工藝參數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，成型技術逐漸成熟。微注塑成型制品廣泛應用在航空、醫(yī)療、自動化、汽車工業(yè)、光學以及日常生活等領域，其制造低成本、材料適應性廣、幾何形狀和尺寸適應性好、可連續(xù)化和自動化生產等特點，具有很好的技術及應用前景。目前關于微注塑成型技術的研究主要集中在微注塑成型設備、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

2、值模擬分析和微制品質量表征等方面。
　　 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與成型實驗相結合的方法考察工藝參數對微結構制品充模時熔體流動規(guī)律的影響。主要研究內容及結論如下:
　　 (1)產品模型，運用Pro/E三維繪圖軟件設計和繪制出微圓柱陣列結構制品的三維模型，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數值分析軟件對制品進行充填過程的數值模擬，在進行模擬之前，先對制品進行網格劃分，為了分析的準確性，網格劃分的均勻性非常重要，因此采用Hypermesh網格處理軟件對模型進行劃分網格，對型腔和微結構采用不同的網格劃分策略，基板網格邊長為0.5mm，微圓柱網格邊長為0.1mm，然后將模型導入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定的澆注系統(tǒng)合理性，熔體在基板內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系比較大，隨著注射速度的增加而增大。充填過程中產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。熔體在微圓柱內流動前沿形狀由斜坡狀逐步轉變?yōu)榍蚬跔?，網格劃分節(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)設計加工了微圓柱陣列制品的注塑成型模具，采用主體結構和鑲塊結構相分離的模式，便于鑲塊的更換及提高模具的整體使用

5、壽命，考慮到型腔內殘存氣體對制品充填的影響，故在鑲塊的設計中增加了排氣設置，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，型腔內的殘存氣體迅速排除，避免了因型腔內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，模具整體結構設計合理、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，當基板充填完成后，型腔壓力增大導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，還與熔體流動前沿流經微圓柱的距離有密切關系。熔體在流經微圓柱處，由于模壁、慣性、熔體速度等影響，產生了渦流現象，導致微圓柱的