一种集散射、显微于一体的流变原位在线测试系统

摘要

一种集散射、显微于一体的流变原位在线测试系统，针对普通毛细管流变仪存在不能原位在线观察、显微流变测试系统以及光散射流变测试系统不能直观地观察样品微观形貌的问题，本发明设计了一种能在流变性能测试时同时进行激光光散射和显微镜观察的一体化扁平状毛细管流变原位在线测试系统，既能够通过流变系统提供稳定的剪切流动场以及与材料宏观性能相关的流变学参数，又可以通过光学技术实现对聚合物材料进行原位内部微观结构的检测和观察，实现了显微成像系统、激光光散射系统以及毛细管流变系统的有机结合，更便于研究材料微观结构与宏观性能之间的关系。适合于高分子聚合物加工应用的实验室使用。

主权项

一种集散射、显微于一体的流变原位在线测试系统包括四个基本模块：毛细管流变仪(1)、激光光源(3)、激光光散射系统(5)和显微成像系统(6)，均安装于光学平台(2)上，其特征在于：激光光散射系统(5)和显微镜成像系统(6)共用毛细管流变仪(1)中的扁平孔毛细管(10)，光散射系统(5)和显微镜成像系统(6)被安装在光学平台(2)上的一个高精度光学系统切换导轨(4)上，通过计算机软件对这两个系统在高精度光学系统切换导轨(4)上进行移动实现激光光散射光路和显微镜光路的快速切换；所述的毛细管流变仪(1)由控制器(12)、柱塞(7)、电加热套(8)、料筒(9)和扁平孔毛细管(10)构成；柱塞(7)通过数据线与控制器(12)连接，控制器(12)通过数据线与计算机进行连接；料筒(9)内物料的上部为柱塞(7)，料筒(9)的周围外层为恒温电加热套(8)，内有电热丝，能够实现从室温到300℃的恒温控制；料筒(9)的壁上有一测温探头(11)，测温探头(11)与电热丝通过数据线与外接控制设备相连，可测量实验过程中聚合物熔体的实际温度；料筒(9)的下方为扁平孔毛细管(10)，扁平孔毛细管(10)外层电加热套(8)的一侧开有一个直径为2mm的圆形通光孔(13)，相对另一侧的相同位置，开有一个锥角为70°的圆锥形通光孔(14)；所述的毛细管流变仪(1)中的扁平孔毛细管(10)采用透明的石英玻璃材质制作，毛细管孔口结构为扁平孔(43)，在扁平孔毛细管(10)检测时光路通过的位置制作为双侧槽状光路平面(42)，扁平孔毛细管(10)上端物料的入口为锥形结构(41)；所述的显微成像系统(6)主要由激光光源(3)、聚光镜(16)、长工作距离物镜(17)、摄像图像采集系统(18)和外接计算机监视器(19)构成；在毛细管流变仪(1)电加热套(8)上直径2mm的圆形通光孔(13)前安装聚光镜(16)，在聚光镜(16)的前方安装激光光源(3)，长工作距离物镜(17)安装在电加热套(8)上圆锥形通光孔(14)的正前方，在长工作距离物镜(17)的一侧再安装摄像图像采集系统(18)，摄像图像采集系统(18)与外接计算机监视器(19)相连接，使用时激光光源(3)、聚光镜(16)、圆形通光孔(13)、圆锥形通光孔(14)、长工作距离物镜(17)和摄像图像采集系统(18)处于同一中心线上；所述的激光光散射系统(5)主要包括激光光源(3)、水平激光准直系统、大角检测系统(31)、小角信号检测系统(32)和可旋转延伸臂(33)；其中：水平激光准直系统包括小孔光阑(21)、滤光镜(22)、起偏镜(23)和聚光镜(16)；大角信号检测系统(31)包括镜头a(25)、镜头b(26)和大角信号检测器(27)，镜头a(25)和镜头b(26)由一组相同大孔径的凹透镜和凸透镜组成，两个镜头背对背安装；镜头a(25)可以接收0～60°角度范围内的散射光，形成平行光后，被镜头b(26)聚焦到大角信号检测器(27)的感应器上；小角信号检测系统(32)包括检偏镜(28)、屏幕(29)以及小角信号检测器(30)；水平激光准直系统安装于毛细管流变仪(1)电加热套(8)上直径2mm的圆形通光孔(13)的一侧，从激光光源(3)到圆形通光孔(13)之间依次为小孔光阑(21)、滤光镜(22)、起偏镜(23)和聚光镜(16)；大角信号检测系统(31)和小角信号检测系统(32)均安装在电加热套(8)上的圆锥形通光孔(14)的一侧；小角信号检测系统(32)安装于激光入射方向上，水平激光准直系统、圆形通光孔(13)、圆锥形通光孔(14)和小角信号检测系统(32)使用时处在一条直线上；大角信号检测器(27)为一带有机械快门的CCD检测器；大角信号检测系统(31)安装于一可旋转延伸臂(33)上，可旋转延伸臂(33)与激光入射方向角度为θ，操作时θ可以调整；小角检测系统主要由检偏镜(28)、屏幕(29)以及小角信号检测器(30)构成；所述的激光光源(3)既可以产生激光也可以产生显微成像光源；所述的水平激光准直系统中小孔光阑(21)、滤光镜(22)、起偏镜(23)和聚光镜(16)可以选择使用。