热塑性PMMA微流控芯片微注塑成型加工工艺探究
发布时间：2021-08-05 21:22
微流控技术是在几百微米甚至更小的通道中对流体进行操纵完成各种实验的技术。它能做到运用微量的样品或试剂进行具有高分辨率的分离和检测。而微流控芯片是实现微流控技术的重要装置。微流控芯片的加工材料、加工方法和降低通道内的粗糙度无疑是微流控技术发展中最关键的问题。而高分子材料具有来源广、品种多、易加工等优势受到了微流控芯片研究者的重视。同时其加工方法微注塑成型因为可以实现批量、连续生产,也引起微流控芯片制造者的关注。本文通过研究微流控芯片的注塑加工工艺,采用正交分析的方法确定熔体温度、模具温度、注射速度、保压压力对微流控芯片注塑成型过程中的影响顺序和最优注塑工艺,并取用在最优注塑工艺下成型的微流控芯片的进行液体混合实验和液滴成型实验。本文的主要研究内容及结论如下:（1）根据注塑模具加工精度和液滴生成装置以及液体混合装置的特点,确定液滴生成装置通道截面的尺寸为500μm×500μm,液体混合装置通道截面的尺寸为400μm×400μm。运用专业软件COMSOL进行了液体混合和液滴生成的仿真,由仿真结果证实当液滴生成装置的通道截面为500μm×500μm,分散相流体的速度为连续相流体的1/2时,微通...
【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】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?ＰＤＭＳ微流控芯片模塑成型［１力??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?ＰＤＭＳ?ｍｉｃｒｏ－ｆｌｕｉｄｉｃ?ｃｈｉｐ?ｍｏｌｄｉｎｇ??（３）热压法??
?北京化工大学硕士学位论文???放入基片??｜??抽真空、加热??预加压??｜??加压??赃、冷却??释放真空??ｉ?基片??完成??图１－２热压成型过程［１９１??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｓｃｈｅｍａ?ｏｆ?ｈｏｔ?ｅｍｂｏｓｓｉｎｇ??（４）注塑成型法??注塑成型法是最常用的生产塑料制品的方法，该方法是由注塑机与模具共同实现??的。随着机械精细加工的不断发展，模具中模芯的尺寸可以加工到微米级别，这使得??微流控芯片的加工开始向注塑方向发展。注塑时通过调节熔体温度、模具温度、注射??速度、保压压力等工艺参数可以批量化生产微流控芯片，与热压成型相比，注塑法加??工效率更高、成型速度更快，更加适合微流控芯片的批量生产。??（５）激光烧蚀法??激光烧蚀法是将高能量的激光束（ＵＶ、Ｃ０２等）与数控技术、ＣＡＤ／ＣＡＭ技术有??机结合，可直接在材料上进行三维烧蚀，这与常用的化学腐蚀法相比较有效地降低了??加工微流控芯片的步骤和成本，加工精度更高其加工过程简化为：冲击强化过程、??热吸收过程、表面融化过程、气化过程、复合过程等，其激光烧蚀过程如图１－２所示。??４??
?１绪论???ｎｓ?．．．．．：＝．＝ｉ?Ｚ?冲击强化过程??丨丨丨???????？??ｆｉｓ??：?：：｜?热吸收过程??＂＇：：?表麵傾程??ｍｓ??＂：執篇?气舰程??＾??复合酿??１〇＂９?？ｌ（Ｈｓ????图１－３激光烧蚀法加工过程??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｌａｓｅｒ?ａｂｌａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??１．２微注塑成型技术研究??近年伴随着微机电系统［２｜］?（Ｍｉｃｒｏｅｌｅｔｒｏ?Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?Ｓｙｓｔｅｍ，ＭＥＭＳ）在医疗、航??天航空、生物、军事、环境与安全等领域取得的优良成绩，零件的微型化是ＭＥＭＳ??技术发展的必经之路，而微注塑成型是实现微结构制品规模生产的关键技术［２２］。英国??布拉德福德大学的＼＼＾１以如等［２３］人对微注塑件进行了定义：制品的质量在几毫克内；??制品表面有微米级别尺寸的结构；或是制品的公差在微米范围内，但整体尺寸没有限??制。由于微型零件尺寸微小，甚至含有纳米级别的结构，这就使得在模具加工方面增??加了很大的难度。许多在传统注塑加工中可以忽略的比如壁面滑移、对流换热、粘性??耗散等现象，在微注塑加工过程中对微制品的填充产生巨大的影响该方面的研究??通常利用三维模拟软件实现。经过对微注塑成型加工多方面研究发现熔体温度、模具??温度、注射速度、注射压力、保压压力、保压时间等注塑工艺参数会直接影响微型零??件的成型效果在微注塑成型的研究过程中，对微注塑成型模具的设计与加工、微??注塑成型的数值模拟、微注塑成型的工艺参数的研究等将会进入一个全新的领域。??进入到２０世纪后，ＭＥＭＳ的优势不断凸显出来，微制品的注塑加工方法成为国??内
