一种金属-高分子复合材料加工的在线检测系统的制作方法

本发明涉及高分子复合材料技术领域，特别涉及一种金属-高分子复合材料加工的在线检测系统。

背景技术：

金属-高分子复合材料一般是通过将按照一定比例共混的金属和高分子材料挤出成型制得。其成型产品的性能取决于材料配比以及加工过程。由于在对复合材料的加工过程中，材料的性能和结构会不断地变化，进而影响到成型产品的结构和性能，因此，要进一步优化生产工艺，提高成品合格率，对成型过程中的复合材料的结构和性能进行检测是非常必要的。

目前所采用的检测方式多为通过泵把成型过程中的复合材料取出少许，送至检测仪器中，离线检测，一旦检测结果偏离了预期的材料结构和性能的要求，就停止生产，再调整工艺参数重复生产，然后再次取样检测，直至检测结果符合要求。而由于流动过程中的复合材料熔融行为存在复杂性，受多种因素影响，而离线检测时，取样会产生时间延迟，取得的样品并不能完全代表实时的材料形态，检测结果会存在一定的偏差，而且检测时间长会造成时间滞后，不能及时调整工艺参数。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提出一种金属-高分子复合材料加工的在线检测系统，旨在不影响加工过程的情况下实时检测加工过程中材料的性能和结构变化，检测精准迅速。

为实现上述目的，本发明提出的一种金属-高分子复合材料加工的在线检测系统，所述金属-高分子复合材料加工的在线检测系统包括挤出成型设备，所述挤出成型设备包括料斗、料筒以及口模，此外，所述金属-高分子复合材料加工的在线检测系统还包括：

流变检测管路，所述流变检测管路具有进料端和出料端，所述进料端连接于所述口模的上游，所述出料端连接于所述口模的下游；

流变仪，设在所述流变检测管路上，用以检测流经所述流变检测管路的物料的流变性能；

红外检测管路，所述红外检测管路包括进样端和出样端，所述进样端连接于所述流变检测管路的上游，所述出样端连接于所述流变检测管路的下游；

红外光谱检测仪，设在所述红外检测管路上，用以检测流经所述红外检测管路的物料的结构；以及，

多个超声波探头，分布在所述料筒内壁上或所述口模的内壁上。

优选地，所述口模包括依次通连的主流道、分配腔、引流道以及模唇，所述进料端的入口与所述主流道连通，所述出料端的出口与所述分配腔连通。

优选地，所述流变仪为毛细管流变仪，所述毛细管流变仪包括：

用以熔融物料的料桶，所述料桶与所述进料端的出口连通；以及，

连接于所述料桶底部并与所述料桶连通的毛细管口模，所述毛细管口模的出口与所述出料端的入口连通。

优选地，所述红外光谱检测仪包括样品池，所述样品池包括依次叠合密封的上窗片、密封圈和下窗片，所述上窗片和下窗片之间形成样品仓，所述密封圈上开设有进样孔和出样孔；

所述进样端的出口与所述进样孔连接，并与所述样品池连通；

所述出样端的入口与所述出样孔连接，并与所述样品池连通。

优选地，所述进样端的入口与所述进料端连通，所述出样端的出口与所述出料端连通；和/或，

所述进样端和出样端上均设有计量泵。

优选地，所述进料端和出料端上均设有流量阀。

优选地，在所述料筒靠近进料口处的内壁上、所述料筒靠近出料口处的内壁上、所述料筒中部的内壁上以及所述引流道的外壁上均设有所述超声波探头。

优选地，所述金属-高分子复合材料加工的在线检测系统还包括加样支路，所述加样支路的出口连接于所述料斗顶部并与所述料斗连通。

优选地，所述金属-高分子复合材料加工的在线检测系统还包括：

性能检测管路，所述性能检测管路的入口连接于所述口模的上游，所述性能检测管路的出口连接于所述口模的下游；以及，

测试仪，设在所述性能检测管路上，用以检测流经所述性能检测管路的物料的性能。

优选地，所述测试仪为导电测试仪、热导测试仪、荧光探针、介电光谱仪和光学传感器中的一种。

本发明技术方案中，通过在复合材料的加工设备上设置流变检测管路、红外检测管路以及超声波探头，检测精准迅速，通红外光谱检测实时分析口模处材料的结构以判断材料结构是否符合要求，通过流变仪实时检测材料熔融状态下的剪切粘度、通过分布在不同区域的超声波探头检测复合材料在挤出过程中的停留时间分布以综合判断材料的性能，进而确定正在生产中的复合材料是否符合要求，从而及时做出调整或优化，提高了成品合格率和合格成品的品质，同时由于上述三种检测过程均为瞬时检测，其检测过程不会对加工过程产生干扰，且由于检测样品被重新引回生产线路，节省了材料、降低了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提供的金属-高分子复合材料加工的在线检测系统的一实施例的示意图；

