聚合物类固态微热压印过程中本构关系的研究
发布时间：2021-03-23 19:44
目前,微纳光学器件、流体器件、微反应器、微散热器等功能器件,以及超疏水材料、抗光反射材料、导电/导热复合材料等功能材料在生物医学,汽车制造,信息通讯等众多领域已有越来越多的应用。微热压印方法作为典型的聚合物微纳制造技术之一,是推动“中国制造2025”创新发展,持续进步的源泉与动力。在聚合物微纳制造快速发展的背景下,在类固态等温热压印方法缩短热压印周期的研究基础上,本文以实验、模拟与理论分析相结合的研究方法,针对类固态微压印过程中存在的一系列复杂本构关系等机理性的基础科学问题,通过纳米压痕实验、蠕变实验、应力松弛实验,微结构热压印实验,建立本构模型,松弛模型,以及DEFORM、ABAQUS有限元模拟等研究手段,探究类固态微压印充模、保压、脱模不同阶段的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）材料的本构关系,应力松弛特性对微结构制品复制精度的影响规律。通过PMMA类固态热压温区的纳米压痕实验结果,建立一阶单指数本构模型,以表征类固态温度区的应力应变关系。并将其用于DEFORM模拟软件材料属性的确定,进行了类固态微纳压印充模过程的数值模拟,进而合理优化压印工艺参数。使用自行搭建的拉压蠕变松弛仪进行PMM...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－３非晶态聚合物热机械曲线图??Ｆｉ．?１－３?Ｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ａｍｏｒｈｏｕｓｏｌｍｅｒ??
以上所述为宏观压印步骤，另外从微观一分子运动的角度可以解释其原理。分子??结构一一分子运动一一宏观材料性能，环环相扣。整个热压过程实际上就是分子键长??键角，支链，链段等不断做热运动的结果。如图１－３非晶态聚合物热机械曲线图所示，??给聚合物片材升温至作以上后，由玻璃态逐渐转变为高弹态，原本冻结的链段被解??冻，能量增加，分子热运动能量能够克服内旋转的位垒，链段运动被激化，从一种构??象过渡到另一种构象，部分链段开始滑移。在这个过程中，聚合物应力松弛、蠕变、??应力应变，其存在的内在关系，以及对聚合物微热压印的影响，需要进一步深入探索??和研宄。??料态：５?Ｉ高祥态一枯流态??：态?Ｉ态?／??｜转Ｉ?；转Ｉ?／??Ｓ?Ｉ?￥?ｉ?Ｗ??Ｉ?乂—－Ｔ１??１／！?ｉ?ｉ????ｉ?ｉ?Ｉ???Ｔｇ温度Ｔｆ??图１－３非晶态聚合物热机械曲线图??Ｆｉｇ．?１－３?Ｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ａｍｏｒｐｈｏｕｓ?ｐｏｌｙｍｅｒ??４??
Ｓ＾＞ｒｉｕｇ?ｃａｖｉｔｙ??ｉＱ〇??图１－４镀银的ＰＭＭＡ复制品扫描电子显微镜图??Ｆｉｇ．?１－４?ＳＥＭ?ｐｉｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ａ?ｓｉｌｖｅｒ?ｐｌａｔｅｄ?ＰＭＭＡ?ｒｅｐｌｉｃａ??Ｓｅａｎ?Ｍｏｏｒｅ，Ｊｕａｎ?Ｇｏｍｅｚ等人［３４］通过热压印在聚合物基底上制造微透镜阵列，通??过Ｔａｇｕｃｈｉ方法分析所研宄的工艺参数（包括温度，压印压力和保压时间）的影响，??以确定具有不同高度和直径的微透镜阵列的有效加工条件。同时，提出了改善微米阵??列结构表面缺陷的有效方法。另外，通过实验数据表明，保压时间这一参数对微透镜??制品复制精度影响程度最大，其次是温度和压力。如下图丨－５为所压制的微透镜阵列??的立体图像。??＿??图１－５所压制的微透镜阵列的立体图像??Ｆｉｇ．?１－５?Ａ?ｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ａ?ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ?ｍｉｃｒｏｌｅｎｓ?ａｒｒａｙ??Ｙｏｎｇ?Ｈｅ，?Ｊｉａｎ－Ｚｈｏｎｇ?Ｆｕ等人［３５］认为聚合物微热压印过程中大量的工艺参数及其??耦合，是难以定量分析各参数的影响。所以采用有限元法（ＦＥＭ）来模拟热压印工艺??的压印、冷却、脱模三个步骤
