在注射成型表面上微觀結(jié)構(gòu)的復(fù)制2006年1月13日收到/2006年7月20日接受/2006年10月24日在線發(fā)表2006年斯普林格出版社摘要近年來，表面微觀結(jié)構(gòu)的聚合物成分的需求已經(jīng)上升應(yīng)用，例如實(shí)驗(yàn)室的單芯片和光學(xué)元件。注塑成型制造這些元件已被證明是一種可行的、有效的方法。在注塑成型上，模具表面形貌是通過復(fù)雜的機(jī)制轉(zhuǎn)錄到部分塑料。然而，這個復(fù)制不是完美的，復(fù)制的質(zhì)量取決于塑料的材料特性，地貌本身和工藝條件。本文描述和討論一種關(guān)于注射成型表面微結(jié)構(gòu)的調(diào)查。一個根本問題的表面微觀結(jié)構(gòu)復(fù)制已經(jīng)研究了。這項(xiàng)研究是以實(shí)驗(yàn)室的單芯片具體微觀結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)品并在粗糙表面所產(chǎn)生的電火花加工(電放電加工)模具型腔。在正常的注塑成型條件下，重點(diǎn)放在復(fù)制表面微結(jié)構(gòu)的能力，即商品材料在典型工藝窗口。研究發(fā)現(xiàn)，在典型工藝的門窗里，復(fù)制質(zhì)量取決于幾種工藝參數(shù)，特別是模具溫度，特殊的微觀結(jié)構(gòu)，有證據(jù)表明,step-height復(fù)制質(zhì)量該值線性依賴于在結(jié)構(gòu)寬度在一定的范圍內(nèi)。1介紹microproducts和microcomponents的使用在過去的十年中強(qiáng)烈增長。應(yīng)用利用聚合物點(diǎn)可行的工程材料。微觀技術(shù)的應(yīng)用，例如實(shí)驗(yàn)室奧納-芯片產(chǎn)品通常包含表面的微觀結(jié)構(gòu)，例如，流體通道的形成。另外，作為產(chǎn)品比例縮減,表面一般來說就變得越來越重要的。因此，無論是在形式的功能結(jié)構(gòu),如流體通道或更一般的表面性質(zhì),如表面粗糙度,在這一領(lǐng)域的微操技術(shù)，控制表面形貌的能力是很重要的。注射成型已被證明是一種可行的而又高效制造部件的記憶方法，如實(shí)驗(yàn)室奧納-芯片零件在聚合物材料。在注塑成型上，模具表面形貌是通過復(fù)雜的機(jī)制轉(zhuǎn)錄到部分塑料。然而，這個復(fù)制不是完美的，復(fù)制的質(zhì)量取決于塑料的材料特性，地貌本身和工藝條件。本文描述和討論一種關(guān)于注射成型表面微結(jié)構(gòu)的調(diào)查。范圍是一般復(fù)制關(guān)于特殊結(jié)構(gòu)和粗糙表面復(fù)制的問題。在正常的注塑成型條件下，放在復(fù)制表面微觀結(jié)構(gòu)的能力是重點(diǎn)，特別是與低成本材料的溫和的模具溫度的影響。在過去的10年左右,讓人印象深刻的復(fù)制結(jié)果已經(jīng)被報(bào)道,為注塑與高比微結(jié)構(gòu)。圖1概述一些空間尺度的最近報(bào)道1-9。注塑成型和微結(jié)構(gòu)表面的首選材料應(yīng)是PC和PMMA，但是但是新奇的材料如COC也已收到了關(guān)注。以鑄模溫度來作為最關(guān)鍵的工藝參數(shù)來確保精準(zhǔn)復(fù)制，傳統(tǒng)的注塑鍛造一般被修改為所謂的吊絲單-千卡概念或永久運(yùn)行高的模溫。超過10的縱橫比的亞微米級結(jié)構(gòu)的復(fù)制就可以從應(yīng)用熱模具表面中獲得。在變模溫下,模具表面被加熱至塑料材料的轉(zhuǎn)變溫度以上，驟然冷卻為了方便脫膜。這變模溫工藝相比，過程比較復(fù)雜，在傳統(tǒng)注射成型和結(jié)果的生產(chǎn)周期經(jīng)常超過1分鐘。相比之下，等效在傳統(tǒng)注射成型周期時間大約5秒鐘就可以實(shí)現(xiàn)。在傳統(tǒng)的注塑模具和典型的工藝窗口下，幾近完美的復(fù)制的微米型材矩形0.20.2已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。然而,在這個過程中,專業(yè)化資料的牌號被雇用。