CN1314528C - 聚合物动态注射流变特性与行为检测方法及设备 - Google Patents

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    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/76—Measuring, controlling or regulating
    • B29C45/7646—Measuring, controlling or regulating viscosity

Abstract

本发明涉及一种聚合物动态注射流变特性及行为检测方法与设备，该方法是由激振器产生一定频率与振幅的振动，并引入到注射成型的塑化、充模、保压各阶段；通过在料筒出口、模腔入口、模腔边沿等不同位置放置压力传感器，测得各点压力对振动参数的响应情况。利用软件计算流道及模腔内聚合物熔体剪切应力和粘度的变化，研究振动对聚合物动态注射流变特性及行为的影响。该发明既可用于测量表征动态注射过程聚合物熔体的流变行为，同时也可以测量和表征传统稳态注射过程聚合物的流变特性和行为。

Description

聚合物动态注射流变特性与行为检测方法及设备
所属技术领域
本发明涉及一种用于测量与表征振动强化注射充模过程中聚合物熔体流变特性及行为的方法与仪器。也适用于传统注射成型(无振动)过程中聚合物熔体流变行为的测量与表征。
背景技术
聚合物熔体通常具有非牛顿特性，在聚合物的成型加工过程中引入振动可以改变聚合物熔体的流变性与模塑性，宏观表现为充模过程中聚合物熔体粘度降低，制品力学性能、表面质量提高。
名称为“用于注射机和注射点之间的流变仪”的法国专利FR2765339以及名称为“注射流变仪”的专利WO9315387是在螺杆与喷嘴之间添加一辅助装置，沿熔体流动方向布置两到三个(至少两个)压力传感器及热电偶。压力传感器测量熔体的压力，热电偶测量并控制熔体的温度。利用毛细管流变仪的原理测量注射充模过程中聚合物熔体的粘度，表征聚合物熔体的流变行为。专利FR2765339与专利号WO9315387可以用于研究稳态条件下注射充模过程中聚合物熔体流变行为的研究。但显然不能研究振动强化注射中的聚合物熔体流变行为。同时在喷嘴与螺杆之间添加辅助装置，会使熔体的行程变长，沿程压力损失增大。
对振动作用下聚合物熔体的流变行为的研究，一般采用平行圆板或偏心圆板流变仪、共轴圆筒或偏心圆筒流变仪、锥板流变仪或平衡流变仪等，通过测定聚合物材料在振动条件下的复数粘度、损耗模量、储能模量以及阻尼tgδ等，对聚合物材料进行动态力学分析。
名称为“振动式流变仪”的中国发明专利88109207采用在待测样品中放入类似于音叉振动器的一对振动器组件，它们受电磁激励产生相位相反、频率相同的激励，同时配置了能对电磁激励组件提供大小为无级连续变化的激励电流使加在振动器组件上的激振力能随时间连续变化，以电信号的方式检测出振动器组件的振幅，将这些检测值和激励电流值一起记录下来，从而可以得到样品在随时间变化的外力作用下的动态性质。该专利可以用于研究振动对聚合物熔体流变行为的影响，但其过程与实际生产过程差别很大。
发明内容
本发明专利的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种聚合物动态注射流变特性及行为的检测方法与仪器，在与成型加工过程完全一致的情况下，准确、灵敏控制振动源的频率、振幅，对表征聚合物流变行为的过程参量进行实时测量。
本发明目的由以下技术措施实现：
聚合物动态注射流变特性与行为检测设备，包括螺杆一线式动态注射装置或熔料筒活塞式动态注射装置、压力传感器；所述螺杆一线式动态注射装置包括料筒、螺杆、激振器；料筒中的螺杆与激振器连接，料筒出口与模腔连通；两压力传感器分别安装在的模腔的中心和料筒出口；所述熔料筒活塞式动态注射装置包括料筒、柱塞杆、激振器；料筒中的柱塞杆与激振器连接，料筒出口与圆盘薄碟模腔连通；两压力传感器分别安装在的模腔的中心和料筒出口，还有另一压力传感器安装在模腔的边沿。
通过螺杆一线式注射装置的物料塑化注射螺杆或者熔料筒活塞注射装置中的柱塞杆在注射充模和持压时作周期性的轴向振动，在流道两端、模腔中心、模腔边沿各点安装压力传感器，测量一定的注射工艺条件下螺线槽模腔的注射压力及充满长度，或测量平均注射量不变时中心浇口薄圆碟模腔注射压力及平均注射压力不变时熔体充满模腔所用的时间，由充满长度、充满时间计算得到充模过程中熔体注射速率和剪切速率，然后计算得到振动强化充模过程中聚合物熔体的粘度随振动参数与剪切速率的变化关系、以及剪切应力随剪切速率的变化关系。
本发明与现有技术比较具有以下优点：
1.振动参数可以快速、灵敏改变。
2.注射方向与振动方向一致，可以方便控制注射成型各阶段的振动参数，从而可以更准确地研究振动对注射成型各阶段的影响。
3.测量装置与实际加工过程一致。
附图说明
图1为实施例1螺杆一线式动态注射流变测量系统结构示意图。
图2为实施例2熔料筒活塞式动态注射流变测量系统结构示意图。
图3为图1中螺线槽模腔3结构示意图。
图4为图2中薄圆蝶式模腔结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明进行具体描述，需指出的是以下实施例只用于对本专利作进一步说明，而不是对该专利保护范围的限制。该领域的技术人员可以根据上述的内容对本发明作一些非本质的改进与调整。
实施例1
如图1所示，在螺杆一线式注射系统中，振动由振动强化装置中的激振器10产生，激振器10产生一定频率、振幅的激振力作用在螺杆9上，从而使螺杆9产生可控的振动。料筒8中的物料在螺杆9与料筒8之间的剪切作用及外加热器5、6、7的作用下熔融，温度由热电偶12测量并控制。在螺杆9的作用下，聚合物熔体产生振动。在注射成型过程中，螺杆作匀速轴向运动的同时叠加轴向机械振动，并通过螺杆作用到聚合物熔体上。在注射压力与激振力的共同作用下，熔体填充入模腔3中，如图3所示，模腔3为螺线槽模腔。从而实现动态塑化、充模、保压。在充模过程中，传感器1与传感器2分别测得流道两端的压力，通过设定的注射速率可以计算得到充模过程中流道4中聚合物熔体的剪切速率，通过数据分析处理系统11的软件可以计算得到振动强化充模过程中聚合物熔体的粘度随振动参数与剪切速率、剪切应力随剪切速率的变化关系；利用螺线槽模具测量得到熔体的流动长度和模腔入口压力，可以得到流动长度随模腔入口压力的关系以及模腔入口压力随振动参数的关系。
对记录下来的数据进行处理，可以得到动态充模下聚合物熔体的流变性能。
实施例2
如图2所示，将塑料/金属粉末体系加入到熔料筒8中，在加热器5的作用下熔融塑化，其温度由热电偶12测量并控制。在充模过程中，柱塞杆19在匀速向下运动的基础上叠加一正弦振动，将振动力场引入到如图4所示的圆盘薄碟模腔23中。充模完成后，柱塞杆19在平衡位置作正弦振动，从而实现振动充模及振动保压。通过压力传感器1、2可以测到流道4两端的熔体压力，通过数据分析处理系统11的软件计算可以得到振动强化下喷嘴中聚合物/金属粉末体系的粘度响应情况。通过传感器1的压力变化，可以得到浇口封闭时间，从而进一步可以得到振动参数对浇口封闭时间的影响，同时还可以得到平均注射流率不变的情况下模腔入口压力对振动参数的响应情况。通过传感器13可以测量残余压力及判断充模时间。