【参考文献】：
期刊论文
[1]样品制备方式对测定高分子材料纳米压痕硬度的影响[J]. 杨化浩,者东梅,朱天戈,武鹏,罗莎. 塑料工业. 2016(08)
[2]聚合物微纳制造技术[J]. 孙靖尧,吴大鸣,刘颖,庄俭,许红,郑秀婷,赵中里. 橡塑技术与装备. 2016(10)
[3]微热压成型脱模缺陷分析及其脱模装置[J]. 贺永,傅建中,陈子辰. 机械工程学报. 2008(11)
[4]聚合物微结构热压成形温度有限元分析[J]. 徐敏,罗怡,王晓东,李楠,刘冲. 传感技术学报. 2006(05)
[5]纳米硬度技术的发展和应用[J]. 张泰华,杨业敏. 力学进展. 2002(03)
[6]松弛模量与蠕变柔量的实用表达式[J]. 张为民. 湘潭大学自然科学学报. 1999(03)
硕士论文
[1]聚合物微结构平板热压印成型工艺研究[D]. 杨振洲.北京化工大学 2015
[2]聚酰亚胺纤维蠕变性能研究[D]. 贾桂荣.哈尔滨工业大学 2014
[3]聚甲基丙烯酸甲酯/石墨烯纳米复合材料的纳米压痕研究及介电行为分析[D]. 姜岸.北京化工大学 2012
[4]固态高聚物动静态黏弹性的实验研究[D]. 李其抚.湘潭大学 2009
本文编号：3096324
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－３非晶态聚合物热机械曲线图??Ｆｉ．?１－３?Ｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ａｍｏｒｈｏｕｓｏｌｍｅｒ??
以上所述为宏观压印步骤，另外从微观一分子运动的角度可以解释其原理。分子??结构一一分子运动一一宏观材料性能，环环相扣。整个热压过程实际上就是分子键长??键角，支链，链段等不断做热运动的结果。如图１－３非晶态聚合物热机械曲线图所示，??给聚合物片材升温至作以上后，由玻璃态逐渐转变为高弹态，原本冻结的链段被解??冻，能量增加，分子热运动能量能够克服内旋转的位垒，链段运动被激化，从一种构??象过渡到另一种构象，部分链段开始滑移。在这个过程中，聚合物应力松弛、蠕变、??应力应变，其存在的内在关系，以及对聚合物微热压印的影响，需要进一步深入探索??和研宄。??料态：５?Ｉ高祥态一枯流态??：态?Ｉ态?／??｜转Ｉ?；转Ｉ?／??Ｓ?Ｉ?￥?ｉ?Ｗ??Ｉ?乂—－Ｔ１??１／！?ｉ?ｉ????ｉ?ｉ?Ｉ???Ｔｇ温度Ｔｆ??图１－３非晶态聚合物热机械曲线图??Ｆｉｇ．?１－３?Ｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ａｍｏｒｐｈｏｕｓ?ｐｏｌｙｍｅｒ??４??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]样品制备方式对测定高分子材料纳米压痕硬度的影响[J]. 杨化浩,者东梅,朱天戈,武鹏,罗莎. 塑料工业. 2016(08)
[2]聚合物微纳制造技术[J]. 孙靖尧,吴大鸣,刘颖,庄俭,许红,郑秀婷,赵中里. 橡塑技术与装备. 2016(10)
[3]微热压成型脱模缺陷分析及其脱模装置[J]. 贺永,傅建中,陈子辰. 机械工程学报. 2008(11)
[4]聚合物微结构热压成形温度有限元分析[J]. 徐敏,罗怡,王晓东,李楠,刘冲. 传感技术学报. 2006(05)
[5]纳米硬度技术的发展和应用[J]. 张泰华,杨业敏. 力学进展. 2002(03)
[6]松弛模量与蠕变柔量的实用表达式[J]. 张为民. 湘潭大学自然科学学报. 1999(03)
硕士论文
[1]聚合物微结构平板热压印成型工艺研究[D]. 杨振洲.北京化工大学 2015
[2]聚酰亚胺纤维蠕变性能研究[D]. 贾桂荣.哈尔滨工业大学 2014
[3]聚甲基丙烯酸甲酯/石墨烯纳米复合材料的纳米压痕研究及介电行为分析[D]. 姜岸.北京化工大学 2012
[4]固态高聚物动静态黏弹性的实验研究[D]. 李其抚.湘潭大学 2009
本文编号：3096324
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