CN105589445B - 一种复合材料的搅拌控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合材料的制备领域，具体公开了一种复合材料的搅拌控制系统及方法，本发明提供的复合材料的搅拌控制系统包括搅拌器，与所述搅拌器连接的运动单元，数据采集单元，与所述数据采集单元连接的数据处理单元，以及分别与所述数据处理单元、所述运动单元和所述搅拌器连接的控制单元。本发明提供的复合材料的搅拌控制系统，利用数据采集单元来采集搅拌过程中复合材料的磁导率，将该磁导率与标准样品的磁导率进行对比分析后，再进一步控制复合材料的搅拌过程，形成有效的自动反馈控制，解决了生产过程中复合材料磁导率误差不可控的问题。

Description

一种复合材料的搅拌控制系统及方法
【技术领域】
本发明涉及复合材料的制备领域，尤其涉及复合材料的搅拌控制。
【背景技术】
环氧树脂基磁性纳米复合材料由环氧树脂、磁性纳米材料、高温固化剂三种材料高温固化而成，三者的均匀混合的情况对磁性纳米复合材料的磁导率有很大的影响，目前主要依据经验数据来设置搅拌器的转速和搅拌时间，但生产过程中还有其他因素会影响到最终复合材料的磁导率，例如：质量比例的微小误差、纳米材料的粒子直径偏差、外界环境的温度湿度情况等。因此，如果只依据经验数据，生产出来的复合材料的磁导率很有可能超出误差允许范围，导致生产失败，造成不必要的经济损失。
【发明内容】
本发明旨在解决传统的复合材料搅拌过程依据经验数据来设置搅拌器的转速和搅拌时间，使得生产出来的复合材料的磁导率误差较大，失败率较高的问题，提供一种复合材料的搅拌控制系统及方法，技术方案如下：
一方面，本发明提供一种复合材料的搅拌控制系统，包括：
搅拌器，用于搅拌容置于搅拌容器中的复合材料原材料；
运动单元，与所述搅拌器连接，控制所述搅拌器运动；
数据采集单元，用于采集所述搅拌容器中复合材料的磁导率；
数据处理单元，与所述数据采集单元连接，接收所述数据采集单元采集的磁导率，并将该磁导率与标准复合材料的磁导率进行对比分析；以及
控制单元，分别与所述数据处理单元、所述运动单元和所述搅拌器连接，接收所述数据处理单元的分析结果，并根据所述分析结果向所述运动单元发送移动指令，以及向所述搅拌器发送控制指令。
在一些实施例中，所述复合材料原材料包括：环氧树脂、磁性纳米颗粒和高温固化剂。
在一些实施例中，所述运动单元为升降机，所述升降机控制所述搅拌器沿搅拌容器壁方向上下移动。
在一些实施例中，所述数据采集单元包括：
至少三个霍尔传感器，上下等距分布于所述搅拌容器外侧，每个霍尔传感器采集并输出对应层面的复合材料的霍尔系数；和
数据转换单元，与所述霍尔传感器连接，接收所述霍尔系数，并将该霍尔系数转换为磁导率。
在一些实施例中，所述复合材料的磁导率与所述标准复合材料的磁导率的误差范围为0.1％-5％。
另一方面，本发明提供一种复合材料的搅拌控制方法，包括：
搅拌所述复合材料的原材料；
采集所述复合材料的磁导率；
将采集的所述复合材料的磁导率与标准复合材料的磁导率进行对比分析；
根据所述对比分析的结果控制所述复合材料的搅拌。
在一些实施例中，所述复合材料的原材料包括：环氧树脂、磁性纳米颗粒和高温固化剂。
在一些实施例中，采集所述复合材料的磁导率的步骤具体为：
采用至少三个霍尔传感器，上下等距分布于搅拌容器外侧，每个霍尔传感器采集对应层面的复合材料的霍尔系数；
将所述霍尔系数转换为磁导率。
在一些实施例中，将采集的所述复合材料的磁导率与标准复合材料的磁导率进行对比分析的步骤中，所述复合材料的磁导率与所述标准复合材料的磁导率的误差值范围为0.1％-5％。
