PMMA微流控芯片最佳注射成型工艺的实验研究

以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为原料,通过注塑加工的方式制备微流控芯片,经过多次注塑实验得出影响PMMA微流控芯片成型质量的主要因素是:模具温度、保压压力、熔体温度和注射速度.在其他参数不变的情况下,通过正交实验和极差分析确定了PMMA微流控芯片注射成型的最佳工艺:熔体温度260℃,模具温度50℃,保压压力60 MPa...     

聚合物微流控芯片微通道复制成型技术

阐述了复制成型技术在实现微流控芯片批量化生产过程中的重要意义。分析了微流控芯片对材料的要求,介绍了常用于制作微流控芯片的聚合物材料及其模塑性能。比较了目前常用的加工复制成型模具凸模微结构的加工方法。综述了热压成型、注射成型以及浇铸成型在微流控芯片微通道成型中的应用,并对其进行了比较分析,展望了未来微流控芯片复制成型技术的发展趋势。     

微流控芯片超声振动注射成型模具设计

针对目前微流控芯片注射成型中微通道充填困难、成型精度低等问题,研究超声振动辅助注射成型微流控芯片的方法,设计出微流控芯片超声振动模具。创新性地引入热流道系统,实现了超声振动系统与注射成型模具的有效集成;独特的流道和型腔布置实现了芯片的基片和盖片同模同时成型;改进的二次顶出机构实现了芯片的无损脱模。     

聚合物微型零件的热流固耦合变形特性

以聚合物微型机械运动副模内微装配成型为研究对象,研究了二次成型过程参数和微型轴约束对二次成型充填流动诱发的预成型固体微型轴热流固耦合变形的影响规律和机理。结果表明,预成型微型轴的热流固耦合变形随着二次成型熔体注射温度的提高而增加,而随着预成型微型轴在二次成型模腔中二端的约束程度增加而减小;减小二次成型充填熔体的注射温度或增大微型轴约束程度有利于减小二次成型熔体充填流动诱发的预成型微型轴的热流固耦合变形,可提高聚合物微型运动副微装配成型加工精度。     

振动注射成型中模腔冷却过程的研究

研究了振动注射成型中模腔内聚合物溶体产生的振动剪切热,并研究在振动作用下模腔内物料的冷却过程。结果表明,模腔内熔体的温升速率随着振动频率、应变振幅及振动剪切速率的增加而增加,随熔体温度的增加而减少。由于振动剪切换,使振动注射成型需要更长的冷却时间。     

成型温度对聚合物微型机械模内组装成型流固耦合变形的影响

由于聚合物模内组装成型的微型机械制造精度和组装配合精度主要受控于二次成型熔体充填流动与一次成型固体微型零件之间的流固耦合作用,因此通过有限元数值模拟,系统研究了二次成型熔体注射温度对流固耦合变形的影响,并揭示了其影响机理。研究结果表明,增加二次成型熔体的注射温度,可使二次成型熔体的充填流动与一次成型固体微型轴表面间的流固耦合作用效应减弱,并使一次成型固体微型轴整体温度场趋于不均匀,从而导致一次成型固体微型轴流固耦合弯曲应力和弯曲变形减小,而热应力和热变形增加。增加二次成型熔体的注射温度可减小流固耦合变形,但二次成型熔体的注射温度过大,又会导致一次成型固体微型轴表面融化,影响装配配合界面的成型质量。     

微流控芯片技术的现状与发展

简要叙述微流控芯片的定义及应用,介绍几种制作微流控芯片的方法,分析微流控芯片成型中的关键技术,如:压力、温度、时间等.综合国内外发展,结合当前微流控芯片的现状,提出微流控芯片在一些方面的尝试和探讨.     