【参考文献】：
期刊论文
[1]微流控芯片注塑模具的微细电解加工[J]. 王志强,钟昊,李勇,佟浩,孔全存. 电加工与模具. 2019(06)
[2]微细流路模压成形用碳化钨模具飞秒激光加工工艺研究[J]. 张慧洁,尹韶辉,贾红鹏,黄帅,刘璇,李建相,陈逢军. 表面技术. 2019(10)
[3]微流控芯片光固化模塑成型的快捷加工技术[J]. 罗锡丹,贺建芸,康维嘉,胡凌骁,杨卫民,谢鹏程. 北京化工大学学报(自然科学版). 2017(05)
[4]微流控芯片热压成型仿真研究[J]. 傅志红,易琪,刘卫,张磊. 工程塑料应用. 2017(02)
[5]聚合物微成型模具设计与制造技术[J]. 王敏杰,赵丹阳,宋满仓,于同敏. 模具工业. 2015(05)
[6]微流控技术及其应用与发展[J]. 李宇杰,霍曜,李迪,唐校福,史菲,王春青. 河北科技大学学报. 2014(01)
[7]UV-LIGA技术在制作细胞培养器微注塑模具型腔中的应用[J]. 马雅丽,刘文开,刘冲,杜立群. 光学精密工程. 2013(05)
[8]微细胞皿注塑模具变温系统设计[J]. 徐斌,高春雨,王敏杰,于同敏. 中国机械工程. 2012(09)
[9]微细电解加工技术的概况与展望[J]. 谢岩甫,刘壮,陈伟. 电加工与模具. 2010(06)
[10]微注塑成型模具设计与制造技术研究进展[J]. 杨铎,刘冲,徐征,杜立群,刘军山,王立鼎. 塑料工业. 2010(10)
博士论文
[1]微通道内液滴生成与混合理论方法与实验研究[D]. 杨丽.河北工业大学 2016
[2]微流控芯片注射成型及模内键合研究[D]. 楚纯朋.中南大学 2014
[3]CO2激光直写聚合物微流控芯片的理论与实验研究[D]. 相恒富.浙江大学 2007
硕士论文
[1]带有微结构特征制品的注塑充填流动不平衡研究[D]. 邓爱林.西南科技大学 2019
[2]超声波对微流控芯片注塑成型质量影响的研究[D]. 王凯.大连理工大学 2016
[3]基于微流控芯片的液滴分离方法与实验研究[D]. 张鹏翼.河北工业大学 2014
[4]美容用微注塑成型聚合物微针的研究[D]. 薛领.北京化工大学 2013
[5]工艺参数对聚丙烯微圆柱阵列充填性能的影响研究[D]. 董自开.郑州大学 2013
[6]PDMS微流控芯片的制备工艺研究[D]. 夏飞.南京理工大学 2010
[7]注塑模具CAD脱模系统的研究与开发[D]. 梁长记.山东大学 2010
[8]微结构塑件注射成型模拟与试验研究[D]. 张传赞.大连理工大学 2008
[9]PDMS微流控芯片关键工艺技术研究[D]. 李永刚.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2006
本文编号：3324480
【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】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?ＰＤＭＳ微流控芯片模塑成型［１力??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?ＰＤＭＳ?ｍｉｃｒｏ－ｆｌｕｉｄｉｃ?ｃｈｉｐ?ｍｏｌｄｉｎｇ??（３）热压法??
?北京化工大学硕士学位论文???放入基片??｜??抽真空、加热??预加压??｜??加压??赃、冷却??释放真空??ｉ?基片??完成??图１－２热压成型过程［１９１??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｓｃｈｅｍａ?ｏｆ?ｈｏｔ?ｅｍｂｏｓｓｉｎｇ??（４）注塑成型法??注塑成型法是最常用的生产塑料制品的方法，该方法是由注塑机与模具共同实现??的。随着机械精细加工的不断发展，模具中模芯的尺寸可以加工到微米级别，这使得??微流控芯片的加工开始向注塑方向发展。注塑时通过调节熔体温度、模具温度、注射??速度、保压压力等工艺参数可以批量化生产微流控芯片，与热压成型相比，注塑法加??工效率更高、成型速度更快，更加适合微流控芯片的批量生产。??（５）激光烧蚀法??激光烧蚀法是将高能量的激光束（ＵＶ、Ｃ０２等）与数控技术、ＣＡＤ／ＣＡＭ技术有??机结合，可直接在材料上进行三维烧蚀，这与常用的化学腐蚀法相比较有效地降低了??加工微流控芯片的步骤和成本，加工精度更高其加工过程简化为：冲击强化过程、??热吸收过程、表面融化过程、气化过程、复合过程等，其激光烧蚀过程如图１－２所示。??４??
