近年来,随着新能源与节能技术、新媒体与信息技术的迅猛发展,带有表面微细结构的光学薄膜受到日益广泛的关注。微金字塔阵列结构作为有代表性的光学薄膜表面微细结构具有光学性能高和比表面积大的优点,是钻石级反光膜、太阳能光陷阱、生物反应器等应用的理想结构。然而,微金字塔结构的顶角、二面角和高度对微金字塔阵列的聚光性能有显著影响,即微金字塔结构精度对聚合物薄膜产品的性能至关重要。热辊压工艺,被认为是实现大面积、连续、高效制备聚合物微金字塔结构薄膜的一种理想方法。然而,应用连续的热辊压工艺在不同的聚合物薄膜上压印微金字塔阵列结构时,均观察到平台式、坍塌式、高矮式和气泡式四种典型的成形缺陷,这严重制约了热辊压工艺的高效率应用。本文结合热辊压连续高效和粉末冶金技术结构精度高的优点,提出了一种在聚合物薄膜表面制备微细结构的粉末热辊压成形新工艺,为制备表面微金字塔阵列结构的光学薄膜提供了可能。该工艺应用聚合物微粉末材料替代传统热辊压工艺中的聚合物薄膜,直接由粉末材料在聚合物薄膜基材表面成形出各种微结构特征。由于结合了两种工艺的优势,聚合物粉末热辊压工艺能够较低成本的实现多种对特征结构精度要求较高的工业应用。另外,一些传统热辊压和粉末热压印中存在的缺陷,例如结构回弹等,可应用此工艺得到有效解决。为进一步论证聚合物粉末热辊压工艺的可行性,本文对该工艺进行了系统性的实验研究,主要研究内容包括以下几个方面:1)粉末热辊压实验平台搭建及可行性实验分析通过在实验室已有的薄膜热辊压设备上添加聚合物粉末倒粉装置,搭建粉末热辊压工艺实验平台,并选择微金字塔阵列结构模具进行工艺可行性实验验证。通过微金字塔结构模具表面处理工艺,降低聚合物粉末材料与模具表面的黏附效应,以降低缺陷提高工艺效率。根据微金字塔阵列结构特征,确定聚合物粉末热辊压可行性实验的评价指标,如微金字塔成形高度和棱边与底面所夹角度等。利用激光共聚焦显微镜分析可行性实验中评价指标的表现,以验证粉末热辊压工艺与实验平台的可行性,并发现成形试样截面上明显的“分层现象”。2)聚合物粉末热辊压成形工艺仿真建模与分析测量了粉末材料的熔点温度、导热系数和比热容等热力学参数,及其平均粒径和粒径分布情况,以系统性研究粉末材料性质与粉末热辊压工艺成形质量的关系。利用实验测得和已知的聚乙烯粉末材料性质,根据粉末热辊压工艺成形特征,建立粉末热压印成形有限元仿真模型。利用有限元仿真方法分析粉末热压印成形过程中的粉末颗粒变形和工艺过程中的传热等不易通过实验获得的结果,研究试样截面“分层现象”出现的原因,并对随后的热辊压工艺参数实验提供适合的实验参数选取范围参考。3)粉末热辊压工艺规律分析及成形窗口建立基于聚合物粉末热辊压工艺成形特征,应用热传导方程分析聚合物粉末熔融充型传热过程。而后据此建立粉末熔融层控制方法,即在不同工艺参数输入后,获得不产生“分层现象”的倒入粉末质量的最大值,进一步优化粉末热辊压工艺。通过单因素实验研究工艺参数对微金字塔阵列结构成形质量的影响。模具温度,辊压速度和辊压力被认为是影响微细结构成形精度的三个主要的输入工艺参数。通过测量成形微金字塔阵列结构的高度和棱边与底面所夹角度这两个评价指标,评估聚合物粉末热辊压工艺实验中模具温度,辊压速度和辊压力对成形质量的影响规律。并通过响应面分析获得聚乙烯粉末热辊压工艺的成形窗口,为粉末热辊压工艺的应用提供了参考。