趙桂英，王忠光，王再學(xué)，楊昭

（徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221140）

熔體流動(dòng)速率儀接樣裝置的設(shè)計(jì)及優(yōu)化

趙桂英，王忠光，王再學(xué)，楊昭

（徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221140）

通過對(duì)塑料熔體流動(dòng)速率儀接樣裝置的設(shè)計(jì)及優(yōu)化，包括對(duì)接盒、觀察鏡、活動(dòng)門及卡槽的設(shè)計(jì)及優(yōu)化，解決了在實(shí)驗(yàn)室對(duì)熱塑性塑料熔體流動(dòng)速率儀擠出樣條的承接，防止樣條污染，便于近距離地觀察樣條切割后的運(yùn)動(dòng)軌跡，同時(shí)有效避免高溫樣條接觸和燙傷操作者的臉部或身體；觀察鏡有利于觀察樣條從爐體底部口模中擠出、飛落及黏附情況，易于試驗(yàn)后儀器清理，活動(dòng)門便于樣條的移出、質(zhì)量檢查及后續(xù)的稱量操作，該裝置有利于試驗(yàn)溫度的穩(wěn)定，避免試驗(yàn)環(huán)境對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。

熔體流動(dòng)速率；接樣裝置；樣條；設(shè)計(jì)及優(yōu)化

塑料熔體流動(dòng)速率指熱塑性塑料在一定的溫度和壓力下，熔體每10 min通過標(biāo)準(zhǔn)口模的質(zhì)量或體積。前者稱為熔體質(zhì)量流動(dòng)速率（MFR，單位g/10 min），又稱熔融指數(shù)（MI）。后者稱為熔體體積流動(dòng)速率（MVR，單位cm3/10 min）。塑料熔體流動(dòng)速率不是聚合物的基本性質(zhì)，它只表征聚合物熔體流動(dòng)的性能，通過對(duì)它的測(cè)量，可以了解聚合物分子量及其分布，交聯(lián)程度，加工性能等等，作為熱塑性塑料質(zhì)量監(jiān)控和熱塑性塑料成型工藝條件參數(shù)選擇的依據(jù)。一般來說，熔體流動(dòng)速率大，則表示流動(dòng)性好，成型時(shí)可選擇較低的壓力和溫度；相反，熔體流動(dòng)速率小則流動(dòng)性相對(duì)較差，成型時(shí)應(yīng)選擇較高的壓力和溫度，以使塑料熔體能夠順利地流動(dòng)和成型，因此準(zhǔn)確測(cè)定熱塑性塑料的熔體流動(dòng)速率非常重要[1]。

1 熔體流動(dòng)速率測(cè)試儀器

2000年10月27日我國(guó)國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局修訂并發(fā)布實(shí)施了《熱塑性塑料熔體質(zhì)量流動(dòng)速率和熔體體積流動(dòng)速率的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)，熔體流動(dòng)速率試驗(yàn)儀均依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，熔體流動(dòng)速率試驗(yàn)也是依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)[2]。

熔體流動(dòng)速率儀是一種毛細(xì)管流變儀，實(shí)際上是一種塑料擠出計(jì)，它是在規(guī)定溫度條件下，用高溫加熱爐使被測(cè)物達(dá)到熔融狀態(tài)，這種熔融狀態(tài)被測(cè)物在規(guī)定的砝碼的負(fù)荷重力下，通過一定內(nèi)徑的小孔（即口模）進(jìn)行擠出試驗(yàn)，并以一定的時(shí)間間隔切割樣條，通常切割3~5個(gè)樣條，確保至少有3個(gè)樣條無氣泡，然后用分析天平逐一稱量樣條，計(jì)算它們的平均質(zhì)量，最后通過公式計(jì)算出熱塑性塑料的熔體質(zhì)量流動(dòng)速率。

