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在線流變測(cè)量與擠出加工應(yīng)用  
在線流變測(cè)量與擠出加工應(yīng)用
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關(guān)鍵詞： 流變  測(cè)量  擠出  加工  應(yīng)用  
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所屬學(xué)科： 高分子物理
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何 紅 （北京化工大學(xué),北京 100029 e-mail: hehong668@eyou.com） 流變學(xué)數(shù)據(jù)在聚合物加工業(yè)中非常重要，因?yàn)樗捎糜诖_定加工條件下聚合物結(jié)構(gòu)（比如，分子量、分子量分布、長(zhǎng)鏈支化等）的變化，它可輔助評(píng)價(jià)材料的加工性，還可作為最終產(chǎn)品質(zhì)量的指標(biāo)。 流變測(cè)量?jī)x器按它們與加工設(shè)備之間的關(guān)系分為離線（off-line）在線（on-line, in-line）三種形式。傳統(tǒng)流變測(cè)量采用離線測(cè)量，測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，影響取樣的因素多，所以為克服上述問(wèn)題，以及實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)測(cè)、質(zhì)量控制、自動(dòng)過(guò)程控制或過(guò)程優(yōu)化這些要求，在線測(cè)量的采用將越來(lái)越重要。目前擠出過(guò)程在線流變測(cè)量只是在國(guó)外少量實(shí)驗(yàn)室的研究中采用，還沒(méi)有大量應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量控制中，因此為適應(yīng)人工智能制造等技術(shù)的發(fā)展，對(duì)擠出過(guò)程的在線流變測(cè)量技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)非常需要。 一 在線流變儀的結(jié)構(gòu)與測(cè)量 in-line型在線流變儀由于插在加工設(shè)備中，會(huì)影響總體壓力降，增加物料的停留時(shí)間，影響產(chǎn)量,on-line型在線流變儀相比較而言，對(duì)生產(chǎn)的影響較小，因此這種類型的流變儀的應(yīng)用前景較好，本文主要探討on-line型在線流變測(cè)量。 在線流變測(cè)量一般有一很短過(guò)渡體分別與擠出機(jī)筒和流變儀相連，如示意圖。過(guò)渡體可以是旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，圖a；也可以是抽拉結(jié)構(gòu)，圖b。當(dāng)旋轉(zhuǎn)或抽拉結(jié)構(gòu)中的開(kāi)口部分與機(jī)筒連通時(shí)，開(kāi)始測(cè)量的取樣，料流進(jìn)入過(guò)渡體的儲(chǔ)料槽，儲(chǔ)滿料流后，流變儀開(kāi)始測(cè)量由通過(guò)儲(chǔ)料槽下部毛細(xì)管或縫口處的壓力降、流量或扭矩的數(shù)據(jù)，然后由過(guò)渡體隔斷機(jī)筒中的料流，停止測(cè)量。從取樣到得到測(cè)量結(jié)果大約十幾秒，上述測(cè)量的物料被排出。上述測(cè)量設(shè)計(jì)也可以由二個(gè)熔體泵（輸入／輸出）構(gòu)成回路，測(cè)量在二個(gè)熔體泵之間進(jìn)行，使測(cè)量的料流返回加工設(shè)備中，有時(shí)為了解決取樣滯后的問(wèn)題，還可加入第三個(gè)熔體泵，加速料流的循環(huán)。由于加長(zhǎng)了料流流動(dòng)長(zhǎng)度，料流返回主流這種方式的測(cè)量時(shí)間為幾分鐘。 一般根據(jù)測(cè)量目的確定測(cè)量位置。測(cè)量MI值，一般將流變儀放在擠出機(jī)與其機(jī)頭之間；測(cè)量反應(yīng)擠出過(guò)程，一般需沿程測(cè)量。沿程測(cè)量，可用便攜式流變儀進(jìn)行單點(diǎn)測(cè)量，也可使用滑軌進(jìn)行滑動(dòng)式測(cè)量。 二 測(cè)量原理 τw：毛細(xì)管壁面剪切應(yīng)力；γw:壁面剪切速率；Rd：毛細(xì)管半徑；L：毛細(xì)管長(zhǎng)度。 F：軸向力；RP:過(guò)渡體上活塞半徑；Re，h,β:過(guò)渡體上螺線有效半徑,螺距，螺旋角，f摩擦系數(shù); Q:流量；Ω：旋轉(zhuǎn)角速度。 為了減小測(cè)量誤差，對(duì)得到的剪切速率和壓力降還需進(jìn)行Rabinowitsch和Baley修正。 三 應(yīng)用 在線流變測(cè)量可測(cè)量MI值，粘度－剪切速率曲線，及配合溫度曲線反應(yīng)分子結(jié)構(gòu)信息。比如，對(duì)于樹(shù)脂生產(chǎn)者，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)MI值的變化，較容易將聚合物性能分級(jí)，這對(duì)于聚合物的使用者來(lái)講是非常需要的?？梢栽陔p螺桿擠出機(jī)的嚙合塊、反向螺紋處在線監(jiān)測(cè)過(guò)氧化物誘導(dǎo)PP降解的反應(yīng)過(guò)程，檢驗(yàn)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)理論和研究螺桿幾何構(gòu)型等對(duì)加工的影響1。還可將在線回路拓展，用光學(xué)纖維將聚合物熔體傳送的近紅外或紫外光源的合稱光進(jìn)行光譜或相關(guān)分析，測(cè)量其化學(xué)形態(tài)等特點(diǎn)。 總之，在線流變檢測(cè)技術(shù)能盡快提供過(guò)程信息，以便采取相應(yīng)的控制行為。這對(duì)于聚合物的制造者和加工者，尤其是反應(yīng)擠出，聚合物混合，發(fā)泡等生產(chǎn)和研究尤為重要和需要。 參考文獻(xiàn) 1 J.A.Covas, J.M.Nobrega, J.M.Maia, Polymer Testing,2000,19(2):165-176.
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tongtong    2010-03-08 21:26:33
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tongtong    2010-03-08 21:24:54
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