一种快速获取聚合物熔体表面接触角的装置

摘要

本发明公开一种快速获取聚合物熔体表面接触角的装置，包括温控系统、测试室、激光源、摄像装置和保护气体钢瓶；测试室包括壳体、隔热层和内置加热块，测试室有气体出口和气体入口，测试室设有贯穿观察孔，贯穿观察孔内设有多块光学石英玻璃，气体入口与保护气体钢瓶相连接；内置加热块中间隔设有加热管路和冷却管路，温控系统通过加热管路和冷却管路控制测试室内的温度；激光源设置于贯穿观察孔一侧，摄像装置设于贯穿观察孔另一侧；激光源和摄像装置均与计算机电连接。温控系统能够将测试室内的温度控制在20～300℃，精度为±0.1℃。测试室内充保护气体，聚合物不变质。金属板材和聚合物直接接触，测得的接触角更加准确。

权利要求

1.一种快速获取聚合物熔体表面接触角的装置，其特征在于，包括温控系统、测试室、激光源、摄像装置和保护气体钢瓶；所述测试室包括壳体和设于所述壳体内部的隔热层和内置加热块，所述测试室还设置有气体出口和气体入口，所述测试室设置有贯穿观察孔，所述贯穿观察孔内固定设置有多块光学石英玻璃，所述气体入口与所述保护气体钢瓶相连接；所述内置加热块中间隔设置有加热管路和冷却管路，所述温控系统通过所述加热管路和冷却管路控制所述测试室内的温度；所述激光源设置于所述贯穿观察孔一侧，所述摄像装置设置于所述贯穿观察孔另一侧；所述激光源和所述摄像装置均与计算机电连接；

所述内置加热块包括顶板、侧板和底板，所述底板厚度大于所述顶板和侧板的厚度；

所述温控系统包括第一温控系统和第二温控系统，所述第一温控系统控制所述底板的温度，所述第二温控系统控制所述顶板和所述侧板温度。

2.根据权利要求1所述的快速获取聚合物熔体表面接触角的装置，其特征在于，所述底板中部和所述侧板上均设置有温度传感器，所述温度传感器与所述温控系统电连接。

3.根据权利要求1所述的快速获取聚合物熔体表面接触角的装置，其特征在于，所述气体入口位于所述测试室底部，所述气体出口位于所述测试室侧部。

4.根据权利要求1所述的快速获取聚合物熔体表面接触角的装置，其特征在于，所述光学石英玻璃为四块，每侧的所述壳体和所述侧板上分别设有一块。

5.根据权利要求1所述的快速获取聚合物熔体表面接触角的装置，其特征在于，所述底板与所述侧板之间设置有第二隔热层。

说明书

一种快速获取聚合物熔体表面接触角的装置

技术领域

[0001] 本发明涉及合金制造技术领域，特别是涉及一种快速获取聚合物熔体表面接触角的装置。

背景技术

[0002] 轻质、高强部件的制造与应用在航空航天、汽车制造、通讯、医疗等领域日益得到重视。利用金属合金(铝/镁合金、高强度钢板)与聚合物的各自优点，快速获取质量小、强度高、满足特定功能需求的工程零部件是近年来国内外研究的前沿热点。将金属表面进行预处理获取具有一定微/纳米级孔洞的表面形态，然后将聚合物熔体直接注射到金属表面微结构，从而形成金属-聚合物复合高强件，是近年来发展起来的一种新的成形方法。该成形过程中，聚合物在金属表面的润湿性，是影响金属-聚合物复合构件界面强度的重要因素，润湿性通常用接触角表示。即当聚合物熔体在金属表面的接触角大于90°时，说明该条件下金属表面对聚合物的润湿性较差，熔体在金属表面流动时会受到阻碍作用，从而影响金属-聚合物的界面结合力。因此，准确测试不同条件下聚合物熔体在金属表面的接触角，对判断金属表面状态是否满足成形要求和确定注射工艺参数具有重要的意义。

[0003] 现有技术中，通常采用滴入法将液滴滴入到不同基材表面上，不适合粘度较大的聚合物熔体，且该装置的温度范围在200℃以下，不满足对聚合物熔体快速融化和测试的要求。

[0004] 而采用将石英炉管直接放在电阻炉进行加热，加热的温度较高，为650℃-800℃，低温下难以精确控制测量腔室的温度，不适合聚合物熔体的接触角的测量。

发明内容

[0005] 为解决以上技术问题，本发明提供一种能够满足对聚合物熔体快速融化和测试的要求，温度控制精确，不影响液滴与金属表面的接触情况的快速获取聚合物熔体表面接触角的装置。

