注射成型工艺过程中应力在线测量的实验装置和理论研究

注射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工程意义。.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，应力的在线测量研究较少。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。.拟开展的研究将利用自制的传感器在线测量注射成型过程的应力。主要内容包括1）利用材料的介电性能，推导并建立在线测量的理论模型；2）依据应力-介电理论制作传感器和相关装置，测量并实时记录注射成型过程中的应力信号数据；3）结合光弹、数值结果，分析在线测量信号的物理意义。

注射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工程意义。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，应力的在线测量研究较少。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。. 开展的研究是利用自制的传感器在线测量注射成型过程的应力。主要内容包括：1）利用材料的介电性能，推导并建立在线测量的理论模型；2）依据应力-介电理论制作传感器和相关装置，测量并实时记录注射成型过程中的应力信号数据；3）结合光弹、数值结果，分析在线测量信号的物理意义。. 项目实施后，完成的主要工作有如下内容:. 首先，利用自制的传感器和自行搭建的试验平台，稳定可靠的获得了塑料熔体充填型腔过程的实时电信号曲线，实现了注射成型过程应用的在线测量。自主研发的测量系统，成功地实时测量并记录了透明塑料聚碳酸酯（Polycarbonate，PC）、聚苯乙烯（Polystyrene，PS）和不透明的结晶塑料聚丙烯（Polypropylene，PP）注射成型过程的电压变化曲线，表明了测量理论的合理性及测量装置的有效性、实用性。. 其次，通过分析电压实时曲线（电信号曲线），结合数值模拟结果、光弹测试结果、实时压力传感器曲线、实时温度传感器曲线，标定了实时电压变化曲线的工艺阶段和物理意义；利用介电应力方程，建立了实时电压变化曲线与应力的变化关系，获得了在线测量的应力结果；比较了不同工艺条件下，在线应力测量结果、数值模拟结果、应力光弹分析结果的大小与变化趋势，三者在一个数量级上，变化趋势吻合较好。. 最后，课题实施期间，尝试性地将测量理论与分析方法应用于血液分析，获得了血液粘弹性与电压变化的关系曲线，不仅验证了测量理论的合理性，还为进一步拓展自制传感器的应用范围做了部分前期基础研究。