一种研究流体流变行为的方法及狭缝流变仪

摘要

本发明涉及一种通过调节收缩比来研究高分子流体的流变行为的方法，及可调节收缩比的狭缝流变仪。本发明公开的狭缝流变仪特征在于有分体装配的、可调节宽度比的上下两流道，且开设了可观察流体流动状态的玻璃视窗。本发明大大拓展了传统流变仪的应用范围，并且方便可调，避免了因改变收缩比需要多次更换流道的缺点，提高了其使用效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种流体研究方法及狭缝流变仪，具体涉及通过调节收缩比来研究高分子流体的流变行为的方法，及可调节收缩比的狭缝流变仪。

背景技术

目前,传统的流变仪有毛细管流变仪，锥－板流变仪，同轴圆筒流变仪，平板流变仪，转矩流变仪,拉伸流变仪等，通过这些流变仪可以研究高分子材料的流变特性，如获得高分子流体的粘度随剪切速率的变化，第一法向应力差随角速度的变化，储能模量和损耗模量随角速度或频率的变化，高分子材料加工中的功率消耗曲线等。虽然上述流变仪应用广泛,但无法实现流场的可视化，且存在流场流动形式单一的缺点，不能实现在拉伸和剪切共存条件下、直观地研究高分子流体复杂流变行为的功能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种带有可调收缩比结构的狭缝式流变仪，大大拓展了传统流变仪的应用范围，并且方便可调，避免了因改变收缩比需要多次更换流道的缺点，提高了其使用效率。

本发明所涉及的一种可调收缩比的狭缝流变仪，如附图1、2、3所示，它由机头联接板1、U形流道板2及上面开设的上游流道4、压力/温度传感器3、玻璃视窗5、两个锲形块13形成的下游流道6、导柱7、导槽8、手轮9、精密丝杠10、螺纹支座11、锁紧螺栓12和丝堵14组成。

本发明中，机头联接板1通过螺钉与流体挤出机的机头联接，U形流道板2与机头联接板1相联，机头联接板1内开设供流体流通的流道、U形流道板2上部开设宽度为D的上游流道4，机头联接板内的流道与上游流道4连通。U形流道板2上还设置了压力/温度传感器3和两个玻璃视窗5，玻璃视窗5的位置处于上游流道4和下游流道6的连接处。丝堵14位于U形流道板2的最上方中间位置，主要用于试验完毕后可卸下，便于清理U形流道中上游流道中的物料。下游流道6由两个锲形块13组成，分别与相应的两个螺纹支座11相接触，两个螺纹支座11与双向精密丝杠10相配，在手轮9的摇动下可以使两个螺纹支座11水平左右移动，从而推动两个锲形块13之间的距离d可以在一定范围任意改变，最终实现上、下流道收缩比D/d的调节。为了保证两个锲形块13水平移动，在U形流道板下部开设水平导槽8，导柱7贯穿于锲形块13的内部且嵌入导槽8内，只能沿着导槽8水平移动，这样也能保证两个锲形块13形成的下游狭缝流 道是垂直方向，并在精密丝杠的调整下使下游狭缝流道6的轴线与上游流道4的轴线重合。当上游流道4和下游流道6的收缩比调整到位后，用位于两个锲形块13上的锁紧螺栓12锁紧锲形块。在设计精密丝杠时，采用具有自锁功能的螺纹，只能丝杠转动螺纹支座移动，反之不能转动，防止在下游流道中流体压力的作用导致两个锲形块之间的距离d变化。为了便于加工上游流道4和下游流道6的狭缝，将下游流道6和上游流道4采用分体式加工，装配时要保证上游流道4、下游流道6的对称轴同轴。

实际使用中，通过转动手轮9带动双向精密丝杠10转动，同时带动与丝杠相配合的两个螺纹支座11沿水平方向左右移动；螺纹支座11水平移动时，与其相连的锲形块上的导柱7可在U形流道板2两侧板上开设的水平导槽8内左右移动，从而实现上游流道4与下游流道6的收缩比D/d在一定范围内任意可调。D/d有4种情况：(1)d＝0时，如附图4所示下游流道的狭缝间隙消失，成为一种极限形式，此时收缩比D/d趋于无穷大；(2)D>d时，如附图5上下游流道的收缩比D/d>1变为收缩流道；(3)当D＝d时，如附图6上下游流道的宽度一样，变为直流道，可研究高分子流体的充分发展流动；(4)当D<d时，如附图7收缩比D/d<1，流道结构变为扩张流道。当调整收缩比完毕后，通过锁紧螺栓12锁紧两个锲形块13。流体在流变仪中流动时，利用外部配备的PIV系统可以获得流场中的速度分布，借助FIB系统可以测定流场中的主应力差条纹分布，从而获得可研究流体的流变行为的数据。流体最后经由下游流道6流出，外部可放置或连接一个承接容器。

