具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

随着微注塑成型技术的广泛应用，数值模拟方法研究微注塑成型中充模流动与预测微注塑成型质量已成为趋势。在进行充模过程数值模拟仿真时，微尺度(特征尺寸为微米级或重量为毫克级)聚合物材料粘度的描述一定程度上影响着模拟结果的准确性，即聚合物材料的流变本构方程影响着仿真结果。但实验发现聚合物熔体在微流道的流动特性与宏观尺度下不同，主要原因是型腔或流道特征尺寸及表体比较大。因此，宏观测得的粘度数据不能直接用来描述微尺度下熔体的粘度特征。另一方面，聚合物高压毛细管流变仪测粘度最大的优点是，在某一特定的温度、压力环境下测试结果准确。而微注塑成型过程中，聚合物熔体充模时的速度场、应力场以及温度场的分布均是动态的且都会对剪切粘度造成影响。因此研究考虑实际微注塑成型生产条件下的聚合物粘度在线检测的方法对于开发微注塑成型模流分析软件、丰富聚合物材料物性数据库以及指导实际微注塑生产具有重要意义。

本公开实施例提供一种基于矩形狭缝的微尺度聚合物粘度在线检测方法，所述方法可以应用于工业微注塑场景的矩形狭缝流道内聚合物粘度检测过程。

参见图1，为本公开实施例提供的一种基于矩形狭缝的微尺度聚合物粘度在线检测方法的流程示意图。如图1所示，所述方法主要包括以下步骤：

S101，根据粘性流体三维不可压缩流动方程，计算样本聚合物在矩形狭缝流道内的速度分布方程；

具体实施时，可以选用一个各项参数都已知的样本聚合物，然后将所述样本聚合物热熔后注入所述矩形狭缝流道内，并根据所述粘性流体三维不可压缩流动方程结合所述样本聚合物在所述矩形狭缝流道内的相关检测数据，计算所述样本聚合物在矩形狭缝流道内的速度分布方程，在得到所述速度分布方程后，可以根据所述速度分布方程进行下一步计算流程。

S102，根据所述速度分布方程计算所述矩形狭缝流道对应的粘度计算公式；

具体实施时，在得到所述速度分布方程后，可以对所述速度分布方程进行求解，从而将所述速度分布方程转化为所述粘度计算公式，从而根据所述粘度计算公式确定需要采集的相关数据。

S103，采集所述矩形狭缝流道内待测聚合物的目标参数，其中，所述目标参数包括压力降、体积流量和非牛顿指数；

电子设备可以内置有数据采集模块或者外接有数据采集装置，所述数据采集模块或者外接的数据采集装置采集所述矩形狭缝流道内待测聚合物的压力降、体积流量和非牛顿指数，在采集到所述矩形狭缝流道内待测聚合物的压力降、体积流量和非牛顿指数后，可以将全部数据发送至处理器进行分析处理，也可以将所述矩形狭缝流道内待测聚合物的压力降、体积流量和非牛顿指数等数据存储至预设的存储空间，在需要对上述数据进行分析时从所述预设的存储空间内提取。

S104，将所述压力降、所述体积流量和所述非牛顿指数代入所述粘度计算公式，得到所述待测聚合物的粘度值。

在得到所述待测聚合物对应的所述压力降、所述体积流量和所述非牛顿指数后，可以将压力降、所述体积流量和所述非牛顿指数代入所述粘度计算公式，得到所述待测聚合物的粘度值。

本实施例提供的基于矩形狭缝的微尺度聚合物粘度在线检测方法，通过根据粘性流体三维不可压缩流动方程简化得到速度分布方程，然后根据速度分布求解得到对应的粘度计算公式，然后采集矩形狭缝流道内代缴聚合物的目标参数，代入公式得到待测聚合物的粘度值，提高了矩形狭缝的微尺度聚合物粘度检测的适应性、测量效率和测量精度。

在上述实施例的基础上，步骤S101所述的，根据粘性流体三维不可压缩流动方程，计算样本聚合物在矩形狭缝流道内的速度分布方程之前，所述方法还包括：

以所述矩形狭缝流道任一端点为原点建立笛卡尔直角坐标系，其中，所述矩形狭缝流道的截面宽为x轴，所述样本聚合物在所述矩形狭缝流道中流动方向为y轴，流动平面法线方向为Z轴。

具体实施时，矩形狭缝流道就是流道厚度比宽度小得多的矩形截面通道。注塑模的分流道、侧浇口、扇形浇口以及圆环形浇口均属矩形截面流道，在成型一些薄板件时，型腔多为矩形截面流道。

矩形截面流道为一非回转体对称结构，因此在直角坐标系下进行建模较为合适。可以所述矩形狭缝流道任一端点为原点建立笛卡尔直角坐标系，取熔体在矩形通道中的流动方向为Y轴，流动平面法线方向为Z轴，建立如下流动几何物理模型。如图2所示，等截面矩形流道的流道截面宽度为W，流道截面厚度为h，流道长度为L。

