热塑性PMMA微流控芯片微注塑成型加工工艺探究
微流控技术是在几百微米甚至更小的通道中对流体进行操纵完成各种实验的技术。它能做到运用微量的样品或试剂进行具有高分辨率的分离和检测。而微流控芯片是实现微流控技术的重要装置。微流控芯片的加工材料、加工方法和降低通道内的粗糙度无疑是微流控技术发展中最关键的问题。而高分子材料具有来源广、品种多、易加工等优势受到了微流控芯片研究者的重视。同时其加工方法微注塑成型因为可以实现批量、连续生产，也引起微流控芯片制造者的关注。 本文通过研究微流控芯片的注塑加工工艺，采用正交分析的方法确定熔体温度、模具温度、注射速度、保压压力对微流控芯片注塑成型过程中的影响顺序和最优注塑工艺，并取用在最优注塑工艺下成型的微流控芯片的进行液体混合实验和液滴成型实验。本文的主要研究内容及结论如下: (1)根据注塑模具加工精度和液滴生成装置以及液体混合装置的特点，确定液滴生成装置通道截面的尺寸为500μm×500μm，液体混合装置通道截面的尺寸为400μm×400μm。运用专业软件COMSOL进行了液体混合和液滴生成的仿真，由仿真结果证实当液滴生成装置的通道截面为500μm×500μm，分散相流体的速度为连续相流体的1/2时，微通道内形成稳定的液滴。当液体混合装置的通道截面设计为400μm×400μm，液体的混合流速为5μL/min时，液体混合效果良好。根据仿真结果设计了微流控芯片。 (2)针对注塑工艺特点和微流控芯片的结构进行了模具设计。并利用Moldflow软件对微流控芯片的充模过程进行了模拟分析，结果表明设计的模具能够满足微流控芯片的成型加工，同时也说明浇注系统和加热系统是合理的。 (3)利用正交实验对微流控芯片的注塑成型加工进行实验研究，并以微流控芯片的单流道测试装置的开口宽度、槽深、槽底宽度为指标，通过实验结果分析不同的注塑工艺对微流控芯片中单流道测试装置注塑成型的影响，得出微流控芯片在可选范围内的最优注塑工艺参数。并与CO2激光加工成型的微流控芯片进行对比分析，得出采用注塑加工微流控芯片更有优势。 (4)利用在最优注塑工艺成型后的微流控芯片进行液体混合实验和液滴生成实验，验证注塑加工条件下微流控芯片的功能性。并与CO2激光加工的微通道进行对比，发现采用注塑加工生产的微流控芯片能够更好的满足微流控实验的要求。
热塑性微流控芯片;微注塑成型;聚丙烯酸甲酯;液滴生成;液体混合
北京化工大学
硕士
机械工程
马秀清;余力
2020
中文
TN42;TN405
2020-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）