纳米流体辅助快速热循环注塑成型系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种纳米流体辅助快速热循环注塑成型系统，包括高温纳米流体发生与储存装置、低温纳米流体储存罐、纳米流体回收罐、高压气体供应装置、气体增压泵、注塑模具和模具温度控制单元。与现有的基于模具高温油、过热水或蒸汽加热和冷却水冷却的快速热循环注塑成型技术相比，本实用新型专利技术利用强化传热新工质—纳米流体作为模具的加热和冷却介质，可显著提高模具的加热和冷却效率，同时还兼备系统结构较简单、节材降耗、作业流程合理和替换现有技术时无需对已有模具的结构进行改造等优点，适合在工业生产中大规模地推广应用，属于高分子材料快速热循环注塑成型技术领域。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及高分子材料快速热循环注塑成型系统，特别涉及一种纳米流体辅助快速热循环注塑成型系统。
技术介绍
塑料注塑具有生产效率高、成本低、适应能力强和产品多样化等特点，注塑制品广泛应用于信息、汽车、家电、航空航天和国防军工等领域。近年来，塑料制品正朝着高性能、高精度、低成本、轻量化和绿色化方向发展，这使得常规注塑工艺正面临着日益严峻的挑战，越来越难以满足现代注塑工业发展的要求。为此，近年产业界推出了一种新的注塑技术——快速热循环注塑，通过在注塑过程中对模具进行交替地加热和冷却以适应注塑不同阶段对模具温度的实时需求，实现变模温注塑成型。采用这种动态的模温控制方式，可在较高的模腔温度(高于聚合物热变形温度)下进行熔体充模，大大改善熔体的流动性能，明显提高塑件的品质，可直接获得高表面质量、高形状尺寸精度的注塑件，从而有效消除常规注塑所需的制品后续处理流程，显著缩短制品生产流程和降低生产成本。如何快速地加热和冷却模具是实现快速热循环注塑成型需解决的关键问题之一，而行之有效的手段是研发高效的模具快速加热和冷却技术。直至目前，所开发的模具快速加热技术按加热方式可大致分为对流加热、电加热、感应加热、辐射加热等四大类。其中，模具对流加热方式因其具有稳定性好、可靠性高、成本低、容易实现等优点，因而在快速热循环注塑领域得到较广泛的应用。一般地，模具对流加热使用的介质通常为高温油、过热水和蒸汽三种，尽管它们具有诸多优点，但归纳起来仍存在以下几方面的不足：(1)油和水的热导率较低，导致高温油和过热水与模具管道内壁之间的换热能力较差，不利于模具快速加热；(2)由于水和蒸汽的固有物理属性，其加热的温升上限通常低于160℃，从而难以满足那些具有高热变形温度的工程塑料(如聚碳酸酯、尼龙等)或纤维增强塑料快速热循环注塑成型对高模温的要求；(3)用于加热模具的蒸汽通常不能回收，导致能量利用率低、能耗大。至于模具快速冷却技术，最常用的方式是往模具冷却管道中泵入循环冷却水，利用水与模具冷却管道内壁之间进行对流换热以冷却模具。正如前面所述，因水的热导率较低，因此这种方式也难以实现模具的快速冷却。尽管通过采用降低冷却水的温度、提高冷却水的流速等措施可进一步提高模具冷却效率，但不可避免地增加了成本，且效果也较为有限。近年，有学者将水射流冷却技术引入注塑模具中，开发了模具水射流冷却技术，尽管这种技术可显著提高模具的冷却效率，但模具的结构复杂，设计和制造难度较大。
技术实现思路