[0006] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

[0007] 本发明提供一种快速获取聚合物熔体表面接触角的装置，包括温控系统、测试室、激光源、摄像装置和保护气体钢瓶；所述测试室包括壳体和设于所述壳体内部的隔热层和内置加热块，所述测试室还设置有气体出口和气体入口，所述测试室设置有贯穿观察孔，所述贯穿观察孔内固定设置有多块光学石英玻璃，所述气体入口与所述保护气体钢瓶相连接；所述内置加热块中间隔设置有加热管路和冷却管路，所述温控系统通过所述加热管路和冷却管路控制所述测试室内的温度；所述激光源设置于所述贯穿观察孔一侧，所述摄像装置设置于所述贯穿观察孔另一侧；所述激光源和所述摄像装置均与计算机电连接。

[0008] 可选的，所述内置加热块包括顶板、侧板和底板，所述底板厚度大于所述顶板和侧板的厚度。

[0009] 可选的，所述底板中部和所述侧板上均设置有温度传感器，所述温度传感器与所述温控系统电连接。

[0010] 可选的，所述气体入口位于所述测试室底部，所述气体出口位于所述测试室侧部。

[0011] 可选的，所述光学石英玻璃为四块，每侧的所述壳体和所述侧板上分别设有一块。

[0012] 可选的，所述温控系统包括第一温控系统和第二温控系统，所述第一温控系统控制所述底板的温度，所述第二温控系统控制所述顶板和所述侧板温度。

[0013] 可选的，所述底板与所述侧板之间设置有第二隔热层。

[0014] 本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

[0015] 本发明中的快速获取聚合物熔体表面接触角的装置，温控系统能够将测试室内的温度控制在20～300摄氏度，控制精度为±0.1摄氏度。测试室内充满保护气体，聚合物不会变质。金属板材和聚合物直接接触，聚合物与金属板材接触前不存在温度变化，测得的接触角更加准确。

附图说明

[0016] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0017] 图1为本发明快速获取聚合物熔体表面接触角的装置的结构示意图；

[0018] 图2为本发明快速获取聚合物熔体表面接触角的装置中测试室的结构示意图；

[0019] 图3为本发明快速获取聚合物熔体表面接触角的装置的接触角测量结果示意图；

[0020] 图4为本发明快速获取聚合物熔体表面接触角的装置的测量结果示意图。

[0021] 附图标记说明：1、温控系统；2、摄像装置；3、测试室；4、激光源；5、保护气体钢瓶；6、计算机；7、加热管路；8、冷却管路；9、温度传感器；10、内置加热块；11、气体入口；12、光学石英玻璃；13、隔热层；14、壳体；15、气体出口；16、金属板材；17、聚合物颗粒。

具体实施方式

[0022] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0023] 本发明的目的是提供一种快速获取聚合物熔体表面接触角的装置，以解决现有技术中在测量聚合物在金属表面的接触角时，升温过程中聚合物氧化分解，溶体环境温度不稳定，温度调节不够精确的问题，从而可以便捷准确地对聚合物在金属表面的接触角进行测量。

[0024] 基于此，本发明提供的快速获取聚合物熔体表面接触角的装置，其包括温控系统、测试室、激光源、摄像装置和保护气体钢瓶；所述测试室包括壳体和设于所述壳体内部的隔热层和内置加热块，所述测试室还设置有气体出口和气体入口，所述测试室设置有贯穿观察孔，所述贯穿观察孔内固定设置有多块光学石英玻璃，所述气体入口与所述保护气体钢瓶相连接；所述内置加热块中间隔设置有加热管路和冷却管路，所述温控系统通过所述加热管路和冷却管路控制所述测试室内的温度；所述激光源设置于所述贯穿观察孔一侧，所述摄像装置设置于所述贯穿观察孔另一侧；所述激光源和所述摄像装置均与计算机电连接。

[0025] 本发明采用温控系统通过加热管路和冷却管路控制测试室内的温度，升温迅速，溶体环境温度稳定，采用激光源作为光源，使摄像装置采集的图像清晰准确，从而实现对聚合物在金属表面的接触角的精准测量。

