CN117582900B - 一种水凝胶相变蓄冷材料的智能生产系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及智能生产系统的技术领域，具体涉及一种水凝胶相变蓄冷材料的智能生产系统，该系统包括设定模块、检测模块、控制模块和通信模块，控制模块根据相关信息计算杂质中含有单体时对应的洗涤总次数、杂质中含有交联剂时对应的洗涤总次数和杂质中含有引发剂时对应的洗涤总次数，并传输至通信模块；通信模块将杂质中含有单体时对应的洗涤总次数、杂质中含有交联剂时对应的洗涤总次数和杂质中含有引发剂时对应的洗涤总次数的信息传输至用户端。可以减少洗涤次数过少导致产品性能较差的问题，有助于提高水凝胶相变蓄冷材料的产品质量。
Description
技术领域
本发明涉及智能生产系统的技术领域，具体涉及一种水凝胶相变蓄冷材料的智能生产系统。
背景技术
水凝胶是一类高分子材料，它们能在吸水后形成大量的水合物，具有很好的吸水性和保水性。水凝胶相变蓄冷材料是一种利用水凝胶作为基体，通过其内部吸水膨胀和释放水分来吸收和释放热量的材料。相变蓄冷材料能在特定温度下改变物态，如从固态变为液态或从液态变为固态，这一过程伴随着能量的吸收或释放。这种材料常被应用于建筑、包装、温度控制和能源存储等领域。
水凝胶相变蓄冷材料的生产包括如下步骤：1、原料准备，选择合适的相变物质；2、相变材料的制备，改变粒径等操作；3、合成水凝胶，包括单体的聚合反应；4、将相变材料包埋入水凝胶，通过原位聚合的方式，在水凝胶形成过程中添加相变材料，使其被包埋在水凝胶网络中；5、后处理；6、性能测试，主要是测试制备的水凝胶相变蓄冷材料的性能，包括其吸热放热能力、热稳定性和机械性能等；7、优化，根据性能测试的结果对材料配方或生产工艺进行调整和优化；8、规模化生产，将实验室规模的生产过程转化为工业规模生产。
其中，后处理的过程具体是对水凝胶进行洗涤，从而去除未反应的单体、引发剂和交联剂，通常会使用混合好的溶剂进行清洗。
经过我们大量的检索与参考发现现在已经开发出了很多水凝胶相变蓄冷材料的生产方法，例如现有技术的有如公开号为CN114685816A所公开的生产方法，包括以下步骤：步骤1、将水溶性或亲水性聚合物与水混合，得到聚合物溶液；将交联剂与水混合，制备不同浓度的交联剂溶液；步骤2、取不同浓度的交联剂溶液按照浓度由小到大的顺序依次加入聚合物溶液中；步骤3、将步骤2得到的交联产物在机械振荡的同时进行微波辐射，得到水凝胶。
然而，现有技术中未对附着在成品表面的未反应的化学物进行洗涤，导致成品的质量较差。
发明内容
本发明的目的在于提高成品的质量，针对上述存在的不足，提出一种水凝胶相变蓄冷材料的智能生产系统。
本发明采用如下技术方案：
一种水凝胶相变蓄冷材料的智能生产系统，该系统包括设定模块、检测模块、控制模块和通信模块，所述设定模块、检测模块、通信模块均与控制模块通信连接；
所述设定模块用于设定洗涤结束后单体的理论浓度、洗涤结束后交联剂的理论浓度和洗涤结束后引发剂的理论浓度的信息，并传输至控制模块；
所述检测模块用于检测且得出洗涤前单体的初始浓度、洗涤温度、洗涤前交联剂的初始浓度和洗涤前引发剂的初始浓度的信息，并传输至控制模块；
