CN105818378A - 一种各向异性硅橡胶泡沫材料及其制备方法 - Google Patents

一种各向异性硅橡胶泡沫材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种各向异性硅橡胶泡沫材料，该硅橡胶材料包括至少一个基础结构层，所述基础结构层包括至少两个单元层，单元层内多个条形硅橡胶材料平行排布，相邻的两个单元层的条形硅橡胶材料排布夹角为0~90°。本发明所述的各向异性硅橡胶泡沫材料具有耐高温、耐机械摩擦能力强、泡孔结构可控、表面不同方向的水滴接触角不一样，同时表面线条水平和垂直方向的水滴接触角差异可在0~90°之间调节、表现为可控的各向异性润湿性，可满足多种领域的实际应用需求。同时，本发明还提供了一种制备所述各向异性硅橡胶泡沫材料的方法，具有无需制备各向异性模板、各向异性结构可设计性强、表面各向异性润湿性可控等优点。

Description

一种各向异性硅橡胶泡沫材料及其制备方法
技术领域
本发明属于各向异性润湿性表面领域，特别是涉及到一种通过3D打印技术制备各向异性材料的方法，特别是材料表面的润湿性的各向异性增强。同时，本发明给出了相应的各向异性材料的结构特征性产品。
背景技术
各向异性润湿性是材料表面润湿性中的一个典型状态，在材料不同方向存在润湿性差异，在自然界中广泛存在，如水稻叶表面，水滴在平行叶脉方向容易滚动而在垂直其方向则不易滚动，另外又如蝴蝶翅膀表面，水滴易从翅膀根部滚动到边缘而难从边缘滚动到根部等等。水稻叶和蝴蝶翅膀表面的各向异性润湿性属于一种动态的各向异性润湿性，描述的是液滴的滚动状态在不同方向不一样。除此之外，还有一种静态的各向异性润湿性，是描述液滴在静态时的不同方向接触角大小不一样，已在微流设备、芯片实验室、液体图案化器件、冷凝传热等领域广泛应用。通常为化学图案导致的亲疏水性质不同的条状结构交替排列，或物理结构导致的沟槽凸起结构交替排列，而导致平行和垂直条状结构或沟槽凸起结构方向的接触角不一样。
各向异性润湿性表面已被广泛应用于自清洁、微反应器、传感器、芯片实验室、微流设备等领域（CN101776860B；CN102081335B；CN103359684A），其通常的构筑方法包括：铁磁流体模板法（Adv.Funct.Mater.2015,25,2670–2676）、拉伸起皱法（Adv.Funct.Mater.2013,23,547–553）、模板压印法（Adv.Mater.2013,25,5756–5761）、飞秒激光（SoftMatter,2011,7,8337–8342）等（Adv.Mater.2012,24,1287–1302）。但这些方法存在需要各向异性的模板、或结构难以调控等的缺点，而制备模板则需要特殊的方法，存在工艺复杂、成本高、模板易被破坏损耗大等不足。
目前备受关注的3D打印技术，可以通过电脑进行所需图案的设计，然后输出到打印设备，直接成型各种复杂的结构特征，打印过程无需模板，结构特征也可方便地通过电脑程序控制而得到理想的各种复杂结构的设计（CN103854844A；CN104441091A）。但是，目前研究3D打印的技术主要是用于钕铁硼材料的加工制备过程，很少有人研究3D打印技术对于有机材料的制备，特别是对于发泡材料加工过程中的应用。
硅橡胶泡沫材料具有相对密度低、可压缩形变量大、耐辐射老化性良好、使用温度范围宽（-60~200℃）、抗震性好、表面能低、防水效果好等优点，其制备方法包括：化学发泡法：通过加入碳酸氢钠，硫酸铵，偶氮二甲酰胺(AC)、二亚硝基五甲撑四胺(DPT)等发泡剂，在高温硫化过程中，发泡剂分解产生气体使物料发泡，或通过配方中两种组分间的化学反应放出氢气、水、二氧化碳、甲醇和乙醇等小分子来发泡；或物理发泡法：利用惰性气体的膨胀、低沸点液体的汽化或者颗粒的填充析出来实现发泡。但所制备的泡沫制品其泡孔的结构、大小以及均匀性均较差。
