CN201002333Y

CN201002333Y - 在线测试聚合物压力-比容-温度关系的装置

Info

Publication number: CN201002333Y
Application number: CNU2007201034227U
Authority: CN
Inventors: 杨卫民; 王建; 谢鹏程; 丁玉梅
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2007-02-01
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2017-02-01

Abstract

本实用新型在线测试聚合物压力－比容－温度关系的装置，该测试装置由模具、压力传感器、温度传感器、位移传感器、加热棒和模腔开关构成。压力传感器与温度传感器设置在模具的静模板与型芯上，位移传感器设置在模具的静模板与动模板之间；加热棒和冷却水道布置在模具的静模板和动模板上；模腔开关由模腔开关阀、连接块和驱动液压缸构成，模腔开关安装固定在模具的静模板与定模板之间。测试装置安装在注塑机的合模系统中使用。测得的压力－比容－温度关系能更真实地反映实际注塑成型工艺条件下的压力－比容－温度关系。可以用来指导制定聚合物制品的注塑成型工艺参数或用于制品的模具设计和CAE分析。

Description

在线测试聚合物压力-比容-温度关系的装置

技术领域

本实用新型涉及一种聚合物压力(P)、比容(V)、温度(T)关系在线测试装置，特别是涉及一种用于注塑机在线测试聚合物的P-V-T关系的测试装置。

背景技术

注塑机主要由模具、注塑系统、合模系统、液压传动和电气控制系统构成，模具主要由静模板、动模板、型芯、浇注系统、导向系统、定位固定部件和脱模抽芯系统组成。模具安装在合模系统的合模板上使用。压力、温度、时间是影响聚合物注塑成型工艺的主要因素。在聚合物原材料、模具结构一定的情况下，注塑成型工艺参数对制品质量有直接影响。聚合物的压力、比容、温度关系，即P-V-T之间的关系为注射模塑过程的参数的设置以及分析制品加工中产生翘曲、收缩、气泡疵点等缺陷的原因提供依据。

聚合物P-V-T测试仪是一种用于测定聚合物比容与压力、比容与温度的函数关系的仪器。比容与压力及比容与温度的函数关系是通过P-V-T曲线图反映的，从聚合物的P-V-T曲线图可获得直观的聚合物的密度、比容、压缩性、体积膨胀系数及状态方程等方面的信息。目前聚合物P-V-T参数测试技术有直接加压和间接加压两种测试方法，例如：德国SWO公司的Piston-cylinder技术和Gnomix公司的Confining fluid技术，可分别归结为直接加压和间接加压两种测试方法。钱汉英等人在“聚合物PVT关系测定技术”(中国塑料，1996，10(2)：63)中报道，这两种方法之区别在于仪器加压活塞是否直接与聚合物试样接触。在间接法中活塞筒内充入液体介质，试样浮于液体介质中，活塞通过液体介质对聚合物试样施加压力或加热、冷却。一般在直接法测定中，试样体积测定仪仅需测定位移高度。间接法测定由于要使用液体介质，试样体积的变化是通过液体介质体积变化的测量经过分析而获得，所测定的密度是相对值，通常液体介质用水银，水银存在毒性、泄漏问题。此外使用水银介质的测定过程中还需借助真空排除液体介质中存在的空气。直接法测定时，根据聚合物加工过程的工艺参数温度可达420℃，压力可达250MPa，而非直接法测定时由于液体介质用水银，温度最高只能为350℃。

采用以上两种方法的仪器设备都是针对聚合物样品进行测试。而且还都存在一个问题：聚合物样品的测试条件与聚合物实际加工工艺过程不一致，因此通过这些技术测试得到的聚合物P-V-T曲线来指导注塑成型工艺参数的制定是不够准确的，将聚合物P-V-T曲线用于模具设计和CAE分析也就存在差异。尤其是在当今CAD/CAE/CAM技术飞速发展的时代，聚合物的P-V-T数据愈能真实反映加工过程中聚合物的实际情况，计算机模拟的结果才会愈准确。当用CAE软件进行分析时，如果用国外提供的聚合物材料性能的数据进行模拟计算只能得到相当粗略的结果，因此有必要根据我国常用的聚合物材料进行P-V-T参数测量，在此基础上建立聚合物P-V-T数据库就非常有意义。而且，以上两种方法都是通过专门的仪器为载体来实现对聚合物P-V-T关系测试的，需要设计专门的实验仪器设备，测试前还要专门准备好测试样品。这些都给聚合物P-V-T关系的测定带来了不便。

目前，在注塑机上进行测试的技术已经有很多，包括在模具中安装压力传感器和温度传感器来在线测量模腔中压力和温度的一些相关技术，测量都是针对注塑机加工过程工艺参数的控制。但是在聚合物P-V-T关系测量方面，还没有见专门用于注塑机的在线测试装置的报道。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种可以用于注塑机上在线测试聚合物压力-比容-温度关系的装置，本实用新型能够在注塑成型工艺条件下，在线直接测得模具腔体中聚合物的P-V-T参数值。

