基于多源数据融合与卷积长短期记忆神经网络的聚合物挤出过程熔体密度监测方法

聚合物挤出过程中熔体密度是影响产品质量的关键因素。由于挤出加工过程的高温、高压复杂工况,寻求能准确、在线监测聚合物挤出过程中熔体密度的方法是一个具有挑战性的问题。尽管基于机器学习的质量监测方法提供了一种解决方案,但在聚合物挤出加工过程中,由于数据类型、工艺参数、操作环境等多变性因素的影响,传统的机器学习方法可能难以捕捉聚合物加工中不同输入参数和输出质量参数之间的复杂关系,使得监测任务难以获得理想的准确性。本文提出了一种基于多源数据融合与卷积长短期记忆神经网络(CNN–LSTM)的熔体密度监测方法,用于在线监测聚碳酸酯–丙烯腈–丁二烯–苯乙烯共聚物(PC/ABS)共混体系的熔体密度。首先,通过实时采集安装在挤出机模头处的近红外、拉曼及超声3种传感器数据,对3种传感数据进行预处理并融合后作为输入;然后,通过合理设计的网络结构,构建CNN–LSTM监测模型,利用CNN的特征提取能力与LSTM的预测能力,最终实现对聚合物共混过程中的熔体密度的实时监测。基于独立开发的多源传感数据实时采集装置获取的数据,利用所提方法对PC/ABS共混挤出过程的熔体密度进行实时监测,结果表明:本文方法能够准确监测聚合物熔体密度,其在测试集上的均方根误差和决定系数分别为0.975 5、0.006 3 g/cm3,比传统的卷积神经网络方法、长短期记忆网络方法、岭回归方法、偏最小二乘回归方法、多层感知机方法和支持向量机回归方法具有更高的预测精度;本文方法的10次输入平均预测时间为1.523 5 s,能够满足实际生产过程的实时监测。综上所述,所提出的基于多源数据融合与CNN–LSTM的熔体密度监测方法显著提高了聚合物挤出过程中熔体密度的实时监测精度,为挤出过程中聚合物的质量提供了可靠的技术支持。

振动力场对聚合物动态加工功耗的影响

为探讨动态成型工艺参数对聚合物动态加工功耗的影响规律,文中采用熔体输运模型研究自行研制的同轴圆筒动态流变装置电机功耗对振动力场的响应,建立了振动力场下电机动态输出功率与稳态输出功率差的理论模型.对同轴圆筒动态流变装置电机功耗进行了测量,并与理论计算功耗进行比较,发现理论模型能较好地预测电机功耗随振动参数的变化,实验数据和理论模型均表明动态加工电机功耗随振动频率和振幅的增大而减小.文中还通过实际加工中脉动注塑机能耗随振动频率和振幅的变化证实了理论模型的可行性.

聚合物熔体喷射堆砌成型设备的研制

提出将增材制造技术与传统挤出技术结合,研发一种成型大直径塑料管道的设备与工艺,即聚合物熔体喷射堆砌成型。文中介绍了熔体喷射堆砌成型原理及整套成型设备,包括熔体挤出机、管道成型装置、压延装置、冷却装置、壁厚调节装置、定型装置、管径调节装置以及辅机(旋转牵引机)和控制系统。

聚合物动态注射成型技术

介绍聚合物动态注射成型技术以及实现该技术的塑化注射装置。注射成型加工过程中使注射螺杆产生轴向脉动的激振力，可以利用电磁、机械、液压等方式来产生。电磁式振动塑化注射装置结构紧凑、振动频率高；模块化设计的液压激振装置结构简单，输出功率高，方便对传统塑料注射机进行改造。新技术具有加工能耗低制品质量高等特点，通过控制振动频率与振幅可以对制品的质量进行调控。

剪切对聚合物微孔发泡成型过程的影响

分别运用有螺纹转子系统和无螺纹转子系统进行试验,并分析研究剪切作用对聚合物微孔发泡成型过程3个阶段的影响。结果表明,增加剪切作用有利于气体的分散和溶解,减少均相体系形成的时间,提高均相体系形成的质量;在较强的剪切作用下,较小的分子基团也能形成稳定的气泡核,在聚合物熔体中形成大量均匀细密分布的气泡核;但长时间、过强的剪切作用会导致气泡塌陷。

