聚合物類固態(tài)微熱壓印過程中的應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律的研究.pdf

1、在當(dāng)今社會，制造業(yè)水平的高低是一個國家實(shí)力的直接體現(xiàn)。特別是隨著納米技術(shù)的提出和不斷發(fā)展，更多基于分子乃至原子水平的微加工技術(shù)在傳統(tǒng)的裝備制造業(yè)領(lǐng)域占據(jù)了越來越重要的地位。而在人們?nèi)缃竦纳钪?，具有微納米結(jié)構(gòu)的材料更是與我們的衣食住行密切相關(guān)，在我們?nèi)粘Ｉ畹脑S多領(lǐng)域，特別是在許多需要精密結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域里，顯微結(jié)構(gòu)都有著舉足輕重的地位。這些具有微米或者納米尺寸級別的顯微結(jié)構(gòu)通常被稱為“微結(jié)構(gòu)”，微結(jié)構(gòu)的加工和制造過程是微納米技術(shù)由理論向應(yīng)用

2、轉(zhuǎn)變的重要環(huán)節(jié)。微熱壓印技術(shù)便是一種具有低成本、高精度、大規(guī)模以及高效率等優(yōu)點(diǎn)的微結(jié)構(gòu)加工方法，其中類固態(tài)等溫微熱壓印工藝更是大幅度縮短了微熱壓印技術(shù)的加工周期，降低了生產(chǎn)成本，提高了微結(jié)構(gòu)的復(fù)制率。
　　隨著聚合物類固態(tài)等溫?zé)釅河⌒鹿に嚨奶岢觯瑢τ诩庸み^程中聚合物黏彈特性的變化規(guī)律以及微結(jié)構(gòu)成型機(jī)理的有關(guān)研究就顯得尤為重要。只有在對微熱壓印過程中聚合物材料的應(yīng)力應(yīng)變行為有了充分的認(rèn)識和了解后，才能對加工工藝做出最準(zhǔn)確的優(yōu)化和改善

3、，從而推動具有微納米結(jié)構(gòu)聚合物產(chǎn)品的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
　　本論文正是基于以上內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)室已有拉伸壓縮應(yīng)力松弛儀的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行了部分改裝，添加了溫度控制模塊以及數(shù)據(jù)采集模塊，使其能夠滿足實(shí)驗(yàn)要求。為了得到聚合物材料在近玻璃化轉(zhuǎn)變溫度附近應(yīng)力松弛的有關(guān)特性，選取聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作為實(shí)驗(yàn)材料，在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下選擇若干溫度對其進(jìn)行相關(guān)的應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)，同時以Arrhenius方程為基礎(chǔ)，從能量的角度對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)

4、和分析，當(dāng)外界的環(huán)境溫度T低于聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg時，找到了PMMA的松弛時間常數(shù)τ和外界溫度T之間的關(guān)系，為聚合物在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下移動因子aT的求取提供了理論的支持。
　　通過定義松弛速率這一物理量，來對聚合物應(yīng)力松弛過程的快慢進(jìn)行描述。以PMMA的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為界，將30℃到130℃這一溫度區(qū)間范圍劃分為兩部分，各自選取若干溫度對PMMA試件進(jìn)行了恒壓的應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)，同時對不同溫度條件下聚合物的松弛速率進(jìn)行了計(jì)算和

5、求取。根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得到的不同溫度條件下PMMA試件相異的松弛速率，繪制出其松弛速率-溫度(p-T)變化曲線圖，并以指數(shù)模型為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了適用于PMMA的松弛速率-溫度(p-T)指數(shù)模型。利用該模型可以對處于不同溫度狀況下PMMA的松弛速率以及松弛時間常數(shù)進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算和求取。
　　為了在類固態(tài)微熱壓印過程中能夠得到具有高復(fù)制率的聚合物產(chǎn)品，同時考慮到冷卻速率的高低對于具有微納米結(jié)構(gòu)的聚合物制件松弛過程的快慢所存在的不同

6、影響，本論文還對聚合物在不同冷卻速率的條件下的松弛過程進(jìn)行了一系列的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，并且對于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用了適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行有關(guān)計(jì)算處理和定量分析，通過計(jì)算選取合適的參數(shù)建立了聚合物的松弛應(yīng)力變化量-冷卻速率模型。該模型對于在類固態(tài)微熱壓印過程中保壓時間的選取以及冷卻速率的控制具有一定的參考價值和指導(dǎo)意義。
　　借助分子動力學(xué)模擬的方法對類固態(tài)微熱壓印的過程進(jìn)行模擬和分析，是研究聚合物在微熱壓印過程中黏彈性的變化情況以及應(yīng)力應(yīng)變相