高深寬比微結構超音波輔助精密微注塑機理及方法研究

《高深寬比微結構超音波輔助精密微注塑機理及方法研究》是依託天津大學，由仇中軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高深寬比微結構超音波輔助精密微注塑機理及方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：仇中軍
• 依託單位：天津大學

項目摘要

微注塑成型是生產聚合物微結構的關鍵技術，作為尚處在初級階段的微注塑成型技術目前在適用性、注塑精度、效率、脫模效果等方面還存在著問題和局限性。申請者提出了將超音波振動技術套用於高深寬比聚合物微結構微注塑成型的方法。利用超音波對聚合物熔體性能的影響，改善聚合物熔體的流動性能，提高對高深寬比型腔的充填質量。同時通過振動對分子結構的作用還可以改變注塑件的內部結構和微觀形態。本項目借鑑聚合物分子物理動力學理論，對超音波微注塑成型機理和方法進行研究，建立系統分析模型，從而實現對超音波微注塑成型實際套用的理論指導。形成高精度高深寬比微型模芯的設計、加工技術及工藝方案、聚合物超音波微注塑成型工藝及最佳工藝參數的確定方法。並針對具體的實際套用背景，製作典型的聚合物微結構，驗證超音波微注塑成型機理和工藝方法、修正微型模具的設計。項目的研究將拓展微注塑成型技術的套用領域，促進聚合物微結構製造技術的發展。

結題摘要

微注塑成型是生產聚合物微器件的關鍵技術，但是在傳統的微注塑成型過程中，聚合物熔體在微小腔體中流動時充模阻力比常規注塑大，影響了熔體填充效果，同時熱量損失的不均衡性和不確定性容易導致注塑精度不高。本項目提出了超音波振動技術套用於聚合物微器件微注塑成型的方法，並對超音波振動對聚合物熔體的作用機理進行了探討，基於粘性流體力學、傳熱學、聚合物流變學等基礎理論，將超音波振動直接施加到聚合物熔體，使其產生高頻機械振動，從而簡化超音波振動的載入形式。並結合修正的熔體粘度模型，建立了聚合物熔體在微通道中充填模型。並結合聚合物流動性能測試，對超聲作用對微小流道中聚合物的熔體的流動特性和微尺度下熔體的流變特性進行了討論。基於對微注塑成型過程的分析結果，開發了超音波輔助微注塑成型裝置，通過在微注塑成型過程中超音波對熔體的能量作用降低熔體粘度，改善了熔體流動和充填性能。利用開發的超聲輔助微注塑系統進行了典型樣件（菲涅爾透鏡及微針陣列）注塑工藝研究，分析了注塑過程的影響因素並確定了最佳注塑工藝參數。試驗結果表明，相同的注塑工藝條件下，超聲輔助微注塑過程中聚合物的填充性能提高了7%左右。通過本項目的研究，形成了超聲輔助模具系統設計、加工技術及工藝方案、聚合物超音波微注塑成型工藝及最佳工藝參數的確定方法。