[实用新型]制备具有T形微结构的高分子材料表面产品的注塑模具

说明书

技术领域

本实用新型涉及制备功能结构表面的技术，特别涉及一种制备具有T形 微结构的高分子材料表面产品的注塑模具。

背景技术

具有“荷叶效应”的功能表面在新能源技术、绿色工程、水下除污、光学、 细胞培养、微流控和防尘等方面应用前景广阔，而具有“花瓣效应”的功能表 面同时呈现超疏水特性和高粘附特性(滚动角大于90°)，在微液滴的无损输 送和微量液滴样本的分析等方面有广阔的应用前景。目前，功能结构表面上的 微结构一般为圆柱、圆台、长方体、锥体等形状，实际使用中，具有这些形状 的微结构的表面上的Cassie润湿状态稳定性较差，且在受到外部压力或在水 下时表面较易被润湿。

T形微结构使表面呈现大于150°的接触角和低的粘附特性，使表面呈现 稳健的Cassie润湿状态。要实现液滴的定量收集和无损输送，表面需要具有 一定的粘附特性，并且使不同体积的液滴在表面倾斜不同角度时可滚动。因此， 为提高表面液滴粘附力，要在T形微柱的顶面布置较小深宽比的纳米结构， 以增加固-液接触面积。目前，并未见采用注塑技术在高分子材料表面成型T 形微结构的相关报道。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、制作方 便的制备具有T形微结构的高分子材料表面产品的注塑模具，使成型的T形微 结构与模板之间顺利分离，成型的制品表面对水的粘附程度适中且润湿稳定性 能优越。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案为：制备具有T形微结构的 高分子材料表面产品的注塑模具，包括动模和定模，动模和定模间构成注塑模 具型腔；注塑模腔的表面安装有柔性模板。

注塑模具型腔上分布有纳米沟槽，其横截面为多边形或弓形，横截面尺寸 为10～900nm。

柔性模板中分布有有序排列的T形微柱，其横截面为圆形、椭圆形、多 边形、弓形或多弧形，所述多弧形为多段弧线首尾相接组成的闭合形状。T形 微柱的柱体的横截面尺寸为5～35μm、高度为20～80μm，T形微柱的头部的横 截面尺寸为20～80μm、高度为20～80μm，两相邻T形微柱的中心距离为50～100 μm。

优选地，柔性模板表面上分布有纳米沟槽，其横截面为圆形或多边形，横 截面尺寸为10～900nm。

柔性模板安装于定模上，或安装于动模上。

本实用新型具有如下优点：结构简单，制作方便，制作灵活性强，可靠性 和重复利用率高，成本低廉，可制备出具有更稳定润湿性能和适度粘附特性的 高分子材料表面的产品。

为了充分了解本实用新型，需要对采用该注塑模具制备具有T形微结构 的高分子材料表面的方法进行说明。

采用本实用新型制备具有T形微结构的高分子材料表面，包括以下步骤：

(1)制造具有T形微结构的柔性模板，其上分布有用于成型T形微柱的 微结构，在注塑模具型腔上加工相应的纳米沟槽结构；

(2)将柔性模板安装于注塑模具型腔上，并将注塑模具加热至60～120℃， 采用注塑机将高分子材料熔融后注入模具型腔中，高分子熔体填充模具流道以 及柔性模板中的微结构和注塑模具型腔上的沟槽结构，从而成型顶面上分布有 纳米沟槽的T形微柱；

(3)对高分子熔体进行保压和冷却，成型表面上具有T形微结构的高分 子材料制品后取出，因模板的柔性可使T形微柱被拔出时不会被破坏。

所述步骤(2)中，高分子材料为聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、 聚甲基丙烯酸甲脂、环烯烃共聚物或聚氨酯。

所成型的具有T形微结构的高分子材料表面上水的接触角大于150°、滚 动角为0～180°。

上述具有T形微结构的高分子材料表面上液滴粘附原理如下所述。在具 有T形微结构的高分子材料表面上可形成稳健的Cassie润湿状态，防止液滴 浸润T形微柱之间的间隙，并呈现超疏水特性；T形微柱头部顶面的纳米沟槽 结构较易被液滴浸润，增加固-液接触面积，从而使表面呈现适度的水粘附特 性。这种适度的水粘附特性可使不同体积的液滴在倾斜不同角度的表面上滚 动，实现液滴的定量收集和无损输送等功能。