[發明專利]一種松弛時間測試方法及其裝置

在審

• 申請號: 201710986493.4
• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107632122A
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 曾廣勝
• 申請（專利權）人: 湖南工業大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 任重,馮振寧

技術領域

本發明屬于高分子材料檢測領域，具體涉及一種松弛時間測試方法及其裝置。

背景技術

高分子材料及其溶液的松弛時間是影響其性能的關鍵因素，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、外加物理場強度以及種類等密切相關。

目前已有的旋轉流變儀，可以通過測試電機扭矩的變化來計算材料的黏度，但是不能夠準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性要求很高，如果使用測試電機扭矩以及電機軸旋轉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，從而導致測試數據有誤，甚至根本測試不到數據（如松弛時間足夠短的情況）。

現有技術中，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，沒有一種設備能夠準確測量松弛時間，給材料性能研究、材料加工設備與加工技術方案帶來困難。

發明內容

為了克服現有技術無法準確測量材料的松弛時間的問題，本發明提供了一種松弛時間的測試方法。

本發明測試方法主要原理為：

在一定的氣壓（海拔）、溫度、濕度環境下，對材料熔體或溶液施加一個變形（位移），這時材料就會產生一個應力，并且應力會慢慢松弛，當應力變為零時，這個時間段的長度則為該材料在該溫度、濕度環境下的松弛時間。

在一定的氣壓（海拔）、溫度、濕度環境下，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），待穩定后，對材料施加一個變形（位移），這時材料會產生一個應力，然后應力會慢慢回復松弛，當應力變為零時，記錄這個時間段的長度即為該材料在該環境、該物理場作用下的松弛時間。

本發明通過如下技術方案實現：

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境和物理場作用下的松弛時間，包括：

設置一端帶有用于采集待測材料溫度數據和應力數據的溫度應力傳感器的測試桿，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，獲得初始應力數據；

所述測試桿另一端設置有用于驅動測試桿轉動驅動機構；在所述驅動機構上設置位置傳感器，直接采集測試桿轉動的角度；

在所述容器外部設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生器；

啟動加熱器和/或波動發生器，設置于測試桿另一端的驅動機構以一定速度驅動測試桿旋轉一定角度，設置于一端的應力傳感器采集應力數據，獲得在一定的速度、溫度及振動波作用下應力數據與時間的變化關系；

當應力數據從運動到最大角度時所對應的數值時起，到應力衰減到初始應力時所對應的時間段，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動轉軸的轉動實現，也可以通過采集驅動機構的旋轉角度實現，也可以通過控制驅動時間實現。

進一步地，所述應力數據通過數據采集控制系統采集分析，所述數據采集控制系統分別與所述溫度應力傳感器、波動發生器、位置傳感器和驅動源連接，用于采集分析待測材料溫度、應力、波動場強度數據、轉動速度、轉動角度和時間數據。

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

進一步地，具體包括以下步驟：

第一步，獲取初始應力數據，將一端帶有溫度應力傳感器的測試桿浸入待測材料中，所述溫度應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定，溫度應力傳感器采集應力數據，即為初始應力數據；

第二步，獲取待測材料溫度數據和外界波動場強度數據；

第三步，驅動測試桿旋轉，獲取測試桿旋轉速度、角度、時間和應力數據；

第四步，所述數據采集系統自動記錄測試桿旋轉到最大角度時起，材料應力衰減到初始應力時的時間段長度，即為松弛時間。

進一步地，所述驅動機構包括驅動源、齒輪一和齒輪二，所述齒輪一和齒輪二嚙合，所述齒輪一與驅動源通過驅動軸連接，所述齒輪二與所述測試桿另一端鍵連接。

本發明還提供了一種實現所述材料松弛時間測試方法的松弛時間測試裝置，包括驅動機構、測試桿、容器、加熱器、波動發生器和位置傳感器；