8、熱電偶，9、銅電極，10、冷卻水管道，11、直流電源，12、溫度采集，13、冷卻水控制閥，14、快速熱循環(huán)溫度控制系統(tǒng)，15、注射機(jī)控制系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本實(shí)用新型基于石墨烯鍍層快速熱循環(huán)注射成型裝置，包括聚合物塑化注射裝置、合模裝置、模具及機(jī)架，聚合物塑化注射裝置和合模裝置固定在機(jī)架上，模具安裝在合模裝置的模板之間，聚合物塑化注射裝置向模具中注入聚合物熔體，合模裝置控制模具的開(kāi)合，模具包括有定位、導(dǎo)向、型腔和石墨烯鍍層快速熱循環(huán)裝置，石墨烯鍍層快速熱循環(huán)裝置包括硅基石墨烯鍍層、直流電源、冷卻水管道、熱電偶和溫控系統(tǒng)裝置；模具型腔表面上分布有硅基石墨烯鍍層；直流電源通過(guò)銅電極與石墨烯鍍層的兩端連接形成電源回路；熱電偶分布靠近型腔表面的部位；熱電偶與溫控系統(tǒng)連接；溫控系統(tǒng)與直流電源和冷卻水控制閥13連接。
[0023]如圖1所示，在模具金屬型腔3內(nèi)分布有二氧化硅鍍層2作為過(guò)渡層，將石墨烯鍍層I鍍于二氧化硅鍍層2上，其中二氧化硅鍍層2是絕緣的，其上石墨烯鍍層I厚度約為45nm左右，型腔的導(dǎo)電性，超導(dǎo)熱性能，超光滑以極其可重復(fù)性得到保證。
[0024]本實(shí)用新型在模具上應(yīng)用如圖2所示，變溫層7包括石墨烯鍍層I和二氧化硅鍍層2，變溫層7分布于模具金屬型腔3的表面；冷卻流道10分布于模具基體4中，其位置靠近變溫層7 ;銅電極9 (鍍絕緣皮)與變溫層7中的石墨烯鍍層I連接，銅電極9與石墨烯鍍層I的左右兩端連接，銅電極9表面鍍絕緣層的部分置在模具基體4電極槽中；熱電偶8測(cè)溫端位于模具基體4中靠近型腔表面的位置。工作時(shí)直流電源輸出端與兩銅電極9連接，直流電通過(guò)變溫層7中的石墨烯鍍層I使其快速升溫，位于模具基體4中的熱電偶8顯示型腔表面的溫度，冷卻水管道10通冷卻水給變溫層7冷卻降溫。
[0025]本實(shí)用新型基于石墨烯鍍層快速熱循環(huán)注射成型裝置的快速熱循環(huán)控制如圖3所示，圖3中顯示有模具和注射系統(tǒng)外，框圖中還有直流電源11、溫度采集12、冷卻水控制閥13、快速熱循環(huán)溫度控制系統(tǒng)14和注射機(jī)控制系統(tǒng)15?？焖贌嵫h(huán)溫控系統(tǒng)14主要分為快速升溫控制部分、保溫控制部分和冷卻降溫控制部分三個(gè)部分，其中快速升溫控制部分控制直流電源11輸出電壓，當(dāng)溫度采集12的熱電偶顯示的溫度為注射最佳溫度時(shí)，進(jìn)入保溫控制部分，直流電源11根據(jù)注射溫度調(diào)整保溫所需要的電壓，使模具型腔表面丟失的熱量與補(bǔ)充的熱量保持平衡。注射完成后進(jìn)入降溫冷卻部分，此時(shí)控制直流電源零輸出開(kāi)通冷卻水管道，當(dāng)熱電偶顯示的溫度為頂出溫度時(shí)，關(guān)閉冷卻水管道。
[0026]本實(shí)用新型基于石墨烯鍍層快速熱循環(huán)注射成型裝置的工作原理如圖2、3、4所示，根據(jù)模具溫度變化歷程，一個(gè)完整的快速熱循環(huán)注塑成型周期可以分為型腔表面加熱階段、高溫保持階段、型腔表面冷卻階段。結(jié)合注射機(jī)對(duì)上述三個(gè)工作階段中，本實(shí)用新型的工作原理進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0027]在型腔表面加熱階段，溫控系統(tǒng)中的升溫部分通過(guò)控制直流電源輸，電壓施加在銅電極9上，型腔表面的石墨烯鍍層I快速升溫，由于石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)約為模具鋼的導(dǎo)熱系數(shù)的3-4倍，二氧化硅和硅的導(dǎo)熱系數(shù)都比模具鋼的高，因此型腔表面的石墨烯鍍層I的溫度會(huì)快速提高，模具鋼的溫度會(huì)相對(duì)升溫慢，當(dāng)型腔表面達(dá)到注射最佳溫度時(shí)，模具基體的溫度上升比較小，從而減少熱量消耗和提高模腔加熱效率。由于型腔表面的石墨烯鍍層隨制品幾何形狀因此加熱的過(guò)程中模具型腔表面的溫度可以得到高效、均勻地分布。當(dāng)熱電偶8顯示的型腔表面的溫度達(dá)到注射最佳溫度時(shí)，進(jìn)入型腔表面高溫保持階段，注塑機(jī)料筒中的塑料熔體將依次經(jīng)噴嘴、澆口套5進(jìn)入模具型腔，直至熔體完全充滿型腔，此時(shí)直流電源根據(jù)需要高溫保持的溫度和熱電偶8顯示的溫度進(jìn)行電壓調(diào)整。