所述控制模块根据洗涤前单体的初始浓度计算单体洗涤效率的选择函数，根据洗涤温度计算洗涤参考因子，根据洗涤前交联剂的初始浓度计算交联剂洗涤效率的选择函数，根据洗涤前引发剂的初始浓度计算引发剂洗涤效率的选择函数，根据相关信息计算杂质中含有单体时对应的洗涤总次数、杂质中含有交联剂时对应的洗涤总次数和杂质中含有引发剂时对应的洗涤总次数，并将杂质中含有单体时对应的洗涤总次数、杂质中含有交联剂时对应的洗涤总次数和杂质中含有引发剂时对应的洗涤总次数的信息传输至通信模块；
所述通信模块将杂质中含有单体时对应的洗涤总次数、杂质中含有交联剂时对应的洗涤总次数和杂质中含有引发剂时对应的洗涤总次数的信息传输至用户端。
可选的，所述检测模块包括浓度检测子模块和温度检测子模块，所述浓度检测子模块、温度检测子模块均与控制模块通信连接；
所述浓度检测子模块用于检测浓度且得出洗涤前单体的初始浓度、洗涤前交联剂的初始浓度和洗涤前引发剂的初始浓度的信息，并传输至控制模块；
所述温度检测子模块用于检测温度且得出洗涤温度的信息，并传输至控制模块。
可选的，所述控制模块计算杂质中含有单体时对应的洗涤总次数时，满足以下式子：
；
；
；
其中，ndt为杂质中含有单体时对应的洗涤总次数，Ldt为洗涤结束后单体的理论浓度，Cdt为洗涤前单体的初始浓度，Adt为单体洗涤效率的选择函数，N为洗涤参考因子，NUP为向上取整函数；
f1至f3为不同的单体洗涤效率的选择阈值，α1和α2为不同的洗涤前单体的初始浓度的选择阈值；
temprj为洗涤温度。
可选的，所述控制模块计算杂质中含有交联剂时对应的洗涤总次数时，满足以下式子：
；
；
其中，njl为杂质中含有交联剂时对应的洗涤总次数，Ljl为洗涤结束后交联剂的理论浓度，Cjl为洗涤前交联剂的初始浓度，Bjl为交联剂洗涤效率的选择函数；
b1至b3为不同的交联剂洗涤效率的选择阈值，α3和α4为不同的洗涤前交联剂的初始浓度的选择阈值。
可选的，所述控制模块计算杂质中含有引发剂时对应的洗涤总次数时，满足以下式子：
；
；
其中，nyf为杂质中含有引发剂时对应的洗涤总次数，Lyf为洗涤结束后引发剂的理论浓度，Cyf为洗涤前引发剂的初始浓度，Dyf为引发剂洗涤效率的选择函数；
d1至d3为不同的引发剂洗涤效率的选择阈值，α5和α6为不同的洗涤前引发剂的初始浓度的选择阈值。
可选的，所述控制模块还根据杂质中含有单体时对应的洗涤总次数、杂质中含有交联剂时对应的洗涤总次数和杂质中含有引发剂时对应的洗涤总次数计算洗涤总次数最大值，并将洗涤总次数最大值的信息传输至通信模块；
所述通信模块将洗涤总次数最大值的信息传输至用户端。
可选的，所述控制模块计算洗涤总次数最大值时，满足以下式子：
；
其中，M为洗涤总次数最大值。
本发明所取得的有益效果是：
1、洗涤的目的主要是降低水凝胶相变蓄冷材料表面的单体、交联剂和引发剂的浓度，因此主要分析上述三种化学物，通过控制模块分别得出杂质中含有单体时对应的洗涤总次数、杂质中含有交联剂时对应的洗涤总次数和杂质中含有引发剂时对应的洗涤总次数的信息，以杂质中含有单体时对应的洗涤总次数、杂质中含有交联剂时对应的洗涤总次数和杂质中含有引发剂时对应的洗涤总次数的信息作为参照，可以减少洗涤次数过少导致产品性能较差的问题，有助于提高水凝胶相变蓄冷材料的产品质量，也可以减少洗涤次数过多导致资源浪费的问题；
2、为了尽可能降低三种化学物附着在水凝胶相变蓄冷材料表面的情形，根据杂质中含有单体时对应的洗涤总次数、杂质中含有交联剂时对应的洗涤总次数和杂质中含有引发剂时对应的洗涤总次数得出洗涤总次数最大值的信息，此时工作人员可以直接设定洗涤总次数最大值为合适的洗涤总次数，保证降低水凝胶相变蓄冷材料表面的单体、交联剂和引发剂的浓度，有助于提高水凝胶相变蓄冷材料的产品质量；
