超聲技術(shù)在聚合物形態(tài)結(jié)構(gòu)表征及注射成型過程在線檢測中應用的基

1、LOGO任課教師：劉巍任課教師：劉巍小組成員：楊勁松小組成員：楊勁松 趙林趙林 黃曉超黃曉超 段飛段飛現(xiàn)代測控技術(shù)現(xiàn)代測控技術(shù)超聲波在線檢測技術(shù)在高聚物超聲波在線檢測技術(shù)在高聚物注射成型過程中的應用注射成型過程中的應用第第1節(jié)節(jié) 該課題所屬研究領域該課題所屬研究領域第第2節(jié)節(jié) 該課題的背景及意義該課題的背景及意義第第3節(jié)節(jié) 該課題的創(chuàng)新與特色該課題的創(chuàng)新與特色第第4節(jié)節(jié) 相關(guān)理論知識的介紹相關(guān)理論知識的介紹第第5節(jié)節(jié) 實驗設計及實驗內(nèi)容實驗設計及實驗內(nèi)容 目錄第1節(jié) 該課題所屬研究領域 該課題主要研究注射成型過程中高聚物的形態(tài)結(jié)構(gòu)以及取向度，熔體溫度，壓力等參數(shù)的實時變化的在線檢測的問題。 涉

2、及的技術(shù)領域包括高聚物流變學、波動聲學和高分子材料學等，屬于注塑充模流動填充過程研究領域。第2節(jié) 該課題的背景及意義 注射成型是指將聚合物熔融,注射進一定形狀的模具型腔并經(jīng)冷卻固化形成所需制件的成型技術(shù)。 注射成型過程是一個多參數(shù)相互作用的復雜過程。如： 熔融溫度、模具溫度、注射速度、冷卻時間、型腔幾何結(jié)構(gòu)等 2.1 注射成型技術(shù)2.2 注射成型參數(shù) 所以在成型過程中對以上參數(shù)進行實時檢測以改善注射工藝就顯得尤為重要。 壓力傳感器溫度傳感器2.3 傳統(tǒng)注射成型檢測手段 當前對注射成型的檢測還依賴于溫度傳感器、壓力傳感器等傳統(tǒng)手段，獲取反饋信息有限，且信息即時獲取不能實現(xiàn)。2.4 國際上對注射成

3、型檢測技術(shù)的研究及成果1、Povolo E等利用超聲波技術(shù)成功的表征注射成形過程中PC、PMMA、PS等高聚物玻璃化溫度。2、Edwards和Thomas首次嘗試了超聲技術(shù)對聚合物LDPE在注射過程中鏈取向程度的在線檢測。 將垂直入射的橫波直探頭安裝在模具上，通過旋轉(zhuǎn)探頭，使橫波質(zhì)點振動與熔體流動方向呈45角，則探頭可同時記錄橫波沿流動方向和垂直流動方向的聲速。通過改變?nèi)廴跍囟?，在線跟蹤了鏈的取向情況。（1）研究高聚物注塑充模過程的超聲行為對充型，保壓和固化行為的影響規(guī)律。 （2）實現(xiàn)對注射過程的在線檢測。（3）為注射過程的可視化研究提供理論依據(jù)。2.5 本研究預期目標 本研究在傳統(tǒng)的檢測手段

4、基礎上運用超聲波技術(shù)檢測注射成型過程。 第3節(jié) 該課題的創(chuàng)新與特色創(chuàng)新一利用分散相粒子產(chǎn)生超聲散射衰減表征高分子共混體系的相形態(tài)結(jié)構(gòu)。創(chuàng)新二創(chuàng)新三用超聲反映熔融溫度、注射壓力等對結(jié)晶聚合物固化行為的影響規(guī)律。試圖用超聲速度和衰減對聚合物的動態(tài)保壓過程進行實時監(jiān)測。 超聲波是一種彈性波，是頻率在20KHz以上的聲波，具有方向性好、穿透力強、易于產(chǎn)生和接收、探頭體積小等特點，主要應用于材料的無損檢測、醫(yī)學診斷等 超聲波在彈性介質(zhì)中傳播可以有多種模式，如橫波、縱波、表面波等。第4節(jié) 相關(guān)理論知識的介紹4.1 什么是超聲波4.2 超聲波發(fā)射接收及顯示系統(tǒng)發(fā)射回波回波接受注射模具探頭發(fā)射接收系統(tǒng)顯示系統(tǒng)

5、4.3 超聲波在線檢測 超聲檢測方法很多，但在聚合物檢測中較常使用的是接觸法與液浸法。 按探頭的收發(fā)情況又分為：a 一個探頭兼收發(fā)反射模式。b 兩個探頭一收一發(fā)的透射模式。第5節(jié) 實驗設計及實驗內(nèi)容5.1 實驗裝置改進 為了研究注射過程中溫度、壓力等參數(shù)的變化規(guī)律。我們將模具進行了改裝，首先在流道一端安裝振動活塞，改善材料流動性能，其次在動模端安裝超聲探頭，并正對模具型腔中部，探頭通過彈簧支撐固定，以保證與模具的緊密接觸。壓力傳感器分別安裝在型腔兩端并與熔體直接接觸。超聲探頭注射機保壓活塞高聚物熔體傳感器注射機型腔 超聲發(fā)射接收器A/D轉(zhuǎn)換 電路計算機 采用脈沖回波法進行檢測。通過計算機實時記

6、錄注塑過程超聲信號蜂峰高以及對應的傳播時間，超聲系統(tǒng)與注射裝置組成的在線檢測系統(tǒng)如圖:5.2 實驗方案路線U0U1U2超聲探頭熔體模壁/熔體前沿 模壁/熔體后端 首先通過超聲波發(fā)生器發(fā)出一束超聲波U0，通過在熔體與模壁界面的兩次反射得到二次回波U2,通過對二次回波的衰減分析實時掌握聚合物性質(zhì)變化過程。 有理論推導得出二次回波和初始波的關(guān)系表達式：erUeeUeeUUatatatatatrrrrrt220002)1 ()1 ()1 ()1 (5.3 實驗內(nèi)容 首先使用 Moldflow 軟件建模并模擬塑件充填結(jié)束時的體積溫度的變化以便和以后的實驗結(jié)果比對，用來提供理論依據(jù)。 數(shù)值模擬只能提供一個大概的參考，這是因為數(shù)值模擬不能準確的表達實際注射成型過程中各種參數(shù)的實時動態(tài)信息。5.3.1 超聲波表征溫度的研究5.3.2 超聲波表征壓力的研究 使用Mold