[发明专利]电容传感器在聚合物成型加工中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种电容传感器在聚合物成型加工中的应用。

背景技术

在成型加工中，由于成型参数控制不合适或者模具/产品设计问题等原因，注塑制品中往往或多或少会存在残余应力，从而显著影响注塑制品的外观形状和光学、力学、声学等物理性能，同时这也对注塑制品的使用寿命起着决定性的影响。现有的研究表明：注射成型过程引起的制品残余应力可分为流动残余应力和热残余应力，二者的关系至今仍没有清晰明确的结果；其中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。因此，在注塑成型过程中，对残余应力的量化便成了实现高品质注塑成型的要求。

目前，对于残余应力的测量主要停留在离线测量上。按照对注塑制品有无破坏性，离线测量大体可分为有损测量和无损测量两种。有损测量主要包含剥层法、钻孔法以及化学腐蚀法等方法，这几种方法方便易行，但带来了外加机械力，从而改变了成型过程中的结构状态。无损测量则主要包含了X射线法和双折射法，X射线法穿透深度小，主要用于测量表层残余应力，而双折射法主要用于测试透明制品的残余应力。并且上述方法都是离线测量方法，其测量结果只能说明脱模后注塑制品的最终应力情况，而并不能说明注塑制品在成型加工中的应力分布情况。

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，且该测量方法也是在制品制备后实现，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，没有涉及到聚合物成型加工过程的在线测量，且其只能够得到应力之间的差值，而无法得到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电容传感器在聚合物成型加工中的应用，利用该电容传感器，不仅能在聚合物成型加工过程中实现对应力的连续、多周期的在线实时测量，而且还能够进一步直接得到测量位置处相关应力分量的具体量值。

本发明的技术方案是：

一种电容传感器在聚合物成型加工中的应用，包括以下步骤：

1）将电容传感器固定在聚合物成型模具型腔内或口模的内壁上，其中电容传感器包括绝缘基材、附着于绝缘基材上的导电电极以及分别与导电电极连接的第一电极线和第二电极线；

2）用信号发生器产生对所述电容传感器的初始激励信号，同时该信号传递至锁相放大器的参考输入端；

3）进行聚合物成型加工，聚合物熔体开始与电容传感器接触，电容传感器的电容及输出信号发生改变，对电容传感器的输出信号进行去噪处理，并且将去噪后的信号传递至锁相放大器的信号输入端；

4）用信号记录仪采集锁相放大器输出端的电压信号；

5）将采集到的电压信号转换成剪切应力，从而实现了在聚合物成型加工过程中对剪切应力的在线测量。

上述电容传感器在聚合物成型加工中的应用，其中步骤5）中将电压信号转换成剪切应力的具体步骤为：

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=C_O(ε+ε_S)

5.2）当原始各向同性材料遭受变形时，上述介电常数ε采用一个二阶张量表示为