微注塑成形中熔体充模流动分析及其数值模拟

借鉴宏观熔体的流变学理论和建模技术,针对微尺度流道中的聚合物熔体流动特性,采用模型修正方法,建立反映微小通道中熔体流动特性的理论模型。同时,应用数值模拟方法,研究微尺度粘度、壁面滑移和熔体与模具间的表面传热系数对微小熔体流动的影响关系,并与相关试验数据进行比较。结果表明,微流道中的熔体粘度明显小于传统理论下的粘度值,且与微流道的特征尺寸成正比。随微流道特征尺寸减小,滑移系数也明显减小,壁面滑移速度则增大。考虑局部表面传热系数时微流道中的熔体温度分布具有尺寸效应。微尺度流道中的熔体流动行为与宏观熔体有许多不同。

微注塑成形中壁面滑移对熔体充模流动影响的研究

分析了微尺度下熔体壁面滑移机理,研究了微注塑成形中壁面滑移对熔体充模流动行为的影响。利用有限元方法进行数值模拟,确定了不同特征尺寸微通道中熔体的滑移系数,分析了入口剪切速率和长径比与滑移速度之间的关系。研究结果表明:壁面滑移使熔体速度曲线趋于平滑;当熔体入口速率一定时,其壁面滑移速度随微通道特征尺寸的减小而减小;入口剪切应力相同时,壁面滑移速度随微通道的长径比的增大而增大。

微结构模芯的精密磨削及其在微注塑成形中应用

针对微结构聚合物元器件的批量化生产与制造效率低等问题,采用精密修整成V形尖端的金刚石砂轮,在自润滑性和脱模性良好的钛硅碳陶瓷模芯表面加工制造出形状精度可控的V沟槽阵列结构,然后利用微注塑成形工艺将模芯表面的V沟槽阵列结构一次成形复制到聚合物表面,高效注塑成形制造出倒V形阵列结构的聚合物工件。分析了微模芯的表面加工质量与形状精度,研究了熔体温度、注射速度、保压压力、保压时间等微注塑成形工艺参数对微结构聚合物注塑成形角度偏差和填充率的影响。实验结果表明:通过微细磨削加工技术和微注塑成形工艺可以高效率、高精度地制造出规则整齐的微结构注塑工件,注射速度对微成形角度偏差的影响最大,保压压力对微成形填充率的影响最大,微结构模芯的微细磨削形状精度值为4.05μm,微成形的最小角度偏差和最大填充率分别为1.47°和99.30%。

疏水性微结构聚合物的高效注塑成形制备

针对微结构聚合物元件的高效成形制备,本工作采用金刚石砂轮在钛硅碳陶瓷模芯表面精密磨削加工出V形沟槽阵列结构,通过微注塑成形工艺将模芯表面的微结构快速成形复制到聚合物工件表面,实现微结构聚合物元件的批量化与制造,研究不同微结构尺寸对微结构聚合物表面疏水性的影响。结果表明,通过微细磨削加工技术和微注塑成形工艺,能够高效快速制备出微结构聚合物元件。微结构聚合物工件表面接触角随V沟槽间距的增加而逐渐减小,当V沟槽深度为150μm时,表面接触角可达123.19°。聚合物工件表面质量越高,其表面疏水性能越好。

微流控芯片模芯的精密铣磨加工及其微注塑成形技术

为降低微流控芯片的大批量生产制造成本,保证微尺度流道结构的表面质量和形状精度,提出采用超硬立方氮化硼(CBN)磨棒在模具钢模芯表面精密铣磨加工制造出形状精度可控的微凸起阵列结构,然后利用微注塑成形技术高效成形制造出具有微凹槽阵列结构的聚合物微流控芯片。分析了铣磨加工工艺参数对微结构模芯表面质量的影响,通过试验和数学统计理论分析法研究了微注塑成形工艺参数对微结构聚合物表面粗糙度和形状精度的作用机制以及影响程度。试验结果表明:较优的铣磨工艺参数为主轴转速16 000 r/min,切削深度2μm和进给速率15 mm/min,此时微结构模芯的表面粗糙度Ra达到0.299μm。熔体温度和保压时间对聚合物微流道形状精度PV和底部粗糙度Ra的影响较大,保压压力次之,注射速度则最小。当熔体温度、注射速度、保压压力和保压时间分别为235℃,80 mm/s,5 MPa和9 s时,微流道形状精度达到8.950μm,微流道底部粗糙度Ra为0.055μm。

微细胞皿注塑模具变温系统设计

采用微细电火花技术铣削加工了细胞皿模具型腔,以聚丙烯(PP)为例进行了成形工艺数值模拟分析,结果表明,注射速率、模具温度、熔体温度对充模过程影响较大,模具温度需要达到120℃型腔才能充满。提出了油水电相结合的变模温技术,变模温实验结果表明,型腔温度从80℃变化到120℃大约需要6min。填充实验表明,油水电相结合的变模温技术对实现微注塑模具成形过程的变模温是可行的。