聚合物纳米/亚微米结构零件注射成型的研究进展

对近年来聚合物纳米/亚微米结构零件注射成型的研究进展进行综述,着重阐述成型材料、模芯材料和成型工艺对纳米/亚微米结构成型复制质量的影响,以及纳注射成型过程中的辅助成型技术和模芯制造方法。在此基础上,提出了纳注射成型技术中存在的问题,并对其发展进行展望。     

注塑成型聚合物表皮层充填行为的分子机制

基于COMPASS力场和三维周期性边界建立全同立构聚丙烯(iPP)与金属镍(Ni)模仁的界面模型。采用分子动力学法观察注塑成型过程中塑件表皮层在不同模温下形成的动态演变,通过分析体系的密度分布,均方位移和界面能以及运动规律等构象统计深入探究表皮层形成的分子机制。结果表明,分子链热运动同时受能量阈值和时间阈值限制;高模温既能降低两相间的界面能,又能降低熔体的黏度,有利于熔体的流动充填;表皮层纳米型腔的填充主要在保压阶段,且最高填充率能达到95.4%;脱模后塑件表皮层虽能保持整体的大致模样,但有一定程度的形状变形。     

注塑成型聚合物表皮层充填行为的分子机制EI北大核心CSCD

基于COMPASS力场和三维周期性边界建立全同立构聚丙烯(iPP)与金属镍(Ni)模仁的界面模型。采用分子动力学法观察注塑成型过程中塑件表皮层在不同模温下形成的动态演变,通过分析体系的密度分布,均方位移和界面能以及运动规律等构象统计深入探究表皮层形成的分子机制。结果表明,分子链热运动同时受能量阈值和时间阈值限制;高模温既能降低两相间的界面能,又能降低熔体的黏度,有利于熔体的流动充填;表皮层纳米型腔的填充主要在保压阶段,且最高填充率能达到95.4%;脱模后塑件表皮层虽能保持整体的大致模样,但有一定程度的形状变形。     

PMMA微流控基片热压过程中残余应力

PMMA微流控基片在热压成形结束后由于模具和聚合物的热膨胀系数不同--热不匹配会产生残余应力,从而造成基片翘曲变形.本文采用基片曲率法来研究热压过程中基片中的残余应力,分析热压过程参数:温度、时间、压力对残余应力的影响,并确定使残余应力达到最小时的热压参数,当脱模温差在10%左右时,热压成型后的变形较小.最后通过有限元仿真来考察热压过程中的应力变化.     

注射成型工艺过程中的应力研究概述

注射成型过程中的应力对成型质量、制品性能有重要的影响,尤其对于医疗、光学等高附加值的塑料制品。控制并量化成型过程中的应力,对成型机理的研究、成型质量的控制意义重大,因此一直是注射成型加工的研究热点。现阶段注射成型过程中的应力量化是通过对注塑产品的实验测量和数值模拟实现的。实验测量的方法包括:光弹法、剥层法、钻孔法、超声波及化学探针技术,但这些测量须在制品成型加工结束后才能实施,在线检测的研究较少。数值模拟利用流动充填、冷却不同的数学物理模型,分别求解制品的流动应力、热应力,二者叠加作为制品的应力值,不考虑脱模机械力可能带来的应力,对成型过程总应力的预测有一定的局限性。成型过程的应力测量及监测是发展趋势之一。     

聚甲基丙烯酸甲酯与纳米Fe3O4的复合研究

将用共沉淀法合成的包覆油酸的Fe3O4纳米粒子,分散在甲基丙烯酸甲酯(MMA)中,采用原位聚合法制备得到PMMA/Fe3O4纳米复合材料,研究了Fe3O4含量对复合材料的玻璃化转变温度(Tg)、溶解性能以及复合材料中PMMA分子量的影响.实验结果显示:复合材料的Tg较纯PMMA有所提高,且随着Fe3O4含量的增大而增高...     