另外，关于硅橡胶泡沫的各向异性润湿的研究更是由于其结构的不可控而难以进行精确定量分析，因此各向异性润湿性可控的硅橡胶泡沫的制备是目前急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中硅橡胶泡沫材料发泡难的问题，特别是化学发泡过程需要添加发泡剂影响材料性能，物理发泡过程控制难度大均匀性差的不足，提供一种新型的3D硅橡胶泡沫材料，并提供一种加工制造该3D硅橡胶泡沫材料的方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种各向异性硅橡胶泡沫材料，该硅橡胶材料包括至少一个基础结构层，所述基础结构层包括至少两个单元层，单元层内多个条形硅橡胶材料平行排布，相邻的两个单元层的条形硅橡胶材料排布夹角为0~90°。
本发明的各向异性硅橡胶泡沫材料结构上是条形硅橡胶材料相互之间交错形成三维空隙结构，其结构内部的泡沫孔洞具有高度的均匀性一致性。不同于发泡剂形成的无规则的孔洞，以及现有的物理方法鼓泡形成的孔洞结构，在使用上具有更高的品质，能够提供更好的泡沫材料性能。而且上述各向异性硅橡胶泡沫材料的表面润湿特性十分突出，水滴接触角差异可在0~90°之间调节、表现为可控的各向异性润湿性，是一种各向异性润湿性可控的硅橡胶泡沫制品，可满足多种领域的实际应用需求。
优选说明的，平行排布的条形硅橡胶材料之间具有一定的间隙。相邻单元层之间相互组合的条形硅橡胶构成众多的孔隙，形成泡沫的中空结构，不再需要发泡工艺制备硅橡胶泡沫中的孔洞。
需要说明的是，在单元层内平行排布的条形硅橡胶材料可以是近似平行排布，而不要求绝对的平行排布。当然，在某些极端的例子/情况中，本发明的硅橡胶材料可能只包含了一个或两个基础结构层，而不具有重复的基础结构层，其单一的基础结构层内的单元层同样实现本发明的目的。当然在只有单一的基础结构层的情况下，单元层可能较多。优选的，条形硅橡胶材料平行排布于同一平面内，相互之间的位置关系为平行。更优选的，相邻的条形硅橡胶间距相等。
进一步，当具有多个基础结构层时，各个基础结构层的结构是重复的，按堆叠的方式组合在一起。重复堆叠可以简化生产制造的过程，同时简化结构提高稳定性。
进一步，需要说明的，相邻的单元层之间可能条形硅橡胶有相互的交叉部分，条形硅橡胶材料具有弯曲的结构，如波浪形，相邻的单元层之间弯曲的条形硅橡胶材料形成相互交叉的结构。可以举例如下，相邻的硅橡胶层的条形硅橡胶材料形成类似于毛衣的线材交错的网状结构，还可以进一步的举例多种线丝结构，在此不再一一列举。
进一步，所述硅橡胶为二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶、甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶中的一种或几种。硅橡胶是指主链由硅和氧原子交替构成，硅原子上通常连有两个有机基团的橡胶，某些情况下硅原子上连有一个或两个氢原子代替有机基团。最为常见的硅橡胶是主要由含甲基和少量乙烯基的硅氧链节的硅橡胶。
为了制备得到上述的各向异性硅橡胶泡沫材料，本发明还提供了一种制备上述材料的方法。特别是一种3D打印制备各向异性润湿性硅橡胶泡沫材料的方法。
一种制备上述各向异性硅橡胶泡沫材料的方法，包括以下步骤：
（1）将硅橡胶作为3D打印原料，利用3D打印机器打印出多个相互平行排列的条形硅橡胶，并以此作为单元层；重复打印，叠加多个单元层；相邻单元层之间的条形硅橡胶夹角在0~90°之间。
（2）打印完成后，将打印得到的硅橡胶泡沫材料加热固化，进而得到各向异性的硅橡胶泡沫材料。
上述方法利用3D打印技术，将硅橡胶材料加工成平行排列的条形结构（也可以称之为线条结构），且相邻两层之间存在一定夹角，该硅橡胶泡沫材料利用3D成型技术形成的间隙和孔洞大小都可以得到很好的控制，均匀性极佳，满足各种特殊性能要求的情况。所述单元层内相互平行排列的条形硅橡胶分布在同一平面内。
