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注射成型過程中的聚合物流變特性監(jiān)測(cè)
  來源：塑料工程師學(xué)會(huì)北京分會(huì)   瀏覽次數(shù)：2885  發(fā)布時(shí)間：2016年09月18日 10:32:32
[導(dǎo)讀] 在不同的加工參數(shù)下，對(duì)聚合物流變性能的監(jiān)測(cè)能讓我們了解其熔融狀態(tài)，并預(yù)測(cè)注塑件的質(zhì)量。
?在不同的加工參數(shù)下，對(duì)聚合物流變性能的監(jiān)測(cè)能讓我們了解其熔融狀態(tài)，并預(yù)測(cè)注塑件的質(zhì)量。
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注塑能生產(chǎn)各種各樣具有復(fù)雜形狀的塑料制品，是一種高度自動(dòng)化的成型方法，無需大量的成形后精加工，生產(chǎn)率高。但是，由于注塑不穩(wěn)定出現(xiàn)的任何缺陷都會(huì)造成物質(zhì)和能源的浪費(fèi)，只有初始參數(shù)設(shè)置合適，才能達(dá)到預(yù)期的穩(wěn)定注射成型。然而在實(shí)際加工中，由于機(jī)器特性、模具狀況、環(huán)境溫度和濕度變化的影響，這是很難實(shí)現(xiàn)的。
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為了測(cè)量注射過程的成型狀況，庫(kù)爾特等人使用壓力和溫度傳感器來測(cè)量壓力和溫度變化對(duì)注塑的影響，Gao and Kazmer從新的角度解釋了參數(shù)設(shè)置對(duì)注塑件質(zhì)量的影響；一些商業(yè)設(shè)備在注射過程中利用了過程監(jiān)測(cè)或控制方法。但是這些裝置在功能上是有限的，修改它們的參數(shù)以符合實(shí)驗(yàn)要求也很困難。材料的流變性質(zhì)，反映了不同加工參數(shù)下的聚合物熔體狀態(tài)，在注射成型過程中尤其重要。
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根據(jù)我們以前的工作，我們開發(fā)了信號(hào)處理模塊原型，可以測(cè)算出注射過程中材料的流變特性，我們的模塊還提供了可編程的結(jié)構(gòu)以適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合。在我們的設(shè)備中，信號(hào)處理邏輯見圖1（a），實(shí)驗(yàn)裝置見圖1（b）。模制試驗(yàn)在注射機(jī)（Fanuc Roboshotα-S50iA）上進(jìn)行，我們使用的材料是奇美公司生產(chǎn)的聚碳酸酯（PC-110）。
圖1 （a）監(jiān)測(cè)裝置信號(hào)處理原理圖；（b）實(shí)驗(yàn)裝置。Sensor-T：溫度傳感器；Sensor-P：壓力傳感器；NI-USB 6000：USB數(shù)據(jù)采集設(shè)備；SLP：開關(guān)電平點(diǎn)（溫度信號(hào)突然發(fā)生變化點(diǎn)）。
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我們準(zhǔn)備了含有一個(gè)壓力傳感器和一個(gè)溫度傳感器的試驗(yàn)?zāi)＞?，所述信?hào)處理模塊被連接到測(cè)試模和計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如圖1（a）。這兩個(gè)傳感器所測(cè)量的信號(hào)被輸送到電荷放大器，在那里被轉(zhuǎn)換成電壓輸出。對(duì)于信號(hào)預(yù)處理，我們使用電路試驗(yàn)板設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的邏輯電路，將數(shù)據(jù)傳送到一個(gè)數(shù)據(jù)采集裝置（DAQ）中，由LabVIEW軟件進(jìn)行信號(hào)處理。所測(cè)量的信號(hào)被收集時(shí)，剪切速率和聚合物熔體的相對(duì)粘度立即由信號(hào)處理模塊確定了，成型狀況的變化可以通過監(jiān)測(cè)這些流變性質(zhì)來確定。我們對(duì)某些參數(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理，使用相對(duì)粘度代替實(shí)際粘度。使用商用DAQ，我們也能夠驗(yàn)證由該模塊計(jì)算出的熔融狀態(tài)的流變性質(zhì)。
圖2表明，聚合物的相對(duì)粘度隨注射速度和熔融溫度的變化而變化。隨著注射速度增加，相對(duì)粘度降低到一個(gè)較低的值，隨著熔融溫度的降低，相對(duì)粘度升高。此數(shù)據(jù)表示，一個(gè)相對(duì)高的注射速度或高的熔融溫度可以降低材料的相對(duì)粘度。這個(gè)結(jié)果與其他團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的研究類似，如果聚合物在這些條件下進(jìn)行加工，則可以實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的制品質(zhì)量。
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圖2 聚合物的相對(duì)粘度隨注射速度和熔融溫度的變化圖。
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傳統(tǒng)的注射工藝的優(yōu)化是進(jìn)行一系列參數(shù)實(shí)驗(yàn)，從這些結(jié)果中確定最佳參數(shù)，此方法顯然是費(fèi)時(shí)的。我們正在開發(fā)一種新的方法來預(yù)知可行的參數(shù)，此方法是基于建立注射成型輸入?yún)?shù)之間的相關(guān)性模型（如注射速度、熔體溫度與輸出結(jié)果），采用回歸分析，預(yù)測(cè)未知因變量-自變量的函數(shù)。我們還引入了一個(gè)加權(quán)系數(shù)的概念來闡明參數(shù)的重要性。這些變量編程到模塊十分簡(jiǎn)單，而且提供了另一種有效的方法來確定注射成型最適宜的設(shè)置參數(shù)。



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