[发明专利]一种压力和流动场诱导聚合物结晶的实验装置及使用方法

说明书

本发明公开了一种压力和流动场诱导聚合物结晶的实验装置及使用方法，包括模具上模和模具下模，所述模具上模和模具下模通过螺钉连接；所述模具上模贯穿设置有第一镂孔和第二镂孔，所述第一镂孔内设置有压柱，所述第二镂孔内设置有旋转杆，所述旋转杆上端与第二镂孔间留有环形间隙；所述模具下模上与模具上模接触面设置有凹槽，所述凹槽与第一镂孔和第二镂孔连通。本发明结构简单，使用方便，通过对原料先加热加压，再旋转剪切，促进形成结晶，形成串晶结构或者更厚的片晶，从而提高其宏观性能；可以表征试样的力学性能；可以通过对加工条件、内部形态结构和宏观性能的比较，得出加工条件、结构与性能三者之间的关系，为实际成型加工提供理论和实验依据。

技术领域

本发明涉及一种压力和流动场诱导聚合物结晶的实验装置及使用方法，具体为一种制备可同时表征微观结构和宏观性能试样的压力-剪切实验装置及使用方法。

背景技术

流动诱导聚合物结晶是高分子物理的基本问题，长期以来，高分子科学与工业界开展了大量的研究工作，一些结果也已经被广泛接受，如：流动场显著加快聚合物结晶动力学，结晶动力学的加快主要归因于成核密度的增加；强的流动场改变聚合物结晶形态，诱导取向晶体结构的生成等。除流动场外，压力场也显著影响聚合物结晶动力学以及最终晶体结构，如：压力场影响分子链堆砌方式，构象及扩散能力，进而影响聚合物结晶动力学，诱导特殊晶体结构生成等。

然而，过去流动诱导聚合物结晶研究大都是基于常压或低压下条件展开的，在实际加工过程中，如最常见的注射成型，除了注射过程中高的剪切作用，还伴随着几十到上百兆帕的注射压力及保压压力。因此，开展压力下流动诱导聚合物结晶研究除了可帮助理解聚合物流动诱导结晶机理外，还对实际成型加工过程具有重要的指导意义。基于此，我们曾自主设计、制造了一套压力-剪切流动仪(PSD)，实现了压力场和流动场的同时施加，取得了大量研究成果。然而，由于最终得出的试样的形状为圆片状，在圆片径向方向的剪切速率大小不同，因此诱导的结构在径向不一致，故利用PSD制备的圆片状试样不能表征其力学性能、耐热性能和电性能等宏观性能，也无法建立起剪切速率与性能之间的关系；如果直接制备矩形片状或哑铃状试样，则对动密封要求很高，实验过程中的压力不能太高，否则在高压下容易产生漏料。但是压力较小的话，实验工艺参数的范围很有限，覆盖范围太小，不能在较宽范围内建立压力、剪切与试样结构和性能之间的关系。同时矩形片状或哑铃状试样中的剪切速率在厚度方向上也不相同，因此无法建立单一剪切条件与结构和性能之间的关系。

发明内容

为了解决以上问题，本发明的目的是设计了一种制备可同时表征微观形态结构和宏观性能的压力-剪切实验装置及使用方法，通过对加工条件(压力或剪切)、内部形态结构和宏观性能进行比较，可以建立加工条件、结构与性能三者之间的关系。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：一种压力和流动场诱导聚合物结晶的实验装置，包括模具上模和模具下模，所述模具上模和模具下模通过螺钉连接固定，防止熔体在加压过程中溢出；所述模具上模贯穿设置有第一镂孔和第二镂孔，所述第一镂孔内设置有压柱，用于对熔体施加需要的压力，所述第二镂孔内设置有旋转杆，用于对熔体施加剪切场，以促进分子链取向和结晶，所述旋转杆上端与第二镂孔间留有环形间隙，试验后熔体形成环形管状，目的是成型后可剖开成一个类似矩形的片，再通过裁切成标准样条即可测试其力学性能。

所述模具下模上与模具上模接触面设置有凹槽，所述凹槽与第一镂孔和第二镂孔连通，将熔化后的熔体从第一镂孔压入到第二镂孔中，从而对熔体进行旋转剪切；所述模具上模和模具下模内均设置有加热棒和冷却介质通道，加热棒用于加热模具上模和模具下模，熔化实验原料，冷却介质通道用于冷却熔化后的原料。

进一步的是，所述模具上模上设置有开模螺钉，当需要开模时，旋转开模螺钉，顶出模具下模。

进一步的是，所述模具上模和模具下模内均设置有通孔，所述模具下模内设置有导柱，所述导柱与模具上模和模具下模的通孔配合，用于对准上下模的位置。