具有微纳复合结构的超疏水表面的微注射成型模具及其微注射成型方法技术

本发明专利技术公开了一种具有微纳复合结构的超疏水表面的微注射成型模具及其微注射成型方法，包括定模板，定模板的下方设有能上下运动的动模板，定模板与动模板之间设有注塑模腔，注塑模腔内安装有模芯；所述模芯包括不锈钢制的微米冲孔板和纳米铝合金板，不锈钢制的微米冲孔板的微米结构表面与纳米铝合金板的纳米结构表面贴合叠加。本发明专利技术简单实用，制得的超疏水表面疏水性能好，减少后期表面处理工序，解决了现有技术中超疏水表面的加工难度大，模芯耐受性差，制得的超疏水表面疏水性能差的问题。

Micro injection molding mold with superhydrophobic surface of micro nano composite structure and micro injection molding method thereof

The invention discloses a micro nano composite structure of the super hydrophobic surface of micro injection molding and micro injection molding method, including the template, below the template which can move up and down movement of the template, injection mold cavity is arranged between the fixed plate and the movable mold plate, injection mold cavity is arranged in the core; the core comprises micron punching plate and nano Aluminum Alloy plate made of stainless steel, with surface nano structure superposition of micron structure surface of stainless steel plate punching micron and nano Aluminum Alloy plate. The invention is simple and practical, super hydrophobic surface hydrophobic properties of the prepared, reduce post surface treatment, solves the super hydrophobic surface of the mold core processing difficulty, poor tolerance, super hydrophobic surface hydrophobicity was the problem of poor.

