一种聚合物微结构的压制装置及压制加工方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种聚合物微结构的压制装置及压制加工方法，包括片材挤出机、调平调厚薄的压辊装置和模具压制机；压制方法是聚合物基片从挤出机挤出后直接进入平板压印的设备：先通过两辊辊压压平基片初步定型后，对聚合物表面进行快速加热处理，使聚合物基片表面温度高于玻璃态或熔点时进入平板压印模具进行压印制备出微结构；该发明专利技术将微结构平板热压印设备与挤出机串联使用，节省了大量能源，提高了生产效率；同时采用本发明专利技术平板压印制备聚合物微结构，可以保证足够的保压冷却定型时间，精确的冷却温度，较高的几何复制率；采用本发明专利技术可实现平板压印大规模连续化高效率的工业化生产。??

【技术实现步骤摘要】
—种聚合物微结构的压制装置及压制加工方法
本专利技术涉及一种聚合物微结构连续压印成型设备及加工方法，尤其涉及一种平板压印制备聚合物微结构的设备和方法，属于聚合物加工
。
技术介绍
热压成型原本是一种传统的机械加工技术，常用于粉末热压成型。1995年，普林斯顿大学的Chou等人提出纳米压印技术，率先将传统的热压成型技术应用到纳米结构的制作，即所谓的热压印。随后Weber等人于1996年提出将热压技术应用到微加工领域。他们认为微热压技术将会是一种可以大量生产具有精密微结构的成型技术，同时也提到以此种方式制造出来的成品可能会有些缺陷，如充填不完全，成品存在收缩、翘曲及表面粗糙度大等问题。 由于微热压技术拥有众多的优点，随着MEMS技术的发展，该技术得到了众多学者的重视，也涌现出大量的研究成果。聚合物材料具有相当广泛的物理及化学性质，同时具有低成本及适合于大批量制造等众多优点，因而随着微纳米技术的不断发展，聚合物材料在光学、化学、生物及微机电领域中的应用越来越广泛。如微光学方面:绕射组件(D0E)、光波导组(Waveguide)、微透镜阵列(Micro lens array)、光纤连接器(Optical couple)、LCD ;生物医学方面:生物芯片(Bio-Chip)、PCR扩增、DNA测序与检测器等；化学方面:毛细管电泳(CE)、片上实验室、微流控芯片、微混合器(Micro-mixer)等,及纳米生物医学材料。微热压印技术的研究离不开压印设备，压印设备的研究开发也是此项技术的一个重要的方面，由于是制造纳米级别的微结构，所以对热压印成型机械也有着特别严格的要求。用于微压印的成型方法多是平板热压印机，如专利200510019944.4中所述的纳米压印机，其原理是将室温下的聚合物基片固定在热压印机的下板上，下板上装有加热冷却装置以及定位装置。压印模具固定在上板上，其上也安装有加热冷却装置。工作时，首先对固定于下板上的聚合物基片进行加热，使其达到压印所需要的温度，模具也要加热到一定的温度，以保证聚合物能够完全充模。然后上基板带动模具对聚合物基片进行加压，使聚合物填充到压印模具中，保压冷却一段时间后进行脱模，从而完成一次加工过程。这种方法属于非连续式生产，下基板加热冷却过于频繁且速度慢，能量消耗大，且二次加热后的聚合物基片的流动性很难达到所要求的程度，往往导致图形复制精度差，微结构转移不完整。为此，专利技术了很多种加热方式用来改善加热冷却速度慢的问题，如专利200410050075.7中所使用的电磁波加热等，这些方法提高了热压印时的加热冷却效率，节省了成型时间。专利2002131969.3以及专利200510069953.4专利技术了一种用气体进行加压的热压印方法，由于气体分子的等压力分布特性，可以解决热压印时压力分布的均匀性问题，使压印面积不受限制，加压均匀性好。不过这些方法的生产设备都比较复杂，生产效率低，产品的重复精度差。为了改善平板热压印方法的上述缺点，专利200810068662.7，设计出了辊筒式的连续微压印方法，基本原理是采用两个同步转动的辊筒来完成对聚合物基片的压印，其中一个辊筒具有微压印模具，聚合物基片通过调节两个辊筒之间的距离来调节施加在聚合物基片上的压力。