Page 57 - 《橡塑技术与装备》2017年22期（11月下半月塑料）

新技术与新产品 黄元昌·设有微型结构表面的注压弹性部件

表 1 弹性体微型结构表面的应用
应用 材料 微型结构形状 直径 /μm 高度 /μm
壁虎吸附 硅像胶 柱状 50 70
蘑菇状 4.5（端部 ：9） 20
异形纤维状 28~57 114
聚氨酯
4（端部 ：8） 20
纤维 4~25 -
疏水表面
聚酰亚胺 发状 0.2~4 0.15~2
聚氨酯丙烯酸酯聚合物 纳米发行 0.35（端部 ：0.6） 3
苯乙烯 - 乙烯聚合物 蘑菇状 端部 ：40 20
丁烯 - 苯乙烯聚合物 柱状 - -
触觉传感器 含碳硅油 柱状 - 300
PDMS 和含有 MWCNT
微型传感器 柱状 - -
的聚氨酯
料和热塑性弹性体模塑的微型结构的高度和深度。 了模具表面粗糙度。由基于光刻技术模块制造的电
成型镍模具已得到广泛的应用，并能成功实现生产
分辨率为 1 μm 和长宽比为 2.5 的微型结构。用光刻
技术生产微结构的硅模具，成功用于纳米及微结构
的生产，但这种模具是脆性的。电成型镍模具可以
使用 100 000 次，而硅模具只能大约使用 3 000 次。
有两种不同形式的镶件 ：阳模和阴模。如图 3(a)
所示阳模在模塑表面形成凹陷或阴性结构。而阴模在
模塑部件表面产生凸起或阳性微结构 [ 图 3(b)]。前者
用于微流控装置，而阳性微结构在流水表面和黏合剂
上有潜在的使用价值。用阳模工具能够较容易实现微
结构全部深度。用阳模时，共聚酯和双组分聚氨酯热
塑性弹性体的微结构深度可以达到 83%，但采用阴模
时只能实现 65%。这种差异的原因是流动模式的不同，
使用阳模时熔体是围绕在微结构周围流动，而使用阴
模时，熔体必须流进狭窄的通道内，在狭窄的微结构
里巨大的压降又给填充带来阻力，高压还降低了聚合
物熔体的流动性。正如预期哪样，较小且深的微结构
图 1 生产带有微型结构表面弹性体部件的模具
（较大的长宽比）实现较为困难。而对于热塑性塑料
材料，长宽比（即微结构的高度和宽度之比）大约为
10:1 时，当模具脱模角适当时能够实现。对于弹性体
材料。由于材料具有柔性，故脱模角度不是很关键，
而模塑长宽比大于 2:1 的微结构还没有见报道。
模塑带有微结构表面的部件时，部件一般主壁厚
为 0.5~3 mm（微部件的壁厚可能更小）。微、纳米结
(a) 无真空排气 (b) 有真空排气
图 2 在相同条件下形成的直径为 20 μm 的 TVP 微柱 构就位于这个主体壁上，如图 [4(a)] 所示。由于壁厚
不同（所需的填充压力也不同），充模有两个工艺阶
而带有微型结构的镶件用钢材、镍材制造，有些
段 ：熔体先填充主体壁厚，然后再流入微、纳米结构。
情况下用硅。用钢材和其他金属材料时，微机械加工
填充模式受到浇口位置的影响。当浇口的位置与微结
尺寸小到 50 μm 的微结构已商业化，而采用的机加工
技术已经能生产尺寸小到 10 μm 的微结构。不锈钢和 构垂直时可获得平行的液流 [ 图 4(b)]，这种流动模式
在聚合物熔体注射进型腔的过程中可填充一些微结构。
合金用腐蚀法已生产出小至 0.02 μm 的微结构。采用
所以较大的注射速度可增加微结构的填充，但微结构
机加工和蚀刻金属表面时，金属的晶粒度和抛光决定

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