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高聚物熔体表面特性测试及对微注塑影响研究

作　者: 刘志伟
导　师: 刘冲；徐征
学　校: 大连理工大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 微注塑数值模拟熔体表面特性测试接触角表面张力
分类号: TQ320.662
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

微注塑成型制造方法非常适合于热塑性材料微小型器件大批量生产,对微注塑关键步骤—充型进行分析计算,有助于微注塑工艺参数和模具结构优化。但目前实验结果表明,微尺度聚合物熔体流动与常规流动存在较大差异,随着表面积/体积比的增加,表面力的作用超过了体积力,采用常规尺度流动分析工具会带来较大偏差。本文重点考虑微尺度粘度效应和表面张力作用,做了如下的工作:使用图像法,通过DSA100液滴形状分析仪测量了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)熔体的表面张力和熔体与Si、Ni材料的接触角。实验表明随着温度的升高,熔体的表面张力、熔体与Si和Ni的接触角都会减小。随着时间的延长,表面张力逐渐增大并达到稳定状态,接触角逐渐减小基本达到稳定。分析该实验认为,提高熔体温度可以减小表面张力对注塑充型的阻力,提高注塑充型的质量。通过实验拟合得到PMMA熔体表面张力和PMMA熔体与Ni、Si材料的接触角随温度的变化曲线。将实验得到的数据和曲线加入到微注塑成型充型分析模块,提高了数值模拟的精度和准确性。以开源代码OpenFOAM为基础,综合由实验获得的熔体表面特性规律和粘度变化规律等,采用面向对象编程方法构建了微注塑成型充型分析计算模块,并以微流体器件中的典型微结构—微沟槽注塑充型过程为例,进行了数值模拟和分析,研究了表面张力和粘度作用对其注塑充型填充率的影响。分析仿真结果表明,对熔体流动方向与沟槽中轴线平行的情况,微尺度效应使得熔体粘度较常规尺度变小,降低了所需的注塑压力,有利于熔体充型流动的进行。对熔体流动方向与沟槽中轴线垂直的情况,表面张力在微结构凸起处起作用,影响了熔体填充率,使得在微凸起处填充率较低。

高聚物熔体表面特性测试及对微注塑影响研究

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