[发明专利]一种在线测试熔融指数的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及材料加工流变性能测试领域，特别涉及到一种在线表征熔融指数的测试方法和装置。

背景技术

流变性能是材料最重要的加工性能。快速检测握其流变参数对于正确设计模具、选择加工机械、确定加工工艺条件以及开发精密成型设备具有指导意义。随着成型制品结构精度不断提高，连续生产有效控制要求能在线检测流变性能。

熔融指数常用于表示材料（如聚合物）流动性能，是材料牌号的一个指标。现有测试方法采用熔融指数测试仪进行离线测试，即不在生产线上进行流变测试。一方面，生产过程取样可能干扰正常生产；另一方面，线下样品可能与生产中的不一样，即脱离了实际加工条件，对制备和加工过程的指导作用有限。如果将流变仪直接安装在原料生产线或加工成型设备上进行测定，则为直接的在线测试。现有在线流变仪安装在生产线上，实际是间歇取样进行的，且流变仪结构复杂、测试响应缓慢，无法原位测试。理想的是在不干扰生产或加工成型的情况下，直接进行原位测试获取一些信号，并将其与流变参数建立关系，那么便可以用原位检测的间接信号表征流变性能。本发明提出在生产线上安装超声波系统，通过监测流体中超声波传递特性（如声速或衰减系数）来在线测试熔融指数，表征物料流动特征。高频率超声波几乎是无损的机械波，用其测试具有信号反馈灵敏、检测信息丰富及操作安装方便等优点。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种在线熔融指数测试方法和装置。

该方法的基本原理是：在一定温度和压力下，一定频率的超声波在确定流道内流体中传递速度是唯一的，此时流道内流体的黏度和密度也是确定的。熔融指数是一定时间段（如10分钟）内恒压下测试挤出物重量，即与熔融指数与黏度和密度也是对应的。这样，测定该流道内熔体中超声波传递速度，即可对应出该温度和压力下其中熔融指数。

熔融指数（MFI）在线测试方法为：如图1和2所示，在确定流道内某一截面（面积A）安装传感器测试温度T、压强P，同时通过超声波发射检测系统采用反射（图1）或透射（图2）模式测试超声波的反射回波时间，即穿过厚度l流体所需要的传播时间Δt，便得到声速                                                。由压强P和面积A便可计算载荷N=P*A；从熔融指数测试标准ISO-1133或GB3682-83中载荷N可得到一定温度T下的压强P，这样可从该条件下熔融指数MFI~声速对应曲线求的熔融指数。若有从曲线回归出熔融指数MFI~声速对应方程，还可直接计算得到。

为了更明确说明并证实该方法的可行性，以图2所示测试装置进行详细说明，同时应用标准熔融指数测试仪测试熔融指数进行对照。

图3所示一种熔融指数的标定用测试系统，传感器按照图1或图2在流道的同一横截面布置安装，通过超声波发射及信号检测系统控制和收集数据。该系统主要由加载驱动装置（1）、温控装置（2）、机械部分（3）围成的料腔（4）、压力/温度传感器、超声波探头（5）及其冷却管（6）和连接线（7）、托架（8）和口模（9）组成。口模托架通过螺纹与连接料腔体连接。传感器和超声波探头平齐料腔内壁面通过螺纹固定，防止干扰熔体流动，且它们应与料腔体安装孔形成密封防止漏料；超声波探头后部通冷却水保证信号线不被加热到高温而损坏。

测试时，加载装置通过叠加砝码、重物或通过液压缸等机械系统驱动柱塞上下移动位置改变物料体积并推动物料向下流动，经毛细管口模流出，在此过程监测温度、压力和超声波信号，获得平均超声波声速和振幅。维持温度和载荷恒定，将一定时间内被挤出物剪切收集，用电子天平称重，重量除以流动时间换算为10分钟的流出重量即为该温度和载荷下的熔融指数。这样，得到的超声波声速与熔融指数是对应的。为了对比，也用标准熔融指数测试仪测试了对应温度和载荷下的熔融指数。

对连续流道内熔体进行表征时，安装装置与图3相似，只要将流道看作料筒，柱塞和口模就不需要了，压力由上游流动形成。

本发明的效果是：建立超声波声速与熔融指数的定量关系后，在熔体流动装置甚至生产过程设备上直接安装超声波探头，在不干扰流动的情形下，便可在线监测其熔融指数而调控工艺或监控生产过程。

 

附图说明

图1 基于超声波反射检测模式的熔融指数在线测试系统示意图

图2 基于超声波透射检测模式的熔融指数在线测试系统示意图

图3 一种熔融指数在线测试装置示意图