基于分子动力学模拟的类固态等温微热压印过程分析

基于Materials Studio软件,构建类固态等温微热压印体系模具镍与无定形聚合物聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的片层界面模型。根据凝聚态材料的适用性,选取COMPASS分子力场用于热压体系的计算。首先,对微热压印微结构的填充阶段进行模拟和分析,用体系能量随时间由波动逐步趋于稳定和分子密度不断升高并趋于稳定的变化规律来解释热压填充体系的建立过程。其次,对保压松弛阶段进行模拟和分析,并从以下3个微观角度解释了类固态微热压印过程中聚合物的应力松弛现象:(1)PMMA分子链均方回转半径逐渐减小至稳定;(2)速度相关系数迅速衰减并在0附近波动,说明聚合物的内应力衰减并最终趋于稳定;(3)不同温度对均方回转半径与速度相关系数的影响规律。

PMMA在类固态微热压印过程中冷却速率与松弛速率的规律分析

通过选取若干温度对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)试样进行应力松弛实验,结合实验数据,建立松弛速率-温度(p-T)指数模型,计算不同T下PMMA的p和松弛时间常数(τ);以积分的形式建立起可连续求解的聚合物松弛应力变化率-冷却速率[σ_Δ(t)-v(t)]模型,求解不同v(t)下聚合物的σ_Δ(t),同时进行prism微结构类固态热压印实验,通过比较模型计算结果与微结构复制率,验证σ_Δ(t)-v(t)模型的实用性。结果表明,随着v(t)的提高,σ_Δ(t)越来越小,内应力松弛的更加充分,微结构的成型精度越高。

固态热拉伸技术制备聚丁二酸丁二醇酯/微纤化纤维素复合材料

通过固态热拉伸技术成功制备了高性能的聚丁二酸丁二醇酯/微纤化纤维素复合材料,并分析了复合材料结构变化、界面黏结以及晶体取向对力学性能的影响。由于加工过程中纤维表面形成界面结晶,提升了复合材料的界面黏结。此外,由于拉伸过程促进了纤维素以及聚丁二酸丁二醇酯片晶的取向,从而促使复合材料力学性能的进一步提升。此过程简单易操作,适用高分子种类多,有助于启发学生灵活运用各类高分子加工手段制备高性能复合材料。

对类固态等温热压印过程中聚合物的填充分析

类固态等温热压印是一种模具保持恒温的压印工艺,对于无定型聚合物而言,温度应保持在Tg附近的类固态温度范围内。对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在类固态条件下的压印过程进行了有限元模拟分析,着重探讨了填充规律和成型形貌。模拟结果显示,PMMA在填充过程中的形貌稳定,不会出现传统工艺中的"双峰"缺陷。微结构深度是影响填充难度的主要几何因素,深度越大,结构的成型难度越高。深宽比、尺寸和形状对结构也有不同程度的影响,但作用均小于深度。在温度受限的情况下,聚合物的流动性受到制约,无法以熔体形态的均匀速率充满模腔,增加了模具结构的几何参数对制品成型质量的影响。

等温热压印法制备超疏水薄膜

以刷涂有疏水性SiO_2微球的筛网作为模具,通过等温热压印的方法,在聚乙烯(PE)塑铝复合薄膜上制备出超疏水表面。对压印压力、筛网目数、SiO_2微球直径等参数对制品表面微结构形貌和疏水性能的影响进行了研究。结果表明,该方法可以在PE塑铝复合薄膜表面构筑出具有良好疏水效果的二级复合微结构;在压力作用下,SiO_2微球会与PE基体共混形成复合体系,使得SiO_2微球与基体的连接更加稳定;增加热压印压力可以增大微米级结构的深度,但是过大的压力会导致SiO_2微球被PE覆盖,合理的压印压力应在8～12MPa之间;减小SiO_2微球的粒径可以进一步提高接触角数值;制品对水的接触角达到150°,滚动角低至1°,达到了超疏水的标准。

聚甲基丙烯酸甲酯类固态温度区静态力学松弛特性

为了探究聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在类固态温度区静态力学松弛特性(蠕变与应力松弛)的相关规律,在保压模式下对其进行不同温度的蠕变实验,分析广义Kelvin模型、标准线性体模型、三元件修正模型建模结果,根据拟合效果最好的三元件修正模型参数和不同温度下定应变应力松弛实验,推导松弛模量表达式,结合理论模型,进行不同温度、不同保压时间条件下的半球阵列与Prism微结构类固态等温热压印实验,为得到基于高复制精度和短压印周期的类固态等温热压印工艺提供理论与实验依据。