Устройство для определения текучести полимерных материалов Советский патент 1993 года по МПК G01N11/00 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения текучести полимерных материалов, в частности реактопластов.

Цель изобретения - повышение точности измерений и производительности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения текучести полимерных материалов, содержащем цилиндрический пуансон, две полуматрицы с наружной конической поверхностью и внутренним конусным измерительным каналом с цилиндрической загрузочной камерой, обогреваемые обоймы пуансона и полуматриц, в загрузочной камере с зазором установлен шар, взаимодействующий с пуансоном, на поверхности обоймы полуматриц выполнен кольцевой полукруглый паз со съемной крышкой с кольцевой прорезью, в котором размещены шары, сообщающийся с загрузочной камерой посредством радиального паза, торец пуансона и дно загрузочной камеры выполнены с вогнутой сферической поверхностью, причем радиус вогнутой сферической поверхности дна равен радиусу шара. При этом диаметр пуансона выбран меньшим диметра загрузочной камеры на 1,5-3 мм, а радиус вогнутой сфе00

о

4 О О

о

СО

рической поверхности его торца превышает в 2-3 раза радиус шара. Пуансон снабжен датчиком перемещений, связанным с регистрирующим прибором.

Установка в загрузочной камере шара, взаимодействующего с пуансоном, существенно уменьшает трение, поэтому заданное усилие пуансона расходуется практически полностью на продавливание расплавленного полимерного материала в измеритель- ный канал, что повышает точность измерений. Такое конструктивное решение обеспечивает самоцентрирование шара и равномерную передачу усилия, повышающую точность измерений. Устранение контакта пуансона с полимерным материалом исключает необходимость его очистки после испытаний, что повышает производительность. Этому способствует также уменьшение затрат времени на прогрев перед началом испытаний частей устройства.

Уменьшение диаметра пуансона относительно диаметра загрузочной камеры менее чем на 1,5 мм может привести к потере части давления на преодоление при испытаниях сил трения, возникающих в указанной паре при перекосах, неточности изготовления, износа и т.п., а уменьшение более чем на 3 мм нецелесообразно за счет снижения его прочности. Выполнение радиуса сферической поверхности торца пуансона большим, чем в 3 раза, радиуса шага не обеспечивает достаточной поверхности их контакта, а меньшее, чем в 2 раза, вызывает повышенное трение шара о стенки загрузочной камеры при осевом смешении или перекосе пуансона.

Установка датчика перемещений на пуансоне, связанного с регистрирующим прибором, позволяет получить графическую зависимость текучести от времени при заданной температуре и по ней оценивать литьевые свойства как термореактивных, так и термопластичных полимерных материалов, т.е. получать более полные реологические характеристики.

На фиг.1 схематически изображено устройство для определения текучести, разрез; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.З - диаграмма зависимости текучести от времени,

Устройство для определения текучести полимерных материалов (фиг.1) содержит цилиндрический пуансон 1, две полуматрицы 2 с наружной конической поверхностью 3 и внутренним конусным измерительным каналом 4 с цилиндрической загрузочной камерой 5, обогреваемые обоймы 6 и 7 пуансона 1 и полуматриц 2, снабженные нагревателями 8. На торцовой поверхности

обоймы 7 выполнен кольцевой полукруглый паз 9 со съемной крышкой 10, имеющей кольцевую прорезь 11, сообщающийся с загрузочной камерой 5 посредством радиального паза 12, выполненного с уклоном от центра (фиг.2).

Торец пуансона 1 и дно цилиндрической загрузочной камеры 5 выполнены со сферической вогнутой поверхностью, а в камере

0 установлен металлический шар 13 с возможностью взаимодействия с пуансоном 1, при- чем радиус шара 13 равен радиусу сферической поверхности дна, а радиус сферической поверхности торца пуансона в

5 2-3 раза превышает радиус шара. Диаметр пуансона 1 выбран меньшим на 1,5-3 мм диаметра загрузочной камеры 5. ,В кольцевом пазу 9 размещен набор из свободно установленныходинаковыхметалли0 ческих шаров 13 с возможностью их перемещения вдоль паза 9.

