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项目 13 测试聚氯乙稀塑料的加工流变性能

项目 13 测试聚氯乙稀塑料的加工流变性能. 项目 13 测试聚氯乙稀塑料的加工流变性能. 任务 13-1 ： 熟悉流变仪的使用. 1. 任务告知：. 拟实现的 知识目标 ： 流变仪的结构及原理，流变仪的使用知识 。 拟实现的能力目标 懂得流变仪的结构，使用要求； 能按操作规程，使用流变仪，对仪器进行日常维护. 2. 任务的引入. 流变仪 结构有何特点？它的工作原理是怎样的？ 在操作 流变仪时要注意什么？ 流变仪常见的故障有哪些？如何排除？. 3. 任务 的实施. 熟悉流变仪的使用. 指导老师讲解、示范； 学生分组操作. 4. 归纳总结.

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项目 13 测试聚氯乙稀塑料的加工流变性能

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Presentation Transcript

  1. 项目13 测试聚氯乙稀塑料的加工流变性能

  2. 项目13 测试聚氯乙稀塑料的加工流变性能 • 任务13-1： 熟悉流变仪的使用

  3. 1.任务告知： • 拟实现的知识目标： • 流变仪的结构及原理，流变仪的使用知识。 • 拟实现的能力目标 • 懂得流变仪的结构，使用要求； • 能按操作规程，使用流变仪，对仪器进行日常维护

  4. 2.任务的引入 • 流变仪结构有何特点？它的工作原理是怎样的？ • 在操作流变仪时要注意什么？ • 流变仪常见的故障有哪些？如何排除？

  5. 3.任务的实施 熟悉流变仪的使用 • 指导老师讲解、示范； • 学生分组操作

  6. 4.归纳总结 • 各组汇报操作心得 • 指导老师对各组的工作进行评价

  7. 项目13 测试聚氯乙稀塑料的加工流变性能 • 任务13-2： 测试聚氯乙烯塑料加工流变曲线

  8. 1.任务告知： • 拟实现的知识目标： • 塑料的流变性知识，塑料流变性能测试方法及原理 • 拟实现的能力目标 • 能设定测试工艺； • 能分析测试曲线特征点，表征其加工性能

  9. 2.任务的引入 • 转柜流变仪在聚合物成型加工中有哪些方面的应用? • 如何进行塑料的加工流变性能测试? • 如何对测试数据进行处理？ • 影响塑料的加工流变性能测试结果因素有哪些? • 如何分析测试曲线? • 如何根据测试曲线点，评判塑料加工性能 ？

  10. 3.任务的实施 测试聚氯乙烯塑料加工流变曲线 • 指导老师讲解、示范 • 各组测试聚氯乙烯塑料加工流变曲线

  11. 4.归纳总结 • 各组汇报聚氯乙烯塑料加工流变曲线测试情况 • 指导老师对各组的测试进行评价 • 指导老师讲解塑料的加工流变性能

  12. 黏弹性 • 弹性：外力消除时，形变所需的能量可以完全恢复 • 黏性：消除外力，不能回复所需的能量 • 产生的形变不可逆转 • 牛顿流体：黏度不受剪切速率变化影响的流体 • 非牛顿流体： • 黏度：抵抗液体体积元不可逆位置变化的阻力 • 剪切速率：

  13. 流变仪与黏度计 • 流变仪 • 用于测试固体、半固体、或流体的黏弹性的仪器 • 旋转式和转矩型流变仪 • Brabender • HAAK Thermo Fisher Scientific • 黏度计 • 用于测试流体黏性流动行为的仪器 • 毛细管和落球式

  14. Viscometer 黏度计 Rheometer 旋转流变仪 Extensional Rheometer 挤出流变仪 Handheld or bench based viscometers to measure viscosity of all types of fluids Scientific dynamic rheometers for R&D and QC in almost all markets for fluids, pastes and solids Extensional viscometer for fluids (CaBER) or polymer melts (X-Die)

  15. MeltFlow Indexer Torque Rheometer QC Torque Rheometer OS Modular PolyLab system with measuring mixers and extruders to simulate production and verify processes. Table top system for mixer and extruder tests for QC application. MeltFlow indexer to measure the MFI or MFR of polymer melts

