专利名称：一种高分子材料内部成型收缩特性的可视化测定方法
一种高分子材料内部成型收缩特性的可视化测定方法技术领域
本发明属于高分子成型领域，涉及到一种高分子材料模塑成型制品内部收缩特性的可视化测定方法。
背景技术：
模塑成型作为高分子材料成型的重要手段，在国民经济中具有重要的地位。随着经济及科技的发展，精密高分子制品的应用越来越广泛，精密模塑成型技术受到了高度重视，而制品的成型收缩则是决定高分子模塑制品精度及合格率的关键因素。因此，对高分子材料模塑制品成型收缩特性进行全面合理地测定，分析模塑制品成型收缩机理并对料制品成型精度加以控制，始终是高分子成型技术领域的研究热点，备受关注。
高分子材料成型收缩的分析是一项较为复杂的工作，学者们利用多种手段进行了大量的研究，并取得了丰富的研究成果。已有收缩测量方法主要可分为接触式和非接触式两种。接触式测量即采用游标卡尺、千分尺、三坐标测量仪等工具对制品及模具的尺寸进行测量，进而得到制品的成型收缩率。但该方法因测量力的存在易引起塑件尺寸测量误差。非接触式测量则采用万能工具显微镜和投影仪进行测量，此时虽然避免了接触式测量所存在的因有测量力而引起的塑件变形或塑件移动的缺陷，但仍需个人逐点采集数据，因此存在取点数量不足、数据之间的内部联系难以分析等缺点。静态可视化技术，作为图像采集与数字图像处理相结合的方法，也属于非接触式测量的一种，且数据采集较为完整、数据记录效率较高。已有学者利用此方法，以具有复杂轮廓的注塑制品为研究对象，通过边缘提取、直线拟合、计算交点等手段，对注塑制品的收缩方向进行了研究，并得到了较为理想的研究成果O
但迄今为止，当前高分子材料成型收缩的测量手段仅限于模塑制品外部尺寸方面的分析和观测，无法对制品内部不同部位成型收缩情况进行定量的测定和分析。目前还没有关于采用可视化方法对模塑制品内部成型收缩特性测定的方法的公开报道，这在很大程度上制约了精密模塑成型技术的完善和发展。发明内容
本发明的目的在于提供一种高分子材料模塑成型制品内部收缩的可视化测定及分析方法，以填补目前模塑制品内部收缩测量分析手段的不足，促进精密模塑成型技术的发展。
本发明的技术方案如下
—种高分子材料模塑成型制品内部收缩的可视化测定方法，主要是通过制品内部添加的活性炭颗粒、空心玻璃微珠、色粉等特征点在制品收缩前后的位置变化，借助可视化手段，计算制品内部收缩分布，并以二维曲线、等高线云图和矢量分布图相结合的方式呈现制品内部各处成型收缩，从而对内部收缩特性进行综合分析。其操作流程为
I、在制品成型所需的原料中添加示踪颗粒作为可视化观测的特征点；CN 102928339 A书明说2/3页
2、在实际成型条件下将添加过示踪颗粒的原料注入镶有透明观察窗口的可视化成型模具内，并利用相机或摄像机通过透明观察窗口拍摄记录型腔内高分子材料的整个成型及固化收缩过程；
3、提取所拍摄的充型完成时以及制品在I旲内完全固化收缩后的图像；
4、利用Image Pro等专业图像处理软件在图像中划分网格,添加标尺；
5、由于模塑制品的收缩一般趋向于烧口方向，所以以型腔烧口中心为基准确定坐标原点，采用专业图像处理软件测量图像中示踪颗粒所代表的特征点坐标；
6、通过以下公式(I)计算各特征点的收缩率
S = ^^X\00%O(I)
其中S为收缩率计算值，L0为特征点收缩前的坐标，L1为特征点收缩后的坐标；
7、利用得到的收缩率数据，即可通过Excel或Origin等专业数据处理软件绘制出制品在长度和宽度方向的内部收缩率二维分布图和内部收缩等高线分布8、以二维向量的计算公式，利用上述收缩率数据，即可计算得到制品内部收缩的矢量和值。计算中，以长度和宽度收缩量分别作为和值在Χ、γ方向的分量，以公式(2)计算矢量的倾角Y
Θ = arctan—(2)X
其中，θ为矢量的倾角，X、Y分别为制品内部收缩量在长度和宽度方向的取值；
9、利用以上数据，通过Origin等专业数据处理软件绘制制品内部收缩的矢量分布图。
本发明的效果和益处是在模塑成形方面，提供了一种高分子材料模塑成型制品内部收缩特性的可视化测定和分析方法。采用该方法，将制品的内部收缩通过二维曲线、等高线云图、和值的矢量分布图进行综合呈现，可以较为系统地分析制品内部收缩的取向分布，以寻找制品内部收缩的变化规律，探讨成型收缩机理。综上所述，本发明将进一步提高高分子材料精密模塑成型技术的研究水平，促进高分子材料模塑制品在军事、航空航天、交通运输等领域的应用和发展。
