| 簡介： |
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何 紅
（北京化工大學(xué),北京 100029 e-mail: hehong668@eyou.com）
流變學(xué)數(shù)據(jù)在聚合物加工業(yè)中非常重要，因?yàn)樗捎糜诖_定加工條件下聚合物結(jié)構(gòu)（比如，分子量、分子量分布、長鏈支化等）的變化，它可輔助評(píng)價(jià)材料的加工性，還可作為最終產(chǎn)品質(zhì)量的指標(biāo)。
流變測量儀器按它們與加工設(shè)備之間的關(guān)系分為離線（off-line）在線（on-line, in-line）三種形式。傳統(tǒng)流變測量采用離線測量，測量時(shí)間長，影響取樣的因素多，所以為克服上述問題，以及實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的監(jiān)測、質(zhì)量控制、自動(dòng)過程控制或過程優(yōu)化這些要求，在線測量的采用將越來越重要。目前擠出過程在線流變測量只是在國外少量實(shí)驗(yàn)室的研究中采用，還沒有大量應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量控制中，因此為適應(yīng)人工智能制造等技術(shù)的發(fā)展，對(duì)擠出過程的在線流變測量技術(shù)的研究和開發(fā)非常需要。
一 在線流變儀的結(jié)構(gòu)與測量
in-line型在線流變儀由于插在加工設(shè)備中，會(huì)影響總體壓力降，增加物料的停留時(shí)間，影響產(chǎn)量,on-line型在線流變儀相比較而言，對(duì)生產(chǎn)的影響較小，因此這種類型的流變儀的應(yīng)用前景較好，本文主要探討on-line型在線流變測量。
在線流變測量一般有一很短過渡體分別與擠出機(jī)筒和流變儀相連，如示意圖。過渡體可以是旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，圖a；也可以是抽拉結(jié)構(gòu)，圖b。當(dāng)旋轉(zhuǎn)或抽拉結(jié)構(gòu)中的開口部分與機(jī)筒連通時(shí)，開始測量的取樣，料流進(jìn)入過渡體的儲(chǔ)料槽，儲(chǔ)滿料流后，流變儀開始測量由通過儲(chǔ)料槽下部毛細(xì)管或縫口處的壓力降、流量或扭矩的數(shù)據(jù)，然后由過渡體隔斷機(jī)筒中的料流，停止測量。從取樣到得到測量結(jié)果大約十幾秒，上述測量的物料被排出。上述測量設(shè)計(jì)也可以由二個(gè)熔體泵（輸入／輸出）構(gòu)成回路，測量在二個(gè)熔體泵之間進(jìn)行，使測量的料流返回加工設(shè)備中，有時(shí)為了解決取樣滯后的問題，還可加入第三個(gè)熔體泵，加速料流的循環(huán)。由于加長了料流流動(dòng)長度，料流返回主流這種方式的測量時(shí)間為幾分鐘。
一般根據(jù)測量目的確定測量位置。測量MI值，一般將流變儀放在擠出機(jī)與其機(jī)頭之間；測量反應(yīng)擠出過程，一般需沿程測量。沿程測量，可用便攜式流變儀進(jìn)行單點(diǎn)測量，也可使用滑軌進(jìn)行滑動(dòng)式測量。
二 測量原理
τw：毛細(xì)管壁面剪切應(yīng)力；γw:壁面剪切速率；Rd：毛細(xì)管半徑；L：毛細(xì)管長度。
F：軸向力；RP:過渡體上活塞半徑；Re，h,β:過渡體上螺線有效半徑,螺距，螺旋角，f摩擦系數(shù); Q:流量；Ω：旋轉(zhuǎn)角速度。
為了減小測量誤差，對(duì)得到的剪切速率和壓力降還需進(jìn)行Rabinowitsch和Baley修正。
三 應(yīng)用
在線流變測量可測量MI值，粘度－剪切速率曲線，及配合溫度曲線反應(yīng)分子結(jié)構(gòu)信息。比如，對(duì)于樹脂生產(chǎn)者，通過在線監(jiān)測MI值的變化，較容易將聚合物性能分級(jí)，這對(duì)于聚合物的使用者來講是非常需要的?？梢栽陔p螺桿擠出機(jī)的嚙合塊、反向螺紋處在線監(jiān)測過氧化物誘導(dǎo)PP降解的反應(yīng)過程，檢驗(yàn)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)理論和研究螺桿幾何構(gòu)型等對(duì)加工的影響1。還可將在線回路拓展，用光學(xué)纖維將聚合物熔體傳送的近紅外或紫外光源的合稱光進(jìn)行光譜或相關(guān)分析，測量其化學(xué)形態(tài)等特點(diǎn)。
總之，在線流變檢測技術(shù)能盡快提供過程信息，以便采取相應(yīng)的控制行為。這對(duì)于聚合物的制造者和加工者，尤其是反應(yīng)擠出，聚合物混合，發(fā)泡等生產(chǎn)和研究尤為重要和需要。
參考文獻(xiàn)
1 J.A.Covas, J.M.Nobrega, J.M.Maia, Polymer Testing,2000,19(2):165-176. |
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