基于石墨烯鍍層快速熱循環注射成型裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于材料加工學科的注塑成型技術領域，尤其涉及快速熱循環注射成型技術。
【背景技術】
[0002]隨著微機電、汽車、建筑、航空航天等產業的發展，人們對工業產品提出了節能、環保、美觀、舒適等要求，因此對于塑料制品向著外表更美觀、壁厚更薄、質量更輕、結構更精密、光學性能更優等方向發展。注塑成型加工作為一種應用最廣泛的塑料加工方法，需要通過不斷地技術革新，以滿足市場發展的需求。近年來，推出了一種新的注射成型加工技術即快速熱循環注射成型技術。與傳統注塑成型技術相比，該技術可有效減輕甚至消除注射制品熔接痕、流痕、流線、噴射痕、云紋、浮纖、低光澤等缺陷，且能顯著提升產品外觀品質，使產品高光高亮，從而避免了常規注塑生產流程中對產品的打磨、噴涂、罩光等二次加工工序，在顯著縮短產品生產流程的同時降低產品的生產成本。此外，該技術顯著提升熔體在型腔內的流動性，避免熔體在模具型腔中冷凝層的形成，提高熔體填充型腔的能力，實現三維復雜結構、超薄結構及微納結構的精確注射成形，同時降低產品內應力，提高產品的形狀尺寸精度。總之，快速熱循環注射成型技術是一種綜合考慮制品外觀、環境影響和資源消耗的先進注射成型新技術，能夠有效改善產品的品質，提高制品表面的光潔度，顯著降低環境污染，提高資源利用率，降低產品生產成本，達到協調優化經濟效益與社會效益的目標。
[0003]快速熱循環注射成型技術的加熱方式大致可分為模具整體加熱技術和型腔表面加熱技術兩大類。模具整體加熱技術指的是熱源從模具內部間接加熱模具型腔表面，在加熱模具型腔的同時也加熱了模具整體或者大部分局域。目前模具整體加熱技術以蒸汽加熱快速熱循環注射成型技術為主，由于蒸汽熱源距離型腔表面有一定的距離，造成模具型腔表面的溫升速率不等，造成表面溫度分布不均勻，因此加熱效率低、加熱效果不佳且浪費能源。傳統的型腔表面加熱技術指的是熱源直接加熱模具型腔表面，如火焰加熱、感應加熱、蒸汽加熱等，其優點是加熱效率高，其缺點是傳統的型腔表面加熱技術易污染型腔表面、難以保證型腔的加熱均勻性，因此應用場合極其有限。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型針對傳統型腔表面快速熱循環注射成型技術存在的污染型腔和熱均勻性差的缺陷，提出一種新的型腔表面加熱的快速熱循環注射成型技術，基于石墨烯鍍層快速熱循環注射成型技術，該技術能顯著提高型腔表面的升溫速率，避免污染模具型腔，使型腔的熱均勻性能提升，同時可滿足三維復雜結構、超薄結構以及微納結構的注塑成型要求。
[0005]本技術實用新型通過以下技術解決方案實現的:
[0006]基于石墨烯鍍層快速熱循環注射成型裝置，包括聚合物塑化注射裝置、合模裝置、模具及機架，聚合物塑化注射裝置和合模裝置固定在機架上，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合，模具包括有定位、導向、型腔和石墨烯鍍層快速熱循環裝置，石墨烯鍍層快速熱循環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；熱電偶與溫控系統連接；溫控系統與直流電源和冷卻水控制閥連接。
[0007]本實用新型基于石墨烯鍍層快速熱循環注射成型裝置，所述的硅基石墨烯鍍層是分布在模具型腔表面，其中硅基石墨烯鍍層中的硅基為在模具型腔表面鍍二氧化硅作為過渡層，在二氧化硅的鍍層上鍍一層納米級的石墨烯鍍層，或是采用單質硅制成模具型腔模塊，在硅型腔表面上鍍石墨烯鍍層。