【技术实现步骤摘要】
具有微纳复合结构的超疏水表面的微注射成型模具及其微注射成型方法
本专利技术属于功能表面的成型制备
，涉及微纳结构表面制造，尤其涉及一种具有微纳复合结构的超疏水表面的微注射成型模具及其微注射成型方法。
技术介绍
随着微纳米成型技术的不断成熟和检测手段的不断完善，具备特殊功能的超疏水表面成为当前热门的研究领域之一。受到自然界超疏水表面的启发，研究者们从各种途径、利用各种方法制备出了许多人工超疏水表面，并逐渐将其应用在人类生活与生产的各个领域。当前，人工制备的超疏水表面，在自清洁、防水、防污、防腐蚀、防雪、防粘附等方面具有优良特性，在建筑、服装纺织、液体输送、日用品与包装、交通运输工具和生物医用等领域有着广泛的应用前景，受到人们的广泛关注。国内外研究发现，影响固体表面润湿性能的主要因素包括组成材料表面的化学组成和表面的微观粗糙结构。在制备超疏水表面的过程中，材料的选择非常关键，高聚物基疏水材料因其价格低廉、制备简单、热加工性能优良，与金属材料相比，高聚物本身具有较低的表面能，只要对其表面进行微纳结构定型即可获得疏水乃至超疏水的效果，逐渐成为一种最主要的仿生超疏水材料。对于微纳复合结构，顶部纳米结构的存在增加了结构表面的表观接触角，表面能够形成稳定的超疏水性能。与其它制备高聚物超疏水表面的方法相比，注射成型方法具有不可比拟的优势，如成型周期短、效率高、成本低等，也是今后制备超疏水表面重点发展的领域之一。现有技术(申请号：201210560978.4，名称：一种具有复合微结构的超疏水表面的制备方法及其应用，公开日：2013.5.15)具体公开了一种制备超疏水表面的方法。采用目数不同的通孔板粘合在一起构成双级微结构注射模芯，注射压缩成型制备表面不同尺寸的微结构高分子制品。现有技术(申请号：201510623594.6，名称：具有T形微结构的高分子材料表面及其制备方法和应用，公开日：2016.2.24)具体公开了具有T形微结构的高分子材料表面的制备方法。根据T形微柱结构制造微结构柔性模板，根据T结构顶部的纳米沟槽结构在注射模具型腔上制备纳结构沟槽，通过注射成型制备得到了接触角大于150°，滚动角为0～180°的超疏水粘附可调的高分子表面。但需要在模具型腔内加工纳米沟槽，增加制造难度，提高制备成本，同时T结构需要复杂的模具型腔，使得充填困难。现有技术(申请号：201410198678.5，名称：具有微纳复合结构的超疏水且粘附可调表面的制备方法及其应用，公开日：2014.8.27)具体公开了采用具有不同形状的双级复合微结构做模板，并将此模板放入纳米粒子与无水乙醇混合的溶液中，得到纳米粒子附着的三级微纳复合结构模板，通过注射成型获得超疏水表面。但是此方法的获得的表面特性受表面纳米粒子的含量的影响较大，且模芯在使用时可能存在耐受性差的问题。现有技术(申请号：201610585459.1，名称：一种超疏水微纳复合结构的全参数可控制备方法，公开日：2016.12.7)具体公开了采用光刻法制备全参数可控的微米结构，将纳米微球掩模与微米结构模板复合，在此基础上采用胶体软刻蚀法制备纳米结构，最终氟硅烷处理得到微纳复合结构的超疏水表面。但是此方法具有较高的技术操作难度和较多的实施步骤，且制备出的硅基微纳复合结构需要进一步超疏水处理。现有文献“名称：超疏水高分子材料表面的微结构设计及其可调的粘附性，陈安伏，公开日2014.7.14”具体公开了以孔径250μm的冲孔板与筛网叠加构成双层模板作为模芯，采用微注射压缩技术获得超疏水表面的方法。该方法使用的模芯是双重复合微结构，并没有纳米结构，且使用的筛网由于过薄导致刚度不够，脱模时容易随着制件拉出，导致模芯损坏。
技术实现思路
为了达到上述目的，本专利技术提供一种具有微纳复合结构的超疏水表面的微注射成型模具，简单实用，制得的超疏水表面疏水性能好，减少后期表面处理工序，解决了现有技术中超疏水表面的加工难度大，模芯耐受性差，制得的超疏水表面疏水性能差的问题。本专利技术的另一目的是，提供一种具有微纳复合结构的超疏水表面的微注射成型模具的微注射成型方法，制备周期短，快速、高效，成本低。本专利技术所采用的技术方案是，一种具有微纳复合结构的超疏水表面的微注射成型模具，包括定模板，定模板的下方设有能上下运动的动模板，定模板与动模板之间设有注塑模腔，注塑模腔内安装有模芯；所述模芯包括不锈钢制的微米冲孔板和纳米铝合金板，不锈钢制的微米冲孔板的微米结构表面与纳米铝合金板的纳米结构表面贴合叠加。本专利技术的特征还在于，进一步的，所述微米冲孔板的厚度为100μm，微米冲孔板的表面均匀布满沿微米冲孔板厚度方向的微米圆通孔。进一步的，所述微米圆通孔的孔径为200～220μm，相邻两个微米圆通孔的间距均为150～160μm。进一步的，所述纳米铝合金板的表面布满直径100～500nm的纳米凹坑和直径40～70nm的纳米孔。进一步的，所述定模板上、与动模板相对的一侧设有凹部，定模板的凹部侧壁设有定模镶块；动模板上、与定模板相对的一侧设有凹部，动模板的凹部侧壁设有动模镶块；当动模板与定模板合模时，定模板的凹部、动模板的凹部、定模镶块、动模镶块共同形成注塑模腔，注塑模腔内安装有模芯，模芯通过模芯压板与定模镶块连接，定模板、动模板的凹部内壁均匀布设有电加热棒，定模板、动模板内部均设有对称分布的冷却通道，冷却通道与模温机连接；动模板的下方设有推件板，推件板上设有两个对称分布的顶杆，定模板内设有流道，流道与注塑模腔连通，动模板内、与流道相对应的位置设有Z型的拉料杆。进一步的，所述模芯压板通过螺钉与定模板连接。本专利技术所采用的另一技术方案是，一种具有微纳复合结构的超疏水表面的微注射成型模具的微注射成型方法，具体按照以下步骤进行：步骤1，将不锈钢制的微米冲孔板的微米结构表面和纳米铝合金板的纳米结构表面贴合叠加制得模芯，根据注射模具型腔尺寸裁剪模芯，将模芯放入注塑模腔，用模芯压板固定；步骤2，将注塑模腔的温度调至115～120℃，将HD120MO型均聚物聚丙烯加热至熔融得到熔体，熔体温度为240～250℃，以16～18cm3/s的注射速度将熔体注入注塑模腔内；步骤3，在压力110～120MPa下保压5～6s后，冷却50～60s；步骤4，冷却至88℃以下，脱去模芯后得到具有微纳复合结构的超疏水表面。进一步的，所述纳米铝合金板的制备方法，具体按照以下步骤进行：步骤(1)，将厚250～300μm的铝合金板放入丙酮中超声清洗，除去表面的油污，再用蒸馏水超声清洗5～8min；步骤(2)，将步骤(1)清洗过的铝合金板放入浓度25～30g/L的氢氧化钠溶液中，在53～57℃下超声放置1～2min，除去表面的氧化层，再用蒸馏水超声清洗5～8min；步骤(3)，将步骤(2)清洗后的铝合金板置于300～350g/L的硝酸溶液中，中和铝合金板表面残留的氢氧化钠溶液3～4min，随后再将铝合金板放入蒸馏水中超声清洗8～10min；步骤(4)，配制浓度为125～135g/L的磷酸溶液，并放置于长35cm×宽24cm×高18cm×厚2mm的电解槽中，采用水浴恒温缸恒温保持溶液温度为24～26℃；步骤(5)，将步骤(3)处理后的铝合金放置在步骤(4)的电解槽中做阳极，铅板做阴极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有微纳复合结构的超疏水表面的微注射成型模具，其特征在于，包括定模板(7)，定模板(7)的下方设有能上下运动的动模板(10)，定模板(7)与动模板(10)之间设有注塑模腔，注塑模腔内安装有模芯(13)，所述模芯(13)包括不锈钢制的微米冲孔板(2)和纳米铝合金板(1)，微米冲孔板(2)的微米结构表面与纳米铝合金板(1)的纳米结构表面贴合叠加。

