一種用于微注塑過(guò)程的聚合物熔體壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具體涉及一種用于微注塑過(guò)程的聚合物熔體壓力 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS)的迅速發(fā)展，作為微納制造領(lǐng)域重要組成部分的聚合物 微納成型技術(shù)的作用變得日益重要。憑借成本低、生產(chǎn)率高以及生物兼容性好等諸多優(yōu)勢(shì)， 近年來(lái)聚合物微納成型技術(shù)，尤其是微注塑成型技術(shù)，已被廣泛用于生產(chǎn)制造眾多種類的 聚合物微納器件。產(chǎn)品微型化趨勢(shì)的日益增強(qiáng)，不僅對(duì)聚合物微納制品的尺寸精度提出了 更為嚴(yán)格的要求，而且對(duì)其各項(xiàng)性能指標(biāo)也提出了更高的要求。眾所周知，模腔壓力曲線已 成為識(shí)別注塑成型制品質(zhì)量的"指紋"，即對(duì)注塑過(guò)程中模腔內(nèi)熔體的壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)能起到 了解整個(gè)注塑過(guò)程，并對(duì)該過(guò)程作出適當(dāng)調(diào)控的作用。因此，為保證微注塑制品的質(zhì)量要 求，必須對(duì)微注塑過(guò)程中聚合物熔體的壓力狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)控。
[0003] 用于注塑成型的傳統(tǒng)壓力傳感器一般采用嵌入形式，即在模腔一側(cè)的內(nèi)壁上開(kāi)設(shè) 安裝孔，然后將傳感器嵌入安裝于所開(kāi)安裝孔內(nèi)。當(dāng)熔體接觸到傳感器前端面時(shí)，傳感器產(chǎn) 生一個(gè)與壓力相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，然后再經(jīng)數(shù)據(jù)處理后還原成模腔內(nèi)的壓力信息。上述方法 對(duì)于普通注塑過(guò)程而言已具備準(zhǔn)確的測(cè)量精度及廣泛的應(yīng)用。然而，模腔內(nèi)開(kāi)孔破壞了模 腔的完整性和密封性，在高壓環(huán)境中很容易損壞并產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象。此外，嵌入式壓力傳感器 還存在如下缺陷：（1)當(dāng)被測(cè)量流體為化學(xué)溶劑時(shí)，會(huì)腐蝕破壞嵌于流道壁面的傳感器材 料，甚至?xí)c其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；(2)壓力傳感器安裝時(shí)可能在流體流動(dòng)路徑上產(chǎn)生凹坑或 者突起，會(huì)對(duì)流體的流道產(chǎn)生影響，并且不便于流道的清洗等操作；(3)更為關(guān)鍵的是，受 目前技術(shù)條件限制，傳統(tǒng)嵌入式傳感器前端直徑不能設(shè)計(jì)的太?。ū热缰麄鞲衅髦圃焐?Kistler公司目前所能提供的熔體壓力傳感器最小直徑為Imm)，因此無(wú)法應(yīng)用于流道尺寸 通常僅為幾十到幾百微米范圍內(nèi)的微注塑成型過(guò)程中。綜上所述，為滿足目前微注塑成型 技術(shù)發(fā)展中對(duì)微流道內(nèi)熔體壓力的精確測(cè)量要求，該領(lǐng)域急需一種新型壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方 法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種用于微注塑過(guò)程的聚合物熔體壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以滿足當(dāng) 前微注塑成型技術(shù)發(fā)展中對(duì)微流道內(nèi)熔體壓力的精確測(cè)量要求。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明 采取以下技術(shù)解決方案：
[0005] 本發(fā)明提供的一種用于微注塑過(guò)程的聚合物熔體壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包含流動(dòng)模塊，所 述流動(dòng)模塊包括材質(zhì)為透明鋼化玻璃的底板和蓋板；所述底板的其中一面開(kāi)設(shè)有一個(gè)儲(chǔ)料 腔、一個(gè)扇形澆口、一個(gè)主微流道和一個(gè)輔微流道；所述儲(chǔ)料腔、扇形澆口和主微流道依次 連通，所述輔微流道與主微流道相互垂直并連通，兩者的交匯點(diǎn)為壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)；所述蓋板上 開(kāi)設(shè)有一個(gè)貫穿的錐形澆注通道，所述澆注通道的大端直徑等于底板上儲(chǔ)料腔的直徑；所 述底板和蓋板裝配后，澆注通道的大端與儲(chǔ)料腔同軸連通。
[0006] 所述主微流道和輔微流道的截面均為矩形；所述主微流道的截面寬度為W1，深度 為H 1，且滿足以下取值范圍：200 μ m彡W1S 1000 μ m，200 μ m彡H # 1000 μ m ;所述輔微流 道的寬度為W2，深度為H2，且分別滿足以下條件：0. IW1SW2SO. 251^0. IH1SH2SO. 25H1; 所述主微流道的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，所述輔微流道與主微流道根部的距離為X，且滿足：0< X < L。
[0007] 所述一種用于微注塑過(guò)程的聚合物熔體壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括攝像模塊，所述攝像模 塊包含高速攝像機(jī)和光源，所述高速攝像機(jī)通過(guò)適當(dāng)結(jié)構(gòu)（圖中未標(biāo)示）固定于蓋板外側(cè)， 所述光源通過(guò)適當(dāng)結(jié)構(gòu)（圖中未標(biāo)示）固定于底板外側(cè)。
[0008] 所述一種用于微注塑過(guò)程的聚合物熔體壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)處理模塊，所述 數(shù)據(jù)處理模塊包含數(shù)據(jù)線纜和計(jì)算機(jī)。