所述重复打印叠加多个单元层是在打印好的单元层上连续打印堆叠形成新的单元层，相邻的单元层结合在一起形成稳定的一体结构。打印得到的条形硅橡胶材料也可以具有弯曲结构，如波浪形，这种情况下相邻的单元层之间弯曲的条形硅橡胶材料形成相互配合或交叉的结构，构成一体的硅橡胶泡沫结构。
进一步，所述硅橡胶为二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶、甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶中的一种或几种，其粘度在50~650Pa-s（单位名称：帕斯卡秒或帕秒）范围内。硅橡胶暴露于超低温度下也不会发生永久性变化，能够在温度回升后恢复良好的机械性能。选用粘度为50~650Pa-s的硅橡胶，在3D打印过程中形成的条形丝线更加稳定，不易断裂，硅橡胶成型的品质更佳。
进一步，硅橡胶作为3D打印的基础材料使用之前经过预处理，所述预处理是将硅橡胶脱泡。硅橡胶材料具有易发泡的特性，当直接将其作为3D打印的材料时，其中夹杂的空气容易影响到3D打印的品质，打印形成的硅橡胶丝（带）会因为气泡从打印喷头处流出而出现断裂，严重影响到打印出来的硅橡胶材料的品质。
优选的，脱泡方法是真空脱泡或离心脱泡。真空脱泡，是利用高真空度使硅橡胶中的气泡自然释放出来，具有能耗低，脱泡量大的特点。离心脱泡，是利用超高转速产生巨大的离心力，压迫硅橡胶中的超小气泡分离，脱泡更彻底，能够去除物料内部亚微米级的气泡，利于3D打印得到更细的条形结构。更优选的，将硅橡胶先真空脱泡，然后再离心脱泡，经过两步连续脱泡，硅橡胶原料中的空气能够得到更加充分的脱除，能够打印出更细的硅橡胶丝，制备具有超小孔洞的硅橡胶泡沫材料。
进一步，真空脱泡时间为30~240min，离心脱泡转速为2000~10000r/min，时间为5~60min。真空脱泡主要是利用气泡自身的流动逸出，当真空度接近极限后气泡的在硅橡胶中的移动速度基本稳定，并不会出现太快的流动逃离，需要经过较长的时间才能够充分发挥真空脱泡的效果，所以，真空脱泡的时间为30~240min。离心脱泡是利用高转速下的离心力进行脱泡的，脱泡效率较高，硅橡胶中的气泡在硅橡胶的挤压下能够较快的逃逸出来。所以，离心的转速宜保持在较高的水平，同时保持适当的离心时间即可实现高效的脱泡作用。
进一步，通过3D打印机的喷嘴内径、打印速率、层间高度、线条间距、层数进一步调控硅橡胶表面的各向异性物理结构特征，实现不同润湿性差异的各向异性润湿性表面的增材制造。3D打印的过程中，硅橡胶形成条形丝带/线状结构的时间，具体的条形丝带的大小和结构稳定性受到打印参数的影响。通过调整各项参数确保打印出的硅橡胶泡沫具有良好的基本孔隙率/连贯性。所述层间高度是指单元层的高度，一般是指平行排布的条形硅橡胶构成的单元层的高度。线条间距是指单元层内相邻的条形硅橡胶的间距。
进一步，3D打印机的喷嘴内径为0.001~2mm，3D打印机的喷嘴大致上对应了硅橡胶成型后的条形结构的粗细，选用相应的喷嘴控制条形丝状粗细保持在适宜的范围内，更有利于打印得到的各向异性硅橡胶材料的品质，优选为0.01~0.6mm。
进一步，3D打印机的打印速率为0.2~25mm/s。由于本发明的硅橡胶泡沫是3D打印形成的连续线条/条形结构，硅橡胶在连续打印的过程中会拉伸变长，控制适宜的打印速度对于硅橡胶泡沫成型过程中，线条的连续性具有重要意义，控制在上述速度范围内，硅橡胶泡沫的线条连续性好，均匀性，各部分承受应力的强度均保持在较高的水平。最重要的是能够有效的防止硅橡胶线条断裂，避免硅橡胶泡沫在打印过程中出现空洞缺陷化位点。
进一步，硅橡胶泡沫材料中的层间高度为0.001~0.4mm，线条间距为0.005~3.0mm。硅橡胶泡沫材料的制造过程中，确定层高以后，相应的硅橡胶的线条粗细也就有了初步的控制范围了，相应的调整好线条间距使硅橡胶泡沫的空隙大小加以确定。最终硅橡胶的空隙比率，弹性性能范围也能够控制在较为理想的范围内。