这种结构可实现连续式生产，同时压印时由于是线接触，减小了压印所需施加的力，压印设备变形小，提高了压力分布的均匀性。但是，此种方法应用于聚合物热压印时保压时间短，微结构制造难度大，会导致聚合物微结构成型脱模后出现弹性回复现象，无法保证图形复制的精度。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是克服现有压制装置的缺点，提供一种聚合物微结构的压制装置，该设备将微结构平板热压印设备与挤出机串联装配，避免了现有技术中平板压印模具需要不断频繁加热冷却所需的复杂的加热冷却系统，能够节省了能源、提高了生产效率，同时避免了普通平板压印方法在基片进行二次加热时由于受热不均匀引起的应力变形，流动性不均匀导致填模不充分等问题。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是: 一种聚合物微结构的压制装置，包括依次设置的片材挤出机、用于进行平整度及厚度调节的压辊装置和模具压制机， 所述模具压制机设置有模架、压模机构、压模驱动机构、水平移动机构、水平驱动机构和PLC控制系统，所述PLC控制系统控制所述压模机构、压模驱动机构、水平移动机构和水平驱动机构； 所述水平移动机构设置有导轨和滑块，所述导轨固定于水平面或者基面，所述模架下部设置有滑块，所述滑块装配于所述导轨； 所述水平驱动机构设置有驱动电机和水平牵引丝杆，所述驱动电机驱动所述水平牵引丝杆运动，所述水平牵引丝杆与所述模架驱动连接，所述水平牵引丝杆带动所述模架沿着所述导轨移动； 所述压模机构设置有上模板、下模板和导柱，所述下模板、所述导柱固定设置于所述模架，所述上模板活动装配于所述导柱且所述上模板与所述下模板相匹配； 所述压模驱动机构设置有升降机，所述升降机固定装配于所述模架，所述升降机的驱动端通过浮动连接器与所述上模板固定连接； 所述模具压制机的输出端设有牵引收卷辊，所述压辊装置输出端设有快速加热装置，在上、下模板内设有冷却装置，经片材挤出机挤出的聚合物基片穿过压辊装置两压辊之间，再穿过模具压制机的上、下模板之间经压印后绕设于收卷牵引辊。上述驱动电机为伺服电机，所述水平牵引丝杆设置为滚珠丝杆，伺服电机通过滚珠丝杆与模架连接。上述浮动连接器与上模板之间设有压力传感器，所述压力传感器与所述PLC控制系统电信号连接。上述浮动连接器由上部分和下部分组成，上部分的下端设有凹槽，凹槽的底部为一平面，下部分的上端设有与上部分凹槽配合的连接头，该连接头的顶部为一球面。本专利技术的装置中，平板压印模板是安装在高精度的模架上，模板安装上后，上下两模板的平行度能达到0.1-100 μ m，模板的面积可以是方形或矩形。本专利技术的装置中，上模板或下模板上具有微结构，微结构的尺寸特征包括但不限于微流控芯片、微透镜、深槽、V型槽、多边形微结构。本专利技术的装置中，模板上具有给模具加热的流道，流道中用于加热的物质可以是水加热、热压油加热、蒸汽加热、热风加热。本专利技术的装置中，压印模板的往复上下压印运动、压印设备的前后进退过程是通过伺服电机与滚珠丝杆的组合，通过PLC编程来精确控制的。本专利技术的另一目的是针对微结构平板压印需要进行频繁加热冷却模具、加热冷却速度慢、不能保证聚合物基体受热的均匀性、不能连续性大批量生产的缺点，以及微结构辊压中压印保压时间短、聚合物基体充模不充分、微结构复制率低精度低的缺点，提供一种聚合物微结构压制加工方法，聚合物从片材机头挤出后，先通过两表面光滑的辊辊压平整调厚，采用聚合物表面加热方法将基片一侧或双侧温度迅速加热到玻璃化转变温度或熔点以上时直接进入具有微结构的平板压印设备进行压印制备出微结构。基片的移动是在牵引辊的牵引下，其速度与平板压印设备的运动速度相同，平板压印设备是能往复运动的。