聚合物注射成形中熔体密度超声原位测量技术

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

　　作者列表

　　Zhengyang DONG（董正阳）, Peng ZHAO（赵朋）, Kaipeng JI（纪凯鹏）, Yuhong CHEN（陈宇宏）, Shiquan GAO（高世权）, Jianzhong FU（傅建中）

　　关键词

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

　　超声测量，熔体密度，原位测量，注射成形

　　原文链接

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

　　01 文章简介

　　聚合物注射成形过程中的密度变化直接反映了熔体的演变行为，直接关系到最终产品的光学、力学等性能指标，并包含了对成形过程监控和优化的丰富信息。因此，成形中聚合物熔体密度的原位测量具有重要的研究意义和广阔的应用前景。

　　本文首次提出了注射成形过程中聚合物熔体密度的超声波原位测量方法。超声探头安装位置如图1所示，超声回波包含了丰富的熔体演变信息，所提出的方法中结合了超声信号的时域和频域信号的分析。从时域信号中计算超声速度，并通过频域信号的全频谱分析计算声阻抗，两者结合获得聚合物熔体密度。

图1 模具结构及传感器安装示意图

　　本文对注射成形中熔体信息进行了超声原位测量，声速和声阻抗均能准确反映成形过程的不同阶段，密度测量结果与PVT方法具有良好的一致性，如图2所示。除此之外，本文进行了不同工艺条件的实验以验证本方法的适用性，包括不同的熔体温度、注射速度、材料和模具结构。结果表明，所提方法与PVT方法具有良好的一致性。该方法具有原位测量、无损、精度高、成本低等优点，在聚合物注射成形行业具有广阔的应用前景。

图2 超声速度、声阻抗和熔体密度在注射成形过程中的演变

　　02 文章亮点

　　本文首次提出了注射成形过程中聚合物熔体密度的超声波原位测量方法。所提出的方法将超声时域和频域信号的分析相结合，分别计算熔体声速及声阻抗，从而获得熔体密度。

　　所提出的超声波密度测量方法可适应不同的加工条件、不同的材料和不同的模具。本方法解决了现有原位测量方法成本高、模具加工复杂和制品表面损伤等问题。

　　超声波测量方法具有精度高、无损、成本低等优点，在聚合物注射成形领域具有广阔的应用前景。

文章作者简介

  赵朋 教授，博士生导师，教育部青年长江学者。一直从事聚合物精准成形技术及装备领域的研究工作，围绕服务国家战略和国民经济重要领域的高端聚合物产品的成形制造需求，将机械、材料、声/磁学有机交叉与结合，形成了具有自身特色与优势的前沿研究方向。作为项目负责人主持多项国家、省部级项目和企业委托横向课题。近年来，在国内外权威期刊上发表SCI论文70余篇；参编外文专著1部、副主编“十三五”规划本科生教材2本；申请国家发明专利46项，其中39项已授权；参与制定国家标准2项。2019年获国家科学技术进步二等奖(排3)。

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