聚合物微热压成型及其微纳复合结构制备

摘要

微热压成型具有成本低、操作简单、内应力小等优点，已经被广泛应用于科研以及生产中。微模具是开展聚合物微热压成型的重要工具，其拓扑结构也是聚合物成型所关注的的一个重要部分。开展针对聚合物微热压成型以及微模具结构对聚合物微热压成型影响的研究可以有效的降低加工成本、提高生产效率。本论文结合国家自然科学基金(No.11372286),对聚合物在不同拓扑结构模具中的成型及性能进行分析：通过实验建立聚合物材料本构模型，采用实验与模拟相结合的方法，研究微热压模具拓扑结构对聚合物流动前沿形貌及成型高度的影响。通过和静电纺丝相结合对微热压成型技术拓展制备出具可提升疏水性的微纳复合多层次结构。
　　具体内容如下所示：
　　通过流变学机理论述了聚合物在形变过程中的粘弹性特点，为后续的热压成型提供理论依据。为了更准确的模拟实验结果，本论文还通过单轴压缩实验建立聚合物PMMA的模型参数，研究不同温度不同应变速率下模型曲线的变化规律，并通过时温等效原理和分子链运动等方面对曲线特点做了详细的解释。
　　基于刚性有限元方法利用有限元软件 Deform-3D模拟了聚合物微热压成型过程，对其等效应力应变云图分析发现在聚合物在成型过程中聚合物成型的微圆柱部位的等效应力应变发生很小，其中最大应力和应变主要是集中在基板与型腔结构接触的拐角处。随后结合实验和模拟提出了一种新的确定微热压模具摩擦因数的方法。随后开展了不同模具结构及型腔尺寸和占空比对聚合物微热压成型影响的研究并进行试验对比验证。
　　通过复合聚合物在微米尺度的重要成型方法微热压和纳米尺度成型的重要方法静电纺丝，制备出具备微纳复合多层次结构的纺丝薄膜，并对进行润湿性研究，结果显示采用此种方法制备的微纳复合多层次结构具有良好的疏水性。

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1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 PMMA概述

1.3 微热压国内外研究现状

1.4 本文的研究目的、意义和内容

2 聚合物微成型流变学机理

2.1 时间依赖性[28]

2.2 聚合物粘弹性模型

2.3 实验仪器、材料及方法

2.4 PMMA力学性能研究

2.5 本章小结

3 聚合物微热压仿真分析

3.1 Deform微热压建模及仿真

3.2 圆柱阵列微热压成型的数值仿真

3.3 微热压模拟中模具与聚合物摩擦因数的选定

3.4 模具型腔占空比对聚合物微热压成型影响研究

3.5 本章小结

4 基于聚合物的微热压实验研究

4.1 微热压实验仪器，材料及方法

4.2 微模具拓扑结构对聚合物微热压成型影响研究

4.3 本章结论：

5 微纳复合多层次结构制备及其接触角研究

5.1 实验仪器及材料

5.2 PC静电纺丝薄膜的制备

5.3 微纳复合多层次结构材料制备

5.4 微纳复合多层次结构疏水性能研究

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

在校期间发表的学术论文及研究成果

发表论文、会议及专利

参与研究项目