一种利用上述压制装置加工聚合物基本的加工方法，包括如下步骤: A、聚合物原理通过片材挤出机挤压成片状的聚合物基片； B、聚合物基本进入压辊装置进行平整度及厚度调节； C、从压辊装置出来的聚合物基片输入至快速加热装置位置，利用快速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物微结构的片材压制设备，包括依次设置的片材挤出机、用于进行平整度及厚度调节的压辊装置和模具压制机，其特征在于：所述模具压制机设置有模架、压模机构、压模驱动机构、水平移动机构、水平驱动机构和PLC控制系统，所述PLC控制系统控制所述压模机构、压模驱动机构、水平移动机构和水平驱动机构；所述水平移动机构设置有导轨和滑块，所述导轨固定于水平面或者基面，所述模架下部设置有滑块，所述滑块装配于所述导轨；所述水平驱动机构设置有驱动电机和水平牵引丝杆，所述驱动电机驱动所述水平牵引丝杆运动，所述水平牵引丝杆与所述模架驱动连接，所述水平牵引丝杆带动所述模架沿着所述导轨移动；所述压模机构设置有上模板、下模板和导柱，所述下模板、所述导柱固定设置于所述模架，所述上模板活动装配于所述导柱且所述上模板与所述下模板相匹配；所述压模驱动机构设置有升降机，所述升降机固定装配于所述模架，所述升降机的驱动端通过浮动连接器与所述上模板固定连接；所述模具压制机的输出端设有牵引收卷辊，所述压辊装置输出端设有快速加热装置，在上、下模板内设有冷却装置，经片材挤出机挤出的聚合物基片穿过压辊装置两压辊之间，再穿过模具压制机的上、下模板之间经压印后绕设于收卷牵引辊。...

【技术特征摘要】
1.一种聚合物微结构的片材压制设备，包括依次设置的片材挤出机、用于进行平整度及厚度调节的压辊装置和模具压制机，其特征在于: 所述模具压制机设置有模架、压模机构、压模驱动机构、水平移动机构、水平驱动机构和PLC控制系统，所述PLC控制系统控制所述压模机构、压模驱动机构、水平移动机构和水平驱动机构； 所述水平移动机构设置有导轨和滑块，所述导轨固定于水平面或者基面，所述模架下部设置有滑块，所述滑块装配于所述导轨； 所述水平驱动机构设置有驱动电机和水平牵引丝杆，所述驱动电机驱动所述水平牵引丝杆运动，所述水平牵引丝杆与所述模架驱动连接，所述水平牵引丝杆带动所述模架沿着所述导轨移动； 所述压模机构设置有上模板、下模板和导柱，所述下模板、所述导柱固定设置于所述模架，所述上模板活动装配于所述导柱且所述上模板与所述下模板相匹配； 所述压模驱动机构设置有升降机，所述升降机固定装配于所述模架，所述升降机的驱动端通过浮动连接器与所述上模板固定连接； 所述模具压制机的输出端设有牵引收卷辊，所述压辊装置输出端设有快速加热装置，在上、下模板内设有冷却装置，经片材挤出机挤出的聚合物基片穿过压辊装置两压辊之间，再穿过模具压制机的上、下模板之间经压印后绕设于收卷牵引辊。2.根据权利要求1所述的聚合物微结构的片材压制设备，其特征在于:所述驱动电机为伺服电机，所述水平牵引丝杆设置为滚珠丝杆，伺服电机通过滚珠丝杆与模架连接。3.根据权利要求1所述的聚合物微结构的片材压制设备，其特征在于:所述浮动连接器与上模板之间设有压力传感器，所述压力传感器与所述PLC控制系统电信号连接。4.根据权利要求3所述的聚合物微结构的片材压制设备，其特征在于:所述浮动连接器由上部分和下部分组成，上部分的下端设有凹槽，凹槽的底部为一平面，下部分的上端设有与上部分凹槽配合的连接头，该连接头的顶部为一球面。5.一种利用权利要求1所述片材压制设备加工聚合物基本的加工方法，其特征在于包括如下步骤: A、聚合物原理通过片材挤出机挤压成片状的聚合物基片； B、聚合物基本进入压辊装置进行平整...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘颖，敬鹏生，郑秀婷，吴大鸣，许红，杨振洲，赵中里，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：