[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

技術領域

本發明涉及利用多種檢測技術原位研究高分子吹塑薄膜結構演化與外界參數關系的技術領域，具體涉及一種與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，能夠研究不同種類高分子料如聚乙烯、聚乳酸等在不同實驗溫度、不同吹脹比和牽引比等條件下的結構演化行為，得到不同條件下高分子吹塑薄膜的霜線位置、結晶度、取向度、晶體形貌、結晶動力學等數據，解釋加工工藝條件與高分子吹塑過程結構演變之間的關系。

背景技術

農膜已成為現代農業發展不可缺少的生產資料，是抗御自然災害和實現農作物穩產、高產、優質、高效的一項不可替代的技術措施，為農業發展、農民增收，解決溫飽和提高人民生活水平做出了巨大貢獻。2015年中國農膜產量340萬噸，占全世界70％的農膜市場份額，但是高端農膜僅占20％。國產農膜中主要有以下幾個問題——中低端產品多，高附加值、高端功能性農膜占比少；棚膜流滴、消霧、防塵功能持效期短，光能量利用率低；降解地膜成本高，降解時間不可控，機械、阻隔性能較差等缺點。

農膜的最終性能取決于很多因素，包括基礎樹脂原料、助劑和配方；薄膜多層復合結構設計；加工工藝、技術路線和裝備等，其中的加工物理基礎認識——流變、結晶和結構性能關系，因其非平衡、非線性、多尺度的復雜性，常規實驗難以進行探索。同步輻射X射線是非常好的開展原位高分子吹塑薄膜形態和結構研究的技術，具有高的時間和空間分辨，但由于受到儀器設備尺寸及實驗站空間大小的限制，很難與原位吹塑實驗裝置聯用。因此，理想中的適用于原位研究高分子吹塑薄膜在不同加工參數下結構變化的裝置，能夠在同步輻射X射線實驗站使用，能夠借助升降機完成精確升降來探測膜泡的不同位置，具體來研究多加工步驟與多加工參數復雜耦合過程，熔體拉伸非線性流變、拉伸誘導結晶等非平衡相變和多尺度結構演化動力學。最終通過控制加工過程中的工藝參數來調控制品形態結構，最終提升制品性能。本發明用于進行原位結構檢測的吹塑薄膜裝置可以滿足上述要求。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種與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。該吹膜裝置體積小，重量輕，易于拆卸和安裝，便于和同步輻射X射線實驗站聯用；吹膜機所有電機均采用高精度伺服電機，可精確控制擠出速度、牽引速度和收卷速度；X射線可探測范圍從口膜位置起可達200mm；提供兩套承重升降機，可實現慢速同時高精度升降；紅外測溫精確且不接觸樣品；利用該裝置配合同步輻射原位檢測技術可獲得不同條件下高分子吹塑薄膜樣品的結晶度、取向度、晶體形貌、結晶動力學等信息，研究加工工藝參數對吹塑薄膜結構的影響。

本發明采用的技術方案為：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，包括包括大功率伺服電機與行星減速機，單螺桿擠出系統，風環，無級調速鼓風機，伺服電機與行星減速器，滾珠絲杠，導向軸，支撐板，可調節支撐塊，電機驅動器與運動控制器，安川MPE720軟件控制模塊，高精度紅外測溫探頭，其中：

大功率伺服電機和行星減速機與單螺桿擠出系統連接，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，無級調速鼓風機通過風環底部4個進風口向風環鼓風，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，滾珠絲杠，導向軸，支撐板，可調節支撐塊組成，并與電機驅動器及運動控制器連接，由安川MPE720軟件控制模塊控制升降的速度和位移，高精度紅外測溫探頭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。

其中，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。