一种批量测试离子交换树脂压碎强度的装置和方法与流程

1.本发明涉及离子交换树脂的压碎强度测试技术领域，具体涉及批量测试离子交换树脂压碎强度的装置和方法，用于评价不同类型、型号、批次的离子交换树脂产品的力学性能，便于对离子交换树脂进行应用评价和质量验收。


背景技术：

2.在离子交换树脂的使用过程中，如果树脂发生大量的破裂或破碎情况，破碎树脂在反洗时排出，树脂细末容易漏过通流部分进入后续装置，导致树脂层高下降、交换容量降低、水流阻力增加、污染后续装置中的树脂、系统出水水质下降、进入高温系统污染水汽品质等多种不良后果。因此，离子交换树脂的力学性能(即保持颗粒的完整性)是十分重要的理化性能，而压碎强度是表征离子交换树脂力学性能的重要指标之一。
3.离子交换树脂的压碎强度，又称抗压强度、压碎力，指均匀的向单颗离子交换树脂颗粒径向施加压力，至其破碎时的压力。在测试离子交换树脂样品的压碎强度时，为了使结果更有代表性，通常用一定数量的离子交换树脂颗粒压碎强度的平均值表示结果。
4.目前公开的离子交换树脂的压碎强度测试方法有以下两种：一是采用dl/t 771-2014《发电厂水处理用离子交换树脂选用导则》中附录c的方法，二是采用dl/t 333.1-2010《火电厂凝结水精处理系统技术要求第1部分湿冷机组》中附录a的方法。这两种方法的原理和测试装置结构组成基本一致，都是根据杠杆原理，利用托盘天平测试，将树脂颗粒置于托盘天平左侧固定，树脂颗粒正上方为固定螺丝或钢柱，向托盘天平右侧的烧杯中持续缓慢加水持续均匀施加压力，通过天平支架将压力传至天平左侧施加于树脂颗粒，记录树脂破碎时右侧水的体积或质量，即可换算出施加的作用力。这两种方法的缺点在于：离子交换树脂体积较小，绝大多数颗粒直径为0.315～1.250mm，且有多种类型的外观为白色半透明或淡黄色半透明，破碎的瞬间难观察；另外，需要在观察到树脂破碎的瞬间停止加水，该操作人为影响因素较大，因此采用这两种方法测试的数据结果的准确性、重现性较差。除此之外，这两种方法测试消耗时间长，单个颗粒需要5～10分钟，一个样品如果测定30颗就需要150～300分钟。
5.中国专利cn2133839y公布了一种颗粒强度测定仪，用于圆球状或圆柱状的颗粒料压碎强度测定，主要用于各种复合肥料的质量检测。该仪器由微电机、传动部件、传感器、主电路板、机壳、显示板、打印机等组成，强度范围为0～100n，颗粒直径1～15mm。而绝大多数离子交换树脂颗粒的压碎强度较小，范围为2～20n，颗粒直径也较小，绝大多数直径为0.315～1.250mm，另外，该仪器只能一颗测完人工加样后继续测下一颗。因此需要发明更适合压碎强度较小、体积较小的离子交换树脂颗粒，且可以实现批量测试的离子交换树脂压碎强度测定装置和方法。


