下载文档原格式
ZJL—200计算机控制转矩流变仪一、转矩流变仪的用途：转矩流变仪可以用来研究热塑性材料的热稳定性、剪切稳定性、流动和固化行为，其最大特点是能在类似实际加工过程的条件下连续、准确可靠地对体系的流变性能进行测定。
可以完成的典型实验有XLPE材料的交联特性测定，PVC 材料融合特性以及热稳定性的测定，材料表观粘度与剪切速率关系的测定等。
二、转矩流变仪主要功能：1）主机:接收和发送数据信号控制温度和机械传动机构。
2）挤出机：螺杆在固定温度的机筒挤压熔融料样顺着螺旋旋转方流向口模3）混炼器：一定形状的转子在定温度定容积的腔体中均匀混合料样。
4）计算机软件：监测和控制温度、压力、传动机构并实时勾画压力--时间；温度--时间；扭矩—时间等曲线。
5）其它：可增配牵引单元、三辊压延、吹膜机、自动称重、自动测量等测试功能。
三、转矩流变仪性能指标1）电机功率：3.0 kW2）转速范围：0.1~120 rpm3）速度控制精度：0.3%F.S.4）转矩测量范围：0 ~ 200Nm5）转矩测量精度：0.1%F.S6）熔体压力测量范围：0.1~100Mpa7）压力测量精度：0.5 %F.S.8）温度控制范围（五路控温）：室温~300℃9）温度控制精度：+1.0℃10）混练机最大容量：50ml11）塑料单螺杆挤出机（材料38CrMOALA）（1）螺杆长径比：L/D 25：1（2）毛细管模具（内径1.27mm、长径比20：1、30：1、40：1）13）图形显示：转速、转矩、温度、压力、扭矩14）主机+挤出机外型尺寸：1600mm×450mm×1300mm（长×宽×高）15）主机+混炼器外型尺寸：1600mm×450mm×1300mm（长×宽×高）16）电压：AC380V 6kW四、转矩流变仪主要配置1、测控主机1）驱动电机及驱动器1套2）减速机1套3）扭矩传感器1个4）测控温度表5块5）测控电路（含压力、温度、扭矩、转速、放大电路等）1套2、混炼器单元1）加热板（含加热元件）3块2）压料装置1套3）转子（Roller型）2支3、挤塑机单元1）单螺杆（长径比：L/D 25：1）1套2）螺筒1套3）装料装置1套4）加热装置5路4、试验软件1）聚合物熔体测量数据处理软件1套2）挤出机数据处理软件1套3）混合器数据处理软件1套5、模具毛细管模具内径1.27mm、长径比：20：1 1只30：1 1只40：1 1只6、清华同方品牌计算机1套7、HP彩色喷墨打印机1台平行异行双螺杆挤出机（材料：GH113高温钢+MJ合金高温钢）：1）螺杆类型：平行异向双螺杆2）螺杆直径：42mm3）长径比：7：14）温度范围：室温~300℃5）控温精度：1%F.S6）转矩测量范围：0~200N.m7）转矩测量精度：1%F.S五、曲线示例混炼机计算机挤出机图a PVC融合(单曲线) 图b PVC热稳定图c XLPE交联。
返回转矩流变仪及其在塑料加工中的应用洪王暄迎思海亭理工大学1. 转矩流变仪的组成与特点转矩流变仪是在Brabender塑化仪的基础上发展起来的一种综合性聚合物材料流变性能测试实验设备。
其突出特点是可以在接近于真实加工条件下，对材料的流变行为进行研究。
目前已经在塑料加工性能研究、配方设计，材料真实流变参数测量等方面获得了重要应用。
随着转矩流变仪应用的日益广泛，其组成和性能也在不断发展，呈现多功能、高性能、高精度、自动化等趋势。
转矩流变仪主要由测控主机和功能单元两大部分组成。
测控主机提供了转矩流变仪的基本工作环境，完成各种数据采集与记录，以及为各功能单元提供动力和控制。
