[发明专利]用于聚合物成型加工在线测量剪切应力的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于聚合物成型加工在线测量剪切应力的方法及装置。

背景技术

聚合物成型过程中的应力对成型质量、制品性能有重要的影响，尤其对于医疗、光学等高附加值的塑料制品。控制并量化成型过程中的应力一直是注射成型加工的研究热点，有重要的科学意义和积极的实践意义。现阶段，注射成型过程中的应力量化是通过对注塑产品的试验测量和数值模拟实现的。试验测量的方法包括：光弹法、剥层法、钻孔法及化学探针技术。这些试验必须在制品成型加工结束后才能实施，在线检测的研究较少。数值模拟利用流动充填、冷却不同的数学物理模型，分别求解制品的流动应力、热应力，二者简单的线性叠加作为制品的应力值，对成型过程总应力的预测有一定的局限性。

注塑制品的残余应力分析源于无机玻璃的急冷，主流理论将其分为流动引入应力（流动残余应力）和温差引起的热应力（热残余应力）两类；总的残余应力是流动残余应力和热残余应力共同作用的结果，但二者耦合的机理仍处于研究阶段，二者的关系至今仍没有清晰明确的结果。通常认为热残余应力可通过退火进行有效消除，但流动残余应力目前没有明确的处理方法。

在公开号为CN102853951A的中国专利文献中，提供了一种高分子注塑加工残余应力的检测方法，它是将经过改性处理的导电纤维跟高分子材料一起注塑加工，同时在导电纤维的两端设置电极引出线，然后对注塑品进行热处理，通过测量热处理前后导电纤维的电阻，通过导电纤维电阻的变化转换出注塑制品相应的应力，从而能够准确测量注塑制品在加工过程中不同部位形成的残余应力。但是该方法必须在成型加工材料中加入导电纤维来测得注塑制品的残余应力，还不能提供一种可以直接在注塑成型过程中不通过加入其它辅助材料而直接测量残余应力的方法或装置，且聚合物成型加工后方可实现残余应力的量化，属于离线测量方法。现有专利US2009/0249885A1，其主要考虑应力应变关系，仅仅应用于成型加工完成后的塑料制品的离线测量，没有涉及到聚合物成型加工的在线测量，且其只能够得到应力之间的差值，与光弹法（或双折射法）的条纹结果类似，无法得到每个应力分量的具体量值。

发明内容

为克服以上现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种用于聚合物成型加工在线测量剪切应力的方法，不仅在聚合物成型加工过程中实现了对剪切应力的连续、多周期的在线测量，而且还能够进一步直接得到各个剪切应力分量的具体量值。与此相应，本发明另一个要解决的技术问题是提供一种能够实现上述方法的用于聚合物成型加工在线测量剪切应力的装置。

本发明的技术方案是：

一种用于聚合物成型加工在线测量剪切应力的方法，包括如下步骤：

1）将至少一个电容传感器固定安装在聚合物成型模具型腔内的型腔壁上；

2）利用信号发生器产生对电容传感器的初始激励信号，同时将该信号也作为锁相放大器的参考输入；

3）进行聚合物成型加工，对电容传感器的输出信号进行去噪处理，去噪后的信号接入锁相放大器；

4）用信号记录仪采集锁相放大器输出的电压信号；

5）将采集到的电压信号转换成剪切应力，具体转换步骤为：

5.1）对介电常数为ε的初始各向同性材料，得出电容传感器的电容为：

C_θ＝C₀(ε+ε_s)

5.2）当原始各向同性材料遭受变形时，其转变成了正交各向异性材料，此时将上述介电常数ε采用一个二阶张量表示为