轉(zhuǎn)矩流變儀和在塑料加工中的應(yīng)用

1、返回轉(zhuǎn)矩流變儀及其在塑料加工中的應(yīng)用洪王暄迎思海亭理工大學(xué).轉(zhuǎn)矩流變儀的組成與特點(diǎn)轉(zhuǎn)矩流變儀是在Brabender塑化儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種綜合性聚合物材料流變性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)設(shè) 備。其突出特點(diǎn)是可以在接近于真實(shí)加工條件下，對(duì)材料的流變行為進(jìn)行研究。目前已經(jīng)在塑料加工性 能研究、配方設(shè)計(jì)，材料真實(shí)流變參數(shù)測(cè)量等方面獲得了重要應(yīng)用。隨著轉(zhuǎn)矩流變儀應(yīng)用的日益廣泛， 其組成和性能也在不斷發(fā)展，呈現(xiàn)多功能、高性能、高精度、自動(dòng)化等趨勢(shì)。轉(zhuǎn)矩流變儀主要由測(cè)控主機(jī)和功能單元兩大部分組成。測(cè)控主機(jī)提供了轉(zhuǎn)矩流變儀的基本工作環(huán)境，完成各種數(shù)據(jù)采集與記錄，以及為各功能單元提供動(dòng)力和控制。功能單元是實(shí)現(xiàn)各種測(cè)量的功

2、能部分， 目前已廣泛應(yīng)用的有，雙轉(zhuǎn)子混煉器、單螺桿擠出機(jī)、平行雙螺桿擠出機(jī)、錐型雙螺桿擠出機(jī)、雜質(zhì)測(cè) 量?jī)x、口模膨脹測(cè)量?jī)x、各種擠出加工模具等。各功能單元以積木形式與測(cè)控主機(jī)相連，并在相應(yīng)軟件 的支持下，實(shí)現(xiàn)具體的實(shí)驗(yàn)、測(cè)量和分析功能。下面詳細(xì)描述各部分的結(jié)構(gòu)和性能。測(cè)控主機(jī)組成與性能測(cè)控主機(jī)主要由計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)測(cè)控系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)及轉(zhuǎn)矩測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成。其組成框圖如圖1.1所示:L動(dòng)力系統(tǒng)卜計(jì)算機(jī)卜+效期測(cè)抄系統(tǒng)1T機(jī)械接I IfU一一測(cè)時(shí)系統(tǒng)I圖1.1測(cè)控主機(jī)原理圖其中計(jì)算機(jī)通過(guò)運(yùn)行相應(yīng)軟件，完成各種操作和數(shù)據(jù)處理。在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的軟件有兩類(lèi)，一類(lèi)是 測(cè)控軟件，它提供了一個(gè)人機(jī)交互的接口，操作者可

3、以在其提供的虛擬儀器界面上完成絕大多數(shù)的儀器 操作，另外該軟件還完成測(cè)量數(shù)據(jù)的顯示和保存任務(wù)。另一類(lèi)是數(shù)據(jù)處理軟件，它與各功能單元配合完 成各種測(cè)量和分析。測(cè)控主機(jī)和測(cè)控軟件界面如圖 1.2和1.3所示。圖1.2測(cè)控主機(jī)圖1.3測(cè)控軟件界面數(shù)據(jù)測(cè)控系統(tǒng)是以單片微型計(jì)算機(jī)為核心的電子系統(tǒng)，完成溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等數(shù)據(jù)的采集 以及實(shí)現(xiàn)電氣、溫度及轉(zhuǎn)速控制。動(dòng)力系統(tǒng)為功能單元提供工作動(dòng)力，由電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)組成。轉(zhuǎn)矩測(cè)量系統(tǒng)可以測(cè)量動(dòng)力系統(tǒng)的輸 出轉(zhuǎn)矩，并以此數(shù)據(jù)描述物料與各功能單元作用時(shí)的粘度變化，并進(jìn)一步表征熔體的流變性。測(cè)控主機(jī)為各功能單元提供了電氣及機(jī)械接口，與各功能單元連接后，能夠完成各

