[發(fā)明專利]一種共面電容式聚合物分子取向測量裝置及方法

有效

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• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106841328B
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發(fā)明（設計）人: 張云;李德群;周華民;黃志高;王云明;張逸;葉慶瑩
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 許恒恒

技術領域

本發(fā)明屬于聚合物加工成型過程檢測領域，更具體地，涉及一種共面電容式聚合物分子取向測量裝置及方法，該裝置及方法可用于測量聚合物成型過程中分子取向。

背景技術

聚合物具有原料豐富、易于加工、比強度高、耐化學腐蝕等各種優(yōu)良性能，因而在各行各業(yè)得到了廣泛的應用。在聚合物成型過程中，聚合物分子鏈隨熔體的流動行為而取向，并隨熔體各處剪切的不同，呈現(xiàn)一定的取向分布。聚合物分子的取向的最終分布以及變化歷史決定著聚合物產(chǎn)品的力學性能、光學性能及熱物理性能，因此聚合物成型過程中的分子取向測量對于產(chǎn)品性能的確定具有重大意義。

目前，公開報道的聚合物分子取向測量方法主要有兩大類：第一類為離線測量，較早提出的有X射線衍射法。X射線衍射是研究晶體學的重要手段，在聚合物方面，利用X射線衍射能微觀反應高分子鏈的構象及局部鏈段關系，因此利用X射線衍射測量聚合物分子取向也逐漸受到重視，例如廣角X射線衍射(WAXD)和小角X射線衍射(SAXS)分別以衍射圓弧長度和彌散散射強度來度量取向度。同一時期還有雙折射法和紅外二向色性法，其中雙折射法利用兩個互相垂直方向上折射率差來衡量取向度，但只適用于透明材料且光學儀器調(diào)試復雜，而紅外二向色性法根據(jù)取向試樣紅外吸收的各向異性來測量取向度。通常，這些離線測量方法具有制樣過程復雜、無法在線檢測等缺點。

第二類為在線檢測，其方法較少，目前提出的有超聲波測量法。例如在趙朋等所著文獻《基于超聲技術的塑料注射成型過程在線檢測》中，利用注塑過程中超聲信號的變化解釋聚合物熔體結構形態(tài)的變化。Edward R等所著文獻《On-line measurement of polymer orientation using ultrasonic technology》中采用超聲橫波在線檢測了聚合物在模具型腔中的取向行為。但目前這方面的研究大多還處于實驗室階段，實際應用時還要對超聲檢測設備、超聲信號與聚合物取向的理論關系、超聲信號的分析和處理等方面進一步研究。

在公開號為CN102012400A的中國專利文獻中，提供了一種超聲波聲速檢測管材取向度的方法，通過超聲波測試多個管材樣品垂直于材料取向方向上聲速，再利用紅外二向色性法來標定，得到超聲波波速和取向度的對應曲線。但該方法必須對樣品進行切片測試，標定過程復雜，不利于在線測量，且適用范圍僅限于聚合物管材。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明的目的在于提出一種共面電容式聚合物分子取向測量裝置及方法，其中通過對測量裝置中關鍵的多組共面電極的相對設置方式、每組共面電極中導電電極的形狀及相對位置設置、以及測量的參數(shù)類型等進行改進，與現(xiàn)有技術相比能夠有效解決聚合物的分子取向測量困難、測量方法只適用于部分特定形狀的聚合物等的問題，本發(fā)明利用聚合物材料介電性能的各向異性，建立了取向-介電-電容三者的關系，適用于各類聚合物，屬于無損檢測，具有精度高、響應快、非侵入式等特點，且該測量裝置及方法能用于真實加工環(huán)境的聚合物分子取向在線測量，靈活度較高且適用范圍較廣。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種共面電容式聚合物分子取向測量裝置，其特征在于，包括傳感器探頭陣列(10)、電容測量單元(13)、以及取向計算模塊(14)，其中，

所述傳感器探頭陣列(10)包括設置在絕緣基底(9)上的多組共面電極；

對于任意一組所述共面電極，均包括至少兩個導電電極，并且，任意一個所述導電電極均具有條狀電極結構；對于同一所述共面電極內(nèi)的任意兩個所述導電電極，它們的條狀電極結構相互平行，并且保持固定間距；任意兩個所述導電電極之間的電容受待測量聚合物的影響；并且，對于任意一組所述共面電極，定義在所述基底(9)平面上的、且與該共面電極中的條狀電極結構相平行的直線為該共面電極的排布直線；

所述電容測量單元(13)與所述傳感器探頭陣列(10)相連，用于測量同一組所述共面電極內(nèi)的任意兩個所述導電電極之間的電容，并得到與所述多組共面電極相對應的多組電容數(shù)據(jù)；

所述取向計算模塊(14)與所述電容測量單元(13)相連，用于根據(jù)所述電容測量單元(13)測量得到的所述多組電容數(shù)據(jù)計算所述待測量聚合物的分子取向；

此外，所述傳感器探頭陣列(10)上的所述多組共面電極至少為4組共面電極，以這些共面電極中的4組所述共面電極作為2個共面電極陣列單元，其中，每個所述共面電極陣列單元均包括2組所述共面電極；對于同一個所述共面電極陣列單元中的2組所述共面電極，這2組所述共面電極的排布直線之間的夾角為90°；