[发明专利]一种快速聚合物微纳结构差温平板热压印工艺

说明书

本发明公开了一种快速聚合物微纳结构差温平板热压印工艺方法，特征是热压印模具在整个压印周期保持恒温，上下半模的设定温度不同，通过差温模式，解决微纳结构的顺利充模和脱模问题，尤其适用于具有单面微纳结构的聚合物制品的快速热压印。将有微纳结构一侧的模具温度设为较高值、无结构一侧的设为较低值。热压印初期，与高温半模接触的聚合物基片，迅速升至较高的温度并完成充模；在保压阶段，低温半模对聚合物基片进行冷却，使成型好的微纳结构定型，以利于脱模。该工艺避免反复加热冷却模具消耗能量，同时显著缩短热压印的成型周期；成型过程可控性高，成型精度高、整体一致性好；聚合物制品粘模现象得到明显改善，有效避免脱模缺陷的产生。

技术领域

本发明涉及一种平板热压印的工艺方法，是一种利用聚合物类固态状态下的弹塑性变形进行快速成型的聚合物微纳结构差温平板热压印工艺。

背景技术

具有微纳结构的聚合物器件在精密光学、生物医疗等领域有重要的应用。平板热压印技术是制备聚合物微纳结构器件的主要的工艺方法之一，其具有微纳结构复制率高，成型精度高的特点。

平板热压印一般采用等温热压印工艺，即模具和聚合物温度保持一致，共同经历加热、压印、冷却、脱模四步完成热压印过程。热压过程中模具需经历反复的加热冷却，耗时严重，延长了平板热压印的工艺周期；另外，模具冷却不足容易导致脱模缺陷的发生。以上缺点均为平板热压印过程中尚未解决的技术难题。

发明内容

本发明是一种快速聚合物微纳结构差温平板热压印工艺，通过利用聚合物类固态状态下的弹塑性形变完成微纳结构的成型。该方法的特征是热压印模具在整个压印周期保持恒温，但上下半模的设定温度不同，通过差温模式，可以解决微纳结构的顺利充模和脱模问题，尤其适用于具有单面微纳结构的聚合物制品的快速热压印。实施过程中，将有微纳结构一侧的模具温度设为较高值、无结构一侧的模具温度设为较低值。当上下模具设定较大的温差，热压印初期，与高温半模接触的聚合物基片，迅速升至较高的温度并完成充模；在保压阶段，低温半模对聚合物基片进行冷却，使成型好的微纳结构定型，以利于随后的脱模。该方法尤其适用于具有单面微纳结构的聚合物制品的快速压印与脱模。热压印过程中模具保持恒温以避免反复加热冷却造成的耗时，以此实现大幅度缩短平板热压印工艺周期的目的；将有微纳结构一侧的模具温度设为高值、无结构一侧的模具温度设为低值，以此解决脱模过程中的粘模现象。。

本发明是一种快速聚合物微纳结构差温平板热压印工艺，该压印工艺分为非结晶型聚合物热压印工艺和结晶型聚合物压印工艺，在进行非结晶型聚合物热压印时，包括如下步骤:

(1)预热：非结晶型聚合物预热到其T_g以上1℃～20℃，预热过程保证聚合物整体温度分布均匀；

(2)压印：有微纳结构一侧的模具温度设置为所压印的非结晶型聚合物的T_g以上5℃～35℃，无结构一侧的模具温度设置为所压印的非结晶型聚合物的T_g以下5℃～35℃，保证模具表面温度分布均匀，模具对放置好的聚合物基材进行热压印；

(3)保压：在1MPa～10MPa的压印压力下保持10s～100s，使基片充分充模和定型；

(4)脱模：热压印微纳结构填充完成后，模具温度保持不变，直接脱模，得到表面具有微纳结构的聚合物器件。

本发明是一种快速聚合物微纳结构差温平板热压印工艺，在进行结晶型聚合物热压印时，包括如下步骤:

(1)预热：结晶型聚合物预热到其结晶熔点T_m以下40℃～60℃，预热过程保证聚合物整体温度分布均匀；

(2)压印：有微纳结构一侧的模具温度设置为所压印的结晶型聚合物的Tm以下20℃～50℃，无结构一侧的模具温度设置为所压印的结晶型聚合物的Tm以下50℃～80℃，保证模具表面温度分布均匀，模具对放置好的聚合物基材进行热压印；