本技术在于克服现有的基于模具高温油、过热水或蒸汽加热和水冷却的快速热循环注塑成型系统的不足，提供一种纳米流体辅助快速热循环注塑成型系统。为了达到上述目的，本技术采用如下所述的技术方案。纳米流体辅助快速热循环注塑成型系统，包括高温纳米流体发生与储存装置、低温纳米流体储存罐、纳米流体回收罐、高压气体供应装置、气体增压泵和注塑模具；所述气体增压泵的气体输出端与纳米流体回收罐的高压气体输入端连接；所述高温纳米流体发生与储存装置的高压气体输入端、低温纳米流体储存罐的高压气体输入端、气体增压泵的气体输入端通过高压气管与高压气体供应装置的高压气体输出端连接；所述高温纳米流体发生与储存装置的纳米流体输出端和低温纳米流体储存罐的纳米流体输出端通过纳米流体输入主管路与注塑模具加热/冷却管道的输入端连接；所述注塑模具加热/冷却管道的输出端通过纳米流体输出主管路与纳米流体回收罐的纳米流体输入端连接；所述纳米流体回收罐的纳米流体输出端通过高温纳米流体回收支路管和低温纳米流体回收支路管分别与高温纳米流体发生与储存装置的纳米流体输入端和低温纳米流体储存罐的纳米流体输入端连接；所述纳米流体回收罐的顶端部位还开设有泄压端。优选地，所述高温纳米流体发生与储存装置包括高温纳米流体储存罐、加热元件和热电偶；所述加热元件可为安装于高温纳米流体储存罐内部的电热棒或绕制在高温纳米流体储存罐外壁面的电磁感应线圈，通电后以将纳米流体快速地加热至预定高温；所述热电偶安装在高温纳米流体储存罐的底端部位以实时地监测高温纳米流体储存罐内纳米流体的温度。所述高温纳米流体储存罐和低温纳米流体储存罐内均设置有防止纳米流体中的纳米粒子发生团聚的超声波振荡器。所述低温纳米流体回收支路管的管路上还设置有冷凝器。所述高压气体供应装置的高压气体输出端与纳米流体输入主管道之间还连接有将纳米流体输入主管路和注塑模具加热/冷却管道内残留的纳米流体吹入纳米流体回收罐内的吹气管道。所述注塑模具的模壁内安装至少一个模具温度传感器，以实时地对模具型腔表面的温度进行监测。所述纳米流体辅助快速热循环注塑成型系统还包括模具温度监控单元，优选地，模具温度监控单元包括控制器、模具温度传感器、高温纳米流体输出电磁阀、低温纳米流体输出电磁阀、高温纳米流体输入电磁阀、低温纳米流体输入电磁阀、进气电磁阀、吹气电磁阀、泄压电磁阀、热电偶及相应的控制信号线。泄压电磁阀的开度在实际允许的范围内应尽可能地大，以快速地释放纳米流体储存罐内的高压气体。纳米流体辅助快速热循环注塑成型方法，具体包括如下步骤：(1)预备阶段：打开进气电磁阀，高压气体供应装置内的高压气体分别进入高温纳米流体储存罐和低温纳米流体储存罐内，启动超声波振荡器，然后使加热元件通电，将高温纳米流体储存罐内的纳米流体快速加热至预定高温。(2)模具加热阶段：打开高温纳米流体输出电磁阀，高温纳米流体在高压气体的作用下从高温纳米流体储存罐内流出，经纳米流体输入主管路进入注塑模具加热/冷却管道，然后经纳米流体输出主管路流入纳米流体回收罐内，待注塑模具的型腔表面达到预定高温后，关闭高温纳米流体输出电磁阀，模具进入高温保持阶段。(3)模具高温保持阶段：打开吹气电磁阀，将纳米流体输入主管路和注塑模具加热/冷却管道中残留的高温纳米流体吹入纳米流体回收罐内，待残留的高温纳米流体完全排出后，关闭吹气电磁阀，然后启动气体增压泵，同时打开高温纳米流体输入电磁阀，纳米流体回收罐内的高温纳米流体在气体增压泵输出的高压气体的作用下经高温纳米流体回收支路管流入高温纳米流体储存罐，待纳米流体回收罐内的高温纳米流体完全排出后，关闭高温纳米流体输入电磁阀和气体增压泵，同时打开泄压电磁阀释放纳米流体回收罐内的高压气体，泄压完毕后，关闭泄压电磁阀。(4)模具冷却阶段：打开低温纳米流体输出电磁阀，低温纳米流体在高压气体的作用下从低温纳米流体储存罐内流出，经纳米流体输入主管路进入注塑模具加热/冷却管道，然后经纳米流体输出主管路流入纳米流体回收罐内，待注塑模具的型腔表面达到预定低温后，关闭低温纳米流体输出电磁阀，模具进入低温保持阶段。