挤出吹塑成型实验研究下检测仪器

挤出吹塑成型实验研究(下)

3.型坯吹胀阶段研究状况

型坯吹胀是指将塑料管坯趁热置于模具中,并即时在管坯中通入压缩空气将其吹胀，紧贴于模腔壁上成型，这个阶段的成型直接影响制品的外形，壁厚均匀性以及制品的性能，是整个成型过程的关键环节。

在这一阶段，型坯吹胀的实验研究主要包括两个方面：一方面是型坯吹胀动力学研究，另一方面是型坯吹胀完毕后，型坯壁厚尺寸的测量。最早建立实验装置对型坯吹胀动力学研究的是Musa R.Kamal、Victor Tan和Dilhan Kalyon[8]。他们自行设计透明吹塑模具，并用两台摄像机来拍摄型坯在模具内的胀大行为，其装置简图如图8所示，所拍的图片送入图形分析仪分析，从而确定型坯的直径分布随时间的变化关系。

Ryan和Dutta[9]利用摄像技术在无模具条件下监测了型坯的自由膨胀行为，并得到了型坯胀大尺寸。其后大部分研究者都是用此类似的方法来研究型坯的吹胀行为的。

Wagner和 Kalyon[10]在Kamal[8]基础上再设计内部装有固体压力传感器，如图8所示。它可测量型坯吹胀时的压力，同时，另一压力传感器装在模具型腔的飞边上，这样，两传感器就可测量吹塑过程中吹塑阶段型坯内外的真实压力差。他们用此装置研究了三种PA-6在吹胀压力下对吹胀行为的影响。

最近Yong Li等[11]使用可以测得瞬时表面形状的高速光学测量系统来测量聚合物薄膜的胀大行为。其测量简图如图9所示。聚合物薄膜型坯两端固定在两平板间，通入压缩空气至压力腔使聚合物薄膜型坯胀大。光学探头内有CCD摄像机和光栅发射器。测量时，光栅发射器发射光栅投到聚合物薄膜型坯表面，光栅随着聚合物薄膜型坯变形而变形，因此光栅图中就包含了聚合物薄膜型坯表面形状的信息。摄像机快速拍摄到光栅图并送入计算机内处理就可得到聚合物薄膜型坯胀大尺寸。MCDL是多通道数据集线器，它可同时采集压力和光栅图信号以便得到胀大过程中压力与聚合物薄膜型坯形状之间的关系。实验证明其测量精度比图7高得多。

型坯壁厚尺寸测量有离线测量和在线测量，由于离线测量测简单，因此使用较多。离线测量包括有红外，超声波和千分尺测量。这些方法不仅费时，而且由于离线测量而引起的时间滞后需对加工过程产生的偏差进行修正，导致测量的不精确而出现许多不合格制品。

在线测量制品壁厚尺寸能把滞后时间减少到最小，因此提高加工过程工过程产生的偏差修正的精度。Diderichs 和Oeynhauser[12]使用置于模具内的超声波传感器来测量壁厚分布。其测量原理如图10所示。在超声波传感器内压电晶体产生的短超声波在物体，之后被物体壁面反射，返回传感器。被测量物体的壁厚s就等超声波在物体内的速度乘超声波在物体内传送所需时间的一半。但是超声波测量的精度受聚合物性能（如密度、结晶度）与温度的影响很大。

4.制品冷却及固化阶段研究进展

制品冷却及固化是指型坯吹胀紧贴模壁后凭借热扩散率较高的模具和压缩空气进行冷却，冷却至一定温度后开模，再在空气中冷却的过程。一般包括外冷却（制品外表面与模腔间的导热），内冷却（制品内表面与冷却空气或其它介质间的对流传热）及开模后冷却（制品的内外表面与空气或其它介质的自然对流传热）。

制品冷却及固化阶段的实验研究主要是测量制品瞬态温度、收缩率、翘曲等。

制品的瞬态温度一般是利用高灵敏度的热电偶和数据采集器来测量。1981年，Edward[13]等人设计“半瓶成型实验”来验证其挤出吹塑冷却过程的理论预测。如图11所示。实验中外表面的瞬时温度用热电偶测得，内表面温度在制品一离开模具用辐射高温计测得。其结果与理论预测结果基本一致。1995年Diraddo等[14]用六个热电偶从模具的不同部位插入制品的不同厚度处，并通过与之连接的温度采集器采集温度，获得制品不同厚度处的瞬态温度，这与只测量内、外表面温度有了较大的改进。

而最早测得制品的收缩率是Diraddo等[14]。他们在模腔内加工出尺寸为5mmx5mm的网格，型坯吹胀后网格印在制品的表面上，这样可直接测出制品在轴向和周向收缩，然后根据质量守恒定律计算径向收缩。

制品翘曲一般用三维激光数字系统测量制品的形状[15]，进而得到制品的收缩和翘曲。

5.结论

实验研究一直是指导工程应用最直接的方法，也是理论研究的基础和依据。挤出吹塑成型过程包括型坯成型、型坯吹胀以及制品冷却与固化三个阶段。各国的研究者正采用不同的实验方法和装置对挤出吹塑各个阶段进行研究，其研究发展对工艺及模具结构优化和生产效率的提高有重要意义。随着科技的发展，实验手段的改善，挤出吹塑成型过程的实验研究将会更上一层楼，为实际生产提供更好的指导，生产出在质量、性能等各方面适应社会需求的中空吹塑件。

来源:国际塑料工业网

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