陣列化微圓柱微流控芯片注塑關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、聚合物微流控芯片是一種典型的微結(jié)構(gòu)制品，尺寸跨度較大，注塑成型過程中不僅要克服收縮、翹曲變形和燒焦等宏觀成型缺陷，而且還要避免微結(jié)構(gòu)的復(fù)制不完全、破損等微觀缺陷。因此，研究復(fù)雜微結(jié)構(gòu)制品的注塑成型工藝對微流控芯片技術(shù)及微注塑成型技術(shù)的發(fā)展都具有十分重要的現(xiàn)實意義。本研究對象為具有微圓柱陣列的微流控芯片，微流控芯片長100mm、寬16mm、厚1.5mm、側(cè)壁厚0.5mm，在表面寬為2mm的矩形區(qū)域內(nèi)有序地分布著13000多個直徑50μm高

2、15μm的圓柱，并且在高為6.23mm的梯形區(qū)域內(nèi)分布著1000多個直徑100μm高50μm的圓柱。本文重點研究注塑成型工藝參數(shù)對微圓柱陣列成型質(zhì)量的影響規(guī)律，并且研究微流控芯片產(chǎn)生翹曲變形的原因及影響規(guī)律，提出解決方案。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、磐ㄟ^單因素試驗研究熔體溫度、模具溫度和注射速度等工藝參數(shù)對具有微圓柱陣列的微流控芯片的注塑成型質(zhì)量的影響規(guī)律。試驗中依次改變各工藝參數(shù)，觀察微圓柱成型質(zhì)量及微流控芯片宏觀翹曲變形量的變

3、化規(guī)律，確定各工藝參數(shù)的取值范圍。
　　⑵利用單因素試驗結(jié)果及Minitab軟件設(shè)計六因素五水平正交試驗表及試驗方案。以減小微流控芯片宏觀翹曲變形和控制微圓柱成型高度為優(yōu)化目標，利用Minitab軟件處理試驗數(shù)據(jù)，并且對主要工藝參數(shù)進行交互作用分析。試驗發(fā)現(xiàn)模具溫度和注射速度是影響微圓柱成型質(zhì)量和微流控芯片宏觀翹曲變形量的主要因素，熔體溫度是次要因素，熔體溫度和注射速度對微流控芯片成型質(zhì)量有明顯的交互作用。
　　⑶利用正交試

4、驗優(yōu)化的工藝參數(shù)進行短射試驗。首先，注射量不變，通過改變注射速度觀察熔體流動前沿的變化，研究注射速度與熔體流動形態(tài)之間的關(guān)系，確定注射速度取值范圍;其次，注射速度不變，改變注射量觀察制品形狀，研究注射量與制品成型區(qū)域及缺陷位置之間的關(guān)系，再依據(jù)微流控芯片的結(jié)構(gòu)，確定采用3級注射成型工藝及初步確定速度轉(zhuǎn)換的位置。最后，通過調(diào)整注射速度進行充填試驗，觀察微圓柱成型高度及微流控芯片宏觀翹曲變形量的變化規(guī)律，初步確定注射速度的取值范圍。