工藝參數(shù)對聚丙烯微圓柱陣列充填性的影響研究.pdf

1、伴隨著微機系統(tǒng)(MEMS)和微系統(tǒng)(MST)技術(shù)的發(fā)展，微注塑成型作為一種重要的加工方法受到行業(yè)的高度重視，成型技術(shù)逐漸成熟。微注塑成型制品廣泛應(yīng)用在航空、醫(yī)療、自動化、汽車工業(yè)、光學(xué)以及日常生活等領(lǐng)域，其制造低成本、材料適應(yīng)性廣、幾何形狀和尺寸適應(yīng)性好、可連續(xù)化和自動化生產(chǎn)等特點，具有很好的技術(shù)及應(yīng)用前景。目前關(guān)于微注塑成型技術(shù)的研究主要集中在微注塑成型設(shè)備、微型模具的制造加工、微成型材料的選取、微成型過程中工藝的控制、微成型理論及數(shù)

2、值模擬分析和微制品質(zhì)量表征等方面。
　　 本文采用等規(guī)聚丙烯(iPP)為原料，以具有微圓柱陣列的微制品為研究對象，采用高聚物成型模擬技術(shù)與成型實驗相結(jié)合的方法考察工藝參數(shù)對微結(jié)構(gòu)制品充模時熔體流動規(guī)律的影響。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　 (1)產(chǎn)品模型，運用Pro/E三維繪圖軟件設(shè)計和繪制出微圓柱陣列結(jié)構(gòu)制品的三維模型，基板尺寸為16mm×12mm×3mm，微圓柱直徑為500μm，圓柱之間的距離為2mm;運用Moldf

3、low數(shù)值分析軟件對制品進行充填過程的數(shù)值模擬，在進行模擬之前，先對制品進行網(wǎng)格劃分，為了分析的準(zhǔn)確性，網(wǎng)格劃分的均勻性非常重要，因此采用Hypermesh網(wǎng)格處理軟件對模型進行劃分網(wǎng)格，對型腔和微結(jié)構(gòu)采用不同的網(wǎng)格劃分策略，基板網(wǎng)格邊長為0.5mm，微圓柱網(wǎng)格邊長為0.1mm，然后將模型導(dǎo)入Moldflow軟件中進行澆注系統(tǒng)的創(chuàng)建以及模擬分析，通過制品的填充分析得出設(shè)定的澆注系統(tǒng)合理性，熔體在基板內(nèi)的流動前沿成噴泉狀，與傳統(tǒng)注射成型的

4、流動方式一致，微圓柱充填高度變化與注射速度關(guān)系比較大，隨著注射速度的增加而增大。充填過程中產(chǎn)生的氣穴主要分布在微圓柱頂端或基板邊緣，因此微圓柱頂端的排氣處理比較重要。熔體在微圓柱內(nèi)流動前沿形狀由斜坡狀逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榍蚬跔?，網(wǎng)格劃分節(jié)點分布限制了熔體流動前沿的推進位置和形狀，微圓柱前沿形狀變化受注射速率影響較小。
　　 (2)設(shè)計加工了微圓柱陣列制品的注塑成型模具，采用主體結(jié)構(gòu)和鑲塊結(jié)構(gòu)相分離的模式，便于鑲塊的更換及提高模具的整體使用

5、壽命，考慮到型腔內(nèi)殘存氣體對制品充填的影響，故在鑲塊的設(shè)計中增加了排氣設(shè)置，使微注塑機在注塑時不需要提前對模具進行抽真空，在快速充模時，型腔內(nèi)的殘存氣體迅速排除，避免了因型腔內(nèi)壓力迅速上升造成的微圓柱燒灼或存在氣泡等缺陷，脫模方式為傳統(tǒng)的頂出方式，模板和頂出機構(gòu)可以用傳統(tǒng)的金屬加工方法制造，模架及鑲塊采用機加工和電火花加工完成，模具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、簡潔。
　　 (3)微圓柱陣列制品的實驗研究，采用微注射成型機進行試樣加工，用生

6、物切片機制樣，通過偏光顯微鏡觀察微圓柱的形貌、測量微圓柱的高度。制品在注塑充填過程中，前期主要以充填基板為主，微圓柱高度變化比較穩(wěn)定，當(dāng)基板充填完成后，型腔壓力增大導(dǎo)致微圓柱迅速充填完成;隨著注射速度的增大，前期微圓柱的高度有所提高，同時相同充填階段微圓柱的充填高度不斷升高。首排微圓柱的高度變化不僅跟注射速度有關(guān)，還與熔體流動前沿流經(jīng)微圓柱的距離有密切關(guān)系。熔體在流經(jīng)微圓柱處，由于模壁、慣性、熔體速度等影響，產(chǎn)生了渦流現(xiàn)象，導(dǎo)致微圓柱的