微量注塑机的现状与发展趋势

微注射成型技术是微结构零件最主要的成型方式,受到了人们高度重视,微结构零件迅速发展对微量注塑机带来了新的挑战。阐述了微注射成型技术的产生背景,分析了微注射成型技术对注射设备的特殊要求,从微量注塑机的螺杆式、柱塞式和螺杆柱塞混合式塑化与注射单元机构和液压、电动和电液复合驱动方式等方面介绍了当前微量注塑机的发展现状并比较了它们的优缺点,分析了微量注塑机面临的挑战并展望了微量注塑机的发展趋势。     

接触热阻对注塑成型冷却阶段温度场影响

基于制件与模具间接触热阻,建立了注塑成型冷却阶段传热的数学模型。采用数值模拟软件对结晶性材料聚丙烯(PP)和无定形材料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的注塑成型冷却阶段进行温度场仿真分析,研究了制件厚度及界面环境对制件温度场的影响。结果表明,接触热阻对于聚合物冷却过程的温度场和冷却时间会产生很大的影响,而且随着聚合物厚度变小,效果会更加显著,接触热阻的影响程度因材料而异。仿真分析过程中,考虑接触热阻能够更加准确的预测冷却阶段的温度场。     

聚合物微流控芯片的注射成型

针对注塑成型微流控芯片过程中出现翘曲变形和微通道复制精度不高等缺陷,采用正交分析法,仿真优化了芯片厚度方向上的翘曲变形;基于翘曲优化结果,实验研究了微注射成型微流控芯片过程中模具温度、熔体温度和注射速度对微通道变形的影响。结果表明,保压时间和保压压力对微流控芯片的翘曲变形影响最大,而模具温度对微通道变形影响最为显著。采用优化的工艺参数,所成型的芯片微通道具有较高的复制度,无明显翘曲变形,可满足使用要求。     

注射成型模具电磁感应加热技术

阐述注射成型模具电磁感应加热技术的原理及模外感应加热和模内感应加热的实现方式,着重介绍当前常用的机械手辅助感应加热、模芯通电感应加热、感应加热管加热、模具内置线圈感应加热和模芯内嵌线圈感应加热的方法,并分析了各种方法的优缺点,展望了电磁感应加热在注射成型模具上的发展趋势。     

基于黏弹性模型的PMMA微流控芯片模内键合微通道变形研究

针对聚合物微流控芯片模内键合过程中微通道变形的问题,采用黏弹性材料模型对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微流控芯片模内键合过程中具有梯形截面的微通道变形进行了仿真分析;研究了在105℃下,芯片微通道在不同键合压力和键合时间下微通道的变形。结果表明:微通道不能保持键合前的尺寸,温升对微通道变形影响很小;微通道顶部与两侧的黏合使得微通道顶部宽度和微通道高度变形远大于底部宽度变形,并随着键合压力的增大而增大;当键合时间超过50 s后,键合时间对微通道变形影响很小,可以采用较长的键合时间来保证键合强度而不影响微通道形貌。     

微流控芯片注射成型流动平衡数值模拟分析

针对微流控芯片模内键合的动作要求,设计了浇注系统,并进行了微流控芯片流动平衡的充填仿真研究,对模具的浇注系统的尺寸进行了优化,研究结果表明:盖片的浇口尺寸对流动平衡的影响非常小,基片分流道高度对流动平衡影响较显著。随着基片分流道高度的减小,基片与盖片的充填时间越来越接近,当基片分流道高度降至1.5mm时,基片与盖片的充填时间只相差0.003 1 s,流动不平衡率仅有2.5%。     

基于CAE的厚壁塑件注塑工艺参数优化

利用Moldflow软件对某厚壁塑料制件的注射成型过程进行分析,选取反映制品收缩与翘曲的多个评价指标,结合正交实验法,优化充填时间、熔体温度、保压时间、保压压力、冷却时间等工艺参数,通过均值分析与极差分析研究各因素对各评价指标的影响,并通过综合评分法得到一组最佳的工艺参数。结果表明,增加保压时间与保压压力能减小产品的收缩和翘曲,且得出的最佳工艺组合为注射时间为2.5 s,熔体温度为280 ℃,保压时间为130 s,保压压力为110 MPa,冷却时间为40 s,该工艺下产品的质量疏松度、体积收缩率、平面误差、翘曲分别降低了6.66 %、7.90 %、12.5 %、20.83 %,产品整体成型品质得到有效提高。     

界面传热对薄壁注塑成型质量的影响

利用数值模拟方法,研究了熔体与模具间界面传热对注塑成型制件质量的影响情况。研究结果表明,薄壁制件的翘曲量会随着传热强度的增大而增加,且其影响程度因聚合物材料而异;另外,随着薄壁制件厚度的减小,熔体与模具间界面传热强度对薄壁制件翘曲量的影响变得越显著;采用低导热模芯或采用隔热涂层的方式降低熔体与模具间的传热强度,可以改善薄壁注塑成型翘曲现象,为改善薄壁件注塑成型质量提供了新思路。     

薄壁塑件注射压缩成型热残余应力仿真研究

使用Moldflow MPI/Injection-compression模块对薄壁塑件顺序注射压缩成型工艺进行了仿真,采用单因素试验研究了熔体温度、模具温度、延迟时间、压缩距离、压缩速度、压缩压力和保压压力对脱模后热残余应力的影响。仿真结果表明,顺序注射压缩成型薄壁制件热残余应力分布规律与常规注射成型相似,但是前者热残余应力较小且沿流动方向更为均匀;热残余应力随熔体温度、模具温度、压缩距离、压缩速度的增加而减小,随延迟时间和保压压力的增加而增大;压缩压力大于熔体流动阻力后,继续增大压缩力对热残余应力无影响。     

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。