微、傅立叶变换显微红外光谱等是非常好的开展原位高分子材料形态、结构研究的技术，具有高的时间和空间分辨，但由于受到仪器设备样品室空间尺寸的限制，很难与原位流变实验装置联用。所以我们理想中的适合用来原位研究高分子薄膜材料在外加流动场条件下结构变化的装置需要能够提供真实可控的流动场参数，并且能够与微焦点X射线衍射、光学显微、傅立叶变换显微红外光谱等检测技术联用，来研究外界流动场参数对高分子材料结构的影响，探索其背后的分子机理，最终通过控制加工过程中的流动场参数调控制品形态结构，提高制品最终性能。本发明用于高分子薄膜材料原位结构检测的微型伸展流变装置可以满足上述要求。

综上所述，用于高分子薄膜材料原位结构检测的微型伸展流变装置具有以下方面的特点：1、外形尺寸小，安装拆卸方便，能够与微焦点X射线衍射、光学显微、傅立叶变换显微红外光谱等多种技术联用进行原位检测；2、形变方式为伸展流变，能够提供真实可控的流动场参数；3、采用高精度微型伺服电机，能够实现快速伸展流变，同时能精确控制实现不同的应变及应变速率；4、可选用不同种类的高分子材料，伸展流变的实验条件，应变、应变速率及实验温度连续可调。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有实验装置的不足，提供一种用于高分子薄膜材料原位结构检测的微型伸展流变装置及其实验方法，其可以模拟高分子材料真实加工外场，能够与微焦点X射线衍射、光学显微、傅立叶变换显微红外光谱等技术联用，原位检测流动场诱导高分子材料结构变化，同时测试高分子薄膜样品的力学性能的微型伸展流变装置。该拉伸装置体积小、质量轻、安装拆卸简单，可以方便与多种检测技术联用；转速和拉力量程范围大，可实现快速形变；应变及应变速率连续精确可调；样品温度控制精确；具有多通道实时数据采集等特点。利用该装置配合结构检测技术可以获得不同条件下高分子薄膜样品的结晶度、取向度、晶体形貌、结构松弛、结晶动力学信息及拉伸力学数据，研究外界流动场参数对高分子材料结构的影响。

本发明采用的技术方案为：一种用于高分子薄膜材料原位结构检测的微型伸展流变装置，包括高精度微型伺服电机，主动轴，从动轴，加热块，温度传感器，拉力传感器，温度控制器，Labview软件控制和数据采集系统，其中：