在一些实施例中，根据所述对比分析的结果控制所述复合材料的搅拌的步骤具体为：
根据所述对比分析的结果，控制搅拌器的转速、搅拌位置和/或搅拌时间。
本发明具体实施例的有益效果在于，本发明提供的复合材料的搅拌控制系统，利用数据采集单元来采集搅拌过程中复合材料的磁导率，将该磁导率与标准样品的磁导率进行对比分析后，再进一步控制复合材料的搅拌过程，形成有效的自动反馈控制，解决了生产过程中复合材料磁导率误差不可控的问题。
【附图说明】
图1为本发明一实施例提供的复合材料的搅拌控制系统的结构示意图。
图2为本发明一实施例提供的另一种复合材料的搅拌控制系统的结构示意图。
图3为本发明一实施例提供的复合材料的搅拌控制方法的流程示意图。
图4为本发明一实施例提供的另一种复合材料的搅拌控制方法的流程示意图。
附图标记：1、搅拌器；2、运动单元；3、数据采集单元；4、数据处理单元；5、控制单元；31、霍尔传感器；32、数据转换单元。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1所示，本发明提供的复合材料的搅拌控制系统，包括：搅拌器1、运动单元2、数据采集单元3、数据处理单元4、控制单元5。
搅拌器1分别与运动单元2、数据采集单元3和控制单元5连接；数据采集单元3、数据处理单元4和控制单元5依次连接；控制单元5还与运动单元2连接。
搅拌器1用于搅拌容置于搅拌容器中的复合材料原材料；运动单元2控制搅拌器1运动，使得搅拌器1搅拌不同位置的复合材料原材料；数据采集单元3用于采集所述搅拌容器中复合材料的磁导率；数据处理单元4接收数据采集单元3采集的磁导率，并将该磁导率与标准复合材料的磁导率进行对比分析；控制单元5接收数据处理单元4的分析结果，并根据所述分析结果向运动单元2发送移动指令，以及向搅拌器1发送控制指令。
在本实施例中，搅拌器1可以是高速剪切乳化机，通过高速旋转的转子与定子之间所产生的强力的剪断、分散、冲击、乱流等过程使磁性纳米颗粒、环氧树脂、高温固化剂三者均匀混合。本案例中高速剪切乳化机转速范围为0-12000rpm，工作转速控制在8000rpm以上，搅拌时间可以是大于等于1小时。
在本实施例中，复合材料原材料包括：环氧树脂、磁性纳米颗粒和高温固化剂。此三者的均匀分散程度影响复合材料固化后的磁导率。环氧树脂可以采用E51(环氧值为51/100)系列；磁性纳米颗粒可以采用经过硅烷偶联剂表面活性处理后的四氧化三铁纳米颗粒，直径≤10nm；高温固化剂可以为改性胺类固化剂、酸酐类固化剂或聚合物类，其与环氧树脂混合后可在常温下稳定存储3个月以上，当温度超过90℃，可在30分钟内与环氧树脂快速固化反应。
优选地，运动单元2为升降机，该升降机可以控制搅拌器1沿搅拌容器壁上下移动。升降机的使用，使得搅拌器的转子可以处于搅拌容器的上下任意位置，以保证上下层面的复合材料都能够均匀混合。在本实施例中，升降机的运动行程可以是0-500cm，控制精度为±0.1cm。
优选地，如图2所示，数据采集单元3包括：至少三个霍尔传感器31，以及与霍尔传感器31连接的数据转换单元32。
至少三个霍尔传感器可以是上下等距分布于搅拌容器外侧，优选地，霍尔传感器分布于搅拌容器的同一侧，方便布线。每个霍尔传感器采集并输出对应层面的复合材料的霍尔系数，以便通过多个霍尔传感器测出不同层面的复合材料的霍尔系数。
数据转换单元32接收霍尔传感器31采集的霍尔系数，并将该霍尔系数转换为磁导率，转换公式如下：
μ＝(UH*d*L)/(Is 2*RH)
其中，μ为磁导率，UH为霍尔传感器前后两面霍尔电势差，d为霍尔传感器内部线圈厚度，L为霍尔传感器内部线圈总长度，Is为工作电流，RH为霍尔系数。UH、d、L和Is与霍尔传感器有关，每一个霍尔传感器的这四个值为定值，可用系数K来表示，因此，转换公式可以简化为μ＝K/RH。