3、由于工作人员通过用户端可以查询洗涤总次数最大值，因此洗涤过程中工组人员不需要在旁侧观察洗涤情形，当洗涤完成后再对溶剂进行检测，判断洗涤效果，有助于提高洗涤的效率。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中检测模块的结构示意图；
图3为本发明实施例二的整体结构示意图。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸描绘，事先声明。以下实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
实施例一：本实施例提供了一种水凝胶相变蓄冷材料的智能生产系统，结合图1和图2所示。
一种水凝胶相变蓄冷材料的智能生产系统，该系统包括设定模块、检测模块、控制模块和通信模块，所述设定模块、检测模块、通信模块均与控制模块通信连接；
所述设定模块用于设定洗涤结束后单体的理论浓度、洗涤结束后交联剂的理论浓度和洗涤结束后引发剂的理论浓度的信息，并传输至控制模块；
所述检测模块用于检测且得出洗涤前单体的初始浓度、洗涤温度、洗涤前交联剂的初始浓度和洗涤前引发剂的初始浓度的信息，并传输至控制模块；
所述控制模块根据洗涤前单体的初始浓度计算单体洗涤效率的选择函数，根据洗涤温度计算洗涤参考因子，根据洗涤前交联剂的初始浓度计算交联剂洗涤效率的选择函数，根据洗涤前引发剂的初始浓度计算引发剂洗涤效率的选择函数，根据相关信息计算杂质中含有单体时对应的洗涤总次数、杂质中含有交联剂时对应的洗涤总次数和杂质中含有引发剂时对应的洗涤总次数，并将杂质中含有单体时对应的洗涤总次数、杂质中含有交联剂时对应的洗涤总次数和杂质中含有引发剂时对应的洗涤总次数的信息传输至通信模块；
所述通信模块将杂质中含有单体时对应的洗涤总次数、杂质中含有交联剂时对应的洗涤总次数和杂质中含有引发剂时对应的洗涤总次数的信息传输至用户端。
可选的，所述检测模块包括浓度检测子模块和温度检测子模块，所述浓度检测子模块、温度检测子模块均与控制模块通信连接；
所述浓度检测子模块用于检测浓度且得出洗涤前单体的初始浓度、洗涤前交联剂的初始浓度和洗涤前引发剂的初始浓度的信息，并传输至控制模块；
所述温度检测子模块用于检测温度且得出洗涤温度的信息，并传输至控制模块。
可选的，所述控制模块计算杂质中含有单体时对应的洗涤总次数时，满足以下式子：
；
；
；
其中，ndt为杂质中含有单体时对应的洗涤总次数，Ldt为洗涤结束后单体的理论浓度，Cdt为洗涤前单体的初始浓度，Adt为单体洗涤效率的选择函数，N为洗涤参考因子，NUP为向上取整函数；
f1至f3为不同的单体洗涤效率的选择阈值，α1和α2为不同的洗涤前单体的初始浓度的选择阈值；
temprj为洗涤温度。
具体的，浓度为质量体积比，其单位均为mg/L；洗涤温度为首次洗涤时设备内部洗涤的实际温度；向上取整函数的功能是将一个数值向上取整到最接近的整数。
可选的，所述控制模块计算杂质中含有交联剂时对应的洗涤总次数时，满足以下式子：
；
；
其中，njl为杂质中含有交联剂时对应的洗涤总次数，Ljl为洗涤结束后交联剂的理论浓度，Cjl为洗涤前交联剂的初始浓度，Bjl为交联剂洗涤效率的选择函数；
