聚合物PVT关系在线测试技术优秀毕业论文 参考文献 可复制黏贴.pdf

2 8 塑料工业 c h i n ap i a s l l c sd i d i i s r r y 第3 6 卷第1 0 期 2 0 0 8 年l o 月 聚合物p v t 关系在线测试技术睾 王建 杨卫民 谢鹏程 舒晖翔 北京化工大学机电工程学院 北京1 0 i 2 9 摘要 提出一种新的聚合物p v t 压力一体积一温度 关系在线测试技术 利用这种技术设计制造的聚合物p v i 关系在线测试设备对低密度聚乙烯 l d p e 进行了p v i 关系测试 测试条件符合工业加工条件 因此 利用此技术 可以建立典型商业材料的p v f 数据库 作为优化相应材料的工业加工参数的基础数据 关键词 注射成型 p l q 关系 在线测试 专用测试模具 中图分类号 t q 3 2 0 6 6文献标识码 a文章编号 1 0 0 5 5 7 7 0 2 0 0 8 1 0 0 0 2 8 0 3 o n l i n et e s t i n gt e c h n i q u eo fp o l y m e rp r e s s u r e v o l u m e t e m p e r a t u r er e l a t i o n s h i p w a n gj i a n y a n gw e i m i n x i ep e n g c h e n g s h uh u i x i a n g c o l l e g eo fm e c h a n o e h c t r o n i ce s b e i j i n gu n i v e r s i t yo fc h e m i c a lt e c h n o l o g y b e i j i s1 0 0 0 2 9 c h i n a a b s t r a c t an o v e lo n l i n et e s t i n gt e c h n i q u eo ft h ep r e s s u r e v o l u m e t e m p e r a t u r e p v t r e l a t i o n s h i p so f p o l y m e r sw a sp r e s e n t e df o rm j e c t i o nm o l d i n g t h eo n l i n et e s t i n ge q u i p m e n tb a s e do nt h et e c h n i q u ew a sa p p h e dt o m e a s u r et h ep v tr e l a t i o n s h i p so fl o w d e n s i t yp o l y e t h y l e n eu p e 1 kt e s t i n gc o n d i t i o n sw e r ei na c c o r d a n c ew i t h i n d u s t r i a lp r o c e s s i n gc o n d i t i o n s ad a t ab a s eo ft h ei n d u s t r i a lp v td a t ao ft y p i c a lc o m m e r c i a lm a t e r i a l sc o u l db e e s t a b l i s h e dw i t ht h eh e l po ft h et e c h n i q u e w h i c hw a sa l li m p o r t a n tf o u n d a t i o nf o rt h eo p t i m i z a t i o no fp r o c e s s i n gp a r a r n e t e r s k e y w o r d s i n j e c t i o nm o l d i n g u l e v o l u m e t e m p e r a t u r er e l a t i o n s h i p o n l i n et e s t i n g s p e c i a lt e s t i n gm o l d 聚合物的p 玎参数 即聚合物的压力 p 体 积 y 温度 r 之间的相互关系 作为聚合物的 基本性质 在聚合物的生产 加工以及应用等方面有 着十分重要的作用 由聚合物p 玎关系曲线图可得 到温度 压力对于聚合物比容积的影响 并直观了解 聚合物密度 比容积 可压缩性 体积膨胀系数 状 态方程等方面的信息1 1 2 通过对聚合物p 汗关系 的研究 可得到注射模塑过程中与压力 密度 温度 等相关的现象 分析制品加工中翘曲 收缩 气泡 疵点等缺陷的产生原因 更快捷地制定最佳工艺参 数 从而获得高质量的制品 3 j 因此 需要获得更 准确和实际的p 玎数据以进行更准确的预测 评估 优化和计算 目前存在两种常规的聚合物p 玎关系测试实验 技术 p i s t o n c y l i n d e r 柱塞圆筒 技术和c o n f i n i n g f l u i d 封闭液 技术 7 1 5 l 根据其实现原理可归结为 直接加压和间接加压两种测试方法 简称直接法和间 接法 常规的测试技术只能用于较低冷却速度条件下 的测试 随着聚合物p 旧关系测试技术的进一步发 展 出现了基于两种常规测试方法的改进技术 