进一步，硅橡胶泡沫材料中的3D打印的硅橡胶泡沫层数为1~20层。硅橡胶泡沫材料中的硅橡胶泡沫层可以是多层，根据实际需要调整，基于成本考虑以及后续的加热固化前硅橡胶泡沫在重力的作用下的变形因素影响，一般打印的硅橡胶泡沫层数为1~20层，实际加工过程中可以制备更多层数的硅橡胶泡沫，并不作具体的完全限定。
进一步，步骤（2）中加热固化的固化温度为50~200°C，固化时间为10~120min。加热固化是为了使得硅橡胶泡沫发生交联固化，加热温度选择50~200°C更符合硅橡胶的交联固化反应过程的温度需求，固化效率更好，同时防止未完全固化的硅橡胶在过高的温度下发生副反应影响泡沫品质。固化过程中时间为10~120min，特别是对于优选的泡沫层数为1~20层的硅橡胶泡沫，加热时间需要较长心以保证加热实现充分穿透，使硅橡胶有效的实现固化处理。
进一步，制备得到的各向异性润湿性硅橡胶泡沫制品表面线条水平和垂直方向的水滴接触角差异可在0~90°之间调节。此处水平方向指平行于线条的方向，垂直方向指垂直于线条的方向。上述线条是指条形硅橡胶的线条结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1.本发明所述的各向异性润湿性表面的制备方法具有无需制备各向异性模板、各向异性结构可设计性强、表面各向异性润湿性可控等优点。
2.本发明采用本发明所述方法制备的各向异性润湿性硅橡胶泡沫具有耐高温、耐机械摩擦能力强、泡孔结构可控、表面不同方向的水滴接触角不一样，同时表面线条水平和垂直方向的水滴接触角差异可在0~90°之间调节、表现为可控的各向异性润湿性，可满足多种领域的实际应用需求。
3.本发明的硅橡胶泡沫通过3D打印成型，成型速度快，产品的均匀性好，品质稳定可靠。
附图说明：
图1为本发明实施例1所述的各向异性物理结构设计示意图。
图2为本发明实施例2的各向异性润湿性硅橡胶表面的线条垂直方向（左图）和平行方向（右图）水滴形貌图及其接触角值。
图3为本发明实施例4、6、8、10的各向异性物理结构光学照片，其中垂直和平行方向水滴接触角差值分别为：29.2°、14.6°、22.5°、2.8°。
图4为本发明实施例12在140°C高温下样品各向异性润湿性的长期稳定性。
具体实施方式
更具体的来说，用另一种描述方式说明本发明，如下，制备3D打印的硅橡胶泡沫材料的方法，包括以下步骤：
（1）“墨水”的制备。将一定粘度的硅橡胶通过真空脱泡得到打印“墨水”，然后将“墨水”进一步离心脱泡，然后装入3D打印机上备用。
（2）各向异性物理结构的设计。同一层的3D打印线条为相互平行排列，而任意相邻层数之间的线条间夹角在0~90°之间连续可调，然后将具有此各向异性物理结构的设计图案导入3D打印机备用。
（3）打印各向异性物理结构。通过3D打印机的喷嘴内径、打印速率、层间高度、线条间距、层数进一步调控硅橡胶表面的各向异性物理结构特征，实现不同润湿性差异的各向异性润湿性表面的增材制造。
（4）打印样品后处理。将打印完后的样品在烘箱中进行固化，从而制备得到所述的各向异性润湿性表面及硅橡胶泡沫制品。
以上制备方法是用另一种描述方式对本发明进行说明，应当理解为独立的平行说明，不应当理解为对本发明的限制说明。本发明中所述的增材，通常理解是采用材料逐渐累加的方法制造零部件或材料器件。
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
下面通过实施例对本发明作具体详述，有必要在此指出的是，以下实施例仅用于对本发明做出进行进一步举例说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据本发明内容对此做出的一些非本质的改进和调整，均应视为本发明的保护范围。
实施例1：
（1）“墨水”的制备。将粘度为58Pa-s的二甲基硅橡胶通过真空脱泡60min得到打印“墨水”，然后将“墨水”进一步离心脱泡（转速为8000r/min，时间为20min），然后装入3D打印机上备用。
