纵向超声波辅助微注塑方法

　　随着聚合物材料在微系统中的广泛应用，作为聚合物材料微结构常用制造方法的微注塑成型技术，近年来逐渐成为微系统领域的研究热点[1]. 微注塑成型技术是一种可以批量生产精密微细结构塑件的制造技术，具有工艺简单、生产效率高以及成本低等特点[2].然而微注塑成型技术和传统常规注塑技术相比，由于微型塑件体积比较小，聚合物熔体在微小模具腔体里流动时其黏度和充模阻力就会增大，严重影响熔体填充效果[3-4]; 而且微注塑过程中热量损失的不均衡性和不确定性容易导致注塑精度不高. 为了保证聚合物熔体能够充满型腔，目前主要采用提高聚合物熔体的熔融温度和模具温度方法，这虽然在一定程度上改善了熔体充模效果，但较高的模具温度不仅增加了加热时间，也增加了脱模时的冷却时间，不仅浪费能源且生产效率低下，同时也给微注塑成型系统的设计和制造提出了较高的要求[5-7].

　　因此，本文提出将纵向超声振动加入到微注塑成型过程中的超声波辅助微注塑成型方法，在不提高聚合物熔融温度和模具温度的情况下，通过在微注塑成型过程中将超声能量作用在熔体上来降低熔体黏度，以超声场的作用促进熔体流动性能，使聚合物熔体能够顺利完成高质量充模，简化微注塑成型系统，提高微注塑成型质量.

　　1 超声波辅助微注塑原理及装置

　　1.1 超声波辅助微注塑原理

　　超声波作为声波的一部分，遵循声波传播的基本规律，而且和可听声波相比，超声波的频率极高，在很小的几何尺寸中传播的方向性可以得到非常好的保证，同时由于超声波在传播过程中介质质点振动的加速度非常大，能够对介质材料瞬间施加较大的能量影响，因此把超声波作用在聚合物熔体上，通过超声波与聚合物熔体间能量交换可以改善熔体流动性能[8-10].

　　基于以上考虑，本文在微注塑成型过程中，利用超声波对模具实施高频振动，超声波在聚合物熔体中传播时和聚合物熔体间产生能量交换，从而改善熔体流动性，提高聚合物熔体的充模性能，进而改善微注塑件的成型质量.

　　为保证超声波的传递效率，本文将超声波振动直接作用在聚合物熔体上，超声波作用方向垂直于聚合物熔体流动方向(纵向). 同时，由于微注塑的塑件或其上的微结构的尺寸比较小，当聚合物熔体温度降低到玻璃态温度以下时，超声波模芯的振动会影响塑件的形状质量，因此将超声波的作用设定在从合模开始后的聚合物熔体射出以及保压阶段. 具体的超声波辅助微注塑成型过程如图1所示.

　　1.2 超声波辅助微注塑装置