阅读说明：本技术 一种用于动态测试液体反应模塑成型收缩的装置与方法 (Device and method for dynamically testing liquid reaction molding shrinkage ) 是由 杨卫民 宋乐 谢鹏程 丁玉梅 于 2019-10-09 设计创作，主要内容包括：本发明提出一种用于动态测试液体反应模塑成型收缩的装置与方法,装置包括底座、测试腔固定座、测试腔、环形柱塞、四个气缸、进样柱塞、电动缸固定座、电动缸、联轴器、位移传感器、电加热器、进样阀和待测试样组成。通过上移圆柱形柱塞将试样吸入圆柱形空腔并进行初步的计量并预热到反应温度；把试样推动到圆柱形柱塞周围的环形空腔中,并推动环形柱塞向上运动,试样在测试温度下的精确体积可以由环形柱塞的位移准确测量,实时监测环形柱塞位移,即可求得试样的实时收缩率,试样体积的计量与测量是在加热至温度稳定后进行,避免了热膨胀对测试过程的干扰；柱形柱塞下压到底可以将进样管道与待测试样完全隔离,避免了管道内残存液体对测试的干扰。(The invention provides a device and a method for dynamically testing liquid reaction molding shrinkage. Sucking a sample into the cylindrical cavity by moving the cylindrical plunger upwards, performing primary metering and preheating to a reaction temperature; the sample is pushed into an annular cavity around the cylindrical plunger and the annular plunger is pushed to move upwards, the accurate volume of the sample at the test temperature can be accurately measured by the displacement of the annular plunger, the displacement of the annular plunger is monitored in real time, the real-time shrinkage rate of the sample can be obtained, the measurement and measurement of the volume of the sample are carried out after the sample is heated to the stable temperature, and the interference of thermal expansion to the test process is avoided; the cylindrical plunger is pressed to the bottom, so that the sample introduction pipeline can be completely isolated from a sample to be tested, and the interference of residual liquid in the pipeline to the test is avoided.)

一种用于动态测试液体反应模塑成型收缩的装置与方法

技术领域

本发明涉及一种用于动态测试液体反应模塑成型收缩的装置与方法，属 于测量测试领域。

背景技术

液体反应模塑成型主要是指将液态树脂原料注射入模具内，通过加热或 者将两种活性组分混合的方法，使液态树脂原料发生固化，并最终形成固态 制品的过程。这类反应的突出特点是成型过程中伴随着化学反应，会产生较 大的收缩，进而影响制品尺寸的精确性。因此，树脂在固化过程中动态收缩 曲线对具体工艺的制定具有重要的意义，有必要开发合适的设备对其进行测 试。

柱塞圆筒法是最常用的收缩测试方法，这个方法通过使用活塞和活塞筒 压紧试样，在固化过程中测量活塞的位移，即可得到试样的动态收缩曲线。 但是这一类方法存在着一些缺陷。首先，这个方法中液态树脂试样需要通过 相关管路吸入活塞筒中，管路中的树脂同样会发生收缩，这会对最终的测试 值产生干扰；其次，这类加工过程很多需要加热到一定反应温度，试样的热 膨胀与反应收缩最终都会反映在收缩曲线上，它们之间的互相干扰，使得在 实际操作中很难得到真实的反应收缩率；因此，需要一种测试设备与方法，将热膨胀与管道中额外树脂的干扰去除，以精确测定反应过程的收缩率。

