專利名稱：聚合物動(dòng)態(tài)注射流變特性與行為檢測(cè)方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量與表征振動(dòng)強(qiáng)化注射充模過(guò)程中聚合物熔體流變特性及行為的方法與儀器。也適用于傳統(tǒng)注射成型(無(wú)振動(dòng))過(guò)程中聚合物熔體流變行為的測(cè)量與表征。
背景技術(shù)：
聚合物熔體通常具有非牛頓特性，在聚合物的成型加工過(guò)程中引入振動(dòng)可以改變聚合物熔體的流變性與模塑性，宏觀表現(xiàn)為充模過(guò)程中聚合物熔體粘度降低，制品力學(xué)性能、表面質(zhì)量提高。
名稱為“用于注射機(jī)和注射點(diǎn)之間的流變儀”的法國(guó)專利FR2765339以及名稱為“注射流變儀”的專利WO9315387是在螺桿與噴嘴之間添加一輔助裝置，沿熔體流動(dòng)方向布置兩到三個(gè)(至少兩個(gè))壓力傳感器及熱電偶。壓力傳感器測(cè)量熔體的壓力，熱電偶測(cè)量并控制熔體的溫度。利用毛細(xì)管流變儀的原理測(cè)量注射充模過(guò)程中聚合物熔體的粘度，表征聚合物熔體的流變行為。專利FR2765339與專利號(hào)WO9315387可以用于研究穩(wěn)態(tài)條件下注射充模過(guò)程中聚合物熔體流變行為的研究。但顯然不能研究振動(dòng)強(qiáng)化注射中的聚合物熔體流變行為。同時(shí)在噴嘴與螺桿之間添加輔助裝置，會(huì)使熔體的行程變長(zhǎng)，沿程壓力損失增大。
對(duì)振動(dòng)作用下聚合物熔體的流變行為的研究，一般采用平行圓板或偏心圓板流變儀、共軸圓筒或偏心圓筒流變儀、錐板流變儀或平衡流變儀等，通過(guò)測(cè)定聚合物材料在振動(dòng)條件下的復(fù)數(shù)粘度、損耗模量、儲(chǔ)能模量以及阻尼t(yī)gδ等，對(duì)聚合物材料進(jìn)行動(dòng)態(tài)力學(xué)分析。
名稱為“振動(dòng)式流變儀”的中國(guó)發(fā)明專利88109207采用在待測(cè)樣品中放入類似于音叉振動(dòng)器的一對(duì)振動(dòng)器組件，它們受電磁激勵(lì)產(chǎn)生相位相反、頻率相同的激勵(lì)，同時(shí)配置了能對(duì)電磁激勵(lì)組件提供大小為無(wú)級(jí)連續(xù)變化的激勵(lì)電流使加在振動(dòng)器組件上的激振力能隨時(shí)間連續(xù)變化，以電信號(hào)的方式檢測(cè)出振動(dòng)器組件的振幅，將這些檢測(cè)值和激勵(lì)電流值一起記錄下來(lái)，從而可以得到樣品在隨時(shí)間變化的外力作用下的動(dòng)態(tài)性質(zhì)。該專利可以用于研究振動(dòng)對(duì)聚合物熔體流變行為的影響，但其過(guò)程與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程差別很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種聚合物動(dòng)態(tài)注射流變特性及行為的檢測(cè)方法與儀器，在與成型加工過(guò)程完全一致的情況下，準(zhǔn)確、靈敏控制振動(dòng)源的頻率、振幅，對(duì)表征聚合物流變行為的過(guò)程參量進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。
本發(fā)明目的由以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)
聚合物動(dòng)態(tài)注射流變特性與行為檢測(cè)設(shè)備包括螺桿一線式動(dòng)態(tài)注射裝置或熔料筒活塞式動(dòng)態(tài)注射裝置、壓力傳感器；所述螺桿一線式動(dòng)態(tài)注射裝置或熔料包括料筒、螺桿、激振器；料筒中的螺桿與激振器連接，料筒出口與模腔；兩壓力傳感器分別安裝在的膜腔的中心和料筒和出口；所述熔料筒活塞式動(dòng)態(tài)注射裝置包括料筒、柱塞桿、激振器；料筒中的柱塞桿與激振器連接，料筒出口與模腔)連通；兩壓力傳感器分別安裝在的膜腔的中心和料筒和出口，還有另一壓力傳感器安裝在模腔的邊沿。
通過(guò)螺桿一線式注射裝置的物料塑化注射螺桿或者熔料筒活塞注射裝置中的柱塞桿在注射充模和持壓時(shí)作周期性的軸向振動(dòng)，測(cè)量一定的注射工藝條件下螺線槽模腔的注射壓力及充滿長(zhǎng)度，或測(cè)量平均注射量不變時(shí)中心澆口薄圓碟模腔注射壓力及計(jì)算出平均注射壓力不變時(shí)模腔充滿模腔所用的時(shí)間；可測(cè)量和表征在一定的熔體溫度和平均注射流量不變時(shí)螺桿或柱塞桿不同軸向振動(dòng)頻率或振幅對(duì)螺線槽模腔的螺線槽充滿長(zhǎng)度與注射壓力的關(guān)系的影響；利用數(shù)值處理軟件由設(shè)定注射流量下所測(cè)得的注射壓力和模腔入口壓力，可計(jì)算出流道及模腔內(nèi)聚合物熔體剪切速率、剪切應(yīng)力和粘度的變化，研究振動(dòng)對(duì)聚合物動(dòng)態(tài)注射流變特性及行為的影響。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較具有以下優(yōu)點(diǎn)1.振動(dòng)參數(shù)可以快速、靈敏改變。