С пуансоном 1 соединен через устройство 14 датчик перемещений 15, связанный с регистрирующим прибором 16, снабжен5 ным графопостроителем. В обойме матриц 7 выполнено сквозное отверстие 17 напротив радиального паза 12.

Фиксация пуансона 1 относительно полуматриц 2 осуществляется за счет направ0 ляющих коленок 18, расположенных под углом 120°.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Предварительно нагревают с помощью нагревателей 8 до заданной

5 условиями испытаний температуры в сомкнутом состоянии пуансон 1 и полуматрицы 2,.обоймы 6 и 7, а также все шары 13, расположенные в кольцевом пазу 9.

Затем устройство размыкают, при под0 нятом в верхнее положение пуансоне 1 в цилиндрическую загрузочную камеру 5 загружают дозированное количество полимерного материала, например фенопласта или аминопласта, на который сверху поме5 щают металлический шар 13, проталкивая последний вводим через сквозное отверстие 17 стержнем (на чертеже не показан) в радиальный паз 12, высота которого больше диаметра шара 13, и далее в загрузочную

0 камеру 5. К сквозному отверстию 17 шар 13 может быть подведен, например, с помощью проволочного захвата, вводимого в кольцевую прорезь 11 крышки 10. Шар 13, постоянно контактирующий с поверхно5 стью полуматриц, имеет температуру, равную температуре формы. Затем совместно с устройством 14 опускают пуансон 1, вогнутый торец которого упирается в шар 13, и через него передают на полимерный материал требуемое давление. Под действием

температуры и давления испытуемый материал размягчается, переходит в пластичное состояние, распределяется по сферической вогнутой поверхности дна цилиндрической загрузочной камеры 5 и поступает в конусный измерительный канал 4, при этом шар 13 своей нижней полусферой равномерно передает давление по всей вогнутой поверхности полимерного материала.

При заполнении конусного измерительного канала 4 уровень полимерного материала в загрузочной камере 5 снижается, вызывая опускание шара 13 и пуансона 1. Величина перемещения фиксируется датчиком 15 перемещений, выходной сигнал с которого поступает на вход регистрирующего прибора 16 и управляет работой графопостроителя.

В зависимости от текучести полимерного материала измерительный канал 4 заполняется на различную глубину. Прессование образца осуществляют путем выдержки под давлением при повышенной температуре в течение определенного времени, заданных условиями испытания. По окончании прессования давление снимают, поднимают пуансон 1 над загрузочной камерой 5, затем извлекают из обоймы 7 полуматрицы 2 в сомкнутом положении, которые легко перемещаются за счет конической поверхности 3. Из загрузочной камеры 4 вынимают шар 13 и очищают его от налипшего полимера. Полуматрицы 2 размыкают, извлекают отпрессованный образец и измеряют длину его конусной части. За текучесть принимается длина отпрессованного стержня до границы плотного слоя полимерного материала. Полуматрицы 2 очищают от частиц полимерного материала, смыкают и устанавливают в обойму 7. Затем цикл повторяется. При этом, пока использованный шар 13 подвергают очистке, в работе находится другой шар, уже нагретый до температуры формы. Колонки 18 фиксируют положение пуансона 1 относительно полуматриц в процессе испытаний.

В процессе испытаний на ленте графопостроителя регистрирующего прибора 16 получают кривую зависимости длины истечения или пропорциональной ей текучести от времени при заданной температуре (фиг.З). По этой кривой судят о реологический свойствах полимерных материалов, как термопластичных, так и термореактивных, что позволяет выбрать оптимальный режим переработки конкретного полимерного материала.

На фиг.З показана типичная кривая, характеризующая текучесть и скорость отвер- ждения реактопластов на предлагаемой

установке, где по оси абсцисс указано время г, а по оси ординат - величина перемещения пуансона I.

Участок кривой оа характеризует время уплотнения материала. Участок кривой аб определяет время разогрева материала до вязкотекучего состояния. Участок кривой бв определяет скорость истечения материала в вязкотекучем состоянии через канал

0 пресс-формы. Участок вг определяет скорость отверждения пресс-материала. Далее идет участок, характеризующий полное от- верждение.