技术实现要素：

6.为了解决以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种适合于离子交换
树脂、自动化程度高，可进行批量测试、测试数据稳定可靠，人为影响因素小的离子交换树脂压碎强度的测试装置和方法。
7.为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
8.一种批量测试离子交换树脂压碎强度的装置，包括慢速伺服电机、支撑架、底座、传动轴、联轴器、加压杆、微型压力传感器、受力圆台、抬升斜坡、a/d转换器、中央处理器、自动旋转置样台、连接部件、步进电机、显示屏、水准泡、仪器按键。
9.支撑架与底座连接，底座是一种可拆卸箱体结构，加压单元包括慢速伺服电机、联轴器、传动轴、加压杆，在测试过程中实现对离子交换树脂颗粒缓慢加压和提升过程，其中慢速伺服电机设置在支撑架上，由中央处理器控制，慢速伺服电机下方安装传动轴，之间由联轴器相接，传动轴下方连接加压杆；加压杆正下方为受力圆台，受力圆台下方与微型压力传感器相连，一侧设有抬升斜坡，微型压力传感器将信号传至位于底座内部的a/d转换器和中央处理器；自动旋转置样台通过连接部件安装于底座上，自动旋转置样台外缘均匀设有多个标号孔位，每个标号孔位放置一个活动样品台，活动样品台中心有标记点，样品置于活动样品台上，自动旋转置样台由位于底座内部的步进电机、编码器和中央处理器控制，每测完一个样品，自动旋转置样台进行固定角度旋转，将下一个活动样品台经过抬升斜坡传递至受力圆台上方进行加压测试；显示屏、水准泡和仪器按键设于底座外部。该装置可以直接与打印机相连，并设有连接端口。
10.批量测试离子交换树脂压碎强度的方法包括如下步骤：
11.第一步 将离子交换树脂颗粒用高纯水分散于器皿中，用尖头镊子一颗颗分别夹至活动样品台中心标记点处；
12.第二步 通过水准泡调整装置的水平，启动装置，输入测试数量，点击仪器按键开始测试，加压单元开始向下移动，加压杆与离子交换树脂颗粒径向接触，继续向下施压至颗粒破碎，加压单元停止施压并自动向上提升，显示屏显示压力信号的突变值，即为该颗离子交换树脂颗粒的压碎强度值，单位为n；
13.第三步 自动旋转置样台开始旋转，下一个活动样品台经过抬升斜坡时被顶起至受力圆台正上方，重复步骤二直至所有样品台上的离子交换树脂颗粒全部测试完毕；
14.第四步 点击完毕按键，显示屏显示多次测试的平均值，通过外接打印机打印测试数据；
15.第五步 清理活动样品台上的离子交换树脂碎渣，关闭装置。
16.本发明产生的有益效果：
17.本发明能够快速、准确、批量地测试离子交换树脂颗粒的压碎强度，自动化程度高，适用于多种类型、型号的离子交换树脂，解决了现行的天平杠杆测试法效率低、人为因素影响大、数据准确性差等问题。另外，和已有专利中的颗粒强度测定仪相比，本发明的装置更适合压碎强度较小、体积较小的离子交换树脂颗粒，且通过自动旋转置样台等部件实现了自动批量测试功能。本发明测试结果可以直观评价离子交换树脂的力学性能优劣，对于离子交换树脂的生产、选型、验收、应用、研发具有重要意义。
附图说明
18.图1为本发明实施例的离子交换树脂压碎强度测试装置的整体结构示意图(局部
剖视)。
19.图2为本发明实施例的离子交换树脂压碎强度测试装置的整体结构示意图。
20.图3为本发明实施例的活动样品台示意图。
具体实施方式
21.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步详细说明。
22.实施例1
23.如图1和图2所示，为本实施例批量测试离子交换树脂压碎强度的装置，包括以下主要部件：支撑架2与底座3连接，底座3是一种可拆卸箱体结构，慢速伺服电机1设置在支撑架2上，由中央处理器11控制，慢速伺服电机1下方安装传动轴4，之间由联轴器5相接，传动轴4下方连接加压杆6，其中；慢速伺服电机1、传动轴4、联轴器5和加压杆6组成加压单元。加压杆6正下方为受力圆台8，受力圆台8下方与微型压力传感器7相连，一侧设有抬升斜坡9，微型压力传感器7将信号传至位于底座3内部的a/d转换器10和中央处理器11。30个自动旋转置样台12外缘设有30个标号孔位，放置30个活动样品台13，如图3所示，活动样品台13中心有标记点，自动旋转置样台12通过连接部件14安装于底座2上，由位于底座2内部的步进电机15、编码器19和中央处理器11控制，每测完一个样品，自动旋转置样台12进行固定角度旋转，将下一个活动样品台经过抬升斜坡9传递至受力圆台8上进行加压测试。显示屏16、水准泡17和仪器按键18设于底座外部。该装置直接与打印机相连，并设有连接端口。
24.所述微型压力传感器7量程为0～30n，精度为0.01n。
25.所述30位自动旋转置样台12为透明聚碳酸酯材质，方便观察下面的部件。
26.所述受力圆台8直径与活动样品台13下端直径相同。活动样品台13上端凹槽直径略大于加压杆6直径，为间隙配合。
27.所述步进电机15、编码器19和中央处理器11可以控制自动旋转置样台12固定角度旋转，测试完成后自动旋转置样台12归位至1号孔位至压力传感器上方，通过启动设备后输入测试样品数量控制旋转孔位点。
