聚合物注射成形中熔體密度超聲原位測量技術(shù)

in-situ density measurement for plastic injection molding via ultrasonic technology

作者列表

zhengyang dong（董正陽）, peng zhao（趙朋）, kaipeng ji（紀(jì)凱鵬）, yuhong chen（陳宇宏）, shiquan gao（高世權(quán)）, jianzhong fu（傅建中）

關(guān)鍵詞

ultrasonic measurement, melt density, in-situ measurement, injection molding

超聲測量，熔體密度，原位測量，注射成形

原文鏈接

https://journal.hep.com.cn/fme/en/10.1007/s11465-022-0714-2

01 文章簡介

聚合物注射成形過程中的密度變化直接反映了熔體的演變行為，直接關(guān)系到最終產(chǎn)品的光學(xué)、力學(xué)等性能指標(biāo)，并包含了對成形過程監(jiān)控和優(yōu)化的豐富信息。因此，成形中聚合物熔體密度的原位測量具有重要的研究意義和廣闊的應(yīng)用前景。

本文首次提出了注射成形過程中聚合物熔體密度的超聲波原位測量方法。超聲探頭安裝位置如圖1所示，超聲回波包含了豐富的熔體演變信息，所提出的方法中結(jié)合了超聲信號的時(shí)域和頻域信號的分析。從時(shí)域信號中計(jì)算超聲速度，并通過頻域信號的全頻譜分析計(jì)算聲阻抗，兩者結(jié)合獲得聚合物熔體密度。

圖1 模具結(jié)構(gòu)及傳感器安裝示意圖

本文對注射成形中熔體信息進(jìn)行了超聲原位測量，聲速和聲阻抗均能準(zhǔn)確反映成形過程的不同階段，密度測量結(jié)果與pvt方法具有良好的一致性，如圖2所示。除此之外，本文進(jìn)行了不同工藝條件的實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證本方法的適用性，包括不同的熔體溫度、注射速度、材料和模具結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，所提方法與pvt方法具有良好的一致性。該方法具有原位測量、無損、精度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在聚合物注射成形行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。

圖2 超聲速度、聲阻抗和熔體密度在注射成形過程中的演變

02 文章亮點(diǎn)

本文首次提出了注射成形過程中聚合物熔體密度的超聲波原位測量方法。所提出的方法將超聲時(shí)域和頻域信號的分析相結(jié)合，分別計(jì)算熔體聲速及聲阻抗，從而獲得熔體密度。

所提出的超聲波密度測量方法可適應(yīng)不同的加工條件、不同的材料和不同的模具。本方法解決了現(xiàn)有原位測量方法成本高、模具加工復(fù)雜和制品表面損傷等問題。

超聲波測量方法具有精度高、無損、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在聚合物注射成形領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

文章作者簡介

趙朋教授，博士生導(dǎo)師，教育部青年長江學(xué)者，浙江省“萬人計(jì)劃”青年拔尖人才。一直從事聚合物精準(zhǔn)成形技術(shù)及裝備領(lǐng)域的研究工作，圍繞服務(wù)國家戰(zhàn)略和國民經(jīng)濟(jì)重要領(lǐng)域的高端聚合物產(chǎn)品的成形制造需求，將機(jī)械、材料、聲/磁學(xué)有機(jī)交叉與結(jié)合，形成了具有自身特色與優(yōu)勢的前沿研究方向。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人主持多項(xiàng)國家、省部級項(xiàng)目和企業(yè)委托橫向課題。近年來，在國內(nèi)外權(quán)威期刊上發(fā)表sci論文70余篇；參編外文專著1部、副主編“十三五”規(guī)劃本科生教材2本；申請國家發(fā)明專利46項(xiàng)，其中39項(xiàng)已授權(quán)；參與制定國家標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)。2019年獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(排3)。

責(zé)任編輯：施惠文

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