2.注射方向與振動(dòng)方向一致，可以方便控制注射成型各階段的振動(dòng)參數(shù)，從而可以更準(zhǔn)確地研究振動(dòng)對(duì)注射成型各階段的影響。
3.測(cè)量裝置與實(shí)際加工過(guò)程一致。


圖1為實(shí)施例1螺桿一線式動(dòng)態(tài)注射流變測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為實(shí)施例2熔料筒活塞式動(dòng)態(tài)注射流變測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為圖1中螺線槽模腔3結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為圖2中薄圓蝶式模腔結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述，需指出的是以下實(shí)施例只用于對(duì)本專利作進(jìn)一步說(shuō)明，而不是對(duì)該專利保護(hù)范圍的限制。該領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)上述的內(nèi)容對(duì)本發(fā)明作一些非本質(zhì)的改進(jìn)與調(diào)整。
實(shí)施例1如圖1所示，在螺桿一線式注射系統(tǒng)中，振動(dòng)由振動(dòng)強(qiáng)化裝置中的激振器10產(chǎn)生，激振器10產(chǎn)生一定頻率、振幅的激振力作用在螺桿9上，從而使螺桿9產(chǎn)生可控的振動(dòng)。料筒8中的物料在螺桿9與料筒8之間的剪切作用及外加熱器5、6、7的作用下熔融，溫度由熱電偶12測(cè)量并控制。在螺桿8的作用下，聚合物熔體產(chǎn)生振動(dòng)。在注射成型過(guò)程中，螺桿作勻速軸向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)疊加軸向機(jī)械振動(dòng)，并通過(guò)螺桿作用到聚合物熔體上。在注射壓力與激振力的共同作用下，熔體填充入模腔3中，如圖3所示，模腔3為螺線槽模腔。從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)塑化、充模、保壓。在充模過(guò)程中，傳感器1與傳感器2分別測(cè)得流道兩端的壓力，通過(guò)設(shè)定的注射速率可以計(jì)算得到充模過(guò)程中流道4中聚合物熔體的剪切速率，通過(guò)數(shù)值處理軟件可以計(jì)算得到振動(dòng)強(qiáng)化充模過(guò)程中聚合物熔體的粘度隨振動(dòng)參數(shù)與剪切速率、剪切應(yīng)力隨剪切速率的變化關(guān)系；利用螺線槽模具測(cè)量得到熔體的流動(dòng)長(zhǎng)度和模腔入口壓力，可以得到流動(dòng)長(zhǎng)度隨模腔入口壓力的關(guān)系以及模腔入口壓力隨振動(dòng)參數(shù)的關(guān)系。
對(duì)記錄下來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以得到動(dòng)態(tài)充模下聚合物熔體的流變性能。
實(shí)施例2如圖2所示，將塑料/金屬粉末體系加入到熔料筒8中，在加熱器5的作用下熔融塑化，其溫度由熱電偶12測(cè)量并控制。在充模過(guò)程中，柱塞桿9在勻速向下運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上疊加一正弦振動(dòng)，將振動(dòng)力場(chǎng)引入到如圖4所示的圓盤薄碟模腔3中。充模完成后，柱塞桿9在平衡位置作正弦振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)充模及振動(dòng)保壓。通過(guò)壓力傳感器1、2可以測(cè)到流道4兩端的熔體壓力，通過(guò)軟件計(jì)算可以得到振動(dòng)強(qiáng)化下噴嘴中聚合物/金屬粉末體系的粘度響應(yīng)情況。通過(guò)傳感器1的壓力變化，可以得到澆口封閉時(shí)間，從而進(jìn)一步可以得到振動(dòng)參數(shù)對(duì)澆口封閉時(shí)間的影響，同時(shí)還可以得到平均注射流率不變的情況下模腔入口壓力對(duì)振動(dòng)參數(shù)的響應(yīng)情況。通過(guò)傳感器13可以測(cè)量殘余壓力及判斷充模時(shí)間。
權(quán)利要求