发明内容

本发明提出一种用于动态测试液体反应模塑成型收缩的装置与方法，该 测试装置包括一个圆柱形测试腔以及与之相配合的环形柱塞和圆柱形柱塞， 通过上移圆柱形柱塞可以将试样吸入圆柱形空腔并进行初步的计量并预热到 反应温度；之后圆柱形柱塞向下压，把试样推动到圆柱形柱塞周围的环形空 腔中，并推动环形柱塞向上运动，试样在测试温度下的精确体积可以由环形 柱塞的位移准确测量，在固化过程中，实时监测环形柱塞的位移，即可求得 试样的实时收缩率，试样体积的计量与测量是在加热至温度稳定后进行，避 免了热膨胀对测试过程的干扰；柱形柱塞下压到底可以将进样管道与待测试 样完全隔离，避免了管道内残存液体对测试的干扰。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种用于动态测试液 体反应模塑成型收缩的装置，主要包括：底座、测试腔固定座、测试腔、环 形柱塞、四个气缸、进样柱塞、电动缸固定座、电动缸、联轴器、位移传感 器、电加热器、进样阀和待测试样组成。其中，底座是一个圆形厚实的刚性 平板，摆放在用于放置本仪器的表面上；测试腔固定座是一个轴线直立的金 属圆柱，圆柱下部有四个支腿，上表面中心有一个内螺纹盲孔，盲孔底面是平面，且中心有一个微小的通孔，测试腔固定座的四个支腿与底座焊接连接， 测试腔固定座与底座同轴；测试腔是一个内表面光滑的圆管，圆管下部有外 螺纹，测试腔通过此螺纹与测试腔固定座连接，并且螺纹使用密封胶充分密 封；环形柱塞是一个内外表面光滑的管，管垂直放置，上端连接有一个直径 较大的法兰，法兰沿着圆周有四个螺纹孔，管下端外表面与测试腔的内表面 精密配合，在保证密封的同时可以上下自由滑动；四个气缸是充气后可以提 供拉力或者压力的双作用气缸，它们沿着底座的圆周均匀分布且轴线垂直地 布置底座的上表面，缸体的底面与底座通过螺纹连接，四个气缸的气缸杆通 过气缸杆顶部的螺纹与环形柱塞的法兰上的螺纹孔连接；进样柱塞是一个外 表面光滑的圆柱，其下端外表面与环形柱塞的管的内表面精密配合，在保证 密封的同时可以上下自由滑动，进样柱塞上端有外螺纹；电动缸固定座是一 个较厚的刚性圆板，圆板中间有一个较大的孔，下表面沿圆周均匀分布着四 个支腿，电动缸固定座通过四个支腿焊接固定在底座上，并与底座同轴；电 动缸是一个可以精密控制位移的电动伺服推杆，通过缸体端部的螺栓同轴固 定在电动缸固定座上，并且电动缸的推杆朝下；联轴器是一个刚性的短管， 内孔有螺纹，联轴器把电动缸的推杆与进样柱塞通过螺纹连接起来；位移传 感器垂直固定在电动缸固定座上，测试探头可以探测环形柱塞相对于电动缸 固定座的相对位移；电加热器是一个能够精确控温的环形电热圈，包裹在测 试腔的外表面，进样阀是一个截止阀，通过焊接与测试腔固定座的通孔连接， 截止阀下端与输送待测液体的管道连接；待测液体是接受测试的树脂液体， 通过进样阀下方所连接的管道输入，在测试时，填充在测试腔固定座、测试 腔、环形柱塞和进样柱塞所构成的空腔中。

本发明提出一种用于动态测试液体反应模塑成型收缩的方法，在测试前， 四个气缸回缩使得环形柱塞向下运动至最底端，电动缸的推杆向下伸，使得 进样柱塞运动至最低点，进样阀关闭，进样阀下部管道里充入具有一定压力 的待测液体；测试的第一步骤是预计量，这一步骤中，进样阀打开，电动缸 的推杆通过伺服控制，向上移动一个位移L1，进而带动进样柱塞向上移动位 移L1，待测试样由于自身压力作用，进入柱塞上移形成的圆柱形空腔中，本 步骤应通过控制位移L1，初步控制接受测试的待测试样的体积，在该步骤中，四个气缸锁死或者输出足够大的拉力，使环形柱塞保持在最低位置；测试的 第二步骤是预热，这个步骤中，利用电加热器将待测试样加热到固化所需的 温度，这一步骤中可以通过控制加热速率使得待测试样的升温过程与生产条 件下注射机筒内一致以便更好反映真实生产过程；测试的第三步骤是计量， 这一步骤中，进样阀关闭，四个气缸通过控制气压，分别输出一个向下的力F， 环形柱塞即受到一个向下的总力F总＝4·F，同时电动缸的推杆推动进样柱塞 缓慢向下压，进样柱塞向下压会将下方的待测试样压入进样柱塞周围的环形空腔并将环形柱塞向上推动，最终，进样柱塞下压至最底端，所有待测试样 均压入进样柱塞周围的环形空腔中，环形柱塞向上的位移L2可以由位移传感 器准确测量，进而计算出试样加热后的总体积V总＝L2·S，其中S是环形截 面的截面积，这一步骤中，由于环形柱塞向下的压力恒定为F总，因此下方 试样的压强恒定为P＝F总/S，其中S是环形截面的截面积，这一步骤中可以 通过控制环形柱塞向下的压力F总，使试样的压强P等于真实生产过程中充 模过程的压强，通过控制进样柱塞向下压的速度以控制待测液体流动时的剪 切速率等于液体反应模塑成型充模过程中的剪切速率，以便更好反映真实生 产过程；测试的第四步骤是测试，环形柱塞向下的压力保持为F总，下方试 样的压强即恒定为P＝F总/S，此时实时采集位移传感器数据，这时由于待测 试样在测试温度下发生固化反应，体积发生收缩，体积收缩的大小δV，可以 通过测量环形柱塞向下的位移δL求出，进而求出固化收缩率:δV/V总，通过 位移传感器实时动态的数据采集，待测试样的收缩率对于时间的函数曲线便 可以获得，这一步骤中，进样柱塞位于最低点，将进样阀以及相关试样输送 管道与待测的环形试样完全隔离，避免了管道内部残存液体对测试的干扰。

