[發明專利]一種與X射線散射聯用進行原位結構檢測的吹塑薄膜裝置及其實驗方法

在審

• 申請號: 201710131585.4
• 申請日: 2017-03-07
• 公開（公告）號: CN106738751A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 李良彬;張瑞;紀又新;鞠見竹;張前磊;李立夫;薩瑪德阿里;趙浩遠
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B29C47/00
• 分類號: B29C47/00;B29C47/08;B29C47/92;B29C55/28;G01N23/20
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 楊學明,顧煒

1.一種與X射線散射聯用進行原位結構檢測的吹塑薄膜裝置，其特征在于：包括大功率伺服電機和行星減速機(1)，單螺桿擠出系統(2)，風環(3)，無級調速鼓風機(4)，伺服電機與行星減速器(5)，滾珠絲杠(6)，導向軸(7)，支撐板(8)，可調節支撐塊(9)，電機驅動器與運動控制器(10)，安川MPE720軟件控制模塊(11)和高精度紅外測溫探頭(12)，其中：

大功率伺服電機和行星減速機(1)與單螺桿擠出系統(2)連接，精確控制螺桿轉速，擠出系統垂直高度縮短至300mm滿足實驗站空間要求，單螺桿直徑采用25mm保證具有一定混煉能力，料筒內裝配3個風扇調控溫度，排除水冷不適于移動工作的缺點，無級調速鼓風機(4)通過風環底部4個進風口向風環(3)鼓風，經風環內部溝壑狀結構可形成均勻環形風冷卻膜泡，風力越大，冷卻速度越快，風環高度與出膜位置平齊保證X射線可檢測到吹膜起始過程；升降機主要由伺服電機與行星減速器(5)，滾珠絲杠(6)，導向軸(7)，支撐板(8)，可調節支撐塊(9)組成，并與電機驅動器及運動控制器(10)連接，由安川MPE720軟件控制模塊(11)控制升降的速度和位移，高精度紅外測溫探頭(12)與溫度控制柜連接并固定在臺面上，探頭距離膜泡僅100mm；升降機安裝時通過調節支撐塊到合適距離并保證支撐塊水平，啟動時由高精度伺服電機提供動力，與減速器連接輸出低轉速高扭矩，減速器軸端靠聯軸器與精密滾珠絲杠連接，標準螺帽與支撐板固定，當絲杠轉動時，螺帽帶動支撐板延絲杠方向運動，支撐板兩端靠光軸約束；待吹膜機吹出的膜泡穩定之后，通過MPE720程序語言設定電機轉速和垂直升降位移，啟動升降機，同時記錄下紅外測溫儀顯示的溫度。

2.如權利要求1所述的與X射線散射聯用進行原位結構檢測的吹塑薄膜裝置，其特征在于：該裝置在有限的實驗站空間內有效的完成了高分子料的混煉、熔融、擠出、吹膜和冷卻過程，伺服電機精確控制擠出速度、牽引速度和收卷速度，同時能近距離檢測距離口模不同位置膜泡的溫度，其很小的整體尺寸保證了可以與同步輻射小角X射線散射和寬角X射線衍射等技術聯用，原位檢測膜泡在熔體流變和固體拉伸過程中的結構演化，揭示薄膜吹塑過程中的結構演化行為與擠出速度、口模溫度、吹脹比和牽引比等外界參數的關系。

3.如權利要求1所述的與X射線散射聯用進行原位結構檢測的吹塑薄膜裝置，其特征在于：吹膜機體積與工業生產中機器動輒5-10m的高度相比，長×寬×高僅為2.2m×0.5m×1.1m，X射線可探測膜泡垂直高度約200mm，重量僅為200kg，安裝及拆卸方便，且無需水冷。

4.如權利要求1所述的與X射線散射聯用進行原位結構檢測的吹塑薄膜裝置，其特征在于：兩套承重升降機通過運動控制器控制兩套伺服電機，可實現零延遲電機轉動和停止，可支撐吹膜機完成0.05mm/s的慢速垂直升降，絲杠兩端安裝限位開關，保障運動安全。

5.一種與X射線散射聯用原位檢測吹塑薄膜結構演化的實驗方法，該方法利用權利要求1所述的一種與X射線散射聯用進行原位結構檢測的吹塑薄膜裝置，能夠與同步輻射小角X射線散射和寬角X射線衍射等技術聯用，原位檢測膜泡在熔體流變和固體拉伸過程中的結構演化，揭示薄膜吹塑過程中的結構演化行為與擠出速度、口模溫度、吹脹比和牽引比等外界參數的關系；其特征在于：

將該裝置與其他檢測設備聯用時主要的實驗步驟為：

步驟(1)、將伺服電機與行星減速器(5)、電機驅動器及運動控制器(10)和安川MPE720軟件控制模塊(11)連接，高精度紅外測溫探頭(12)與溫度控制柜連接，開啟電源；

步驟(2)、將大功率伺服電機與行星減速機(1)與PLC控制柜連接，啟動電源，待擠出機料筒溫度升到設定溫度后，將高分子料加入到料斗中，開啟擠出機主機；

步驟(3)、設定好牽引和收卷電機轉速，待膜泡從口模位置擠出后，手動引導膜泡至牽引輥處，后引導至收卷輥開始收卷，此時膜泡內部密封，用打氣筒向內部充氣，將膜泡吹脹到合適大小；

步驟(4)、待膜泡穩定之后，打開MPE720軟件控制模塊(11)，設定電機轉動的速度和位移，啟動控制程序，升降機開始運動，按時間節點記錄溫度控制柜上顯示的溫度，同時結合同步輻射小角X射線散射和寬角X射線衍射對不同膜泡位置進行原位檢測；

步驟(5)、通過改變高分子粒料種類、口模溫度、擠出速度、牽引速度、收卷速度和膜泡大小，系統的研究不同加工工藝條件與高分子吹塑薄膜結構演化之間的關系。