薄壁注射成型中聚合物与模具间接触热阻研究

基于薄壁注射成型过程中聚合物熔体与模具之间的热量交换分析,提出一种可用于计算聚合物与模具界面之间接触热阻(RTC)的新算法,通过结合实验研究与理论分析,获得聚碳酸酯(PC)薄壁制件注射成型中聚合物与模具界面之间的平均RTC,研究注射成型工艺参数以及聚合物与模具之间界面环境对RTC的影响规律。研究结果表明:薄壁注射成型中聚合物与模具界面之间的RTC与成型条件密切相关,其影响不可忽略;RTC随着模具温度、熔体温度、保压压力和保压时间的增加而减小,其中模具温度和保压时间的影响最显著;通过更换导热率较高或者型腔表面粗糙度较高的模芯材料,同样可降低RTC。

模内键合聚合物微流控芯片键合强度分析

利用分子动力学分析方法对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微流控芯片模内键合过程进行模拟,研究聚合物界面分子的运动规律以及键合过程中界面结合能的变化规律,分析芯片键合强度的形成机制;利用拉伸测试法测试不同工艺环境下芯片的键合强度,分析工艺参数对键合强度的影响。研究结果表明:聚合物芯片键合强度的形成是界面分子扩散和吸附共同作用的结果。适当增加键合压力,可以显著提升键合强度,并缩短键合时间;键合温度和键合时间的提升,能够增加键合界面间分子的相互扩散,提高界面分子间的作用力,从而提高键合强度。键合温度达到聚合物材料的玻璃转化温度,键合压力能够增加键合界面的接触面积,并持续一定的键合时间,芯片可获得较高的键合强度。

注射成型工艺对微流控芯片微通道尺寸均匀性的影响

为了制造微通道尺寸均匀的微流控芯片,提出以梯形微通道上宽和深度的标准差来表征尺寸均匀性,研究了注射成型工艺参数对环烯烃类共聚物(COC)微流控芯片微通道尺寸均匀性的影响规律,为工艺参数的设置提供指导。结果表明,工艺参数对微通道上宽的影响较大,上宽标准差的最大极差为3.82μm;对微通道深度影响较小,深度标准差的最大极差为0.61μm。此外,模具温度对微通道尺寸均匀性的影响最显著,模具温度从80℃上升至120℃,微通道尺寸均匀性先略微下降,后逐渐提高,最低上宽标准差为3.24μm,下降幅度为54%。保压压力对微通道尺寸均匀性的影响最小,保压压力从80 MPa增加至120 MPa,微通道的尺寸均匀性逐渐提高,但最大标准差极差仅为1.29μm。

微流控芯片微通道复制度的表征及在注塑成型中的应用

为提高注塑成型微流控芯片的微通道复制度,提出以微通道轮廓深度均方根差表征微通道复制度的方法,并利用该方法研究模具温度等工艺参数对芯片纵向及横向微通道复制度的影响。研究结果表明:纵向微通道复制度受模具温度和熔体温度的影响显著,当模具温度从80℃升至100℃时,近浇口端C处微通道轮廓深度均方根差降低18.96%;横向微通道复制度受保压时间影响最大,受注射速度和保压压力影响次之,保压时间为5 s时横向微通道A处微通道轮廓深度均方根差比保压时间为1 s时降低31.14%;同一芯片不同位置之间微通道复制度差异较大,横向微通道复制度普遍较低,纵向微通道与横向微通道轮廓深度均方根差最大差值达到4.07μm。