ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ СОПЛО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СДВИГОВОЙ ВЯЗКОСТИ РАСПЛАВОВ ПОЛИМЕРОВ
MEASURING NOZZLE FOR MEASURING SHEAR VISCOSITY OF POLYMER MELTS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к измерительному соплу для определения сдвиговой вязкости расплавов полимеров во время их обработки с имеющим прямоугольное поперечное сечение проточным каналом, который между впускным участком и выпускным участком, соответственно, постоянного поперечного сечения, имеет переходной участок, который между двумя противолежащими друг другу стенками канала в направлении течения сужается по гиперболе.
Уровень техники
Определение сдвиговой вязкости при помощи стандартных датчиков давления, которые располагаются перед и после сужения проточного канала измерительного сопла, предполагает постоянную среднюю интенсивность удлинения расплава полимера на участке сужения проточного канала. Для этой цели известна возможность (US 5 357 784 A, US 6 220 083 В1) предусмотреть измерительное сопло с впускным участком и выпускным участком, соответственно, постоянного поперечного сечения и с сужающим впускное поперечное сечение до выпускного поперечного сечения переходным участком, который для формирования сужения имеет две противолежащие друг другу стенки канала гиперболической формы, в остальном, однако, прямоугольное поперечное сечение между сходящимися стенками канала и соединяющими эти сходящиеся стенки канала между собой, параллельно расположенными относительно друг друга стенками канала. Будучи обусловленной этой геометрией переходного участка между впускным и выпускным участками измерительного сопла, может быть гарантирована всегда постоянная средняя интенсивность удлинения для расплава полимера, правда, с недостатком сравнительно небольшого падения давления, что при более высоких требованиях к точности измерения требует высокой чувствительности срабатывания используемых датчиков давления. Несмотря на то, что такие датчики давления через просверленные в измерительном сопле измерительные капилляры присоединяются к впускным и выпускным участкам, что влечёт за собой опасность отложений в этих измерительных капиллярах, стандартные датчики давления едва ли могут удовлетворять требованиям в отношении точности измерений.
Раскрытие изобретения
В изобретения поставлена задача сформировать измерительное сопло для определения сдвиговой вязкости расплавов полимеров таким образом, чтобы, несмотря на использование стандартных датчиков давления, могла быть обеспечена достаточная точность измерения.
Исходя из измерительного сопла ранее описанного типа, изобретение решает представленную задачу посредством того, что переходной участок содержит зону со стороны впуска, в которой обоюдный зазор обеих стенок канала между обеими гиперболическими стенками канала в направлении потока постоянно уменьшается, а также примыкающую к ней зону со стороны выпуска, в которой две попарно противолежащие друг другу стенки канала располагаются параллельно друг другу, в то время как обе расположенные между ними стенки канала в направлении потока сходятся по гиперболе.
За счёт разделения переходного участка на зону со стороны впуска, в которой из параллельно противолежащих друг другу стенок канала одна пара в направлении потока сходится по гиперболе, и при сохранении условий течения для постоянной средней интенсивности удлинения другая пара сходится постоянно, а также на примыкающую к ней зону со стороны выпуска, в которой также одна пара параллельно противолежащих друг другу стенок канала сходится по гиперболе, в то время как другая пара имеет постоянный обоюдный зазор, становится возможным удлинение участка протекания, на котором преобладает постоянная средняя интенсивность удлинения. Это приводит к увеличению потери давления, на базе которого рассчитывается сдвиговая вязкость, на основании которой формируются условия для использования стандартных датчиков давления, которые, несмотря на умеренную чувствительность срабатывания, в соединении с измерительным соплом в соответствии с изобретением, могут выполнить более высокие требования в отношении точности измерений.
Геометрические условия для измерительного сопла в соответствии с изобретением позволяют произвести непосредственное присоединение стандартных датчиков давления, по меньшей мере, к участку проточного канала со стороны впуска посредством соединительной резьбы. Если параллельные стенки канала зоны со стороны выпуска переходного участка ограничивают ширину проточного канала так, что после сужения ширины канала в зоне со стороны впуска более не выявляется изменения ширины проточного канала, то и на участке со стороны выпуска измерительного сопла, при устранении измерительных капилляров, стандартные датчики давления также могут быть непосредственно присоединены к проточному каналу.
Краткое описание чертежей
Изобретение представлено на чертежах, на которых показано:
фиг.1 измерительное сопло в соответствии с изобретением для определения сдвиговой вязкости расплавов полимеров на схематичном, частично в разрезе, виде сверху,
фиг.2 данное измерительное сопло в разрезе по линии II-II с фиг.1, и
фиг.3 переходной участок между впускным и выпускным участками измерительного сопла в продольном разрезе и в увеличенном масштабе.
Осуществление изобретения
Представленное измерительное сопло образует проточной канал для расплава полимера, который включает в себя, к примеру, выполненный с возможностью присоединения к экструдеру впускной участок 1 и выпускной участок 2, а также переходной участок 3 между впускным участком 1 и выпускным участком 2. Поперечное проточное сечение вдоль длины сопла имеет прямоугольную форму. На переходном участке 3 поперечное сечение потока впускного участка 1 уменьшается до меньшего, по сравнению с впускным участком 1 как по ширине, так и по высоте, поперечного сечения выпускного участка 2, и притом при условиях протекания, которые обеспечивают постоянную среднюю интенсивность удлинения на переходном участке 3. Для этой цели переходной участок 3 разделён на зону 4 со стороны впуска и на зону 5 со стороны выпуска, соответственно, различной геометрической формы. В зоне 4 со стороны впуска две стенки 6 канала попарно противолежащих друг другу стенок 6, 7 канала сходятся по гиперболе, в то время как обоюдный зазор между стенками 7 канала другой пары стенок канала в направлении 8 потока постоянно, в предпочтительном варианте линейно, уменьшается. Чтобы в зоне 4 со стороны впуска получить постоянную среднюю интенсивность удлинения, ширина y прямоугольного поперечного сечения в месте x в продольном направлении сопла должна отвечать условию
1
y = C/(a + k x) z
1
2
2
причём C, a и kпредставляют собой зависящие от условий протекания постоянные значения, а z обозначает половину высоты поперечного сечения в месте x. При линейном уменьшении высоты выявляется уравнение z = H/2 – k x, когда исходят из центральной оси x, и высоты H поперечного сечения участка 1 со стороны впуска, и подъёма k для наклона соответствующей стенки 7 канала относительно оси сопла, как пояснено на фиг.1 и 3.
В примыкающей зоне 5 со стороны выпуска для поддержания постоянной средней интенсивности удлинения одна пара стенок 6, 7 канала расположена параллельно, в то время как другая пара в соответствии с гиперболической функцией сходится в направлении потока. В примере осуществления определяющие высоту проточного канала стенки 7 канала сходятся так, что за счёт такого сужения канала в области зоны 5 не происходит уменьшения ширины канала. Это обстоятельство позволяет подсоединить стандартный датчик давления не только в зоне впускного участка 1, но и в зоне выпускного участка 2 непосредственно к проточному каналу. На примере осуществления это поясняется посредством соединительных отверстий 9.
Ввиду особой геометрической формы измерительного сопла, по сравнению с известными измерительными соплами, продольная зона переходного участка 3 увеличивается за счёт того, что постоянная средняя интенсивность удлинения может сохраняться в качестве условия для определения сдвиговой вязкости расплавов полимеров. Сопутствующее этому увеличение падения давления делает измерительное сопло более чувствительным, так что и при использовании стандартных датчиков давления могут быть получены достаточно точные данные измерений.