[发明专利]在线测试聚合物压力－比容－温度关系的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物压力(P)、比容(V)、温度(T)关系在线测试方法及装置，特别是涉及一种用于注塑机在线测试聚合物的P-V-T关系的测试方法及装置。

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技术的报道。

发明内容

本发明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-温度关系的方法及装置，本发明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。

本发明在线测试聚合物压力-比容-温度关系的方法的技术方案采用了由模具、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的测试装置，将测试装置安装在注塑机的合模系统中，在注塑机注塑成型过程中，聚合物压力-比容-温度关系测试操作步骤如下：

(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)驱动模腔开关，将模腔关闭；

(4)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；

(5)将采集到的数据经过计算机处理得到被测聚合物的压力-比容-温度曲线图；

(6)继续完成注射工艺过程的冷却、开模、顶出以及模腔开关开启的操作过程。