[发明专利]一种共面电容式聚合物分子取向测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物加工成型过程检测领域，更具体地，涉及一种共面电容式聚合物分子取向测量装置及方法，该装置及方法可用于测量聚合物成型过程中分子取向。

背景技术

聚合物具有原料丰富、易于加工、比强度高、耐化学腐蚀等各种优良性能，因而在各行各业得到了广泛的应用。在聚合物成型过程中，聚合物分子链随熔体的流动行为而取向，并随熔体各处剪切的不同，呈现一定的取向分布。聚合物分子的取向的最终分布以及变化历史决定着聚合物产品的力学性能、光学性能及热物理性能，因此聚合物成型过程中的分子取向测量对于产品性能的确定具有重大意义。

目前，公开报道的聚合物分子取向测量方法主要有两大类：第一类为离线测量，较早提出的有X射线衍射法。X射线衍射是研究晶体学的重要手段，在聚合物方面，利用X射线衍射能微观反应高分子链的构象及局部链段关系，因此利用X射线衍射测量聚合物分子取向也逐渐受到重视，例如广角X射线衍射(WAXD)和小角X射线衍射(SAXS)分别以衍射圆弧长度和弥散散射强度来度量取向度。同一时期还有双折射法和红外二向色性法，其中双折射法利用两个互相垂直方向上折射率差来衡量取向度，但只适用于透明材料且光学仪器调试复杂，而红外二向色性法根据取向试样红外吸收的各向异性来测量取向度。通常，这些离线测量方法具有制样过程复杂、无法在线检测等缺点。

第二类为在线检测，其方法较少，目前提出的有超声波测量法。例如在赵朋等所著文献《基于超声技术的塑料注射成型过程在线检测》中，利用注塑过程中超声信号的变化解释聚合物熔体结构形态的变化。Edward R等所著文献《On-line measurement of polymer orientation using ultrasonic technology》中采用超声横波在线检测了聚合物在模具型腔中的取向行为。但目前这方面的研究大多还处于实验室阶段，实际应用时还要对超声检测设备、超声信号与聚合物取向的理论关系、超声信号的分析和处理等方面进一步研究。

在公开号为CN102012400A的中国专利文献中，提供了一种超声波声速检测管材取向度的方法，通过超声波测试多个管材样品垂直于材料取向方向上声速，再利用红外二向色性法来标定，得到超声波波速和取向度的对应曲线。但该方法必须对样品进行切片测试，标定过程复杂，不利于在线测量，且适用范围仅限于聚合物管材。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提出一种共面电容式聚合物分子取向测量装置及方法，其中通过对测量装置中关键的多组共面电极的相对设置方式、每组共面电极中导电电极的形状及相对位置设置、以及测量的参数类型等进行改进，与现有技术相比能够有效解决聚合物的分子取向测量困难、测量方法只适用于部分特定形状的聚合物等的问题，本发明利用聚合物材料介电性能的各向异性，建立了取向-介电-电容三者的关系，适用于各类聚合物，属于无损检测，具有精度高、响应快、非侵入式等特点，且该测量装置及方法能用于真实加工环境的聚合物分子取向在线测量，灵活度较高且适用范围较广。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种共面电容式聚合物分子取向测量装置，其特征在于，包括传感器探头阵列(10)、电容测量单元(13)、以及取向计算模块(14)，其中，

所述传感器探头阵列(10)包括设置在绝缘基底(9)上的多组共面电极；

对于任意一组所述共面电极，均包括至少两个导电电极，并且，任意一个所述导电电极均具有条状电极结构；对于同一所述共面电极内的任意两个所述导电电极，它们的条状电极结构相互平行，并且保持固定间距；任意两个所述导电电极之间的电容受待测量聚合物的影响；并且，对于任意一组所述共面电极，定义在所述基底(9)平面上的、且与该共面电极中的条状电极结构相平行的直线为该共面电极的排布直线；

所述电容测量单元(13)与所述传感器探头阵列(10)相连，用于测量同一组所述共面电极内的任意两个所述导电电极之间的电容，并得到与所述多组共面电极相对应的多组电容数据；

所述取向计算模块(14)与所述电容测量单元(13)相连，用于根据所述电容测量单元(13)测量得到的所述多组电容数据计算所述待测量聚合物的分子取向；

此外，所述传感器探头阵列(10)上的所述多组共面电极至少为4组共面电极，以这些共面电极中的4组所述共面电极作为2个共面电极阵列单元，其中，每个所述共面电极阵列单元均包括2组所述共面电极；对于同一个所述共面电极阵列单元中的2组所述共面电极，这2组所述共面电极的排布直线之间的夹角为90°；