В целом пластометрическая кривая оп5 ределяет технологические свойства полимерных материалов, в частности термореактивных, с помощью которых легко установить оптимальный режим переработки пресс-материалов в изделия.

0 Установка в загрузочной камере 5 шара 13, взаимодействующего с пуансоном 1, позволяет осуществить самоцентрирование шара в процессе испытаний относительно вогнутых сферических поверхностей торца

5 пуансона и дна загрузочной камеры 5, что повышает точность измерений за счет более полной передачи усилия прессования и более равномерного его распределения в полимерном материале. За счет этого

0 упрощается наладка устройства перед испытаниями, не требуется точной подгонки поверхностей пуансона 1 и загрузочной камеры 5, что упрощает изготовление устройства и повышает производительность.

5 Исключение затрат времени на очистку пуансона 1 после испытаний также способствует повышению производительности измерений. Выполнение кольцевого паза 9Ч в обойме 7 полуматриц 2 с набором метал0 лических шаров 13 позволяет держать запас постоянно прогретых до рабочей температуры шаров 13 и использовать их для испытаний в любой момент, что положительно влияет на производительность.

Установка над кольцевым пазом 9

5 крышки 10с кольцевой прорезью 11 снижает теплопотери при размыкании формы и одновременно облегчает и ускоряет загрузку очередного шара 13 в камеру 5. При этом выполнение сообщающегося с ней радиаль0 ного паза 12с уклоном от центра препятствует самопроизвольному скатыванию шара 13 в камеру 5, что обеспечивает надежность работы устройства.

Выполнение диаметра пуансона 1 мень5 шим диаметра загрузочной камеры 5 исключает его трение о стенки и тем самым потери давления, что повышает точность измерений, а выполнение радиуса вогнутой сферы

его торца большим радиуса шара обеспечивает точное центрирование даже при некоторой несоосности пуансона 1 и полуматриц 2, что положительно сказывается как на точности измерений, так и на производительности, так как перед каждым испытанием нет необходимости в точном центрировании положения пуансона 1 относительно полуматриц 2.

Формула изобретения 1. Устройство для определения текуче- сти полимерных материалов, содержащее цилиндрический пуансон, две полуматрицы с наружной конической поверхностью и внутренним конусным измерительным каналом с цилиндрической загрузочной каме- рой, обогреваемые обоймы пуансона и полуматриц, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и производительности, в загрузочной камере с зазором устанавливают шар, взаимодей-

ствующий с пуансоном, на поверхности обоймы полуматриц выполнен кольцевой полукруглый паз со съемной крышкой с кольцевой прорезью, в котором размещены шары, сообщающийся с загрузочной камерой посредством радиального паза, торец пуансона и дно загрузочной камеры выполнены с вогнутой сферической поверхностью, причем радиус вогнутой сферической поверхности дна равен радиусу шара.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- ся тем, что диаметр пуансона выбран меньшим диаметра загрузочной камеры на 1,5-3 мм, а радиус вогнутой сферической поверхности его торца в 2-3 раза превышает радиус шара.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающее с я тем, что пуансон снабжен датчиком перемещений, связанным с регистрирующим прибором.

Использование: испытательная техника. Сущность изобретения: устройство содержит цилиндрический пуансон, две полуматрицы с наружной конической поверхностью и внутренним конусным измерительным каналом с цилиндрической загрузочной камерой, обогреваемые обоймы пуансона и полуматриц. В загрузочной камере с зазором установлен шар, взаимодействующий с пуансоном. На поверхности обоймы полуматриц выполнен кольцевой полукруглый паз со съемной крышкой с кольцевой прорезью, в котором размещены шары, сообщающийся с загрузочной камерой посредством радиального паза. Торец пуансона и дно загрузочной камеры выполнены с вогнутой сферической поверхностью, причем радиус вогнутой сферической поверхности равен радиусу шара. Диаметр пуансона выбран меньшим диаметра загрузочной камеры на 1,5-3 мм, а радиус вогнутой сферической поверхности его торца в 2-3 раза превышает радиус шара. Пуансон снабжен датчиком перемещения, связанным с регистрирующим прибором. 2 з.п. ф- лы, 3 ил. СО с

Фиг. /