熔體流動速率儀接樣裝置的設計及優化

趙桂英，王忠光，王再學，楊昭

（徐州工業職業技術學院，江蘇 徐州 221140）

熔體流動速率儀接樣裝置的設計及優化

趙桂英，王忠光，王再學，楊昭

（徐州工業職業技術學院，江蘇 徐州 221140）

通過對塑料熔體流動速率儀接樣裝置的設計及優化，包括對接盒、觀察鏡、活動門及卡槽的設計及優化，解決了在實驗室對熱塑性塑料熔體流動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動軌跡，同時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，易于試驗后儀器清理，活動門便于樣條的移出、質量檢查及后續的稱量操作，該裝置有利于試驗溫度的穩定，避免試驗環境對測試結果的影響。

熔體流動速率；接樣裝置；樣條；設計及優化

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

1 熔體流動速率測試儀器

2000年10月27日我國國家質量技術監督局修訂并發布實施了《熱塑性塑料熔體質量流動速率和熔體體積流動速率的測定》標準，熔體流動速率試驗儀均依據該標準進行設計，熔體流動速率試驗也是依據該標準進行試驗[2]。

熔體流動速率儀是一種毛細管流變儀，實際上是一種塑料擠出計，它是在規定溫度條件下，用高溫加熱爐使被測物達到熔融狀態，這種熔融狀態被測物在規定的砝碼的負荷重力下，通過一定內徑的小孔（即口模）進行擠出試驗，并以一定的時間間隔切割樣條，通常切割3~5個樣條，確保至少有3個樣條無氣泡，然后用分析天平逐一稱量樣條，計算它們的平均質量，最后通過公式計算出熱塑性塑料的熔體質量流動速率。

熔體流動速率儀一般由主機(擠出系統)、溫度測量與控制系統組成，作為精密的檢測設備，對于主機擠出部分有很嚴格的機械要求，由于熔體流動速率和溫度有很密切的關系, 溫度測控部分的穩定性和準確性也都應該有嚴格的要求[3]；近年來熔體流動速率試驗方法和試驗儀器得到較大的發展和進步，例如由微機自動控制切樣時間間隔，將手動切割操作升級為自動割刀操作，設備設置有自動測量模式，減少人為因素對測試結果的影響；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，通過以上改進措施有效控制減少測量誤差，增加測試結果的準確性[4]。

2 現有稱量裝置的不足

盡管熔體流動速率儀有了較大的改進，但其接樣裝置一直未變，現有的接樣裝置為一個平底托盤，實驗時將其放置于熔體流動速率儀底座上，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，運動軌跡不確定，只有少數能落到儀器底部的托盤中，而絕大多數會黏附于儀器壁等其他部位，無法保證樣條的純度，影響測試結果。

（2）由于試驗在高溫下進行，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）實驗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，不僅不利于試驗觀察，同時還為試驗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環境相通，容易使試驗溫度出現波動，導致測試結果產生誤差。

3 接樣裝置的設計

根據現有技術存在的不足，經過調研分析，主要圍繞接樣裝置的外形、與爐體的固定與拆卸方式，試驗過程的觀察、取樣等方面，從接盒、觀察鏡、活動門、卡槽等部件進行了綜合設計，該接樣裝置的使用在口模的四周形成較封閉式的試驗環境，有利于試驗溫度的穩定性，同時能全方位的承接擠出樣條，防止樣條污染，影響測試結果；還能有效阻止高溫樣條接觸操作者，便于觀察整個試驗過程和后續的儀器清理。結合下圖1 所示，對該裝置具體總結闡述如下：

3.1 接盒的設計［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，為此設計了一個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驗環境，能較好的減少環境因素對溫度的影響。接盒采用輕質透明塑料、橡膠或有機玻璃，便于操作者觀察樣條的飛落情況及位置，接盒內外表面光滑，不易粘附物料，方便清理衛生。

3.2 觀察鏡的設計

熱塑性塑料受熱后熔體在負荷的作用下，通過料筒底部的口模逐漸向下擠出，剛剛擠出時，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，部分樣條切割后會黏附在口模附近的壁體上，如不及時清理會影響后續樣條的擠出、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，內高外低，便于操作者觀察，并及時將黏附的樣條清理掉，觀察鏡與接盒底部可黏結成一體，也可通過在底部安裝一個支架，用于調整鏡子的傾斜度，便于不同操作者使用。

3.3 活動門的設計

樣條在擠出過程中按照設定的時間間隔進行切割，至少切割5個樣條，確保有3個以上樣條內部無氣泡，在樣條質量檢查或取樣稱量時，需用鑷子將樣條夾住移出接盒，為此，在接盒的右側設置一個圓弧形活動門，可開關，活動門外側有一個把手，便于操作。

3.4 卡槽的設計

接盒在使用時需經常的安裝和拆卸，接盒與爐體的固定應盡量簡便，為此在接盒的上端兩側各設置了一個L型卡槽，通過爐體兩側的螺釘卡入卡槽，然后向左旋轉接盒，使螺釘卡入卡槽右側，達到固定的目的，或向右旋轉接盒，同時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，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，然后向左旋轉接盒，使螺釘卡入L型卡槽的右側，并與爐體固定成一體，關上活動門（如果是手動切割，則在活動門上部對準切割旋鈕的部位開設缺口，便于手動切割），準備工作完成后，啟動控制面板上的切割按鈕，按照一定的時間間隔進行樣條的切割，切下的樣條會落在接盒中的某一位置；切割規定數量的樣條后，停止切割，打開接盒右側的活動門，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上，進行樣條質量的稱量，分別記錄每個樣條的質量，取其平均值，然后按照計算公式得出熱塑性塑料的熔體質量流動速率，試驗完畢可關上活動門，起到模口部位防止灰塵的作用，也可右旋接盒，向下與熔爐分開，取下接盒，進行適當的清理和備用。

5 效果

經過對塑料熔體流動速率儀接樣裝置進行設計和優化，達到了以下效果[6]：

（1）切割后的樣條無論運動軌跡如何，絕大多數樣條都會落到接樣裝置中（接盒底部，或接盒四周壁體上），不會沾上雜質，影響稱量結果的準確性。

（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，同時便于實驗后的儀器清理。

（4）由于該接樣裝置安裝后在口模四周形成較封閉的試驗環境，對試驗溫度起到了穩定作用，確保了測試結果的準確性。

6 結語

通過對塑料熔體流動速率儀接樣裝置的設計和優化，可全方位地承接熔體流動速率樣條，防止樣條污染；還可近距離觀察整個實驗過程，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，便于試驗后的儀器清理，打開活動門可取出樣條進行檢查和稱量，操作便捷；該接樣裝置在口模的四周形成較封閉的試驗環境，有利于提高測試溫度的穩定性和測試結果的準確性，實現了多功能化。

[1］ 譚壽再.塑料測試技術[M]. 中國輕工業出版社，2011,04.

[2] GB/T3682—2000《熱塑性塑料溶體質量流動速率和熔體體積流動速率的測定》[S]. 北京：中國標準出版社，2001：01~12.

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

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

[5] 趙桂英.一種實驗室用橡膠小料的稱量裝置.中國，ZL201520014442.1[P]. 2015，01.12.

[6] 趙桂英.一種熔體流動速率儀 . 中國，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，學士，副教授，研究方向為橡膠、塑料及復合材料等。

2015-05-21