[發(fā)明專利]一種聚合物熔體溫度的在線測量方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010276363.3
• 申請日: 2020-04-09
• 公開（公告）號: CN111409243B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙朋;張劍鋒;紀(jì)凱鵬;董正陽;夏能;周宏偉;傅建中
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: B29C45/78
• 分類號: B29C45/78;G01N29/024;G01N29/28;G01N29/44;G01K13/00
• 代理公司: 杭州知閑專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33315
• 代理人: 黃燕

本發(fā)明公開了一種聚合物熔體溫度的在線測量方法，包括：在線測量超聲波在注射成形過程中熔體中的超聲聲速c，在線測量注射成形過程中熔體的壓力P，利用公式(1)得到注射成形過程中熔體的溫度T。本發(fā)明還公開了一種聚合物熔體溫度的在線測量裝置。通過本發(fā)明的方法和裝置，可以實現(xiàn)在線熔體密度的原位表征，進(jìn)而實現(xiàn)熔體質(zhì)量的在線定量化測量。這種方法成本相較紅外方法顯著下降，對結(jié)晶過程，剪切發(fā)熱等理論研究有重要的意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超聲測試與材料成型技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種聚合物熔體溫度的在線測量方法及裝置。

背景技術(shù)

注射成形過程是應(yīng)用最廣泛的生產(chǎn)高性能聚合物產(chǎn)品的手段，是一種典型的動態(tài)復(fù)雜的批次過程。整個注射成形過程，聚合物從高溫高壓到常溫常壓，經(jīng)歷了巨大的壓力和溫度變化，是一個復(fù)雜的熱力學(xué)過程。熔體在這個過程中介觀形態(tài)結(jié)構(gòu)和宏觀物理性能的演化過程關(guān)系到最終產(chǎn)品的熱力學(xué)等性能。因此，通過成形過程在線測量的方法，了解和獲取成形過程中熔體物理性質(zhì)和介觀結(jié)構(gòu)的演化過程信息，是調(diào)控產(chǎn)品性能的重要依據(jù)。注射成形過程作為典型的熱力學(xué)過程，其熔體溫度和壓力是過程中最為重要的變量。壓力的測量已經(jīng)趨于成熟，但是由于溫度測量原理的限制，熔體溫度的準(zhǔn)確測量一直以來都是一個巨大的難題。

傳統(tǒng)的熱電偶，是一種接觸式的測溫方法，涉及到溫度的傳導(dǎo)，由于響應(yīng)速度慢，對于測量成形過程來說，很難表征快速的溫度變化情況。接觸式的檢測方法導(dǎo)致了它只能測量模具表面溫度或熔體表面溫度。使用熱電偶測量模內(nèi)熔體溫度，得到的結(jié)果與實際的熔體溫度變化情況相差甚遠(yuǎn)。紅外光纖溫度傳感器是當(dāng)前模內(nèi)測溫準(zhǔn)確度最好的傳感器，但其高昂的價格導(dǎo)致了其應(yīng)用嚴(yán)重受限。此外也有一些學(xué)者對熔體溫度的超聲測量方法展開了探究，但都無法脫離根據(jù)數(shù)據(jù)線性回歸的軟測量方法，沒有給出有效的定量測量方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提出一種結(jié)合模腔壓力信息與超聲信號的注射成形過程在線熔體溫度測量方法，通過超聲波探頭與壓力傳感器，在線測量成形過程聚合物熔體的壓力與聲速，通過模型的推導(dǎo)與計算，計算出熔體的實時溫度變化情況，以實現(xiàn)成形過程監(jiān)測和診斷。

一種聚合物熔體溫度的在線測量方法，包括：測量超聲波在注射成形過程中熔體中的超聲聲速c，測量注射成形過程中熔體的壓力P，利用如下公式得到注射成形過程中熔體的溫度T：

P＝c²(f(T，P)-f(T，P₀)) (1)

f(T，P)、f(T，P₀)分別為：

其中：P₀為1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，C、b_1m、b_2m、b_3m、b_4m、b₅為常量系數(shù)。

在計算過程中，P，c，P₀均為已知數(shù)，理論上，可以將f(T，P)、f(T，P₀)代入方程(1)，通過求解方程(1)實現(xiàn)熔體溫度的實時測量，問題轉(zhuǎn)化為一元方程的求解，即：

g(T)＝P-c²(f(T，P)-f(T，P₀))＝0 (2)

式(2)是一個復(fù)雜的方程，不存在解析解，為了計算獲得溫度T的結(jié)果，需要借助一定的數(shù)值計算方法。本發(fā)明采用牛頓迭代的數(shù)值方法，迭代計算過程如式下：