微注射浇注系统对微制件熔接缝形成的影响的模拟研究

微塑件的需求逐年增加,微注射是批量生产高精度微塑件的主要手段,但与宏观注射方法相比,制件尺寸的微小化也给微注射在理论、工艺、设备、检测等方面带来了难题.浇注系统、熔接缝的位置和数目是影响微制件质量的主要因素,本工作就此进行了数值模拟,得出了微成型与传统注射成型工艺参数的差异.结果表明:微注射成型的温度、压力和速度均高于传统注射成型,微注射成型过程中温度是保证微注射能否顺利进行的关键,微注射成型的模具温度必须高于聚合物材料的玻璃化转变温度,因此对微注射成型必须进行有效温控.     

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。     

采用紫外光刻电铸技术的微型腔注塑成型

针对复杂微型腔制作的难点,基于紫外光刻电铸(UV-LIGA)技术和掩膜腐蚀的方法加工了细胞皿微型腔。以聚丙烯(PP)进行单因素充模流动工艺试验,通过极差分析,研究了注射速率、模具温度、熔体温度、保压压力和保压时间对微制品成型质量的影响规律。注射速率对提高充填率起主要作用,模具温度和熔体温度是次要因素,而保压压力和保压时间相对其它因素对充填质量影响较差,但必须保持在一个较高的水平。在获取优化工艺参数后,获得合格的制品。因此基于UV-LIGA技术和掩膜腐蚀的方法制作复杂结构微型腔对于微注塑成型是可行的。     

塑料微流控芯片的注塑成型

有别于传统的微流控芯片压塑成型方法,本文提出注塑成型加工塑料微流控芯片的新工艺.采用UV-LIGA技术制作成型微通道的型芯,设计制造了微流控芯片注塑模具.充模试验表明,如何使微通道复制完全是微流控芯片注塑成型的主要技术难点.模拟与理论分析表明,熔体在微通道处出现滞流现象是复制不完全的主要原因;搭建了可视化装置对此加以试验验证.利用正交试验方法进行充模试验,研究各工艺参数对微通道复制度的影响.试验表明模具温度对提高微通道复制度起决定性作用;注射速度和熔体温度是次要因素,而注射压力相对其他因素影响力较差,但必须保持在一个较高的水平.依此形成塑料微流控芯片的注塑成型工艺,对于宽80μm、深50μm截面的微通道而言,可使微通道复制度由70%提高到90%,满足使用要求.     

微结构塑件的注塑充填尺度效应

微尺度聚合物熔体流动具有明显的尺度效应,模具温度和注射速率是微注塑充填流动的关键影响因素。文中采用微细电火花铣削技术设计分别制造了一模八腔的带有200μm和300μm微孔的注塑模具。以聚丙烯(PP)进行单因素充模流动工艺实验,研究了模具温度和注射速率对直径为200μm和300μm微圆柱充填高度影响规律。结果表明,当模具温度为30℃和注射速率为60%时,直径200μm微圆柱孔的充填高度小于直径300μm微圆柱孔的充填高度,且Ⅰ型腔的微圆柱充填高度大于Ⅱ的充填高度。随着模具温度升高和注射速率增加,2种微孔充填高度差在减小,Ⅰ型腔和Ⅱ型腔之间的充填高度差值也在减小。可见,升高模具温度和增加注射速率可以减少微尺度效应对微圆柱孔充填高度的影响,同时,还可以减小流动不平衡程度。     

微注射成型研究进展

微注射成型是一种低成本大规模复制聚合物微制件的有效方法。文中从微结构特征复制性能、工艺参数的分析和优化、模具表面光洁度对聚合物流动行为的影响、过程建模与仿真、微注射成型的熔接痕缺陷以及微塑件的组织形态与力学性能等方面阐述微注射成型的最新研究进展。最后指出开发特殊微注射成型技术、新型微模具加工技术,以及将微注射成型与其他微纳加工技术集成,制作多种材料复杂功能微系统将成为今后的研究方向和发展趋势。     

注射工艺参数对PC/ABS材料制品收缩与翘曲的影响

将计算机模拟注射成型过程和实验优化设计相结合,提供了一套经济有效便捷的方法对各工艺参数进行定量的统计分析。选用L27(3^13)正交表设计实验,通过研究注射速率来判断流动引起的收缩;计算模具温度、熔体温度、保压压力与保压时间来确定热诱导的收缩;研究浇口尺寸来判断剪切热对PC／ABS塑料制品收缩的影响程度。以洗衣机上盖为例,以Taguchi实验方法为设计准则安排CAE分析,在制品关键部位采集收缩翘曲量,通过对因素与水平进行的方差分析和直观分析,最后得出熔体温度和保压压力对PC／ABS塑料制件的收缩翘曲影响最大。     

微注塑成型充模流动中的对流换热实验

微注塑成型中,聚合物熔体与微型腔壁面间的对流换热行为与常规注塑成型不同,对流换热系数也发生了变化。通过采用微模具和温度传感器,对聚丙烯(PP)、ABS和两种聚甲醛(POM)熔体,以不同注射速度填充厚度为0.510 mm和0.420 mm,表面粗糙度为0.062μm、0.393μm和0.695μm的不同微型腔时的模具温度分布进行测量,从而求得对流换热系数。结果表明,微注塑成型中对流换热系数,与聚合物材料热物理性质紧密相关,热物性参数值高的材料,对流换热系数也大;且随注射速度和型腔表面粗糙度的增加以及型腔厚度的减小而增大。     

注射成型工艺参数对聚碳酸酯残余应力的影响

采用正交实验法考察了不同注射成型工艺参数对聚碳酸酯(PC)残余应力的影响,结果表明:熔体温度对残余应力影响最大,冷却时间和模具温度次之,注射压力影响最小。熔体温度升高,分子链快速松弛,残余应力减小。同时试样浇口附近处的残余应力较大且分布集中,沿熔体流动方向,残余应力逐渐减小。对于不同成型工艺,残余应力的分布趋势基本相同。     

模具温度对高光注射成型制品表面沉降的影响

以自主设计的车载高光蓝牙外壳为例,对模具温度对高光注射成型制品表面沉降影响规律,相同及不同模温条件下其他成型参数对制品表面沉降影响规律进行成型模拟研究。结果表明:高光成型制品沉降指数明显小于普通成型,且随模具温度的升高呈准线性减小趋势;模具温度设定情况下,保压压力对制品沉降指数影响最大,熔体温度、注射压力和保压时间影响效应相当,冷却时间几乎不具影响;随着模具温度的逐步升高,制品沉降指数随熔体温度的升高、注射压力增大呈减小趋势,随着其他参数的变化则呈波动变化趋势,且均在塑料热变形温度附近达极限值。