塑膠微通道動態擠出與網路結構成型加工的基礎研究

《塑膠微通道動態擠出與網路結構成型加工的基礎研究》是依託浙江大學，由許忠斌擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：塑膠微通道動態擠出與網路結構成型加工的基礎研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：許忠斌
• 項目類別：面上項目

項目摘要

塑膠微通道薄膜是近年來國際先進塑膠成型加工領域的熱點之一。在此基礎上，提出塑膠微通道的動態擠出成型新方法，即微量流體以不同頻率振幅動態導入聚合物熔體，通過耦合激振成型工藝，加工連續有方向排列的變截面網路化微通道結構塑膠製品。項目通過流體激勵與機械振動耦合的塑膠微通道擠出裝備設計和搭建，開展變孔徑微通道塑膠製品的動態擠出實驗和網路化微通道拓撲結構的成型研究，建立流體激勵耦合機械振動擠出成型微通道過程的理論模型，數值模擬與實驗相結合，揭示工藝參數對變孔徑微通道界面形成、通道尺寸、空隙率、加工穩定性及其力學性能的影響規律，探索微流體在變孔徑微通道塑膠製品內的流動特性，拓展微通道塑膠製品的功能及套用。項目對微結構聚合物加工理論的發展、新型微結構異型材的開發、微結構塑膠製品新產業的開拓具有重要的科學意義和套用價值，對於微流控系統、海洋工程、生物製造及人工器官等領域的發展也具有重要的帶動作用。

結題摘要

未來微流控系統、微機電系統、生物製造以及人工器官領域的競爭首先將是其載體的競爭，尤其是微流控晶片。微通道網路結構則是其基本單元操作設計的一個關鍵所在。本項目提出動態擠出微通道製品新方法，即加工孔徑可控動態變化以及實現中空通道網路化貫通，設計了新型的微通道動態擠出裝置，研製成功微通道塑膠動態擠出加工成型實驗平台。在國際上首次提出一種新型微通道塑膠管道（MCT），研製出壁面內有序排列50–300微米級長直中空微通道的0.9–3.0 毫米直徑塑膠管，將大量微尺度通道和巨觀通道結合為一體。本方法的動態微通道結構新穎、適用範圍廣、加工設備簡單、自動化程度高、成型製品擠出穩定、尺寸精度高。 開展了塑膠微通道動態擠出工藝實驗，系統地考察動態耦合作用場頻率、幅度、振動相位等參數，以及工藝條件包括壓力、溫度、熔體拉伸長度、拉伸速率比等對微孔通道形成與尺寸變化、穩定性及其力學性能的影響，進一步考察了疊加振動剪下作用對聚合物微觀形態的影響。同時，對動態擠出的機理進行了分析，研究了聚合物熔體在動態振動模式下的流變特性；建立MCT成型微通道過程的理論模型，採用數值模擬方法考察了各種加工參數對製品的影響，揭示了MCT擠出成型微通道界面形成、穩定性和尺寸變化的規律。此外，還進行了網路化微通道結構的套用開發。研製出微通道多孔網路結構新材料，套用於吸聲領域。提出了基於TPU-MCF的微流控器件製備的快速原型法，結合雷射切割工藝和密封技術，實現了微混合、微液滴製備（液滴直徑50-650μm）等多種功能。進一步提出利用糊化和凍乾工藝製備檢測雙氧水殘餘的塑膠試條方法，實現對雙氧殘餘濃度進行了半定量的快速檢測，為MCF在食品、醫學領域的快速檢測套用提供基礎。本研究取得了領先於劍橋大學MCF加工的新技術，對微結構聚合物加工理論的發展、新型微結構異型材的開發，微結構塑膠製品新產業的開拓具有重要的科學意義和套用價值。