微流道中聚合物熔体的流变特性及其数值模拟

在构建表征微尺度下熔体流变特性的勃度模型基础上,通过分析ABS熔体在不同注射温度、不同截面尺寸微流道中的压力分布,对微注射成型过程中聚合物熔体豁度变化对填充过程的影响规律进行了研究。数值模拟结果表明,在微流道中熔体的微尺度豁度小于传统勃度,且随微流道截面特征尺寸的减小而成比例减小;熔体速度分布随微流道截面特征尺寸减小而趋于均匀。     

光固化微流控芯片的表面亲水性能

微流控芯片表面的亲水性对生物诊断具有重要的影响,利用紫外光固化料,在注射成型技术的基础上,制作了微流控芯片,以接触角为衡量指标,研究了紫外光固化单体含量、单体种类、树脂种类、紫外光辐照强度和照射时间对制品表面亲水性的影响,结果表明,光固化微注射工艺条件对芯片接触角的影响并不明显,增加光照强度和光照时间,芯片接触角变化并不明显,均在0°~5°之内,而混合单体和树脂成型制品的接触角较小,增加树脂和单体种类,及适当添加助剂有利于改善亲水性,即紫外光固化材料的组成是影响芯片亲水性的主要因素,且适量的助剂可以有效改善芯片接触角,最佳接触角为17°。     

基于黏弹性热流固耦合作用的模内微装配成型过程数值模拟

模内微装配成型技术有望成为高效低成本产业化聚合物微小机械系统制造技术,而如何准确预测和精确控制热流固耦合变形仍是其工业化的技术瓶颈。为此研究建立了考虑二次黏弹性熔体充填流动边界约束作用的模内微装配成型黏弹性热流固耦合变形的理论预测模型,研究表明热流固耦合变形受控于微装配面所承受的热流固耦合压力、黏弹性支撑正应力、黏性摩擦拖曳剪切应力和微型轴的抗变形刚度,且随成型熔体注射速度提高而减小,而微型轴近表面局部跨越393 K区域的PMMA刚度急剧下降是导致微型轴热流固耦合变形随熔体注射速度增加而减小的主控因素。     

Determination of the heat transfer coefficient from short‐shots studies and precise simulation of microinjection molding

The filling process of a micro‐cavity was analyzed by modeling the compressible filling stage by using pressure‐dependent viscosity and adjusted heat transfer coefficients. Experimental filling studies were carried out at the same time on an accurately controlled microinjection molding machine. On the basis of the relationship between the injection pressure and the filling degree, essential factors for the quality of the simulation can be identified. It can be shown that the flow behavior of the melt in a micro‐cavity with a high aspect ratio is extremely dependent on the melt compressibility in the injection cylinder. This phenomenon needs to be considered in the simulation to predict an accurate flow rate. The heat transfer coefficient between the melt and the mold wall that was determined by the reverse engineering varies significantly even during the filling stage. With increasing injection speed and increasing cavity thickness, the heat transfer coefficient decreases. It is believed that the level of the cavity pressure is responsible for the resulting heat transfer between the polymer and the mold. A pressure‐dependent model for the heat transfer coefficient would be able to significantly improve the quality of the process simulation. POLYM. ENG. SCI., 2010. © 2009 Society of Plastics Engineers     

Experimental investigation and molecular dynamics simulations of the effect of processing parameters on the filling quality of injection-molded micropillars

Microinjection molding has been attracting increasing attention and application in fabricating products with functional surface microstructures. The processing parameters, packing pressure, and melt temperature have important effects on the filling quality. In order to study the mechanisms of the packing pressure and melt temperature on the filling quality of micropillars, a simulation model of injection molding of nanopillars was constructed by molecular dynamics software and a series of injection molding experiments of micropillars were carried out in this paper. Subsequently, the mechanisms were analyzed qualitatively. The results showed that the frozen layers were formed at the interface between the polymer melt and mold under the action of heat transfer, which prevented effective filling of the polymer melt. The filling quality of the micropillars could be improved significantly via increasing the melt temperature and the packing pressure, but the mechanisms were different. To be specific, the increase of the packing pressure could make more polymer melts fill into the cavity fully. Thus, the density of the micropillars was increased and the filling quality could be improved. The forming rate of frozen layers could be slowed down by increasing the melt temperature. As a result, the purpose of improving the filling quality was achieved.     

