聚合物模塑成型特性模外超声波在线探测技术的研究

摘要

高分子材料以其良好的综合性能在各个领域得到了广泛的应用。高分子材料的优越性能不仅仅取决于自身的化学结构，而且还依赖于材料的加工成型过程以及在此过程中形成并最终保留在高分子材料制品中的结构和特性。因此，对成型过程以及成型过程中材料体系结构和特性的检测就显得十分重要和关键。离线检测法和传统在线检测法的有效性和准确性较低，很难应用于实际生产中复杂多变的环境。超声波作为一种机械波，能够快速得模外不破坏地在高分子材料中传播，超声波速度和衰减与高分子材料的性质结构有密切关系，这些独特的性质使它在模外地在线检测高分子材料模塑成型特性方面有着很大的潜力。本文将进行超声波离线测试实验，分析介质以及不同介质与聚氨酯构成的界面对超声波在线探测的影响。然后以聚氨酯弹性体为研究对象，利用超声波对其成型固化过程进行模外在线探测，分析超声波对聚氨酯体系性质变化的响应。
　　本文利用虚拟仪器技术和G语言Labview。搭建了超声波在线探测平台，成功实现了实验研究过程中波形数据的读取、采集、传输、保存、分析、处理等。平台主要包括硬件和软件两部分。硬件部分主要的功能是完成超声波信号的发射与接收，模拟信号与数字信号之间的转换等。软件部分的主要功能是实现超声波信号的输出显示、记录保存、处理分析等，主要包括超声卡驱动、信号显示、信号保存与分析处理三个模块。
　　超声波离线测试实验结果表明:超声波在高分子材料中的衰减要比小分子材料中的衰减大很多;结晶型高分子材料中的超声波衰减比非结晶型高分子材料中的衰减要大;超声波在聚氨酯弹性体中的衰减比无定形高分子材料中的衰减大。超声波声速在小分子材料中最大，其次是室温为玻璃态的高分子材料，聚氨酯弹性体中最小。聚氨酯弹性体硬度越大，超声波在其中的衰减越大。介质与聚氨酯的声阻抗越接近，超声波在界面上越容易透射进入聚氨酯弹性体。
　　聚氨酯成型固化过程的超声波模外在线探测结果表明:超声波在线模外在线探测聚氨酯成型过程是可行的。整个聚氨酯成型固化过程中，超声波在其中的传播速度先增大后缓慢减小值稳定值，但是整体上比浇注时的声速大;超声波在其中的衰减先增大后减小，然后再增大到稳定值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景

1．2 超声波在线探测技术国内外研究现状

1．2．1 超声波在线探测聚合物注塑成型、挤出成型研究现状

1．2．2 超声波在线探测树脂、橡胶、复合材料成型过程的研究现状

1．2．3 超声波在线监测高分子材料成型特性的其他应用

1．3 本研究的意义及内容

1．3．1 课题的研究意义

1．3．2 课题的研究任务

2 高分子模塑成型超声波在线探测相关理论以及实验方法

2．1 超声波检测原理及特点

2．1．1 超声波检测原理

2．1．2 超声波检测的优点与局限性

2．2 超声波检测物理基础

2．2．1 超声波的分类及其传播特性

2．2．2 超声波声场的特征量

2．2．3 超声波垂直入射到不同介质界面时的入射与反射行为

2．2．4 超声波垂直入射到在多层界面时的入射与反射行为

2．2．3 超声波衰减以及超声波检测时衰减、声速的计算

2．2．5 超声波检测方法

2．3 实验方法与实验装置

2．3．1 实验装置

2．3．2 实验方法

2．4 本章小结

3 超声波在线探测信号采集系统的实现

3．1 超声波在线探测平台总体方案

3．1．1 硬件方案

3．1．2 软件方案

3．2 基于虚拟仪器技术的超声波信号采集系统的开发

3．2．1 虚拟仪器技术及图形化语言Labview

3．2．2 超声波采集卡驱动程序模块的设计

3．2．3 超声波信号显示应用程序模块的设计

3．2．4 超声波信号保存与分析模块的设计

3．3 超声波在线探测平台的测试

3．4 本章小结

4 介质以及界面对超声波探测的影响

4．1 不同介质对超声波在线探测的影响

4．1．1 实验方法与实验材料

4．1．2 实验结果分析与讨论

4．1．3 不同硬度聚氨酯弹性体的超声波行为

4．2 不同介质之间的界面对超声波模外探测的影响

4．2．1 实验方法与实验材料

4．2．2 实验结果分析与讨论

4．3 本章小结

5 聚氨酯弹性体浇注成型过程的超声波模外在线探测

5．1 实验材料与实验方法

5．2 聚氨酯硫化成型过程的超声波模外在线探测

5．2．1 聚氨酯熔体流动前沿的超声波探测

5．2．2 超声波声速对聚氨酯恒温硫化成型固化的响应

5．2．3 超声波衰减对聚氨酯恒温硫化成型固化的响应

5．3 聚氨酯室温成型固化的超声波模外在线探测

5．3．1 超声波声速对聚氨酯室温成型固化的响应

5．3．2 超声波衰减对聚氨酯室温成型固化的响应

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