[发明专利]基于压力传感器和温度传感器的塑料结晶度在线测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及塑料注塑成型领域，尤其涉及一种基于压力传感器和温度传感器的塑料结晶度在线测量方法。

背景技术

塑料具有密度小、质量轻、机械性能良好、化学稳定性强、加工成形容易和价格低廉等优点，已成为与钢材、水泥、木材并驾齐驱的新型基础材料。在机电、仪表、化工、汽车、建材和航天航空等领域，已出现了“以塑代钢”、“以塑代木”的发展趋势。注射成型是高性能塑料制品生产的最主要手段。成型过程中，塑料熔体在模具型腔内经历不同的热、力历史，形成复杂的微观结晶形态。结晶度是表征结晶形态的一个重要参量，其大小直接影响到最终制品的强度、刚度、透明度和脆性等，如结晶度为70%的聚丙烯，其载荷下的热变形温度为125℃，而结晶度95%时则为151℃。同时，结晶度会引起制品的低温脆性，如等规聚丙烯制品的结晶度分别为55%、85%、95%时，其脆化温度分别为0℃、10℃、20℃。因此，在注射成型过程中能够在线测量塑料的结晶度具有十分重要的工程意义。

然而，目前塑料结晶度的测量方法主要是离线测量方法，如示差扫描量热法（DSC）、小角激光光散射（SALS）和扫描电子显微镜（SEM）等，这些方法只能获取塑料最终的结晶度，不能得到成型过程中结晶形态的形成、演化及定构过程，其局限性很大。相对于离线测量方法，赵朋等利用超声波在模具、塑料界面上的声波反射系数实现了成型过程中塑料结晶度的在线测量（见赵朋，傅建中，贺永，陈子辰.用于注塑工艺的聚合物结晶度在线测量方法及装置，专利申请号为201110214697.9），该发明专利所提出的方法需要通过淬火获取塑料的完全非晶区温度-密度曲线，该曲线的精度直接影响结晶度的测量结果，并且该方法需要采用小波变换的方法对超声波信号进行去噪处理，去噪效果的好坏也直接影响结晶度的测量结果，因此，该方法的使用步骤较繁琐、复杂，测量精度的影响因素较多，精度难以保证。此外，超声传感器在塑料工业中应用不多，使用成本较高，从而限制了该方法在实际生产中的推广应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种使用方便、精度易控制、成本低廉的用于注射成型工艺的塑料结晶度在线测量方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于压力传感器和温度传感器的塑料结晶度在线测量方法，包括以下步骤：

1）构建塑料的压力、比容和温度关系曲线，即PVT曲线；

在所述的步骤1）中，采用两相模型的Tait方程来描述所述的PVT曲线，模具中塑料的比容与温度、压力的关系表示为：

v(T,p)=v0(T,p)[1-Cln(1+pB(T,p))+vt(T,p)]]]>

式中：v₀(T,p)为零表压比容，单位m³/kg；c表示数值为0.0894的常数；B(T,p)为影响塑料的压力敏感度，是温度和压力的函数；v_t(T,p)是温度与压力的函数；T表示温度；p表示压力。

所述的v₀(T,p)，B(T,p)，v_t(T,p)取值与温度T的关系如下所示：