一种具有荷叶效应表面的制备设备制造技术

本实用新型专利技术涉及一种具有荷叶效应表面的制备设备，在融化的聚乙烯材料中均匀混合微米铁粉，聚乙烯材料冷却凝固的过程中利用磁铁对溶液中的铁粉颗粒施加一定的磁场力。微米铁粉颗粒在磁场力的作用下，克服液体内部粘性阻力向上运动，当运动至液体表面，在液面上形成一个微凸体。由于液面的凸起，因而对微米铁粉颗粒形成一定的张力，并和磁场力与液体粘性力的合力达到平衡。完全冷却凝固时，液体表面能够形成分布均匀，且数量极大的微凸体，使得材料表面具有一定类似于荷叶表面结构的憎水性能。控制加入铁粉量、铁粉样品颗粒直径和磁铁与液面间距进一步控制生成微凸体的分布密度、截面直径和高度，以使得所制备出的材料表面具有最佳荷叶效应效果。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种制备工艺方法，特别是一种具有荷叶效应表面的制备设备。
技术介绍
荷叶之所以能够产生自洁效应，是因为荷叶叶面上存在着非常复杂的多重纳米和微米级的超微结构。如图3，电子扫描显示，荷叶表面上有许多微小的乳突，乳突的平均大小约为10微米，平均间距约12微米。而每个乳突有许多直径为200纳米左右的突起组成的。在荷叶叶面上布满着一个挨一个隆起的“小山包”，它上面长满绒毛，在“山包”顶又长出一个馒头状的“碉堡”凸顶。因此，在“山包”间的凹陷部份充满着空气，这样就在紧贴叶面上形成一层极薄，只有纳米级厚的空气层。这就使得在尺寸上远大于这种结构的灰尘、雨水等降落在叶面上后，隔着一层极薄的空气，只能同叶面上“山包”的凸顶形成几个点接触。雨点在自身的表面张力作用下形成球状，水球在滚动中吸附灰尘，并滚出叶面，这就是“荷叶效应”能自洁叶面的奥妙所在。目前，荷叶效应应用最成熟的产品为荷叶效应乳胶漆，该油漆是利用相应材料凝固后其表面微观结合与荷叶表面结构相似，因而具有防水自洁功能被广泛用于建筑行业。但由于该方法是利用材料表面固有特性(接触角约140左右)，想要进一步处理表面结构以提高憎水性效果只有寄希望于新的材料。范细秋等人利用纳米压印技术，在材料表面压印出类似于荷叶表面乳突的结构并申请相关专利《纳米压印机》，虽然该方法能够制造出憎水性较好的材料表面，但该方法对仪器精度要求相当高，且很难大面积处理材料表面。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种具有荷叶效应表面的制备设备，该设备通过在融化的聚乙烯材料中均匀混合微米铁粉，然后通过电磁力的作用使微米铁粉位于材料的表面，从而形成一定类似于荷叶表面结构的憎水性材料。为了实现上述的技术特征，本技术所采用的技术特征是:一种具有荷叶效应表面的制备设备，其特征在于:它包括模具，模具下方设置有加热装置，模具上方设置有隔热板，隔热板通过隔热板支架固定在适当高度，隔热板上方安装有永久磁铁，永久磁铁通过磁铁支架固定在适当高度，磁铁支架可以通过调整螺栓在可伸缩脚架上移动，隔热板支架可以通过调整螺栓在磁铁支架上移动。所述模具内部用于放置聚乙烯材料和微米铁粉，微米铁粉颗粒直径控制在0.l~20um之间，模具采用陶瓷材料制作，避免磁场对其干扰。所述加热装置可对模具中的聚乙烯材料加热并使其融化。所述隔热板采用橡胶或木质材料制作，不会受到磁场干扰，同时能够隔热防止永久磁铁温度过高出现消磁的现象。所述可伸缩脚架、磁铁支架、隔热板支架和调整螺栓均采用铝质或铜质材料，避免磁场对其干扰。本技术有如下有益效果:将聚乙烯颗粒放入模具中，由加热装置将聚乙烯颗粒加热至液态。在融化的聚乙烯材料中均匀混合微米铁粉，同时在聚乙烯材料冷却凝固的过程中利用磁铁对溶液中的微米铁粉颗粒施加一定的磁场力。微米铁粉颗粒在磁场力的作用下，克服液体内部粘性阻力向上运动，当运动至液体表面，在液面上形成一个微凸体。液面的凸起会对微米铁粉颗粒形成一定的张力，并最终和磁场力与液体粘性力的合力达到平衡。待液体完全冷却凝固时，液体表面能够形成分布均匀，且数量极大的微凸体，因而使得材料表面具有一定类似于荷叶表面结构的憎水性能。上述聚乙烯溶液中加入微米铁粉的量，可以控制最终形成微凸体的分布密度。上述所采用微米铁粉样品颗粒直径大小，可以控制最终形成微凸体的截面直径。上述永久磁铁被磁铁支架固定的高度，可以控制对液体中的微米铁粉施加的磁场力的大小，进而可以控制最终形成微凸体的高度。通过相应的调整操作，可以制备出具有最佳荷叶效应效果的材料表面。