Claims (5)

1、一种聚合物动态注射流变特性与行为的检测方法，其特征在于：通过螺杆一线式注射装置的物料塑化注射螺杆或者熔料筒活塞注射装置中的柱塞杆在注射充模和持压时作周期性的轴向振动，在流道两端、模腔中心、模腔边沿各点安装压力传感器，测量一定的注射工艺条件下螺线槽模腔的注射压力及充满长度，或测量平均注射量不变时中心浇口薄圆碟模腔注射压力及平均注射压力不变时熔体充满模腔所用的时间，由充满长度、充满时间计算得到充模过程中熔体注射速率和剪切速率，然后计算得到振动强化充模过程中聚合物熔体的粘度随振动参数与剪切速率的变化关系、以及剪切应力随剪切速率的变化关系。
2、根据权利要求1所述的聚合物动态注射流变特性与行为的检测方法，其特征在于可表征在一定的熔体温度和平均注射流量不变时，螺杆或柱塞杆不同轴向振动频率或振幅对螺线槽模腔的螺线槽充满长度与注射压力的关系的影响。
3、根据权利要求1所述的聚合物动态注射流变特性与行为检测方法，其特征在于可表征在平均注射流率不变的情况下，螺杆或柱塞杆不同轴向振动的频率或振幅对中心浇口圆盘薄碟模腔注射压力以及被充满时间的影响。
4、根据权利要求1所述的聚合物动态注射流变特性与行为检测方法，其特征在于螺杆或柱塞杆的轴向振动的振幅为零时，即螺杆或柱塞杆不作轴向振动，测量和表征聚合物稳态注射流变特性和行为。
5、一种实现权利要求1所述聚合物动态注射流变特性与行为的检测设备，其特征在于：所述设备包括螺杆一线式动态注射装置或熔料筒活塞式动态注射装置、压力传感器(1、2、13)；所述螺杆一线式动态注射装置或熔料包括料筒(8)、螺杆(9)、激振器(10)；料筒(8)中的螺杆(9)与激振器(10)连接，料筒(8)出口与模腔(3)连通；压力传感器(1)安装在模腔(3)的中心，压力传感器(2)安装在料筒(8)出口；所述熔料筒活塞式动态注射装置包括料筒(8)、柱塞杆(19)、激振器(10)；料筒(8)中的柱塞杆(19)与激振器(10)连接，料筒(8)出口与圆盘薄碟模腔(23)连通；压力传感器(1)安装在圆盘薄碟模腔(23)的中心，压力传感器(2)安装在料筒(8)出口，压力传感器(13)安装在圆盘薄碟模腔(23)的边沿。
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