b1至b3为不同的交联剂洗涤效率的选择阈值，α3和α4为不同的洗涤前交联剂的初始浓度的选择阈值。
可选的，所述控制模块计算杂质中含有引发剂时对应的洗涤总次数时，满足以下式子：
；
；
其中，nyf为杂质中含有引发剂时对应的洗涤总次数，Lyf为洗涤结束后引发剂的理论浓度，Cyf为洗涤前引发剂的初始浓度，Dyf为引发剂洗涤效率的选择函数；
d1至d3为不同的引发剂洗涤效率的选择阈值，α5和α6为不同的洗涤前引发剂的初始浓度的选择阈值。
可选的，所述控制模块还根据杂质中含有单体时对应的洗涤总次数、杂质中含有交联剂时对应的洗涤总次数和杂质中含有引发剂时对应的洗涤总次数计算洗涤总次数最大值，并将洗涤总次数最大值的信息传输至通信模块；
所述通信模块将洗涤总次数最大值的信息传输至用户端。
可选的，所述控制模块计算洗涤总次数最大值时，满足以下式子：
；
其中，M为洗涤总次数最大值。
以上提及的单位只是一种示例，本领域技术人员可以在实施本方案的时候，根据实际需求来进行不同的设计而采用对应的单位。
本实施例解决了传统的生产系统洗涤处理不合理的问题，具体的，洗涤的目的主要是降低水凝胶相变蓄冷材料表面的单体、交联剂和引发剂的浓度，因此主要分析上述三种化学物，通过控制模块分别得出杂质中含有单体时对应的洗涤总次数、杂质中含有交联剂时对应的洗涤总次数和杂质中含有引发剂时对应的洗涤总次数的信息，以杂质中含有单体时对应的洗涤总次数、杂质中含有交联剂时对应的洗涤总次数和杂质中含有引发剂时对应的洗涤总次数的信息作为参照，可以减少洗涤次数过少导致产品性能较差的问题，有助于提高水凝胶相变蓄冷材料的产品质量，也可以减少洗涤次数过多导致资源浪费的问题。
另外，为了尽可能降低三种化学物附着在水凝胶相变蓄冷材料表面的情形，根据杂质中含有单体时对应的洗涤总次数、杂质中含有交联剂时对应的洗涤总次数和杂质中含有引发剂时对应的洗涤总次数得出洗涤总次数最大值的信息，此时工作人员可以直接设定洗涤总次数最大值为合适的洗涤总次数，保证降低水凝胶相变蓄冷材料表面的单体、交联剂和引发剂的浓度，有助于提高水凝胶相变蓄冷材料的产品质量。
最后，假设工作人员仅通过经验预测洗涤总次数，在洗涤过程中需要工作人员的对溶剂检测，降低洗涤的效率，通过本实施例，由于工作人员通过用户端可以查询洗涤总次数最大值，因此洗涤过程中工组人员不需要在旁侧观察洗涤情形，当洗涤完成后再对溶剂进行检测，判断洗涤效果。
实施例二：本实施例包含了实施例一的全部内容，提供了一种水凝胶相变蓄冷材料的智能生产系统，结合图3所示。
一种水凝胶相变蓄冷材料的智能生产系统，其中，设定模块还用于设定光谱检测单体的权重指数、单体浓度检测的权重指数、光谱检测交联剂的权重指数、交联剂浓度检测的权重指数、光谱检测引发剂的权重指数，并传输至控制模块；
检测模块还得出单体在光谱检测时的吸收值、洗涤结束后第E次检测时单体的实际浓度、洗涤结束后第e次检测时单体的实际浓度、交联剂在光谱检测时的吸收值、洗涤结束后第e次检测时交联剂的实际浓度、洗涤结束后第E次检测时交联剂的实际浓度、引发剂在光谱检测时的吸收值、洗涤结束后第e次检测时引发剂的实际浓度和洗涤结束后第E次检测时引发剂的实际浓度的信息，并传输至控制模块；