本实用新型在线测试聚合物压力-比容-温度关系的装置，该装置由模具、压力传感器、温度传感器、位移传感器、加热棒和模腔开关构成；模具主要由静模板、动模板、型芯、浇注系统、导向系统、定位固定部件和脱模抽芯系统组成，型芯与静模板形成的模腔在合模方向具有一段横截面积不变的直段；压力传感器与温度传感器设置在模具的静模板与型芯上，位移传感器设置在模具的静模板与动模板之间；加热棒和冷却水道布置在模具的静模板和动模板上；模腔开关由模腔开关阀、连接块和驱动液压缸构成，模腔开关安装固定在模具的静模板与定模板之间。

本实用新型装置的模具的模腔开关阀为阶梯形设置在模具的静模板上开设的阶梯槽中，模腔开关阀的前段有通孔，在模具的静模板上设有排料孔与阶梯槽相通。

本实用新型装置，模具的模腔开关阀设置在模具的静模板上开设的阶梯槽中，模腔开关阀为阶梯形，模腔开关阀的前段有通孔，在模具的静模板上设有排料孔与阶梯槽相通；模腔开关阀在开位位置时：通孔与模具的主流道和浇口相通，模腔开关阀在闭位位置时：通孔与排料孔相通。

本实用新型提出的聚合物P-V-T参数在线测试装置，可以用它在注塑成型工艺条件下对模腔中被测聚合物直接进行加压、降压或加热、冷却的过程中进行测试的。在线测试不仅注塑成型工艺条件可以与实际加工过程一致；而且，使用的测试装置的模具与加工制品的模具形状相同，测得的P-V-T数据能更真实地反映实际注塑成型工艺条件下的P-V-T数据。

附图说明

图1是本实用新型在线测试聚合物压力-比容-温度关系的装置主视图。

图2是图1的俯视图。

图中：1、压力传感器，2、温度传感器，3、位移传感器，4、加热棒，5、静模板，6、动模板，7、型芯，8、被测聚合物，9、模腔开关阀，10、连接块，11、驱动液压缸，12、定模板，13、阶梯槽，14、通孔，15、排料孔，16、主流道，17、浇口，18、冷却水道，19、直段。

具体实施方式

本实用新型测试装置如图1～2所示，由模具、压力传感器1、温度传感器2、位移传感器3、加热棒4和模腔开关构成。模具与普通的模具一样它主要由静模板5、动模板6、型芯7、浇注系统、导向系统、定位固定部件和脱模抽芯系统组成。本测试装置与普通的模具不同的是对静模板5、动模板6和型芯7进行了以下的改装，使压力传感器1、温度传感器2、位移传感器3、加热棒4和模腔开关与模具能组装成一体，使测试装置具备必需的测试功能。在模具的静模板5、型芯7上开有安装传感器的孔，将压力传感器1、温度传感器2安装在模具上相应的安装孔中，压力传感器1和温度传感器2的测试头可直接同被测聚合物8接触，可测得模腔中被测聚合物8的压力、温度的变化；位移传感器3设置在模具的静模板5与动模板6之间，测量静模板5与动模板6之间的相对位移。模腔开关由模腔开关阀9、连接块10和驱动液压缸11构成，模腔开关安装固定在模具的静模板5与模具的定位固定部件中的定模板12之间。模具的模腔开关阀设置在模具的静模板5上开设的阶梯槽13中。模腔开关阀9为阶梯形，模腔开关阀9的前段有通孔14，静模板4上开设有排料孔15，排料孔15与阶梯槽13相通。模腔开关的模腔开关阀9由驱动液压缸11驱动，模腔开关阀9在模具的静模板4上的阶梯槽13中作直线往返运动，由驱动液压缸11实现对模具主流道16与浇口17的开关控制。当模腔开关阀9开启时，模腔开关阀9的前段的通孔14与模具的主流道16与浇口17相通；在测试时，模腔开关阀9将模具的主流道16和浇口17关闭，以保证被测聚合物8的质量恒定；模腔关闭后，模腔开关阀9上的通孔14中的余料被挤到阶梯槽13的一侧，此时通孔14与排料孔16相通。开模后，通过合模系统的顶出机构沿排料孔15将余料顶出。在模具的静模板5和动模板6上布置有冷却水道18，冷却水道18外接控温冷却水，用加热棒7和冷却水道18中的冷却水来控制模具的温度。

位移传感器1可以选用如图1中所示的市售的磁致伸缩位移传感器，它的静止部分固定在模具的静模板5上，它的固定部分支撑在动模板6上的支架上。图1～图2是注塑碗状制品的测试装置的一个例子。从被测聚合物8充满的模腔可以看出，型芯7同静模板5形成一个碗状模腔，其碗口处有一段是横截面积不变的直段19呈圆筒状，由于直段19的横截面在合模时是固定不变的，通过位移传感器3测定静模板5与动模板6之间的相对位移，由位移的变化得到体积的变化，即可换算为比容的变化。本测试装置除适用于碗状制品的结构以外，也适合测定其它形状的制品，但由于对体积测试的要求，都需要模腔有一段横截面不变的直段。

