[发明专利]注塑成型聚合物大分子取向动态检测系统及其检测方法

说明书

本发明涉及透光性聚合物材料的注塑成型大分子取向检测技术领域，具体的说，公开了一种注塑成型聚合物大分子取向动态检测系统，同时还公开了该系统的检测方法。一种注塑成型聚合物大分子取向动态检测系统，包括成型模块，光源模块，在线监测模块，所述成型模块包括注塑机、“三明治”窗口可视化测试模具，所述注塑机对窗口可视化测试模具进行注塑成型；入射光源，经分光镜可将入射光分成参考光源和干涉光源，干涉光源进入模具型腔动态成像，全息干板、CCD高速摄像机等被安装与动模下侧以记录聚合物充模过程的瞬时形态，进而通过数据处理系统对相关数据进行处理，对比性和可靠性强；温压一体式传感器设置于模具型腔的内壁，能够实时反馈模腔温度与应力分布，动态调控模腔温度与应力分布，准确度高。

技术领域

本发明涉及透光性聚合物材料的注塑成型大分子取向检测技术领域，具体的说，公开了一种注塑成型聚合物大分子取向动态检测系统，同时还公开了该系统的检测方法。

背景技术

注射成型聚合物充模是一个典型的非稳态不等温流动过程，在这一过程中，聚合物缠结大分子链(团)在高速剪切作用下产生解缠、拉伸、形变，将引起大分子链(团)沿熔体流场方向的取向排列，其分子取向、分布与结构形态将在后期的冷却固化中产生某种形式的定向排布，并将直接影响到制品最终的力学、光学和热学性能。理解这一缠结大分子链(团)流动取向分子动力学机制，研究并揭示这一聚合物微观形变历史，建立起可测宏观量与高分子链构象及排布形态之间的定量关系，将有助于从数值理论上对整个充型过程进行分析和控制，进而实现对整个注射成型过程的工艺控制与制品品质的优化设计，其技术应用及所提供理论依据为推动聚合物加工技术的发展具有重要的科学意义和应用价值。

目前聚合物充模取向领域的实验测量研究多集中于对制品取向形态的描述与表征方面，即采用相关设备仪器通过破坏性或非破坏性方法，诸如双折射法，广角X射线衍射法，红外光谱法和超声波检测法等实验分析技术对制品的取向形态与分布进行测量与表征。ISAYEV(ISAYEV A I.Orientation development in the injection molding ofamorphous polymers.Polym Eng Sci,1983,23(5):271-284)采用双折射实验分析技术，实现了对PS、PMMA塑料成型试样经自由与限制淬火后，在试样厚度与流道直径方向的流动与冷却诱导取向分布，以及PMMA材料试样在限制退火之后的取向分布形态。NEVES和POUZADA等(NEVES N M,POUZADAA S.The use ofbirefringence for predicting the stiffnessofinjection moldedpolycarbonate discs.Polym Eng Sci,1998,38(10):1770-1778)以PC塑料为实验材料，采用双折射法实现了光盘件成型过程中流动充模方向与垂直充模方向的分子取向分布测定。LU和KHIM(LU XH,KHIM LS.A statistical experimental study ofthe injection molding ofoptical lenses.J Mater Proce Technol,2001,113(1-3):189-195)基于应力-光弹理论，通过光弹实验研究了PC透镜的双折射行为。BEER和ROKE(BEERAG,ROKE S.Obtaining molecular orientation from second harmonic and sumfrequency scattering experiments in water:angular distributionandpolarization dependence.J Chem.Phvs.,2012,132(23):234702)采用二阶非线性光散射试验方法，以水为介质，实现了制品的取向测定。BOUAKSA等(BOUAKSAF,OVALLE RODASC,et al.Molecular chain orientation in polycarbonate during equal channelangular extrusion:Experiments and simulations.Computational MaterialsScience,2014,85:244-252)采用广角X射线散射技术实现了PC材料等径角挤出成型制品的分子取向。孙国恩等(张国恩，滕红等。红外光谱结合线阵列检测技术研究聚合物分散液晶膜分子取向。分析化学，2010,8:1182-1185)采用偏振红外光谱和变温红外光谱研究聚合物分散液晶膜中液晶分子取向随外加电场及温度的变化，利用线阵列检测技术表征了聚合物与液晶界面处的成分分布。吴贵芬等(吴贵芬，王镇平等。用红外二色性测定高聚物取向度——聚丙烯纤维取向度的测定。合成纤维工业，1982,(6):17-24)采用红外偏振光谱试验方法测定了聚丙烯薄膜的分子取向，并且与双折射法、X射线衍射法的结果进行比较，具有很好的一致性。钱宝钧(钱宝钧。热机械法研究聚丙烯腈纤维的超分子结构Ⅱ.热溶胀收缩法测定取向因素。高分子学报，1979,1(4):201-209)则提出了一种利用热熔胀收缩原理测定聚丙烯腈纤维取向的热机械测量法。这些聚合物分子取向测定方法基本都是采用静态的离线测量方法研究特定物理场条件下的制品的取向应力问题，在工艺控制上具有滞后性，且需要制备试样、对产品本身具有破坏性。