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。     

聚合物微挤出成型工艺研究进展

随着微纳制造技术的快速发展,聚合物挤出成型工艺由宏观向微观转变,由于微尺度效应的影响,聚合物微挤出成型机理不同于宏观挤出成型,现有的聚合物宏观挤出成型研究成果不能简单地按几何比例缩小应用于微挤出成型。微制品和微零件的广泛应用及其领域的不断拓展,使得聚合物微挤出成型工艺成为当前聚合物加工领域的研究热点之一。介绍了聚合物挤出成型工艺及其发展,着重介绍了国内外聚合物微挤出成型工艺的研究现状,并对聚合物微挤出成型工艺的未来发展方向做出展望。     

微型机械运动副模内微组装成型热流固耦合变形模拟

提出了一种新型规模化高效低成本聚合物微型机械系统模内微组装成型加工技术,并针对其成型过程特点,建立了描述模内微组装成型过程成型热流固耦合变形机理的理论模型。通过有限元数值模拟,研究了模壁温度对模内微组装成型过程的影响规律。结果表明,模内微组装成型的微装配加工精度受控于热流固耦合压力场和不均匀温度场,且其热流固耦合变形随着模壁温度的升高而增大;减小模壁温度有利于提高其微装配加工精度。     

细胞皿微型塑件注射成型工艺

微尺度聚合物熔体充模流动过程较复杂,涉及影响因素较多,针对微尺度聚合物熔体的充模流动特点,以细胞皿塑件为研究对象,采用变模温、抽真空排气及微细电火花加工技术,设计制造了微注塑模具。基于Taguchi实验设计方法,以高密度聚乙烯(HDPE)和聚甲醛(POM)两种材料研究了工艺参数及其交互作用对微塑件成型质量的影响规律。实验结果表明,对于HDPE材料,模具温度对填充率的影响最大,保压压力次之,熔体温度和保压时间影响相对较小;对于POM材料,熔体温度对填充率的影响最大,保压压力次之,模具温度和保压时间影响相对较小。     

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。     

聚合物微纳制造技术

微纳制造技术属国际前沿技术,作为未来制造业赖以生存的基础和可持续发展的关键,其研发和应用标志着人类可以在微、纳米尺度认识和改造世界。以聚合物为基础材料的微纳系统在整个微纳系统中占有极其重要地位,是最具产业化开发前景的微纳系统之一,聚合物微纳制造技术也已经开始得到应用并具有极大的发展空间。本文集中介绍了多种典型聚合物微纳器件及系统,并对微注塑成型、微挤出成型和微纳压印成型等聚合物微纳制造技术进行了系统的阐述,比较了各种聚合物微纳制造技术的优缺点和使用条件。最后,结合国内外研究人员的研究成果,对聚合物微纳制造技术的未来发展做出展望。     

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。     

微注塑成型充模理论模型与3D填充模拟研究

微注射成型(μIM)作为一个快速发展的技术,广泛用于生产微/纳米结构的聚合微零件或部件,如微流体诊断、微针给药装置、微型齿轮和微动开关等许多领域。因此,通过分析熔体在微观状态下的流动填充情况,进而优化注塑工艺参数,对提高产品的质量而言是非常有效的措施。本文通过建立微观状态下的熔体粘度模型,利用正交实验与Moldflow相结合的方式对平板微器件填充的状态和应力变形的影响机理进行了分析。通过分析平板微器件最佳浇口位置,利用一模二腔仿真模拟平板微器件的整体注塑过程,从而达到优化工艺参数改善熔体在微通道流动过程中的充填效果。     

挤出微压印熔体充模流动可视化实验

挤出微压印是高效、精确连续制备具有微结构制品的有效方法。基于Navier-Stokes方程建立挤出微压印充模过程速度模型。结合Navier滑移定律分析微尺度下挤出微压印充模过程填充流动壁面滑移问题。同时,设计微压印熔体充模流动可视化实验装置,以羧甲基纤维素(CMC,carboxyl methyl cellulose),简称为实验材料,选用直径0.1~0.5 mm的毛细管作为微流道,对挤出微压印充模流动进行实验研究,并将速度实验值与理论计算值相比较,验证微尺度下壁面滑移对压印填充流动的影响。     

微注塑成型充模流动中的对流换热行为

微注塑成型中,由于尺度效应,使聚合物熔体与微模具型腔壁面间的对流换热行为与常规注塑成型不同,其对流传热系数亦发生了明显变化。通过采用微型注塑机、温度传感器和微模具等组成的对流换热实验装置,对PP、POM和ABS聚合物熔体,以不同的注射速度填充厚度尺寸为0.510、0.420、0.325 mm,表面粗糙度分别为Ra0.062、0.393、0.695 μm微型腔时的模具温度分布进行测量,获得了模具的热通量,进而求得熔体与型腔壁面间的对流传热系数。结果表明,微尺度下实验聚合物熔体与型腔壁面间的对流传热系数,均随注射速度和型腔表面粗糙度值的增加以及型腔厚度尺寸的减小而明显增大;但聚合物材料性能不同时,其对流传热系数差别也较大。     

微发泡聚合物材料的研究进展

微发泡聚合物材料是泡孔尺寸在微米级的一种新型高分子材料,因其独特的微孔结构能够改善制品的尺寸稳定性、收缩率等问题,已经成为近年来聚合物材料的研究热点。本文综述了微发泡成型研究机理,成型加工参数、纳米填料和发泡剂对微发泡聚合物材料结构与性能的影响,并对众多研究结果进行了分析,提出了未来微发泡聚合物材料的研究领域有待于进一步深入的研究方向,并对微发泡聚合物材料的研究及应用前景进行了展望,提出扩大工业应用的趋势是开发出微发泡聚合物母料来替代物理以及化学发泡。这些基础性的研究工作对于深入理解微发泡聚合物材料的形成机理及后续的应用研究具有非常重要的意义。     

