熔体流动速率仪接样装置的设计及优化

赵桂英，王忠光，王再学，杨昭

（徐州工业职业技术学院，江苏 徐州 221140）

熔体流动速率仪接样装置的设计及优化

赵桂英，王忠光，王再学，杨昭

（徐州工业职业技术学院，江苏 徐州 221140）

通过对塑料熔体流动速率仪接样装置的设计及优化，包括对接盒、观察镜、活动门及卡槽的设计及优化，解决了在实验室对热塑性塑料熔体流动速率仪挤出样条的承接，防止样条污染，便于近距离地观察样条切割后的运动轨迹，同时有效避免高温样条接触和烫伤操作者的脸部或身体；观察镜有利于观察样条从炉体底部口模中挤出、飞落及黏附情况，易于试验后仪器清理，活动门便于样条的移出、质量检查及后续的称量操作，该装置有利于试验温度的稳定，避免试验环境对测试结果的影响。

熔体流动速率；接样装置；样条；设计及优化

塑料熔体流动速率指热塑性塑料在一定的温度和压力下，熔体每10 min通过标准口模的质量或体积。前者称为熔体质量流动速率（MFR，单位g/10 min），又称熔融指数（MI）。后者称为熔体体积流动速率（MVR，单位cm3/10 min）。塑料熔体流动速率不是聚合物的基本性质，它只表征聚合物熔体流动的性能，通过对它的测量，可以了解聚合物分子量及其分布，交联程度，加工性能等等，作为热塑性塑料质量监控和热塑性塑料成型工艺条件参数选择的依据。一般来说，熔体流动速率大，则表示流动性好，成型时可选择较低的压力和温度；相反，熔体流动速率小则流动性相对较差，成型时应选择较高的压力和温度，以使塑料熔体能够顺利地流动和成型，因此准确测定热塑性塑料的熔体流动速率非常重要[1]。

1 熔体流动速率测试仪器

2000年10月27日我国国家质量技术监督局修订并发布实施了《热塑性塑料熔体质量流动速率和熔体体积流动速率的测定》标准，熔体流动速率试验仪均依据该标准进行设计，熔体流动速率试验也是依据该标准进行试验[2]。

熔体流动速率仪是一种毛细管流变仪，实际上是一种塑料挤出计，它是在规定温度条件下，用高温加热炉使被测物达到熔融状态，这种熔融状态被测物在规定的砝码的负荷重力下，通过一定内径的小孔（即口模）进行挤出试验，并以一定的时间间隔切割样条，通常切割3~5个样条，确保至少有3个样条无气泡，然后用分析天平逐一称量样条，计算它们的平均质量，最后通过公式计算出热塑性塑料的熔体质量流动速率。

熔体流动速率仪一般由主机(挤出系统)、温度测量与控制系统组成，作为精密的检测设备，对于主机挤出部分有很严格的机械要求，由于熔体流动速率和温度有很密切的关系, 温度测控部分的稳定性和准确性也都应该有严格的要求[3]；近年来熔体流动速率试验方法和试验仪器得到较大的发展和进步，例如由微机自动控制切样时间间隔，将手动切割操作升级为自动割刀操作，设备设置有自动测量模式，减少人为因素对测试结果的影响；另外为克服炉体底部散热的问题，加大下端加热器的功率，并且将整套装置包含在加热器内部，口模处于下加热器的中间部位，有力的保障了口模位置的温度，加长顶端的加热器，保证距离口模上端40 mm以上温度均匀性，通过以上改进措施有效控制减少测量误差，增加测试结果的准确性[4]。

2 现有称量装置的不足

尽管熔体流动速率仪有了较大的改进，但其接样装置一直未变，现有的接样装置为一个平底托盘，实验时将其放置于熔体流动速率仪底座上，用于承接挤出样条；由于托盘距离口模有一定的距离，因此在使用过程中存在以下问题：

（1）样条在切割的过程中，运动轨迹不确定，只有少数能落到仪器底部的托盘中，而绝大多数会黏附于仪器壁等其他部位，无法保证样条的纯度，影响测试结果。

（2）由于试验在高温下进行，切割掉的样条飞落过程中容易接触操作者的脸部或身体，造成烫伤和不适。

（3）实验过程中必须俯身仰视才能看到样条从炉体底部口模中挤出情况，不仅不利于试验观察，同时还为试验后的仪器清理带来困难。

（4）由于炉体底部的口模与外界试验环境相通，容易使试验温度出现波动，导致测试结果产生误差。

3 接样装置的设计

根据现有技术存在的不足，经过调研分析，主要围绕接样装置的外形、与炉体的固定与拆卸方式，试验过程的观察、取样等方面，从接盒、观察镜、活动门、卡槽等部件进行了综合设计，该接样装置的使用在口模的四周形成较封闭式的试验环境，有利于试验温度的稳定性，同时能全方位的承接挤出样条，防止样条污染，影响测试结果；还能有效阻止高温样条接触操作者，便于观察整个试验过程和后续的仪器清理。结合下图1 所示，对该装置具体总结阐述如下：