本发明提出一种用于动态测试液体反应模塑成型收缩的装置，其电动缸 的推杆下端可以焊接一个法兰盘；伺服电机是转速可控制的电机，电机本体 使用螺栓固定在法兰盘上，伺服电机的轴朝下；伺服电机的轴下端有螺纹， 与进样柱塞上端通过联轴器的螺纹连接。

本发明提出一种用于动态测试液体反应模塑成型收缩的方法，在测试过 程中，伺服电机旋转，带动进样柱塞旋转，使待测试样的内外壁有一个相对 转动，可以通过控制相对转动的时间和速度，控制试样固化过程中分子链的 剪切取向，进而研究受剪切对试样收缩性能的作用规律。

本发明一种用于动态测试液体反应模塑成型收缩的装置与方法具有如下 优点：

1.本发明包括两步计量步骤，首先通过预计量量取适合测试的样品量， 精确计量步骤在试样加热到反应温度后进行，这时试样已经充分热膨胀且温 度达到稳定状态，这样测试可以准确计量试样加热后的体积，且在动态采集 收缩变形的过程中完全消除热膨胀因素带来的误差。

2.本发明在动态采集收缩变形的过程中，进样柱塞压至最低位置，完全 压住用于输入试样的管路，可以避免在测试过程中，管路中残存的树脂液体 发生固化收缩对测试结果造成干扰。

3.本发明可以通过在试样内部与外部施加相对旋转，在试样固化过程中 给试样施加剪切作用，由于在剪切条件下，分子取向性增加，因此结晶度增 高，收缩变大。本发明具备研究试样收缩受剪切影响的能力。

附图说明

图1是本发明一种用于动态测试液体反应模塑成型收缩的装置示意图；

图2是本发明一种用于动态测试液体反应模塑成型收缩的装置主视图， 其中测试腔局部剖开(测试前状态)；

图3是本发明一种用于动态测试液体反应模塑成型收缩的装置主视图， 其中测试腔局部剖开(预计量及加热状态)；

图4是本发明一种用于动态测试液体反应模塑成型收缩的装置主视图， 其中测试腔局部剖开(计量状态)；

图5是本发明一种用于动态测试液体反应模塑成型收缩的装置主视图， 其中测试腔局部剖开(计量完毕及测试状态)；

图6是本发明一种用于动态测试液体反应模塑成型收缩的装置主视图， 其中电动缸的推杆下端焊接一个法兰盘，电机本体与法兰盘固定。

图中：1-底座、2-测试腔固定座、3-测试腔、4-环形柱塞、5-气缸、9-进 样柱塞、10-电动缸固定座、11-电动缸、12-联轴器、13-位移传感器、14-电加 热器、15-进样阀、16-待测试样、17-法兰盘、18-伺服电机、L1-预计量步骤中 进样柱塞向上移动的位移、L2-计量完毕后环形柱塞向上移动的位移、δL-试样 收缩导致环形柱塞产生的位移。

具体实施方式

本发明提出一种用于动态测试液体反应模塑成型收缩的装置，如图1、图 2、图3、图4、图5所示，该模块主要包括：底座1、测试腔固定座2、测试 腔3、环形柱塞4、气缸5、进样柱塞9、电动缸固定座10、电动缸11、联轴 器12、位移传感器13、电加热器14、进样阀15和待测试样16组成。其中， 底座1是一个圆形厚实的刚性平板，摆放在用于放置本仪器的表面上；测试 腔固定座2是一个轴线直立的金属圆柱，圆柱下部有四个支腿，上表面中心 有一个内螺纹盲孔，盲孔底面是平面，且中心有一个微小的通孔，测试腔固 定座2的四个支腿与底座1焊接连接，测试腔固定座2与底座1同轴；测试 腔3是一个内表面光滑的圆管，圆管下部有外螺纹，测试腔3通过此螺纹与 测试腔固定座2连接，并且螺纹使用密封胶充分密封；环形柱塞4是一个内 外表面光滑的管，管垂直放置，上端连接有一个直径较大的法兰，法兰沿着 圆周有四个螺纹孔，管下端外表面与测试腔3的内表面精密配合，在保证密 封的同时可以上下自由滑动；四个气缸5是四个充气后可以提供拉力或者压 力的双作用气缸，气缸5沿着圆周均匀且轴线垂直地布置底座1的上表面， 缸体的底面与底座1通过螺纹连接，气缸5的气缸杆通过气缸杆顶部的螺纹 与环形柱塞4的法兰上的螺纹孔连接；进样柱塞9是一个外表面光滑的圆柱， 其下端外表面与环形柱塞4管的内表面精密配合，在保证密封的同时可以上 下自由滑动，进样柱塞9上端有外螺纹；电动缸固定座10是一个较厚的刚性 圆板，圆板中间有一个较大的孔，下表面沿圆周均匀分布着四个支腿，电动 缸固定座10通过四个支腿焊接固定在底座1上，并与底座同轴；电动缸11 是一个可以精密控制位移的电动伺服推杆，通过缸体端部的螺栓同轴固定在 电动缸固定座10上，并且电动缸的推杆朝下；联轴器12是一个刚性的短管， 内孔有螺纹，联轴器12把电动缸11的推杆与进样柱塞9通过螺纹连接起来； 位移传感器13垂直固定在电动缸固定座10上，测试探头可以探测环形柱塞4 相对于电动缸固定座10的相对位移；电加热器14是一个能够精确控温的环 形电热圈，包裹在测试腔3的外表面，进样阀15是一个截止阀，通过焊接与 测试腔固定座2的通孔连接，截止阀下端与输送待测液体的管道连接；待测 液体16是接受测试的树脂液体，通过进样阀15下方所连接的管道输入，在 测试时，填充在测试腔固定座2、测试腔3、环形柱塞4和进样柱塞9所构成 的空腔中。

