[發明專利]超聲波在線檢測管材取向度的方法

有效

• 申請號: 201010532442.2
• 申請日: 2010-10-29
• 公開（公告）號: CN102012400A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 吳大鳴;劉穎;許紅;劉濤
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: G01N29/024
• 分類號: G01N29/024;G01N21/35
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

超聲波在線檢測管材取向度的方法屬于取向度的檢測領域。

背景技術

取向聚氯乙烯PVC-O管材是通過特殊的取向加工工藝制造的管材，這一加工工藝把通常擠出方法生產的PVC-U管材在軸向和徑向拉伸，使管材中的聚氯乙烯長鏈分子在雙軸向規整排列，獲得高強度、高韌性、高抗沖、抗疲勞，性能遠優于普通PVC-U的新型PVC管材。研究開發PVC-O管材，可以大大節約原材料資源，降低成本，提高產品性能，具有明顯的經濟效益和社會效益。但PVC-O管材的取向度測定，特別是在線取向度測定一直很難實現。

對于聚合物材料的取向度有很多種測試方法，但一般比較成熟的測試方法往往針對于取向度較高的樣品，如薄膜、絲、薄片材等。每種測試的制樣方法以及測試機理也不盡相同。對于取向程度較高的絲與薄膜我們可以利用傳統的聲速法進行測量；利用聲速法而得出的取向度是基于非晶區與晶區共同作用的結果，由于聲波較長，所以測試結果反應了整個分子鏈的取向。因此，測出取向方向上的聲速就可以得到對應的取向度。如果待測樣品中的聲速為v_未，取向后樣品中的聲速為v；那么我們可以用下式表示取向度：其中F表示高聚物取向度的取向函數。另外利用XRD進行取向度的測試也被廣泛的應用，但此方法只能反應晶面的取向度，而對于類似于PVC、PS等非結晶性聚合物就不能應用。紅外二向色性的方法也是我們研究取向度常用的方法之一，紅外吸收光譜也稱為分子振一轉光譜，即分子中特性基團作振動躍遷時，吸收的是一定頻率的紅外光，反映在紅外譜圖上就表現為相應頻率的吸收峰吸收譜帶，分子中特性基團在振動過程中偶極矩的變化稱為躍遷距，躍遷距的方向就是偶極矩的變化方向，紅外吸收光譜譜帶的吸收強度和偶極矩的平方成正比，當偏振光的電矢量平行于躍遷距時，產生最大的吸收，而垂直于躍遷距時吸收為零；我們一般利用特定紅外特征譜帶的二色性比來表示樣品的取向度：其中D為特征譜帶的紅外二色性比，ψ為瞬時偶極矩躍遷與分子鏈主軸的夾角。

XRD，紅外二向色性測取向度方法是相對成熟并且已經廣泛應用的測試方法，但它們一般是取樣測量，且樣品制備困難不具備作為在線檢測取向度的優勢。而傳統的聲速法也常被用來測量取向度相對較高的樣品，而對于取向度相對較低且樣品偏厚的管材時聲波法受到了一定限制。我們用超聲波法垂直于管材取向方向對管材進行取向度的測試。超聲波方法與傳統聲速法的區別在于超聲波定向性好，能量遠大于聲波；穿透性強，適合于厚壁制品的測試。我們采用超聲波和紅外二向色性方法測試了PVC單軸拉伸取向樣品的取向度，并將兩種測試方法所得結果進行了比較，通過紅外二向色性測試的取向度結果對超聲波測試結果進行標定，使得取向管材生產線上進行取向度的在線檢測成為可能。

發明內容

本發明的目的在于，通過超聲波探測器對垂直于管材擠出成型方向(取向方向)進行波速測定，間接得到材料的相關取向度。便于實時進行在線質量檢測，以及提高效率，對管材的取向度進行評價。

本發明用以下技術手段實現：

同種材料制備多個不同取向度的樣品，通過超聲波測試上述多個樣品垂直于材料取向方向上的聲速，再利用紅外二向色性方法對上述多個樣品進行取向度的精確測定；而后把垂直于取向方向上的超聲波速度與取向度建立關系，得到相應的工作曲線；在管材生產線上對生產中擠出的管材進行連續的測試得到聲波速度，再利用上述工作曲線實時檢在線測確定管材取向度。

本發明管材生產中取向度在線檢測方法，與傳統取向度方法相比具有下列優勢和有益效果：

本發明克服了傳統取向度測試的諸多局限性：要求樣品取向度高，制樣要求苛刻厚度嚴格限制為10μm，離線抽樣測量；以及傳統聲速法測取向度只能測試取向方向上的聲速。充分利用了超聲波能量強，穿透力強，定向性好，通過垂直于取向方向測試超聲波速度使得可以在線測量樣品；紅外二向色性取向度測試精確度高的優點，建立超聲波波速與取向度關系。使得將各種測試方法的優點整合，達到在線實時精確測定管材取向度的效果。便于實現取向度在線監測的自動化和智能化，提高了效率，能夠為產品性能及時提供依據；并為PVC-O新型管材的取向度在線檢測提供方法。

附圖說明

圖1.a樣品截取示意圖；

圖1.b樣品切片示意圖；

圖2樣品試驗結果線性擬合曲線。

具體實施方式

建立在線取向檢測系統包括以下步驟：

(1)對不同取向度的樣品進行垂直于取向方向上的超聲波速度測定。