2表面技術(shù)一個人工制品的表面幾何形狀可以用不同的幾何形態(tài),如水平，分層波浪、粗糙來描述。在極端的形式描述宏觀幾何的表面,而粗糙描述了表面微觀幾何的部分。這關(guān)系到所有的概念幾何表面特征。工程表面可分為結(jié)構(gòu)化的或非結(jié)構(gòu)化的表面。結(jié)構(gòu)表面包含一個確定性的或沒有方向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。非結(jié)構(gòu)化的工程表面作為一個隨機(jī)結(jié)構(gòu),但都是經(jīng)過深思熟慮的表面通過制造工藝變更。表面技術(shù)主題涉及的三個主要元素:一代、功能、和表征,作為下面的文字描述。2.1一代注射成型過程中,也就是復(fù)制生產(chǎn)的塑料部分作為一個副本的復(fù)制品模子空腔。復(fù)制工藝定義的塑料部分的幾何邊界，在不同發(fā)生幾何水平。一般來說,復(fù)制并不完美,塑料零件不同于逆模具型腔的幾何結(jié)構(gòu)。它是盡可能的描述復(fù)制完美的控制程度或復(fù)制質(zhì)量。這需要一些物理復(fù)制的理解或類似的機(jī)制進(jìn)行了實(shí)證基礎(chǔ)知識。復(fù)制缺陷的性質(zhì)不同于幾何層次之間。從宏觀層面上,復(fù)制缺陷是典型的觀察、收縮與偏差,并且在更特殊的情況下作為凹痕。這樣的現(xiàn)象相對較好，可以理解和即可預(yù)測分析或數(shù)值可觀的準(zhǔn)確性。在微觀層面上,復(fù)制是模具到零件表面形貌的問題的方法。然而,只有很好的了解。2.2功能因?yàn)槊缹W(xué)與技術(shù)方面的原因，注塑塑料的零件表面形貌是很重要的。圖1復(fù)制表面形貌一個樣本為的維度出版領(lǐng)域的研究微注射成型。氣泡的大小顯示復(fù)制陰影泡沫的長寬比。著色泡沫表明高架模具溫度應(yīng)用。表面形貌的審美意義和視覺和觸覺感知問題有關(guān),如光澤、顏色和一般的“外觀和感覺”感知的經(jīng)驗(yàn)。這些參數(shù)在許多電子消費(fèi)產(chǎn)品如手機(jī)和視聽設(shè)備有高度的優(yōu)先權(quán)。表面微地形也有審美的相關(guān)性,使用時,隱藏表面缺陷如凹痕及焊縫。表面的微地形技術(shù)的相關(guān)性組成一個廣譜的性能相關(guān)的功能和運(yùn)作機(jī)制作為表現(xiàn)在表1。這些地形相關(guān)性質(zhì)與大量的傳統(tǒng)技術(shù)構(gòu)成有關(guān)。微工程和納米技術(shù)的出現(xiàn),附加功能方面的表面形貌遵循。在這些領(lǐng)域有重要的應(yīng)用表面地形是至關(guān)重要的,包括計(jì)算機(jī)元件的微操機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng),光學(xué)應(yīng)用、化工系統(tǒng)。關(guān)于注塑模型，與許多這樣的應(yīng)用程序有關(guān)。根據(jù)Monkkonen的基礎(chǔ)上,突出例子包括TAS(微觀全面分析系統(tǒng))或?qū)嶒?yàn)室單晶片元件組件、光碟，數(shù)碼影碟、安全與裝飾圖,亮度增強(qiáng)箔,很輕的瞄準(zhǔn)儀和DOEs（衍射光學(xué)元件)。作為潛在的應(yīng)用顯微弊(高長徑比)提到的熱交換器,催化劑基質(zhì)、和密封面。額外的例子應(yīng)用程序顯示在表2。微機(jī)電系統(tǒng)和光學(xué)表面一般可以被重視作為工程結(jié)構(gòu)表面,同樣,另一種范疇，比如電火花表面。然而,復(fù)制的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的表面在概念上體現(xiàn)了與注射成型相同概念。大量的關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界復(fù)制結(jié)構(gòu)化的表面的文章已經(jīng)出版了,但文學(xué)對粗糙度復(fù)制注射液的熱原檢查相當(dāng)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戰(zhàn)。