本发明提出的可调节收缩比的狭缝流变仪，可以实现流场流动情况的在线观察和测量，上下游流道的收缩比在一定范围内任意可调。另外，由于在流道对称面上的流体受到强烈的拉伸作用，而在靠近壁面附近的流体受到强烈的剪切作用，所以，在收缩口附近的流体承受拉伸和剪切的双重作用，类似这种复杂的组合流动经常出现在高分子材料的实际成型加工中。因此，本发明为研究高分子熔体的流变行为提供了丰富的流场信息，具有重要的工程意义。特别是下游流道宽度在一定范围内任意调节，可以实现从收缩流道变为扩张流道的转换，大大拓展了这种狭缝流变仪在复杂流场中研究高分子流体的应用前景。

附图说明

图1为本发明的A-A剖面图；

图2为本发明的左视图；

图3为本发明的俯视图；

图4-7为可调收缩比的狭缝流变仪在不同的上下游流道宽度比的情况，图4为下游流道宽度d＝0，图5为D>d，图6为D＝d，图7为D<d。

附图标注：1-机头联接板，2-U形流道板，3-压力/温度传感器，4-上游流道， 5-玻璃视窗，6-下游流道，7-导柱，8-导槽，9-手轮，10-双向精密丝杠，11-螺纹支座，12-锁紧螺栓，13-锲形块，14-丝堵。

具体实施方式

下面根据附图对本发明所提出的狭缝式流变仪进行具体的描述。

实施例1

开启挤出机，高分子或其他流体通过挤出机的机头流入机头联接板1中的流道，接着流入连通的上游流道4。调节手轮9，使得两个螺纹支座11水平左右移动，从而推动锲形块13水平移动，直到两个锲形块之间的距离d小于上游流道4的宽度D，用锁紧螺栓12锁紧两个锲形块13，此时如图5所示D>d，流体在收缩流道中流动，可通过玻璃视窗5观察到流体流动状态。

流体在流变仪中流动时，利用外部配备的PIV系统可以获得流场中的速度分布，借助FIB系统可以测定流场中的主应力差条纹分布，从而获得可研究流体的流变行为的数据。流体最后经由下游流道6流入外部放置的一个承接容器回收。

实施例2

开启挤出机，高分子或其他流体通过挤出机的机头流入机头联接板1中的流道，接着流入连通的上游流道4。调节手轮9，使得两个螺纹支座11水平左右移动，从而推动锲形块13水平移动，直到两个锲形块之间的距离d等于上游流道4的宽度D，用锁紧螺栓12锁紧两个锲形块13，此时如图6所示D＝d，流体在直流道中流动，可通过玻璃视窗5观察到流体流动状态。

流体在流变仪中流动时，利用外部配备的PIV系统可以获得流场中的速度分布，借助FIB系统可以测定流场中的主应力差条纹分布，从而获得可研究流体的流变行为的数据。流体最后经由下游流道6流入外部放置的一个承接容器回收。

实施例3

开启挤出机，高分子或其他流体通过挤出机的机头流入机头联接板1中的流道，接着流入连通的上游流道4。调节手轮9，使得两个螺纹支座11水平左右移动，从而推动锲形块13水平移动，直到两个锲形块之间的距离d大于上游流道4的宽度D，用锁紧螺栓12锁紧两个锲形块13，此时如图7所示D<d，流体在扩张流道中流动，可通过玻璃视窗5观察到流体流动状态。

流体在流变仪中流动时，利用外部配备的PIV系统可以获得流场中的速度分布，借助FIB系统可以测定流场中的主应力差条纹分布，从而获得可研究流体的流变行为的数据。流体最后经由下游流道6流入外部放置的一个承接容器回收。