聚合物超声塑化过程中声场及温度场分布研究

摘要

微注射成型技术是大批量、低成本制造MEMS塑件的重要方法，存在充填困难等问题亟待解决。国内外学者将超声作为辅助方式引入微注射成型中，虽对充填困难问题进行了初步改善，但还是难以避免螺杆式塑化方式带来的种种问题。本课题组在总结前人研究成果的基础上，提出“超声塑化微注射成型”，既能有望解决充填困难的问题，也能避免螺杆式塑化的难点问题。本文主要针对超声望化微注射成型中的关键过程—聚合物超声塑化过程进行研究，主要研究内容和结论如下:
　　(1)根据聚合物超声塑化实验要求，设计了聚合物超声望化组件，着重研究的内容包括:基于力电类比法，推导了多段复合工具头的传递矩阵，对工具头的尺寸进行了详细设计，并通过仿真和实验验证设计的合理性;采用Ansys进行料筒的热分析，指出隔热的必要性，并通过材料选型制造了合适的隔热板，减少了超声能量的散失。
　　(2)采用Matlab和Ansys分别进行了聚合物超声塑化过程中的声场传播和温度场仿真，主要内容包括:推导了超声在聚合物中的超声声压传播方程，采用Matlab进行了数值模拟，研究了声压幅值分布规律，揭示了超声振幅和频率对声压幅值分布的影响;采用Matlab和Ansys联合仿真，研究了聚合物温度场分布，分析了超声参数对温度场的影响。
　　(3)进行了聚合物超声塑化实验研究。研究了工艺参数对聚合物塑化形态的影响，表明相对于超声作用时间，超声发生器电压和塑化压力对聚合物的完全塑化有更大的促进作用;研究了塑化腔轴线处聚合物的超声声压幅值分布，表明声压幅值随至工具头距离的增加而降低;研究了塑化腔轴线处聚合物的温度场分布，表明聚合物温度随至工具头端面距离增大而降低，验证了超声塑化微量聚合物的优势。