一種基于超聲波速度的聚合物制品結晶度的表征方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于超聲波速度的聚合物制品結晶度表征方法，其實施步驟如下：1)測量已知結晶度為x1的聚合物制品的超聲波速度v1；2)測量已知結晶度為x2的聚合物制品的超聲波速度v2；3)計算完全非結晶聚合物制品的超聲波速度va；4)計算完全結晶聚合物制品的超聲波速度vc；5)測量聚合物制品的超聲波速度v，獲取聚合物制品的結晶度x。本發明提供了一種價格低廉、使用方便的聚合物制品結晶度無損測量方法，有望為聚合物制品的結晶研究提供一種全新的普適性的實驗測量手段，具有極大的市場應用前景及市場推廣價值。
【專利說明】一種基于超聲波速度的聚合物制品結晶度的表征方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及聚合物成形加工領域，具體涉及一種基于超聲波速度的聚合物制品結 晶度表征方法。
【背景技術】
[0002] 聚合物由于其優良的加工和使用性能在國民經濟的各個領域得到了廣泛的應用， 目前我國聚合物制品總產量已達年產3000萬噸并以8 %?10 %的速度增長。結晶是聚合物 制品微觀形態的一種，直接影響到制品的強度、剛度、熱性能以及透明度等物理機械性能。 t匕如，生物材料聚乳酸（PLA)的結晶度由3. 2%增至33. 9%時，其熱變形溫度可由27. 5°C提 高到99. 7°C，其拉伸模量提高15. 6 %，而斷裂伸長率從6. 6 %降低至5. 3 %。因此，聚合物 制品的結晶度需要根據制品的使用條件和用途進行調控。
[0003] 目前，聚合物制品結晶度的測量方法大多是有損測量方法，如差示掃描量熱法 (DSC)，偏光顯微鏡（POM)和密度測量法等，上述方法需要在聚合物制品中切取部分材料來 制作試樣，對聚合物制品具有破壞性，在實際生產應用中存在較大局限。此外，也有一些聚 合物結晶度的無損測量方法，如X射線衍射法（WAXD)和小角激光光散射法（SALS)等，此類 方法存在設備昂貴、使用繁瑣和通用性不強等問題，在工業應用中存在一定局限性，目前多 用于實驗室研究。缺少經濟有效的聚合物結晶度測量手段已成為實際生產過程中高性能聚 合物制品成形與制造的主要瓶頸。
[0004] 超聲波作為一種機械波，具有探頭安裝方便、不破壞檢測對象、信號反饋速度快、 檢測內容豐富等優點，在高分子加工檢測中具有十分廣闊的應用前景。趙朋等利用超聲波 在模具、塑料界面上的聲波反射系數實現了成型過程中塑料結晶度的在線測量，例如專利 號為ZL201110214697.9的中國專利公開了一種用于注塑工藝的聚合物結晶度在線測量方 法及裝置，該方法是利用超聲波的反射特性來測量聚合物制品的密度，進而基于密度法表 征聚合物制品的結晶度。
【發明內容】
[0005] 本發明提供了一種價格低廉、使用方便的聚合物制品結晶度無損測量方法。
[0006] -般而言，結晶型聚合物制品同時包含結晶區和非結晶區，結晶度是結晶區的體 積與制品體積（結晶區與非結晶區體積之和）的比，在結晶區內，聚合物分子鏈排列規整， 更加密實，超聲波在結晶區中的傳播速度較快，而在非結晶區內，聚合物分子鏈呈無序狀 態，排列松散，因此在非結晶區中超聲波波速較慢。超聲波在聚合物制品中傳播時，會依次 經過結晶區和非結晶區，超聲波在結晶區和非結晶區中的傳播時間具有加和性，當結晶區 和非結晶區的尺寸一定時，超聲波的傳播時間與其傳播速度呈反比關系。
[0007] 為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：
[0008] -種基于超聲波速度的聚合物制品結晶度表征方法，其實施步驟如下：
[0009] 1)測量已知結晶度為X1的聚合物制品的超聲波速度V1 ;
[0010] 2)測量已知結晶度為X2的聚合物制品的超聲波速度V2 ;
[0011] 3)根據公式，
【權利要求】
1. 一種基于超聲波速度的聚合物制品結晶度表征方法，其實施步驟如下： 1) 測量已知結晶度為X1的聚合物制品的超聲波速度V1; 2) 測量已知結晶度為x2的聚合物制品的超聲波速度v2 ; 3) 根據公式，
計算完全非結晶聚合物制品的超聲波速度va ; 4) 根據公式，
計算完全結晶聚合物制品的超聲波速度V。； 5) 測量聚合物制品的超聲波速度V，根據公式，
獲取聚合物制品的結晶度X。
2. 根據權利要求1所述的基于超聲波速度的聚合物制品結晶度表征方法，其特征在 于：步驟1)中聚合物制品的結晶度Xl以及步驟2)中聚合物制品的結晶度^采用差示掃描 量熱法進行測量。
3. 根據權利要求1所述的基于超聲波速度的聚合物制品結晶度表征方法，其特征在 于：步驟（1)、步驟（2)和步驟（5)中的聚合物制品的超聲波速度采用水浸式超聲測量方法 進行測量。
4. 根據權利要求3所述的基于超聲波速度的聚合物制品結晶度表征方法，其特征在 于：所述的水浸式超聲測量方法，具體是指： (1) 在底部水平且光滑的容器中盛滿水，超聲探頭的發射端放入水中，超聲探頭發射超 聲波的方向與容器底部相垂直，獲取容器底部上的水/容器界面返回的超聲波信號，計算 從發出超聲波信號到接收到超聲波信號的時間h; (2) 測量超聲探頭的發射端與容器底部之間的距離L，根據公式，
計算超聲波在水中的傳播速度vwatOT ; (3) 保持容器與超聲探頭的位置不變，將聚合物制品放入水中，超聲探頭發射的超聲波 垂直入射進聚合物制品，聚合物制品的底部與容器底部保持一定的距離，獲取靠近超聲波 聲源一側的水/聚合物界面返回的第一超聲波信號、獲取遠離超聲波聲源一側的水/聚合 物界面返回的第二超聲波信號、獲取容器底部上的水/容器界面返回的第三超聲波信號， 并獲取從發出超聲波信號到接收到第一超聲波信號的時間h，獲取從發出超聲波信號到接 收到第二超聲波信號的時間t2，獲取從發出超聲波信號到接收到第三超聲波信號的時間 t3，并根據公式，
計算聚合物制品的超聲波速度V。
【文檔編號】G01N29/07GK104407055SQ201410688178
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月25日 優先權日:2014年11月25日
【發明者】趙朋, 彭一燕, 傅建中, 賀永, 楊偉民, 汪曉蔓 申請人:浙江大學