[發(fā)明專利]一種松弛時間測試方法及其裝置

在審

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• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107632122A
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾廣勝
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司44102
• 代理人: 任重,馮振寧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高分子材料檢測領(lǐng)域，具體涉及一種松弛時間測試方法及其裝置。

背景技術(shù)

高分子材料及其溶液的松弛時間是影響其性能的關(guān)鍵因素，松弛時間除由材料本身的性能決定外，還跟外界溫度、濕度、作用速度、外加物理場強(qiáng)度以及種類等密切相關(guān)。

目前已有的旋轉(zhuǎn)流變儀，可以通過測試電機(jī)扭矩的變化來計算材料的黏度，但是不能夠準(zhǔn)確得到材料的松弛時間。因為不同材料的松弛時間相差非常大，有些材料的松弛時間有幾小時、幾天、甚至幾十年，而針對高分子熔體和溶液，有些材料的松弛時間可能從10-10秒到幾分鐘不等，這樣，就對測試裝置的靈敏性和適應(yīng)性要求很高，如果使用測試電機(jī)扭矩以及電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)角度的變化來計算松弛時間，則可能由于空間尺寸誤差、或摩擦、慣性等阻力誤差，從而導(dǎo)致測試數(shù)據(jù)有誤，甚至根本測試不到數(shù)據(jù)（如松弛時間足夠短的情況）。

現(xiàn)有技術(shù)中，高分子材料及其溶液的松弛時間的測試，特別是在某些外加物理場作用下的松弛時間測試存在一定的困難，沒有一種設(shè)備能夠準(zhǔn)確測量松弛時間，給材料性能研究、材料加工設(shè)備與加工技術(shù)方案帶來困難。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)無法準(zhǔn)確測量材料的松弛時間的問題，本發(fā)明提供了一種松弛時間的測試方法。

本發(fā)明測試方法主要原理為：

在一定的氣壓（海拔）、溫度、濕度環(huán)境下，對材料熔體或溶液施加一個變形（位移），這時材料就會產(chǎn)生一個應(yīng)力，并且應(yīng)力會慢慢松弛，當(dāng)應(yīng)力變?yōu)榱銜r，這個時間段的長度則為該材料在該溫度、濕度環(huán)境下的松弛時間。

在一定的氣壓（海拔）、溫度、濕度環(huán)境下，對材料熔體或溶液施加一附加物理場（如超聲波、電磁波、或其它振動波等），待穩(wěn)定后，對材料施加一個變形（位移），這時材料會產(chǎn)生一個應(yīng)力，然后應(yīng)力會慢慢回復(fù)松弛，當(dāng)應(yīng)力變?yōu)榱銜r，記錄這個時間段的長度即為該材料在該環(huán)境、該物理場作用下的松弛時間。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

提供一種松弛時間測試方法，用于測試材料熔體或溶液在不同外界環(huán)境和物理場作用下的松弛時間，包括：

設(shè)置一端帶有用于采集待測材料溫度數(shù)據(jù)和應(yīng)力數(shù)據(jù)的溫度應(yīng)力傳感器的測試桿，將所述測試桿浸入裝有待測材料的容器中，并與材料完全接觸，獲得初始應(yīng)力數(shù)據(jù)；

所述測試桿另一端設(shè)置有用于驅(qū)動測試桿轉(zhuǎn)動驅(qū)動機(jī)構(gòu)；在所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)上設(shè)置位置傳感器，直接采集測試桿轉(zhuǎn)動的角度；

在所述容器外部設(shè)置控制待測材料溫度的加熱器和用于施加物理場的波動發(fā)生器；

啟動加熱器和/或波動發(fā)生器，設(shè)置于測試桿另一端的驅(qū)動機(jī)構(gòu)以一定速度驅(qū)動測試桿旋轉(zhuǎn)一定角度，設(shè)置于一端的應(yīng)力傳感器采集應(yīng)力數(shù)據(jù)，獲得在一定的速度、溫度及振動波作用下應(yīng)力數(shù)據(jù)與時間的變化關(guān)系；

當(dāng)應(yīng)力數(shù)據(jù)從運動到最大角度時所對應(yīng)的數(shù)值時起，到應(yīng)力衰減到初始應(yīng)力時所對應(yīng)的時間段，即得松弛時間。

具體地，所述角度大小由實際需要決定，角度可以通過控制驅(qū)動轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)，也可以通過采集驅(qū)動機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度實現(xiàn)，也可以通過控制驅(qū)動時間實現(xiàn)。

進(jìn)一步地，所述應(yīng)力數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)采集分析，所述數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)分別與所述溫度應(yīng)力傳感器、波動發(fā)生器、位置傳感器和驅(qū)動源連接，用于采集分析待測材料溫度、應(yīng)力、波動場強(qiáng)度數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)動速度、轉(zhuǎn)動角度和時間數(shù)據(jù)。

溫度應(yīng)力傳感器直接安裝在測試桿下端部，直接與材料接觸，可以非常準(zhǔn)確、快速地采集到材料的溫度、應(yīng)力等參數(shù)，消除了由于尺寸誤差、摩擦等引起的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等情況。

進(jìn)一步地，具體包括以下步驟：

第一步，獲取初始應(yīng)力數(shù)據(jù)，將一端帶有溫度應(yīng)力傳感器的測試桿浸入待測材料中，所述溫度應(yīng)力傳感器與待測材料完全接觸，對待測材料保持一定溫度直至穩(wěn)定，溫度應(yīng)力傳感器采集應(yīng)力數(shù)據(jù)，即為初始應(yīng)力數(shù)據(jù)；

第二步，獲取待測材料溫度數(shù)據(jù)和外界波動場強(qiáng)度數(shù)據(jù)；

第三步，驅(qū)動測試桿旋轉(zhuǎn)，獲取測試桿旋轉(zhuǎn)速度、角度、時間和應(yīng)力數(shù)據(jù)；

第四步，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動記錄測試桿旋轉(zhuǎn)到最大角度時起，材料應(yīng)力衰減到初始應(yīng)力時的時間段長度，即為松弛時間。

進(jìn)一步地，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動源、齒輪一和齒輪二，所述齒輪一和齒輪二嚙合，所述齒輪一與驅(qū)動源通過驅(qū)動軸連接，所述齒輪二與所述測試桿另一端鍵連接。

本發(fā)明還提供了一種實現(xiàn)所述材料松弛時間測試方法的松弛時間測試裝置，包括驅(qū)動機(jī)構(gòu)、測試桿、容器、加熱器、波動發(fā)生器和位置傳感器；