?１绪论???ｎｓ?．．．．．：＝．＝ｉ?Ｚ?冲击强化过程??丨丨丨???????？??ｆｉｓ??：?：：｜?热吸收过程??＂＇：：?表麵傾程??ｍｓ??＂：執篇?气舰程??＾??复合酿??１〇＂９?？ｌ（Ｈｓ????图１－３激光烧蚀法加工过程??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｌａｓｅｒ?ａｂｌａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??１．２微注塑成型技术研究??近年伴随着微机电系统［２｜］?（Ｍｉｃｒｏｅｌｅｔｒｏ?Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?Ｓｙｓｔｅｍ，ＭＥＭＳ）在医疗、航??天航空、生物、军事、环境与安全等领域取得的优良成绩，零件的微型化是ＭＥＭＳ??技术发展的必经之路，而微注塑成型是实现微结构制品规模生产的关键技术［２２］。英国??布拉德福德大学的＼＼＾１以如等［２３］人对微注塑件进行了定义：制品的质量在几毫克内；??制品表面有微米级别尺寸的结构；或是制品的公差在微米范围内，但整体尺寸没有限??制。由于微型零件尺寸微小，甚至含有纳米级别的结构，这就使得在模具加工方面增??加了很大的难度。许多在传统注塑加工中可以忽略的比如壁面滑移、对流换热、粘性??耗散等现象，在微注塑加工过程中对微制品的填充产生巨大的影响该方面的研究??通常利用三维模拟软件实现。经过对微注塑成型加工多方面研究发现熔体温度、模具??温度、注射速度、注射压力、保压压力、保压时间等注塑工艺参数会直接影响微型零??件的成型效果在微注塑成型的研究过程中，对微注塑成型模具的设计与加工、微??注塑成型的数值模拟、微注塑成型的工艺参数的研究等将会进入一个全新的领域。??进入到２０世纪后，ＭＥＭＳ的优势不断凸显出来，微制品的注塑加工方法成为国??内
【参考文献】：
期刊论文
[1]微流控芯片注塑模具的微细电解加工[J]. 王志强,钟昊,李勇,佟浩,孔全存. 电加工与模具. 2019(06)
[2]微细流路模压成形用碳化钨模具飞秒激光加工工艺研究[J]. 张慧洁,尹韶辉,贾红鹏,黄帅,刘璇,李建相,陈逢军. 表面技术. 2019(10)
[3]微流控芯片光固化模塑成型的快捷加工技术[J]. 罗锡丹,贺建芸,康维嘉,胡凌骁,杨卫民,谢鹏程. 北京化工大学学报(自然科学版). 2017(05)
[4]微流控芯片热压成型仿真研究[J]. 傅志红,易琪,刘卫,张磊. 工程塑料应用. 2017(02)
[5]聚合物微成型模具设计与制造技术[J]. 王敏杰,赵丹阳,宋满仓,于同敏. 模具工业. 2015(05)
[6]微流控技术及其应用与发展[J]. 李宇杰,霍曜,李迪,唐校福,史菲,王春青. 河北科技大学学报. 2014(01)
[7]UV-LIGA技术在制作细胞培养器微注塑模具型腔中的应用[J]. 马雅丽,刘文开,刘冲,杜立群. 光学精密工程. 2013(05)
[8]微细胞皿注塑模具变温系统设计[J]. 徐斌,高春雨,王敏杰,于同敏. 中国机械工程. 2012(09)
[9]微细电解加工技术的概况与展望[J]. 谢岩甫,刘壮,陈伟. 电加工与模具. 2010(06)
[10]微注塑成型模具设计与制造技术研究进展[J]. 杨铎,刘冲,徐征,杜立群,刘军山,王立鼎. 塑料工业. 2010(10)
博士论文
[1]微通道内液滴生成与混合理论方法与实验研究[D]. 杨丽.河北工业大学 2016
[2]微流控芯片注射成型及模内键合研究[D]. 楚纯朋.中南大学 2014
[3]CO2激光直写聚合物微流控芯片的理论与实验研究[D]. 相恒富.浙江大学 2007
硕士论文
[1]带有微结构特征制品的注塑充填流动不平衡研究[D]. 邓爱林.西南科技大学 2019
[2]超声波对微流控芯片注塑成型质量影响的研究[D]. 王凯.大连理工大学 2016
[3]基于微流控芯片的液滴分离方法与实验研究[D]. 张鹏翼.河北工业大学 2014
[4]美容用微注塑成型聚合物微针的研究[D]. 薛领.北京化工大学 2013
[5]工艺参数对聚丙烯微圆柱阵列充填性能的影响研究[D]. 董自开.郑州大学 2013
[6]PDMS微流控芯片的制备工艺研究[D]. 夏飞.南京理工大学 2010
[7]注塑模具CAD脱模系统的研究与开发[D]. 梁长记.山东大学 2010
[8]微结构塑件注射成型模拟与试验研究[D]. 张传赞.大连理工大学 2008
[9]PDMS微流控芯片关键工艺技术研究[D]. 李永刚.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2006
本文编号：3324480
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