專利名稱：一種利用聚合物pvt關(guān)系特性的等比容工藝控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到高分子材料加工領(lǐng)域，特指一種利用聚合物PVT關(guān)系特性的注塑成型制品等比容工藝控制方法，該方法基于聚合物的PVT特性曲線，采用等比體積保壓過程控制，能夠提高制品的尺寸均勻性、減小翹曲變形，同時(shí)提高制品質(zhì)量重復(fù)性。
背景技術(shù)：
聚合物材料從粒料(或粉料)經(jīng)過塑化、填充、壓縮、保壓、冷卻定形成為制品，這是注射成型的一般過程。在這些過程中保壓階段的控制是影響制品質(zhì)量的關(guān)鍵，只有對保壓階段進(jìn)行優(yōu)良的控制，制品的表面質(zhì)量、尺寸精度、質(zhì)量重復(fù)等要求才能得到保證。雖然在保壓階段這方面的研究中，已有很多研究成果。但是，如何將保壓過程與現(xiàn)有的聚合物 PVT數(shù)據(jù)庫建立起聯(lián)系，是提高制品質(zhì)量的關(guān)鍵。聚合物的PVT特性，即壓力(P)、比容(V)、溫度⑴之間的相互關(guān)系，是聚合物材料的本質(zhì)屬性，三個(gè)參數(shù)屬于工藝參數(shù)，在聚合物的生產(chǎn)、加工以及應(yīng)用等方面有著十分重要的作用。無論聚合物的狀態(tài)如何，壓力、溫度、比容這三個(gè)狀態(tài)參數(shù)都會按照一定的規(guī)律變化，與加工手段和條件無關(guān)。在注塑成型過程中，聚合物材料被加熱成熔融態(tài)，并在很高的壓力下注射到模具型腔中，經(jīng)歷了從高溫、高壓到迅速冷卻和壓力下降的過程，之后由熔融態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，同時(shí)聚合物材料的各種物性參數(shù)也經(jīng)歷了一連串劇烈的變化，這都和溫度τ、壓力P有很大的關(guān)系。特別是聚合物的比容V決定著最終成型制品的性能和質(zhì)量。若最終成型制品的密度太小，會導(dǎo)致強(qiáng)度不夠；若密度不均勻則會產(chǎn)生內(nèi)部殘余應(yīng)力發(fā)生翹曲變形等。使每次成型的制品保持相同的尺寸、重量、收縮率，是注射成型控制所要達(dá)到的目標(biāo)。所以質(zhì)量重復(fù)精度就是評價(jià)注射機(jī)精度的一項(xiàng)重要指標(biāo)。研究表明，影響制品質(zhì)量重復(fù)精度的因素很多，但本質(zhì)區(qū)別則是不同制品中比容V的差異。注射成型中無論采用何種過程控制方式都無法脫離對材料PVT關(guān)系的依賴，并可在材料PVT關(guān)系曲線中找到對應(yīng)的加工路徑。不同控制方法得到的注塑制品重復(fù)精度之所以存在差別，根本原因是所采用的控制方法對材料PVT參數(shù)控制重復(fù)精度的差別。目前，現(xiàn)有的注射成型機(jī)的控制方式，大都是針對聚合物熔體的壓力和溫度這兩個(gè)變量的單獨(dú)控制，而且保壓過程并沒有與聚合物的 PVT數(shù)據(jù)庫建立起聯(lián)系。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種利用聚合物PVT關(guān)系特性的等比容工藝控制方法， 將聚合物材料的PVT特性真正地應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)工藝中，達(dá)到提高制品的表面質(zhì)量、質(zhì)量重復(fù)精度高等的要求。本發(fā)明基于聚合物材料的物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫，利用修正的雙域Tait方程描述PVT 特性曲線，提出了在等比容控制下，壓力隨著溫度下降的變化曲線，得到了一種利用聚合物 PVT關(guān)系特性的注塑成型制品等比容工藝控制方法。根據(jù)模腔壓力的范圍和熔體的加工溫度范圍，利用懲罰函數(shù)內(nèi)點(diǎn)法，優(yōu)化計(jì)算出在達(dá)到最小比容積下，所需要的模腔壓力和熔體溫度。由于在等比容控制下，聚合物熔體在模腔中幾乎不會再流動，因此在冷卻過程中不會引起較大的取向力；在等比容保壓結(jié)束后，模腔壓力也較小，聚合物的冷卻收縮較均勻，因此能夠有效地減小翹曲變形。 本發(fā)明一種利用聚合物PVT關(guān)系特性的等比容工藝控制方法的具體技術(shù)方案如下第一步，根據(jù)材料的類別和特性，獲得注射成型材料的PVT曲線，確定成型工藝路線，在曲線中得到A-B-C-D-E-F的工藝路線，如說明書附