[0008]本實用新型基于石墨烯鍍層快速熱循環注射成型裝置，所述的石墨烯鍍層是采用化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposit1n, CVD)的方法在模具型腔表面制備由石墨稀單體形成的連續致密且厚度可控的石墨烯鍍層，其中石墨烯單體與石墨烯單體之間、石墨烯單體與基材之間均通過化學鍵鍵合的方式確保鍍層具有足夠的結合力，厚度僅為45nm。
[0009]本實用新型基于石墨烯鍍層快速熱循環注射成型裝置，通過模具型腔表面附近的熱電偶來實時采集并反饋型腔表面的溫度。
[0010]本實用新型基于石墨烯鍍層快速熱循環注射成型裝置，所述的溫控系統分為升溫部分、保溫部分和降溫部分。所述的升溫部分與可編程直流電源連接，可編程直流電源給石墨烯鍍層兩端施加電壓，通過熱電偶采集到的溫度反饋，將石墨烯表面溫度升至熔體注射時的最佳溫度；所述的保溫部分與可編程直流電源連接，可編程直流電源給石墨烯鍍層兩端施加電壓，通過熱電偶采集到的溫度反饋，將石墨烯鍍層的型腔表面溫度保持注射最佳溫度直到注射保壓階段；所述的降溫部分與可編程直流電源和冷卻水控制閥連接，降溫系統將可編程直流電源關閉，打開冷卻水控制閥將型腔溫度降低至脫模溫度。
[0011]所述的快速熱循環溫度控制系統與注射機的注射系統聯接，注射機的注射系統與溫控系統進行實時的數據交互。
[0012]本實用新型基于石墨烯鍍層快速熱循環注射成型裝置，所述的石墨烯鍍層保留了石墨烯單體高導熱和高導電的物理特性，連續致密的石墨烯鍍層可作為膜式電阻加熱器通過外部電源驅動實現遵循復雜模具型腔表面形狀的隨形快速熱循環注塑成型過程。石墨烯鍍層的電導率為1.98X104S/H1，且分布在型腔表面，因此能夠實現“隨形”快速升溫和型腔表面溫度的均勻性。
[0013]本實用新型基于石墨烯鍍層快速熱循環注射成型裝置，所述的石墨烯鍍層具有超光滑的表面，表面粗糙度Ra值約為4.5nm且其表面摩擦系數為0.029 (拋光硅材料為0.076)，這增強了熔體在型腔內部的流動性，提高熔體的填充性，顯著改善高深寬比注塑制品微細結構特征脫模時的剝離難度。
[0014]本實用新型基于石墨烯鍍層快速熱循環注射成型裝置，所述的石墨烯鍍層的高強度性能，保證了模具型腔的剛性和重復性注射。
[0015]本實用新型基于石墨烯鍍層快速熱循環注射成型裝置，所述的模具型腔表面分布有硅基石墨烯鍍層是在模具型腔的表面鍍一層硅基石墨烯鍍層，石墨烯的鍍層無需全部分布在型腔各個部分，要在型腔的大部分面積且保證通電后形成電源回路。
[0016]本實用新型基于石墨烯鍍層快速熱循環注射成型裝置，所述的石墨烯鍍層覆蓋型腔的表面可實現對隨形加熱，極大提高了熱能利用率。
【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型基于石墨烯鍍層快速熱循環注射成型裝置的型腔內硅基石墨烯鍍層結構示意圖。
[0018]圖2是本實用新型基于石墨烯鍍層快速熱循環注射成型裝置在模具中應用的結構示意圖。
[0019]圖3是本實用新型基于石墨烯鍍層快速熱循環注射成型裝置注射成型工藝循環圖。
[0020]圖4是本實用新型基于石墨烯鍍層快速熱循環注射成型裝置注射機控制系統與溫控系統聯接結構示意圖。
[0021]圖中:1、石墨烯鍍層，2、二氧化硅鍍層，3、模具金屬型腔，4、模具基體，5、澆口套，6、制品，7、變溫層，