基于微流控芯片的微结构复制度注塑成型研究

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目前,微注塑成型技术已日益成熟,国内外有关微结构注塑成型的研究也很多。但是关于微结构塑件的填充流动机理及熔体与微结构之间的作用关系等尚需进一步的深入研究,以期完善微结构注塑成型研究。本课题的研究对象为典型的微结构塑件——微流控芯片,其表面具有“十字架”形状的微通道。芯片的微通道复制度为本课题的研究重点,以往都是对纵向微通道进行复制度分析,本文主要研究横向微通道的复制度,并将纵、横微通道复制度进行比较分析,相关研究结果对提高复杂布局的微结构复制度具有参考价值。基于新型的电热式变模温注塑成型技术,对微流控芯片进行注塑成型试验。根据以往经验,选择一组较好的工艺参数组合,将模具温度选为变量工艺参数,其它工艺参数保持不变,通过调节控制装置中的模具温度来快速加热模具和快速冷却模具,从而在不同模温下成型出不同的微流控芯片。获得芯片后,分别在指定位置对芯片的纵向微通道和横向微通道都进行切割,观察两个方向上微通道截面的成型形状并拍照。分析和比较了不同模温下芯片的纵向微通道复制度和横向微通道复制度,发现在注塑成型过程中,由于熔体与型腔微凸起之间的作用关系不同,导致芯片纵、横微通道的复制度存在明显差异,且横向微通道两侧的开口形状也不一致。基于熔体充模流动的基本理论,建立了可以用来描述横向微通道开口圆角大小的数学表达式。利用电热式变模温注塑成型系统,对上述分析结果加以验证,结果表明,实测横向微通道开口圆角大小与计算结果基本一致。为了进一步验证上述结论的可靠性及比较电加热模具(电热式变模温注塑成型)和油加热模具(恒油温注塑成型)的成型差异,在相同的工艺参数条件下同样对模具进行了油加热注塑成型试验。分析后得出,油加热模具所成型的结果在一定程度上可以验证电加热模具所得出的结论,且电加热注塑成型所获得的芯片微通道复制度明显比油加热注塑成型好,并分析了电加热模具的优势所在。最后对油加热注塑成型和电加热注塑成型中都出现的横向微通道开口变形进行了分析,利用排除法找出了变形问题的成因,并提出了相关的解决方法。
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