1+1式微流控芯片注射成型流动平衡研究

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微流控芯片涉及的应用领域极其广泛,常用于基因分析、新药物的合成与筛选、生物选矿及疾病诊断等方面,其凭借快速分析、低消耗、微型化和自动化等特点,被列为21世纪最为重要的前沿技术研究对象之一,受到越来越广泛的关注。本文旨在研究“1+1式”微流控芯片基片与盖片的成型对注射成型流动平衡的影响,从而提高聚合物微流控芯片注射成型制件的厚度均匀性。为探究注射成型所获得“1+1”式微流控芯片基片厚度不均的根本原因,本文进行微流控芯片注射成型短射实验,观测基片与盖片的流动前沿位置,并对基片与盖片进行称重,绘制成型制件充填量与充填时间之间的关系曲线,定量评价了“1+1”式微流控芯片成型过程中的流动不平衡。建立了微流控芯片几何模型,采用了模流分析软件Moldflow Plastics Insight的Fill模块对微流控芯片注射成型充填过程进行了数值仿真,对浇注系统尺寸及芯片尺寸分别进行了优化。研究结果表明:当盖片扇形浇口厚度为0.6mm,宽度为7mm,基片分流道高度降至1.5mmm时,基片与盖片的充填时间只相差0.0031s,流动不平衡率为2.5%,满足微流控芯片注射成型的平衡性要求,所需锁模力减小,但会导致注射压力增大。在不改变浇注系统尺寸情况下,通过优化盖片厚度的方式,也能使微流控芯片注射成型达到平衡。当盖片厚度增至0.75mm时,基片与盖片的充填时间相差0.0060s,流动不平衡率为4.3%,同样满足流动平衡要求,所需锁模力及注射压力均下降,减少了模具涨模的风险。对比两种仿真结果,选取了优化芯片尺寸的仿真结果对模具进行优化,重新制造了盖片型腔镶块,并进行注射成型短射实验。实验结果表明,当盖片厚度为0.75mmm时,基片与盖片的质量随充填时间均匀增加,基片与盖片的充填达到了流动平衡,所成型的基片厚度均匀一致,为后续的模内键合提供了实验基础。
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