图2为图1提供的口模的结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

目前所采用的检测方式多为通过泵把成型过程中的复合材料取出少许，送至检测仪器中，离线检测。而由于流动过程中的复合材料熔融行为存在复杂性，受多种因素影响，而离线检测时，取样会产生时间延迟，取得的样品并不能完全代表实时的材料形态，检测结果会存在一定的偏差，而且检测时间长会造成时间滞后，不能及时调整工艺参数。鉴于此，本发明提出了一种金属-高分子复合材料加工的在线检测系统，旨在在不影响加工过程的情况下，实时检测加工过程中材料的性能和结构变化，检测精准迅速，缩短调整工艺参数耗时，节约检测耗费的材料。

图1为所述金属-高分子复合材料加工的在线检测系统的实施例，图2是图1中口模的结构示意图。

请参阅图1及图2，所述金属-高分子复合材料加工的在线检测系统包括挤出成型设备，所述挤出成型设备包括：在物料输送方向上，依次设置的料斗100、料筒200以及口模300。其中，料斗100用以向料筒200中输送物料；料筒200用以将物料熔融、均化并输送至口模300处，根据物料在料筒200内存在的物理状态的不同，料筒200分为三段，分别是靠近进料口的加料段、靠近出料口的均化段以及中部的熔融段；口模300包括依次通连的主流道310、分配腔320、引流道330以及模唇340，主流道310的入口又与料筒200的出料口连通，料筒200中的熔融物料经主流道310进入分配腔320分配，再经引流道330进入模唇340形成需要的形状。

此外，所述金属-高分子复合材料加工的在线检测系统还包括：流变检测管路400、流变仪、红外检测管路500、红外光谱检测仪、以及多个超声波探头600。其中，流变检测管路400具有进料端410和出料端420，所述进料端410连接于所述口模300的上游，所述出料端420连接于所述口模300的下游；流变仪设在流变检测管路400上。口模300中的物料在口模300上游分流，大部分继续沿生产线路输送，小部分则从进料端410进入流变仪中测试物料的流变性能，而流变仪的测试并不影响检测样品，因此测试完的物料经出料端420可以被再次送回口模中，沿生产线路输送，对投产的材料量不会造成损失。所述红外检测管路500包括进样端510和出样端520，所述进样端510连接于所述流变检测管路400的上游，所述出样端520连接于所述流变检测管路400的下游。红外光谱检测仪设在红外检测管路500上。流变检测管路400中的物料从进样端510进入红外检测仪的样品室，经红外光谱检测仪分析物料的结构，与符合生产要求的材料的红外光谱图进行比对，即能得知进入口模300处的物料是否成为符合要求的材料，而由于红外光谱检测并不影响检测样品，因此测试完的物料经出样端520、流变检测管路400被再次送回生产线路中。多个超声波探头600，被分布在所述料筒200的内壁上或所述口模300的内壁上。超声波探头600可以探测测试点的超声衰减信号，而这种超声衰减信号正是由于测试材料的浓度变化引起，通过得到的信号衰减情况就可以得出材料的浓度变化，在不同位置设置探测点即能得出整个加工过程中的全部停留时间分布。综合流变性能分析结果以及停留时间分布测试值，即可对物料的性能做出是否符合制备要求的判断。

根据上述实时检测结果，可以及时了解到正在加工中的物料的结构以及性能，从而可以及时对加工过程做出调整或优化，从而提高了成品合格率和合格成品的品质；而由于上述的结构比对以及性能测试均为瞬时检测，其检测过程不会对加工过程产生干扰，生产不需要中断，且由于检测样品被重新引回生产线路，节省了用于检测的材料，降低了成本。