控制模块根据洗涤结束后第e次检测时单体的实际浓度、洗涤结束后第E次检测时单体的实际浓度和洗涤结束后单体的理论浓度计算单体的浓度计算值，根据洗涤结束后第e次检测时交联剂的实际浓度、洗涤结束后第E次检测时交联剂的实际浓度和洗涤结束后交联剂的理论浓度计算交联剂的浓度计算值，根据洗涤结束后第e次检测时引发剂的实际浓度、洗涤结束后第E次检测时引发剂的实际浓度和洗涤结束后引发剂的理论浓度计算引发剂的浓度计算值，根据相关信息计算单体洗涤效果参考指数、交联剂洗涤效果参考指数和引发剂洗涤效果参考指数，根据单体洗涤效果参考指数、交联剂洗涤效果参考指数和引发剂洗涤效果参考指数计算洗涤效果因子，根据洗涤效果因子计算洗涤效果信息并传输至通信模块；
通信模块将洗涤效果信息传输至用户端。
可选的，检测模块还包括光谱检测子模块，光谱检测子模块与控制模块通信连接；
光谱检测子模块用于检测且得出单体在光谱检测时的吸收值、交联剂在光谱检测时的吸收值和引发剂在光谱检测时的吸收值的信息，并传输至控制模块；
浓度检测子模块还得出洗涤结束后第e次检测时单体的实际浓度、洗涤结束后第E次检测时单体的实际浓度、洗涤结束后第e次检测时交联剂的实际浓度、洗涤结束后第E次检测时交联剂的实际浓度、洗涤结束后第e次检测时引发剂的实际浓度和洗涤结束后第E次检测时引发剂的实际浓度的信息，并传输至控制模块。
控制模块计算洗涤效果因子时，满足以下式子：
；
；
；
；
；
；
；
其中，XGYZ为洗涤效果因子，xgdt为单体洗涤效果参考指数，xgjl为交联剂洗涤效果参考指数，xgyf为引发剂洗涤效果参考指数；
qz1为光谱检测单体的权重指数，gldt为单体在光谱检测时的吸收值，qz2为单体浓度检测的权重指数，μdt为单体的浓度计算值；
为洗涤结束后第e次检测时单体的实际浓度，/>为洗涤结束后第E次检测时单体的实际浓度；
qz3为光谱检测交联剂的权重指数，gljl为交联剂在光谱检测时的吸收值，qz4为交联剂浓度检测的权重指数，μjl为交联剂的浓度计算值；
为洗涤结束后第e次检测时交联剂的实际浓度，/>为洗涤结束后第E次检测时交联剂的实际浓度；
qz5为光谱检测引发剂的权重指数，glyf为引发剂在光谱检测时的吸收值，qz6为交联剂浓度检测的权重指数，μyf为引发剂的浓度计算值；
为洗涤结束后第e次检测时引发剂的实际浓度，/>为洗涤结束后第E次检测时引发剂的实际浓度。
具体的，光谱检测是一种测量溶剂对紫外或者可见光吸收程度的分析技术，使用溶剂在紫外-可见区域的吸收光谱，然后记录下特定波长下的吸收值，吸收值越大则证明溶剂内该杂质的含量越多，吸收值也称为吸光度，其未设置对应的单位；光谱检测单体的权重指数、单体浓度检测的权重指数、光谱检测交联剂的权重指数、交联剂浓度检测的权重指数、光谱检测引发剂的权重指数、交联剂浓度检测的权重指数均通过本领域技术人员根据历史数据预先设定。
控制模块计算洗涤效果信息时，满足以下式子：
；
其中，Z为洗涤效果信息，xgyzyz为洗涤效果因子的选择阈值，当Z=1时为洗涤效果好，当Z=2时为洗涤效果差。
本实施例解决了传统的生产系统不能及时反馈洗涤效果的问题，具体的，本实施例通过浓度检测和光谱检测的方式推测洗涤效果，能较为客观的反映整体的洗涤效果，有助于提高判断洗涤效果的精度。
另外，当洗涤效果差时，需要重新对水凝胶相变蓄冷材料洗涤，以提高水凝胶相变蓄冷材料产品的质量。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内，此外，随着技术发展其中的元素是可以更新的。