功能单元是实现各种测量的功能部分，目前已广泛应用的有，双转子混炼器、单螺杆挤出机、平行双螺杆挤出机、锥型双螺杆挤出机、杂质测量仪、口模膨胀测量仪、各种挤出加工模具等。
各功能单元以积木形式与测控主机相连，并在相应软件的支持下，实现具体的实验、测量和分析功能。
下面详细描述各部分的结构和性能。
1.1 测控主机组成与性能测控主机主要由计算机、数据测控系统、动力系统及转矩测量系统构成。
其组成框图如图1.1所示：图1.1 测控主机原理图其中计算机通过运行相应软件，完成各种操作和数据处理。
在计算机上运行的软件有两类，一类是测控软件，它提供了一个人机交互的接口，操作者可以在其提供的虚拟仪器界面上完成绝大多数的仪器操作，另外该软件还完成测量数据的显示和保存任务。
另一类是数据处理软件，它与各功能单元配合完成各种测量和分析。
测控主机和测控软件界面如图1.2和1.3所示。
图1.2 测控主机图1.3 测控软件界面数据测控系统是以单片微型计算机为核心的电子系统，完成温度、压力、转速、转矩等数据的采集以及实现电气、温度及转速控制。
动力系统为功能单元提供工作动力，由电动机和减速机组成。
转矩测量系统可以测量动力系统的输出转矩，并以此数据描述物料与各功能单元作用时的粘度变化，并进一步表征熔体的流变性。
实验九塑化性能转矩流变仪的测定汇报人：日期:•实验目的与原理•实验设备与材料•实验步骤与方法目录•实验结果分析与讨论•实验结论与建议•实验注意事项与安全措施01实验目的与原理掌握塑化性能转矩流变仪的使用方法。
了解塑化性能与转矩流变仪测定的关系。
探究不同材料在转矩流变仪下的塑化性能表现。
转矩流变仪是一种用于测量材料在加工过程中所表现出的流动性和塑化性能的仪器。
在转矩流变仪中，材料被加热至一定温度，并在一定的剪切应力作用下进行塑化。
通过测量材料在塑化过程中的转矩变化，可以了解材料的塑化性能。
塑化性能是材料加工过程中的重要参数，对于材料的加工质量和效率具有重要影响。
通过转矩流变仪的测定，可以深入了解材料的塑化性能，为材料的加工和应用提供重要依据。
本实验有助于学生掌握塑化性能转矩流变仪的使用方法，提高实验技能和实践能力。
实验意义02实验设备与材料转矩流变仪主要由主机、加热系统、转子、搅拌器等组成。
结构组成工作原理主要功能通过加热系统对物料进行加热，转子在物料中旋转产生剪切力，使物料发生流动和变形。
用于测量物料的塑化性能，如塑化温度、塑化时间、塑化扭矩等。
030201转矩流变仪介绍根据实验要求选择适当的原料，如聚合物、添加剂等。
原料根据实验要求选择适当的助剂，如增塑剂、润滑剂等。
助剂转矩流变仪、天平、量筒、烧杯等。
仪器与设备实验材料准备实验设备安装与调试设备安装按照说明书要求正确安装转矩流变仪，确保设备稳定可靠。
调试与校准对设备进行调试和校准，确保测量准确性和稳定性。
安全操作遵守设备操作规程，确保实验过程安全可靠。
03实验步骤与方法选择具有代表性的塑料样品，确保样品无杂质和缺陷。
样品选择将塑料样品进行干燥、清洁和预处理，以消除外部因素对实验结果的影响。
样品处理将干燥和清洁后的塑料样品切割成标准尺寸的试样，以便于后续的实验操作。
样品切割样品制备与处理检查塑化性能转矩流变仪的各项功能是否正常，确保仪器处于良好状态。
转矩流变仪的工作原理转矩流变仪是一种测试材料流变性能的仪器，主要用于测试各种材料的力学性能和变形特性，例如塑料、橡胶、涂料、纺织品等。
本文将对转矩流变仪的工作原理进行详细解析。
一、概述转矩流变仪测量的是所测试物质的流变性能。
所谓流变性能，指的是物质在受到外力（如剪切力、扭转力等）作用下的变形特性。
