超聲波在線檢測聚合物流變性能研究.pdf

1、聚合物熔體加工中物料被加熱熔融，在壓力作用下流動到型腔。材料經(jīng)歷復(fù)雜的流動及變形，物性參數(shù)特別是黏彈性會發(fā)生變化，包括黏度、熔融指數(shù)、法向應(yīng)力差系數(shù)等。把握流變性能對于加工設(shè)備的設(shè)計和工藝參數(shù)的設(shè)定非常重要。相對于傳統(tǒng)的流變測試儀（離線測試），在線檢測技術(shù)已逐漸成為加工成型過程監(jiān)控的有效手段。本文在穩(wěn)態(tài)擠出條件下通過對聚合物（結(jié)晶聚合物、非晶聚合物和共混以及填充體系）黏彈性與超聲波特征量進(jìn)行同步測試，進(jìn)而定量分析，建立了超聲技術(shù)表征聚合

2、物流變性的方法和分析函數(shù)。主要研究進(jìn)展包括:
　　 1.在毛細(xì)管流變測試裝置上進(jìn)行超聲波檢測，建立了聚合物黏彈性-超聲波實時同步實驗臺，用于超聲波在線表征聚合物黏彈性研究。
　　 2.從聚合物“空穴”和自由體積的概念出發(fā)，基于狀態(tài)方程和已建立的聚合物比體積超聲測量關(guān)系，考慮了Doolittle方程等黏度函數(shù)、Arrhenuis方程等及波譜方程，建立了3組超聲波聲速與聚合物熔體黏度的定量關(guān)系。對高密度聚乙烯(HDPE)、聚

3、苯乙烯(PS)和聚丙烯(PP)等聚合物進(jìn)行試驗表明，基于這些關(guān)系用超聲波聲速預(yù)測的黏度值與實測值在較小誤差范圍內(nèi)。
　　 3.將建立的在線檢測方法用于共混物HDPE/PP、HDPE/PS和填充聚合物PP/CaCO3（碳酸鈣）及天然橡膠(NR)體系，驗證是適用的。在聲速-黏度模型中引入考慮組分影響的變量分析發(fā)現(xiàn):共混物中超聲波波速可近似為各組分的組成百分比指數(shù)加和;粒子填充聚合物的超聲波波速近似為基體的波速乘以粒子含量的冪律函數(shù)。

4、不同組分的曲線平移得到主曲線是趨于歸一的，振幅法也可類似的定性分析粒子含量的影響。
　　 4.將恒壓（恒應(yīng)力）下熔融指數(shù)與黏度對應(yīng)，考慮聚合物比容（密度的倒數(shù)）對超聲波聲速的影響，應(yīng)用建立的聲速-黏度關(guān)系，建立了超聲波聲速表征熔融指數(shù)的定量關(guān)系，從而形成了超聲波在線表征聚合物熔融指數(shù)的方法。對單一組分，模型預(yù)測值和實驗值最大誤差不超過15％;超聲波能檢測不同壓力載荷的熔融指數(shù);線性模型適用于較低溫度范圍，指數(shù)模型適用于較高溫度范

5、圍，而冪律模型適用范圍較寬。對共混物和填充體系提出了分析組成和填充比影響的定量關(guān)系，并進(jìn)行了檢驗。
　　 5.在扁平型口模流變測試裝置上進(jìn)行超聲波-法向應(yīng)力差系數(shù)的同步測試;建立了單組分聚合物的超聲波聲速表征聚合物法向應(yīng)力差系數(shù)的定量模型;這些模型也用于共混物和填充復(fù)合材料，并提出了分析組成和填充比影響的定量關(guān)系。對不同溫度和壓力下聲速-法向應(yīng)力差系數(shù)曲線進(jìn)行平移處理得到了主曲線，說明建立的模型有一定的合理性。
　　 這