4、種實(shí)驗(yàn)功能。測(cè) 控主機(jī)的基本性能如下：轉(zhuǎn)矩測(cè)量精度：0.1%F S壓力測(cè)量精度：轉(zhuǎn)矩測(cè)量精度：0.1%F S壓力測(cè)量精度：0.5%F S轉(zhuǎn)速控制精度：0.3%F S溫度控制精度：土 C電加熱輸出功率：2.2kW/路轉(zhuǎn)速輸出圍：2150rpm（10800rpm）轉(zhuǎn)矩測(cè)量圍：0200N -m壓力測(cè)量圍：0.1100MPa溫度控制回路：4路（可擴(kuò)展）動(dòng)力及轉(zhuǎn)矩測(cè)量由于轉(zhuǎn)矩流變儀可以通過(guò)動(dòng)力系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)矩表征塑合物熔體的流變性，因此動(dòng)力系統(tǒng)以及輸出轉(zhuǎn) 矩的測(cè)量是轉(zhuǎn)矩流變儀的關(guān)鍵技術(shù)之一。動(dòng)力系統(tǒng)除了要滿(mǎn)足規(guī)定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩輸出外，還需要滿(mǎn)足轉(zhuǎn) 矩測(cè)量系統(tǒng)的要求。轉(zhuǎn)矩測(cè)量有兩種方式，一是利用專(zhuān)用的轉(zhuǎn)矩傳感

5、器測(cè)量，二是利用力矩平衡法測(cè)量。第一種方式是將轉(zhuǎn)矩傳感器串聯(lián)在動(dòng)力系統(tǒng)與功能單元之間，由轉(zhuǎn)矩傳感器直接輸出轉(zhuǎn)矩信號(hào)。這種測(cè)量方式的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)要求較低，采用一般的直流或交流電機(jī)就能滿(mǎn)足要求，缺點(diǎn)是測(cè)量精度受轉(zhuǎn) 矩傳感器限制，一般不超過(guò) 0.5%F S,另外轉(zhuǎn)矩傳感器是轉(zhuǎn)動(dòng)部件，需要維護(hù)。第二種方法原理是，當(dāng) 系統(tǒng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)并輸出一定轉(zhuǎn)矩時(shí)，系統(tǒng)定子必定受到大小相等方向相反的反作用力矩，該力矩可通過(guò)測(cè)力傳感器測(cè)量得到。這種測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠獲得較高的測(cè)量精度，可達(dá) 0.1%F S,并且測(cè)量系統(tǒng)無(wú) 可動(dòng)部件，免維護(hù)、可靠性高。缺點(diǎn)是需要高穩(wěn)定的伺服動(dòng)力系統(tǒng)，兩種轉(zhuǎn)矩測(cè)量方法以及相應(yīng)動(dòng)力系 統(tǒng)綜

6、合性能的比較如表 1.1所示：表1.1動(dòng)力及轉(zhuǎn)矩測(cè)量系統(tǒng)性能對(duì)比轉(zhuǎn)矩測(cè)量動(dòng)力系統(tǒng)精度可靠性成本綜合性能轉(zhuǎn)矩傳感器普通直流電機(jī)+擺線較高（一般不超過(guò)較高（需維護(hù)）適中較高力矩平衡法針輪減速機(jī)直流（交流）伺服電 機(jī)+行星齒輪減速機(jī)0.5%F 6）高（可達(dá)0.1%F-S）高（免維護(hù)）較高高1.3功能單元及性能指標(biāo)功能單元主要有兩類(lèi)，一類(lèi)是混煉器，一類(lèi)是擠出機(jī)?；鞜捚饔?0ml和300ml兩種規(guī)格。50ml混煉器主要完成物料的流變性測(cè)量與表征，300ml主要完成物料的混合與塑煉，可以作為配方研究的小型試驗(yàn)機(jī)。另外還有與擠出機(jī)配合的各種模具，雜質(zhì)測(cè)量?jī)x，口模膨脹測(cè)量?jī)x等。各種擠出機(jī)不但可以模擬擠出加工、

7、造粒等加工過(guò)程，從而評(píng)價(jià)物料的加工性能以及優(yōu)化加工工藝參數(shù)，而且而可以通過(guò)圓形（或矩形）毛細(xì)管模具，測(cè)量不同剪切速率下，物料的真實(shí)粘度與剪切速率的關(guān)系，全面表征物料的流變性?；鞜捚?、擠出機(jī)及模具分別如圖1.4、1.5、1.6、1.7所示。圖各種模具，各功能單元的主要性能指標(biāo)如表1.2所示。表1.2功能單元的主要性能指標(biāo)功能單元規(guī)格工作溫度/C允許轉(zhuǎn)矩/Nm允許轉(zhuǎn)速/rpm附件混煉器50ml室溫300100Nm2150無(wú)混煉器300ml室溫300150Nm2150無(wú)單螺桿塑料擠 出機(jī)平行雙螺桿塑 料擠出機(jī) 20 25:1 ; 1:1.5,1:2 , 1:3, 1:425室溫300室溫300100

