專利名稱：一種利用超聲頻振動實現聚合物熔融塑化的測試裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及測試裝置，特別是涉及一種利用超聲頻振動實現聚合物 熔融塑化的測試裝置。
技術背景注射成型技術以其成本低、可成型復雜結構零件、易于實現批量化 生產和聚合物材料的良好性能而聞名于世。聚合物熔體的流動性能，顯 著影響注射成型制品的成型過程。由于聚合物熔體自身較高的粘度，使 得其在常規注射成型中成型薄壁制品時需要較高的注射壓力和注射速 度，否則就會出現短射現象。近年來蓬勃發展的微注射成型技術， 一次 注射量很小(一般為幾毫克)，成型過程中流道淺、型腔小，微量熔體 在充填過程中冷卻快，流動阻力大，充填困難，易出現充填不足等缺陷。 而傳統螺桿式塑化和柱塞式塑化應用于微注射成型時分別存在著注射 量過大、計量精度不高和塑化質量與效率較低的缺點。因此，針對目前 注射成型技術發展過程中遇到的新問題，開發出新型環保、節能的聚合 物熔融塑化方式獲得低粘度、高流動性的聚合物熔體，實現零件在較低 的注射壓力和注射速度下成型迫在眉睫。目前，人們一方面采用高的注射壓力(^ 200MPa)、高的注射速度 (500 1500mm/s)和高的模具溫度(大于成型材料的玻璃化轉變溫度 Tg)等方法解決上述困難，這使得注射成型的設備成本急劇上升，產品 經濟性大大下降。另一方面，人們深入研究了超聲振動在注射成型中的 應用，例如2002年公開的美國專利US 6361733 Bl， 2004年公開的美 國專禾U W0 2004/024415 Al禾口 2005年公開的曰本專禾!j W0 2005/007373 Al 都是將超聲振動引入成型模具中著眼于改善聚合物熔體的充填性能和 制品的物理性能，結果均顯示超聲振動確實能夠降低聚合物熔體的粘 度，提高熔體流動性。但是，裝有超聲振動系統的模具結構復雜、安裝 不便且互換性也較差，不利于生成實踐。為了從根本上解決何題，德國 IKV研究所研制了超聲塑化方式在微注射成型中的應用，結果表明超聲 塑化十分適合于微注射成型中聚合物的塑化。但是，針對聚合物材料在 超聲頻振動條件下的熔融塑化過程及成型性能監測技術，國內外還未見 有相關報道。而常用的毛細管流變儀、旋轉流變儀等聚合物加工性能檢 測儀已不能夠滿足新的超聲塑化成型工藝的需要。 發明內容本發明所要解決的技術問題是在于針對注射成型中薄壁制品易出 現短射、微量熔體充填困難以及現有流變儀產品的不足而提供一種系統4安裝、操作簡便，可靠性高，實用性強、針對聚合物超聲熔融塑化成型 工藝的測試裝置。為了解決上述技術問題，本發明提供的利用超聲頻振動實現聚合物 熔融塑化的測試裝置，在機座上設有料筒，所述的料筒內設有毛細管口 模和工具頭，所述的料筒上設有熱電偶、加熱圈和高溫熔體溫度壓力傳 感器，導柱下端設在所述的機座上，所述的導柱上端設有機架，在所述 的機架上設有液壓傳動與控制系統，在所述的導柱上滑動設有導向支 座，在所述的導向支座上設有超聲波振動系統，所述的工具頭與所述的 超聲波振動系統傳動連接，所述的超聲波振動系統與所述的液壓傳動與 控制系統傳動連接，在所述的超聲波振動系統上設有位移傳感器，所述 的高溫熔體溫度壓力傳感器和位移傳感器與計算機數據采集系統電連 接°所述的超聲波振動系統是安裝于所述的導向支座上的鋁外殼內設有 壓電陶瓷晶片和換能器及冷卻風扇，所述的換能器連接有變幅桿，所述 的變幅桿與所述的工具頭連接。