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在注射成型表面上微观结构的复制2006年1月13日收到/2006年7月20日接受/2006年10月24日在线发表2006年斯普林格出版社摘要近年来,表面微观结构的聚合物成分的需求已经上升应用,例如实验室的单芯片和光学元件。注塑成型制造这些元件已被证明是一种可行的、有效的方法。在注塑成型上,模具表面形貌是通过复杂的机制转录到部分塑料。然而,这个复制不是完美的,复制的质量取决于塑料的材料特性,地貌本身和工艺条件。本文描述和讨论一种关于注射成型表面微结构的调查。一个根本问题的表面微观结构复制已经研究了。这项研究是以实验室的单芯片具体微观结构中发现的产品并在粗糙表面所产生的电火花加工电放电加工模具型腔。在正常的注塑成型条件下,重点放在复制表面微结构的能力,即商品材料在典型工艺窗口。研究发现,在典型工艺的门窗里,复制质量取决于几种工艺参数,特别是模具温度,特殊的微观结构,有证据表明,stepheight复制质量该值线性依赖于在结构宽度在一定的范围内。1介绍microproducts和microcomponents的使用在过去的十年中强烈增长。应用利用聚合物点可行的工程材料。微观技术的应用,例如实验室奥纳芯片产品通常包含表面的微观结构,例如,流体通道的形成。另外,作为产品比例缩减,表面一般来说就变得越来越重要的。因此,无论是在形式的功能结构,如流体通道或更一般的表面性质,如表面粗糙度,在这一领域的微操技术,控制表面形貌的能力是很重要的。注射成型已被证明是一种可行的而又高效制造部件的记忆方法,如实验室奥纳芯片零件在聚合物材料。在注塑成型上,模具表面形貌是通过复杂的机制转录到部分塑料。然而,这个复制不是完美的,复制的质量取决于塑料的材料特性,地貌本身和工艺条件。本文描述和讨论一种关于注射成型表面微结构的调查。范围是一般复制关于特殊结构和粗糙表面复制的问题。在正常的注塑成型条件下,放在复制表面微观结构的能力是重点,特别是与低成本材料的温和的模具温度的影响。在过去的10年左右,让人印象深刻的复制结果已经被报道,为注塑与高比微结构。图1概述一些空间尺度的最近报道19。注塑成型和微结构表面的首选材料应是PC和PMMA,但是但是新奇的材料如COC也已收到了关注。以铸模温度来作为最关键的工艺参数来确保精准复制,传统的注塑锻造一般被修改为所谓的吊丝单千卡概念或永久运行高的模温。超过10的纵横比的亚微米级结构的复制就可以从应用热模具表面中获得。在变模温下,模具表面被加热至塑料材料的转变温度以上,骤然冷却为了方便脱膜。这变模温工艺相比,过程比较复杂,在传统注射成型和结果的生产周期经常超过1分钟。相比之下,等效在传统注射成型周期时间大约5秒钟就可以实现。在传统的注塑模具和典型的工艺窗口下,几近完美的复制的微米型材矩形0.20.2已经实现。然而,在这个过程中,专业化资料的牌号被雇用。2表面技术一个人工制品的表面几何形状可以用不同的几何形态,如水平,分层波浪、粗糙来描述。在极端的形式描述宏观几何的表面,而粗糙描述了表面微观几何的部分。这关系到所有的概念几何表面特征。工程表面可分为结构化的或非结构化的表面。结构表面包含一个确定性的或没有方向系统的结构。非结构化的工程表面作为一个随机结构,但都是经过深思熟虑的表面通过制造工艺变更。表面技术主题涉及的三个主要元素一代、功能、和表征,作为下面的文字描述。2.1一代注射成型过程中,也就是复制生产的塑料部分作为一个副本的复制品模子空腔。复制工艺定义的塑料部分的几何边界,在不同发生几何水平。一般来说,复制并不完美,塑料零件不同于逆模具型腔的几何结构。它是尽可能的描述复制完美的控制程度或复制质量。这需要一些物理复制的理解或类似的机制进行了实证基础知识。复制缺陷的性质不同于几何层次之间。从宏观层面上,复制缺陷是典型的观察、收缩与偏差,并且在更特殊的情况下作为凹痕。这样的现象相对较好,可以理解和即可预测分析或数值可观的准确性。在微观层面上,复制是模具到零件表面形貌的问题的方法。然而,只有很好的了解。2.2功能因为美学与技术方面的原因,注塑塑料的零件表面形貌是很重要的。图1复制表面形貌一个样本为的维度出版领域的研究微注射成型。气泡的大小显示复制阴影泡沫的长宽比。着色泡沫表明高架模具温度应用。表面形貌的审美意义和视觉和触觉感知问题有关,如光泽、颜色和一般的外观和感觉感知的经验。这些参数在许多电子消费产品如手机和视听设备有高度的优先权。