[发明专利]一种在线监测微注塑中复合材料形态演变的装置及方法

权利要求书

1.一种在线监测微注塑中复合材料形态演变的装置，其特征在于：包含熔体调控模块，所述熔体调控模块包括型腔板、滑动密封圈、导柱、透明型腔盖板、支撑板、轴承、电机和传动轴；所述透明型腔盖板固定安装于与电机相联接的传动轴上；所述传动轴通过轴承轴向固定于支撑板上；所述型腔板与透明型腔盖板之间通过导柱的轴向运动可形成“闭合”与“开启”两种相对位置关系；在所述电机和传动轴带动下，透明型腔盖板可绕其轴线转动。

2.根据权利要求1所述的一种在线监测微注塑中复合材料形态演变的装置，其特征在于：所述型腔板上设有一个锥形主流道，所述锥形主流道大端处设有一个与之连通的半圆形微流道，所述半圆形微流道末端沿周向设有一条与之连通的排气槽；所述排气槽的末端设有一个与之连通的排气孔，所述排气孔与锥形主流道位于同一直径上；所述半圆形微流道内外各设有一个与其同心的环形密封槽；所述型腔板与透明型腔盖板“闭合”时，借助环形密封槽内的滑动密封圈可实现半圆形微流道的密封；所述型腔板中央设有一个圆形空腔，且于半圆形微流道一侧设有一条贯穿的加热管道；所述加热管道两边各设有一条与之平行的冷却管道。

3.根据权利要求2所述的一种在线监测微注塑中复合材料形态演变的装置，其特征在于：所述半圆形微流道的半径为r，矩形截面的宽度为W、深度为H，相关尺寸取值范围优选为：50mm≤r≤200mm；200μm≤H≤1000μm；10≤W/H≤20。

4.根据权利要求1所述的一种在线监测微注塑中复合材料形态演变的装置，其特征在于还包括观测模块，所述观测模块包含环形光源、平面反射镜、显微镜和高速摄像机；所述环形光源和平面反射镜安装于熔体调控模块中与透明型腔盖板相对的支撑板平面上，所述平面反射镜正对于型腔板中的半圆形微流道，所述显微镜和高速摄像机依次放置于熔体调控模块外侧，且所述平面反射镜、显微镜和高速摄像机的中心位于同一水平线上。

5.一种基于权利要求1所述的一种在线监测微注塑中复合材料形态演变的装置的方法，其特征在于包含以下步骤：

A.将所述熔体调控模块装配于标准注塑模架内，并将标准注塑模架安装在注塑机上构成微注塑成型系统，利用安装于所述加热管道内的加热棒将所述型腔板加热至预定温度；

B.监测前，将由一种或多种热塑性聚合物与一种或多种微纳米填料组成的聚合物复合材料放入注塑机进行熔化，所述型腔板与透明型腔盖板“闭合”后，将熔体从所述锥形主流道注入半圆形微流道，所述锥形主流道和半圆形微流道内原有空气在熔体推动下依次流经排气槽和排气孔排出；同时，所述控制模块根据所采集的注塑机注射前后熔体压力值，计算获取单位流动长度的熔体压力降；

C.注塑机停止注射后，所述冷却管道内通冷却液将型腔板冷却至室温，所述型腔板与透明型腔盖板“开启”后取出半圆形微流道内的冷料；

D.再次加热所述型腔板至预定温度，所述型腔板与透明型腔盖板“闭合”后再次将熔体注入所述半圆形微流道，同时所述控制模块向电机发出指令，使其以预设转速按照所述半圆形微流道内熔体的流动方向转动；

E.由所述环形光源发出的光透过透明型腔盖板照亮半圆形微流道内正在流动的熔体，所述高速摄像机捕捉从平面反射镜反射并由显微镜放大的熔体流动图像，由此监测所述半圆形微流道内与设定速度相对应深度处聚合物复合材料的形态；

F.注塑机停止注射后，所述冷却管道内通冷却液将型腔板冷却至室温，所述型腔板与透明型腔盖板“开启”后，取出半圆形微流道内的冷料；

G.所述控制模块分析由高速摄像机采集的聚合物复合材料形态图像信息，并调整电机转速后重复D～G步，进行下一次在线监测。

6.根据权利要求5所述的一种在线监测微注塑中复合材料形态演变的方法，其特征在于：所述步骤D中电机的转速(ω)应满足：式中K为熔体的稠度，n为熔体的非牛顿指数，r为半圆形微流道的半径，Δp/L为单位流动长度的熔体压力降，H为半圆形微流道的深度，h为原点位于半圆形微流道深度中央的一维坐标参数。