8、Nm150Nm215010800模具、壓延機(jī)、 雜質(zhì)測(cè)量?jī)x等模具、切粒機(jī)等錐型雙螺桿塑料擠出機(jī)25室溫300150Nm2150模具等單螺桿橡膠擠 出機(jī) 3Q 12:1; 1:2室溫300200Nm2150模具等.混煉器在塑料加工中的應(yīng)用利用混煉器可以有效地對(duì)熱塑性及熱固性材料的塑化和固化行為進(jìn)行測(cè)量和表征。下面介紹兩種典 型的應(yīng)用。在硬聚氯乙烯（U-PVC ）干混料配方及工藝性能評(píng)定中的應(yīng)用在U-PVC干混料配方中，除PVC樹(shù)脂外，為了獲得合適的工作及加工性能，需要配合各種成分， 這些成分對(duì)干混料熔體的流變性有不同的影響，從而顯著地影響物料最終的加工性能。在混煉器上測(cè)量 干混料的流變曲線是了解

9、配方中各組成成份對(duì)物料加工性能影響的有效方法。典型的U-PVC流變曲線（力矩譜）以及物料狀態(tài)與實(shí)際加工設(shè)備之間的關(guān)系如圖2.1所示。愚桿長(zhǎng)度1組化田均化段一愚桿長(zhǎng)度1組化田均化段一圖2.1 U-PVC流變曲線及加工設(shè)備中的物料狀態(tài)圖中第一個(gè)峰為加料峰，第二個(gè)峰為塑化峰，第三個(gè)峰為分解峰，分別表示物料的加入、塑化和分 解。加料峰到塑化峰之間的時(shí)間間隔為塑化時(shí)間，塑化峰到分解峰之間的時(shí)間間隔為熱穩(wěn)定時(shí)間。在實(shí) 際加工時(shí)，物料在螺桿塑化段的停留時(shí)間應(yīng)不小于塑化時(shí)間，保證物料的充分塑化，并且在熱分解之前 完成加工。利用混煉器可以有效完成塑化曲線的測(cè)量，實(shí)驗(yàn)方法如下。將混煉器加熱到預(yù)定溫度并充分穩(wěn)定（例

10、如185C）,稱(chēng)量一定量的被測(cè)物料，使其恰好能夠充滿(mǎn)混煉器腔體，啟動(dòng)混煉器，待轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在 設(shè)定值后（例如35rpm）,迅速加入物料并用注塞壓實(shí)，加料過(guò)程中要保證物料無(wú)泄漏?；鞜捚鞴ぷ魅?干時(shí)間并記錄實(shí)驗(yàn)曲線。最終獲得圖2.2所示的流變曲線。圖2.2 U-PVC流變曲線圖中干混料被壓入混煉室，曲線出現(xiàn)了一個(gè)尖銳的裝載峰A, A點(diǎn)的高低與轉(zhuǎn)速大小和干混料的表觀密度有關(guān)。隨料溫升高逐漸接近混煉預(yù)設(shè)溫度，樹(shù)脂軟化，空氣被排除轉(zhuǎn)矩減小到B點(diǎn)。由于熱和剪切作用，樹(shù)脂顆粒破碎，顆粒的物料從表面開(kāi)始塑化，物料粘度逐漸增加，轉(zhuǎn)矩迅速升高到C點(diǎn)，C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的峰為塑化峰。隨著塑化后物料部殘留空氣排除，物料中各處溫

11、度趨于一體，熔體結(jié)構(gòu)逐漸均勻， 轉(zhuǎn)矩逐漸降低達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定值的平衡轉(zhuǎn)矩D點(diǎn)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間混煉，PVC熔體中穩(wěn)定劑逐漸喪失作用時(shí)，物料開(kāi)始分解并交聯(lián)，顏色由黃變褐，轉(zhuǎn)矩從E點(diǎn)迅速增高。獲彳| U-PVC的流變曲線的原始實(shí)驗(yàn)曲線后， 可以用相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件在曲線上獲得實(shí)驗(yàn)的參數(shù)，并制作一份完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告的格式有熱融合實(shí)驗(yàn)”，熱穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)”，曲線疊加實(shí)驗(yàn)”等，熱融合實(shí)驗(yàn)”如圖2.3所示。安裝條件送祥：中大公司打料：硬pvc日期”665-2002試樣重量：族特干騫號(hào)j比ilkr越載荷：弟手動(dòng)實(shí)驗(yàn)標(biāo)難：ASTM轉(zhuǎn)速：35口工切料混山試點(diǎn)二174M混燎器硼試點(diǎn)；T尸1加實(shí)裝結(jié)果Tk門(mén)酎間（：）TlV