熔體流動(dòng)速率儀一般由主機(jī)(擠出系統(tǒng))、溫度測(cè)量與控制系統(tǒng)組成，作為精密的檢測(cè)設(shè)備，對(duì)于主機(jī)擠出部分有很嚴(yán)格的機(jī)械要求，由于熔體流動(dòng)速率和溫度有很密切的關(guān)系, 溫度測(cè)控部分的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性也都應(yīng)該有嚴(yán)格的要求[3]；近年來熔體流動(dòng)速率試驗(yàn)方法和試驗(yàn)儀器得到較大的發(fā)展和進(jìn)步，例如由微機(jī)自動(dòng)控制切樣時(shí)間間隔，將手動(dòng)切割操作升級(jí)為自動(dòng)割刀操作，設(shè)備設(shè)置有自動(dòng)測(cè)量模式，減少人為因素對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響；另外為克服爐體底部散熱的問題，加大下端加熱器的功率，并且將整套裝置包含在加熱器內(nèi)部，口模處于下加熱器的中間部位，有力的保障了口模位置的溫度，加長(zhǎng)頂端的加熱器，保證距離口模上端40 mm以上溫度均勻性，通過以上改進(jìn)措施有效控制減少測(cè)量誤差，增加測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性[4]。

2 現(xiàn)有稱量裝置的不足

盡管熔體流動(dòng)速率儀有了較大的改進(jìn)，但其接樣裝置一直未變，現(xiàn)有的接樣裝置為一個(gè)平底托盤，實(shí)驗(yàn)時(shí)將其放置于熔體流動(dòng)速率儀底座上，用于承接擠出樣條；由于托盤距離口模有一定的距離，因此在使用過程中存在以下問題：

（1）樣條在切割的過程中，運(yùn)動(dòng)軌跡不確定，只有少數(shù)能落到儀器底部的托盤中，而絕大多數(shù)會(huì)黏附于儀器壁等其他部位，無法保證樣條的純度，影響測(cè)試結(jié)果。

（2）由于試驗(yàn)在高溫下進(jìn)行，切割掉的樣條飛落過程中容易接觸操作者的臉部或身體，造成燙傷和不適。

（3）實(shí)驗(yàn)過程中必須俯身仰視才能看到樣條從爐體底部口模中擠出情況，不僅不利于試驗(yàn)觀察，同時(shí)還為試驗(yàn)后的儀器清理帶來困難。

（4）由于爐體底部的口模與外界試驗(yàn)環(huán)境相通，容易使試驗(yàn)溫度出現(xiàn)波動(dòng)，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生誤差。

3 接樣裝置的設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，經(jīng)過調(diào)研分析，主要圍繞接樣裝置的外形、與爐體的固定與拆卸方式，試驗(yàn)過程的觀察、取樣等方面，從接盒、觀察鏡、活動(dòng)門、卡槽等部件進(jìn)行了綜合設(shè)計(jì)，該接樣裝置的使用在口模的四周形成較封閉式的試驗(yàn)環(huán)境，有利于試驗(yàn)溫度的穩(wěn)定性，同時(shí)能全方位的承接擠出樣條，防止樣條污染，影響測(cè)試結(jié)果；還能有效阻止高溫樣條接觸操作者，便于觀察整個(gè)試驗(yàn)過程和后續(xù)的儀器清理。結(jié)合下圖1 所示，對(duì)該裝置具體總結(jié)闡述如下：

3.1 接盒的設(shè)計(jì)［5］

考慮到切割后的樣條容易飛濺到不同的地方，造成樣條污染或燙傷操作者，為此設(shè)計(jì)了一個(gè)上端開口的圓柱體容器，開口端外徑尺寸稍大于爐體直徑，確保爐體底部完全處于接盒之中，一方面使切割下來的樣條落入接盒底部，或接盒壁體上，另一方面在口模附近形成較封閉的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，能較好的減少環(huán)境因素對(duì)溫度的影響。接盒采用輕質(zhì)透明塑料、橡膠或有機(jī)玻璃，便于操作者觀察樣條的飛落情況及位置，接盒內(nèi)外表面光滑，不易粘附物料，方便清理衛(wèi)生。

