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非等温高剪切聚合物注射成形的超声波原位表征装置制造方法及图纸

技术编号:15761048 阅读:164 留言:0更新日期:2017-07-05 16:41
本发明专利技术公开了一种非等温高剪切聚合物注射成形的超声波原位表征装置,包括模架、固定在模架内的模芯以及对模芯进行进料的注射机,其特征在于,所述模芯侧壁设有两组或两组以上用于对模芯型腔内物料进行检测的检测单元,每组检测单元包括检测温度信号、压力信号的传感器以及超声探头;所述型腔为狭缝结构。本发明专利技术通过利用本装置在测试点位置获得的相应的温度,压强,超声信号,并加入根据注射机基础速率计算得到的剪切速率,同步分析聚合物熔体在非等温和高剪切场下的实验参数,研究这些参数变化下聚合物熔体的演化行为,实现聚合物注射成形过程的定量原位表征,同时也为聚合物注射过程的在线检测提供一种新的思路。

Ultrasonic in-situ characterization apparatus for non isothermal high shear polymer injection molding

The invention discloses a device for in situ ultrasonic characterization of non isothermal high shear polymer injection molding, including mold, mold core fixed in the mold and injection machine feeding on the core, which is characterized in that the side wall of the mould core is provided with two or more than two groups for the detection unit detects on the die core the cavity material, each detection unit includes a detection temperature signal, pressure signal sensor and ultrasonic probe; the cavity slit structure. This invention uses the device in the test point position corresponding to the temperature, pressure, ultrasonic signal, and adding shear rate according to the calculated rate of injection machine based, synchronous analysis of polymer melt under non isothermal and high shear field under the experimental parameters, these parameters of polymer melt evolution, quantitative in situ characterization of polymer injection molding process, but also provide a new idea for the online detection of polymer injection process.