12、Dl-V普建1 Mm)料溫（七裝載峰A41649146.6最小值B7E23J165.3融合峰X(qián)23839.2196.3最大值C23a330165.3平衡態(tài)E直35 JO195.0融合的間上一LE7圖2.3 U-PVC熱融合實(shí)驗(yàn)報(bào)告當(dāng)U-PVC配方中某成份改變時(shí)，會(huì)使流變曲線發(fā)生變化。一些成份（例如潤(rùn)滑劑）比例改變，即使 僅使流變曲線發(fā)生輕微的變化，也會(huì)嚴(yán)重地影響物料在實(shí)際加工設(shè)備中的加工特性。這就要求轉(zhuǎn)矩流變 儀具有良好的實(shí)驗(yàn)重復(fù)性和轉(zhuǎn)矩測(cè)量精度，以便正確分辨配方中成份改變引起的流變曲線的細(xì)小變化。 同一物料流變曲線的重復(fù)性如圖2.4所示。圖2.4流變曲線的重復(fù)性實(shí)驗(yàn)曲線重復(fù)性主要取決于轉(zhuǎn)矩測(cè)

13、量的穩(wěn)定性，以及物料實(shí)驗(yàn)環(huán)境的一致性，例如溫度的一致性和物料重量 的一致性。其中物料重量的一致性往往是一個(gè)被忽略的環(huán)節(jié)，因?yàn)槊看螌?shí)驗(yàn)物料加入混煉器都有一定的 泄漏。實(shí)驗(yàn)表明只要有 0.5g的重量差別就足以產(chǎn)生流變曲線的顯著差別。物料實(shí)驗(yàn)環(huán)境的一致性要求混 煉器具有良好的溫控特性和加料口的密封性。這些是進(jìn)行有效實(shí)驗(yàn)的根本保證。圖 2.5是具有不同配方 成份的1#、2#、3#、4#樣品的流變曲線。相應(yīng)的參數(shù)如表2.1所示。圖2.5不同配方樣品的流變曲線表2.1參數(shù)表樣品1#最小轉(zhuǎn)矩/N m19.5塑化峰/s25.8平衡轉(zhuǎn)矩/N m18.6塑化時(shí)間/s32熱穩(wěn)定時(shí)間/s503主要成分100份基礎(chǔ)料2

14、#17.625.118.4345551#樣品+0.05份PE蠟3#17.624.518.0405601#樣品+0.08份PE蠟4#16.924.117.9445821#樣品+0.16份PE蠟通過(guò)流變曲線可以清楚地分辨配方中PE蠟的微小變化而引起的流變性的變化，隨著PE蠟含量的提高，物料的塑化峰及平衡轉(zhuǎn)矩下降，而塑化時(shí)間和熱穩(wěn)定時(shí)間延長(zhǎng)。這對(duì)細(xì)致地研究和深入理解配方中 組份對(duì)物料加工性能的影響具有重要意義，從而可對(duì)配方進(jìn)行更精確地設(shè)計(jì)。在表征交聯(lián)聚乙烯（XLPE ）交聯(lián)特性中應(yīng)用XLPE在高壓電纜絕緣中獲得了廣泛的應(yīng)用，交聯(lián)特性是描述其加工特性中的重要參數(shù)。交聯(lián)曲線是表征XLPE交聯(lián)特性的主要方

