注射成形过程中聚合物分层结晶行为的超声在线测量

在注射成形过程中形成并最终冻结在制品中的"皮-芯"结晶结构直接影响制品的使用性能，然而目前结晶行为的研究仍停留在离线测量或简单加工条件下的在线测量阶段。本项目拟利用超声波在层状介质中传播的声学特性，研究建立注射成形过程中聚合物分层结晶行为的超声在线测量理论与方法。主要研究内容包括：研究探索层状介质中超声传播的时域声场模型，揭示成形过程中层状结晶结构对超声信号的影响机理；研究建立基于裂谱分析技术的超声信号自适应去噪方法，消除因介质内部缺陷所导致的材料噪声；研究建立基于超声信号谱整体特性反演聚合物分层结晶结构（结晶度）的方法；研究探索非等温剪切诱导结晶模型，基于结晶度的演化数据，分析注射过程中聚合物的结晶动力学行为。.本项目的研究成果可实现加工条件下中聚合物结晶过程的"可视化"，在实施结晶形态控制和材料的高性能化研究方面具有广阔的应用前景。

本项目围绕多层介质超声声场模型，多层结晶结构反演算法，超声在线测量技术以及非等温诱导结晶动力学模型开展研究工作，取得了如下工作进展：（1）建立了面向脉冲反射法的多层介质超声声场模型，该模型考虑了各层界面的超声反射与透射行为以及聚合物的超声衰减行为；（2）多层介质超声声场模型包含了介质的密度信息，提出了密度与结晶度之间的换算方法并进行了实验验证；（3）提出了基于回波幅频特征的多层结晶结构反演算法，即根据多层介质中超声波传播声场模型，全局迭代优化出一个能产生与实测超声信号谱相吻合的多层结晶结构；（4）设计并制造了一种注射成形中聚合物在线检测装置，并解决了注射成形中聚合物结晶度超声波在线测量的关键技术；（5）建立了非等温剪切诱导结晶动力学模型，并采用有限体积法对注射成形中聚合物的分层结晶行为进行了三维模拟；（6）以聚乳酸（PLA）为例，发现聚合物的结晶度与超声速度的倒数呈线性递减的关系。.本项目已发表期刊论文9篇，会议论文3篇。论文被SCI收录4篇，EI收录7篇。项目负责人受邀参编美国Wiley出版社出版的外文专著1部。参加国际会议4人次。申请国家发明专利5项，其中3项已授权。培养博士生2人，硕士生4人。