[0026] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0027] 实施例一：

[0028] 如图1和图2所示，本发明中的快速获取聚合物熔体表面接触角的装置，包括温控系统1、测试室3、激光源4、摄像装置2和保护气体钢瓶5；所述测试室3包括壳体14和设于所述壳体14内部的隔热层13和内置加热块10，所述测试室3还设置有气体出口15和气体入口11，所述测试室3设置有贯穿观察孔，所述贯穿观察孔内固定设置有四块光学石英玻璃12，所述气体入口11与所述保护气体钢瓶5相连接；所述内置加热块10中间隔设置有加热管路7和冷却管路8，所述温控系统1通过所述加热管路7和冷却管路8控制所述测试室3内的温度；
所述激光源4设置于所述贯穿观察孔一侧，所述摄像装置2设置于所述贯穿观察孔另一侧；
所述激光源4和所述摄像装置2均与计算机6电连接；

[0029] 于本具体实施例中，所述内置加热块10包括顶板、侧板和底板，所述底板厚度大于所述顶板和侧板的厚度；所述底板中部和所述侧板上均设置有温度传感器9，所述温度传感器9与所述温控系统1电连接；所述气体入口11位于所述测试室3底部，所述气体出口15位于所述测试室3侧部；每侧的所述壳体14和所述侧板上分别设有一块所述光学石英玻璃12；所述温控系统1包括第一温控系统和第二温控系统，所述第一温控系统控制所述底板的温度，所述第二温控系统控制所述顶板和所述侧板温度，这一设置使得测试室3内的环境温度和金属材料的温度可以单独控制，互不影响，使测量结果更加准确真实；所述底板与所述侧板之间设置有第二隔热层，所述第二隔热层能够使所述底板和所述侧板在加热或冷却过程中互不影响，使测试室3内的环境温度对金属板材16的影响降到最低。

[0030] 使用时，将被测试样即金属板材16和聚合物颗粒17放入测试室3内的底板上，密封测试室3，关闭气体出口15，打开保护气体钢瓶5使测试室3内充满保护气体，然后关闭气体入口11，打开气体出口15，使保护气体排出，反复进行多次，使测试室3内完全充满保护气体。然后设定测试温度，启动温控系统1。同时计算机6系统开启激光源4，激光通过贯穿观察孔照亮测试室3内试样。侧板、顶板主要以热辐射的方式加热测试室3腔体，从而加热聚合物颗粒17，底板以热传导的方式直接加热金属板材16。金属板材16主要以热传导的方式加热聚合物颗粒17。聚合物颗粒17快速升温至所设定温度，并在温控系统1的控制下，保持温度恒定。此时，计算机6系统启动摄像装置2对熔体在该温度下的接触角进行图像采集和处理，获取相应的接触角度。采集完毕后，重新设置温度，温控系统1控制测试室3到达另一温度状态，然后获取重置温度下的熔体在金属板材16的接触角。加热过程中，温度传感器9可分别对测试室3和金属板材16的温度进行反馈，防止加热温度过高使聚合物熔体分解。当该种金属板材16测试完毕后，温控系统1控制冷却介质分别进入内置加热块10中的冷却管路8，使测试室3温度快速降低至安全温度。然后，关闭保护气体钢瓶5、激光源4和摄像采集系统，打开测试室3，更换金属板材16和聚合物颗粒17，进行下一轮测量。

[0031] 实例一：

[0032] 按照实施例一中的使用过程，测试190℃下聚丙烯PP在铝合金6061表面的接触角，将要测试的试样放入测试室3中，通入保护气体氮气。设定测试温度为190℃，启动温控系统1和激光源4。PP颗粒在顶板、侧板和底板的作用下，快速升温至设定温度，温度稳定后，计算机6系统启动摄像装置2对熔体在该温度下的接触角进行图像采集和处理，获取相应的接触角图像。该金属板材16测试完毕后，温控系统1控制冷却介质分别进入顶板、侧板和底板的冷却管路8，使测试室3温度快速降低至安全温度。然后，关闭保护气体钢瓶5、激光源4、摄像采集系统，打开测试室3，更换金属板材16和聚合物颗粒17，进行下一轮测试，得到PP在另一不同铝合金表面的接触角。图3为测试获得的190℃下，PP在四种不同铝合金表面形貌下的接触角图像。

[0033] 实例二：

[0034] 按照实施例一中的使用过程，测试聚丙烯PP在铝合金6061表面的接触角随温度的变化过程。将要测试的试样放入测试室3中，通入保护气体氮气。设定第一测试温度为170℃，启动温控系统1和激光源4。PP颗粒在顶板、侧板和底板的共同作用下，快速升温至设定温度，温度稳定后，计算机6系统启动摄像装置2对熔体在该温度下的接触角进行图像采集和处理，获取相应的接触角。该温度下测试完毕后，重新设定温度175℃，继续加热，得到该温度下的接触角，然后继续设定温度直至测试完毕，得到PP在同一铝合金表面不同温度下的接触角数值，如图4所示。

[0035] 本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。