15、法。利用混煉器測(cè)量 XLPE交聯(lián)曲線的方法與 U-PVC流變曲線的實(shí)驗(yàn)方法類(lèi) 似，不同的是混煉器中混有交聯(lián)劑的 PE顆粒在熱與剪切作用下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，交聯(lián)曲線如圖 2.6所示。圖2.6 XLPE交聯(lián)曲線圖中A點(diǎn)為裝載峰，表示物料已加混煉器。B點(diǎn)表示物料在混煉器中已經(jīng)完全過(guò)渡到了熔融態(tài)。從B點(diǎn)開(kāi)始到C點(diǎn)表示交聯(lián)反應(yīng)過(guò)程，C點(diǎn)轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)極大值，表示交聯(lián)反應(yīng)結(jié)束。B點(diǎn)到C點(diǎn)的時(shí)間為交聯(lián)反應(yīng)時(shí)間，它是表征交聯(lián)特性的主要參數(shù)。與 U-PVC類(lèi)似利用數(shù)據(jù)處理軟件，可以獲得 XPLE交聯(lián)特 性實(shí)驗(yàn)報(bào)告，如圖2.7所示。交聯(lián)反應(yīng)的起始溫度顯著影響交聯(lián)特性，圖2.8給出了 145C、150C、155c下，XPLE

16、的交聯(lián)曲線，可見(jiàn)隨溫度增高，交聯(lián)時(shí)間縮短。轉(zhuǎn)矩流變儀及其在塑料加工中的應(yīng)用（2）f不f不交聯(lián)冥單扳告案建條件造神；哈邱濱理工大學(xué)材料：工1叫日期二 2001U2S 16 ： 36 ： 25試樣重量：35g轉(zhuǎn)子型號(hào)：W由呢Rdkr實(shí)驗(yàn)薪高：5反土手動(dòng)宗騏標(biāo)堆：ASTM雕4瞄r cLTD舊1廠此3Tor sr110ft*闔盯聞FJ.碰一轉(zhuǎn)速：34一邳m料溫的試點(diǎn)：】為七$昌煉器惻試由：Ti=1503TE5。汽工=1注駝四間(s )轉(zhuǎn)矩INm)科溫(七)&00,冏25.7135.2最小值B02 - 536.S153最大值X14 1T21.7165.2反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)11 . 2 即融合時(shí)間t-tr.13

17、55”圖2.7 XLPE交聯(lián)特性實(shí)驗(yàn)報(bào)圖2.8不同溫度下XLPE的交聯(lián)特性利用交聯(lián)曲線不但可以表征 XLPE的交聯(lián)特性，還可以表征 XLPE生產(chǎn)的工藝穩(wěn)定。XLPE生產(chǎn)中 的重要環(huán)節(jié)是利用計(jì)量秤，將交聯(lián)劑按比例加入 PE樹(shù)脂。如果比例失調(diào)將嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量，結(jié)果使得 交聯(lián)曲線偏離正常圍。檢測(cè)交聯(lián)曲線是生產(chǎn)控制的有效方法。.擠出機(jī)在表征與評(píng)價(jià)塑料加工性能中的應(yīng)用擠出機(jī)在表征與評(píng)價(jià)塑料加工性能中最基本的應(yīng)用是，作為模擬實(shí)際加工設(shè)備的小型實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)材料的加 工性能進(jìn)行實(shí)際評(píng)價(jià)。另一個(gè)重要應(yīng)用是利用擠出機(jī)配合毛細(xì)管模具在不同剪切速率下，測(cè)量塑料熔體 的真實(shí)粘度，對(duì)材料的流動(dòng)性進(jìn)行客觀表征。利用毛細(xì)管模具

18、測(cè)量聚合物熔體的真實(shí)粘度x方向流動(dòng)，流層間的聚合物熔體的流動(dòng)過(guò)程可以借助流體的層流模型描述。在剪切力的作用下熔體沿 速度分布如圖3.1x方向流動(dòng)，流層間的圖3.1圖3.1熔體剪切流動(dòng)的層流模型這一過(guò)程可由下列一些參數(shù)描述。流體在剪切流動(dòng)中單位面積上的剪切力稱(chēng)為剪切應(yīng)力(3-1)(3-2)m3. 3人口壓力測(cè)量誤差(3-1)(3-2)m3. 3人口壓力測(cè)量誤差圖3 2至細(xì)管模具A梳體某個(gè)器層在翦物力的作用下沿切向鐮動(dòng)，由于旅層之間的粘滯力，使下層的 治層也發(fā)生流動(dòng).垂直于流層方向的速度梯度稱(chēng)為翦切速率-, 的r= 力州科熔體在里切獲劭逆程中的粘度定義為剪切度力與剪切厘率的比值O塑料熔體的粘度是其

