一种用于微注塑过程的聚合物熔体压力监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种压力监测系统，具体涉及一种用于微注塑过程的聚合物熔体压力 监测系统。
【背景技术】
[0002] 随着微机电系统（MEMS)的迅速发展，作为微纳制造领域重要组成部分的聚合物 微纳成型技术的作用变得日益重要。凭借成本低、生产率高以及生物兼容性好等诸多优势， 近年来聚合物微纳成型技术，尤其是微注塑成型技术，已被广泛用于生产制造众多种类的 聚合物微纳器件。产品微型化趋势的日益增强，不仅对聚合物微纳制品的尺寸精度提出了 更为严格的要求，而且对其各项性能指标也提出了更高的要求。众所周知，模腔压力曲线已 成为识别注塑成型制品质量的"指纹"，即对注塑过程中模腔内熔体的压力进行监测能起到 了解整个注塑过程，并对该过程作出适当调控的作用。因此，为保证微注塑制品的质量要 求，必须对微注塑过程中聚合物熔体的压力状况进行实时在线监控。
[0003] 用于注塑成型的传统压力传感器一般采用嵌入形式，即在模腔一侧的内壁上开设 安装孔，然后将传感器嵌入安装于所开安装孔内。当熔体接触到传感器前端面时，传感器产 生一个与压力相对应的电信号，然后再经数据处理后还原成模腔内的压力信息。上述方法 对于普通注塑过程而言已具备准确的测量精度及广泛的应用。然而，模腔内开孔破坏了模 腔的完整性和密封性，在高压环境中很容易损坏并产生泄漏现象。此外，嵌入式压力传感器 还存在如下缺陷：（1)当被测量流体为化学溶剂时，会腐蚀破坏嵌于流道壁面的传感器材 料，甚至会与其发生化学反应；(2)压力传感器安装时可能在流体流动路径上产生凹坑或 者突起，会对流体的流道产生影响，并且不便于流道的清洗等操作；(3)更为关键的是，受 目前技术条件限制，传统嵌入式传感器前端直径不能设计的太小（比如著名传感器制造商 Kistler公司目前所能提供的熔体压力传感器最小直径为Imm)，因此无法应用于流道尺寸 通常仅为几十到几百微米范围内的微注塑成型过程中。综上所述，为满足目前微注塑成型 技术发展中对微流道内熔体压力的精确测量要求，该领域急需一种新型压力监测系统及方 法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种用于微注塑过程的聚合物熔体压力监测系统，以满足当 前微注塑成型技术发展中对微流道内熔体压力的精确测量要求。为实现上述目的，本发明 采取以下技术解决方案：
[0005] 本发明提供的一种用于微注塑过程的聚合物熔体压力监测系统包含流动模块，所 述流动模块包括材质为透明钢化玻璃的底板和盖板；所述底板的其中一面开设有一个储料 腔、一个扇形浇口、一个主微流道和一个辅微流道；所述储料腔、扇形浇口和主微流道依次 连通，所述辅微流道与主微流道相互垂直并连通，两者的交汇点为压力监测点；所述盖板上 开设有一个贯穿的锥形浇注通道，所述浇注通道的大端直径等于底板上储料腔的直径；所 述底板和盖板装配后，浇注通道的大端与储料腔同轴连通。
[0006] 所述主微流道和辅微流道的截面均为矩形；所述主微流道的截面宽度为W1，深度 为H 1，且满足以下取值范围：200 μ m彡W1S 1000 μ m，200 μ m彡H # 1000 μ m ;所述辅微流 道的宽度为W2，深度为H2，且分别满足以下条件：0. IW1SW2SO. 251^0. IH1SH2SO. 25H1; 所述主微流道的长度为L，所述辅微流道与主微流道根部的距离为X，且满足：0< X < L。
[0007] 所述一种用于微注塑过程的聚合物熔体压力监测系统包括摄像模块，所述摄像模 块包含高速摄像机和光源，所述高速摄像机通过适当结构（图中未标示）固定于盖板外侧， 所述光源通过适当结构（图中未标示）固定于底板外侧。
[0008] 所述一种用于微注塑过程的聚合物熔体压力监测系统还包括数据处理模块，所述 数据处理模块包含数据线缆和计算机。
