pvc加工流變性——轉(zhuǎn)矩流變儀

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1、轉(zhuǎn)矩流變儀及其在塑料加工中的應(yīng)用趙洪王暄李迎崔思海陳亭　　哈爾濱理工大學(xué)　　1.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)?！　∞D(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

2、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?！　?.1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：　　圖1.1測(cè)

3、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，一類是測(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)

4、速控制?！　?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?！　y(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，能夠完成各種實(shí)驗(yàn)功能。測(cè)控主機(jī)的基本性能如下：　　動(dòng)力輸出功率：3kW　　　　　　　　　　　　　轉(zhuǎn)矩測(cè)量精度：0.1%F·S　　轉(zhuǎn)速輸出范圍：2~150rpm(10~800rpm)　　　　　壓力測(cè)量精度：0.5%F·S　　轉(zhuǎn)矩測(cè)量范圍：0~200N·m　　　　　　

5、　　　轉(zhuǎn)速控制精度：0.3%F·S　　壓力測(cè)量范圍：0.1~100MPa　　　　　　　　　溫度控制精度：±1℃　　溫度控制回路：4路(可擴(kuò)展)　　　　　　　　　電加熱輸出功率：2.2kW/路　　1.2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)除了要滿足規(guī)定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩輸出外，還需要滿足轉(zhuǎn)矩測(cè)量系統(tǒng)的要求。轉(zhuǎn)矩測(cè)量有兩種方式，一是利用專用的轉(zhuǎn)矩傳感器測(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

6、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

7、方法以及相應(yīng)動(dòng)力系統(tǒng)綜合性能的比較如表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)+擺線針輪減速機(jī)較高（一般不超過(guò)0.5%F·S）較高（需維護(hù)）適中較高力矩平衡法直流（交流）伺服電機(jī)+行星齒輪減速機(jī)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，一類是混煉器，一類是擠出機(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

8、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、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。　　　　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