图1是高分子材料模塑成型制品内部收缩的可视化处理方法的操作流程。
图2是以聚氨酯弹性体为成型材料的制品内部收缩处理过程中相对坐标的选取以及制品各边方向的确定。
图3(a)是以聚氨酯弹性体为成型材料的制品内部长度方向收缩等高线分布图。
图3(b)是以聚氨酯弹性体为成型材料的制品内部长度方向收缩二维分布图。
图3(c)是以聚氨酯弹性体为成型材料的制品内部宽度方向收缩等高线分布图。
图3 (d)是以聚氨酯弹性体为成型材料的制品内部宽度方向收缩二维分布图。4
图4是以聚氨酯弹性体为成型材料的制品内部收缩的和值的矢量分布图。图中 箭头为制品内部各点的收缩方向，线段长度为收缩的大小，起点为各点收缩前的坐标。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的最佳实施例。
本实例用于聚氨酯弹性体平板件的浇注成型制品内部收缩的可视化分析，制件为长方体平板，尺寸为170 X 100 X 10mm。
实施例步骤如下
I)实验中，以模具型腔为参考标尺，分别拍摄记录制品在成型固化前及后熟化稳定后的图像；
2)在Photoshop中以8X6格(长X宽)的方式平分制品区域，再以两张图互为参考的方式在每格中挑选3至4较为清晰的特征点，并注意保证特征点位分布的均匀性；
3)测量制品各边的坐标位置，以浇口中心为基准确定坐标原点。采用IPP (Image Pro Plus)以模腔宽度尺寸为参考标尺，两图互为参考的方式测量各点坐标，输出至excel 中；
4)以相对坐标处理活性炭点的坐标数据，通过收缩率公式(I)计算各点收缩率；
5)在Excel中分别以长度尺寸和长度收缩率、宽度尺寸和宽度收缩率为X、Y坐标绘制制品收缩率随对应尺寸变化的二维曲线，分析制品内部成型收缩的变化趋势，如图3 (b)、图3(d)所示。
6)在Origin中以长度尺寸为X坐标、宽度尺寸为Y坐标、长度或宽度收缩为Z坐标，以Contour- color fill方式,绘制制品长度和宽度收缩率的彩色等高线图，分析制品内部的成型收缩规律，如图3 (a)、图3 (c)所示。
7)以相对坐标为参考，制品的长度和宽度收缩为原数据，通过矢量(二维向量)计算公式，计算制品内部各点收缩率的矢量和值，并以Origin中的矢量分布图加以描述。处理过程中，以观测点收缩前的坐标为和值矢量的起始坐标，分别以长度收缩率和宽度收缩率为矢量的X、Y方向的分量，并根据公式(2)计算矢量的角度。内部收缩和值的矢量分布如图4所示。
权利要求
1.一种高分子材料内部成型收缩特性的可视化测定方法，其特征在于(1)在制品成型所需的原料中添加示踪颗粒作为可视化观测的特征点；(2)将添加过示踪颗粒的原料注入镶有透明观察窗口的可视化成型模具内，并利用相机或摄像机通过透明观察窗口拍摄记录型腔内高分子材料的整个成型及固化收缩过程；(3)提取所拍摄的充型完成时以及制品在模内完全固化收缩后的图像；(4)利用图像处理软件在图像中划分网格，添加标尺；(5)以型腔浇口中心为基准确定坐标原点，采用专业图像处理软件测量图像中示踪颗粒所代表的特征点坐标；(6)通过以下公式(I)计算各特征点的收缩率
全文摘要
一种高分子材料模塑成型制品内部收缩特性的可视化测定方法，属于高分子成型领域。通过制品内部添加的活性炭颗粒、空心玻璃微珠、色粉等特征点在制品收缩前后的位置变化，借助静态可视化手段，通过专业图像处理软件以坐标的方式计算制品内部收缩分布，以二维曲线、等高线云图以及矢量分布图相结合的方式，系统的呈现制品内部收缩的取向分布，以寻找制品内部收缩的变化规律，探讨成型收缩机理，促进高分子材料精密模塑成型技术的发展。
文档编号G01N21/00GK102928339SQ20121039384
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月16日 优先权日2012年10月16日
发明者姜开宇, 段飞, 王敏杰, 李豪 申请人:大连理工大学