微注射文献综述

微注塑成型工艺研究现状及展望

摘要：阐述了微注塑成型技术的工艺特点及其应用前景，分析总结了微注塑成型工艺的实验和模拟研究现状，展望了微注射成型的发展趋势。

关键词：微注塑成型；工艺参数；模拟分析

Current Situation and Prospect

of the process research in Micro Injection Molding Abstract：The paper elaborated the process characteristic and application trend of micro injection molding technology, then the present situation and research fields of experiment research and simulation analysis of process in micro injection molding were analyzed. The development direction and trend of micro injection molding were pointed out at last. Key words：Micro Injection Molding；Process Parameters；Simulation Analysis

1 概述

随着科学技术的进步，特别是微机电系统(MEMS)的发展，微注塑制品以其质量轻、体积小、抗腐蚀及绝缘性能好、尺寸一致性好、成型效率高等优点，在航空航天、精密仪器、生物与基因工程、医药工程、信息通讯、环境工程和军事等领域，得到了广泛的应用和发展[1]。随着微塑件的应用领域不断拓展, 人们对其质量有了越来越高的要求, 获得其合理的工艺参数设置越来越迫切。由于微塑件特征尺寸微小、模具型腔表体比较大、微小熔体具有的热量较小、微尺度效应影响熔体流动行为等原因，使得微注塑成型过程中工艺参数设置与传统注塑成型有所差别，若仍采用传统注塑成型过程时的常规设置，容易导致微注塑模具中型腔充填不足、翘曲、收缩、气穴等缺陷，从而影响塑件的质量。对微结构塑件的成型工艺进行模拟分析和试验研究，对设计优化微注塑模具、合理设置成型工艺参数和提高微塑件质量都具有重要的理论意义和实用价值。

2 微注塑成型技术的含义及应用

到目前为止，对于微注塑成型技术还没有准确统一的定义，但多数研究者都是从成型微小尺寸与微小体积塑件开始研究的。Kukla C等[2]从微型塑件的角度，给出了微注塑成型技术的概念，即微注塑成型是一种注塑制件重量以毫克（mg）为计量单位，制品几何尺寸以微米（μm）为量度单位的成型方法。微注塑成型技术可以成形以下类型的塑件（如图1所示）：

（a）微齿轮（b）光纤连接器

(c)导光板（d）可植入人耳的助听装置

图1 微注射成型制品

Fig.1 Micro injection products

(1)塑件的整体结构尺寸微小。重几微克到几分之一克，尺寸在μm量级的微注塑成型制品。例如微齿轮、微操作杆；

（2）表面具有微细结构的塑件。传统尺寸的注塑成型制品，但具有微结构区域或功能特征，局部微细结构处的尺度已达到μm量级。例如带有数据点隙的光盘、具有微表面特征的透镜；

（3）微型精密塑件。可具有任意尺度，但尺度公差在μm级的高精度制品。例如光纤技术用插件。

微注塑成型技术的概念是个相对的概念，随着科学披术的不断发展，所谓的微型塑件的外形尺寸、尺寸精度和重量必将向着更高级别的方向发展。

3微注塑成型工艺实验的研究现状

尽管传统的、宏观上的注塑成型技术理论已经相当成熟，但对于微注塑成型这门新兴技术的研究才刚刚开始，由于微注塑成型技术的研究涉及到很多技术领域，如微流变学、微传热学、微流体力学、聚合物的微观形态学等相关技术领域，加之各相关领域的理论与技术本身的研究也不够成熟，因此还没有形成能够指导制定微注塑成型工艺参数的理论与方法。而随着微机械技术的迅猛发展，又迫切需要微型塑件或微注塑封装技术能在微机械系统中发挥重要作用，因此对微注塑成型技术的研究至关重要。

微注射成型工艺参数主要包括注射速度、模具温度、注射压力、保压压力、熔体温度及冷却时间等，这些参数对微结构特性复制度及产品质量的影响起到很重要的作用。由于微塑件特征尺寸微小、模具型腔的表体比较大、微小熔体具有的热量较少等原因，使得微注射成型过程中工艺参数设置与传统注塑成型有所差别，若仍采用传统注塑成型过程时的常规设置，容易导致产生很多缺陷，从而影响微塑件的质量。目前对微注塑成型工艺的研究国外已经取得较大进展，但国内仍处于起步阶段。

德国的Piotter V.[3]等提出必须通过提高模具温度才能保证微塑件的成型质量，在大量实验的基础上，获得了模具温度设置与材料性质的关系，即对于无定型聚合物（如ABS、PMMA、PC、PSU等），模具温度要高于材料的玻璃转化温度；对于结晶型聚合物（如POM、PA等），模具温度通常要达到材料的熔点，在大多数情况下聚合物熔体在微注塑成型机喷嘴处的温度需要达到材料成型温度的上限，该研究为后续微注塑成型工艺的研究提供了有价值的技术指导。

德国学者KuKla C等[4]指出在微注塑成型过程中，为了保证微塑件的成型质量，模具温度与传统成型相比必须有所提高，且在熔体注塑之前和注塑过程中均需对模具加热，注塑完成后使模具温度迅速降低到塑件脱模温度，模具温度精确控制可采用模具变温系统来实现。同时提出，模具间隙在5μm以下时不需要预先排气，只有当模具间隙小于此值或有盲孔等结构时才需要主动排气。

美国的Despa M.S[5]针对具有高深宽比的微结构塑件成型工艺进行了实验研究，提出模具温度是影响微结构填充率的重要工艺参数，注射速度是次要工艺参数；在模具温度升高到材料熔点时，微结构的填充率与注射速率无关；提高注射速度有利于提高填充率和减少收缩，但在模具温度低于一定值时，仅提高注射速