以创 造更接近工业加工条件 并研究冷却速度和形变剪切 等对聚合物p 玎关系有重要影响的关键因素 1 6 2 5 另外 基于注射机 挤出机的尸玎关系测试技 术 2 6 2 9 是一种颇具潜力的聚合物p 玎关系测试技 术 其测试条件可以同聚合物加工成型条件得到有力 的结合 1 设计与方案 本文提出一种新的聚合物p 玎关系在线测试技 术 利用这种技术设计制造的聚合物p 汀关系在线 测试设备可以直接对注射机模具模腔中聚合物的p 玎 数据进行采集 对数据进行计算机处理后即可得到聚 合物的p 玎关系曲线 采用聚合物p 汀关系在线测试技术的测试设备 睾新世纪优秀人才支持计划 项目编号 n c e t 0 5 0 1 2 0 北京市自然基金项目 项目号 3 0 5 2 0 1 3 作者简介 王建 男 在读博士研究生 主要从事高分子材料成型加工领域的研究工作 目前从事国家科技支撑计划 精密塑料注射成型系统工程化技术的研究 部分子课题的研究工作 0 1 0 6 4 4 3 4 7 3 4 w i i 一0 1 0 7 1 6 3 o 咖 万方数据 第3 6 卷第1 0 期王建等 聚合物p p t 关系在线测试技术 2 9 见图1 主要由p 玎在线专用测试模具 模温控制 系统 数据采集系统三部分组成 以模具模腔作为被 测样品室 改变压力和温度条件来测试模腔体积的变 化 测试用压力温度传感器设置在专用测试模具型芯 中 其端面可以直接同模腔中的样品接触 通过安装 在模具上部的位移传感器测定其模腔轴向位移的变 化 因模腔的横截面积一定 所以模腔体积的变化可 以通过计算得到 图l 聚合物p p t 关系在线测试设备 f 培1o n l i n e 蜥l ge q l l i p n e mo fp o l y m e rp v tr e l a t i o n s h i p s 2 实验部分 2 1 主要原料及样品 低密度聚乙烯 l d p e 1 1 2 a 1 中国石化北京 燕化石油化工股份有限公司 在放人注射机前 需要先用电热鼓风干燥箱对塑 料颗粒预热1h 以除去其中可能含有的水分 样品 的形状呈碗状 碗沿端有一段圆筒直段 以方便测试 比容积 呈碗状的目的是为了研究样品形状对聚合物 p 玎关系的影响 样品相关尺寸为垂5 0m m 4 4 m m 3 5m i l l x 西4 0m i l l 垂3 5m m 样品形状参见图2 图2 碗状样品 f 碴2c o n i c a l s h a p e ds a m p l e 2 2 主要设备 聚合物尸泞关系在线测试设备 自行设计制造j 注射机 a l l r o u n d e r2 7 0 s5 0 0 6 0 德国a r b u r g 公司 电热鼓风干燥箱 1 0 1 1 b 上海文皓塑料机械厂 2 3 实验步骤 1 通过注塑机合模系统合模 2 通过注塑机注塑系统将熔融状态的被测聚 合物注射进模具的模腔中 3 选择测试过程 根据测试过程设置参数 通过注塑机合模系统进行加压 利用模温控制系统控 制模具温度 通过数据采集系统适时采集被测聚合物 的压力 温度和位移数据 4 继续完成注射工艺流程冷却 开模 顶出 的操作 模腔开关开启 5 将顶出的测试样品称重并保存测试结果 2 4 性能测试 聚合物p 订关系测试有两种测试模式 等压模 式和等温模式 等压模式 压力恒定 改变温度 温 度可采用加热升温或冷却降温的方式 测定比容积同 温度的变化 测定一组曲线过后 再将压力改变为另 一恒定值 进行下一组曲线的测试 等温模式即采用 温度恒定 改变压力 测定比容积同压力的变化 聚 合物p 订关系在线测试设备可采用多种测试模式 本文实验采用的是等压模式 3 结果与讨论 叠影 图3 同常规p f t 关系曲线图的比较 啦3q 删鼬i 舢o fc o n v e n t i o n a lp v t 凼卿 1 一l d p e4 0 1 2 p 0m p a 2 一q 喊e s t i m a t e sl d p e p 0 胍 3 一l d p e1 1 2 a 一1 p 1 0 m p a 4 一g e n e l i c e s 6 m a t e sl d p e p 5 0m p a 5 一l d p e4 0 1 2 p 5 0 蛐p a 图3 中曲线1 是利用聚合物p f t 关系在线测试 设备测得的l d p e1 1 2 a 1 的p p t 关系曲线图 比容积 数据是在等压加热模式下测得的 加热速度为3 6 o c r a i n 温度范围为2 5 1 2 0 恒定压力为1 0 m p a 为检验测试数据的准确性 同美国m o l d t l o w 塑 料实验室测试得到的几种牌号的l d p e 的尸玎数据进 饔钵羞 万方数据 3 0 塑料工业2 0 0 8 焦 行了比较 见图3 三种不同牌号的l d p e 分别为 中国石化l d p e1 1 2 a 1 测试压力p 1 0m p a 美国 d o w 化学的l d p e4 0 1 2 测试压力p 0 5 0m p a c m o l dg e n e t i ce s t i m a t e sl d p e 测试压力pm 0 5 0 s p a 比较说明 在压力恒定的条件下 聚合物的 比容积随温度的不断升高而增加 基本上升趋势同常 规测试方法测得的结果是一致的 即测试结果符合常 规的l d p e 的p 玎关系 由于测试材料的牌号不同 测试精度还未有得到很好的证明 4 结论 本文介绍了一种新的聚合物p 玎关系测试技术 