表面微地形也有审美的相关性,使用时,隐藏表面缺陷如凹痕及焊缝。表面的微地形技术的相关性组成一个广谱的性能相关的功能和运作机制作为表现在表1。这些地形相关性质与大量的传统技术构成有关。微工程和纳米技术的出现,附加功能方面的表面形貌遵循。在这些领域有重要的应用表面地形是至关重要的,包括计算机元件的微操机电系统MEMS、生物医学系统,光学应用、化工系统。关于注塑模型,与许多这样的应用程序有关。根据Monkkonen的基础上,突出例子包括μTAS微观全面分析系统或实验室单晶片元件组件、光碟,数码影碟、安全与装饰图,亮度增强箔,很轻的瞄准仪和DOEs(衍射光学元件。作为潜在的应用显微弊高长径比提到的热交换器,催化剂基质、和密封面。额外的例子应用程序显示在表2。微机电系统和光学表面一般可以被重视作为工程结构表面,同样,另一种范畴,比如电火花表面。然而,复制的结构化和非结构化的表面在概念上体现了与注射成型相同概念。大量的关于现实世界复制结构化的表面的文章已经出版了,但文学对粗糙度复制注射液的热原检查相当稀少。2.3表征地形的表征塑料部件所代表的事物自己的挑战。弱的反射和相对软塑料表面的姿势强硬的要求表征仪器,和非接触式表征者优先考虑。2统计的结构、ISO5436stepheight定义借本身也是一种地形振幅的措施图2。关于粗糙度表征,立体地形特征是一种相对较新颖的领域仍然被开发。程序标准化的表征不存在,小心计量上的考虑应给具体案件。在二维政权,地形参数建立和ISO4287标准化。一个类似机构的标准未建立三维参数。一个主要的三维参数的算法由斯托特和钝提议。这些所谓的伯明翰14参数可以看作是事实上的标准。在当前的信息中,篇幅有限的振幅参数伯明翰14的参数不含Sz中所列表3。3微注射成型和复制微注射成型可作为标题注射成型的组件,有下列之一特点在微米范围内非常低的射击重量和注意事项在微米范围内较大产品的功能特点和至少一个关键尺寸从概念上理解,地形复制质量是可以定义为程度间的相似度的塑料和反置的模具表面。复制过程的转变积极的地形对负面的、完美的复制相当于反置的结晶器表面。在注射成型表面微观结构的复制被认为是取决于以下的三个主要因素动力材料变形微结构的几何建立的驱动力是由模腔压力而导致模腔充填及后来的抓握压力。材料的可变形性控制是通过材料等性能如粘度和弹性材料,这又是由温度的强烈影响。在有些情况下,材料变形的原因可能是对大小的塑料材料冻层模具墙。微观结构的几何形状以这样一种方式更小的结构与更高更有挑战性的复制。4一个具体结构的复制4.1实验设置具体结构实验工作是基于一个简单的100241毫米统治者型模具成型的两板模与常规冷却系统和一个冷流道系统包括一个0.6毫米胶片/扇大门。这种几何配置基本上保证了一维熔体前沿在腔内的进步。空穴完全配备插入含有镍的结构和统计的矩形高度9μm和纵横比从0.2到1,制造的光刻及随后的电化学蚀刻法镀表4。恩格尔生产ES80/25HL注塑机械及PP聚丙烯品位BasellMoplenHP501H反应热类型融化)流量生产商2.1克/10分钟230°C/2.16公斤1133国际标准化组织ISO。热变形温度BMPa85°0.4575BC国际标准化组织ISO。模具温度保持不变,大约在50°C,而套筒温度220,250,和280°C的就业。喷射流量和抓握压力控制在大约99的部分充填被分别设置为35cm3/s和44MPa消化。在所有机筒温度水平、附加系列运行20注塑流动速率和50cm3/s。最后,效果机筒温度表5。通过详细过程分析,进行的仿真软件MoldFlowMPI4.0(中档机,冷和流量)。运用数值仿真、措施如塑料表面温度和凝固层厚度可成型周期中追踪。基于研究了在压力曲线软件已被发现给予合理准确的结果。塑料表面上材料的微观组织对地形特征可以进行这样的仪器如原子力显微镜、扫描电镜、电子干扰作为显微镜,共焦显微镜,focusdetection仪器和stylusbased仪器。其中评价的一些技术已有报道。为了传递,共焦显微镜因为它的非接触式自然,运行速度快,和可靠的结果被选出来。该仪器使用的是一个蔡司LSM5帕斯卡尔激光共聚焦扫描显微镜配备Epiplan目标和过程2.550激光。从软件包SPIP获得与分析了表面粗糙。总不确定度的测量塑胶微结构包括注塑工艺的方差,参考区域的位置和仪器仪表误差±0.5μm,相当于±10典型的复制高度5.0μm。
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