所述的液壓傳動與控制系統是泵站通過電磁換向閥與油缸一端連 接，所述的油缸另一端通過單向電液比例調速閥與電磁換向閥連接，所 述的泵站出口設有電液比例溢流閥和數字壓力表，所述的油缸的活塞桿 與所述的超聲波振動系統傳動連接。本發明的另一結構是導柱下端設在機座上，所述的導柱上端設有 機架，在所述的機架上設有超聲波振動系統，在所述的導柱上滑動設有 導向支座，在所述的導向支座上設有料筒，所述的料筒內設有毛細管口 模和工具頭，所述的料筒上設有熱電偶、加熱圈和高溫熔體溫度壓力傳 感器，所述的工具頭與所述的超聲波振動系統傳動連接，在所述的導向 支座上設有位移傳感器，在所述的機座上設有液壓傳動與控制系統，所 述的液壓傳動與控制系統與所述的導向支座連接，所述的高溫熔體溫度 壓力傳感器和位移傳感器與計算機數據采集系統電連接。所述的超聲波振動系統是安裝于所述的機架上的鋁外殼內設有壓電 陶瓷晶片和換能器及冷卻風扇，所述的換能器連接有變幅桿，所述的變 幅桿與所述的工具頭連接。所述的液壓傳動與控制系統是泵站通過電磁換向閥與油缸一端連 接，所述的油缸另一端通過單向電液比例調速閥與電磁換向閥連接，所 述的泵站出口設有電液比例溢流閥和數字壓力表，所述的油缸的活塞桿 與所述的超聲波振動系統傳動連接。采用上述技術方案的利用超聲頻振動實現聚合物熔融塑化的測試 裝置，利用超聲頻振動實現聚合物熔融塑化的方法，其原理是超聲振動 系統中工具頭以超聲頻振動使聚合物材料顆粒之間產生摩擦、剪切、擠 壓、研磨效應以及超聲波在聚合物熔體中的空化作用產生的高溫聲沖流 和高壓沖擊波，使聚合物瞬間產生大量的耗散熱，自由體積急劇增加，同時誘導大分子鏈的解纏結，高效高質量地完成聚合物的熔融塑化。本發明利用超聲頻振動實現聚合物熔融塑化的測試裝置中，超聲波驅動電源頻率為20KHz，采用數字式超聲波發生電路，具有換能器故障、 負載超額雙重保護功能，頻率自動跟蹤范圍達到2KHz。工具頭節點處加 工有配合法蘭，保證密封的同時不影響振動子的正常工作。 聚合物材料塑化過程中通過電液比例溢流閥調節活塞桿的輸出力大小 并保持塑化過程中的壓力恒定，流變測試過程中通過單向電液比例調速 閥調節系統流量來調整活塞桿的運動速度以得到不同大小的毛細管擠出流量。本發明利用超聲頻振動實現聚合物熔融塑化的方法及測試裝置，融 合了超聲波振動技術、聚合物加工流變學和計算機信息處理技術。與傳 統螺桿式、柱塞式塑化方法相比，本發明所述塑化方法突破了螺桿式塑 化在微量注射和柱塞式塑化在塑化質量上的制約，同時具有熔融速率 快、塑化質量高以及可實現微量注射的優點；所述裝置即可實現聚合物 的超聲振動熔融塑化，又可作為檢測儀器檢測聚合物材料的加工性能。 整個裝置安裝、操作簡便，可靠性高，實用性強。
圖1為聚合物熔融塑化裝置一種結構示意圖； 圖2為聚合物熔融塑化裝置另一種結構示意圖； 圖3為聚合物熔融塑化的裝置中液壓系統原理圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步說明。 參見圖1和圖3，在機座9上設有料筒4，料筒4內設有毛細管口模 18、螺紋托塊1和工具頭5，料筒4上設有熱電偶2、加熱圈3和高溫 熔體溫度壓力傳感器19，導柱8下端設在機座9上，導柱9上端設有機 架11，在機架11上設有油缸10，泵站20通過電磁換向閥23與油缸10 一端連接，油缸10另一端通過單向電液比例調速閥22與電磁換向閥23 連接，泵站20出口設有電液比例溢流閥21和數字壓力表24，在導柱8 上滑動設有導向支座16，在導向支座16上設有鋁外殼7，鋁外殼7內 設有壓電陶瓷晶片14和換能器15及冷卻風扇13，換能器15連接有變 幅桿6，變幅桿6與工具頭5連接，鋁外殼7與油缸10的活塞桿傳動連 接，在鋁外殼7上設有位移傳感器12，高溫熔體溫度壓力傳感器19和 位移傳感器12與計算機數據采集系統電連接。