超聲波對微流控芯片注塑成型質(zhì)量影響的研究.pdf

1、當(dāng)聚合物微流控芯片的微溝槽橫截面為矩形并且具有較大的深寬比時(shí)，由于聚合物熔體的粘度隨溫度下降而迅速增高，使得單一的微注塑成型方法容易在充模過程中發(fā)生聚合物熔體在模具型腔鑲塊的微結(jié)構(gòu)凸起的根部處的充填流動性差，難以對型腔鑲塊微結(jié)構(gòu)凸起的根部直角實(shí)現(xiàn)高精度復(fù)制。如何克服微尺度效應(yīng)而成型出質(zhì)量穩(wěn)定的微結(jié)構(gòu)塑件已成為微注塑成型技術(shù)研究領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問題，為此本文以微流控芯片為研究對象，將超聲波引入微注塑成型過程，以改善微結(jié)構(gòu)制品的注塑成型質(zhì)

2、量為目標(biāo)，進(jìn)行了以下研究工作。
　　首先分析了國內(nèi)外的已有研究成果，探討微觀尺度下聚合物熔體的流動行為，研究各種微尺度現(xiàn)象對微結(jié)構(gòu)充填的影響，以及微注塑過程中不同于宏觀注塑的現(xiàn)象，如壁面滑移、粘性耗散等很多宏觀下能忽略的現(xiàn)象，在微尺度情況下會對熔體的流動造成很大影響，對微結(jié)構(gòu)填充影響很大，不可忽略。并介紹成型微流控芯片的不同方法，對比不同方法的優(yōu)劣，以及超聲波應(yīng)用于微注塑成型過程的進(jìn)展。
　　其次，設(shè)計(jì)了超聲波輔助微注塑成型

3、模具，將超聲振子直接作為模具型腔的一部分，利用超聲波的高頻振動作用，改變聚合物熔體的分子取向，降低聚合物熔體粘度，促進(jìn)聚合物熔體的充模流動與對模具型腔微結(jié)構(gòu)處的填充。設(shè)計(jì)了微溝槽深、寬尺寸為80μ m×100μ m的聚合物微流控芯片，分別以UV-LIGA方法和微細(xì)電火花技術(shù)制作模具型腔的微結(jié)構(gòu)鑲塊。并通過Moldflow模流分析軟件對模具型腔的充填過程進(jìn)行了模擬;通過Ansys軟件對關(guān)鍵零件超聲振子進(jìn)行了受力分析。
　　最后，對于

4、將微結(jié)構(gòu)鑲塊與靜止的定模鑲塊進(jìn)行固定連接以及將微結(jié)構(gòu)鑲塊與動模一側(cè)的超聲振子進(jìn)行固定連接的這兩種成型方案，通過超聲輔助微注塑成型實(shí)驗(yàn)，分別研究了模具微結(jié)構(gòu)鑲塊在靜止和發(fā)生超聲振動的狀態(tài)下，對注塑制品微結(jié)構(gòu)成型質(zhì)量的影響。研究了注塑工藝參數(shù)的變化對微結(jié)構(gòu)復(fù)制度的影響，其中主要研究了超聲波參數(shù)的變化對模具微結(jié)構(gòu)型腔填充程度的影響，探索了超聲波參數(shù)對聚合物微流控芯片微結(jié)構(gòu)成型質(zhì)量的影響規(guī)律。通過改變工藝參數(shù)組合，進(jìn)行試驗(yàn)，以得到高質(zhì)量、滿足使