3.1 接盒的设计［5］

考虑到切割后的样条容易飞溅到不同的地方，造成样条污染或烫伤操作者，为此设计了一个上端开口的圆柱体容器，开口端外径尺寸稍大于炉体直径，确保炉体底部完全处于接盒之中，一方面使切割下来的样条落入接盒底部，或接盒壁体上，另一方面在口模附近形成较封闭的实验环境，能较好的减少环境因素对温度的影响。接盒采用轻质透明塑料、橡胶或有机玻璃，便于操作者观察样条的飞落情况及位置，接盒内外表面光滑，不易粘附物料，方便清理卫生。

3.2 观察镜的设计

热塑性塑料受热后熔体在负荷的作用下，通过料筒底部的口模逐渐向下挤出，刚刚挤出时，操作者不容易观察到，只能低头仰视口模才能看到挤出情况；另外样条切割时，部分样条切割后会黏附在口模附近的壁体上，如不及时清理会影响后续样条的挤出、切割以及样条称量的精度，为此在接盒的底部安装一面观察镜，观察镜与接盒底面成一定的倾斜角，内高外低，便于操作者观察，并及时将黏附的样条清理掉，观察镜与接盒底部可黏结成一体，也可通过在底部安装一个支架，用于调整镜子的倾斜度，便于不同操作者使用。

3.3 活动门的设计

样条在挤出过程中按照设定的时间间隔进行切割，至少切割5个样条，确保有3个以上样条内部无气泡，在样条质量检查或取样称量时，需用镊子将样条夹住移出接盒，为此，在接盒的右侧设置一个圆弧形活动门，可开关，活动门外侧有一个把手，便于操作。

3.4 卡槽的设计

接盒在使用时需经常的安装和拆卸，接盒与炉体的固定应尽量简便，为此在接盒的上端两侧各设置了一个L型卡槽，通过炉体两侧的螺钉卡入卡槽，然后向左旋转接盒，使螺钉卡入卡槽右侧，达到固定的目的，或向右旋转接盒，同时向下使接盒和炉体分开。

图1 接样装置剖视图

4 接样装置的使用方法

使用时，可将接盒从炉体底部向上安装，使熔炉左右的螺钉直入卡槽的底部，然后向左旋转接盒，使螺钉卡入L型卡槽的右侧，并与炉体固定成一体，关上活动门（如果是手动切割，则在活动门上部对准切割旋钮的部位开设缺口，便于手动切割），准备工作完成后，启动控制面板上的切割按钮，按照一定的时间间隔进行样条的切割，切下的样条会落在接盒中的某一位置；切割规定数量的样条后，停止切割，打开接盒右侧的活动门，用镊子轻轻地夹持样条并将其从接盒中移出，用肉眼观察样条有无气泡，如果样条内部含有气泡，将其舍弃，将没有气泡符合要求的样条置于电子天平的称量台上，进行样条质量的称量，分别记录每个样条的质量，取其平均值，然后按照计算公式得出热塑性塑料的熔体质量流动速率，试验完毕可关上活动门，起到模口部位防止灰尘的作用，也可右旋接盒，向下与熔炉分开，取下接盒，进行适当的清理和备用。

5 效果

经过对塑料熔体流动速率仪接样装置进行设计和优化，达到了以下效果[6]：

（1）切割后的样条无论运动轨迹如何，绝大多数样条都会落到接样装置中（接盒底部，或接盒四周壁体上），不会沾上杂质，影响称量结果的准确性。

（2）该装置能有效防止高温样条接触操作者的脸部或身体，避免烫伤的可能性。

（3）操作者可轻松观察样条从炉体底部口模中挤出、飞落及粘附情况，同时便于实验后的仪器清理。

（4）由于该接样装置安装后在口模四周形成较封闭的试验环境，对试验温度起到了稳定作用，确保了测试结果的准确性。

6 结语

通过对塑料熔体流动速率仪接样装置的设计和优化，可全方位地承接熔体流动速率样条，防止样条污染；还可近距离观察整个实验过程，有效防止高温样条接触操作者的脸部或身体；通过接盒底部的观察镜可以看到样条从熔炉底部口模中挤出情况，便于试验后的仪器清理，打开活动门可取出样条进行检查和称量，操作便捷；该接样装置在口模的四周形成较封闭的试验环境，有利于提高测试温度的稳定性和测试结果的准确性，实现了多功能化。

[1］ 谭寿再.塑料测试技术[M]. 中国轻工业出版社，2011,04.

[2] GB/T3682—2000《热塑性塑料溶体质量流动速率和熔体体积流动速率的测定》[S]. 北京：中国标准出版社，2001：01~12.

[3] 张耀光，许晓晶，太玉兴.熔体流动速率仪的发展与应用[J].工程塑料应用，2007，35（5）：67~68.

[4] 丁雪佳，余鼎声，张琦，陈静波，张世勋，徐日炜. 熔体流动速率与温度关系的初步探讨[J]. 高分子材料科学与工程，2003，19（5）157~159.

[5] 赵桂英.一种实验室用橡胶小料的称量装置.中国，ZL201520014442.1[P]. 2015，01.12.

[6] 赵桂英.一种熔体流动速率仪 . 中国，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

赵桂英（1969-），女，学士，副教授，研究方向为橡胶、塑料及复合材料等。

2015-05-21