微注射紫外光辐照固化模塑成型方法研究

According to the problems of filling incomplete，molding precision of parts with fine structure in polymer micro-injection molding，a new method of micro-injection UV-curing molding is put forward by using liquid UV-materials instead of thermoplastic polymers. In this project, the basic theory of the new method is studied using multidisciplinary combination way, the reaction dynamics and shrinkage mechanism of UV-curing process are studied, the leading-in of high intensity UV-light in a closed cavity is settled on, and the internal relationship of material structure, UV-intensity, UV-curing speed, shrinkage，viscosity and molding precision is studied. Based on the research, the equipment design theory of micro-injection UV-curing molding is established. The key problems to be solved in this project are the molding precision and mechanical properties. A new way is explored for high precision, high efficiency and large-scale molding process of fine structure parts.

针对目前聚合物微注射成型中存在的高粘度熔体在微细结构型腔中充填不完全，以及熔体与模具温差影响微零件成型精度和复制度的问题，本项目提出了采用室温下为液体的光固化材料代替热塑性聚合物进行微注射光固化模塑成型新方法，克服聚合物微注射塑化温度高、熔体粘度大，对微零件成型精度和复制性造成的影响；项目采用多学科交叉结合的方式进行新方法的基础理论研究，研究微注射光固化反应动力学和收缩机理；研究高强度紫外光在密闭型腔中的导入和快速响应；研究微注射光固化工艺、光固化注射料的结构组成与微零件成型精度及力学性能的内在联系；理论分析、实验研究和计算机模拟相结合，重点解决微型零件成型精度和力学性能问题，为微注射光固化模塑成型基础理论的建立提供基础数据，为微型零件的高精度、高效率、规模化成型加工探索一条新途径。

针对目前聚合物微注射成型中存在的聚合物熔体粘度高在微细结构型腔中充填不完全，以及聚合物熔体与模具温差大影响微零件复制度的问题，项目采用多学科交叉融合及理论与实验相结合的方式，用光固化材料代替热塑性聚合物进行了微注射常规光固化模塑成型方法的理论和实验研究。研究了微注射光固化反应动力学，探索了光固化反应速度及双键转换率的影响因素；研究了高强度紫外光在密闭型腔中的导入和快速响应；研究了微注射常规光固化工艺及光固化注射料的结构组成与微零件的复制度及力学性能的内在联系；探索了光固化微流控芯片键合强度的新方法；用可视化手段研究了微型腔的充型，并对微型腔的充型过程进行了计算机模拟。.经过大量深入的理论研究与实验探索，建立了一套微注射常规光固化模塑成型的基本理论，研制出微注射光固化成型装置，实现了微注射光固化成型的功能，研制出微注射常规光固化成型光固化组合料；用微注射光固化工艺成功制备了微流控芯片，克服聚合物微注射塑化温度高、熔体粘度大，对微零件充型和复制度造成的影响，提高了微结构零件的复制度，实现了微零件光固化模塑成型的功能，发明了光固化微流控芯片键合新方法---微流控芯片直压光照键合法，克服了传统键合工艺存在的问题，实现了微流控芯片高效、较高强度的键合，并进行了成果向企业的转化。项目研究发表了27篇相关研究论文，获得了12项中国专利授权，另外，还有4项专利申请正在受理中。总之，圆满地完成了项目提出的各项任务指标。研究中也发现了把项目研究成果用于国家高科技领域存在的问题，提出了进一步深入研究的必要性。微注射光固化模塑成型是微结构零件规模化成型加工的一条新途径，该研究具有重要的理论研究意义与工业应用前景 ，有必要进行深入研究，完善研究成果，实现应用基础研究的工业化应用。

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