[发明专利]流体辅助注射成型中制品参数超声在线测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及塑料成形技术，具体涉及一种流体辅助注射成型中制品参数超声在线测量方法。

背景技术

流体辅助注射成型中的流体是惰性气体或水，主要包括气辅注射成型(Gas-Assisted Injection Molding，简称GAIM)和水辅注射成型(Water-Assisted Injection Molding，简称WAIM)两种，它们是上世纪90年代发展起来的新型聚合物加工成型技术，利用高压惰性气体或水在制品内部形成空腔，并经保压降温后得到中空的塑料制品。GAIM和WAIM具有传统注塑成型不可比拟的优点，能够成型厚度差异较大的制品，且质量轻、内应力低、强度高，因而在塑料制品成型中被广泛使用。流体辅助注射成型工艺主要包括五个阶段：熔体短射、流体注射、流体保压、流体排出和制品顶出。

流体辅助注射成型工艺中，制品残余壁厚的精度影响着制品的品质。残余壁厚是指中空制品最终的壁厚，是流体辅助注射成型技术的关键指标之一，有效控制残余壁厚是流体辅助注射成型成熟的重要标准。目前，国内外众多学者已经针对流体辅助注射成型制品残余壁厚的形成机理及壁厚的控制进行了大量的研究分析，研究表明同一材料流体辅助注射成型的残余壁厚主要与熔体预注射量、延迟时间和流体压力等工艺参数有关。

但目前残余壁厚都是通过离线的方式测量，将制品切开得到横截面来机械测量。这种方法的缺点是：(1)这种方法需要破坏制品，具有破坏性的；(2)需要进行大量次数的试制实验来调整工艺参数，以获得相对精确的残余壁厚，该方法耗时费力；(3)一旦更改模具或者注塑材料发生变化，则需要重新通过大量试验来调整工艺参数，该方法灵活性差。因此，急需一种经济有效的检测手段来实时在线测量残余壁厚，以便实时调整工艺参数以优化制品的成型效果。

另外，在流体辅助成型中注塑件的空心层的长度影响它的机械和力学性能，然而空心层通常被不透明的表层材料覆盖，因此无法通过光学方法测量，除非将注塑件截断测量，否则测量空心层长度十分的困难。目前还没有十分可行的方法。

流体辅助注射成型表层壁厚和空心层长度的测量都是非常重要的。当前，一些发达国家的专家学者都在寻找一种经济有效的壁厚和长度测量方法，在这种竞争形势下，本发明提供了一种利用超声波反射现象的实时在线测量方法。

发明内容

如上所述，对于流体辅助注射成型，制品壁厚和空心层长度的测量具有重要意义。针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种成本低廉、使用方便、精度易控制、无损的用于流体辅助注射成型中制品参数实时在线测量的方法。

为实现以上发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种流体辅助注射成型中制品参数超声在线测量方法，包括如下步骤：

(1)在垂直于流体流动方向上，向成型过程中的制品发射超声波，采集该超声波同一次反射回波LB和反射回波LG：

其中：

反射回波LB为该超声波在模塑界面发生的反射回波，所述模塑界面为塑料熔体与模具内壁的界面；

反射回波LG为该超声波在塑辅界面发生的反射回波，所述塑辅界面为塑料熔体与辅助流体的界面；

(2)计算接收反射回波LB与反射回波LG之间的时间间隔△t，得到塑料熔体的壁厚h：

h＝1/2×V×△t；

其中，V为超声波在塑料熔体中的传播速度；

可选择的进入步骤(3)；

(3)根据塑料熔体的壁厚计算得到空心层长度。

塑料制品经流体填充、保压、冷却降温，在制品与模具内腔表面分离之前，残余壁厚均可通过本发明的上述方法检测得到。所述的壁厚h又称为塑料制品残余壁厚。

作为优选，所述超声波在塑料熔体中的传播速度V采用如下方法确定：

(I)在垂直于流体流动方向上，发射超声波，采集该超声波同一次反射回波LB0和反射回波LG0：

其中：

反射回波LB0为该超声波在模塑界面发生的反射回波，所述模塑界面为塑料熔体与模具内壁的界面；

反射回波LG0为该超声波在塑辅界面发生的反射回波，所述塑辅界面为塑料熔体与辅助流体的界面；

(II)计算接收反射回波LB0与反射回波LG0之间的时间间隔△t 0；

(III)将制得的塑料制品在超声波对应处截断，得到塑料的壁厚h0，进而计算得到超声波在塑料熔体中的传播速度V，V＝2h0/△t0。