一种可视化聚合物熔体注塑充模流动系统技术方案

本发明专利技术公开了一种可视化聚合物熔体注塑充模流动系统，该系统由换向阀、控制装置、摄像机、图像处理系统、密闭容器、可调流量泵、流量计、两个压力表、透明模具工装、节流阀以及连接上述部件的压力管道和通信电线或电缆组成。本发明专利技术提出的系统的主要功能是实现不同注射流量、不同注射压力条件下熔体流动规律的可视化分析，其显著特点是能够清晰地观测到流体中微细颗粒的运动，且具有结构紧凑、操作简单、能耗小、构建和运行成本低等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种流体填充流动过程可视化监测系统，特别涉及ー种面向注塑成型エ艺的可视化聚合物熔体充模流动系统，可用于定量观测注塑填充过程中聚合物熔体流动行为及熔体中异相固体颗粒的迁移运动规律。
技术介绍
聚合物熔体充模过程是注塑成型エ艺的ー个重要阶段，填充过程中熔体流动状态直接影响聚合物高分子链的取向、熔体结晶行为、熔体中异相颗粒的取向与分布等，从而影响聚合物塑料的微观结构与最終成形产品的力学性能。另外，填充过程不稳定还容易导致塑件出现喷射痕、流痕、流线、云纹等表面缺陷，严重影响产品的品质。此外，填充过程控制不良还可能导致塑件出现严重的熔接痕、浮纤、形状尺寸精度差、短射等缺陷。总之，熔体填充阶段对最终成形的产品的力学性能、外观质量和形状尺寸精度等均具有十分重要的影响。为了获得高品质的产品和保证エ艺稳定性，有必要研究填充阶段聚合物熔体的流动行为，以期通过调整エ艺參数、改进模具结构等使熔体充模流动达到最优状态。关于注塑过程熔体充填流动的研究一直以来都是エ业界和学术界关注的热点。由于填充阶段聚合物熔体流动通常是在闭合且不透明的金属模具内完成的，所以很难直接观测到熔体的流动状态。为此，一般通过多次短射的方法间接观察填充阶段熔体流动状态的变化，但是这种方法无法了解熔体流动的连续变化过程。注塑成型可视化技术是研究填充过程中聚合物熔体流动行为的ー种有效方法，该技术可以实现熔体流动全过程的实时监测，已经成为研究熔体充模流动行为的ー种最为常用的方法，在业界获得了广泛的应用和认可。围绕注塑成型过程可视化技术，国内外已经开展的大量的研究，构建了多种注塑填充阶段熔体充模流动可视化装置和方法。在国外，日本东京大学产业技术研究所横井课题组构基于玻璃镶块模具、光路传输系统以及双摄像头的注塑成型可视化系统，两个高速摄像机可以动态追踪和测量熔体的流动前沿；东京エ业大学佐藤薰课题组构建了一种基于透明视窗和摄像机的可视化装置，研究了塑件表面波纹状流痕的形成机理；美国密歇根大学机械工程与应用力学系布雷斯课题组构建了ー种三面透光的可视化注塑模具，研究了エ艺參数对熔体流动状态的影响；伊朗塔比阿特莫达勒斯大学贝赫拉维什课题组基于玻璃型腔板、反射镜及摄像机等构建了微发泡注塑流动可视化系统，观测了熔体中泡孔的形态变化。在国内，西北エ业大学林德宽等人构建了基于透明模具、光路系统及摄像机可视化注塑系统，对充模流变过程进行了定量动态研究；大连理工大学张强课题组构建了基于石英玻璃型腔的经济实用的可视化注塑模具；北京化工大学杨卫民课题组构建了基于玻璃镶块、反光镜及高速摄像机的注塑成型可视化系统，并利用该系统研究了熔体流动状态对熔接痕的影响。上述注塑成型可视化系统均是通过在常规注塑模具中置入玻璃镶块或玻璃型腔板，然后利用高速摄像机通过设计的光路系统监测注塑过程中熔体在模具型腔中的流动状态。这些系统和方法最为突出的缺点就是只能观测熔体的宏观流动状态，而无法清楚的捕捉熔体中微小异相颗粒的运动状态。另外，上述注塑可视化系统一般均是在商用注塑机和注塑模具的上构建的，这导致系统结构和操作相对复杂，构建成本和运行成本较高。此外，填充过程中高温高压塑料熔体容易损坏玻璃型腔板或镶块，从而导致可视化模具的寿命不闻。深圳市昌红模具科技有限公司在2010年8月2日申请的授权公开的中国专利CN201800189U《多孔板模具注塑过程的可视化实验机构》中掲示了ー种多孔板模具注塑过程的可视化实验机构，该机构由进光孔、观察孔、影像系统及模架组成。该机构的特点是在模具型腔板内部置入由透明玻璃型腔镶块、反射镜、平面玻璃灯组成的光路系统，基于该光路系统，透过模具一侧的观察孔可以直接观测熔体在模具型腔中的流动状态，并利用高速摄像机拍摄和记录实时影响。另外，该机构还在型腔板上设置了ー个进光孔，以增强入射光強度，从而有利于提高影响清晰度。该专利所涉及的注塑成型可视化机构与前述各种可视化装置类似，具有同样的缺陷或不足。
技术实现思路
本专利技术根据上述现有注塑成型阶段聚合物熔体流动可视化装置与方法存在的结构复杂、运行成本高、模具使用寿命低、无法观测到熔体中细小异相颗粒运动状态等不足，提出ー种新的结构简单、操作方便、经济可行的用于观测和研究聚合物熔体及其中细小异相颗粒流动行为的可视化装置。为了实现上述目的，本专利技术是通过以下技术解决方案实现的:—种可视化聚合物熔体注塑充模流动系统，包含两个闭环回路，其中，第一个回路包括依次连接的密闭容器、流量泵、第一换向阀、流量计、进ロ压カ表、透明模具エ装、出口压カ表、节流阀、第二换向阀、密闭容器，第二个回路包括依次连接的密闭容器、流量泵、第三换向阀、密闭容器。与常规注塑成型流动可视化装置中的由注塑机构成的注射系统相比，该系统具有结构简单、能耗低、成本低等特点。作为本专利技术的进ー步改进，所述可视化聚合物熔体注塑充模流动系统还包括排残与余料回收系统，所述的排残与余料回收系统包括依次连接的高压气体源、调压阀、第四换向阀、流量计、进ロ压カ表、透明模具エ装、出口压カ表、第五换向阀、回收容器。该系统的主要作用是排除流道系统中残留的所谓高粘度聚合物熔体，并实现残留高粘度聚合物熔体的回收利用，有效减少原材料浪费和降低实验成本。本专利技术中所使用的高粘度聚合物流体为具有高透明度和高粘度的硅油或环氧树月旨。由于硅油或环氧树脂在常温下为流体状态，故充模流动实验可在常温下进行，从而省去了注塑机料筒和螺杆对聚合物材料的加热和剪切作用，有利于减少能耗，另外还降低了高温聚合物熔体对透明注塑模具的损坏，提高了模具寿命。进ー步地，所述透明模具エ装包括透明型腔板、发光管、密封垫和透明型芯板，透明型腔板内设有安装孔，发光管安装在透明型腔板内的安装孔中，密封垫位于透明型腔板和透明型芯板之间，透明型腔板和透明型芯板固定连接，所述透明型腔板上设有入口流道和出口流道，透明型腔板内部还设有型腔，型腔分别与入口流道和出ロ流道连接。透明型腔板、透明型芯板均可使用玻璃制作。当所述的高粘度透明聚合物流体流过由透明型腔板内的密闭的型腔时，所述的安装于透明型腔板中的发光管通过发光可以显著增强聚合物熔体的亮度和通透性，从而可清楚地观测高粘度透明聚合物熔体中微小异相颗粒的运动状态。所述可视化聚合物熔体注塑充模流动系统还包括摄像监测系统，所述的摄像监测系统包括摄像机和图像处理系统，摄像机安置于所述透明模具エ装的正上方，并与所述图像处理系统连接，所述图像处理系统能够完成图像的记录与显示。该摄像监测系统与所述透明模具エ装相结合，可以十分清楚地捕捉聚合物熔体及其中微细颗粒在模具型腔中的运动状态。所述可视化聚合物熔体注塑充模流动系统还包括控制系统，所述控制系统包括可编程逻辑控制器(PLC)、人机界面(HMI)及控制电路。PLC通过相应的通讯电缆与HMI连接，并通过控制电路与流量泵、各个换向阀、发光管以及摄像机等连接。基于专门开发的控制程序，PLC可以发出控制指令以操作流量泵、换向阀、发光管、摄像机等动作；HMI通过PLC反馈的信息实时监测整个聚合物熔体充填流动可视化系统各组成単元的工作状态。所述的高压气体源提供气体为空气或氮气，其压カ控制范围优选为0.8 1.0MPa，所述的调压阀的压カ调控范围优选为0.6 0.SMPa ;所述发光管的光源色为白色本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可视化聚合物熔体注塑充模流动系统，其特征是，包含两个闭环回路，其中，第一个回路包括依次连接的密闭容器、流量泵、第一换向阀、流量计、进口压力表、透明模具工装、出口压力表、节流阀、第二换向阀、密闭容器，第二个回路包括依次连接的密闭容器、流量泵、第三换向阀、密闭容器。