3.2 觀察鏡的設(shè)計(jì)

熱塑性塑料受熱后熔體在負(fù)荷的作用下，通過料筒底部的口模逐漸向下擠出，剛剛擠出時(shí)，操作者不容易觀察到，只能低頭仰視口模才能看到擠出情況；另外樣條切割時(shí)，部分樣條切割后會(huì)黏附在口模附近的壁體上，如不及時(shí)清理會(huì)影響后續(xù)樣條的擠出、切割以及樣條稱量的精度，為此在接盒的底部安裝一面觀察鏡，觀察鏡與接盒底面成一定的傾斜角，內(nèi)高外低，便于操作者觀察，并及時(shí)將黏附的樣條清理掉，觀察鏡與接盒底部可黏結(jié)成一體，也可通過在底部安裝一個(gè)支架，用于調(diào)整鏡子的傾斜度，便于不同操作者使用。

3.3 活動(dòng)門的設(shè)計(jì)

樣條在擠出過程中按照設(shè)定的時(shí)間間隔進(jìn)行切割，至少切割5個(gè)樣條，確保有3個(gè)以上樣條內(nèi)部無氣泡，在樣條質(zhì)量檢查或取樣稱量時(shí)，需用鑷子將樣條夾住移出接盒，為此，在接盒的右側(cè)設(shè)置一個(gè)圓弧形活動(dòng)門，可開關(guān)，活動(dòng)門外側(cè)有一個(gè)把手，便于操作。

3.4 卡槽的設(shè)計(jì)

接盒在使用時(shí)需經(jīng)常的安裝和拆卸，接盒與爐體的固定應(yīng)盡量簡(jiǎn)便，為此在接盒的上端兩側(cè)各設(shè)置了一個(gè)L型卡槽，通過爐體兩側(cè)的螺釘卡入卡槽，然后向左旋轉(zhuǎn)接盒，使螺釘卡入卡槽右側(cè)，達(dá)到固定的目的，或向右旋轉(zhuǎn)接盒，同時(shí)向下使接盒和爐體分開。

圖1 接樣裝置剖視圖

4 接樣裝置的使用方法

使用時(shí)，可將接盒從爐體底部向上安裝，使熔爐左右的螺釘直入卡槽的底部，然后向左旋轉(zhuǎn)接盒，使螺釘卡入L型卡槽的右側(cè)，并與爐體固定成一體，關(guān)上活動(dòng)門（如果是手動(dòng)切割，則在活動(dòng)門上部對(duì)準(zhǔn)切割旋鈕的部位開設(shè)缺口，便于手動(dòng)切割），準(zhǔn)備工作完成后，啟動(dòng)控制面板上的切割按鈕，按照一定的時(shí)間間隔進(jìn)行樣條的切割，切下的樣條會(huì)落在接盒中的某一位置；切割規(guī)定數(shù)量的樣條后，停止切割，打開接盒右側(cè)的活動(dòng)門，用鑷子輕輕地夾持樣條并將其從接盒中移出，用肉眼觀察樣條有無氣泡，如果樣條內(nèi)部含有氣泡，將其舍棄，將沒有氣泡符合要求的樣條置于電子天平的稱量臺(tái)上，進(jìn)行樣條質(zhì)量的稱量，分別記錄每個(gè)樣條的質(zhì)量，取其平均值，然后按照計(jì)算公式得出熱塑性塑料的熔體質(zhì)量流動(dòng)速率，試驗(yàn)完畢可關(guān)上活動(dòng)門，起到?？诓课环乐够覊m的作用，也可右旋接盒，向下與熔爐分開，取下接盒，進(jìn)行適當(dāng)?shù)那謇砗蛡溆谩?/p>