不同材料在受到不同外力时，其变形特性表现不同，因此需要使用不同的流变测试方法和仪器。
转矩流变仪主要通过旋转扭转试样来测量流变性能，同时可以测量材料的动态弹性模量、流体阻力力、压缩弹性模量等力学性能。
该仪器广泛应用于塑料、橡胶、涂料、纺织品等材料的研究和生产中，对提高产品的质量和性能至关重要。
二、结构和工作原理转矩流变仪的主要结构包括电机、传动装置、拉伸装置、刻度盘、显示和控制系统等。
下面将详细介绍其工作原理和各部分组成。
1、电机及传动装置转矩流变仪使用电机驱动扭矩盘旋转，使得试样受到扭矩作用，从而改变材料的形状。
电机的转速也是测试中的一个重要参数，可根据需要调节。
传动装置包括电机与扭矩盘之间的传动系统，主要由带动皮带、齿轮和轴承等组成。
这些部件既要保证工作顺畅，又要保证传动精度和稳定性，以减小误差。
2、拉伸装置拉伸装置是用来夹住样品并施加相应的载荷的。
其主要部分是夹具，可以根据需要更换不同类型的夹具。
夹具的设计要能够适应不同形状和尺寸的测试物质，并且能够确保试样与扭矩盘之间的离心力被最小化。
3、刻度盘刻度盘用于显示材料在受到外力作用时的变形情况。
它是用来记录扭矩盘的扭转角度，并输出其相关数据。
通常情况下，一次测试需要记录多个数据点，以便后续的数据处理和分析。
4、显示和控制系统转矩流变仪的显示和控制系统主要分为两个部分：数据采集系统和控制系统。
数据采集系统用来记录测试中产生的数据，并将其转换成所需要的形式，包括数字化和图形化输出。
控制系统则控制测试的过程，包括测试条件、采集方式、数据处理等。
三、应用范围1、塑料制品生产。
转矩流变仪的原理及应用1. 转矩流变仪的原理转矩流变仪是一种用于测量材料在转动中所产生的转矩变化的仪器。
其基本原理是利用一对对称固定的力制动装置，将被测物体制动，测量产生的制动力矩，从而推断出物体所受的转矩大小。
转矩流变仪的原理可以分为以下几个步骤：•力制动：转矩流变仪通过施加一对对称的制动力来制止被测物体的转动。
制动力的大小受到调节器的控制，可通过转动调节器来改变制动力大小。
•测量制动力矩：在物体被制动时，由于受到制动力的作用，物体会产生相应的制动力矩。
转矩流变仪会通过传感器来测量产生的制动力矩的大小。
•数据处理和显示：测得的制动力矩数据会被转矩流变仪进行处理，并通过显示屏或输出接口以数字或图形的形式展示出来。
2. 转矩流变仪的应用转矩流变仪的应用非常广泛，以下是一些常见的应用领域：2.1 汽车工业在汽车工业中，转矩流变仪被广泛应用于发动机、传动系统、转向系统等部件的测试与研发过程中。
通过测量转矩的变化，可以评估各部件的性能、效率以及耐久性等指标，从而对汽车的性能进行优化和改进。
2.2 航空航天工业在航空航天工业中，转矩流变仪可用于测试飞机发动机、涡轮机、涡轮增压器、液压泵、涡轮传感器等关键部件的性能和可靠性。
通过测量转矩的变化，可以评估部件的负载情况，预测寿命，并进行故障分析和故障诊断。
2.3 医疗器械领域在医疗器械领域，转矩流变仪被广泛用于测试和评估各种医疗器械的性能和质量。
例如，使用转矩流变仪来测量人工心脏、人工关节等医疗器械的转矩变化，以评估其操作稳定性和耐久性。
2.4 材料科学研究转矩流变仪在材料科学研究中也扮演着重要的角色。
通过测量材料在转动过程中的转矩变化，可以评估材料的流变性质，如粘弹性、塑性等特性。
这对于材料的研究和开发具有重要意义。
2.5 其他应用领域除了上述应用领域外，转矩流变仪还广泛应用于机械工程、电子工程、船舶工程、石油和化工工程等领域。
在这些领域中，转矩流变仪可以用于测试和评估各种设备、部件和产品的性能、质量和可靠性。
