[发明专利]一种蒸气伸展流变仪

说明书

本发明公开了一种蒸气伸展流变仪，包括样品加热腔、升温装置、蒸气发生装置以及拉伸辊组件，样品加热腔的相对的两侧壁上分别设置有同轴的X射线入光孔及出光孔；升温装置用于提高样品加热腔内的环境温度；蒸气发生装置用于向样品加热腔内提供蒸气；拉伸辊组件用于将样品固定于样品加热腔内并拉伸样品，拉伸辊组件的夹持位置与X射线入光孔及出光孔的轴线相交；上述蒸气伸展流变仪与X射线发生装置联用能够原位跟踪记录高分子样品在不同温度及蒸气压下拉伸加工中结构演化行为，研究温度、蒸气压等多参数耦合下，高分子材料的力学行为和结构演化行为，对揭示高分子材料拉伸的基础科学问题及指导高性能高分子产品的开发具有一定的意义。

技术领域

本发明涉及高分子产品加工技术领域，特别涉及一种蒸气伸展流变仪。

背景技术

由于高分子的长链结构，拉伸将有效地提高高分子产品的产品性能，工业薄膜如农膜、包装膜、光学膜、锂电池隔膜及高强纤维如超高分子量聚乙烯纤维等均通过拉伸制得。然而对于含强氢键相互作用的高分子薄膜或者纤维，如尼龙(PA)薄膜、聚丙烯腈(PAN)纤维等，由于氢键对分子链的限制作用，分子链甚至在很高的温度都无法达到较大的拉伸比，这严重影响了这类高分子薄膜或纤维的产品性能。考虑到水分子对氢键的破坏，工业界所使用的解决方法是：对高分子样品在水或者水蒸气气氛下施加拉伸。两种方法中在水中拉伸的缺点是拉伸温度受限于水的沸点的限制，最高只能达到100℃，仍无法满足产品使用性能的要求。而水蒸气气氛下，不仅存在充足的水分子，在设备允许的条件下，可在相对较高的温度下对样品施加拉伸，实现分子链的高取向，高分子材料的高力学强度。水蒸气气氛下高分子拉伸工业上目前仍然存在较大的问题，比如聚丙烯腈纤维，国内纤维的强度仍然无法达到国际的领先水平。如何减弱纤维分子链间氢键相互作用，提高纤维的取向程度是工业界急需解决的问题。

在这些工业问题的背后其实是高分子拉伸加工过程涉及的多个关键科学问题，如分子链间氢键强度随温度及蒸气压的演化规律；拉伸诱导的高分子构象有序和结晶；拉伸诱导的晶体形变、取向和相变等。为快速、有效地解决这些关键科学问题，目前急需研制能与X射线散射联用，模拟蒸气气氛下高分子样品拉伸加工的实验装置。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种蒸气伸展流变仪，以模拟蒸气气氛下高分子样品拉伸加工，为揭示高分子样品拉伸的基础科学问题及指导高性能高分子产品的开发提供帮助。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种蒸气伸展流变仪，包括：

样品加热腔，所述样品加热腔的相对的两侧壁上分别设置有同轴的X射线入光孔以及X射线出光孔；

升温装置，用于提高所述样品加热腔内的环境温度；

蒸气发生装置，用于向所述样品加热腔内提供蒸气；

拉伸辊组件，用于将样品固定于所述样品加热腔内并拉伸样品，所述拉伸辊组件的夹持位置与所述X射线入光孔以及所述X射线出光孔的轴线相交。

优选地，所述样品加热腔包括主体以及盖板，所述盖板与所述主体可拆卸密封连接。

优选地，所述X射线入光孔以及所述X射线出光孔中的一个设置于所述盖板，另一个设置于所述主体远离所述盖板的侧壁上。

优选地，所述X射线入光孔以及所述X射线出光孔中的至少一个设置于所述样品加热腔的侧壁向所述样品加热腔内延伸的凸台上以使所述X射线入光孔以及所述X射线出光孔相互靠近。

优选地，所述凸台包括圆台段以及圆柱段，所述圆柱段连接于所述圆台段的小端且所述圆柱段通过所述圆台段连接于所述样品加热腔的侧壁，所述X射线入光孔开设于所述圆柱段，且通过所述圆台段内的锥形腔与外界连通。

优选地，所述X射线出光孔的孔径不小于所述X射线入光孔的孔径。