圖1所示。在圖中，A-B-C段是注射充模階段，即物料在螺桿的推動下，流經(jīng)噴嘴、流道，注入并充滿型腔；第二步，由于現(xiàn)有的注塑機(jī)的最大保壓壓力無法滿足注塑制品“零收縮率”所需的壓力，所謂“零收縮率”是指制品經(jīng)過熔融加工到冷卻定型后的比容積與常壓下物料的比容積相等。因此，本發(fā)明的保壓過程是先在最大的保壓壓力下恒壓保壓一段時(shí)間，然后再進(jìn)行等比容保壓，以能夠應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)過程，故有了 C-D段，為等壓壓縮階段，物料在保壓壓力的作用下繼續(xù)進(jìn)入型腔以補(bǔ)償因壓縮冷卻引起的體積收縮，此時(shí)D點(diǎn)的確定猶為關(guān)鍵，將在下面的具體實(shí)例予以詳解；第三步，D-E段是等比體積保壓階段，即型腔的物料不再增加或減少(即不再變化)，隨著型腔溫度的降低，保壓壓力有規(guī)律的減少以保證型腔中的物料不會倒流或者增加，因此此時(shí)的熔體幾乎不再流動，而此時(shí)熔體的保壓壓力由PVT數(shù)據(jù)庫提供的物性參數(shù)，用Tait方程來計(jì)算得到的；最后，E-F段是常壓冷卻階段，評價(jià)制品的收縮率s指標(biāo)由以下公式(1)來決定。
權(quán)利要求
1.一種利用聚合物PVT關(guān)系特性的等比容工藝控制方法，其特征在于第一步，根據(jù)材料的類別和特性獲得注射成型材料的PVT曲線，確定成型工藝路線，在曲線中得到 A-B-C-D-E-F的工藝路線，A-B-C段是注射充模階段，物料在螺桿的推動下，流經(jīng)噴嘴、流道，注入并充滿型腔；第二步，先在最大的保壓壓力下恒壓保壓一段時(shí)間，然后再進(jìn)行等比容保壓，C-D段為等壓壓縮階段，物料在保壓壓力的作用下繼續(xù)進(jìn)入型腔以補(bǔ)償因壓縮冷卻引起的體積收縮；第三步，D-E段是等比體積保壓階段，型腔的物料不再變化，隨著型腔溫度的降低，保壓壓力有規(guī)律的減少以保證型腔中的物料不會倒流或者增加，熔體的保壓壓力由PVT數(shù)據(jù)庫提供的物性參數(shù)，用Tait方程來計(jì)算得到的；最后，E-F段是常壓冷卻階段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1下所述的一種利用聚合物PVT關(guān)系特性的等比容工藝控制方法，其特征在于所述的等比容保壓方式的切換點(diǎn)是根據(jù)聚合物材料的特性參數(shù)決定的并以溫度為切換控制信號，每采集一次溫度隨即改變一次保壓壓力，而注塑機(jī)控制器的輸出驅(qū)動為交流伺服電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用聚合物PVT關(guān)系特性的等比容工藝控制方法，注射過程是第一步，根據(jù)材料的類別和特性獲得注射成型材料的PVT曲線，在曲線中得到A-B-C-D-E-F的工藝路線，A-B-C段是注射充模階段；第二步，先在最大的保壓壓力下恒壓保壓一段時(shí)間，然后再進(jìn)行等比容保壓，C-D段為等壓壓縮階段；第三步，D-E段是等比體積保壓階段，型腔的物料不再變化，隨著型腔溫度的降低，型腔中的物料不會倒流或者增加，熔體的保壓壓力由PVT數(shù)據(jù)庫提供的物性參數(shù)，用Tait方程來計(jì)算得到的；最后，E-F段是常壓冷卻階段。本發(fā)明采用了先恒壓保壓再轉(zhuǎn)等比容保壓，由于在恒壓保壓過程中，熔體還處于流動狀態(tài)，不會引起太大的保壓取向，翹曲變形小，質(zhì)量重復(fù)精度高。
文檔編號B29C45/77GK102490329SQ20111041536
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者丁玉梅, 張盛桂, 楊衛(wèi)民, 謝鵬程 申請人:北京化工大學(xué)