弱的反射和相對軟塑料表面的姿勢強(qiáng)硬的要求表征儀器,和非接觸式表征者優(yōu)先考慮。2統(tǒng)計(jì)的結(jié)構(gòu)、ISO5436step-height定義借本身也是一種地形振幅的措施(圖2)。關(guān)于粗糙度表征，立體地形特征是一種相對較新穎的領(lǐng)域仍然被開發(fā)。程序標(biāo)準(zhǔn)化的表征不存在，小心計(jì)量上的考慮應(yīng)給具體案件。在二維政權(quán)，地形參數(shù)建立和ISO4287標(biāo)準(zhǔn)化。一個類似機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)未建立三維參數(shù)。一個主要的三維參數(shù)的算法由斯托特和鈍提議。這些所謂的伯明翰-14參數(shù)可以看作是事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。在當(dāng)前的信息中,篇幅有限的振幅參數(shù)伯明翰-14的參數(shù)(不含Sz)中所列表3。3微注射成型和復(fù)制微注射成型可作為標(biāo)題注射成型的組件,有下列之一特點(diǎn):-在微米范圍內(nèi)非常低的射擊重量和注意事項(xiàng)-在微米范圍內(nèi)較大產(chǎn)品的功能特點(diǎn)和至少一個關(guān)鍵尺寸從概念上理解,地形復(fù)制質(zhì)量是可以定義為程度間的相似度的塑料和反置的模具表面。復(fù)制過程的轉(zhuǎn)變積極的地形對負(fù)面的、完美的復(fù)制相當(dāng)于反置的結(jié)晶器表面。在注射成型表面微觀結(jié)構(gòu)的復(fù)制被認(rèn)為是取決于以下的三個主要因素:動力-材料變形-微結(jié)構(gòu)的幾何建立的驅(qū)動力是由模腔壓力而導(dǎo)致模腔充填及后來的抓握壓力。材料的可變形性控制是通過材料等性能如粘度和彈性材料，這又是由溫度的強(qiáng)烈影響。在有些情況下,材料變形的原因可能是對大小的塑料材料凍層模具墻。微觀結(jié)構(gòu)的幾何形狀以這樣一種方式更小的結(jié)構(gòu)與更高更有挑戰(zhàn)性的復(fù)制。4一個具體結(jié)構(gòu)的復(fù)制4.1實(shí)驗(yàn)設(shè)置:具體結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)工作是基于一個簡單的100241毫米統(tǒng)治者型模具成型的兩板模與常規(guī)冷卻系統(tǒng)和一個冷流道系統(tǒng)包括一個0.6毫米膠片/扇大門。這種幾何配置基本上保證了一維熔體前沿在腔內(nèi)的進(jìn)步?？昭ㄍ耆鋫洳迦牒墟嚨慕Y(jié)構(gòu)和統(tǒng)計(jì)的矩形高度9m和縱橫比從0.2到1,制造的光刻及隨后的電化學(xué)蝕刻法鍍(表4)。恩格爾生產(chǎn)ES80/25HL注塑機(jī)械及PP(聚丙烯)品位BasellMoplenHP501H反應(yīng)熱(類型:；融化）流量(生產(chǎn)商):2.1克/10分鐘(230C/2.16公斤1133)；國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)。熱變形溫度B(MPa):850.4575B-C(國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)。模具溫度保持不變,大約在50C,而套筒溫度220,250,和280C的就業(yè)。噴射流量和抓握壓力(控制在大約99%的部分充填)被分別設(shè)置為35cm3/s和44MPa(消化)。在所有機(jī)筒溫度水平、附加系列運(yùn)行20注塑流動速率和50cm3/s。最后,效果機(jī)筒溫度(表5)。通過詳細(xì)過程分析，進(jìn)行的仿真軟件MoldFlowMPI4.0（中檔機(jī)，冷和流量）。運(yùn)用數(shù)值仿真、措施如塑料表面溫度和凝固層厚度可成型周期中追蹤?；谘芯苛嗽趬毫η€軟件已被發(fā)現(xiàn)給予合理準(zhǔn)確的結(jié)果。塑料表面上材料的微觀組織對地形特征可以進(jìn)行這樣的儀器如原子力顯微鏡、掃描電鏡、電子干擾作為顯微鏡,共焦顯微鏡,focus-detection儀器和stylus-base