在本实施例中，数据采集单元3可提供8个输入通道，每个输入通道用于传输一个霍尔传感器采集的一组数据。根据霍尔传感器数量增加，相应的通道数也可以增加。
优选地，数据处理单元4接收到数据采集单元3采集的磁导率，并将该磁导率与标准复合材料的磁导率进行对比分析，该对比分析过程中，复合材料的磁导率与所述标准复合材料的磁导率的误差范围可以为0.1％-5％。复合材料与标准复合材料的磁导率误差值一般根据客户要求而定，一般地，误差范围为0.1％-1％。
在本实施例中，控制单元5根据数据处理单元4发送的分析结果向运动单元2发送移动指令，用于控制运动单元2带动搅拌器移动，改变搅拌器1的搅拌位置；控制单元5还向搅拌器1发送控制指令，用于控制搅拌器的转速和搅拌时间，在本实施例中，如果复合材料的磁导率达不到标准复合材料要求，控制单元5控制搅拌器1继续工作，如果复合材料上下层面磁导率有差异，控制单元5控制运动单元2调整搅拌器1在复合材料中的搅拌位置，直到复合材料的磁导率达到标准材料的要求，控制单元5再控制搅拌器1停止工作。
本发明提供的复合材料的搅拌控制系统，利用数据采集单元来采集搅拌过程中复合材料的磁导率，将该磁导率与标准样品的磁导率进行对比分析后，再进一步控制复合材料的搅拌过程，形成有效的自动反馈控制，解决了生产过程中复合材料磁导率误差不可控的问题。
实施例2
如图3所示，本发明提供的复合材料的搅拌控制方法，包括以下步骤：
S101：搅拌所述复合材料的原材料。
在本实施例中，采用的搅拌器可以是高速剪切乳化机，通过高速旋转的转子与定子之间所产生的强力的剪断、分散、冲击、乱流等过程使磁性纳米颗粒、环氧树脂、高温固化剂三者均匀混合。本案例中高速剪切乳化机转速范围为0-12000rpm，工作转速控制在8000rpm以上，搅拌时间可以是大于等于1小时。
优选地，复合材料的原材料可以是：环氧树脂、磁性纳米颗粒和高温固化剂。此三者的均匀分散程度影响复合材料固化后的磁导率。环氧树脂可以采用E51(环氧值为51/100)系列；磁性纳米颗粒可以采用经过硅烷偶联剂表面活性处理后的四氧化三铁纳米颗粒，直径≤10nm；高温固化剂可以为改性胺类固化剂、酸酐类固化剂或聚合物类，其与环氧树脂混合后可在常温下稳定存储3个月以上，当温度超过90℃，可在30分钟内与环氧树脂快速固化反应。
S102：采集所述复合材料的磁导率。
优选地，如图4所示，步骤S102具体可以是：
S1021：采用至少三个霍尔传感器，上下等距分布于搅拌容器外侧，每个霍尔传感器采集对应层面的复合材料的霍尔系数。
进一步地，霍尔传感器可以分布于搅拌容器的同一侧，方便布线。每个霍尔传感器采集对应层面的复合材料的霍尔系数，以便通过多个霍尔传感器测出不同层面的复合材料的霍尔系数。
S1022：将所述霍尔系数转换为磁导率。
在本实施例中，霍尔系数转换为磁导率的转换公式如下：
μ＝(UH*d*L)/(Is 2*RH)
其中，μ为磁导率，UH为霍尔传感器前后两面霍尔电势差，d为霍尔传感器内部线圈厚度，L为霍尔传感器内部线圈总长度，Is为工作电流，RH为霍尔系数。UH、d、L和Is与霍尔传感器有关，每一个霍尔传感器的这四个值为定值，可用系数K来表示，因此，转换公式可以简化为μ＝K/RH。
S103：将采集的所述复合材料的磁导率与标准复合材料的磁导率进行对比分析。
优选地，该对比分析过程中，复合材料的磁导率与所述标准复合材料的磁导率的误差范围可以为0.1％-5％。复合材料与标准复合材料的磁导率误差值一般根据客户要求而定，一般地，误差范围为0.1％-1％。
