超声波在线测量聚合物熔体动态密度的实验方法研究

论文摘要

目前国内外对于超声波测量聚合物熔体密度的方法多为离线法,即通过超声波透射声速的波形图,在图上测量出波幅的衰减值,结合相关参数求得熔体的声阻抗值,并利用声阻抗、声速与密度的数学关系,间接得到熔体密度的方法,此法由于其滞后性与低效性,不宜用于聚合物成型加工过程中对熔体的密度进行连续测量。本文介绍了一种利用超声波在线测量聚合物熔体在不同温度及压力状态下熔体密度的方法,该方法分为三个步骤：第一步借助聚合物熔体PVT相互关系原理,将测量微距离的读数百分表安装在改进结构的熔体流动速率试验机上,可以测量出任意熔融温度及压力下的聚合物熔体密度,并对测量结果进行了理论分析,其熔体密度测量值符合聚合物自由体积理论,即聚合物熔体密度随温度增大而减小,随压力的增大而增大。另外,运用该方法还能够测量聚合物熔体的体积弹性模量,通过对测量结果的理论分析,发现熔体的体积模量也随温度的升高而减小,随压力的增大而增大。第二步利用自己设计制作的装置,可以测量出不同温度及压力状态下的聚合物熔体的透射声速,通过对测量结果的分析,发现透射声速与聚合物熔体的动态密度变化规律保持一致。第三步将测量得到的聚合物熔体动态密度与对应条件下的熔体透射声速,采用改进最小二乘多项式拟合曲线法来建立熔体密度软测量的数学模型。通过拟合出的曲线,结合透射声速的数值,直接得到相对应的熔体密度。该方法操作简单,实验装置便于设计制作,所得数据较为准确。后期需要做出相应的配套软件系统,就能够通过透射声速瞬时得到熔体的密度,实现在线测量的目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 密度测量的基本理论
• 1.1.1 密度的概念
• 1.1.2 密度的影响因素
• 1.1.3 密度的测量方法
• 1.2 超声波检测技术概述
• 1.2.1 超声波测量技术基础理论
• 1.2.2 现有的超声波检测方法
• 1.2.3 超声波测量的优点和局限性
• 1.3 弹性模量的基本理论
• 1.3.1 弹性模量的影响因素
• 1.3.2 弹性模量的测量方法
• 1.4 课题的研究目的和意义
• 1.5 课题研究的内容
• 1.5.1 聚合物熔体动态密度和体积模量的测量方法
• 1.5.2 动态密度与体积模量测量结果的分析与讨论
• 1.5.3 聚合物熔体透射声速的测量方法
• 1.5.4 声速与密度的数学建模
• 1.6 本章小结
• 第二章 测量方法的建立
• 2.1 聚合物熔体动态密度和体积弹性模量测量方法的建立
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验装置的改进
• 2.1.3 避免熔体中存在气泡的方法
• 2.1.4 温度和压力的确定
• 2.1.5 熔体标准密度的测量方法的建立
• 2.1.6 熔体动态密度的测量方法的建立
• 2.1.7 熔体体积弹性模量测量方法的建立
• 2.2 聚合物熔体透射声速的测量方法的建立
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验装置的设计
• 2.2.3 避免熔体中存在气泡的方法
• 2.2.4 温度和压力的确定
• 2.2.5 熔体透射声速的测量方法的建立
• 2.3 本章小结
• 第三章 聚合物熔体密度和体积弹性模量的影响因素分析
• 3.1 聚丙烯熔体的标准密度及其影响因素
• 3.2 聚丙烯熔体的动态密度及其影响因素
• 3.3 聚丙烯熔体的体积弹性模量及其影响因素
• 3.4 本章小结
• 第四章 超声波声速与聚合物熔体动态密度的数学模型
• 4.1 最小二乘法的原理
• 4.2 最小二乘多项式法的原理
• 4.3 基于最小二乘拟合多项式的数学模型的实现
• 4.4 本章小结
• 第五章 主要结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 附录