（2）各向异性物理结构的设计。同一层的3D打印线条为相互平行排列，而任意相邻层数之间的线条间夹角为90°，然后将具有此各向异性物理结构的设计图案导入3D打印机备用。
（3）打印各向异性物理结构。选用喷嘴内径为0.06mm，打印速率为20mm/s，层间高度为0.01mm，线条间距为0.05mm，层数为2层的打印工艺调控硅橡胶泡沫的各向异性物理结构特征，实现各向异性润湿性硅橡胶泡沫的增材制造。
（4）将打印完后的样品在固化温度为60°C的烘箱中固化120min，从而制备得到所述的各向异性润湿性硅橡胶泡沫。对制备得到的样品测试其平行线条方向和垂直线条方向的水滴接触角，然后计算二者差值，得到其各向异性最大水滴接触角差别为75.5°。
在本实施例中3D打印硅橡胶泡沫的过程中喷头打印的路径为迂回的连续路径，打印形成连续的平行线条，具体硅橡胶线条排布如图1所示，一定数量的平行线条排布结构硅橡胶泡沫单元层，相邻单元层之间线条存在一定夹角，夹角在0~90°之间连续可控。
实施例2：
（1）“墨水”的制备。将粘度为92Pa-s的甲基乙烯基硅橡胶通过真空脱泡120min得到打印“墨水”，然后将“墨水”进一步离心脱泡（转速为8000r/min，时间为30min），然后装入3D打印机上备用。
（2）各向异性物理结构的设计。同一层的3D打印线条为相互平行排列，而任意相邻层数之间的线条间夹角为90°，然后将具有此各向异性物理结构的设计图案导入3D打印机备用。
（3）打印各向异性物理结构。选用喷嘴内径为0.1mm，打印速率为10mm/s，层间高度为0.05mm，线条间距为0.8mm，层数为4层的打印工艺调控硅橡胶泡沫的各向异性物理结构特征，实现各向异性润湿性硅橡胶泡沫的增材制造。
（4）打印样品后处理。将打印完后的样品在固化温度为80°C的烘箱中固化120min，从而制备得到所述的各向异性润湿性硅橡胶泡沫。对制备得到的样品测试其平行线条方向和垂直线条方向的水滴接触角，然后计算二者差值，得到其各向异性最大水滴接触角差别为22.9°。
检测打印得到的硅橡胶泡沫的表面润湿性能，分别从硅橡胶表面单元层的线条平行方向和垂直方向测定接触角（下同），测试结果如图2所示，各向异性润湿性硅橡胶表面的线条垂直方向（左图）和平行方向（右图）水滴形貌图及其接触角值。
实施例3：
（1）“墨水”的制备。将粘度为136Pa-s的甲基乙烯基苯基硅橡胶通过真空脱泡180min得到打印“墨水”，然后将“墨水”进一步离心脱泡（转速为6000r/min，时间为10min），然后装入3D打印机上备用。
（2）各向异性物理结构的设计。同一层的3D打印线条为相互平行排列，而任意相邻层数之间的线条间夹角为75°，然后将具有此各向异性物理结构的设计图案导入3D打印机备用。
（3）打印各向异性物理结构。选用喷嘴内径为0.15mm，打印速率为5mm/s，层间高度为0.1mm，线条间距为1.5mm，层数为6层的打印工艺调控硅橡胶泡沫的各向异性物理结构特征，实现各向异性润湿性硅橡胶泡沫的增材制造。
（4）打印样品后处理。将打印完后的样品在固化温度为100°C的烘箱中固化90min，从而制备得到所述的各向异性润湿性硅橡胶泡沫。对制备得到的样品测试其平行线条方向和垂直线条方向的水滴接触角，然后计算二者差值，得到其各向异性最大水滴接触角差别为45.3°。
实施例4：
（1）“墨水”的制备。将粘度为290Pa-s的甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶通过真空脱泡120min得到打印“墨水”，然后将“墨水”进一步离心脱泡（转速为6000r/min，时间为60min），然后装入3D打印机上备用。
（2）各向异性物理结构的设计。同一层的3D打印线条为相互平行排列，而任意相邻层数之间的线条间夹角为60°，然后将具有此各向异性物理结构的设计图案导入3D打印机备用。
