基于超聲外場的微注塑成型中粘性耗散的研究.pdf

1、隨著微機電系統(tǒng)(MEMS)技術的不斷發(fā)展和生產工藝的持續(xù)優(yōu)化，微型元器件在電子制造、航空航天、生物醫(yī)療等諸多領域的應用與日俱增，對其成型質量和尺寸精度的要求也日趨嚴格。而作為微型塑件重要生產手段的微注塑成型技術因其具有成型工藝簡單、生產成本低、加工效率高、塑件質量穩(wěn)定等優(yōu)點受到學者們越來越廣泛的關注。
　　與傳統(tǒng)注塑成型技術相比，微注塑成型中由于塑件結構尺寸微小，通道表面積與體積比及長度與直徑之比大，進入模具型腔的聚合物熔體及其攜

2、帶的熱量少，由此帶來的微尺度效應，如粘性耗散、壁面滑移、對流換熱和表面張力等，影響了熔體在微小通道中的流變行為，導致微塑件成型質量、加工效率等難以達到要求。
　　本文在深入分析微注塑成型技術特點及超聲波對聚合物熔體作用機理的基礎上，運用高分子材料學、粘性流體力學、聚合物流變學、超聲學等相關理論知識，通過數(shù)學建模、數(shù)值模擬和實驗測量相結合的手段，對微注塑充模流動過程中熔體的粘性耗散進行了研究;并探究在超聲外場的作用下超聲振動頻率、功

3、率與工藝參數(shù)耦合作用對熔體粘性耗散的影響規(guī)律和作用機理。
　　首先，基于傳統(tǒng)注塑成型中聚合物熔體流動基本方程，結合微注塑成型充模流動特點，推導出了微尺度下關于壓力變化的粘性耗散數(shù)學模型;并以周期性變化的壓力場來代替超聲外場作用，建立了超聲振動對微注塑成型過程中粘性耗散效應數(shù)學模型。其次，應用FLUENT軟件對PP和HDPE熔體以不同工藝參數(shù)，流經不同截面尺寸矩形微通道時，由粘性耗散效應引起的出口熔體溫升值進行了數(shù)值模擬。最后，通過

4、自行設計搭建的超聲振動微注塑實驗平臺在不同工藝參數(shù)和超聲參數(shù)下，由粘性耗散引起的微通道出口熔體溫升值進行了測量。
　　實驗及模擬結果均表明，微通道長度一定時，隨著入口速度、溫度的增大及截面尺寸的減小，粘性耗散作用逐漸減弱。相同工藝參數(shù)下，提高超聲振動功率和頻率均使得微通道中聚合物熔體流動時粘性耗散作用增強，出口溫度升高。對比實驗與模擬結果還發(fā)現(xiàn)，熔體流經微通道過程中，其出口熔體溫升是粘性耗散與通道壁面熱傳導綜合作用結果，實際粘性耗