本發明利用超聲頻振動實現聚合物熔融塑化的方法，其原理是超聲 振動系統中工具頭5以超聲頻振動使聚合物材料顆粒之間產生摩擦、剪 切、擠壓、研磨效應以及超聲波在聚合物熔體中的空化作用產生的高溫 聲沖流和高壓沖擊波，使聚合物瞬間產生大量的耗散熱，自由體積急劇 增加，同時誘導大分子鏈的解纏結，高效高質量地完成聚合物的熔融塑 化。本發明利用超聲頻振動實現聚合物熔融塑化的方法中，信息處理裝 置包括計算機及嵌入其中的軟件、數據測量與采集系統，軟件開發環境為Visual Basic6. 0。圖1中所示為利用超聲頻振動實現聚合物熔融塑化的裝置結構示意 圖。在超聲波電源的驅動下，換能器15通過將壓電陶瓷晶片14產生高 頻伸縮變形轉變為自身的金屬變形(振動)，實現了電能到機械能的轉 變過程。換能器15振動的頻率與壓電陶瓷晶片14的驅動信號頻率有關， 當驅動信號的頻率與換能器15的固有頻率一致時，變形量(振幅)達 到最大值。變幅桿6將換能器15的振幅予以放大，最后通過工具頭5 將振動所產生的能量傳遞給料筒4中的聚合物材料。鋁外殼7與油缸活塞桿10相連接，通過導柱支座16和導柱8的導 向實現往復運動并保證工具頭5節點處的法蘭與料筒4的活塞式密封配 合上下滑動平穩。料筒4中聚合物材料在工具頭5的超聲頻振動所產生 的摩擦、剪切、擠壓、研磨以及空化效應作用下熔融塑化，所得聚合物 熔體在工具頭5的壓力下通過毛細管口模18擠出，可測試其流變性能。 整個熔融塑化過程中聚合物材料體系的溫度變化信息，以及熔體擠出過 程中毛細管口模18的入口壓力和熔體擠出流量信息，均通過高溫熔體 溫度壓力傳感器19、位移傳感器12和數據采集與處理系統輸入到計算 機中進行信息處理。參見圖2和圖3，本發明的另一結構形式，導柱8下端設在機座9 上，導柱8上端設有機架11，在機架11上設有鋁外殼7，鋁外殼7內 設有壓電陶瓷晶片14和換能器15及冷卻風扇13，換能器15連接有變 幅桿6，變幅桿6與工具頭5連接，在導柱8上滑動設有導向支座16， 在導向支座16上設有料筒4，料筒4內設有毛細管口模18、螺紋托塊1 和工具頭5，料筒4上設有熱電偶2、加熱圈3和高溫熔體溫度壓力傳 感器19，在導向支座16上設有位移傳感器12，在機座9上設有油缸10， 油缸10的活塞桿與導向支座16連接，泵站20通過電磁換向閥23與油 缸10 —端連接，油缸10另一端通過單向電液比例調速閥22與電磁換 向閥23連接，泵站20出口設有電液比例溢流閥21和數字壓力表24， 高溫熔體溫度壓力傳感器19和位移傳感器12與計算機數據采集系統電 連接。
權利要求
1、一種利用超聲頻振動實現聚合物熔融塑化的測試裝置，其特征是在機座(9)上設有料筒(4)，所述的料筒(4)內設有毛細管口模(18)和工具頭(5)，所述的料筒(4)上設有熱電偶(2)、加熱圈(3)和高溫熔體溫度壓力傳感器(19)，導柱(8)下端設在所述的機座(9)上，所述的導柱(8)上端設有機架(11)，在所述的機架(11)上設有液壓傳動與控制系統，在所述的導柱(8)上滑動設有導向支座(16)，在所述的導向支座(16)上設有超聲波振動系統，所述的工具頭(5)與所述的超聲波振動系統傳動連接，所述的超聲波振動系統與所述的液壓傳動與控制系統傳動連接，在所述的超聲波振動系統上設有位移傳感器(12)，所述的高溫熔體溫度壓力傳感器(19)和位移傳感器(12)與計算機數據采集系統電連接。