[0028]當(dāng)注射機(jī)進(jìn)入保壓階段時(shí)，快速熱循環(huán)溫控系統(tǒng)14進(jìn)入冷卻降溫階段，此時(shí)控制直流電源11為零輸出電壓，控制冷卻水控制閥13打開(kāi)冷卻水管路，低溫冷卻水流入模具基體，模具基體的熱量將不斷向低溫冷卻水中擴(kuò)散而被帶走，從而降低模具基體和型腔表面的溫度，以快速冷卻模具型腔中的塑件。在模具冷卻過(guò)程中，熱電偶8實(shí)時(shí)向溫控裝置反饋型腔表面的溫度，當(dāng)溫度降低至預(yù)先設(shè)定的溫度下限時(shí)，溫控裝置關(guān)閉控制閥停止向冷卻水管道10通入冷卻水，以停止冷卻模具。在此階段，制品的溫度己冷卻至滿足頂出要求，可以打開(kāi)模具，取出制品。當(dāng)注射機(jī)完成合模后，溫控系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。
[0029]上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于石墨烯鍍層快速熱循環(huán)注射成型裝置，包括聚合物塑化注射裝置、合模裝置、模具及機(jī)架，聚合物塑化注射裝置和合模裝置固定在機(jī)架上，模具安裝在合模裝置的模板之間，聚合物塑化注射裝置向模具中注入聚合物熔體，合模裝置控制模具的開(kāi)合，其特征在于:模具包括有定位、導(dǎo)向、型腔和石墨烯鍍層快速熱循環(huán)裝置，石墨烯鍍層快速熱循環(huán)裝置包括硅基石墨烯鍍層、直流電源、冷卻水管道、熱電偶和溫控系統(tǒng)裝置；金屬模具型腔表面上分布有硅基石墨烯鍍層；直流電源通過(guò)銅電極與石墨烯鍍層的兩端連接形成電源回路；熱電偶分布靠近金屬模具型腔表面的部位；熱電偶與溫控系統(tǒng)連接；溫控系統(tǒng)與直流電源和冷卻水控制閥連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石墨烯鍍層快速熱循環(huán)注射成型裝置，其特征在于:所述的硅基石墨烯鍍層與金屬模具型腔表面之間為二氧化硅作為過(guò)渡層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石墨烯鍍層快速熱循環(huán)注射成型裝置，其特征在于:采用單質(zhì)硅制成模具型腔模塊，在硅型腔表面上鍍石墨烯鍍層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石墨烯鍍層快速熱循環(huán)注射成型裝置，其特征在于:石墨稀鍍層厚度為45nm。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了基于石墨烯鍍層快速熱循環(huán)注射成型裝置，包括聚合物塑化注射裝置、合模裝置、模具及機(jī)架，所述的模具包括有定位、導(dǎo)向、型腔和石墨烯鍍層快速熱循環(huán)裝置，石墨烯鍍層快速熱循環(huán)裝置包括硅基石墨烯鍍層、直流電源、冷卻水管道、熱電偶和溫控系統(tǒng)裝置；金屬模具型腔表面上分布有硅基石墨烯鍍層；直流電源通過(guò)銅電極與石墨烯鍍層的兩端連接形成電源回路；熱電偶分布靠近金屬模具型腔表面的部位；溫控系統(tǒng)與直流電源和冷卻水控制閥連接。本實(shí)用新型的石墨烯鍍層保留了石墨烯單體高導(dǎo)熱和高導(dǎo)電的物理特性，連續(xù)致密的石墨烯鍍層可作為膜式電阻加熱器通過(guò)外部電源驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)遵循復(fù)雜模具型腔表面形狀隨形快速熱循環(huán)注塑成型過(guò)程。
【IPC分類(lèi)】B29C45-26, B29C45-78, B29C45-73, B29C33-56
【公開(kāi)號(hào)】CN204604751
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520217423
【發(fā)明人】謝鵬程, 趙云貴, 胡凌驍, 焦志偉, 丁玉梅, 楊衛(wèi)民
【申請(qǐng)人】北京化工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年4月10日