精密注射塑料成型模具的设计

介绍精密注射塑料成型模具设计中应注意的事项,分析其原因,并提出相应解决方法。精密注射成型要求制品不仅具有较高的尺寸精度、较低的翘曲变形,而且还应有优异的光学性能等。注射成型是最重要的塑料成型方法之一,如何提高注射成型技术水平,生产出高精度的塑料制品,创造附加值高的产品,模具的设计是重要环节。在精密注射成型设计中,除了应考虑一般模具设计事项外,还要特别考虑成型收缩率误差、成型变形、脱模变形。     

尺寸效应对多型腔注射成型过程影响的可视化实验

利用可视化注塑模具和高速摄像机对注塑成型过程中熔体在型腔内的充填不平衡现象进行了动态观察,探讨了尺寸效应对熔体充填型腔速率及充填平衡性的影响。实验结果表明,熔体的充填平衡性与型腔的厚度有关,根据实验结果可以较好地描述熔体注射成型过程中充填不平衡现象的产生规律,为薄壁及微细尺寸下的精密注射成型技术的发展提供实验依据。     

MSU-J及有机化修饰对PMMA杂化材料力学性能和热性能的影响

采用蠕虫状介孔SiO2(MSU-J)和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷后嫁接法有机化修饰的MSU-J-G,与MMA原位聚合制备具有三维纳米网络结构的MSU-J/PMMA和MSU-J-G/PMMA杂化材料。研究了杂化材料的微观结构、力学性能和热性能。结果表明:杂化材料中MSU-J及MSU-J-G保持原有的蠕虫状介孔结构,且近90%孔道被PMMA填充。MSU-J或MSU-J-G质量分数为7%时,两类杂化材料的性能最优,相对于纯PMMA,其拉伸强度和模量分别提高了38.9%和40.2%(MSU-J)以及46.7%和39.5%(MSU-J-G),断裂伸长率及冲击强度略有下降。杂化材料的热分解温度(Td)及玻璃化转变温度(Tg)也得到了改善。相对于MSU-J,MSU-J-G在PMMA中分散更均匀,对于杂化材料的力学和热性能改善效果更佳。     

一种自封装技术制备PMMA微流控通道方法研究

本文结合湿法腐蚀技术、紫外固化纳米压印技术、热压纳米压印技术制备出聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)沟槽微结构,基于局部加热的自封装技术成功制备出了PMMA微流控通道。研究了硅模板结构参数的选择要求以及工艺过程中实验参数对实验的影响。实验结果表明,热硅片与基片相对运动方向应与PMMA沟槽微结构方向平行,有利于制备出变形量小、尺寸均匀的微流控通道。     

熔融纳米玻璃管的拉伸特性

基于纳米孔的纳流体器件被认为是第3代DNA测序的基础,通过拉伸方法制备的玻璃基纳米孔具有更高的结构强度和更长的使用寿命.本文首先建立了纳米玻璃管分子动力学模型,然后通过分子动力学方法研究了熔融纳米玻璃管的拉伸特性,为玻璃基纳米孔的制备提供理论依据.模拟结果首次揭示了5 nm尺度纳米玻璃管拉伸过程的应力应变关系;统计了不同应变率下的纳米玻璃管内、外径的变化规律.结果显示:纳米玻璃管内径在弹性变形阶段收缩较快,塑性变形阶段收缩相对较慢,断裂过程中纳米玻璃管停止收缩,其管径不变.基于上述规律可知,在应变率越低的情况下,弹性变形和塑性变形阶段相对越长,越有利于纳米玻璃管的收缩.最后通过一维拉伸进给系统实验对上述模拟规律进行验证.文章对熔融纳米玻璃管拉伸成型影响因素的分析,对实际加工制造过程具有指导意义.     