【技术特征摘要】
1.一种具有微纳复合结构的超疏水表面的微注射成型模具，其特征在于，包括定模板(7)，定模板(7)的下方设有能上下运动的动模板(10)，定模板(7)与动模板(10)之间设有注塑模腔，注塑模腔内安装有模芯(13)，所述模芯(13)包括不锈钢制的微米冲孔板(2)和纳米铝合金板(1)，微米冲孔板(2)的微米结构表面与纳米铝合金板(1)的纳米结构表面贴合叠加。2.根据权利要求1所述的一种具有微纳复合结构的超疏水表面的微注射成型模具，其特征在于，所述微米冲孔板(2)的厚度为100μm，微米冲孔板(2)的表面均匀布满沿微米冲孔板(2)厚度方向的微米圆通孔(3)。3.根据权利要求2所述的一种具有微纳复合结构的超疏水表面的微注射成型模具，其特征在于，所述微米圆通孔(3)的孔径为200～220μm，相邻两个微米圆通孔(3)的间距均为150～160μm。4.根据权利要求1所述的一种具有微纳复合结构的超疏水表面的微注射成型模具，其特征在于，所述纳米铝合金板(1)的表面布满直径100～500nm的纳米凹坑(4)和直径40～70nm的纳米孔。5.根据权利要求1所述的一种具有微纳复合结构的超疏水表面的微注射成型模具，其特征在于，所述定模板(7)上、与动模板(10)相对的一侧设有凹部，定模板(7)的凹部侧壁设有定模镶块(8)；动模板(10)上、与定模板(7)相对的一侧设有凹部，动模板(10)的凹部侧壁设有动模镶块(9)；当动模板(10)与定模板(7)合模时，定模板(7)的凹部、动模板(10)的凹部、定模镶块(8)、动模镶块(9)共同形成注塑模腔，注塑模腔内安装有模芯(13)，模芯(13)通过模芯压板(14)与定模镶块(8)连接，定模板(7)、动模板(10)的凹部内壁均匀布设有电加热棒(15)，定模板(7)、动模板(10)内部均设有对称分布的冷却通道(12)，冷却通道(12)与模温机连接；动模板(10)的下方设有推件板(16)，推件板(16)上设有两个对称分布的顶杆，定模板(7)内设有流道(6)，流道(6)与注塑模腔连通，动模板(10)内、与流道(6)相对应的位置设有Z型的拉料杆(11)。6.根据权利要求5所述的一种具有微纳复合结构的超疏水表面的微注射成型模具，其特征在于，所述模芯压板(14)通过螺钉与定模镶块(8)连接。7.如权利要求1-6任何一项所述的一种具有微纳复合结构的超疏水表面的微注射成型模具的微注射...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁灿，杨冬娇，王飞，蒋炳炎，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43