进一步的，步骤S101所述的，根据粘性流体三维不可压缩流动方程，计算样本聚合物在矩形狭缝流道内的速度分布方程，包括：

计算所述样本聚合物在所述矩形狭缝流道内流动时的控制方程，其中，所述控制方程包括连续方程、动量方程和本构方程；

根据所述笛卡尔直角坐标系转换所述连续方程、所述动量方程和所述本构方程，得到所述速度分布方程。

可选的，所述速度分布方程为其中，h为所述矩形狭缝流道厚度，L为所述矩形狭缝流道长度，k为一致性系数，n为非牛顿指数，ΔP为压力降。

具体实施时，对于不可压缩的等温聚合物熔体流动，控制方程包括连续方程、运动方程和本构方程。在所述笛卡尔直角坐标系中，控制方程可以表示如下：

连续性方程：

其中x和y表示平面坐标，z表示厚度坐标，(v_x,v_y,v_z)分别是(x,y, z)方向上的速度分量。

动量方程：

高分子溶液与聚合物熔体的粘度很大，这类流体在流动时其内部的内摩擦力不可忽略。尤其是聚合物熔体，高流体粘度使其在采用流动成型时必须施加高压以促使其完成成型流动。因此，描述聚合物熔体的流动时考虑熔体内部的内摩擦力，即描述聚合物熔体的流动采用实际流体流动微分方程—— Navier-Stokes方程如下所示：

其中ρ、P、μ分别表示密度、压力和粘度，(g_x，g_y，g_y)分别是(x, y,z)方向的重力分量。

本构方程：

其中K，n表示一致性系数和衡量流体非牛顿性质的流动指数，(II_Δ/2)表示剪切速率张量，在笛卡尔直角坐标系中的展开形式如下：

在用上述方程解决实际问题的过程中，可以确定流体在实际流动过程中的各类边界条件以使得上述各偏微分方程得到简化，便于对实际流体力学问题进行进一步的分析与求解。得到所述样本聚合物在所述矩形狭缝流道内流动时流体y方向流动速度沿z方向(即截面方向)的速度分布方程为：

需要说明的是，当聚合物熔体流动几何空间、压力场条件一定时，式(5) 中的n、ΔP、K、L以及h均为定值，因此vy(z)仅是流道中心距流道表面高度的位置函数。但对于不同的聚合物材料其n值(非牛顿指数)一般不同，n 值也是影响聚合物熔体模内速度分布的一个重要参数，因此在定量描述聚合物熔体在流道中流动时的速度分布时需考虑熔体的非牛顿特性对速度分布的影响。

如图3所示，当n＝1时，即流体为牛顿流体时，矩形流道内熔体前沿的速度分布成抛物线状。而用于注塑成型的聚合物在熔融状态时多数为“假塑性流体”。由上图可知，n值越小流体前沿流速分布曲线越平坦，此时流体流速分布曲线形状类似于柱塞，即所谓的“柱塞流”。同时，如图4所示，聚合物熔体的非牛顿特性越强，其流速差越大，在管壁处所承受的剪切速率越大。且只有当流体为牛顿流体时，流体所受的剪切速率才呈线性变化。

进一步的，所述粘度计算公式为其中，τ_real为所述待测聚合物在所述矩形狭缝流道内的真实剪切应力，为所述待测聚合物在所述矩形狭缝流道内的真实剪切速率，Q为所述待测聚合物在所述矩形狭缝流道内流动时的体积流量。

具体实施时，在得到所述速度分布方程后，可以对所述速度分布方程进行求解，例如，所述矩形狭缝流道中聚合物熔体的体积流量可按下式计算：

则可以将式(5)代入(6)，积分并恒等变换可得：

将方程(7)与幂率流体的粘度本构方程相对比，可得到不同聚合物熔体在所述矩形狭缝流道中流动时壁面剪切应力与壁面剪切速率的表达式：

其中，剪切应力τ与剪切速率均是矩形流道壁面处聚合物熔体所受到的剪切应力与剪切速率，也称真实剪切应力τ_real与真实剪切速率其比值为聚合物熔体在矩形截面流道内流动时的表观粘度，得到所述粘度计算公式η_app：

根据所述粘度计算公式，需要测定熔体在流动过程中的充模压力降ΔP、熔体在矩形流道中流动时的体积流量Q，以及间接获取聚合物材料的非牛顿指数n。

在上述实施例的基础上，步骤S103所述的，采集所述矩形狭缝流道内待测聚合物的目标参数，包括：

当所述待测聚合物在所述矩形狭缝流道内流动时，采集所述矩形狭缝流道的外壁上两个测点的压力值，得到所述压力降；

具体实施时，当所述待测聚合物在所述矩形狭缝流道内流动时，可以直接采集所述矩形狭缝流道的外壁上两个测点的压力值，得到所述压力降，无需无需使用毛细流变仪“零压力口模”进行入口压力矫正，提高了测量的适应性。

