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聚合物的微热压成型关键技术研究

作　者: 章婷
导　师: 傅建中；贺永
学　校: 浙江大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 微热压聚合物导电聚合物有限元模具结构应力集中填充率
分类号: TQ320.66
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本硕士论文结合国家自然科学基金项目“导电聚合物微构件的热压成型工艺及加工机理研究”(No.50905162)对聚合物以及导电聚合物的热压成型技术进行了深入的研究。针对当前聚合物微热压技术发展的现状以及亟需解决的问题,分别建立了聚合物大变形压印过程及小变形的脱模过程模型,揭示了模具结构参数和压印工艺参数与成型质量的关系,通过实验验证仿真理论的正确性。提出一种基于微热压的导电聚合物加工方法,揭示了导电聚合物在剪切物理场的作用下,其电特性的变化规律。论文主要工作如下：第一章,阐述了论文的研究背景和意义,介绍了国内外微热压技术的研究现状以及导电聚合物微加工的发展现状。在此基础上,提出了论文的主要研究内容。第二章,基于聚合物流变机理介绍聚合物粘弹性模型的成型特点,将聚合物热压过程分为大变形的成型过程以及小变形的脱模过程。分别使用热-力耦合有限变形模型和Power-Low模型来表征,给出针对PMMA的材料模型参数。第三章,对大变形成型过程进行了有限元分析,分别阐述了模具结构参数如占空比,深宽比,基片厚度以及模穴位姿与压印的工艺参数如温度,压力等对于聚合物流动形貌、填充率以及应力分布的影响。分析了封闭式结构对于聚合物流动的限制和对流型的影响。给出了等温压印及不等温压印的成型形貌区别。第四章,主要阐述了聚合物冷却脱模过程的应力特性,利用有限元仿真分析了脱模速率及角度对于应力分布的影响,指出脱模过程中应力主要集中在微结构拐角处以及模具分离过程中与基片的接触点位置,并达到两个峰值。第五章,设计了一套小压力热压装置,进行了系统的聚合物热压实验研究,分析了各参数对于成型质量的影响程度,比较了实验结果与仿真结果,验证了仿真推论及模型的正确性。第六章,论述了导电聚合物热压成型工艺,提出导电聚合物与PMMA的混合聚合物体系加工方法,分析了热压剪切作用下,导电聚合物电特性的变化规律。第七章,总结全文,并对将来的研究工作做出了展望。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-24
  1.1 论文的研究背景与意义  12-14
  1.2 微热压研究国内外现状  14-19
    1.2.1 微热压建模理论研究现状  15-17
    1.2.2 微热压工艺过程研究现状  17-19
  1.3 导电聚合物成型技术发展现状  19-22
    1.3.1 导电聚合物应用现状  19-20
    1.3.2 导电聚合物成型现状  20-22
  1.4 本论文的主要研究内容  22-24
第二章聚合物热压模型研究  24-44
  2.1 聚合物成型的流变机理  24-26
  2.2 聚合物数值模拟模型  26-43
    2.2.1 经典粘弹性模型  27-30
    2.2.2 热-力耦合有限变形模型  30-42
    2.2.3 Power-Low模型  42-43
  2.3 本章小结  43-44
第三章聚合物热压大变形过程特性研究  44-59
  3.1 开放式结构对流动特性及应力影响研究  44-54
    3.1.1 有限元仿真模型建立  45-46
    3.1.2 微阵列模具结构参数研究  46-54
  3.2 封闭式结构对流动特性及应力的影响  54-56
    3.2.1 有限元模型建立  54-55
    3.2.2 模具结构参数研究  55-56
  3.3 热压工艺参数影响分析  56-57
  3.4 本章小结  57-59
第四章聚合物小变形过程特性研究  59-69
  4.1 冷却脱模过程力学分析  59-61
  4.2 脱模阶段残余应力分析  61-68
    4.2.1 有限元分析模型建立  62-63
    4.2.2 脱模速率对成型质量的影响  63-65
    4.2.3 脱模角度对成型质量的影响  65-68
  4.3 本章小结  68-69
第五章聚合物热压过程实验研究  69-83
  5.1 小压力压印装置结构设计  69-72
    5.1.1 加压装置的机械结构设计  70-72
    5.1.2 加热装置的选取  72
  5.2 平行阵列结构实验研究  72-79
    5.2.1 模具制作与基底的选择  73-75
    5.2.2 正交法对微热压工艺的优化  75-76
    5.2.3 正交结果分析  76-79
  5.3 数值模拟与实验对比  79-82
  5.4 本章小结  82-83
第六章导电聚合物热压特性研究  83-92
  6.1 导电聚合物热压基片的制备  84-87
    6.1.1 实验材料和仪器  84-85
    6.1.2 实验方案及薄膜制备  85-87
  6.2 导电聚合物热压特性研究  87-91
    6.2.1 导电聚合物热压实验  87-89
    6.2.2 导电聚合物压印前后电特性变化  89-91
  6.3 本章小结  91-92
第七章总结与展望  92-95
  7.1 主要结论  92-93
  7.2 展望  93-95
攻读硕士学位期间发表的论文和参加科研情况  95-96
参考文献  96-102

聚合物的微热压成型关键技术研究

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