近场光学中的分子动力学研究以及在生物医学中的应用(摘要)

近年来 ,国际学术界正在利用光与分子间的相互作用 ,积极地展开生物学、医学诊断等领域的研究 .人们试图利用光的特性对生物分子的光机能特性进行系统的研究 ,从中掌握其规律 ,应用到生物医学和医学诊断等领域 .尤其是在对生物分子 (如生物代谢分子、免疫分子和 DNA遗传基因等 )的检测和医学诊断过程中 ,怎样有效地提高检测灵敏度、简化繁琐的操作过程始终是光学、分子生物学和生物医学等交叉学科领域中的重要课题 .“近场光学中的分子动力学研究以及在生物医学中的应用”是以光学应用为中心 ,结合物理学、化学和生物学等学科展开的基础和应用研究 .该研究以光、纳米和生物分子三者间相互作用的基础研究为背景 ,从理论和实验上论证了纳米分散系中生物分子与金属纳米粒子相互作用过程以及系统静电平衡机理和近场中分子动力学现象之间的关系 ;光与金属纳米微粒子相互作用过程中纳米近场现象以及纳米近场的能量分布规律 ;生物分子在光、纳米近场作用下的分子动力学增强散射的机理以及分子动力学增强共鸣散射的规律 .同时 ,本文提出了纳米近场中的生物医学诊断新方法 :“纳米分散系中的近红外免疫反应动力学增强分光法”、“纳米分散系中的生化学免疫反应动力学共鸣增强分光法”以及“DNA分子检测方法”     

塑料成型的注射模具设计

介绍塑料模具注射成型设计过程注意事项,分析塑件工艺性,塑件工艺分析以塑件制作要求和生产要求、塑件品种结构特点、塑件尺寸精度分析、塑件表面质量分析、塑件结构工艺性分析、塑件使用性能,然后选择参数符合的注塑机,确定注塑机,进行模具注射结构设计,确定分型面,确定型腔数目及型腔排列及浇注部位安排、成型结构设计、抽芯机设计、推出机设计、排气设计、冷却设计、标准模架定位,最后对成型工件数据计算,订制工艺参数,注射成型是最重要的塑料成型方法之一,如何提高注射成型技术水平,生产出高精度的塑料制品,除应考虑一般模具设计事项外,还要特别考虑成型收缩率误差、成型变形、脱模变形。     

共注射成型中芯/壳层材料黏度比对追赶距离的影响

在塑料共注射成型中,芯/壳层材料分布是衡量制品质量的主要指标,当芯层熔体前沿突破壳层熔体前沿时形成前端突破,前端突破是导致废品的主要原因。成型过程中芯/壳层材料黏度比是影响材料充填和最终分布的最主要的因素。文中采用计算机辅助工程(CAE)软件对不同的芯/壳层材料组合进行共注射模拟分析,研究了不同的芯/壳层材料黏度比对充填过程中芯层熔体和壳层熔体前沿推进距离的影响,获得了芯/壳层材料黏度比对共注射成型过程中芯/壳层前沿距离演化的影响规律。     

基于数值模拟的注塑模熔体前沿速度优化

在注塑成型的过程中,非均匀的熔体前沿充填速度将导致非一致的取向,以及非均匀收缩和翘曲变形,理想的充填模式应尽可能使熔体在充填过程中保持熔体前沿速度为常数.文中将数值模拟技术与遗传算法相结合用于注塑成型熔体前沿速度的优化,确定螺杆行程中的最佳分段控制点,以及控制点处的注射体积流率或螺杆速度的最优值以获得均匀一致的熔体前沿速度.数值分析采用广义的Hele-Shaw流动模型,耦合利用有限元/有限差分来求解控制方程,并利用控制体积概念实现熔体前沿的自动更替和推进.算例表明,优化的工艺条件设置可以使熔体前沿速度的均匀性提高50%左右.     