（3）打印各向异性物理结构。选用喷嘴内径为0.2mm，打印速率为2mm/s，层间高度为0.15mm，线条间距为0.8mm，层数为8层的打印工艺调控硅橡胶泡沫的各向异性物理结构特征，实现各向异性润湿性硅橡胶泡沫的增材制造。
（4）打印样品后处理。将打印完后的样品在固化温度为100°C的烘箱中固化60min，从而制备得到所述的各向异性润湿性硅橡胶泡沫。对制备得到的样品测试其平行线条方向和垂直线条方向的水滴接触角，然后计算二者差值，得到其各向异性最大水滴接触角差别为29.2°。
实施例5：
（1）“墨水”的制备。将粘度为300Pa-s的二甲基硅橡胶通过真空脱泡240min得到打印“墨水”，然后将“墨水”进一步离心脱泡（转速为8000r/min，时间为60min），然后装入3D打印机上备用。
（2）各向异性物理结构的设计。同一层的3D打印线条为相互平行排列，而任意相邻层数之间的线条间夹角为60°，然后将具有此各向异性物理结构的设计图案导入3D打印机备用。
（3）打印各向异性物理结构。选用喷嘴内径为0.4mm，打印速率为5mm/s，层间高度为0.2mm，线条间距为2mm，层数为10层的打印工艺调控硅橡胶泡沫的各向异性物理结构特征，实现各向异性润湿性硅橡胶泡沫的增材制造。
（4）打印样品后处理。将打印完后的样品在固化温度为120°C的烘箱中固化60min，从而制备得到所述的各向异性润湿性硅橡胶泡沫。对制备得到的样品测试其平行线条方向和垂直线条方向的水滴接触角，然后计算二者差值，得到其各向异性最大水滴接触角差别为29.8°。
实施例6：
（1）“墨水”的制备。将粘度为350Pa-s的甲基乙烯基硅橡胶通过真空脱泡90min得到打印“墨水”，然后将“墨水”进一步离心脱泡（转速为4000r/min，时间为40min），然后装入3D打印机上备用。
（2）各向异性物理结构的设计。同一层的3D打印线条为相互平行排列，而任意相邻层数之间的线条间夹角为45°，然后将具有此各向异性物理结构的设计图案导入3D打印机备用。
（3）打印各向异性物理结构。选用喷嘴内径为0.15mm，打印速率为5mm/s，层间高度为0.25mm，线条间距为0.5mm，层数为11层的打印工艺调控硅橡胶泡沫的各向异性物理结构特征，实现各向异性润湿性硅橡胶泡沫的增材制造。
（4）打印样品后处理。将打印完后的样品在固化温度为140°C的烘箱中固化30min，从而制备得到所述的各向异性润湿性硅橡胶泡沫。对制备得到的样品测试其平行线条方向和垂直线条方向的水滴接触角，然后计算二者差值，得到其各向异性最大水滴接触角差别为14.6°。
实施例7：
（1）“墨水”的制备。将粘度为386Pa-s的甲基乙烯基苯基硅橡胶通过真空脱泡150min得到打印“墨水”，然后将“墨水”进一步离心脱泡（转速为4000r/min，时间为20min），然后装入3D打印机上备用。
（2）各向异性物理结构的设计。同一层的3D打印线条为相互平行排列，而任意相邻层数之间的线条间夹角为45°，然后将具有此各向异性物理结构的设计图案导入3D打印机备用。
（3）打印各向异性物理结构。选用喷嘴内径为0.6mm，打印速率为1mm/s，层间高度为0.3mm，线条间距为1mm，层数为13层的打印工艺调控硅橡胶泡沫的各向异性物理结构特征，实现各向异性润湿性硅橡胶泡沫的增材制造。
（4）打印样品后处理。将打印完后的样品在固化温度为160°C的烘箱中固化30min，从而制备得到所述的各向异性润湿性硅橡胶泡沫。对制备得到的样品测试其平行线条方向和垂直线条方向的水滴接触角，然后计算二者差值，得到其各向异性最大水滴接触角差别为32.4°。
实施例8：
（1）“墨水”的制备。将粘度为415Pa-s的甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶通过真空脱泡210min得到打印“墨水”，然后将“墨水”进一步离心脱泡（转速为4000r/min，时间为10min），然后装入3D打印机上备用。
（2）各向异性物理结构的设计。同一层的3D打印线条为相互平行排列，而任意相邻层数之间的线条间夹角为30°，然后将具有此各向异性物理结构的设计图案导入3D打印机备用。
