一種溫控高速大應(yīng)變薄膜雙向拉伸裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種溫控高速大應(yīng)變薄膜雙向拉伸裝置，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)四根“井”字型導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，通過(guò)剪叉式機(jī)構(gòu)對(duì)薄膜樣品實(shí)施拉伸。高壓氣動(dòng)夾具完成樣品快速裝夾并能夠?qū)崿F(xiàn)壓力補(bǔ)償。兩個(gè)獨(dú)立的溫度控制爐分別用于裝置的預(yù)熱及樣品的拉伸。采用熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)既能實(shí)現(xiàn)控制爐的快速升溫，又能保證腔體溫度均勻性。兩個(gè)拉伸方向均安裝拉力傳感器，用于采集薄膜拉伸過(guò)程中的應(yīng)力-應(yīng)變信息。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠使得拉伸部分在不同工位間切換。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)雙向同步拉伸、雙向異步拉伸、受限單向拉伸、不受限單向拉伸，是模擬工業(yè)薄膜拉伸加工、建立加工工藝參數(shù)與薄膜結(jié)構(gòu)性能關(guān)系的一種非常好的裝置。
【專利說(shuō)明】一種溫控高速大應(yīng)變薄膜雙向拉伸裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及高分子薄膜拉伸加工中加工條件與薄膜結(jié)構(gòu)演化關(guān)系的技術(shù)，具體涉及一種溫控高速大應(yīng)變薄膜雙向拉伸裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]高分子薄膜的最終性能強(qiáng)烈依賴于加工方法和工藝條件。相同高分子，不同加工方法如吹膜、流延、拉伸，生產(chǎn)出性能迥異的薄膜。拉伸薄膜如雙向拉伸聚丙烯(BOPP)和聚酯(BOPET)具有強(qiáng)度高、透光性強(qiáng)、空氣和水分阻隔性好、尺寸穩(wěn)定性優(yōu)異等特點(diǎn)，因此拉伸成為高性能薄膜加工的主流發(fā)展方向。然而薄膜拉伸加工工業(yè)仍然存在較大問(wèn)題，如作為高分子薄膜最重要、所占份額最多的原料聚乙烯(PE)，全球至今卻還沒(méi)有成熟的雙向拉伸技術(shù)(BOPE)。在能源材料領(lǐng)域，如何提高電容器薄膜表面電荷密度、如何制備高效安全的微孔電池膜等都是工業(yè)界急需解決的問(wèn)題。
[0003]工業(yè)問(wèn)題的背后實(shí)際是薄膜拉伸加工的科學(xué)問(wèn)題，可以總結(jié)為以下三點(diǎn):(i)高速拉伸中結(jié)構(gòu)流體的非線性流變；(ii)拉伸流動(dòng)誘導(dǎo)高分子構(gòu)象有序和結(jié)晶；(iii)后拉伸中晶體形變、取向和破壞。解決這些問(wèn)題需要大量的前期探索，顯然，研制模擬工業(yè)薄膜拉伸加工的實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)探究高分子薄膜拉伸加工中的物理問(wèn)題，制備高性能薄膜具有重要意義。
[0004]綜上所述，模擬薄膜工業(yè)拉伸加工的溫控高速大應(yīng)變薄膜雙向拉伸裝置需要具有以下幾方面的特點(diǎn):1、拉伸方式可以模擬工業(yè)上所有薄膜拉伸加工方法:單向受限、單向不受限、雙向同步、雙向異步拉伸；2、溫度控制均勻，且能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)熱、拉伸和薄膜退火過(guò)程；3、不同的高分子材料，工業(yè)加工的溫度、速率及拉伸比不同，裝置的溫度、拉伸比及拉伸速率應(yīng)連續(xù)可調(diào)；4、拉伸過(guò)程中能夠采集兩個(gè)方向的應(yīng)力應(yīng)變信息，跟蹤外場(chǎng)的作用及樣品的響應(yīng)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的在于，提供一種溫控高速大應(yīng)變薄膜雙向拉伸裝置。該拉伸裝置具有拉伸方式可以選擇為工業(yè)上所有薄膜拉伸方式；拉伸速率及拉伸比連續(xù)可調(diào)；樣品溫度控制精確且能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)熱、拉伸和熱定型過(guò)程；拉力量程范圍大，雙向拉伸時(shí)可以同時(shí)采集兩個(gè)方向的應(yīng)力應(yīng)變信息。
