聚合物微结构平板热压印成型工艺的研究
平板(Plate-to-plate，P2P)热压印成型是常用的制造微纳结构器件的技术。P2P热压印具有成型精度高、过程可控的优点，在微纳机电、精密光学、生物医疗和信息技术等领域都有重要的应用意义。但是P2P热压印因其模具配置结构带来的先天缺陷制约着P2P热压印技术在工业领域中的长远发展，这些缺陷有:间歇制造工艺导致循环周期长、复制面积有限、生产效率低等。 本文提出的步进式P2P热压印工艺流程实现了P2P热压印的连续化和全程自动化。P2P平板连续热压印过程中对平板模具的垂直往复压印运动和水平往复运动进行联动控制，平板模具往复接连热压印以恒定速度输送的聚合物片材。此连续化过程显著提高了工作效率、扩展了单个平板模具的复制面积。设计的P2P热压印连续成型装置运行可靠，使P2P热压印过程连续、高效。 针对不同聚集态的聚合物力学性能随温度变化规律的不同，本文提出了分别适用于非结晶型聚合和结晶型聚合物的非等温热压印工艺。通过利用聚合物应力应变行为随温度变化的规律简化了热压印工艺，避免了常规热压印中模具反复加热冷却导致的耗时，明显缩短了P2P热压印的循环周期。通过有限元模拟分析和实验研究证实了这种非等温热压印工艺的可行与微结构复制精度的可靠。 本文探讨了微热压印中聚合物的固态成型原理、聚合物材料性能的尺寸效应和微结构的变形回弹的影响因素;用有限元模拟分析方法研究了工艺参数和模具结构对热压印过程的影响。对非等温热压印工艺设计和P2P热压印连续成型装置的设计具有指导作用。 本文设计的热压印连续成型装置，与非等温热压工艺及其控制方法，构成了一种新的平板热压印技术:固态非等温平板连续热压印技术(Stepping Non-Isothermal Plate to Plate Hot Embossing in Solid State,SNI-P2P), SNI-P2P热压印技术在保持P2P热压印成型的优点的同时，可以显著提升压印效率、扩展复制面积、降低成本。为平板热压印在工业领域的进一步应用发展提出了新的思路。
聚合物;平板热压印;非等温工艺;固态成型;尺寸效应;微纳结构;力学性能
北京化工大学
硕士
动力工程及工程热物理
吴大鸣
2015
中文
TB383
111
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）