Page 43 - 《橡塑技术与装备》2019年24期（12月下半月塑料）
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综述与专论 温茂林 等·高端微结构塑料制品的成型加工技术与装备研发 *
机头口模处特制的注射器件进入刚挤出的塑料薄膜内。 化程度高等优点，具有广阔的应用前景。
此阶段中，压力反馈控制系统会持续检测机头处的压 与传统注塑技术类似，微注塑技术也包含原料的
力并作用于电机上从而控制熔体以稳定的压力被挤出。 融化、注射、合模保压、冷却脱模等过程，但不同于
第三阶段，牵引机将从机头口模中挤出的熔融塑料薄 常规注塑技术，微注塑技术还需要考虑一些其他因素
膜快速牵引拉伸至冷却水槽中，熔融态的塑料薄膜转 [14] 。首先，由于微注塑所成型的制品质量和体积较小，
变成固态的塑料薄膜，同时内含的微通道结构在此过 故其塑化单元需要计量准确、体积较小 ；为减少生产
程中成型，所得到的塑料制品横截面如图 1(d) 中所示。 周期，微注塑模具需快速冷却 ；为避免制件产生气泡、
微通道塑料薄膜的成型质量与拉伸比、熔融拉伸长度 欠注等缺陷，模具需抽真空以减小流动阻力 ；对于细
以及挤出机头的口模结构尺寸等参数有着密切的联系。 微结构制品，为了避免脱模时制品与模具间的静电吸
力损坏制件，需要采用自动吸附装置 [15] 。
按照驱动方式分类，微注塑机可以分为全电式驱
动、油电复合式驱动以及液压 / 气压式驱动 ；按照注
射系统的结构形式分类，微注塑机可以分为单螺杆式、
螺杆 - 螺杆式、柱塞 - 柱塞式、螺杆 - 柱塞式等 [16] 。
图 2 微通道塑料薄膜挤出加工流程示意图
各种类型的微注塑机均有着自己的特点，但殊途同归。
近年来，本课题组已在聚合物微通道结构材料制 近年来，不断改进完善微注塑机的注射技术和控制技
备及应用方面取得新的研究进展。通过控制挤出成型 术是各公司和机构投入研发的方向，其目的是实现更
过程中的注入气体的压力大小可以得到不同孔径和孔 高的注射速度和控制精度。现阶段我国的微注塑机主
[4]
隙率的并排 28 孔微通道塑料薄膜 (MCF) 。上述相 要还是依赖进口，就此本课题组联合有关企业开发设
关成果已应用于人造树叶、吸声材料、化学品检测、 计了一种采用差动式传动注射系统的螺杆 - 柱塞双阶
药物输送、蛋白质生物标记检测、光化学反应器等领 型全电动微注塑机，解决了微注塑过程中微小注射量
域 [5~9] ；同时，通过改进多微通道口模设计，并控制 控制困难的问题，实现了高精度、宽范围、超高压的
挤出过程中的注射气体压力、拉伸速率与拉伸长度等 注射过程，并基于此设备对微注塑加工成型工艺进行
工艺参数，加工制备出新型多微通道塑料管道结构 了相关研究 [17] 。微注塑机的整机三维建模如图 3 所示。
（MCT）。这种结构的主要特点在于中心微通道的周围
紧密排布了一圈直径更小的微通道结构，避免了 MCF
中微通道尺寸不均匀的缺点，该结构有望用于人造血
管、新型微换热系统等方面 [10] 。
2 微注塑成型技术与设备
在生产微型塑料制品时，若使用传统的注塑机生
产，微结构制品较小的质量和体积会使得注射流道所
占的比重较大，从而导致原料严重浪费，而且还会使
得冷却流道的时间增加，降低整体的生产效率 [11] 。为
图 3 微注塑机整机三维图 [18]
解决此类问题，微注塑技术应运而生。一般来说，微
注射技术主要是指小尺寸、小质量的注射成型技术。
3 特种工程塑料 3D 打印设备
但迄今对于微注塑技术还没有明确的定义。Whiteside
3D 打印也是塑料微结构加工的重要方法之一，而
等学者 [12~13] 根据微注塑所得制品的质量和尺寸量级来
基于 FDM 的 3D 打印机耗材从打印头喷嘴出丝，是一
定义微注塑，主要包括所得制品的质量在毫克级以内
个典型的微孔挤出过程。特种工程塑料综合性能优越，
或制品的尺寸精度在微米级以内两个方面。与传统的
在航空航天、汽车制造、医疗卫生、电子电器等行业
常规注塑相比，采用微注塑技术生产塑料制品具有制 [18~20]
应 用 广 泛 。 然 而 特 种 工 程 塑 料 具 有 熔 点 高， 黏
品成型品质高、生产效率高、工艺较为简单以及自动
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2019 第 45 卷 ·27·