28.所述活动样品台13和受力圆台8接触后，压力值自动归零，加压单元开始启动，慢速伺服电机1带动加压杆6开始向下移动对样品进行加压，样品破碎时慢速伺服电机3反转提升加压杆6，且提升速度大于加压速度。若加压到压力传感器7最大量程时，仍未接收到压力突变值，则加压杆6提升，判断此颗样品颗粒测试无效，显示值为零，数据被剔除，不影响最终平均值计算。
29.批量测试离子交换树脂压碎强度的方法包括如下步骤：
30.第一步 将5ml苯乙烯系凝胶型强碱性阴离子交换树脂颗粒用高纯水分散于凹型玻璃皿中，用尖头镊子一颗颗分别夹至活动样品台中心标记点处。
31.第二步 通过水准泡调整离子交换树脂压碎强度测试装置的水平，启动装置，输入测试数量30，点击仪器按键18开始测试，加压单元开始向下移动，加压杆6与离子交换树脂颗粒接触，继续向下施压至颗粒破碎，加压单元停止施压并自动向上提升，显示屏16显示压力信号的突变值，即为该颗离子交换树脂颗粒的压碎强度值，单位为n。
32.第三步 自动旋转置样台12开始旋转，下一个活动样品台13经过抬升斜坡9时被顶
起至受力圆台8正上方，重复步骤二直至所有样品台上的离子交换树脂颗粒全部测试完毕。
33.第四步 点击完毕按键，显示屏16显示多次测试的平均值，通过外接打印机打印测试数据。
34.第五步 清理所有活动样品台13上的离子交换树脂碎渣，关闭装置。
35.如表1所示为该苯乙烯系凝胶型强碱性阴离子交换树脂的压碎强度测试数据，计算得到该样品的压碎强度值为7.8n/颗。
36.表1压碎强度测试数据
37.序号压碎强度/n序号压碎强度/n17.816826.6178.137.8187.947.1198.459207.468.2217.977.7227.287.9238.198.2247.6106.2258.4118.7268.6128.8277.9137.7287.0146.8297.9157.0308.5
38.实施例2
39.如图1和图2所示，为本实施例批量测试离子交换树脂压碎强度的装置，包括以下主要部件：支撑架2与底座3连接，底座3是一种可拆卸箱体结构，慢速伺服电机1设置在支撑架2上，由中央处理器11控制，慢速伺服电机1下方安装传动轴4，之间由联轴器5相接，传动轴4下方连接加压杆6，其中；慢速伺服电机1、传动轴4、联轴器5和加压杆6组成加压单元。加压杆6正下方为受力圆台8，受力圆台8下方与微型压力传感器7相连，一侧设有抬升斜坡9，微型压力传感器7将信号传至位于底座3内部的a/d转换器10和中央处理器11。30个自动旋转置样台12外缘设有30个标号孔位，放置30个活动样品台13，如图3所示，活动样品台13中心有标记点，自动旋转置样台12通过连接部件14安装于底座2上，由位于底座2内部的步进电机15、编码器19和中央处理器11控制，每测完一个样品，自动旋转置样台12进行固定角度旋转，将下一个活动样品台经过抬升斜坡9传递至受力圆台8上进行加压测试。显示屏16、水准泡17和仪器按键18设于底座外部。该装置直接与打印机相连，并设有连接端口。
40.所述微型压力传感器7量程为0～30n，精度为0.01n。
41.所述30位自动旋转置样台12为透明亚克力材质，方便观察下面的部件。
42.所述受力圆台8直径与活动样品台13下端直径相同。活动样品台13上端凹槽直径略大于加压杆6直径，为间隙配合。
43.所述步进电机15、编码器19和中央处理器11可以控制自动旋转置样台12固定角度旋转，测试完成后自动旋转置样台12归位至1号孔位至压力传感器上方，通过启动设备后输入测试样品数量控制旋转孔位点。
44.所述活动样品台13和受力圆台8接触后，压力值自动归零，加压单元开始启动，慢速伺服电机1带动加压杆6开始向下移动对样品进行加压，样品破碎时慢速伺服电机3反转提升加压杆6，且提升速度大于加压速度。若加压到压力传感器7最大量程时，仍未接收到压力突变值，则加压杆6提升，判断此颗样品颗粒测试无效，显示值为零，数据被剔除，不影响最终平均值计算。
45.批量测试离子交换树脂压碎强度的方法包括如下步骤：
46.第一步 将5ml苯乙烯系大孔型强酸性阳离子交换树脂颗粒用高纯水分散于玻璃培养皿中，用尖头镊子一颗颗分别夹至活动样品台中心标记点处。
47.第二步 通过水准泡调整离子交换树脂压碎强度测试装置的水平，启动装置，输入测试数量28，点击仪器按键18开始测试，加压单元开始向下移动，加压杆6与离子交换树脂颗粒接触，继续向下施压至颗粒破碎，加压单元停止施压并自动向上提升，显示屏16显示压力信号的突变值，即为该颗离子交换树脂颗粒的压碎强度值，单位为n。
48.第三步 自动旋转置样台12开始旋转，下一个活动样品台13经过抬升斜坡9时被顶起至受力圆台8正上方，重复步骤二直至所有样品台上的离子交换树脂颗粒全部测试完毕。
49.第四步 点击完毕按键，显示屏16显示多次测试的平均值，通过外接打印机打印测试数据。
50.第五步 清理所有活动样品台13上的离子交换树脂碎渣，关闭装置。
51.如表2所示为该苯乙烯系大孔型强酸性阳离子交换树脂的压碎强度测试数据，计算得到该样品的压碎强度值为9.7n/颗。
52.表2压碎强度测试数据
53.序号压碎强度/n序号压碎强度/n111.4168.329.1179.239.21811.8410.41910.157.12012611.5218.3710.32210.4810.8237.9910.52410107.32511.1118267.6127.72710.9138.7287.11411.52911.71510.93010