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注射成型過程中的聚合物流變特性監測
  來源：塑料工程師學會北京分會   瀏覽次數：2858  發布時間：2016年09月18日 10:32:32
[導讀] 在不同的加工參數下，對聚合物流變性能的監測能讓我們了解其熔融狀態，並預測注塑件的質量。
 在不同的加工參數下，對聚合物流變性能的監測能讓我們了解其熔融狀態，並預測注塑件的質量。
 
注塑能生產各種各樣具有複雜形狀的塑料製品，是一種高度自動化的成型方法，無需大量的成形後精加工，生產率高。但是，由於注塑不穩定出現的任何缺陷都會造成物質和能源的浪費，隻有初始參數設置合適，才能達到預期的穩定注射成型。然而在實際加工中，由於機器特性、模具狀況、環境溫度和濕度變化的影響，這是很難實現的。
 
為了測量注射過程的成型狀況，庫爾特等人使用壓力和溫度傳感器來測量壓力和溫度變化對注塑的影響，Gao and Kazmer從新的角度解釋了參數設置對注塑件質量的影響；一些商業設備在注射過程中利用了過程監測或控製方法。但是這些裝置在功能上是有限的，修改它們的參數以符合實驗要求也很困難。材料的流變性質，反映了不同加工參數下的聚合物熔體狀態，在注射成型過程中尤其重要。
 
根據我們以前的工作，我們開發了信號處理模塊原型，可以測算出注射過程中材料的流變特性，我們的模塊還提供了可編程的結構以適應不同的應用場合。在我們的設備中，信號處理邏輯見圖1（a），實驗裝置見圖1（b）。模製試驗在注射機（Fanuc Roboshotα-S50iA）上進行，我們使用的材料是奇美公司生產的聚碳酸酯（PC-110）。
圖1 （a）監測裝置信號處理原理圖；（b）實驗裝置。Sensor-T：溫度傳感器；Sensor-P：壓力傳感器；NI-USB 6000：USB數據采集設備；SLP：開關電平點（溫度信號突然發生變化點）。
 
我們準備了含有一個壓力傳感器和一個溫度傳感器的試驗模具，所述信號處理模塊被連接到測試模和計算機之間進行數據處理，如圖1（a）。這兩個傳感器所測量的信號被輸送到電荷放大器，在那裏被轉換成電壓輸出。對於信號預處理，我們使用電路試驗板設計一個簡單的邏輯電路，將數據傳送到一個數據采集裝置（DAQ）中，由LabVIEW軟件進行信號處理。所測量的信號被收集時，剪切速率和聚合物熔體的相對粘度立即由信號處理模塊確定了，成型狀況的變化可以通過監測這些流變性質來確定。我們對某些參數進行了簡化處理，使用相對粘度代替實際粘度。使用商用DAQ，我們也能夠驗證由該模塊計算出的熔融狀態的流變性質。
圖2表明，聚合物的相對粘度隨注射速度和熔融溫度的變化而變化。隨著注射速度增加，相對粘度降低到一個較低的值，隨著熔融溫度的降低，相對粘度升高。此數據表示，一個相對高的注射速度或高的熔融溫度可以降低材料的相對粘度。這個結果與其他團隊進行的研究類似，如果聚合物在這些條件下進行加工，則可以實現更穩定的製品質量。
 
圖2 聚合物的相對粘度隨注射速度和熔融溫度的變化圖。
 
 
傳統的注射工藝的優化是進行一係列參數實驗，從這些結果中確定最佳參數，此方法顯然是費時的。我們正在開發一種新的方法來預知可行的參數，此方法是基於建立注射成型輸入參數之間的相關性模型（如注射速度、熔體溫度與輸出結果），采用回歸分析，預測未知因變量-自變量的函數。我們還引入了一個加權係數的概念來闡明參數的重要性。這些變量編程到模塊十分簡單，而且提供了另一種有效的方法來確定注射成型最適宜的設置參數。