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型坯成型階段研究狀況

型坯形成是指通過擠出成型得到半熔融狀態(tài)的塑料管坯(型坯)。隨著中空吹塑制件的幾何形狀越來越復雜,設計良好的預成型型坯對以最小的材料消耗獲得所需求的壁厚分布且結構穩(wěn)定的制件有著重要的意義,也就是在型坯成型階段通過采用調節(jié)型坯的壁厚分布形狀,以使吹塑制品的壁厚分布趨于均勻。由于型坯形成時的擠出膨脹、下垂、回彈等因素使得型胚成型階段型胚尺寸在長度方向不一致而變得非常復雜。

由于擠出的聚合物型坯溫度高而無法直接測量，對擠出吹塑中型坯成型階段的實驗研究主要是設計實驗方法來測量型胚直徑分布和壁厚分布。

最早用實驗方法研究而獲得型坯尺寸的是Sheptakr等人。他們設計了一種被稱為“夾坯型”的特殊模具來分析型坯。這種裝置只能得到型坯的質量膨脹Sw，但不能直接得到型坯的直徑和壁厚膨脹。

Kalyon等[2]在上述裝置上增加了一套攝像裝置，可用于拍攝模具夾坯前型坯的圖像，從而可獲得型坯的直徑分布。這種方法能得到較精確的型坯直徑分布，但較費時，且不能用于在線測量，因此限制了它的實際應用。

另一種測量型坯膨脹的方法是塑料熔體直接擠出到與熔體相同溫度和密度的油中，這樣可以在無垂伸和固化的條件下測量型坯的膨脹；同時由于油箱側壁是透明玻璃，可在一定的時間間隔內對型坯進行拍照；又由于塑料熔體的透明性，根據(jù)照片就可確定型坯內外的直徑分布。

由于型坯膨脹，型坯的形狀尺寸沿著型坯長度方向是不一致的。為了標識數(shù)據(jù)測量的位置，每隔固定時間用噴墨裝置把碳黑粒子噴射到型坯表面上做記號。但這種方法沒有考慮垂伸的影響，難以在實際生產中應用。

隨著圖像分析技術的發(fā)展，越來越多的研究者都偏向使用圖像分析技術來確定型坯尺寸。型坯的直徑分布可通過圖像直接測量，但型坯的厚度分布則不能，它只能間接計算得到。許多的研究者試著用不同的測量手段和算法來計算型坯壁厚分布。

P.L.Swan等[3]設計了一套使用兩臺攝像機的裝置來測量型坯膨脹尺寸（如圖4所示）。讓型坯擠入到溫度與型坯一樣的容器中，位于下面的攝像機（9）對準型坯的末端，而位于上端的攝像機（5）發(fā)出信號通過計算機控制攝像機（9）的位置以保證其在型坯擠出過程中總是對準型坯的末端。通過圖像可以得到型坯的直徑和壁厚尺寸。但實驗裝備復雜且只考慮等溫的情況，實際應用不廣。

R.W.Diraddo和A.Garcia-Rejon[4]提出只建立在圖像分析基礎上非接觸式測量型坯壁厚分布的方法。該實驗只使用一臺攝像機對型坯擠出過程進行拍照，測量出型坯長度隨時間的變化關系、型坯的直徑分布、擠出流率、型坯沿長度方向的溫度梯度，再根據(jù)型坯壁厚分布與這些參數(shù)的關系計算出型坯壁厚分布。R.W.Diraddo等用此方法分別研究了不同分子量大小的HDPE樹脂，流率、熔體溫度、口模間隙對型坯壁厚分布的影響。這種方法理論復雜，實驗數(shù)據(jù)處理較繁瑣。

W.I.Patterson和M.R.Kamal[5]開發(fā)了型坯壁厚尺寸分布在線閉環(huán)控制系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，型坯的長度和直徑可通過相機及與其相連的圖像分析儀直接得到，型坯壁厚分布則通過幾何關系計算獲得，但其中所用的經(jīng)驗參數(shù)比較難得到。若要實現(xiàn)對型坯壁厚尺寸分布的在線閉環(huán)控制，則需要一種能直接在線測量型坯壁厚分布的方法。

假定熔體流量為一常數(shù)的前提下，型坯壁厚可由一簡單方法計算得到，且可用于在線測量。最早使用該方法的是德國Kaise，后由SveinEggen和ArneSommerffeldt[6]改進，測量裝置簡圖如圖5所示。由攝像機和向型坯表面噴墨的裝置及圖形分析儀組成。

型坯的直徑分布可直接由所拍攝的圖片得到，再測量相鄰墨點間的距離，根據(jù)流量為一常數(shù)的假設，型坯的壁厚分布可由計算得到。

其中R是型坯半徑，q是流率，ρ是熔體密度，z是相鄰墨點間的距離。這種方法理論簡單，實驗裝置簡易，測量精度較高，但實驗數(shù)據(jù)較多，處理較繁瑣。

有些研究者利用光學方法來研究型坯成型。P.L.Swan、M.R.Kamal和A.Garcia-Rejon[7]研制開發(fā)了一套光學傳感器測量裝置，如圖6所示，它可在閉模前在線測量型胚的厚度尺寸分布。該裝置是基于光學中光線反射的原理設計的。

一束激光一定的角度射向型坯表面，激光束經(jīng)型坯內外表面反射形成兩束激光，攝像鏡頭檢測出這一間隔并將送入計算機分析系統(tǒng)，根據(jù)幾何關系，計算機就能算出型坯壁厚分布。

但在光線反射的同時還存在光線的折射問題,而光線的折射在這種測量方法中是不容忽視的,要把折射考慮進去并且要確定型坯的折射率無疑給這種測量方法增加了很大的復雜性和難度。