即聚合物p 玎关系在线测试技术 其基于注射机可 以实现工业加工条件下对聚合物p 玎关系进行测试 本聚合物p 玎在线测试技术是国内研发的首例聚合 物p 玎测试设备 也是国际上独创的一种聚合物 p 玎测试技术 通过前期的初步实验 总结这种方法的优点为 1 直接利用了注塑机进行测试样品的成型制 造 省去了普通测试技术中样品加工过程 2 充分利用了注塑机的合模系统来控制模具 模腔中压力的变化 测试简单 直接 3 在实际注塑成型工艺条件下得到的数据 更能反映聚合物在注塑成型工艺条件下的p v t 关 系 有利于对聚合物的成型加工进行指导 更好的选 择注塑成型工艺参数 从而减小注塑成型中制品的缺 陷 提高制品质量 在实际注塑成型工艺条件下得到 的数据越切合实际 也就越有利于提高计算机模拟的 准确性 更有利于c a e 软件进行数据处理分析 以 及指导模具设计 4 现有测试技术都是针对聚合物样品进行测 定 而本发明是直接对用于制品成型过程中的聚合物 进行测定 具有准确性和针对性 5 可以实现在线对模具模腔中聚合物的压力 体积 温度参数进行等压降温一升压 等压降温一降 压 等压升温一升压 等压升温一降压 等温升压一 降温 等温升压一升温 等温降压一降温 等温降压 一升温等多种不同的测试过程 得到相应的聚合物 p 弘r 参数曲线图 5 展望 在之后的实验研究中 将改变测试样品材料和测 试条件 以研究不同测试条件参数对聚合物p 玎关 系测试精度的影响 同时 利用这种国内首创的聚合 物p 玎测试技术对国内典型材料的尸玎关系进行测 试 建立相应的聚合物p 旧数据库 以丰富我国此 领域的数据资源 并为开发本国c a e 计算机分析模 拟软件提供数据支撑 这些数据也呵以用于利用现有 计算机分析软件 如m o l d f l o w c m o l d 等进行相应制 品的计算机模拟分析 以优化j j n v 成型参数以及指导 模具设计 最终提高制品成型周期 降低制品报废 率 另外 依靠这些p v t 数据 指导工业加工生产 中的聚合物j p 旧控制 从而提高注射机的重复精度 及生产性能 参考文献 1 汪琦 注塑翅料制品的收缩特性 j 现代塑料加工应 用 1 9 9 4 6 5 4 8 5 2 2 钱汉英 刘均科 张圣领 聚合物p 玎关系测定技术 j 中国塑料 1 9 9 6 1 0 2 6 1 6 7 3 陈锋 塑料注射成型的p v t 状态曲线及其应用 j 轻 工机械 2 0 0 0 4 5 1 0 4 李海峰 高峰 申长雨 注射成型工艺对制品质量的影 响 j 工程塑料应用 2 0 0 3 3 1 5 5 1 5 6 5 北京化工学院 华南工学院 塑料机械设计 m 北京 中国轻工业出版社 1 9 8 3 4 8 2 4 8 4 6 刘向明 注塑机电液伺服系统及p i t 控制技术 j 武 汉化工学院学报 1 9 9 6 1 8 6 6 7 0 7 n e n g e sg t h i e n e lp p r e s s t u 峥s p e c i t i cv o l m n e t e m p e r a t u r e b e h a v i o ro ft h e r m o p l a s t i c su n d e rl l o r m a lp r o c e s s i n gc o n d i t i o n s j p o l y me n gs c i 1 9 7 7 1 7 7 5 8 7 6 3 8 h ej z o l l e rp c r y s t a l l i z a t i o no fp o y p r o p y l e n e n y l o n 6 6 a n dp o l y e t h y l e n et 刚啦l l a t e a tp r e s 鲫 r e f lt o2 0 0n p a k i n e t i t sa n dc h a r a c t e r i z a t i o no fp r o d u c t s j p o l y ms e i p a r tb p o l y mp h y s 1 9 9 4 3 2 1 0 4 9 1 0 6 7 9 7 0 叫tp f a k h r e d d i n eya p r e s s u r e v o l u m e t e m p e r a t u r e s t u d i e so fs e v a i c r y s t a l l i n e j p o l y mt h e r m o c h i ma e t a 1 9 9 4 2 3 8 3 9 7 4 1 5 1 0 c h a n gry c i i e nch s uks m o d i f y i n gt h et a i te q u a t i o nw i t hc o o l i n g r a t ee t i e e t st op r e d i c tt h ep r e s s u r e v o l u m e t e r n p e r a t u r eb e h a v i o r so f r l o r p l 舢p o l y m e r s m o d e t i n ga n de x p e r i 脒鹏 j p o l y me i l gs e i 1 9 9 6 3 6 1 7 8 9 1 7 9 5 1 1 z o l l e rp b o l l ip p a h u