1.一種聚合物動(dòng)態(tài)注射流變特性與行為的檢測(cè)方法及設(shè)備，其特征在于通過(guò)螺桿一線式注射裝置的物料塑化注射螺桿或者熔料筒活塞注射裝置中的柱塞桿在注射充模和持壓時(shí)作周期性的軸向振動(dòng)，測(cè)量一定的注射工藝條件下螺線槽模腔的注射壓力及充滿長(zhǎng)度，或測(cè)量平均注射量不變時(shí)中心澆口薄圓碟模腔注射壓力及平均注射壓力不變時(shí)模腔充滿模腔所用的時(shí)間。
2.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述聚合物動(dòng)態(tài)注射流變特性與行為檢測(cè)方法的設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備包括螺桿一線式動(dòng)態(tài)注射裝置或熔料筒活塞式動(dòng)態(tài)注射裝置、壓力傳感器(1、2、13)；所述螺桿一線式動(dòng)態(tài)注射裝置或熔料包括料筒(8)、螺桿(9)、激振器(10)；料筒(8)中的螺桿(9與激振器(10)連接，料筒(8)出口與模腔(3)；壓力傳感器(1)安裝在模腔(3)的中心，壓力傳感器(2)安裝在料筒(8)出口；所述熔料筒活塞式動(dòng)態(tài)注射裝置包括料筒(8)、柱塞桿(19)、激振器(10)；料筒(8)中的柱塞桿(19)與激振器(10)連接，料筒(8)出口與模腔(23)連通；壓力傳感器(1)安裝在模腔(23)的中心，壓力傳感器(2)安裝在料筒(8)出口，壓力傳感器(13)安裝在模腔(23)的邊沿。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物動(dòng)態(tài)注射流變特性與行為檢測(cè)方法，其特征在于可測(cè)量和表征在一定的熔體溫度和平均注射流量不變時(shí)螺桿或柱塞桿不同軸向振動(dòng)頻率或振幅對(duì)螺線槽模腔的螺線槽充滿長(zhǎng)度與注射壓力的關(guān)系的影響。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物動(dòng)態(tài)注射流變特性與行為檢測(cè)方法，其特征在于可測(cè)量和表征在一定熔體溫度和平均注射量不變時(shí)，螺桿或柱塞桿不同軸向振動(dòng)的頻率或振幅對(duì)中心澆口圓盤薄碟模腔注射壓力以及被充滿時(shí)間的影響。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的聚合物動(dòng)態(tài)注射流變特性與行為檢測(cè)方法，其特征在于可測(cè)量和表征在一定熔體溫度時(shí)，熔體被注射流經(jīng)螺槽被充滿長(zhǎng)度內(nèi)螺桿或柱塞桿不同軸向振動(dòng)頻率或振幅對(duì)熔體剪切應(yīng)力、表觀粘度與剪切速率之間的關(guān)系的影響。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的聚合物動(dòng)態(tài)注射流變特性及行為檢測(cè)方法，其特征在于可測(cè)量和表征在一定熔體溫度時(shí)，熔體被注射流經(jīng)螺槽被充滿長(zhǎng)度內(nèi)表觀粘度與柱塞桿或活塞軸向振動(dòng)頻率或振幅的關(guān)系，頻率變化則振幅固定，反之亦然。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的聚合物動(dòng)態(tài)注射流變特性與行為檢測(cè)方法，其特征在于螺桿或柱塞桿的軸向振動(dòng)的振幅可以為零，即螺桿或柱塞桿不作軸向振動(dòng)，此時(shí)可測(cè)量和表征聚合物穩(wěn)態(tài)注射流變特性和行為。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚合物動(dòng)態(tài)注射流變特性及行為檢測(cè)方法與設(shè)備，其特點(diǎn)是由激振器產(chǎn)生一定頻率與振幅的振動(dòng)，并引入到注射成型的塑化、充模、保壓各階段；通過(guò)在料筒出口、模腔入口、模腔邊沿等不同位置放置壓力傳感器，測(cè)得各點(diǎn)壓力對(duì)振動(dòng)參數(shù)的響應(yīng)情況。利用軟件計(jì)算流道及模腔內(nèi)聚合物熔體剪切應(yīng)力和粘度的變化，研究振動(dòng)對(duì)聚合物動(dòng)態(tài)注射流變特性及行為的影響。該發(fā)明既可用于測(cè)量表征動(dòng)態(tài)注射過(guò)程聚合物熔體的流變行為，同時(shí)也可以測(cè)量和表征傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)注射過(guò)程聚合物的流變特性和行為。
文檔編號(hào)B29C45/77GK1663773SQ20051003338
公開(kāi)日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2005年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月8日
發(fā)明者瞿金平, 吳宏武, 晉剛 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)