S104：根据所述对比分析的结果控制所述复合材料的搅拌。
在本实施例中，采用控制单元接收步骤S103中的对比分析结果，并根据该对比分析的结果，控制搅拌器的转速、搅拌位置和/或搅拌时间。如果复合材料的磁导率达不到标准复合材料要求，控制单元控制搅拌器继续工作，如果复合材料上下层面磁导率有差异，控制单元控制运动单元调整搅拌器在复合材料中的搅拌位置。
本发明提供的复合材料的搅拌控制方法，在复合材料的搅拌过程中进行磁导率的数据采集，并将该数据与标准样品的磁导率进行对比分析后，再进一步控制复合材料的搅拌，形成有效的自动反馈控制，解决了生产过程中复合材料磁导率误差不可控的问题。
值得说明的是，本实施例提供的复合材料的搅拌控制方法基于本发明提供的复合材料的搅拌控制系统，系统中各组成部分的具体内容可参见系统实施例的叙述，此处不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种复合材料的搅拌控制系统，其特征在于，包括：
搅拌器，用于搅拌容置于搅拌容器中的复合材料原材料；
运动单元，与所述搅拌器连接，控制所述搅拌器运动；
数据采集单元，用于采集所述搅拌容器中复合材料的磁导率；
所述数据采集单元包括：
至少三个霍尔传感器，上下等距分布于所述搅拌容器外侧，每个霍尔传感器采集并输出对应层面的复合材料的霍尔系数；和
数据转换单元，与所述霍尔传感器连接，接收所述霍尔系数，并将该霍尔系数转换为磁导率；
数据处理单元，与所述数据采集单元连接，接收所述数据采集单元采集的磁导率，并将该磁导率与标准复合材料的磁导率进行对比分析；以及
控制单元，分别与所述数据处理单元、所述运动单元和所述搅拌器连接，接收所述数据处理单元的分析结果，并根据所述分析结果向所述运动单元发送移动指令，改变所述搅拌器的搅拌位置，以及向所述搅拌器发送控制指令，控制所述搅拌器的转速和搅拌时间，直到复合材料的磁导率达到标准材料的要求。
2.如权利要求1所述的复合材料的搅拌控制系统，其特征在于，所述复合材料原材料包括：环氧树脂、磁性纳米颗粒和高温固化剂。
3.如权利要求1所述的复合材料的搅拌控制系统，其特征在于，所述运动单元为升降机，所述升降机控制所述搅拌器沿搅拌容器壁方向上下移动。
4.如权利要求1所述的复合材料的搅拌控制系统，其特征在于，所述复合材料的磁导率与所述标准复合材料的磁导率的误差范围为0.1％-5％。
5.一种复合材料的搅拌控制方法，其特征在于，包括：
搅拌所述复合材料的原材料；
采集所述复合材料的磁导率；
将采集的所述复合材料的磁导率与标准复合材料的磁导率进行对比分析；
根据所述对比分析的结果控制所述复合材料的搅拌。
6.如权利要求5所述的复合材料的搅拌控制方法，其特征在于，所述复合材料的原材料包括：环氧树脂、磁性纳米颗粒和高温固化剂。
7.如权利要求5所述的复合材料的搅拌控制方法，其特征在于，采集所述复合材料的磁导率的步骤具体为：
采用至少三个霍尔传感器，上下等距分布于搅拌容器外侧，每个霍尔传感器采集对应层面的复合材料的霍尔系数；
将所述霍尔系数转换为磁导率。
8.如权利要求5所述的复合材料的搅拌控制方法，其特征在于，将采集的所述复合材料的磁导率与标准复合材料的磁导率进行对比分析的步骤中，所述复合材料的磁导率与所述标准复合材料的磁导率的误差值范围为0.1％-5％。
9.如权利要求5所述的复合材料的搅拌控制方法，其特征在于，根据所述对比分析的结果控制所述复合材料的搅拌的步骤具体为：根据所述对比分析的结果，控制搅拌器的转速、搅拌位置和/或搅拌时间。
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