dv e la 1 a p p a r a t u sf o rn l l e s s t l i 咄p r e s s u r e v o l u m e t e m p e m 恤r e l a t i o n s h i p so fp o l y m e r st o 3 5 0 a n d22 0 0l g e m 2 j r e vs c il n s t r u m 1 9 7 6 4 7 9 4 8 9 5 2 1 2 b a r l o wjw 1 v l e a s u r e m e n to ft h ep v tb e h a v i o r0 fe i s i 4 p o l y b u l a d i e n e j p o l y me i l gs e i 1 9 7 8 1 8 2 3 8 2 4 5 1 3 s a t oy y a m a s a k iy t a k i s t t i m as p r e c i s em 黜 m e r i to ft h ep v to fp o l y l 螂l e n ea n dp o l y e a r b o r 眈u pt o3 3 0 o ca n d 2 0 0m p a j 铆ip o l y ms c i 1 9 9 7 6 6 1 4 1 1 5 0 1 4 h e s sm t h el l o fp i 联蜉叫e v o l m r l e t e m 雕嘲t i i 把m e a s u r e m e n t s i np o l y m e rs c i e n c e j v l a c r o m o ls y r u p 2 0 0 4 2 1 4 3 6 1 3 7 9 下转第4 9 页 万方数据 第3 6 卷第l o 期 赵贵乔等 聚乙烯管材专用料i q 0 8 1 f 质量特性的测试 4 9 外推法 评价 已通过了p e l 0 0 等级的认证 该定级 证明 说明o q 0 8 1 i 专用料所制管材的长期静液压强 度 盯娜 和m r s 达到了在连续受压5 0a 条件下管 壁承受环向张应力的能力 由此不仅填补了国内空 白 而且将为我国给水管材业的发展增添新的动力 本文于2 0 0 8 0 7 2 1 收到 上接第3 0 页 1 5 p i c c a r o l os m o r p h o l o g i c a lc h a g e si ni s o t a e t i cp o l y p r o p i l e n e af l l n c l i o n0 f 咖l i n gr a t e j b l a c r o m o ls e i p h y s 1 9 9 2 3 1 5 0 1 5 1 1 1 6 b h a t rsm m c c a r i h ysp p l e f l s u l tv o l u m ea n dt e m p e r a t u r e p v t a 1 p a l 砒u sf o re 砌o u t e rs i m u l a t i o n si ni n j e e t i o n m o t i i l g c a m u a lt e c h n i c a lc o n f e r e n c e a i w e c s 1 s o cp l l a s t 1 9 9 4 1 8 3 1 1 8 3 2 1 7 i m a n t r r as m o i t iy k a n e t at e ta 1 i n f l u e n c eo f e l l l l t c yo fp v ti n e l l s 黜n to l lt h es i m u l a t i o no ft h ei n j e c t i o n m o l d i i l gp r o c e 鹪 j j p njp o l y ms e it e c h n o l 1 9 9 6 5 3 6 9 3 6 9 9 1 8 1 0 b oh n 州a p p r o a c h e sf o rp v tm e a s u r e m e n t s r t o r o n t om 恍 i i i 唔o ft h ec a n p u s i s og r o u p t o r o n t o c a n a d a 1 9 9 7 h t t p w w w t e s t p 出 c o r n n e w s 3 3 h t l n 1 1 9 jc h a k t l a v o r t ys p v tt e s t i n go fp o l y m e r su n d e ri n d u s t r i a l p r o c e s s i n ge o n d i l i o n s j p o l y mt e s t 2 0 0 2 2 1 3 1 3 3 1 7 2 0 z u i d e m ah p 明1 r sgwm m e rheh i n f l u e n c ed c o o l i i l gr a t eo l tp v t d a t ao t s e r n i e r y s t a u i n ep o l y m e l 暑 j a p p lp o l y ms e i 2 0 0 1 8 2 1 1 7 0 1 1 8 6 2 1 z o i l e rp