长纤维增强丙烯腈-苯乙烯复合材料注塑成型与工艺优化

以含量为30%的玻璃纤维(GF)增强聚丙烯腈-苯乙烯(AS)复合材料(GFAS)注塑成型为研究对象,选取塑化温度、注射速度、保压压力及模具温度为因子,以拉伸强度、弯曲强度及缺口冲击强度作为评价指标设计了正交实验。极差分析与方差分析的结果表明,注射速度对拉伸强度的影响最显著,保压压力显著影响材料的弯曲强度和缺口冲击强度。根据正交实验的分析结果进行了保压压力和注射速度的单因素实验,得到最佳的工艺参数组合为塑化温度为250℃、注射速度为50%、保压压力为75MPa与模具温度为65℃,此时,标准样条的拉伸强度为143.4MPa,弯曲强度为199.9MPa,缺口冲击强度为19.2kJ/m^(2),通过优化注塑工艺参数提高了复合材料(GFAS)的综合力学性能。

纯振动场作用下聚合物熔融塑化过程(Ⅰ)理论模型及熔融机理

为了能够清楚、透彻、无干扰地研究振动场对聚合物材料熔融塑化过程的影响,建立了纯振动场作用下聚合物材料熔融塑化过程的物理模型,并对其熔融机理进行了深入的分析,提出了纯振动场作用下熔融过程的连续性方程、动量方程、能量方程以及本构方程,并运用复杂的数学推导,得到了纯振动场作用下聚合物固体床下降速度与振动参数的关系表达式。从公式中可以看出,振动场的引入可以提高熔融速度。本研究将会为聚合物新型成型加工工艺的制定以及成型加工设备的设计提供必要的理论支持。

纯振动场作用下聚合物熔融塑化过程(Ⅱ)振动参数对熔融速度的影响

在已建立的纯振动场作用下聚合物熔融塑化过程物理模型和解析模型的基础上,推导出了聚合物熔融速率与振动参数的关系表达式。使用低密度聚乙烯(LDPE)进行实例计算,得出:纯振动场作用下,熔融速率随振动频率和振幅的增加而增加,并最后趋向一稳定值。最后运用多维振动实验台进行实验验证,实验结果与理论计算结果符合得很好,证明物理模型以及数学推导的正确性,为聚合物成型加工工艺制定及成型设备研制提供了理论依据。

振动力场对聚合物挤出胀大的影响

为了改善聚合物材料的挤出胀大现象,将振动力场引入聚合物的挤出过程.采用动态毛细管流变仪对不同振动参数下的挤出胀大进行研究,建立了相应的物理模型和数学模型,并借鉴前人的工作成果,运用数学推导得到了挤出胀大与振动参数间关系的解析式.研究表明:随着振动频率和振幅的增加,挤出胀大呈非线性减少,并最后趋于稳定.

聚合物熔体在长圆导管中正弦脉动流动过程研究

研究聚合物熔体在长圆导管中正弦脉动流动的过程 ,从理论上研究了压力梯度变化时 ,产量和功率的变化 ;以及产量变化时 ,压力和功率的变化。并通过在毛细管流变仪上的试验 ,验证了引入振动力场能够提高挤出加工的生产率 ,有效地降低聚合物熔体通过长圆导管流道成型所需的能耗这一理论结果。说明该理论结果对于指导动态圆管流道的实际生产具有十分重要的工程意义。

塑料加工成型技术的最新研究进展

依据塑料工业发展低耗、高效、环保型"绿色"加工成型技术的重大需求,随着塑料塑化输运方法的不断演变与创新,在塑料动态加工成型方法和设备的基础上提出和研究了基于拉伸流变的塑料加工成型方法和技术,着重讨论了拉伸形变支配的叶片挤压系统中塑料塑化输运过程、叶片挤压系统的技术特征和叶片塑化输运技术的应用。研究结果表明,与传统技术及设备相比较,这种新技术及设备具有加工历程缩短50%以上、加工能耗降低30%左右、混合混炼效果好、制品质量提高、对物料适应性广等优异的技术性能。同时发现,新技术及设备在多相多组份复合材料、剪切热敏感高分子材料等物料体系的加工方面具有独特优势。

脉动压力诱导注射成型加工技术

介绍脉动压力诱导塑料制品注射成型技术以及实现该技术的塑化注射装置。模块化设计的液压激振装置结构简单,输出功率高,方便对传统塑料注射机进行改造。新技术具有加工能耗低,制品品质高等特点,通过控制脉动频率与振幅可以对制品的品质进行调控。

麦羟硅钠石/聚合物纳米复合材料研究进展

麦羟硅钠石(magadiite)是一种新型的层状纳米硅酸盐材料,由于其具有制备工艺简单、比表面积大、阳离子交换性能高、吸附性能强、层间膨胀性能好等优点,成为纳米材料提升聚合物性能最具有发展潜力的材料之一。本文主要综述了麦羟硅钠石/聚合物纳米复合材料的常用制备方法及其优缺点,包括聚合物插层法、单体原位插层聚合法、锚固插层聚合法。浅谈了国内外利用3种方法制备的基于聚苯乙烯、聚丙烯、环氧树脂、尼龙6、聚己内酯和聚甲基丙烯酸甲酯等多种聚合物的麦羟硅钠石/聚合物纳米复合材料,对在纳米复合材料结构中出现界面不相容、麦羟硅钠石分布不均匀的问题提出了解决方法,并阐述了麦羟硅钠石对纳米复合材料结构和性能的影响,最后展望了麦羟硅钠石/聚合物纳米复合材料的发展前景。