[0006]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:一種溫控高速大應(yīng)變薄膜雙向拉伸裝置，包括高精度伺服電機(jī)，“井”字形導(dǎo)軌，剪叉式機(jī)構(gòu)，高壓氣動(dòng)夾具，拉力傳感器，預(yù)熱爐，拉伸爐，高精度滾珠絲杠，“風(fēng)琴式”防護(hù)罩，應(yīng)變、拉伸速度控制系統(tǒng)，以及熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，其中:高精度伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)“井”字形導(dǎo)軌獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，使得剪叉式機(jī)構(gòu)完成伸縮運(yùn)動(dòng)，剪叉式機(jī)構(gòu)通過(guò)多個(gè)高壓氣動(dòng)夾具，實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜樣品的拉伸，拉伸過(guò)程中，拉力傳感器跟蹤兩個(gè)方向拉力變化，應(yīng)變、拉伸速度控制系統(tǒng)對(duì)伺服電機(jī)的控制和拉力傳感器信號(hào)采集進(jìn)行集成，能夠進(jìn)行同步控制與數(shù)據(jù)采集，拉力傳感器的拉力數(shù)據(jù)采集使用美國(guó)國(guó)家儀器公司生產(chǎn)的N1-USB6008數(shù)據(jù)采集卡，高精度滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)該拉伸裝置的拉伸部分在預(yù)熱爐和拉伸爐間轉(zhuǎn)換，“風(fēng)琴式”防護(hù)罩用于爐體側(cè)面密封，既起到密封加熱腔體作用，又不占據(jù)空間，應(yīng)變、拉伸速度控制系統(tǒng)連接高精度伺服電機(jī)和拉力傳感器，高精度伺服電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接“井”字形導(dǎo)軌，剪叉式機(jī)構(gòu)，高壓氣動(dòng)夾具，熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)與預(yù)熱爐，拉伸爐連接并獨(dú)立控制其溫度。
[0007]進(jìn)一步的，高精度伺服電機(jī)型號(hào)為:SGMGV_09ADC61。
[0008]本實(shí)用新型與常用的拉伸裝置相比創(chuàng)新點(diǎn)主要有:
[0009]1、本實(shí)用新型采用相互垂直的“井”字形導(dǎo)軌，大大減小了裝置厚度方向的尺寸。
[0010]2、本實(shí)用新型高壓氣動(dòng)夾具安裝在微型耐高溫直線導(dǎo)軌上，保證拉伸過(guò)程中穩(wěn)定運(yùn)行。
[0011]3、本實(shí)用新型采用“風(fēng)琴式”防護(hù)罩，既起到密封腔體作用，又不占據(jù)空間。
[0012]4、本實(shí)用新型采用工業(yè)熱風(fēng)機(jī)能實(shí)現(xiàn)加熱腔體的快速升溫和溫度的精確控制。
[0013]5、本實(shí)用新型拉伸速率及拉伸比連續(xù)可調(diào)，且控制精確。
[0014]6、本實(shí)用新型可實(shí)時(shí)精確采集兩個(gè)方向拉力數(shù)據(jù)。
[0015]7、本實(shí)用新型可以針對(duì)不同的高分子薄膜材料，進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，對(duì)揭示高分子薄膜拉伸的科學(xué)問(wèn)題具有普適性。
[0016]8、本實(shí)用新型的應(yīng)用前景:1)與廣角、小角X射線散射裝置聯(lián)用，系統(tǒng)地研究高分子薄膜拉伸過(guò)程中的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題；2)模擬工業(yè)薄膜拉伸加工條件，揭示薄膜拉伸加工中結(jié)構(gòu)演化行為與加工性能和最終使用性能的關(guān)系，對(duì)薄膜工業(yè)加工有啟示作用。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型所述溫控高速大應(yīng)變薄膜雙向拉伸裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中I為高精度伺服電機(jī)，2為“井”字形導(dǎo)軌，3為剪叉式機(jī)構(gòu)，4為高壓氣動(dòng)夾具，5為拉力傳感器，6為薄膜樣品，7為預(yù)熱爐，8為拉伸爐，9為高精度滾珠絲杠，10為“風(fēng)琴式”防護(hù)罩，11為應(yīng)變、拉伸速度控制系統(tǒng)，12為熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明書(shū)本發(fā)明。
[0019]一種溫控高速大應(yīng)變薄膜雙向拉伸裝置，參見(jiàn)附圖1，包括高精度伺服電機(jī)I，“井”字形導(dǎo)軌2，剪叉式機(jī)構(gòu)3，高壓氣動(dòng)夾具4，拉力傳感器5，薄膜樣品6，預(yù)熱爐7，拉伸爐8，高精度滾珠絲杠9，“風(fēng)琴式”防護(hù)罩10，應(yīng)變、拉伸速度控制系統(tǒng)11，熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)12 ;高精度伺服電機(jī)I驅(qū)動(dòng)“井”字形導(dǎo)軌2獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，使得剪叉式機(jī)構(gòu)3完成伸縮運(yùn)動(dòng)，剪叉式機(jī)構(gòu)3通過(guò)多個(gè)高壓氣動(dòng)夾具4，實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜樣品6的拉伸，拉伸方式可以選擇為單向或雙向拉伸，運(yùn)行速度連續(xù)可調(diào)，能夠很好地配合不同材料對(duì)拉伸速度的響應(yīng)，拉伸過(guò)程中，拉力傳感器5跟蹤兩個(gè)方向拉力變化，應(yīng)變、拉伸速度控制系統(tǒng)11對(duì)伺服電機(jī)I的控制和拉力傳感器5信號(hào)采集進(jìn)行集成，能夠進(jìn)行同步控制與數(shù)據(jù)采集，拉力傳感器5拉力數(shù)據(jù)采集使用美國(guó)國(guó)家儀器公司生產(chǎn)的N1-USB6008數(shù)據(jù)采集卡，采樣率為10 ks/s，而在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中一般采用lks/s的采樣率，這種高速采集數(shù)據(jù)對(duì)于這種拉伸薄膜材料是非常重要的。