【技术特征摘要】
1.一种可视化聚合物熔体注塑充模流动系统，其特征是，包含两个闭环回路，其中，第ー个回路包括依次连接的密闭容器、流量泵、第一换向阀、流量计、进ロ压カ表、透明模具エ装、出口压カ表、节流阀、第二换向阀、密闭容器，第二个回路包括依次连接的密闭容器、流量泵、第三换向阀、密闭容器。2.按权利要求1所述的可视化聚合物熔体注塑充模流动系统，其特征是，所述可视化聚合物熔体注塑充模流动系统还包括排残与余料回收系统，所述的排残与余料回收系统包括依次连接的高压气体源、调压阀、第四换向阀、流量计、进ロ压カ表、透明模具エ装、出口压カ表、第五换向阀、回收容器。3.按权利要求2所述的可视化聚合物熔体注塑充模流动系统，其特征是，所述的高压气体源提供气体为空气或氮气。4.按权利要求2所述的可视化聚合物熔体注塑充模流动系统，其特征是，所述透明模具エ装包括透明型腔板、发光管、密封垫和透明型芯板，透明型腔板内设有安装孔，发光管安装在透明型腔板内的安装孔中，密封垫位于透明型腔板和透明型芯板之间，透明型腔板和透明型芯板固定连接，所述透明型腔板上设有入口流道和...

【专利技术属性】
技术研发人员：王桂龙，赵国群，管延锦，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：