（3）打印各向异性物理结构。选用喷嘴内径为0.2mm，打印速率为10mm/s，层间高度为0.3mm，线条间距为0.5mm，层数为15层的打印工艺调控硅橡胶泡沫的各向异性物理结构特征，实现各向异性润湿性硅橡胶泡沫的增材制造。
（4）打印样品后处理。将打印完后的样品在固化温度为140°C的烘箱中固化90min，从而制备得到所述的各向异性润湿性硅橡胶泡沫。对制备得到的样品测试其平行线条方向和垂直线条方向的水滴接触角，然后计算二者差值，得到其各向异性最大水滴接触角差别为22.5°。
实施例9：
（1）“墨水”的制备。将粘度为465Pa-s的二甲基硅橡胶通过真空脱泡240min得到打印“墨水”，然后将“墨水”进一步离心脱泡（转速为3000r/min，时间为40min），然后装入3D打印机上备用。
（2）各向异性物理结构的设计。同一层的3D打印线条为相互平行排列，而任意相邻层数之间的线条间夹角为30°，然后将具有此各向异性物理结构的设计图案导入3D打印机备用。
（3）打印各向异性物理结构。选用喷嘴内径为0.4mm，打印速率为8mm/s，层间高度为0.4mm，线条间距为1.5mm，层数为16层的打印工艺调控硅橡胶泡沫的各向异性物理结构特征，实现各向异性润湿性硅橡胶泡沫的增材制造。
（4）打印样品后处理。将打印完后的样品在固化温度为180°C的烘箱中固化30min，从而制备得到所述的各向异性润湿性硅橡胶泡沫。对制备得到的样品测试其平行线条方向和垂直线条方向的水滴接触角，然后计算二者差值，得到其各向异性最大水滴接触角差别为18.6°。
实施例10：
（1）“墨水”的制备。将粘度为515Pa-s的甲基乙烯基硅橡胶通过真空脱泡120min得到打印“墨水”，然后将“墨水”进一步离心脱泡（转速为5000r/min，时间为30min），然后装入3D打印机上备用。
（2）各向异性物理结构的设计。同一层的3D打印线条为相互平行排列，而任意相邻层数之间的线条间夹角为10°，然后将具有此各向异性物理结构的设计图案导入3D打印机备用。
（3）打印各向异性物理结构。选用喷嘴内径为0.15mm，打印速率为20mm/s，层间高度为0.2mm，线条间距为0.3mm，层数为18层的打印工艺调控硅橡胶泡沫的各向异性物理结构特征，实现各向异性润湿性硅橡胶泡沫的增材制造。
（4）打印样品后处理。将打印完后的样品在固化温度为160°C的烘箱中固化60min，从而制备得到所述的各向异性润湿性硅橡胶泡沫。对制备得到的样品测试其平行线条方向和垂直线条方向的水滴接触角，然后计算二者差值，得到其各向异性最大水滴接触角差别为2.8°。
利用光学仪器拍摄实施例制备得到的硅橡胶泡沫材料的表面，图3为各向异性硅橡胶泡沫的表面物理结构光学照片，其中1-4号小图分别对应本发明实施例4、6、8、10，其中垂直和平行方向水滴接触角差值分别为：29.2°、14.6°、22.5°、2.8°。
实施例11：
（1）“墨水”的制备。将粘度为550Pa-s的甲基乙烯基苯基硅橡胶通过真空脱泡180min得到打印“墨水”，然后将“墨水”进一步离心脱泡（转速为10000r/min，时间为10min），然后装入3D打印机上备用。
（2）各向异性物理结构的设计。同一层的3D打印线条为相互平行排列，而任意相邻层数之间的线条间夹角为0°，然后将具有此各向异性物理结构的设计图案导入3D打印机备用。
（3）打印各向异性物理结构。选用喷嘴内径为0.6mm，打印速率为5mm/s，层间高度为0.05mm，线条间距为2mm，层数为18层的打印工艺调控硅橡胶泡沫的各向异性物理结构特征，实现各向异性润湿性硅橡胶泡沫的增材制造。
（4）打印样品后处理。将打印完后的样品在固化温度为120°C的烘箱中固化90min，从而制备得到所述的各向异性润湿性硅橡胶泡沫。对制备得到的样品测试其平行线条方向和垂直线条方向的水滴接触角，然后计算二者差值，得到其各向异性最大水滴接触角差别为20.3°。
