【摘 要】
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自然界的疏水表面为仿生疏水表面的制备提供了模板。实际应用中,有时需要液体从固体表面快速滚落,而具备“荷叶效应”的疏水表面具备这类特征,如在自清洁、减阻、防雾等领;而
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自然界的疏水表面为仿生疏水表面的制备提供了模板。实际应用中,有时需要液体从固体表面快速滚落,而具备“荷叶效应”的疏水表面具备这类特征,如在自清洁、减阻、防雾等领;而有时又需要液滴粘附于固体表面,具备“花瓣效应”的疏水表面恰好适用此类场合,如在微液体无损运输、样本分析、液体收集等领域。根据实际需要,构建不同形貌的微结构阵列可实现制备不同特性的疏水表面。本文提出利用注塑工艺在塑件表面成型不同结构尺寸参数的疏水单元,以制备不同疏水能力疏水表面的方法。首先,利用激光加工在模具镶块表面加工了不同结构尺寸参数的微结构阵列。探究了不同扫描路径、激光功率、扫描次数对微结构加工效果的影响,结果发现:采用同心环路径及20%功率加工效果更为理想,而微结构轮廓随激光扫描次数的增加而更加均匀且过渡光滑。其次,探究了注塑工艺参数对PP薄壁件翘曲度的影响,并提出采用退火工艺来进一步降低翘曲,研究结果表明:翘曲量随注射压力、注射速度及模具温度的升高而增大,随冷却时间的增加而减小,而当熔体温度和保压压力增大时,翘曲量先减小后增大;退火工艺可使薄壁件翘曲量减小20~40%;再者,通过对塑件表面120个微结构单元进行接触角测量,探究了微结构间距、高度及底端直径对接触角大小的影响,研究发现:微结构阵列的存在一定程度上减小了固-液接触面积,使得表面原接触角55.01°增大到95.7~149.06°,对应最大接触角其尺寸参数分别为:间距160μm、高度94.35μm、底端直径150μm,可达到准超疏水水平;接触角在设定尺寸参数范围内随微结构阵列间距的增大而减小,随微结构高度的增大而增大,随其底端直径的增大而增大,相对高耸紧凑的结构利于增大接触角,不同微结构尺寸可实现对塑件表面不同疏水程度的调节。最后,通过将有静置液滴的薄壁件倾斜不同角度发现,具有微结构的塑件表面有明显接触角滞后现象,翻转180°液滴不会滴落,表现出很强的粘附性,具备显著的“花瓣效应”。未经低表面能修饰的粗糙表面,因为微结构的存在不仅增强了固-液界面作用力,而且微结构顶部的钉附作用均增大了液滴在表面移动时的能量势垒,增强了固体表面粘附作用。本文研究内容对微结构改善聚合物表面润湿性及实现对其疏水能力的可控调节具有重要研究意义,为制备不同疏水特性的聚合物表面提供了实践方法。
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