机械工程学报

作者：罗红, 宾翔, 余剑武, 钱军

单位：1. 中南林业科技大学机械与智能制造学院 长沙 410004;2. 湖南大学机械与运载工程学院 长沙 410082;3. 鲁汶大学机械工程系 鲁汶 3001 比利时

关键词：PMMA,微结构阵列,微波辅助热压,加热速率,充型率；

基金：国家自然科学基金(52205508);科技部高端外国专家引进计划(G2023160007L)资助项目

热压成型是实现聚合物微结构元件连续成型的重要技术，但其加热环节仍依赖传统电阻/红外加热，难以兼顾材料的加热速率和温度均匀性。鉴于此，提出一种用于聚合物元件快速成型的新型微波辅助热压方法。该方法以微波磁控管为唯一功率源，通过吸波微结构模具与透波隔热套筒组合设计，实现热压组件的靶向快速加热；再通过精确电伺服加载，实现聚合物表面结构复制成型。以典型热塑性聚合物PMMA为例，在不同加热/加载条件下开展了微环阵列的微波辅助热压工艺试验，结果表明：(i)微波可在低功率(600 W)、短时间(8 s)内将SiC模具加热至200℃，平均加热速率(25℃/s)相当于常规电阻/红外加热速率(<5℃/s)的5倍以上；上下模具的内部温差不超过2.0℃，温度均匀性与常规方法相当。(ii)增加热压温度、热压速度和保压时间均有助于提升微环阵列的平均高度，但增幅逐渐减小。(iii)采用优选工艺参数(热压温度180℃、热压速度0.06 mm/s、保压时间250 s)可获得98.39%的微环充型率，并在PMMA表面成功复制出规整的百微米级直槽阵列和单微米级锥形阵列。这些结果表明所提出方法能实现聚合物预形体的快速均匀加热，适用于不同尺度不同类型微结构的精密成型，为微光学和微流控元器件的绿色高效制造提供了新途径。

来源：2025年第23期

《机械工程学报》期刊编辑部

查看机械工程学报杂志2025年第23期