【技术实现步骤摘要】
非等温高剪切聚合物注射成形的超声波原位表征装置
本专利技术属于材料和流体测试
,具体涉及一种非等温高剪切聚合物注射成形的超声波原位表征装置。
技术介绍
聚合物注射成形过程是一个复杂的动态变化过程,聚合物熔融后被注射进封闭的模具型腔中经冷却固化后成形,整个过程聚合物熔体伴随着温度和压力的剧烈变化。在线原位定量表征注射成形过程中聚合物熔体的演变规律具有十分重要的意义。当前,成形过程在线检测技术还主要依赖于传统的手段如热电偶、压力传感器等,传统的检测方法不但功能单一,响应时间慢,敏感性和稳定性差,而且还不能反映熔体的真实情况。超声波作为一种机械波,能穿透封闭的模具型腔且定向性好,同时具有探头安装方便,不破坏检测对象,信号反馈速度快,内容丰富等优点,在聚合物注射成形原位表征中具有十分广阔的应用前景。然而,聚合物注射成形过程的超声波原位表征是一新技术,其理论、方法到实验研究都不太成熟,目前的研究大多数还停留在定性阶段。超声波信号主要是传播速度和衰减系数,不同的熔体状态对应不同的超声信号,而聚合物注射成形过程中一般会受到非等温场和高剪切场的综合作用,温度场和剪切场对聚合物熔体状态均有类似的作用效果,如剪切变稀。如果不能将非等温场和高剪切场对聚合物熔体演变行为的影响区分出来,将不可能实现聚合物注射成形定量原位表征。王克俭等在公开号为101799451A的中国专利文献中开发了一套装置,采用超声信号表征物质压力-比容-温度关系,与该装置不同,本专利技术装置可提供高剪切场的注射情况,与实际生产过程更加接近。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种可以用于检测注射成形过程中型腔内物质压力、温度、超声信号的表征装置,可实现对注射成形过程中型腔内物质性质与超声波信号的关联,基于此,可实现对注射成形过程更好地控制。本专利技术利用超声波信号速度,衰减等相关物理量,在流变仪测量物体粘度的基础上,实现加入超声检测下,对材料性质的研究。一种非等温高剪切聚合物注射成形的超声波原位表征装置,包括模架、固定在模架内的模芯以及对模芯进行进料的注射机,所述模芯侧壁设有两组或两组以上用于对模芯型腔内物料进行检测的检测单元,每组检测单元包括检测温度信号、压力信号的传感器以及超声探头;所述型腔为狭缝结构。作为优选,所述狭缝结构的厚度为2mm以下。作为进一步优选,所述狭缝结构的厚度为1mm左右,比如可以是1.2~1.5mm。通过改变模芯的形式,改变厚度,但厚度要求均满足上述条件。一方面考虑到一般注射机的注射速度最高可以达到20~40cm3/s,小的狭缝厚度可以保证装置在一定的注射速度下,得到更大的熔体剪切速率,另一方面,检测到的超声信号是整个路径上熔体参数的平均,因此小的狭缝厚度,可以降低内部熔体的不均匀度,从而提升检测的准确度,即本专利技术采用上述厚度的狭缝结构,可以避免产生皮-芯结构,影响超声信号的采集。本专利技术中,可根据不同的需要,加工不同形状的狭缝结构;比如作为优选,所述狭缝结构可以呈直条状、圆形、椭圆形、迂回S型布置,以满足不同研究工况的需要。作为进一步优选,所述狭缝结构为上下布置的直条状结构,顶部为物料入口,底部为物料出口。本专利技术中,直条状结构的宽度可设置为相等,以便于流体参数的计算。本专利技术采用底部具有出口的狭缝结构实现对物料的检测,可以实现在线检测,同时可以保证检测在物料稳定状态下进行,进一步避免了物料参数波动带来的不利影响。作为优选,所述检测单元为两组,所述检测温度信号、压力信号的传感器为压力温度传感器。作为优选,每组检测单元中,所述压力温度传感器与超声探头的中心轴位于垂直于狭缝的一条直线上。作为优选,所述模芯包括动模块和定模块,所述动模块上设有沟槽结构,动模块和定模块密封对接时,该沟槽结构形成所述的狭缝结构。采用该技术方案,方便了狭缝的加工,同时使得模芯的结构更为简单。当然,作为其他可以选择的方案,所述狭缝结构也可以由同时设置在动模块和定模块上的沟槽结构对接形成。作为优选,所述模架包括动模板,所述动模块可拆卸的安装在所述动模板上。采用本技术方案,可以通过更换动模块,更换狭缝的结构、厚度和形状等等,保证能够更全面的实现对物料的检测。作为优选,所述动模块上安装有所述超声探头;所述定模块上安装有所述传感器。作为优选,所述定模块上设有用于安装所述传感器的安装槽。在定模块上设置了安装槽,一方面减少加工面面积,另一方面,为压力温度传感器提供电缆线走线的空间。本专利技术的表征装置在使用过程中利用模温机控制模具(模芯)温度,保持设定温度的恒定,实现温度恒定条件下对其他参数的检测。该装置中,在检测位置布置压力温度传感器,提供实时压力,温度参数,并在对应位置布置超声探头实时采集超声信号。装置通过更换动模块来实现调节型腔的厚度的目的,通过调节型腔厚度,获得更多剪切速率与压力的实验条件组合,为实验提供更丰富的变量组合形式。本专利技术通过直接更换模芯的方式来改变聚合物熔体在型腔里的流动速度。相较于通过增加挡块来改变流动速度,本专利技术的设计更能保证狭缝内部熔体流动稳定,减少流场突变引起的瞬态的流体行为改变对注射过程聚合物熔体物性的影响。本专利技术中压力温度传感器的布置位置不做限定,位置距离入口和出口一定的距离即可。在型腔另一侧,两个压力温度传感器轴线的对应位置,安装两个超声波探头,一一对应,通过信号传输线分别与超声波信号发送、接收通道连接,发送、接收的超声波信号在处理系统中进行过滤、运算等,从而获得聚合物熔体在非等温和高剪切场下的超声波传递速度、幅值衰减情况。本专利技术的表征装置的原理是在实验中,获取聚合物熔体的各项物理参数,例如得到测量位置的压力、温度、剪切速度等,并将这些参数与超声探头得到的信号结合,同步分析,得到仅温度场,仅剪切场或综合场作用下熔体性质与超声信号的关联关系。在已知的实验条件下,实验者可以得到更多聚合物熔体的物理性质,研究在特定情境下,某种物理量的改变,对于聚合物熔体的演化行为的影响以及与超声信号的关联关系。粘度是表征聚合物熔体演化行为过程中的一个重要的参数,且温度与剪切速率都对粘度有一定的影响作用,因此,在本装置的实验过程中,获得聚合物的粘度值是其中重要的一部分。以下介绍粘度与剪切速率的计算原理与公式:根据压力和型腔的几何结构,依据动力学力平衡方程可以计算得到熔体内部的剪切应力,计算式如下:τ·2·l·w=ΔP·h·w(1)式中,τ表示剪切应力,l表示所使用的两个压力温度传感器的距离,w表示型腔的宽度,ΔP表示上述两个传感器的压力差,h表示型腔的厚度。更一般的,若以狭缝中心为原点建立平面直角坐标,熔体流动方向为x轴正方向,厚度方向为y轴方向,则在厚度为y处的方程为:τxy·2·l·w=ΔP·2y·w(2)根据牛顿切应力公式,有ux表示熔体在x轴方向的速度,η表示熔体的动力粘度,γ表示剪切速率,对dux积分,带入y=h/2时,ux=0,得到:对uxdydz积分,可得体积流量Q:式中w表示狭缝的宽度,将式(5)带入式(3)得:当y=h/2时,当流体为非牛顿流体,且为剪切变稀流体时,在厚度处,剪切速率与牛顿流体相等,此时,表观剪切速率为:式中,其中,n是与材料性质有关的常数。χ是与n有关的弱相关函数,通常情况下,χ取时,误差不超过3%。用γrep表征的剪切速率,结合式(1本文档来自技高网...
非等温高剪切聚合物注射成形的超声波原位表征装置

