[实用新型]一种聚合物微结构的压制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种聚合物微结构连续压印成型设备，属于聚合物加工技术领域。

背景技术

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（DOE）、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，发明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发明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。

发明内容

本实用新型的目的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使用，省去了平板压印模具不断频繁加热冷却所需的复杂的加热冷却系统，节省了大量能源，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，流动性不均匀导致充模不充分等问题。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

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；