[发明专利]新型高聚物体系流变性能测定仪

说明书

技术领域

概括而言，本发明涉及一种对高聚物体系流变性能进行测试的装置。

具体地说，本发明旨在提供这样一种仪器，该仪器可以用于测定高聚物体系、高聚物-超临界流体体系的流变性能，研究超声辐照对高聚物体系、高聚物-超临界流体体系流变性能的影响，研究超声辐照对高聚物体系、高聚物-超临界CO₂体系熔融挤出成型制品性能的影响。

背景技术

几乎所有的高聚物成型技术都是依靠外力作用下高聚物的流动和变形来实现从高聚物原料或坯件到制品的转变的。掌握高聚物的流变性能，对分析和处理加工过程中的工艺和工程问题，对正确拟定高聚物加工工艺条件具有重要的指导意义。

超临界流体(Supercritical Fluids，SCF)是指处于临界压力(Pc)和临界温度(Tc)以上的流体，它既不同于气体，也不同于液体，兼有气体和液体的特点：密度与液体相近，因而具有很强的溶剂强度；同时粘度与气体相近，因此，流动性能比液体好得多，传质系数也比液体大得多。此外，SCF的密度、溶剂强度和粘度等性能可以通过压力和温度的变化方便地进行调节。因而，近年来，超临界流体技术在国内外受到普遍重视。

目前研究较多的超临界流体有：CO₂、N₂、水、丙烷、甲醇、乙烯、乙烷等。CO₂的临界温度为31.06℃，临界压力为7.39MPa，相比较而言临界条件容易达到，而且CO₂的化学性质不活泼，无毒、无味、价廉易得、可循环使用、绿色环保，是最常用的超临界流体。

CO₂分子的体积较小，在超临界条件下的粘度和表面张力很小，扩散系数很大，因此，很容易渗透进高聚物中，对高聚物有很强的增塑作用，可显著降低高聚物熔体的粘度，降低结晶性高聚物的熔点和玻璃态高聚物的玻璃化转变温度(Tg)。例如：低密度聚乙烯中加入0.5wt％的SC-CO₂，其表观粘度至少可降低25％。在SC-CO₂中，P＝2.5MPa时，聚甲基丙烯酸甲酯的Tg从110℃降至60℃；P＝20.3MPa时，聚苯乙烯的Tg从100℃降至35℃。

目前，通过引入SC-CO₂来降低高聚物体系的粘度已在萃取分离、石油化工、分析技术、化学反应、材料科学等许多方面得到应用，因此，超临界CO₂-高聚物体系流变性能的测量具有重要意义。但目前，测量高聚物流变性能所用的各种流变性能测定仪均不能用于测定高聚物-超临界CO₂体系的流变性能。

目前，利用超声波的特性人们将超声波引入到高聚物体系加工过程中，利用超声波在介质中引起的分子搅动和空化效应可以使高聚物体系的流变性能和粘弹性发生变化，此外，利用超声波的空化作用还可以排除高聚物体系中的气泡和低分子挥发物。因此，测定超声波对高聚物体系、高聚物-超临界体系流变性能和制品性能的影响具有重要意义。

在测定高聚物熔体粘度时，毛细管流变性能测定仪用得最为广泛。其优点是结构简单，可以在较宽的范围内调节温度和剪切速率，得到十分接近于加工条件的流变学物理量。此外，它还可以用来观察高聚物熔体的弹性和不稳定流动。常用毛细管流变性能测定仪的结构示意图如图3所示。

请参见图3，柱塞将料筒内的高聚物熔体从毛细管口模中挤出，通过压力、温度和流量的关系，经圆管内非牛顿流体的基本方程的推算，得到剪切应力-剪切速率，或表观黏度-剪切速率的流变曲线，最后经修正得到真实黏度-剪切速率的流变曲线。

在聚合物流变学的流动分析方程中，截面宽度W与厚度H之比较大的(W/H≥10)、横截面为矩形的流道作为缝隙口模处理。常用缝隙口模流变性能测定仪的结构示意图如图4所示。缝隙口模流变性能测定仪的优点是可以模拟薄片挤出过程，对高聚物熔体在缝隙口模中的流变过程进行分析，包括其切应力分布和速度分布，具有实际的生产意义。

发明内容

有鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种能够用于测定超临界流体和超声辐照对高聚物体系流变性能和制品性能影响的装置。

具体地说，本发明旨在提供这样一种仪器，该仪器可以用于测定高聚物体系、高聚物-超临界流体体系的流变性能，研究超声辐照对高聚物体系、高聚物-超临界流体体系流变性能的影响，研究超声辐照对高聚物体系、高聚物-超临界CO₂体系熔融挤出成型制品性能的影响。

为实现上述发明目的，所采用的基本技术方案如下：

一种高聚物体系流变性能测定仪，包括