本发明提出一种用于动态测试液体反应模塑成型收缩的方法，在测试前， 如图2所示，气缸5回缩使得环形柱塞4向下运动至最底端，电动缸11的推 杆向下伸，使得进样柱塞9运动至最低点，进样阀15关闭，进样阀15下部 管道里充入具有一定压力的待测液体；测试的第一步骤是预计量，如图3所 示，这一步骤中，进样阀15打开，电动缸11的推杆通过伺服控制，向上移 动一个位移L1，进而带动进样柱塞9向上移动位移L1，待测试样16由于自身压力作用，进入柱塞9上移形成的圆柱形空腔中，本步骤应通过控制位移 L1，初步控制接受测试的待测试样16的体积，在该步骤中，气缸5锁死或者 输出足够大的拉力，使环形柱塞4保持在最低位置；测试的第二步骤是预热， 这个步骤中，利用电加热器14将待测试样16缓慢加热到固化所需的温度， 这一步骤中可以通过控制加热速率使得待测试样16的升温过程与生产条件下 注射机筒内一致以便更好反映真实生产过程；测试的第三步骤是计量，如图4 所示，这一步骤中，进样阀15关闭，气缸5通过控制气压，分别输出一个向 下的力F，环形柱塞4即受到一个向下的总力F总＝4·F，同时电动缸11的推 杆推动进样柱塞9缓慢向下压，进样柱塞9向下压会将下方的待测试样16压 入进样柱塞9周围的环形空腔并将环形柱塞4向上推动，最终，如图5所示， 进样柱塞9下压至最底端，所有待测试样16均压入进样柱塞9周围的环形空 腔中，环形柱塞4向上的位移L2可以由位移传感器13准确测量，进而计算出试样加热后的总体积V总＝L2·S，其中S是环形截面的截面积，这一步骤 中，由于环形柱塞4向下的压力恒定为F总，因此下方试样的压强恒定为P＝F 总/S，其中S是环形截面的截面积，这一步骤中可以通过控制环形柱塞4向下 的压力F总，使试样的压强P等于真实生产过程中充模过程的压强，通过控 制进样柱塞9向下压的速度以控制待测液体16流动时的剪切速率等于液体反 应模塑成型充模过程中的剪切速率，以便更好反映真实生产过程；测试的第 四步骤是测试，如图5所示，环形柱塞4向下的压力保持为F总，下方试样 的压强即恒定为P＝F总/S，此时实时采集位移传感器数据，这时由于待测试 样16在测试温度下发生固化反应，体积发生收缩，体积收缩的大小δV，可 以通过测量环形柱塞4向下的位移δL求出，进而求出固化收缩率:δV/V总， 通过位移传感器实时动态的数据采集，待测试样16收缩率对于时间的函数曲 线便可以获得，这一步骤中，进样柱塞9位于最低点，将进样阀15以及相关 试样输送管道与待测的环形试样16完全隔离，避免了管道内部残存液体对测 试的干扰。

本发明提出一种用于动态测试液体反应模塑成型收缩的装置，如图6所 示，其电动缸11的推杆下端可以焊接一个法兰盘17；伺服电机18是转速可 控制的电机，电机本体使用螺栓固定在法兰盘17上，伺服电机18的轴朝下； 伺服电机18的轴下端有螺纹，与进样柱塞9上端通过联轴器12的螺纹连接。

本发明提出一种用于动态测试液体反应模塑成型收缩的方法，如图6所 示，在测试过程中，伺服电机18旋转，带动进样柱塞9旋转，使待测试样16 的内外壁有一个相对转动，可以通过控制相对转动的时间和速度，控制试样 固化过程中分子链的剪切取向，进而研究受剪切对试样收缩性能的作用规律。