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。     

微注塑制品微观形态及性能最新研究进展

微注塑(μIM)被认为是最具灵活性、可靠性以及成本优势的聚合物微/纳器件制造技术之一。因尺寸效应影响,μIM过程中熔体流场明显不同于普通注塑过程,进而产生特殊的制品微观形态及其性能。本文分别从纯聚合物材料与聚合物复合材料两方面综述了μIM制品微观形态及其性能的最新研究进展。最后,对该领域未来的发展方向进行了预测。     

微尺度过程强化的结晶颗粒制备研究进展

结晶颗粒制备技术在化工、医药、电子、生物等领域具有不可替代的作用。近年来,随着化工过程强化和微化工技术的快速发展,基于微尺度的过程强化方法在晶体颗粒制备过程中得到广泛的应用,成为高端颗粒制备的前沿技术。本文系统综述了该领域的研究进展：围绕微流控组件,简述微结构混合器、微流体技术对提高微观混合效率的原理及其在纳米材料、药物结晶等领域的应用;围绕微尺度力场,综述超重力旋转填充床的结构设计、可视化研究,超声场为代表的声空化效应及外加力场对超细纳米颗粒制备和药物连续结晶过程的应用;进一步,针对新型膜微尺度传质强化过程,分析微孔膜材料强化传质过程以及膜表面的晶体颗粒“黏附-生长-脱落”运动行为,阐明影响微孔膜分散传质强化过程的关键结构和过程参数,系统论述致密膜液层强化传质的表面更新机制和控制结晶颗粒制备的多级膜操作系统。最后,展望微尺度过程传质强化的结晶颗粒制备技术发展趋势。     

微注射成型聚丙烯微结构件缺陷分析

通过微注射成型制得了聚丙烯微结构件，微结构部分是直径为130μm、高度为250μm的微型圆柱。分析了模具温度、注射压力、保压时间及模具抽真空对微零件填充性能的影响。研究发现，在不恰当的工艺参数下，微圆柱会出现以下缺陷：填充不足、表面粗糙、烧蚀、中空等。通过实验得到了合理的工艺参数，即在模具温度为90℃、注射压力为100MPa、保压时间为3S、模具抽真空的情况下，微结构部分可以得到完全填充，且没有以上缺陷。     

陶瓷基微反应器制备的研究进展

微反应器中亚毫米级的流体通道具有高效的传质传热效应,使其能够强化反应过程。随着微细加工技术的发展,制备出了耐高温耐腐蚀的陶瓷基微反应器,适用于更严苛的反应条件,然而陶瓷基微反应器的制备存在微结构成型工艺复杂、密封难度较大等问题。本文主要介绍不同陶瓷材料微反应器的制备工艺,重点论述陶瓷基微反应器制备过程中常规微加工技术的优化和新型微加工技术的引入,对比这些技术对微结构成型的改善效果。列举常用的陶瓷微通道密封连接方法,概述其特点和适用范围。并提出在陶瓷基微反应器制备的后续研究过程中,应注重陶瓷基微反应器制备的成功率和新技术的开发,完善陶瓷基微反应器的性能,将陶瓷基微反应器引入到更广泛的应用体系中。     

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。     

微注塑成型技术研究现状与发展

从微注塑成型机、模具脱模系统、模具温度控制、微尺度下的充模流动和数值模拟以及产品机械性能测试等方面阐述微注塑成型技术的最新研究进展;并指出注塑机今后的研究方向为环保高效的塑化方式、成型过程中对制品收缩率的精确控制、全面考虑影响微注塑因素的流动模型和数值模拟以及微塑件机械性能精确测试技术等。     

具有微纳结构形状记忆聚合物材料的研究进展

形状记忆聚合物(SMP)是一类通过外界刺激可发生形状响应的聚合物材料。相比于人们熟知的形状记忆合金,SMP材料的更大特色是形变性能高。此外,由于其具有形状回复率高、成型加工性好、生产成本低廉等特点,逐渐成为智能材料领域的研究热点之一。随着宏观尺度SMP材料的多样化发展和微纳米科学的进步,科研工作者们逐渐意识到两者的交叉领域,即SMP材料在微纳米尺度的调控将是未来智能材料发展的新方向。对SMP材料在微纳米尺度下形状变化的基本原理、制备方法以及近些年来的相关应用,进行了概括性的总结。并对微结构SMP材料今后的发展方向以及应用前景进行了展望。     

聚合物热黏弹塑性变形微热压成型机理的数值模拟研究

研究了聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）超疏性阵列圆柱微结构特征功能表面的微热压成型技术,通过模拟研究了成型工艺参数对成型过程的影响规律,揭示了其热黏弹塑性变形充填流动机理,明晰了关键调控参数。结果表明,基片材料的弹性模量、成型温度和压力是影响充填成型的关键调控参数,成型压力和变形应力与成型温度呈负关联关系,而充填高度与成型温度呈正关联关系;提高成型温度至高于基片材料的玻璃化转变温度（Tg）,使基片处于黏弹性高弹态,易使基片快速产生明显的热黏弹塑性变形,且可使成型压力和变形应力趋于最小值,这有利于基片避免断裂损伤并加速充模流动。