返回
转矩流变仪及其在塑料加工中的应用
赵洪王暄李迎崔思海陈亭
哈尔滨理工大学
1. 转矩流变仪的组成与特点
转矩流变仪是在Brabender塑化仪的基础上发展起来的一种综合性聚合物材料流变性能测试实验设备。
其突出特点是可以在接近于真实加工条件下，对材料的流变行为进行研究。
目前已经在塑料加工性能研究、配方设计，材料真实流变参数测量等方面获得了重要应用。
随着转矩流变仪应用的日益广泛，其组成和性能也在不断发展，呈现多功能、高性能、高精度、自动化等趋势。
转矩流变仪主要由测控主机和功能单元两大部分组成。
测控主机提供了转矩流变仪的基本工作环境，完成各种数据采集与记录，以及为各功能单元提供动力和控制。
功能单元是实现各种测量的功能部分，目前已广泛应用的有，双转子混炼器、单螺杆挤出机、平行双螺杆挤出机、锥型双螺杆挤出机、杂质测量仪、口模膨胀测量仪、各种挤出加工模具等。
各功能单元以积木形式与测控主机相连，并在相应软件的支持下，实现具体的实验、测量和分析功能。
下面详细描述各部分的结构和性能。
1.1 测控主机组成与性能
测控主机主要由计算机、数据测控系统、动力系统及转矩测量系统构成。
其组成框图如图1.1所示：
图1.1 测控主机原理图
其中计算机通过运行相应软件，完成各种操作和数据处理。
在计算机上运行的软件有两类，一类是测控软件，它提供了一个人机交互的接口，操作者可以在其提供的虚拟仪器界面上完成绝大多数的仪器操作，另外该软件还完成测量数据的显示和保存任务。
另一类是数据处理软件，它与各功能单元配合完成各种测量和分析。
测控主机和测控软件界面如图1.2和1.3所示。
图1.2 测控主机
图1.3 测控软件界面
数据测控系统是以单片微型计算机为核心的电子系统，完成温度、压力、转速、转矩等数据的采集以及实现电气、温度及转速控制。
动力系统为功能单元提供工作动力，由电动机和减速机组成。
转矩测量系统可以测量动力系统的输出转矩，并以此数据描述物料与各功能单元作用时的粘度变化，并进一步表征熔体的流变性。
测控主机为各功能单元提供了电气及机械接口，与各功能单元连接后，能够完成各种实验功能。
测控主机的基本性能如下：
动力输出功率：3kW 转矩测量精度：0.1%F·S
转速输出范围：2~150rpm(10~800rpm) 压力测量精度：0.5%F·S
转矩测量范围：0~200N·m 转速控制精度：0.3%F·S
压力测量范围：0.1~100MPa 温度控制精度：±1℃
温度控制回路：4路(可扩展) 电加热输出功率：2.2kW/路
1.2 动力及转矩测量
由于转矩流变仪可以通过动力系统的输出转矩表征塑合物熔体的流变性，因此动力系统以及输出转矩的测量是转矩流变仪的关键技术之一。
动力系统除了要满足规定的转速和转矩输出外，还需要满足转矩测量系统的要求。
转矩测量有两种方式，一是利用专用的转矩传感器测量，二是利用力矩平衡法测量。
第一种方式是将转矩传感器串联在动力系统与功能单元之间，由转矩传感器直接输出转矩信号。
这种测量方式的优点是对动力系统要求较低，采用一般的直流或交流电机就能满足要求，缺点是测量精度受转矩传感器限制，一般不超过0.5%F·S，另外转矩传感器是转动部件，需要维护。
第二种方法原理是，当系统转子旋转并输出一定转矩时，系统定子必定受到大小相等方向相反的反作用力矩，该力矩可通过测力传感器测量得到。
这种测量方法的优点是能够获得较高的测量精度，可达0.1%F·S，并且测量系统无可动部件，免维护、可靠性高。
缺点是需要高稳定的伺服动力系统，两种转矩测量方法以及相应动力系统综合性能的比较如表1.1所示：