高分子材料成型加工过程的自增强

介绍了高分子材料自增强的概念,以及熔体注塑与挤出成型中实现聚合物材料自增强的各种方法,并对这些工艺的特点及其对产品性能的影响作了详细的介绍,特别重点介绍了如何利用振动技术实现高分子材料的自增强,甚至是双向自增强。

高分子材料成型加工节能降耗新技术及设备

本文简要介绍了振动力场作用下,动态挤出成型过程中的动态固体输送、动态熔融塑化、动态熔体输送过程的机理及实验研究,分析了脉动压力对注射过程的影响,以及动态混炼过程中强制混炼、强制分散的原理。研究结果表明振动力场的引入在保证甚至改善制品综合性能的同时,可有效缩短成型历程,降低功率消耗。

聚合物球型螺杆电磁动态低温塑化挤出过程

为了研究振动场作用下聚合物低温塑化成型过程,研制了一套球型螺杆电磁激振挤出装置,建立了振动场作用下聚合物低温塑化成型的物理模型,深入分析了振动场作用下聚合物低温塑化机理,然后从振动耗散能、聚合物变形能、摩擦热、剪切热等方面分析了聚合物塑化的能量来源,并通过数学推导得出了能量输送密度的数学表达式。最后使用球型螺杆电磁激振实验台和低密度聚乙烯(LDPE)进行实验和理论计算,实验结果与理论计算结果符合很好,并得出结论:振动场的引入可以降低聚合物的成型温度40℃以上、可以节约单位质量物料成型能耗47%以上,同时可以提高制品力学强度。本研究将会为聚合低温成型工艺和成型设备的研究提供可靠的理论基础。

振动剪切流场中聚合物熔体的动态黏度计算方法——黏性耗散法

基于剪切功率的耗散机理,提出了一种计算振动剪切流场中聚合物熔体动态黏度的黏性耗散法,并建立了理论模型。运用黏性耗散法,计算了简单振动剪切流场中 Maxwell 流体的动态黏度,得到了与传统方法相一致的结果,从而验证了理论模型的正确性。通过讨论振动叠加流场中 Maxwell 流体的动态黏度,分析了黏性耗散法的应用局限性。最后,通过动态流变实验,发现黏性耗散法对于小振幅范围的振动剪切流具有较好的预测能力。

植物纤维/聚合物复合材料流变参数的转矩流变表征方法

植物纤维与聚合物形成的复合体系易堵塞毛细管流变仪,不适宜用毛细管流变仪测量流变性能。文中提出了一种利用转矩流变仪测量植物纤维/聚合物复合材料流变性能的表征方法,由转矩流变仪测得的平衡扭矩和平衡温度数据拟合得到低密度聚乙烯(LDPE)/棉秆皮纤维复合材料的幂率模型参数,并研究了复合体系中棉秆皮纤维含量对复合材料流变性能的影响。结果表明,加入棉秆皮纤维后复合材料剪切变稀现象随纤维含量的增加而更为明显。

微孔发泡过程中聚合物/超临界CO_2均相体系形成的研究

阐述以超临界CO_2为发泡剂的微孔发泡中均相体系的形成过程,研究聚合物熔体和气体的混合机理,并分析影响均相体系形成过程的因素。结果表明,聚合物和气体本身的结构和性质、工艺条件、加工设备、外力场等均影响均相体系的形成,振动力场的引入可以提高多相体系的混合程度,在聚合物/气体均相体系的形成过程中引入振动力场是一个全新的研究方向。

微孔发泡过程中脉动剪切对聚合物/超临界CO_2均相体系形成的影响

提出一种聚合物 /超临界CO2 均相体系快速形成的新方法———将振动力场引入到发泡过程 ,在简单剪切的基础上垂直叠加一个脉动剪切场 ,考察了该方法对均相体系形成的影响。实验材料用聚苯乙烯 (PS) ,用自行设计的电磁动态发泡模拟机 ,了不同剪切速率、振动力场及混合时间对聚合物 /超临界CO2 均相体系形成的影响。结果表明 ,随着剪切速率的增加 ,聚合物和气体的混合程度明显增强 ;而振动力场的引入进一步增强了剪切混合的效果 ,使聚合物 /超临界CO2