二次注射成型光学制件厚度截面的残余应力分析EI北大核心CSCD

采用光弹法定量对比分析一次注射成型与二次注射成型光学制件在厚度截面上的残余应力。结果表明,一次注射成型和二次注射成型光学制件的截面残余应力分布均为双抛物线状,但后者的应力水平大于前者。同时,二次注射成型的PC/PC和PMMA/PMMA在界面处两侧的低应力层和零应力层消失,相反地,两层的界面处存在高应力峰。另外,与PMMA或PMMA/PMMA的双抛物线应力分布截然不同,PC/PMMA和PMMA/PC复合制件的PMMA层的残余应力表现为沿PMMA外侧面向界面方向逐渐增大的趋势。此外,PC和PMMA的注射顺序对二次注射成型复合制件的残余应力具有显著影响,主要体现在界面处和整个PC层。PC/PMMA的界面处应力明显高于PMMA/PC,且前者PC层靠近界面处仍存在低应力层和零应力层,而后者不存在此两种应力层。     

Pickering乳液技术制备纤维素纳米纤丝-还原氧化石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯电磁屏蔽复合材料

利用纤维素纳米纤丝（CNF）和氧化石墨烯（GO）共稳定的含有聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的Pickering乳液法,并经抽滤、还原、热压等工艺制备高性能的纤维素纳米纤丝-还原氧化石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯（CNF-rGO/PMMA）电磁屏蔽复合材料。通过调节油相中聚合物的质量浓度、水油体积比,从而调控GO在复合材料中的质量分数。研究GO还原方式、质量分数及热压过程对所制备的CNF-rGO/PMMA电磁屏蔽复合材料的形貌结构与性能的影响。CNF-rGO/PMMA电磁屏蔽复合材料中GO经水合肼处理后有效还原为rGO,热压工艺使包裹在PMMA颗粒外的CNF-rGO片层与PMMA颗粒紧密堆积并形成交联的三维导电网络从而具有优异的导电率,在X波段不同频率（8.2~12.4 GHz）下具有良好的电磁屏蔽效能及稳定性,电磁屏蔽效能可达20 dB以上,可用于民用电磁屏蔽材料。      

卷对卷纳米压印脱模过程的有限元模拟

本文提出卷对卷纳米压印脱模的两种形式并分析了脱模过程中的阻力.选取垂直于光栅形微结构的截面作为研究对象,忽略脱模过程中旋转角度的影响,将模板上微结构当作竖直平移脱离胶层的方式来处理,利用ANSYS有限元软件模拟了卷对卷脱模过程中不同位置的变形和等效应力分布.结果显示脱模过程中出现两处应力集中,且应力集中处的最大应力在脱模刚发生时出现波动,随后逐渐增大.     

集成悬臂梁/探针阵列在PMMA薄膜上微纳摩擦的尺寸和温度效应

在徽纳米尺度下,摩擦行为受到针尖尺寸和温度两个重要参数的影响。本研究利用基于Si的微加工制造技术制作了三种不同尺寸并且具有加热功能的悬臂梁探针阵列,用来研究在聚合物PMMA薄膜上摩擦的针尖尺寸效应和温度效应。在PMMA薄膜中存在着两种显著的结构转变过程,包括玻璃态转变（α）和结构驰豫过程（β）,这两个过程一直是目前人们广泛研究的热点。本次实验中通过加热针尖从摩擦的变化中检测到PMMA薄膜中的玻璃转变过程和结构驰豫过程,实验结果清楚表明了徽纳摩擦中针尖的尺寸和温度的效应。     

纳米压印连续脱模与分段脱模数值模拟研究

纳米压印中模板和胶层的脱离是关系到纳米压印质量好坏的关键过程。本文利用Ansys有限元软件对纳米压印的脱模过程进行连续脱模和分段脱模数值模拟,研究胶层脱模过程中的性态变化。获得胶层截面的有效应力分布和最大有效应力随脱模距离不同的发展变化趋势。结果显示连续脱模过程时胶层内最大有效应力总趋势降低,但有波动。为优化脱模过程,本文将脱模位移分为五个阶段进行分段脱模,研究表明分段脱模应力小于连续脱模,更利于保护模板和胶层,减小损耗。