表1.1 动力及转矩测量系统性能对比
1.3 功能单元及性能指标
功能单元主要有两类，一类是混炼器，一类是挤出机。
混炼器有50ml和300ml两种规格。
50ml混炼器主要完成物料的流变性测量与表征，300ml主要完成物料的混合与塑炼，可以作为配方研究的小型试验机。
另外还有与挤出机配合的各种模具，杂质测量仪，口模膨胀测量仪等。
各种挤出机不但可以模拟挤出加工、造粒等加工过程，从而评价物料的加工性能以及优化加工工艺参数，而且而可以通过圆形（或矩形）毛细管模具，测量不同剪切速率下，物料的真实粘度与剪切速率的关系，全面表征物料的流变性。
混炼器、挤出机及模具分别如图1.4、1.5、1.6、1.7所示。
各功能单元的主要性能指标如表1.2所示。
表1.2 功能单元的主要性能指标
2. 混炼器在塑料加工中的应用
利用混炼器可以有效地对热塑性及热固性材料的塑化和固化行为进行测量和表征。
下面介绍两种典型的应用。
2.1 在硬聚氯乙烯（U-PVC）干混料配方及工艺性能评定中的应用
在U-PVC干混料配方中，除PVC树脂外，为了获得合适的工作及加工性能，需要配合各种成分，这些成分对干混料熔体的流变性有不同的影响，从而显著地影响物料最终的加工性能。
在混炼器上测量干混料的流变曲线是了解配方中各组成成份对物料加工性能影响的有效方法。
典型的U-PVC流变曲线（力矩谱）以及物料状态与实际加工设备之间的关系如图2.1所示。
图2.1 U-PVC流变曲线及加工设备中的物料状态
图中第一个峰为加料峰，第二个峰为塑化峰，第三个峰为分解峰，分别表示物料的加入、塑化和分解。
加料峰到塑化峰之间的时间间隔为塑化时间，塑化峰到分解峰之间的时间间隔为热稳定时间。
在实际加工时，物料在螺杆塑化段内的停留时间应不小于塑化时间，保证物料的充分塑化，并且在热分解之前完成加工。
利用混炼器可以有效完成塑化曲线的测量，实验方法如下。
将混炼器加热到预定温度并充分稳定（例如185℃），称量一定量的被测物料，使其恰好能够充满混炼器腔体，启动混炼器，待转子转速稳定在
设定值后（例如35rpm），迅速加入物料并用注塞压实，加料过程中要保证物料无泄漏。
混炼器工作若干时间并记录实验曲线。
最终获得图2.2所示的流变曲线。
图2.2 U-PVC流变曲线
图中干混料被压入混炼室内，曲线出现了一个尖锐的装载峰A，A点的高低与转速大小和干混料的表观密度有关。
随料温升高逐渐接近混炼预设温度，树脂软化，空气被排除转矩减小到B点。
由于热和剪切作用，树脂颗粒破碎，颗粒内的物料从表面开始塑化，物料粘度逐渐增加，转矩迅速升高到C点，C点对应的峰为塑化峰。
随着塑化后物料内部残留空气排除，物料中各处温度趋于一体，熔体结构逐渐均匀，转矩逐渐降低达到相对稳定值的平衡转矩D点。
经过长时间混炼，PVC熔体中稳定剂逐渐丧失作用时，物料开始分解并交联，颜色由黄变褐，转矩从E点迅速增高。
获得U-PVC的流变曲线的原始实验曲线后，可以用相应的数据处理软件在曲线上获得实验的参数，并制作一份完整的实验报告。
实验报告的格式有“热融合实验”，“热稳定实验”，“曲线叠加实验”等，“热融合实验”如图2.3所示。
图2.3 U-PVC热融合实验报告
当U-PVC配方中某成份改变时，会使流变曲线发生变化。
一些成份（例如润滑剂）比例改变，即使仅使流变曲线发生轻微的变化，也会严重地影响物料在实际加工设备中的加工特性。
这就要求转矩流变仪具有良好的实验重复性和转矩测量精度，以便正确分辨配方中成份改变引起的流变曲线的细小变化。
同一物料流变曲线的重复性如图2.4所示。