【附图说明】下面结合附图和实施例对本技术作进一步说明。图1为本技术的整体结构示意图。图2为本技术所制备的材料表面微观结构示意图。图3为电子扫描下荷叶表面的微观结构不意图。图中:加热装置1、模具2、微米铁粉3、隔热板4、永久磁铁5、可伸缩脚架6、磁铁支架7、隔热板支架8、调整螺栓9、聚乙烯材料10。【具体实施方式】下面结合附图对本技术的实施方式做进一步的说明。参见图1，一种具有荷叶效应表面的制备设备，其特征在于:一种具有荷叶效应表面的制备设备，其特征在于:它包括模具2，模具2下方设置有加热装置1，模具2上方设置有隔热板4，隔热板4通过隔热板支架8固定在适当高度，隔热板4上方安装有永久磁铁5，永久磁铁5通过磁铁支架7固定在适当高度，磁铁支架7可以通过调整螺栓9在可伸缩脚架6上移动，隔热板支架8可以通过调整螺栓9在磁铁支架7上移动。进一步的，所述模具2下方安放有加热装置，可对模具2中放入的聚乙烯材料10加热并使其融化。进一步的，所述模具2上方安放有隔热板4，以此避免永久磁铁5温度过高出现消磁的现象。进一步的，所述磁铁支架7可以通过相应调整螺栓9在可伸缩脚架6上上下移动，以保证永久磁铁5处于适合高度位置。进一步的，所述隔热板支架8可以通过相应调整螺栓9在磁铁支架7上上下移动，以保证隔热板控制在永久磁铁5与液面间的适合位置。进一步的，所述永久磁铁5通过磁铁支架7固定在适当高度，可以控制对液体中的微米铁粉3施加的磁场力的大小。参见图2，为本技术所制备的材料表面微观结构示意图，聚乙烯材料10溶液中的微米铁粉3颗粒在磁场力的作用下使得液面形成柱状微凸体结构，该结构与图3中电子扫描下荷叶表面的微观结构相似，进一步控制该微凸体分布密度，截面直径和突起高度，便可使得材料表面具有一定的憎水性能。本技术的装置具体工作原理为:将聚乙烯颗粒放入模具中，由于聚乙烯颗粒熔点108~120°C，因此加热装置将聚乙烯颗粒加热至130 °C左右，模具中所有的聚乙烯材料处于液态。在液态聚乙烯材料中加入适量铁粉，并搅拌均匀。此时停止加热，在模具上方分别放置隔热板和永久磁铁，并调整其位于适合高度，此处高度需要通过大量实验结果进行确定。微米铁粉颗粒在磁场力的作用下，克服液体内部粘性阻力向上运动，当运动至液体表面，在液面上形成一个微凸体。于液面凸起会对微米铁粉颗粒形成一定的张力，并最终和磁场力与液体粘性力的合力达到平衡。待液体冷却凝固时，液体表面能够形成分布均匀，且数量极大的微凸体，因而使得材料表面具有一定类似于荷叶表面结构的憎水性能。制备过程中，调整加入铁粉的量可以改变微凸体的分布密度；在0.l~20um的范围内，选用不同直径大小的铁粉颗粒样品，可以控制柱状微凸体的截面直径；调整永久磁铁与液面的高度距离，可以改变微凸体的生成高度。通过相应的调整操作，可以制备出处具有最佳荷叶效应效果的材料表面。本专利技术的优点:1、结构简单，便于操作。2、制作出的成品具有较高的憎水性，如果能够选用其他材料代替聚乙烯材料，利用该方法制作出具有荷叶效应的结构表面，可以进一步应用到建筑物和衣物表面实现防水、除尘和保新的功能。3、可以分别调整加入铁粉量、铁粉样品颗粒直径和磁铁与液面间距进一步控制生成微凸体的分布密度、截面直径和高度，以使得所制备出的材料表面具有最佳荷叶效应效果O【主权项】1.一种具有荷叶效应表面的制备设备，其特征在于:它包括模具(2)，模具(2)下方设置有加热装置(1)，模具(2)上方设置有隔热板(4)，隔热板(4)通过隔热板支架(8)固定在适当高度，隔热板(4)上方安装有永久磁铁(5)，永久磁铁(5)通过磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有荷叶效应表面的制备设备，其特征在于：它包括模具（2），模具（2）下方设置有加热装置（1），模具（2）上方设置有隔热板（4），隔热板（4）通过隔热板支架（8）固定在适当高度，隔热板（4）上方安装有永久磁铁（5），永久磁铁（5）通过磁铁支架（7）固定在适当高度，磁铁支架（7）可以通过调整螺栓（9）在可伸缩脚架（6）上移动，隔热板支架（8）可以通过调整螺栓（9）在磁铁支架（7）上移动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵美云，汪坤，赵新泽，徐翔，秦红玲，王磊，鲜于文玲，付志成，郭建义，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42