  16. 转矩流变仪的应用 • 研究热塑性材料的热稳定性、剪切稳定性、流动 • 和固化行为 • 能在类似实际加工过程的条件下连续、准确可靠地对体系的流变性能进行测定。 • 典型实验有XLPE材料的交联特性测定 • PVC材料融合特性以及热稳定性的测定 • 材料表观粘度与剪切速率关系的测定

  17. 1936年，首先作为研究和指导PVC工业化大生产的仪器1936年，首先作为研究和指导PVC工业化大生产的仪器 1936 Home back

  18. 转矩流变仪结构 • 挤出机、混炼器 • 自动称重单元 • 自动完成材料的表观粘度与剪切速率及剪切应力关系测量 • 测径单元 • 完成口模膨胀的自动测量。 • 带状试样压光及牵引单元 • 制成均匀的带状试样，供拉伸及热延伸实验使用。 • 膜质量测试单元 • 完成透明材料的杂质颗粒缺陷及透明度的测试 • 软件 • 完成数据采集、控制以及实验数据的处理。

  19. PolyLab additional analyzing sensors Mixer sensors 混合器 传感器 RheoDrive 主机 Single screwextruder sensors Twin screw extruder sensor Feedingsystems Rotors Screws Dies 模具 Postex

  20. PolyLab OS – Advantage

  21. Drive Units转矩流变仪主机 CAN-BUS数据处理和控制系统 Torque Measurement扭矩测量 Motors马达 常用的转矩流变仪 Lab-Station 工作站 Plastograph塑谱仪 Chemical Sector back

  22. PolyLab QC – Modular PolyLab QC with Mixer 600 PolyLab QC with Extruder 19/25

  23. 工作原理 • 配置不同参数的螺杆，在具有一定温度的圆筒内旋转，筒的另端设有送料斗。当原料被送至筒的2/3处时逐步增塑，进入到筒的剩余部分内被均化，当所有颗粒全部溶化后即可利用毛细管挤出模具成为母料或注入模具成形，同时设备也完成对材料的表现粘度与剪切速度及剪切应力关系的测量。 • 支持软件集由表观粘度试验软件plastic与表观粘度测试数据处理软件WinNian组成。 • plastic软件可通过PC机的串行口分别实现对试验数据进行采集和参数控制，以及建立人机信息交互界面。 • 可以完成6路温度的测控，包括转速设定、测量和控制，扭矩、压力测量等。 • 曲线窗口可以实时显示以上各数据对时间的曲线。 • WinNian进行数据处理。 • 当改变挤出机的螺杆转速，可改变口模内外压力差P值和挤出流量Q值 • 试验数据可以文件的形式保存，该文件在软件WinNian中打开，筛选出具有代表性数据自动输出双对数坐标的 g-h，g-t 曲线。

  24. master-Slave-System主从控制系统 PC Master 中枢 Interface 界面 Slaves 测试工作元件 Instrument Pressure Transducer 压力传感器 Pressure-Speed Controller 压力转速控制器 Motor 马达 Torque Measurement 扭矩测量 Temperature Controller 温度控制

  25. 图2：主测控系统组成

  26. CAN-BUS现场总线系统 Advantages优点 ● Self-initialization 自动激活 ● Self check 自检 ● Decentralized intelligence 智能化对中 ● High operational safety 高度安全操作 ● Easy adding of further tools 十分容易加入扩展设备 ● Use via PC or manually可以手动和电脑任意操作 Temperature Controller 温度控制 PC电脑 Torque Measurement 扭矩测量 Pressure Transducer 压力传感器 Pressure-Speed Controller 压力转速控制器 Motor 马达

  27. 50 kg 扭矩测量原理 没有产生扭矩状态

  28. 50 kg Principle of the Torque Measurement扭矩测量原理 产生扭矩状态 torque sensor: one sensor cover all 0-200/400Nm measure range 一个扭矩传感器准确测量全扭矩的行程范围 Torque measure accuracy: 0.1% 扭矩传感器准确度是0.1%

  29. PolyLab OS – Torque Measurement • 3 torque measurement options: • Via motor power • Standard torque sensor • Multi range torque sensor