采用本实用新型的测试装置在聚合物注满模腔后，测试模腔中聚合物的压力、温度、位移参数，能够适时的收集到压力、温度、位移的数据，得到压力、温度、比容的变化情况。将所测得的数据记录完毕，对数据进行处理，绘制聚合物的P-V-T关系曲线图；或将传感器通过AD/DA转换器同计算机连接，利用计算机处理数据，再通过软件编程，生成聚合物的P-V-T关系曲线图。根据得出的聚合物P-V-T曲线图，以此可以直观的了解聚合物的密度、比容、压缩性、体积膨胀系数及状态方程等方面的信息。可以以其验证所研究的高分子热力学模型及状态方程等的准确性，同时可以用测得的数据计算其它的相关性能参数，建立数据库，以指导像Moldflow/Mold等CAE软件的计算机模拟，最终实现指导制定注塑成型工艺，减少制品的成型缺陷，提高制品质量。

本实用新型提供的聚合物P-V-T参数在线测试装置，具有以下优点：

(1)充分利用了注塑机的合模系统来控制模具模腔中压力的变化，测试简单、直接。

(2)在实际注塑成型工艺条件下得到的数据，更能反映聚合物在注塑成型工艺条件下的P-V-T；有利于对聚合物的成型加工进行指导，更好的选择注塑成型工艺参数，从而减小注塑成型中制品的缺陷，提高制品质量；在实际注塑成型工艺条件下得到的数据越切合实际，也就越有利于提高计算机模拟的准确性，更有利于CAE软件进行数据处理分析，以及指导模具设计。

(3)现有测试技术都是针对聚合物样品进行测定，而用本测试装置是直接对用于制品成型过程中的聚合物进行测定，具有准确性和针对性。

本实用新型装置可以实现在线对模具模腔中聚合物的压力、体积、温度参数进行等压降温-升压、等压降温-降压、等压升温-升压、等压升温-降压、等温升压-降温、等温升压-升温、等温降压-降温、等温降压-升温等多种不同的测试过程，得到相应的聚合物P-V-T参数曲线图。

以等压降温-升压测试过程为例子对测试过程进行说明，将测试装置安装在注塑机的合模系统上后，设定注射工艺参数，先按照常规的注射成型工艺流程成型几个制品后，开始对被测聚合物的P-V-T参数的测定，测试步骤如下：

(1)通过注塑机合模系统合模。

(2)通过注塑机注塑系统将熔融状态的被测聚合物注射进模具的模腔中。

(3)利用模腔开关在主流道与浇口处将模腔关闭。

(4)按等压降温-升压测试过程的温度与位移的变化，根据测试过程设置参数，通过注塑机合模系统进行加压，利用测试装置的加热棒对模具进行加热，通过压力传感器、温度传感器和位移传感器适时采集被测聚合物的压力、温度和位移数据。初始压力设为0MPa，通过温度传感器和位移传感器适时测得恒定压力在0MPa下温度和位移的数值，每次温度降低值设为定值，记录一次位移值，将位移值进行换算，得到相应的比容。根据需要，通常初始温度最高可设置为400℃，每次温度降低值可设为20℃，最后得到一条恒定压力在0MPa的温度与比容的关系曲线。然后可以再升高恒定压力到下一个设定值，即测得到一组不同恒定压力下温度和位移的数值。一般最高压力可设置为200MPa，每次压力升高值可设为40MPa。汇总这一组曲线，得到被测聚合物的P-V-T关系曲线图。

(5)继续完成注射工艺流程冷却、开模、顶出的操作，模腔开关开启。至此，一次测试结束。

上述测试过程称为等压降温-升压的测试过程，该等压降温-升压过程与制品加工过程的工艺过程相一致。得到的测试P-V-T关系最为符合注塑机实际注塑成型工艺条件，因此所得到的数据是最能反映聚合物在成型过程中P-V-T的变化。

可以根据需要对上述测试过程仅改变步骤(4)的操作，就可以进行等压降温-降压、等压升温-升压、等压升温-降压、等温升压-降温、等温升压-升温、等温降压-降温、等温降压-升温等过程的被测聚合物的P-V-T关系曲线图。

Claims

1、在线测试聚合物压力-比容-温度关系的装置，其特征在于：该装置由模具、压力传感器、温度传感器、位移传感器、加热棒和模腔开关构成；模具主要由静模板、动模板、型芯、浇注系统、导向系统、定位固定部件和脱模抽芯系统组成，型芯与静模板形成的模腔在合模方向具有一段横截面积不变的直段；压力传感器与温度传感器设置在模具的静模板与型芯上，位移传感器设置在模具的静模板与动模板之间；加热棒和冷却水道布置在模具的静模板和动模板上；模腔开关由模腔开关阀、连接块和驱动液压缸构成，模腔开关安装固定在模具的静模板与定模板之间。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：模具的模腔开关阀为阶梯形设置在模具的静模板上开设的阶梯槽中。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：模腔开关阀的前段有通孔。

4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：在模具的静模板上设有排料孔与阶梯槽相通。