采集与所述矩形狭缝流道连接的注塑机的柱塞移动速度，并根据所述柱塞移动速度计算所述体积流量；

具体实施时，可以采集与所述矩形狭缝流道连接的注塑机的柱塞移动速度，然后根据所述柱塞移动速度计算所述体积流量，具体计算公式如下：

式中，R_s——注塑机螺杆/柱塞的半径，V_s——注塑机螺杆/柱塞的移动速度。当然，还可以直接熔体充模时的熔体体积流率等于注塑机设定的体积注射速率，公式如下：

Q＝V_inj(体积) (12)

根据所述待测聚合物对应的体积流量和压力降，得到所述待测聚合物的非牛顿指数。

具体实施时，根据所述待测聚合物在所述矩形狭缝截面流道内的速度分布函数推导出聚合物熔体在其中流动时所受到的真实剪切应力τ_real与真实剪切速率可知，剪切应力计算公式所含待定参数均是流道尺寸参数与流场参数，并未涉及到流体的本征特性参数；也即剪切应力的计算公式适用于一切流体。而剪切速率计算表达式却和聚合物材料的非牛顿指数相关，因此需要考虑采用其他方法获取这一参数。假设聚合物熔体为牛顿流体，也即n＝1。此时，聚合物熔体在矩形狭缝流道壁面处的剪切速率表达式为：可以定义一个新的物理量M：

新变量M为牛顿流体在矩形截面流道壁面处的剪切速率。但对于非牛顿流体，M并不是其真实的剪切速率但具有剪切速率的量纲。可以分析M与真实的剪切速率的关系。非牛顿流体在矩形截面流道中做稳定层流时，其流量Q为：

式(14)中v_y(z)为所述矩形狭缝流道内流体质点距流道中心线高度z的函数，但无法求得其具体的表达式，对式(14)进行分部积分可得：

考虑到所述矩形狭缝流道的壁面处的熔体流动速率为0，即v_z(h/2)＝0，则式(15)可写为：

式中τ_w为非牛顿流体在矩形截面流道壁面处的剪切应力，再将式(16)代入式(13)中可得：

对式(17)进行积分上限求导可得：

则由式(18)可得到所述矩形下方流道对应真实剪切速率与表观剪切速率的关系：

将式(19)与式(7)相对比，可以确定变量(dlnM/dlnτ_w)与1/n应具有相同的物理意义。即测定不同Q时的ΔP，就可以得到不同τ_w时的M。将lnτ_w对 ln M作图，某点对应的曲线切线斜率就是非牛顿指数n的值。再将n值代入式(19)中便可得到真实的壁面剪切速率。

参见图5，本公开实施例还提供了一种电子设备50，该电子设备包括：至少一个处理器以及与该至少一个处理器通信连接的存储器。其中，该存储器存储有可被该至少一个处理器执行的指令，该指令被该至少一个处理器执行，以使该至少一个处理器能够执行前述方法实施例中的基于矩形狭缝的微尺度聚合物粘度在线检测方法。

本公开实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使该计算机执行前述方法实施例中的基于矩形狭缝的微尺度聚合物粘度在线检测方法。

本公开实施例还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算程序，该计算机程序包括程序指令，当该程序指令被计算机执行时，使该计算机执行前述方法实施例中的基于矩形狭缝的微尺度聚合物粘度在线检测方法。

下面参考图5，其示出了适于用来实现本公开实施例的电子设备50的结构示意图。本公开实施例中的电子设备可以包括但不限于诸如移动电话、笔记本电脑、数字广播接收器、PDA(个人数字助理)、PAD(平板电脑)、PMP(便携式多媒体播放器)、车载终端(例如车载导航终端)等等的移动终端以及诸如数字TV、台式计算机等等的固定终端。图5示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图5所示，电子设备50可以包括处理装置(例如中央处理器、图形处理器等)501，其可以根据存储在只读存储器(ROM)502中的程序或者从存储装置508加载到随机访问存储器(RAM)503中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 503中，还存储有电子设备50操作所需的各种程序和数据。处理装置501、ROM 502以及RAM 503通过总线504彼此相连。输入/输出(I/O) 接口505也连接至总线504。

通常，以下装置可以连接至I/O接口505：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、图像传感器、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置506；包括例如液晶显示器(LCD)、扬声器、振动器等的输出装置507；包括例如磁带、硬盘等的存储装置508；以及通信装置509。通信装置509可以允许电子设备 50与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图中示出了具有各种装置的电子设备50，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。

特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置509 从网络上被下载和安装，或者从存储装置508被安装，或者从ROM 502被安装。在该计算机程序被处理装置501执行时，执行本公开实施例的方法中限定的上述功能。

需要说明的是，本公开上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM 或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。

上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。

上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备可以执行上述方法实施例的相关步骤。

或者，上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备可以执行上述方法实施例的相关步骤。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如 Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本公开实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。

应当理解，本公开的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。