【技术保护点】
一种非等温高剪切聚合物注射成形的超声波原位表征装置,包括模架、固定在模架内的模芯以及对模芯进行进料的注射机,其特征在于,所述模芯侧壁设有两组或两组以上用于对模芯型腔内物料进行检测的检测单元,每组检测单元包括检测温度信号、压力信号的传感器以及超声探头;所述型腔为狭缝结构。

【技术特征摘要】
1.一种非等温高剪切聚合物注射成形的超声波原位表征装置,包括模架、固定在模架内的模芯以及对模芯进行进料的注射机,其特征在于,所述模芯侧壁设有两组或两组以上用于对模芯型腔内物料进行检测的检测单元,每组检测单元包括检测温度信号、压力信号的传感器以及超声探头;所述型腔为狭缝结构。2.根据权利要求1所述的非等温高剪切聚合物注射成形的超声波原位表征装置,其特征在于,所述狭缝结构的厚度为2mm以下,呈直条状、圆形、椭圆形、迂回S型布置。3.根据权利要求1或2所述的非等温高剪切聚合物注射成形的超声波原位表征装置,其特征在于,所述狭缝结构为上下布置的直条状结构,顶部为物料入口,底部为物料出口。4.根据权利要求1所述的非等温高剪切聚合物注射成形的超声波原位表征装置,其特征在于,所述检测单元为两组,所述检测温度信号、压力信号的传感器为压力温度传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵朋张剑锋赵耀夏能傅建中
申请(专利权)人:浙江大学
类型:发明
国别省市:浙江,33

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