既實(shí)現(xiàn)了拉力采集時(shí)間分辨達(dá)到I毫秒，同時(shí)也避免了過(guò)多的數(shù)據(jù)點(diǎn)帶來(lái)的處理數(shù)據(jù)復(fù)雜度。高精度滾珠絲杠9驅(qū)動(dòng)該拉伸裝置的拉伸部分在預(yù)熱爐7和拉伸爐8間轉(zhuǎn)換，“風(fēng)琴式”防護(hù)罩10用于爐體側(cè)面密封，既起到密封加熱腔體作用，又不占據(jù)空間，熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)能完成加熱腔體的快速升溫過(guò)程，同時(shí)保證加熱腔體的溫度均勻性。高精度伺服電機(jī)I選擇SGMGV-09ADC61，其編碼器分辨率高達(dá)106個(gè)脈沖/轉(zhuǎn)。
[0020]本實(shí)用新型未詳細(xì)闡述的部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。
[0021]盡管上面對(duì)本實(shí)用新型說(shuō)明性的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)的技術(shù)人員理解本實(shí)用新型，但應(yīng)該清楚，本實(shí)用新型不限于【具體實(shí)施方式】的范圍，對(duì)本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見(jiàn)的，一切利用本實(shí)用新型構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
【權(quán)利要求】
1.一種溫控高速大應(yīng)變薄膜雙向拉伸裝置，其特征在于:包括高精度伺服電機(jī)(1)，“井”字形導(dǎo)軌(2)，剪叉式機(jī)構(gòu)(3)，高壓氣動(dòng)夾具(4)，拉力傳感器(5)，預(yù)熱爐(7)，拉伸爐(8)，高精度滾珠絲杠(9)，“風(fēng)琴式”防護(hù)罩(10)，應(yīng)變、拉伸速度控制系統(tǒng)(11)和熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)(12)，其中:高精度伺服電機(jī)(I)驅(qū)動(dòng)“井”字形導(dǎo)軌(2)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，使得剪叉式機(jī)構(gòu)(3)完成伸縮運(yùn)動(dòng)，剪叉式機(jī)構(gòu)(3)通過(guò)多個(gè)高壓氣動(dòng)夾具(4)，實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜樣品(6)的拉伸，拉伸過(guò)程中，拉力傳感器(5)跟蹤兩個(gè)方向拉力變化，應(yīng)變、拉伸速度控制系統(tǒng)(11)對(duì)伺服電機(jī)的控制和拉力傳感器信號(hào)采集進(jìn)行集成，能夠進(jìn)行同步控制與數(shù)據(jù)采集，拉力傳感器(5)的拉力數(shù)據(jù)采集使用美國(guó)國(guó)家儀器公司生產(chǎn)的N1-USB6008數(shù)據(jù)采集卡，高精度滾珠絲杠(9)驅(qū)動(dòng)該拉伸裝置的拉伸部分在預(yù)熱爐(7)和拉伸爐(8)間轉(zhuǎn)換，“風(fēng)琴式”防護(hù)罩(10)用于爐體側(cè)面密封，既起到密封加熱腔體作用，又不占據(jù)空間，應(yīng)變、拉伸速度控制系統(tǒng)(11)連接高精度伺服電機(jī)(I)和拉力傳感器(5)，高精度伺服電機(jī)(I)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接“井”字形導(dǎo)軌(2)，剪叉式機(jī)構(gòu)(3)，高壓氣動(dòng)夾具(4)，熱風(fēng)循環(huán)系(12)與預(yù)熱爐(7)，拉伸爐(8)連接并獨(dú)立控制其溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的溫控高速大應(yīng)變薄膜雙向拉伸裝置，其特征在于，高精度伺服電機(jī)(I)型號(hào)為:SGMGV-09ADC61。
【文檔編號(hào)】G01N3/18GK204008323SQ201420449291
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】李良彬, 孟令蒲, 林元菲, 陳曉偉, 徐佳麗, 李薛宇, 張瑞, 張前磊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)