微反应器塑件的注塑成型与热压整平工艺研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:luo_yanjiang1980
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平板微器件在化学分析、生命科学及能源等领域具有广泛的应用。它的成型方式有多种,其中微注塑成型因效率高、复制率高、可批量生产等优势应用最为广泛。由于残余应力的作用,成型后的微塑件出现宏观翘曲与局部不平整等缺陷,导致塑件表面形貌质量(平面度、不平度)低。在塑件键合或胶粘阶段,上述缺陷问题会导致塑件封装键合困难、密封性差,器件出现泄漏、样品检测精度低等问题,影响器件的正常使用功能。针对上述问题,本文以一种微反应器塑件为研究对象,在优化注塑工艺参数的基础上,数值模拟与实验研究了等温热压工艺对平板微塑件的整平效果,利用整平后的塑件进行了胶粘连接制作微器件的实验,开展了胶滴接触角测试实验与数值模拟研究,确定了点胶位置,成果对提高平板类微器件精度有一定的借鉴作用。主要研究内容包括:自主研制了一套具有推杆推管顶出机构的微注塑模具,开展了注塑正交实验,确定PC微塑件的最优工艺参数。在熔体温度250℃、模具温度95℃、注射压力90MPa、保压压力25MPa、保压时间5s条件下微结构宽度与深度复制率分别为99.2%与98.7%。针对塑件宏观整体翘曲与局部不平整问题,提出了用于塑件整平的等温热压工艺,研究了热压工艺对平板微塑件的整平机理,建立了描述该工艺的弹塑性等效模型,使用ANSYS软件分析了压力和温度对塑件整平效果的影响。入液与出液端的变形量大于反应腔变形量;对压力而言,温度对不平度的影响更明显;在压力20kgf,温度60-80℃时,入液端上表面不平度随温度的变化速率最大为4.70e-5/℃;研究结果对下一步整平实验提供了理论基础。开展了热压整平实验,研究了工艺参数对平面度—不平度的改善效果及微结构精度保持的影响,解决了塑件宏观整体翘曲与局部不平整的问题。温度对表面形貌的改善效果更明显,与仿真结果趋势一致;在压力20kgf、温度70℃条件下PMMA塑件具有最优表面形貌,平面度为7.297μm,平面度变化率为72.7%,入液端与反应腔不平度变化率分别为40.1%与9.69%,微结构深度与宽度尺寸变化率分别为0.64%与0.55%。利用热压整平后的微塑件进行了胶粘封装实验,针对点胶位置变化引起的胶滴污染问题,开展了接触角测量实验,数值模拟了胶滴在平板上的浸润铺展过程,确定了微反应器的点胶位置,开展了胶粘封装实验。结果表明:半径0.05mm的胶滴在PC平板上的铺展距离为0.272mm,为半径的5.44倍;在PMMA上的铺展距离为0.405mm。在优化的点胶位置上获得了检测通道无污染问题的微反应器。
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