[發(fā)明專利]一種快速聚合物微納結(jié)構(gòu)差溫平板熱壓印工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710047991.2
• 申請(qǐng)日: 2017-01-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106808677B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳大鳴;孫靖堯;劉穎;鄭秀婷;許紅;趙中里
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): B29C59/02
• 分類號(hào): B29C59/02
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 趙蕊紅

本發(fā)明公開(kāi)了一種快速聚合物微納結(jié)構(gòu)差溫平板熱壓印工藝方法，特征是熱壓印模具在整個(gè)壓印周期保持恒溫，上下半模的設(shè)定溫度不同，通過(guò)差溫模式，解決微納結(jié)構(gòu)的順利充模和脫模問(wèn)題，尤其適用于具有單面微納結(jié)構(gòu)的聚合物制品的快速熱壓印。將有微納結(jié)構(gòu)一側(cè)的模具溫度設(shè)為較高值、無(wú)結(jié)構(gòu)一側(cè)的設(shè)為較低值。熱壓印初期，與高溫半模接觸的聚合物基片，迅速升至較高的溫度并完成充模；在保壓階段，低溫半模對(duì)聚合物基片進(jìn)行冷卻，使成型好的微納結(jié)構(gòu)定型，以利于脫模。該工藝避免反復(fù)加熱冷卻模具消耗能量，同時(shí)顯著縮短熱壓印的成型周期；成型過(guò)程可控性高，成型精度高、整體一致性好；聚合物制品粘?，F(xiàn)象得到明顯改善，有效避免脫模缺陷的產(chǎn)生。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種平板熱壓印的工藝方法，是一種利用聚合物類固態(tài)狀態(tài)下的彈塑性變形進(jìn)行快速成型的聚合物微納結(jié)構(gòu)差溫平板熱壓印工藝。

背景技術(shù)

具有微納結(jié)構(gòu)的聚合物器件在精密光學(xué)、生物醫(yī)療等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。平板熱壓印技術(shù)是制備聚合物微納結(jié)構(gòu)器件的主要的工藝方法之一，其具有微納結(jié)構(gòu)復(fù)制率高，成型精度高的特點(diǎn)。

平板熱壓印一般采用等溫?zé)釅河」に?，即模具和聚合物溫度保持一致，共同?jīng)歷加熱、壓印、冷卻、脫模四步完成熱壓印過(guò)程。熱壓過(guò)程中模具需經(jīng)歷反復(fù)的加熱冷卻，耗時(shí)嚴(yán)重，延長(zhǎng)了平板熱壓印的工藝周期；另外，模具冷卻不足容易導(dǎo)致脫模缺陷的發(fā)生。以上缺點(diǎn)均為平板熱壓印過(guò)程中尚未解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是一種快速聚合物微納結(jié)構(gòu)差溫平板熱壓印工藝，通過(guò)利用聚合物類固態(tài)狀態(tài)下的彈塑性形變完成微納結(jié)構(gòu)的成型。該方法的特征是熱壓印模具在整個(gè)壓印周期保持恒溫，但上下半模的設(shè)定溫度不同，通過(guò)差溫模式，可以解決微納結(jié)構(gòu)的順利充模和脫模問(wèn)題，尤其適用于具有單面微納結(jié)構(gòu)的聚合物制品的快速熱壓印。實(shí)施過(guò)程中，將有微納結(jié)構(gòu)一側(cè)的模具溫度設(shè)為較高值、無(wú)結(jié)構(gòu)一側(cè)的模具溫度設(shè)為較低值。當(dāng)上下模具設(shè)定較大的溫差，熱壓印初期，與高溫半模接觸的聚合物基片，迅速升至較高的溫度并完成充模；在保壓階段，低溫半模對(duì)聚合物基片進(jìn)行冷卻，使成型好的微納結(jié)構(gòu)定型，以利于隨后的脫模。該方法尤其適用于具有單面微納結(jié)構(gòu)的聚合物制品的快速壓印與脫模。熱壓印過(guò)程中模具保持恒溫以避免反復(fù)加熱冷卻造成的耗時(shí)，以此實(shí)現(xiàn)大幅度縮短平板熱壓印工藝周期的目的；將有微納結(jié)構(gòu)一側(cè)的模具溫度設(shè)為高值、無(wú)結(jié)構(gòu)一側(cè)的模具溫度設(shè)為低值，以此解決脫模過(guò)程中的粘?，F(xiàn)象。。

本發(fā)明是一種快速聚合物微納結(jié)構(gòu)差溫平板熱壓印工藝，該壓印工藝分為非結(jié)晶型聚合物熱壓印工藝和結(jié)晶型聚合物壓印工藝，在進(jìn)行非結(jié)晶型聚合物熱壓印時(shí)，包括如下步驟:

(1)預(yù)熱：非結(jié)晶型聚合物預(yù)熱到其T_g以上1℃～20℃，預(yù)熱過(guò)程保證聚合物整體溫度分布均勻；

(2)壓?。河形⒓{結(jié)構(gòu)一側(cè)的模具溫度設(shè)置為所壓印的非結(jié)晶型聚合物的T_g以上5℃～35℃，無(wú)結(jié)構(gòu)一側(cè)的模具溫度設(shè)置為所壓印的非結(jié)晶型聚合物的T_g以下5℃～35℃，保證模具表面溫度分布均勻，模具對(duì)放置好的聚合物基材進(jìn)行熱壓?。?/p>

(3)保壓：在1MPa～10MPa的壓印壓力下保持10s～100s，使基片充分充模和定型；

(4)脫模：熱壓印微納結(jié)構(gòu)填充完成后，模具溫度保持不變，直接脫模，得到表面具有微納結(jié)構(gòu)的聚合物器件。

本發(fā)明是一種快速聚合物微納結(jié)構(gòu)差溫平板熱壓印工藝，在進(jìn)行結(jié)晶型聚合物熱壓印時(shí)，包括如下步驟:

(1)預(yù)熱：結(jié)晶型聚合物預(yù)熱到其結(jié)晶熔點(diǎn)T_m以下40℃～60℃，預(yù)熱過(guò)程保證聚合物整體溫度分布均勻；

(2)壓?。河形⒓{結(jié)構(gòu)一側(cè)的模具溫度設(shè)置為所壓印的結(jié)晶型聚合物的Tm以下20℃～50℃，無(wú)結(jié)構(gòu)一側(cè)的模具溫度設(shè)置為所壓印的結(jié)晶型聚合物的Tm以下50℃～80℃，保證模具表面溫度分布均勻，模具對(duì)放置好的聚合物基材進(jìn)行熱壓??；