超聲波對微流控芯片注塑成型質(zhì)量影響的研究.pdf

1、當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，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)凸起的根部直角實現(xiàn)高精度復制。如何克服微尺度效應而成型出質(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，進行了以下研究工作。
　　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，以及超聲波應用于微注塑成型過程的進展。
　　其次，設(shè)計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行了模擬;通過Ansys軟件對關(guān)鍵零件超聲振子進行了受力分析。
　　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驗，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，進行試驗，以得到高質(zhì)量、滿足使