[0009] 所述一種用于微注塑過(guò)程的聚合物熔體壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作前，開(kāi)啟光源與高速攝 像機(jī)，并將高速攝像機(jī)與計(jì)算機(jī)連接好，做好拍攝準(zhǔn)備；同時(shí)，將流動(dòng)模塊加熱到與聚合物 熔體相同的溫度；注射階段，聚合物熔體流經(jīng)所述蓋板上的澆注通道進(jìn)入儲(chǔ)料腔，接著流經(jīng) 所述扇形澆口進(jìn)入主微流道，由于所述主微流道的橫截面遠(yuǎn)大于輔微流道的橫截面，聚合 物熔體在主微流道內(nèi)的流動(dòng)阻力遠(yuǎn)小于在輔微流道內(nèi)的流動(dòng)阻力，因此當(dāng)聚合物熔體到達(dá) 輔微流道入口時(shí)并不會(huì)流入輔微流道，此時(shí)經(jīng)所述光源照亮的主微流道內(nèi)聚合物熔體的前 沿運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由高速攝像機(jī)拍攝并記錄下來(lái)；當(dāng)聚合物熔體填滿主微流道后，主微流道內(nèi)的 聚合物熔體進(jìn)入保壓階段，壓力急劇升高，足以推動(dòng)聚合物熔體在輔微流道內(nèi)流動(dòng)，此時(shí)經(jīng) 所述光源照亮的輔微流道內(nèi)聚合物熔體的前沿運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由高速攝像機(jī)拍攝并記錄下來(lái)。
[0010] 所述高速攝像機(jī)記錄下的主微流道內(nèi)的聚合物熔體前沿和輔微流道內(nèi)的聚合物 熔體前沿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)分析處理后，分別獲得隨時(shí)間t變化的流動(dòng)長(zhǎng)度SdP S 2; 根據(jù)流體力學(xué)知識(shí)，微流道中壓力流的驅(qū)動(dòng)壓力P為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于微注塑過(guò)程的聚合物熔體壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：包含流動(dòng)模塊，所 述流動(dòng)模塊包括材質(zhì)為透明鋼化玻璃的底板和蓋板；所述底板的其中一面開(kāi)設(shè)有一個(gè)儲(chǔ)料 腔、一個(gè)扇形澆口、一個(gè)主微流道和一個(gè)輔微流道；所述儲(chǔ)料腔、扇形澆口和主微流道依次 連通，所述輔微流道與主微流道相互垂直并連通，兩者的交匯點(diǎn)為壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)；所述蓋板上 開(kāi)設(shè)有一個(gè)貫穿的錐形澆注通道，所述澆注通道的大端直徑等于底板上儲(chǔ)料腔的直徑；所 述底板和蓋板裝配后，澆注通道的大端與儲(chǔ)料腔同軸連通。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于微注塑過(guò)程的聚合物熔體壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在 于：所述主微流道和輔微流道的截面均為矩形；所述主微流道的截面寬度為W 1，深度為H1, 且滿足以下取值范圍：200 μπι彡W1S 1000 μπι，200 μπι彡H1S ΙΟΟΟμπι;所述輔微流道的 寬度為W2，深度為H2，且分別滿足以下條件：0· IW1SW2S 0.25U. IH1Sh2SOJSH1;所 述主微流道的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，所述輔微流道與主微流道根部的距離為X，且滿足：0< X < L。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于微注塑過(guò)程的聚合物熔體壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其 特征在于：所述高速攝像機(jī)記錄下的主微流道內(nèi)的聚合物熔體前沿和輔微流道內(nèi)的 聚合物熔體前沿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)分析處理后，分別獲得隨時(shí)間t變化的流動(dòng)長(zhǎng) 度 SjP S 2;將 S = SX)、W = W p H =氏和 S = S 2、W = W2、H = H2，分別代入
可分別獲得注射階段和保壓階段監(jiān)測(cè)點(diǎn)處聚合物熔體 的壓力曲線P (t)，式中W和H分別為矩形截面微流道的截面寬度和深度，S為流動(dòng)長(zhǎng)度，μ ^ 為材料的零剪切黏度，τ #為臨界剪切應(yīng)力，η為非牛頓指數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于微注塑過(guò)程的聚合物熔體壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由流動(dòng)模塊、攝像模塊和數(shù)據(jù)處理模塊組成；所述流動(dòng)模塊包括材質(zhì)為透明鋼化玻璃的底板和蓋板，所述底板上開(kāi)設(shè)有一個(gè)儲(chǔ)料腔、一個(gè)扇形澆口、一個(gè)主微流道和一個(gè)輔微流道，所述儲(chǔ)料腔、扇形澆口和主微流道依次連通，所述輔微流道與主微流道相互垂直并連通，兩者的交匯點(diǎn)為壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)；本發(fā)明系統(tǒng)工作時(shí)，由攝像模塊中的高速攝像機(jī)記錄主、輔微流道內(nèi)聚合物熔體前沿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)分析處理后獲得隨時(shí)間變化的流動(dòng)長(zhǎng)度函數(shù)，接著根據(jù)熔體的流動(dòng)長(zhǎng)度與流道幾何參數(shù)由流體力學(xué)知識(shí)推導(dǎo)微流道內(nèi)聚合物熔體的壓力曲線，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)微注塑過(guò)程中注射階段和保壓階段聚合物熔體壓力的目的。
【IPC分類】B29C45-27, B29C45-77
【公開(kāi)號(hào)】CN104527010
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410811329
【發(fā)明人】楊燦, 尹曉紅, 李熹平, 闞君武, 程光明
【申請(qǐng)人】浙江師范大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月10日