Claims (3)
1.一种水凝胶相变蓄冷材料的智能生产系统，其特征在于，该系统包括设定模块、检测模块、控制模块和通信模块，所述设定模块、检测模块、通信模块均与控制模块通信连接；
所述设定模块用于设定洗涤结束后单体的理论浓度、洗涤结束后交联剂的理论浓度和洗涤结束后引发剂的理论浓度的信息，并传输至控制模块；
所述检测模块用于检测且得出洗涤前单体的初始浓度、洗涤温度、洗涤前交联剂的初始浓度和洗涤前引发剂的初始浓度的信息，并传输至控制模块；
所述控制模块根据洗涤前单体的初始浓度计算单体洗涤效率的选择函数，根据洗涤温度计算洗涤参考因子，根据洗涤前交联剂的初始浓度计算交联剂洗涤效率的选择函数，根据洗涤前引发剂的初始浓度计算引发剂洗涤效率的选择函数，根据相关信息计算杂质中含有单体时对应的洗涤总次数、杂质中含有交联剂时对应的洗涤总次数和杂质中含有引发剂时对应的洗涤总次数，并将杂质中含有单体时对应的洗涤总次数、杂质中含有交联剂时对应的洗涤总次数和杂质中含有引发剂时对应的洗涤总次数的信息传输至通信模块；
所述通信模块将杂质中含有单体时对应的洗涤总次数、杂质中含有交联剂时对应的洗涤总次数和杂质中含有引发剂时对应的洗涤总次数的信息传输至用户端；所述检测模块包括浓度检测子模块和温度检测子模块，所述浓度检测子模块、温度检测子模块均与控制模块通信连接；
所述浓度检测子模块用于检测浓度且得出洗涤前单体的初始浓度、洗涤前交联剂的初始浓度和洗涤前引发剂的初始浓度的信息，并传输至控制模块；
所述温度检测子模块用于检测温度且得出洗涤温度的信息，并传输至控制模块；所述控制模块计算杂质中含有单体时对应的洗涤总次数时，满足以下式子：
；
；
；
其中，为杂质中含有单体时对应的洗涤总次数，/>为洗涤结束后单体的理论浓度，为洗涤前单体的初始浓度，/>为单体洗涤效率的选择函数，/>为洗涤参考因子，/>为向上取整函数；
至/>为不同的单体洗涤效率的选择阈值，/>和/>为不同的洗涤前单体的初始浓度的选择阈值；
为洗涤温度；
所述控制模块计算杂质中含有交联剂时对应的洗涤总次数时，满足以下式子：
；
；
其中，为杂质中含有交联剂时对应的洗涤总次数，/>为洗涤结束后交联剂的理论浓度，/>为洗涤前交联剂的初始浓度，/>为交联剂洗涤效率的选择函数；
至/>为不同的交联剂洗涤效率的选择阈值，/>和/>为不同的洗涤前交联剂的初始浓度的选择阈值；
所述控制模块计算杂质中含有引发剂时对应的洗涤总次数时，满足以下式子：
；
；
其中，为杂质中含有引发剂时对应的洗涤总次数，/>为洗涤结束后引发剂的理论浓度，/>为洗涤前引发剂的初始浓度，/>为引发剂洗涤效率的选择函数；
至/>为不同的引发剂洗涤效率的选择阈值，/>和/>为不同的洗涤前引发剂的初始浓度的选择阈值。
2.如权利要求1所述的一种水凝胶相变蓄冷材料的智能生产系统，其特征在于，所述控制模块还根据杂质中含有单体时对应的洗涤总次数、杂质中含有交联剂时对应的洗涤总次数和杂质中含有引发剂时对应的洗涤总次数计算洗涤总次数最大值，并将洗涤总次数最大值的信息传输至通信模块；
所述通信模块将洗涤总次数最大值的信息传输至用户端。
3.如权利要求2所述的一种水凝胶相变蓄冷材料的智能生产系统，其特征在于，所述控制模块计算洗涤总次数最大值时，满足以下式子：
；
其中，为洗涤总次数最大值。
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