19、流動(dòng)性的客觀反映，塑料熔體的粘度的特點(diǎn)是隨剪切速率的增大而減小，是一 種非牛頓流體。盡管還有表征熔體流動(dòng)性的其他方法，比如熔體流動(dòng)指數(shù)，但它僅代表某一剪切速率下 的熔體流動(dòng)性，不能對(duì)熔體流動(dòng)性進(jìn)行全面表征。因此，塑料熔體的真實(shí)粘度與剪切速率的關(guān)系曲線是 全面表征其流動(dòng)性的有效方法。測(cè)量熔體粘度的基本方法是，設(shè)法使被測(cè)熔體流過(guò)一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的毛細(xì)管。例如圓形的毛細(xì)管，通過(guò)測(cè)量熔 體流過(guò)毛細(xì)管時(shí)在兩端產(chǎn)生的壓力降，可計(jì)算出剪切應(yīng)力。通過(guò)測(cè)量熔體單位時(shí)間的流出量，可計(jì)算剪 切速率。這樣就可最終獲得熔體粘度。使熔體從毛細(xì)管中流出的方式有兩種，一種是利用活塞推進(jìn)，高壓毛細(xì)管式流變儀就是基于這種原理工作。高壓毛

20、細(xì)管式流變儀可獲得較高的剪切速率（可達(dá)10000S-1以上），適合于注塑料測(cè)量。另一種是利用螺桿擠出機(jī)推進(jìn)，可獲得中低剪切速率（幾千S-1之），在這一圍擠出式毛細(xì)管測(cè)量可代替高壓毛細(xì)管流變儀，并且物料可在擠出機(jī)中充分剪切塑化，更適合于擠出 加工料測(cè)量。擠出式毛細(xì)管模具如圖3,2所示。為獲得塑料熔體的真實(shí)粘度，必須經(jīng)過(guò)入口壓力校正計(jì)算，即 Bagley校正。主要修正壓力傳感器測(cè)量的 入口壓力與毛細(xì)管真實(shí)的入口壓力之間的差別。這一差別的來(lái)源如圖3,3所示。由于技術(shù)原因，測(cè)量毛細(xì)管入口壓力的傳感器不是恰好安裝在毛細(xì)管的入口處，而只能安裝在距離 毛細(xì)管入口一定距離的過(guò)渡區(qū)，這使得毛細(xì)管入口處的真實(shí)壓力

21、小于傳感器的測(cè)量值。其原因在于三個(gè) 方面：第一，熔體從過(guò)渡區(qū)進(jìn)入口模時(shí)，由于熔體粘滯流動(dòng)的流線在入口處收斂引起能量損失，從而造 成壓力下降。第二，在入口處聚合物熔體產(chǎn)生彈性形變，部分流動(dòng)動(dòng)能轉(zhuǎn)化成彈性能，造成壓力下降。 第三，在入口處由于熔體剪切速率的劇烈增加，為達(dá)到流速的穩(wěn)定分布造成的壓力下降。對(duì)于在長(zhǎng)度為L(zhǎng)、直徑為D的圓形毛細(xì)管中穩(wěn)定流動(dòng)的流體管壁處的剪切應(yīng)力可表示為：如果壓力借密疆的輸出為心電，則實(shí)際毛佃管的入口壓力可表示為九聲她心J%,代入31式并整理得：可以看出，在相同的剪切應(yīng)力& （即相同的剪切速率）下，壓力傳感器的輸出與模芯的長(zhǎng)徑比L/D成線性關(guān)系。如果使用一組不同長(zhǎng)徑比的模芯（

22、例如：20:1、30:1、40:1）,在相同擠出量下，將壓力傳感器輸出與模芯長(zhǎng)徑比作圖（即Bagley圖），如下圖所示。該圖在縱軸上的截矩即為壓力校正值加。圖 力傳感器輸出與模芯長(zhǎng)徑比作圖（即Bagley圖），如下圖所示。該圖在縱軸上的截矩即為壓力校正值加。圖 3.4 Bagley 圖對(duì)于祜度恒定的牛頓流/管壁處的典切速率為:式中Q為單位時(shí)間內(nèi)的體積流量對(duì)于非牛頓流俗管嬖處的曾切盅率修正為：3XH-1 1式中嚕/式中嚕4；74新為管量處的表觀萼出速率,稱(chēng)為管壁處的真實(shí)弱切速率0那么熔體的真實(shí)袖度定義為：九一表現(xiàn)粘度定義為：%=3圖3.5粘度測(cè)量過(guò)程圖測(cè)量熔體粘度與剪切速率關(guān)系曲線的實(shí)際過(guò)程如圖