实施例12：
（1）“墨水”的制备。将粘度为620Pa-s的甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶通过真空脱泡210min得到打印“墨水”，然后将“墨水”进一步离心脱泡（转速为8000r/min，时间为30min），然后装入3D打印机上备用。
（2）各向异性物理结构的设计。同一层的3D打印线条为相互平行排列，而任意相邻层数之间的线条间夹角为0°，然后将具有此各向异性物理结构的设计图案导入3D打印机备用。
（3）打印各向异性物理结构。选用喷嘴内径为0.2mm，打印速率为2mm/s，层间高度为0.1mm，线条间距为1mm，层数为20层的打印工艺调控硅橡胶泡沫的各向异性物理结构特征，实现各向异性润湿性硅橡胶泡沫的增材制造。
（4）打印样品后处理。将打印完后的样品在固化温度为100°C的烘箱中固化120min，从而制备得到所述的各向异性润湿性硅橡胶泡沫。对制备得到的样品测试其平行线条方向和垂直线条方向的水滴接触角，然后计算二者差值，得到其各向异性最大水滴接触角差别为25.3°。
将本实施例制备得到的硅橡胶泡沫进行老化试验，检测分析硅橡胶泡沫的长期稳定性。试验过程如下，将硅橡胶泡沫置于140℃的烘箱中连续烧烤并定时测定样品表面的各向异性润湿性能。结果如图4所示，发明实施例12在140℃高温下样品各向异性润湿性的长期稳定性。

Claims (10)

1.一种各向异性硅橡胶泡沫材料，该硅橡胶材料包括至少一个基础结构层，所述基础结构层包括至少两个单元层，单元层内多个条形硅橡胶材料平行排布，相邻的两个单元层的条形硅橡胶材料排布夹角为0~90°。
2.根据权利要求1所述硅橡胶泡沫材料，其特征在于，所述硅橡胶为二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶和甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶中的一种或几种。
3.一种制备权利要求1所述各向异性硅橡胶泡沫材料的方法，包括以下步骤：
（1）将硅橡胶作为3D打印原料，利用3D打印机器打印出多个相互平行排列的条形硅橡胶，并以此作为单元层；重复打印，叠加多个单元层；相邻单元层之间的条形硅橡胶夹角在0~90°之间；
（2）打印完成后，将打印得到的硅橡胶泡沫材料加热固化，进而得到各向异性的硅橡胶泡沫材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述硅橡胶粘度为50~650Pa-s。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，硅橡胶作为3D打印的基础材料使用之前经过预处理，所述预处理是将硅橡胶脱泡。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，脱泡方法是真空脱泡或离心脱泡。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，打印过程中，通过调控3D打印机的喷嘴内径、打印速率、层间高度、线条间距和层数中的一项或数项，调节硅橡胶表面的各向异性物理性能。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，3D打印机的喷嘴内径为0.001~2mm。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，3D打印机的打印速率为0.2~25mm/s。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，硅橡胶泡沫材料中的层间高度为0.001~0.4mm，线条间距为0.005~3.0mm。
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