其中，红外光谱检测仪是设在流变检测管路400上的，而由于红外光谱检测以及流变仪检测均不会影响到样品且红外光谱检测需要的检测量极少，因此，二者中任一种的检测样品同样可以适用于另一种检测仪，也就是说，红外光谱检测仪在流变检测管路400上可以有多种安装方式：进样端510连接于进料端410上游，且出样端520连接于进料端410下游，即物料经红外光谱鉴定结构后，再送入流变仪中检测流变性能；进样端510连接于出料端420上游，且出样端520连接于出料端420下游，即物料经流变仪检测流变性能后，再由红外光谱鉴定结构；以及，如图1所示，进样端510连接于进料端410，且出样端520连接于出料端420，两种检测方式分别进行，互不干扰。而由于一旦红外光谱检测到的物料结构比对不符合要求，就可以做出加工过程需要调整的判断，而不用再进行性能测试，因此，在本实施例中，红外光谱检测仪在流变检测管路400上的安装方式优选为进样端510连接于进料端410，且出样端520连接于出料端420，精简了在线检测步骤。

由于分配腔320的作用为将主流道310送来的熔融物料流分配，会不可避免地影响到物料流动，因此，请参阅图2，所述流变检测管路400在口模300上的安装方式优选为：所述进料端410的入口伸入所述口模300中并与所述主流道310连通，所述出料端420的出口伸入所述口模300中并与所述分配腔320连通，在这种安装方式下，进入流变检测管路400的物料最能体现其进入口模300时的流动情况。

进一步地，所述流变仪采用为更适宜熔融物料的毛细管流变仪。该毛细管流变仪包括料桶和连接于所述料桶底部并与所述料桶连通的毛细管口模。通常情况下，毛细管流变仪的工作原理为设于料桶上部的料杆以一定的速度或以一定规律变化的速度把在电加热的料桶里被加热熔融的物料从毛细管口模种挤出来，在挤出过程中，测量毛细管口模入口出的压力，即可计算出在不同剪切速率下熔体的剪切粘度，进而评价其流变性能。而由于挤出成型设备的口模300中的物料本就为熔融流体，因此，在本实施例中，所述流变仪的安装方式为所述料桶与所述进料端410的出口连通，所述毛细管口模的出口与所述出料端420的入口连通。

通常来说，在对液体样品进行红外检测时，会将液体样品制成液膜再插入样品室中进行检测，这个过程是静态的，而为了将红外光谱检测仪在线应用到物料处于流动状态的生产线路上去，并进一步缩短制备液膜、更换样品的时间，在本实施例中，所述红外光谱检测仪包括样品池，所述样品池包括依次叠合密封的上窗片、密封圈和下窗片，所述上窗片和下窗片之间形成样品仓，所述密封圈上开设有进样孔和出样孔；在安装红外光谱检测仪时，所述进样端510的出口与所述进样孔连接，并与所述样品池连通；所述出样端520的入口与所述出样孔连接，并与所述样品池连通。如此一来，物料经由进样孔流入样品仓后，就可以直接形成一定厚度的液膜，待检测完毕后，又能通过出样孔排出。

同时，为控制进入样品仓的物料量，所述进样端510和出样端520上均设有计量泵501；为控制分流入流变检测管路400的物料量，所述进料端410和出料端420上均设有流量阀401。

而在停留时间分布的检测项目上，虽然需要对加工过程的不同区域进行测试，但由于挤压成型设备内部材料的形态变化可以简单归纳为三段，即靠近进料口的加料段、靠近出料口的均化段以及中部的熔融段，为进一步精简测试点，减少超声波探头的安装数量，节省检测成本，请参阅图1及图2，所述超声波探头600只需分别设置在所述熔融段的料筒200的内壁上、加料段的料筒200的内壁上、均化段的料筒200的内壁上以及引流道330的外壁上，即能反映整个挤出过程的停留时间分布。

在本发明其中的一实施例中，在线检测系统还包括加样支路700，如图1所示，所述加样支路700的出口连接于所述料斗100顶部并与所述料斗100连通。通过加样支路700可以精确地向料斗100内加入示踪剂，由于超声波衰减系数对示踪剂浓度变化敏感，通过超声波探头600探测各个测试点的示踪剂的浓度，进而可以更准确地测试停留时间分布。

此外，在本实施例中，在线检测系统还包括性能检测管路以及测试仪。其中，所述性能检测管路的进样口连接于所述口模300的上游，所述性能检测管路的出样口连接于所述口模300的下游；测试仪设在所述性能检测管路上。通过测试仪可以在线实时检测流经口模300的物料的各项性能系数，评价物料的性能。所述测试仪可以是各种检测速度快、不污染检测样品的测试仪器，在本实施例中，所述测试仪为导电测试仪、热导测试仪、荧光探针、介电光谱仪和光学传感器中的任意一种。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。