2、 根據權利要求1所述的利用超聲頻振動實現聚合物熔融塑化的測 試裝置，其特征是所述的超聲波振動系統是安裝于所述的導向支座(16) 上的鋁外殼(7)內設有壓電陶瓷晶片(14)和換能器(15)及冷卻風扇 (13)，所述的換能器(15)連接有變幅桿(6)，所述的變幅桿(6)與所述的 工具頭(5)連接。
3、 根據權利要求1或2所述的利用超聲頻振動實現聚合物熔融塑化 的測試裝置，其特征是所述的液壓傳動與控制系統是泵站(20)通過電 磁換向閥(23)與油缸(10)—端連接，所述的油缸(10)另一端通過單向電 液比例調速閥(22)與電磁換向閥(23)連接，所述的泵站(20)出口設有電 液比例溢流閥(21)和數字壓力表(24)，所述的油缸(10)的活塞桿與所述 的超聲波振動系統傳動連接。
4、 一種利用超聲頻振動實現聚合物熔融塑化的測試裝置，其特征是 導柱(8)下端設在機座(9)上，所述的導柱(8)上端設有機架(11)，在所 述的機架(ll)上設有超聲波振動系統，在所述的導柱(8)上滑動設有導 向支座(16)，在所述的導向支座(16)上設有料筒(4)，所述的料筒(4)內 設有毛細管口模(18)和工具頭(5)，所述的料筒(4)上設有熱電偶(2)、 加熱圈(3)和高溫熔體溫度壓力傳感器(19)，所述的工具頭(5)與所述的 超聲波振動系統傳動連接，在所述的導向支座(16)上設有位移傳感器 (12)，在所述的機座(9)上設有液壓傳動與控制系統，所述的液壓傳動 與控制系統與所述的導向支座(16)連接，所述的高溫熔體溫度壓力傳感 器(19)和位移傳感器(12)與計算機數據采集系統電連接。
5、 根據權利要求4所述的利用超聲頻振動實現聚合物熔融塑化的測 試裝置，其特征是所述的超聲波振動系統是安裝于所述的機架(ll)上 的鋁外殼(7)內設有壓電陶瓷晶片(14)和換能器(15)及冷卻風扇(13)， 所述的換能器(15)連接有變幅桿(6)，所述的變幅桿(6)與所述的工具頭 (5)連接。6、根據權利要求4或5所述的利用超聲頻振動實現聚合物熔融塑化 的測試裝置，其特征是所述的液壓傳動與控制系統是泵站(20)通過電 磁換向閥(23)與油缸(10)—端連接，所述的油缸(10)另一端通過單向電 液比例調速閥(22)與電磁換向閥(23)連接，所述的泵站(20)出口設有電 液比例溢流閥(21)和數字壓力表(24)，所述的油缸(10)的活塞桿與所述 的超聲波振動系統傳動連接。
全文摘要
本發明公開了一種利用超聲頻振動實現聚合物熔融塑化的測試裝置，在機座(9)上設有料筒(4)，料筒(4)內設有毛細管口模(18)、工具頭(5)、熱電偶(2)、加熱圈(3)和高溫熔體溫度壓力傳感器(19)，導柱(8)下端設在機座(9)上，導柱(8)上端設有機架(11)，機架(11)上設有液壓傳動與控制系統，在導柱(8)上滑動設有導向支座(16)，導向支座(16)上設有超聲波振動系統，工具頭(5)與超聲波振動系統傳動連接，超聲波振動系統與液壓傳動與控制系統傳動連接，在超聲波振動系統上設有位移傳感器(12)，高溫熔體溫度壓力傳感器(19)和位移傳感器(12)與計算機數據采集系統電連接。本發明功能上既可同時實現聚合物材料的超聲振動熔融塑化和超聲塑化成型性能檢測，又可滿足聚合物常規加工性能測試的需要。
文檔編號B29C45/46GK101261266SQ20081003105
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月11日 優先權日2008年4月11日
發明者吳旺青, 彭華建, 楚純鵬, 沈龍江, 蔣炳炎 申請人:蔣炳炎;吳旺青;楚純鵬;沈龍江;彭華建