  30. Torque Sensor The PolyLab torque sensor in-between motor shaft and coupling 马达联轴器 扭矩传感器的安装

  31. Multi Range Torque Sensor 400Nm / 120Nm • Strain gauge principle 变形 • Dynamical Resolution Enhancement≤ 60 Nm : 0.01 Nm> 60 Nm : 0.1 Nm • “This is two torque Sensors” • Part No.: 567-0101 • The PolyLab Torque Sensors has non contact (no brushes, no collector ring) digital data transmission from shaft to casing. This means no failure of transmission and maintenance free. • high accuracy: 0.15 % FSD • high reproducibility: 0.02 %

  32. Motors马达 • Servomotors伺服马达 • Full torque over the total speed range全转速范围都可以达到满扭矩行程 • Quartz precision through digital feedback 数字式反馈的石英钟级准确度 • Accuracy: better than +/- 0.5 %准确度好于+/- 0.5 % • Sense of rotation: forward and backward 可以正转或者反转 • Maintenance-free免维护

  33. PolyLab OS relative absolute Measurements Measurements Mixer Extruder tests tests Rod Capillary Slit Capillary tests tests Testswith the PolyLab OS 相对测试 直接测试黏度流变性 Other CAN Sensors rheological Measurements Single-screw extruders Twin-screw extruders

  34. Lab-Station工作站式主机 • 测量范围0-400牛，米 • 转速范围1-350 rpm • 功率16 kW • 带独立温控的对接工作站

  35. Plastograph塑谱仪 • 最大扭矩是200牛.米 • 最大转速150 rpm • 功率 3.8 kW • 6段独立式温控器

  36. 混炼器及其应用 • 混炼器腔体采用三片式结构，电加热 • 配有Roller型转子，加转子后容积为50ml • 转速比3：2 ， • 可以进行多组分热塑性材料（例如PVC）热融合测试，热固性材料固化（交联）（例如交联聚乙烯交联特性）性能测试，热稳定性测试，剪切敏感性测试等多种实验。

  37. 图4：混炼器

  38. Principle of a Mixer转子种类 Roller Blades Thermoplastics 热塑性塑料使用 Banbury Blades Elastomers 弹性体使用 Cam Blades Elastomers 弹性体使用 Sigma Blades flour, PVC dryblend 面粉或PVC干混料使用 Delta Blades Thermosets 热固性塑料使用 mixing chamber volumn: 120 cm3 ( not including mixing blade) 混合器容积（没有转子时） 120 cm3 Roller speed ratio: 2:3 转子转速比2:3 net volume approx. 55 cm3 混合腔净体积：55 cm3 Mixer Bowl with Blades转子在混合室的工作情况

  39. 选用附件和工具 1 thermostat 恒温器 2 2 pneumatic loading chute液压装料系统 3 manual quick 手动loading chute加料器 1 4 pressure ram压料杆 5 extracting device拆卸工具 3 6 coverplate盖板（戴加液口） 6 5 4

  40. 3 2 Laboratory Mixers - measuring principle • Shearing of a test sample • in a heated mixing chamber • with counter rotating rotors • Test results: • Torque • Melt temperature

  41. Mixer - Rheogram Temperature Torque Energy

  42. Mixer Test Procedure:

  43. Advantage of round feed section Fr: resulting force, spreading old style mixer bowls Fr Fm Fm Fm: force created by mixing of the material

  44. Mixer – Extruder混合器模拟螺杆工作状态 Torque / Viscosity Torque / Viscosity Stock Temperature Mixer Set Temperature Time Fusion Time Stability Time 2/3 1/3 Transition Zone Solid Zone Melt Zone

  45. W 50 EHT W50电加热式混合器

  46. 流变仪应用 Evaluations 聚合物热和剪切的稳定性 Heat and Shear Stability Fusion Behaviour 熔融塑化行为 液体的吸收 增塑剂的吸收 Liquid Absorption Plasticizer Absorption 热固塑料交联的流动和凝固行为 弹性体热固塑料交联的流动和凝固行为 碳黑的吸收 Flow and Cure Behaviour of Thermosets Flow and Cure Behaviour of Elastomers Black Incorporation

  47. Fusion Behaviour熔融塑化行为 A = Loading Peak B = Minimum G = Inflection Point X = Maximum = Fusion Point

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