(5)模具低温保持阶段：打开吹气电磁阀，将纳米流体输入主管路和注塑模具加热/冷却管路中残留的低温纳米流体吹入纳米流体回收罐内，待残留的低温纳米流体完全排出后，关闭吹气电磁阀，然后启动气体增压泵，同时打开低温纳米流体输入电磁阀，纳米流体回收罐内的低温纳米流体在气体增压泵输出的高压气体的作用下经低温纳米流体回收支路管和冷凝器后流入低温纳米流体储存罐，待纳米流体回收罐内的低温纳米流体完全排出后，关闭低温纳米流体输入电磁阀，同时打开泄压电磁阀释放纳米流体回收罐内的高压气体，泄压完毕后，关闭泄压电磁阀。本技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
纳米流体辅助快速热循环注塑成型系统，其特征在于：包括高温纳米流体发生与储存装置、低温纳米流体储存罐、纳米流体回收罐、高压气体供应装置、气体增压泵和注塑模具；所述气体增压泵的气体输出端与纳米流体回收罐的高压气体输入端连接；所述高温纳米流体发生与储存装置的高压气体输入端、低温纳米流体储存罐的高压气体输入端、气体增压泵的气体输入端通过高压气管与高压气体供应装置的高压气体输出端连接；所述高温纳米流体发生与储存装置的纳米流体输出端和低温纳米流体储存罐的纳米流体输出端通过纳米流体输入主管路与注塑模具的注塑模具加热/冷却管道的输入端连接；所述注塑模具加热/冷却管道的输出端通过纳米流体输出主管路与纳米流体回收罐的纳米流体输入端连接；所述纳米流体回收罐的纳米流体输出端通过高温纳米流体回收支路管和低温纳米流体回收支路管分别与高温纳米流体发生与储存装置的纳米流体输入端和低温纳米流体储存罐的纳米流体输入端连接；所述纳米流体回收罐的顶端部位还开设有泄压端。

【技术特征摘要】
1.纳米流体辅助快速热循环注塑成型系统，其特征在于：包括高温纳米流体发生与储存装置、低温纳米流体储存罐、纳米流体回收罐、高压气体供应装置、气体增压泵和注塑模具；所述气体增压泵的气体输出端与纳米流体回收罐的高压气体输入端连接；所述高温纳米流体发生与储存装置的高压气体输入端、低温纳米流体储存罐的高压气体输入端、气体增压泵的气体输入端通过高压气管与高压气体供应装置的高压气体输出端连接；所述高温纳米流体发生与储存装置的纳米流体输出端和低温纳米流体储存罐的纳米流体输出端通过纳米流体输入主管路与注塑模具的注塑模具加热/冷却管道的输入端连接；所述注塑模具加热/冷却管道的输出端通过纳米流体输出主管路与纳米流体回收罐的纳米流体输入端连接；所述纳米流体回收罐的纳米流体输出端通过高温纳米流体回收支路管和低温纳米流体回收支路管分别与高温纳米流体发生与储存装置的纳米流体输入端和低温纳米流体储存罐的纳米流体输入端连接；所述纳米流体回收罐的顶端部位还开设有泄压端。2.根据权利要求1所述的纳米流体辅助快速热循环注塑成型系统，其特征在于：所述高温纳米流体发生与储存装置包括高温纳米流体储存罐、加热元件和热电偶；将纳米流体快速地加热至预定高温的加热元件设置在高温纳米流体储存罐的内部或外壁面；实时地监测纳米流体的温度的热电偶安装在高温纳米流体储存罐的底端部位。3.根据权利要求2所述的纳米流体辅助快速热循环注塑成型系统，其特征在于：所述高温纳米流体储存罐内还设置有防止纳米流体中的纳米粒子发生团聚的超声波振荡器。4.根据权利要求1所述的纳米流体辅助快速热循环注塑成型系统，其特征在于：所述低温纳米流体回收支路管中还设置有冷凝器。5.根据权利要求1所述的纳米流体辅助快速热循环注塑成...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖成龙，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：新型
国别省市：湖南;43