w a l s hdj s t a n d a r dp r e s s u r e v o l w e t e m p e r a t u r ed a t af o rp o l y 瑚 m l a n c a s t e r p e n n s y l v a n i a t e c h n o m i cp u b l i s h i n gc o m p n n yl n e 1 9 9 5 2 2 v a nd e rb e e km he p 1 丑e r sgwm n e i 皿rheh ad i l a t o m e t e rt o x 坦同帅t h ei n f l u e n c e0 fe o o l i j l gr a t ea n dm e l t s h e a i i n go i ls p e e i t l ev o h n e j p o l y mp r o e e 2 0 0 5 2 l l l 一1 2 0 2 3 v a nd e l lb e e kmhe p e t e r sg v rm m e i j e rhei 7 n 砖i n t l u e n e eo fc o o i gr a t eo nt h es p e c i f i cv o h m 1 eo fi s o t a c t i e p o l y p r o p y l e n e a te l e v a t e dp r e s 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m a i hp a i a j l o n t 妇 c o i n 联 系人 刘琴 万方数据 聚合物pvt关系在线测试技术聚合物pvt关系在线测试技术 作者 王建 杨卫民 谢鹏程 舒晖翔 wang jian yang wei min xie peng cheng shu hui xiang 作者单位 北京化工大学机电工程学院 北京 100029 刊名 塑料工业 英文刊名 china plastics industry 年 卷 期 2008 36 10 参考文献 29条 参考文献 29条 1 汪琦 注塑塑料制品的收缩特性 1994 05 2 钱汉英 刘均科 张圣领 聚合物pvt关系测定技术 1996 02 3 陈锋 塑料注射成型的p v t状态曲线及其应用 期刊论文 轻工机械 2000 04 4 李海峰 高峰 申长雨 注射成型工艺对制品质量的影响 期刊论文 工程塑料应用 2003 05 5 北京化工学院 华南工学院 塑料机械设计 1983 6 刘向明 注塑机电液伺服系统及pvt控制技术 期刊论文 武汉化工学院学报 1996 7 menges g thienel p pressure specific volume temperature behavior of thermoplastics under normal processing conditions 外文期刊 1977 8 he j zoller p crystallization of polypropylene nylon 66 and poly ethylene terephthalate at pressures to 200 mpa kinetics and characterization of products 外文期刊 1994 9 zoller p fakhreddine y a pressttre volume temperature studics of semicrystalline 外文期刊 1994 10 chang r y chen c h su k s modifying the tait equation with cooling rate effects to predict the pressure volume temperature behaviors of amorphous polymers modeling and experimeats 外文期刊 1996 11 zoller p bolli p pahud v apparatus for measuring pressure volume temperature relationships of polymers to 350 and 2 200 kg cm 外文期刊 1976 12 barlow j w measurement of the p v t behavior of cis 1 4 pelybutadiene 外文期刊 1978 13 sato y yamasaki y takishima s precise measuremerit of the p v t of pelypropylene and polycarbenate up to 330 and200 mpa 外文期刊 1997 14 hess m the use of pressure volume temperature measurements in polymer science 外文期刊 2004 0 15 piccarolo s morphological changes in isotactic polypropilone as a function of cooling rate 外文期 刊 1992 16 bhatt s m mccarthy s p pressure volume and