[發(fā)明專(zhuān)利]一種聚合物熔體溫度的在線測(cè)量方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010276363.3
• 申請(qǐng)日: 2020-04-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111409243B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙朋;張劍鋒;紀(jì)凱鵬;董正陽(yáng);夏能;周宏偉;傅建中
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B29C45/78
• 分類(lèi)號(hào): B29C45/78;G01N29/024;G01N29/28;G01N29/44;G01K13/00
• 代理公司: 杭州知閑專(zhuān)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(kāi)了一種聚合物熔體溫度的在線測(cè)量方法，包括：在線測(cè)量超聲波在注射成形過(guò)程中熔體中的超聲聲速c，在線測(cè)量注射成形過(guò)程中熔體的壓力P，利用公式(1)得到注射成形過(guò)程中熔體的溫度T。本發(fā)明還公開(kāi)了一種聚合物熔體溫度的在線測(cè)量裝置。通過(guò)本發(fā)明的方法和裝置，可以實(shí)現(xiàn)在線熔體密度的原位表征，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)熔體質(zhì)量的在線定量化測(cè)量。這種方法成本相較紅外方法顯著下降，對(duì)結(jié)晶過(guò)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(cè)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(cè)量方法及裝置。

背景技術(shù)

注射成形過(guò)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(dòng)態(tài)復(fù)雜的批次過(guò)程。整個(gè)注射成形過(guò)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(gè)復(fù)雜的熱力學(xué)過(guò)程。熔體在這個(gè)過(guò)程中介觀形態(tài)結(jié)構(gòu)和宏觀物理性能的演化過(guò)程關(guān)系到最終產(chǎn)品的熱力學(xué)等性能。因此，通過(guò)成形過(guò)程在線測(cè)量的方法，了解和獲取成形過(guò)程中熔體物理性質(zhì)和介觀結(jié)構(gòu)的演化過(guò)程信息，是調(diào)控產(chǎn)品性能的重要依據(jù)。注射成形過(guò)程作為典型的熱力學(xué)過(guò)程，其熔體溫度和壓力是過(guò)程中最為重要的變量。壓力的測(cè)量已經(jīng)趨于成熟，但是由于溫度測(cè)量原理的限制，熔體溫度的準(zhǔn)確測(cè)量一直以來(lái)都是一個(gè)巨大的難題。

傳統(tǒng)的熱電偶，是一種接觸式的測(cè)溫方法，涉及到溫度的傳導(dǎo)，由于響應(yīng)速度慢，對(duì)于測(cè)量成形過(guò)程來(lái)說(shuō)，很難表征快速的溫度變化情況。接觸式的檢測(cè)方法導(dǎo)致了它只能測(cè)量模具表面溫度或熔體表面溫度。使用熱電偶測(cè)量模內(nèi)熔體溫度，得到的結(jié)果與實(shí)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(cè)溫準(zhǔn)確度最好的傳感器，但其高昂的價(jià)格導(dǎo)致了其應(yīng)用嚴(yán)重受限。此外也有一些學(xué)者對(duì)熔體溫度的超聲測(cè)量方法展開(kāi)了探究，但都無(wú)法脫離根據(jù)數(shù)據(jù)線性回歸的軟測(cè)量方法，沒(méi)有給出有效的定量測(cè)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(hào)的注射成形過(guò)程在線熔體溫度測(cè)量方法，通過(guò)超聲波探頭與壓力傳感器，在線測(cè)量成形過(guò)程聚合物熔體的壓力與聲速，通過(guò)模型的推導(dǎo)與計(jì)算，計(jì)算出熔體的實(shí)時(shí)溫度變化情況，以實(shí)現(xiàn)成形過(guò)程監(jiān)測(cè)和診斷。

一種聚合物熔體溫度的在線測(cè)量方法，包括：測(cè)量超聲波在注射成形過(guò)程中熔體中的超聲聲速c，測(cè)量注射成形過(guò)程中熔體的壓力P，利用如下公式得到注射成形過(guò)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(jì)算過(guò)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(guò)求解方程(1)實(shí)現(xiàn)熔體溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量，問(wèn)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(gè)復(fù)雜的方程，不存在解析解，為了計(jì)算獲得溫度T的結(jié)果，需要借助一定的數(shù)值計(jì)算方法。本發(fā)明采用牛頓迭代的數(shù)值方法，迭代計(jì)算過(guò)程如式下：