5 效果

經(jīng)過對(duì)塑料熔體流動(dòng)速率儀接樣裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，達(dá)到了以下效果[6]：

（1）切割后的樣條無論運(yùn)動(dòng)軌跡如何，絕大多數(shù)樣條都會(huì)落到接樣裝置中（接盒底部，或接盒四周壁體上），不會(huì)沾上雜質(zhì)，影響稱量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（2）該裝置能有效防止高溫樣條接觸操作者的臉部或身體，避免燙傷的可能性。

（3）操作者可輕松觀察樣條從爐體底部口模中擠出、飛落及粘附情況，同時(shí)便于實(shí)驗(yàn)后的儀器清理。

（4）由于該接樣裝置安裝后在口模四周形成較封閉的試驗(yàn)環(huán)境，對(duì)試驗(yàn)溫度起到了穩(wěn)定作用，確保了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

6 結(jié)語

通過對(duì)塑料熔體流動(dòng)速率儀接樣裝置的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，可全方位地承接熔體流動(dòng)速率樣條，防止樣條污染；還可近距離觀察整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，有效防止高溫樣條接觸操作者的臉部或身體；通過接盒底部的觀察鏡可以看到樣條從熔爐底部口模中擠出情況，便于試驗(yàn)后的儀器清理，打開活動(dòng)門可取出樣條進(jìn)行檢查和稱量，操作便捷；該接樣裝置在口模的四周形成較封閉的試驗(yàn)環(huán)境，有利于提高測(cè)試溫度的穩(wěn)定性和測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了多功能化。

[1］ 譚壽再.塑料測(cè)試技術(shù)[M]. 中國(guó)輕工業(yè)出版社，2011,04.

[2] GB/T3682—2000《熱塑性塑料溶體質(zhì)量流動(dòng)速率和熔體體積流動(dòng)速率的測(cè)定》[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001：01~12.

[3] 張耀光，許曉晶，太玉興.熔體流動(dòng)速率儀的發(fā)展與應(yīng)用[J].工程塑料應(yīng)用，2007，35（5）：67~68.

[4] 丁雪佳，余鼎聲，張琦，陳靜波，張世勛，徐日煒. 熔體流動(dòng)速率與溫度關(guān)系的初步探討[J]. 高分子材料科學(xué)與工程，2003，19（5）157~159.

[5] 趙桂英.一種實(shí)驗(yàn)室用橡膠小料的稱量裝置.中國(guó)，ZL201520014442.1[P]. 2015，01.12.

[6] 趙桂英.一種熔體流動(dòng)速率儀 . 中國(guó)，ZL201420835115.8 [P]. 2014，12.27.

（R-03）

The design and optimization of the melt f ow rate instrument accepting device

The design and optimization of the melt f ow rate instrument accepting device

Zhao Guiying， Wang Zhongguang， Wang Zaixue， Yang Zhao
（Xuzhou College of Industrial Technology， Xuzhou 221140， Jiangsu， China）

By the design and optimization of the melt f ow rate instrument accepting device，including the design and optimization of accepting box， observe mirror， movable door and card slot， we solve the acception of the extruding spline on the melt f ow rate instrument in the laboratory， prevent the pollution of the spline， closely observe the spline trajectory after cutting，and avoid high temperature of the spline contacting the operator's face or body at the same time； using observe mirror in favor of observation of the extrusion， f ying and adhesion of the spline from the bottom die of the furnace body， easy to clean up after the test， movable door for spline removal， quality inspection and subsequent weighing operation， the device can stable the test temperature， to avoid the impact of the test environment to test results.

melt f ow rate； accepting device； spline； design and optimization

TQ320.6

1009-797X (2015) 24-0196-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.24.080

趙桂英（1969-），女，學(xué)士，副教授，研究方向?yàn)橄鹉z、塑料及復(fù)合材料等。

2015-05-21