23、3.5所示。測(cè)量工作首先記錄在三個(gè)不同長(zhǎng)徑比模芯下，熔體流過(guò)毛細(xì)管模具的壓力降和擠出量，然后將原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)粘度測(cè)量軟件處理，就可以立 即獲得所需的結(jié)果，某牌號(hào)低密度聚乙烯（LDPE）的測(cè)量結(jié)果如下圖所示。圖3.6 LDPE粘度曲線粘度測(cè)量原理雖然簡(jiǎn)單，但涉及的計(jì)算量巨大，只有在計(jì)算機(jī)和測(cè)量軟件的支持下才能快速有效完成。從而使得利用真實(shí)粘度與剪切速率的關(guān)系曲線表征熔體流動(dòng)性能具有實(shí)際的工程應(yīng)用價(jià)值。真實(shí)粘度與剪切速率關(guān)系雖然可以全面客觀地反映熔體的流動(dòng)性，但其測(cè)量需要不同模芯的三組數(shù)據(jù)。如果僅用于比較不同材料的加工性能，可以適當(dāng)簡(jiǎn)化，僅用由某個(gè)長(zhǎng)徑比的模芯（例如30:1）。測(cè)量表觀粘度與剪切速

24、率的關(guān)系曲線代表材料的流動(dòng)性，如果幾種物料的表觀粘度及剪切速率圍接近，那么它 們應(yīng)具有相近的加工特性。利用擠出機(jī)模擬實(shí)際的加工過(guò)程利用不同類(lèi)型的擠出機(jī)配合相應(yīng)的模具對(duì)實(shí)際加工過(guò)程進(jìn)行模擬，從而評(píng)價(jià)材料的加工性能，并獲得實(shí) 際的加工工藝參數(shù)及材料的加工圍是各種小型擠出機(jī)的基本應(yīng)用。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)處理軟件可 完成擠出加工實(shí)現(xiàn)報(bào)告，如圖 3.7所示?？钩鲂阅芡昨?yàn)秘告實(shí)總條件樣品3 FE實(shí)總條件樣品3 FE時(shí)間：2005.4J 15 ； 23 ：幻平臺(tái)：中犯1力1單螺軒擠出機(jī)模具：長(zhǎng)徑比中11實(shí)驗(yàn)結(jié)果rz恚批號(hào)；加Eg】 映舊】-5時(shí)間WE壓力衰逮13 91W.4ie5般1i Jmi3Q 12

25、0. 1686 2KU16238 140 2K6 7mi心we佟1r 333.2ma4T 和g川Ei8“cl 值CJ 12, CTit Cw2t狗531Jns rKO吶4iWMQ.fi151411Q142 1冏1蚱573 3K3IM牌w 5IX 3IW圖R 7描出實(shí)驗(yàn)報(bào)告.轉(zhuǎn)矩流變儀在塑料加工中的其它應(yīng)用轉(zhuǎn)矩流變儀除以上的典型應(yīng)用外，還有一些其它應(yīng)用，例如材料改性研究和雜質(zhì)測(cè)量。材料改性研究300ml塑料改性的重要方法是共混改性，為了達(dá)到改性目的，往往需要實(shí)驗(yàn)幾十個(gè)甚至到上百個(gè)配方，300ml混煉器適合于這種工作。共混料在混煉器中充分混煉后，然后粉碎，經(jīng)單螺桿擠出機(jī)與平模模具擠出， 再經(jīng)壓延機(jī)壓光后即可制成啞鈴形樣片完成機(jī)械性能測(cè)試，也可以進(jìn)行流變性測(cè)試。選出幾個(gè)較好的配 方后，可以進(jìn)一步在平行雙螺桿擠出機(jī)上共混并造粒，進(jìn)行進(jìn)一步的研究和篩選，最終完成改性研究。這一研究路線用料少，效率高，不僅節(jié)約大量研究經(jīng)費(fèi)，而且還能加快研究進(jìn)程。4.2雜質(zhì)測(cè)量交聯(lián)聚乙烯制造高壓電纜絕緣時(shí)，不同的電壓等級(jí)，絕緣料中雜質(zhì)的大小及含量有明確的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,因此材料中的雜質(zhì)檢測(cè)是電纜料及電纜生產(chǎn)中的重