| 簡介： |
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何 紅
（北京化工大學,北京 100029 e-mail: [email protected]）
流變學數據在聚合物加工業中非常重要，因為它可用于確定加工條件下聚合物結構（比如，分子量、分子量分布、長鏈支化等）的變化，它可輔助評價材料的加工性，還可作為最終產品質量的指標。
流變測量儀器按它們與加工設備之間的關系分為離線（off-line）在線（on-line, in-line）三種形式。傳統流變測量采用離線測量，測量時間長，影響取樣的因素多，所以為克服上述問題，以及實現生產過程的監測、質量控制、自動過程控制或過程優化這些要求，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驗室的研究中采用，還沒有大量應用到工業生產的質量控制中，因此為適應人工智能制造等技術的發展，對擠出過程的在線流變測量技術的研究和開發非常需要。
一 在線流變儀的結構與測量
in-line型在線流變儀由于插在加工設備中，會影響總體壓力降，增加物料的停留時間，影響產量,on-line型在線流變儀相比較而言，對生產的影響較小，因此這種類型的流變儀的應用前景較好，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筒和流變儀相連，如示意圖。過渡體可以是旋轉結構，圖a；也可以是抽拉結構，圖b。當旋轉或抽拉結構中的開口部分與機筒連通時，開始測量的取樣，料流進入過渡體的儲料槽，儲滿料流后，流變儀開始測量由通過儲料槽下部毛細管或縫口處的壓力降、流量或扭矩的數據，然后由過渡體隔斷機筒中的料流，停止測量。從取樣到得到測量結果大約十幾秒，上述測量的物料被排出。上述測量設計也可以由二個熔體泵（輸入／輸出）構成回路，測量在二個熔體泵之間進行，使測量的料流返回加工設備中，有時為了解決取樣滯后的問題，還可加入第三個熔體泵，加速料流的循環。由于加長了料流流動長度，料流返回主流這種方式的測量時間為幾分鐘。
一般根據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與其機頭之間；測量反應擠出過程，一般需沿程測量。沿程測量，可用便攜式流變儀進行單點測量，也可使用滑軌進行滑動式測量。
二 測量原理
τw：毛細管壁面剪切應力；γw:壁面剪切速率；Rd：毛細管半徑；L：毛細管長度。
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; Q:流量；Ω：旋轉角速度。
為了減小測量誤差，對得到的剪切速率和壓力降還需進行Rabinowitsch和Baley修正。
三 應用
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分子結構信息。比如，對于樹脂生產者，通過在線監測MI值的變化，較容易將聚合物性能分級，這對于聚合物的使用者來講是非常需要的。可以在雙螺桿擠出機的嚙合塊、反向螺紋處在線監測過氧化物誘導PP降解的反應過程，檢驗反應動力學理論和研究螺桿幾何構型等對加工的影響1。還可將在線回路拓展，用光學纖維將聚合物熔體傳送的近紅外或紫外光源的合稱光進行光譜或相關分析，測量其化學形態等特點。
總之，在線流變檢測技術能盡快提供過程信息，以便采取相應的控制行為。這對于聚合物的制造者和加工者，尤其是反應擠出，聚合物混合，發泡等生產和研究尤為重要和需要。
參考文獻
1 J.A.Covas, J.M.Nobrega, J.M.Maia, Polymer Testing,2000,19(2):165-176. |
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