[0009] 所述一种用于微注塑过程的聚合物熔体压力监测系统工作前，开启光源与高速摄 像机，并将高速摄像机与计算机连接好，做好拍摄准备；同时，将流动模块加热到与聚合物 熔体相同的温度；注射阶段，聚合物熔体流经所述盖板上的浇注通道进入储料腔，接着流经 所述扇形浇口进入主微流道，由于所述主微流道的横截面远大于辅微流道的横截面，聚合 物熔体在主微流道内的流动阻力远小于在辅微流道内的流动阻力，因此当聚合物熔体到达 辅微流道入口时并不会流入辅微流道，此时经所述光源照亮的主微流道内聚合物熔体的前 沿运动状态由高速摄像机拍摄并记录下来；当聚合物熔体填满主微流道后，主微流道内的 聚合物熔体进入保压阶段，压力急剧升高，足以推动聚合物熔体在辅微流道内流动，此时经 所述光源照亮的辅微流道内聚合物熔体的前沿运动状态由高速摄像机拍摄并记录下来。
[0010] 所述高速摄像机记录下的主微流道内的聚合物熔体前沿和辅微流道内的聚合物 熔体前沿的运动状态经过计算机分析处理后，分别获得随时间t变化的流动长度SdP S 2; 根据流体力学知识，微流道中压力流的驱动压力P为：
【主权项】
1. 一种用于微注塑过程的聚合物熔体压力监测系统，其特征在于：包含流动模块，所 述流动模块包括材质为透明钢化玻璃的底板和盖板；所述底板的其中一面开设有一个储料 腔、一个扇形浇口、一个主微流道和一个辅微流道；所述储料腔、扇形浇口和主微流道依次 连通，所述辅微流道与主微流道相互垂直并连通，两者的交汇点为压力监测点；所述盖板上 开设有一个贯穿的锥形浇注通道，所述浇注通道的大端直径等于底板上储料腔的直径；所 述底板和盖板装配后，浇注通道的大端与储料腔同轴连通。
2. 根据权利要求1所述的一种用于微注塑过程的聚合物熔体压力监测系统，其特征在 于：所述主微流道和辅微流道的截面均为矩形；所述主微流道的截面宽度为W 1，深度为H1, 且满足以下取值范围：200 μπι彡W1S 1000 μπι，200 μπι彡H1S ΙΟΟΟμπι;所述辅微流道的 宽度为W2，深度为H2，且分别满足以下条件：0· IW1SW2S 0.25U. IH1Sh2SOJSH1;所 述主微流道的长度为L，所述辅微流道与主微流道根部的距离为X，且满足：0< X < L。
3. 根据权利要求1所述的一种用于微注塑过程的聚合物熔体压力监测系统，其 特征在于：所述高速摄像机记录下的主微流道内的聚合物熔体前沿和辅微流道内的 聚合物熔体前沿的运动状态经过计算机分析处理后，分别获得随时间t变化的流动长 度 SjP S 2;将 S = SX)、W = W p H =氏和 S = S 2、W = W2、H = H2，分别代入
可分别获得注射阶段和保压阶段监测点处聚合物熔体 的压力曲线P (t)，式中W和H分别为矩形截面微流道的截面宽度和深度，S为流动长度，μ ^ 为材料的零剪切黏度，τ #为临界剪切应力，η为非牛顿指数。
【专利摘要】本发明涉及一种用于微注塑过程的聚合物熔体压力监测系统，由流动模块、摄像模块和数据处理模块组成；所述流动模块包括材质为透明钢化玻璃的底板和盖板，所述底板上开设有一个储料腔、一个扇形浇口、一个主微流道和一个辅微流道，所述储料腔、扇形浇口和主微流道依次连通，所述辅微流道与主微流道相互垂直并连通，两者的交汇点为压力监测点；本发明系统工作时，由摄像模块中的高速摄像机记录主、辅微流道内聚合物熔体前沿的运动状态，经过计算机分析处理后获得随时间变化的流动长度函数，接着根据熔体的流动长度与流道几何参数由流体力学知识推导微流道内聚合物熔体的压力曲线，从而实现监测微注塑过程中注射阶段和保压阶段聚合物熔体压力的目的。
【IPC分类】B29C45-27, B29C45-77
【公开号】CN104527010
【申请号】CN201410811329
【发明人】杨灿, 尹晓红, 李熹平, 阚君武, 程光明
【申请人】浙江师范大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月10日