工艺参数对水辅注塑弯管壁厚的影响

利用华南理工大学自主研发的注水系统和水辅注塑弯管模具,研究了熔体温度、模具温度、注水延迟时间、熔体注射量、注水压力、注水温度、熔体注射速率和熔体注射压力等8个水辅成型主要工艺参数对聚丙烯制品壁厚偏差率的影响,并分析了影响机理。结果表明,部分工艺参数对于制品弯曲段的壁厚偏差率有影响;增加注水延迟时间,降低注水压力和模具温度,短射填充区的制品壁厚的偏差率有所减小;提高熔体温度,壁厚偏差率的波动幅度增大。     

微圆柱阵列注射成型数值模拟及正交优化

针对微圆柱阵列的注射成型过程进行数值模拟研究,比较了不同原料聚丙烯(PP)、聚甲醛(POM)、丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)的成型工艺,并利用正交试验就微注射成型过程中影响熔体填充效果的主要工艺参数如模具温度、熔体温度和注射时间进行了模拟。运用极差分析法和方差分析法对熔体填充率进行分析。结果表明,对于PP而言,填充时间对其填充率的影响占主导地位,而对于POM与ABS,模具温度的影响相对更大。模具温度、熔体温度越高,注射时间越短,塑件填充效果越好。综合考虑,三种聚合物材料对微圆柱阵列填充效果适应性为:PPABSPOM。     

微注射成型工艺的实验研究

设计了微注射模具的变温系统,加工了通道宽度分别为500μm和100μm的哑铃形微型腔。在此基础上,基于Taguchi实验设计方法进行了成型工艺实验。结合微尺度下熔体充模流动理论及微尺度效应,研究了工艺参数及其交互作用对微结构塑件成型质量的影响规律。实验结果表明,随着微结构塑件特征尺寸的减小,注射压力和模具温度对填充率的影响明显增强;熔体温度对填充率的影响程度有所增加;注射行程对填充率的影响程度有所降低;保压压力和保压时间对填充率的影响相对不明显。     

塑料微齿轮微流道注塑模充填研究

使用圆形微流道进行塑料微齿轮注射成型充填研究,利用模流分析软件Moldflow进行数值模拟试验,通过改变注射速度参数(微流道深度尺寸和进口注塑压力),探讨熔融塑料在微流道内的充填状况,并结合实际注射成型实验,了解工艺参数改变对微齿轮充填的影响.为避免塑料在微结构件内产生充填不良等问题,提高成型质量,降低生产成本提供了理...     

Effects of processing conditions on birefringence development in injection molded parts. II. Experimental measurement

The birefringence of injection molded parts was measured using a digital photoelasticity system, which combines a digital image analysis technique and the half-fringe photoelasticity (HFP) method The effects of processing conditions, including melt temperature, mold temperature, filling time and packing pressure, on the birefringence development in the molded parts were investigated. It was found that temperature and pressure are the two dominant factors that determine the birefringence development in the parts during the molding process. Frozen-in birefringence of the molded parts decreases with increasing melt temperature, mold temperature and injection speed. Birefringence of the parts also increases with increased packing pressure, especially around the gate area. Numerical simulations using the Leonov viscoelastic fluid model predict similar dependence of birefringence of parts on processing conditions. Simulated results are also consistent with measured values.     

热塑性塑料微注射成型的关键技术

综述了微注射成型技术存在的问题和改进方法，探讨了微注射成型机的塑化、注射和计量等装置的结构性能改进，并提出了监测系统的改进方案。在比较微注射成型模具和常规注射成型模具基础上，介绍了微注射成型模具的特殊变模温控制方法、抽真空排气方法、模具材料选择及模芯微细加工方法。还探讨了特殊热塑性塑料材料的开发和微注射成型零件的检测和处理方法，并进一步分析了微流动特征下计算机模流分析软件适应性。     

聚碳酸酯在高注射速度下成型超薄导光板的仿真试验分析

基于传热学和流变学相关原理,建立了导光板的几何模型,对高速注射成型超薄导光板进行了仿真研究。利用Moldflow软件研究分析了聚碳酸酯(PC)在高剪切速率下的温度控制模型,探索了不同注射速度、塑化温度和模具温度下PC熔体在模具型腔中的温度变化规律。仿真结果表明,剪切速率在一定范围内,熔体温度的变化量随注射速度升高而增大,超过临界剪切速率后,由于存在壁面滑移,温度变化量减小;实际生产时可将注射速度增大到600~1000 mm/s,使塑化熔体温度降低10 ℃左右,注射压力降低50 MPa左右,从而获得更好的填充效果。