CN107199671B - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

本发明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。

Description

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
技术领域
本发明属于功能表面的成型制备技术领域，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。
背景技术
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。
发明内容
为了达到上述目的，本发明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。
本发明的另一目的是，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。
本发明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。
本发明的特征还在于，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。
本发明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，电解电压为9～11V的直流电压，通电反应20～25min后取出铝合金板；
步骤(6)，将步骤(5)得到的铝合金板放入自来水中漂洗，再用蒸馏水超声清洗8～10min，充分烘干，即得。
进一步的，所述述步骤1中，纳米铝合金板选用5052铝合金，纳米铝合金板的长10cm、宽10cm。
进一步的，所述步骤1中，模芯的尺寸为长25mm×宽25mm×厚400μm。
本发明的有益效果是：本发明模芯由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，采用直接叠放的方式使得模芯安装和拆卸都较方便灵活，可随时替换，模芯制备简单、经济，减少了模芯制备和实验防护的要求；模芯由纳米铝合金板和不锈钢材质的微米冲孔板组成，刚度大，耐受性好。纳米铝合金板采用电化学腐蚀铝合金板得到，纳米铝合金板的表面布满了直径100～500nm的纳米凹坑和直径40～70nm的纳米孔。
本发明得到的具有微纳复合结构的超疏水表面上均匀分布着圆柱形微米结构，圆柱形微结构顶部分布着大小不一的纳米块状凸起和纳米颗粒凸起，形成微纳复合复合结构，其表面的静态接触角CA为163±1°，滑动角为5°，实现了高分子聚丙烯材料的超疏水性。制备周期短、效率高、操作灵活、参数可调，具有较高的复制精度、较好的表面特性，发展前景好；采用的材料来源广泛，实验设备为常用设备，制备成本低，便于研究和批量生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a是本发明微米冲孔板表面的SEM图。
图1b是本发明纳米铝合金板表面的SEM图。
图2是本发明模芯的剖面图。
图3是本发明制得的微纳复合结构注塑制件的结构示意图。
图4是本发明注射成型模具的结构示意图。
图5a是本发明制得的微纳复合结构超疏水表面的圆柱形微米结构SEM图。
图5b是图5a中圆柱形微米结构顶部的纳米凸起SEM图。
图5c是图5a中圆柱形微米结构顶部的纳米颗粒凸起SEM图。
图6a是本发明制得的微纳复合结构超疏水表面的静态接触角示意图。
图6b是本发明制得的微纳复合结构超疏水表面的滚动角示意图。
图7是制备纳米铝合金板的阳极氧化实验装置。
图中，1.纳米铝合金板，2.微米冲孔板，3.微米圆通孔，4.纳米凹坑，5.注塑制件，6.流道，7.定模板，8.定模镶块，9.动模镶块，10.动模板，11.拉料杆，12.冷却通道，13.模芯，14.模芯压板，15.电加热棒，16.推件板，17.直流脉冲电源，18.辅助阴极，19.阳极，20.电解槽，21.水浴恒温缸。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
模芯制备技术中紫外光刻技术只适用于制备微结构阵列，而电子束光刻虽能制备纳米阵列结构，但制备的面积有限，且成本昂贵。如图2所示，本发明将微米冲孔板2的微米结构表面和纳米铝合金板1的纳米结构表面贴合叠加制得模芯13，模芯13的尺寸为长25mm×宽25mm×厚400μm；如图1a，微米冲孔板2为不锈钢板，微米冲孔板2的表面均匀分布有沿厚度方向的微米圆通孔3，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，微米冲孔板2的厚度为100μm；如图1b，纳米铝合金板1的表面布满了直径100～500nm的大尺寸纳米凹坑4和直径40～70nm的小尺寸纳米孔。
具有微纳复合结构的超疏水表面的微注射成型方法采用的注射成型模具的结构，如图4所示，采用奥地利模斯堡126mm×126mm工字边标准模架为设计标准，设计并加工了整套模具，定模板7的下方设有动模板10，动模板10能上下运动，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，注塑模腔的内安装有模芯13，模芯13通过模芯压板14固定在定模镶块8上，模芯压板14通过螺钉与定模镶块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内部设有对称分布的冷却通道12，冷却通道12与模温机连接，冷水机是对整个注塑机冷却；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型拉料杆11。本发明利用电加热棒15进行加热，保证了注射成型时注塑模腔内温度恒定；采用模芯压板14与螺钉机械固定模芯13，便于拆卸、更换和维护模芯13。本发明采用一模一腔布置、偏心浇口设计，原因是：采用的Sodick TR05EH2微注射成型机的的哥林柱间距150mm×150mm，所以选用模具总体尺寸偏小，故采用一模一腔布置，这样的话偏心浇口就不会影响成型塑件方形规整的结构，并且方便Z形拉料杆设计和运作，待成型的高聚物制件为矩形，尺寸为长20mm×宽20mm×厚0.8mm。
注射成型模具的工作过程：利用电加热棒15加热并保持注塑模腔内的温度恒定，将聚丙烯熔体通过流道6注入注塑模腔内，充填完成后，定模板7、动模板10、定模镶块8、动模镶块9挤压聚丙烯熔体，微注射成型，保压；采用模温机对模具进行降温冷却，保证注塑制件5脱模前降温的冷却速率和冷却温度，采用冷水机对整个注塑机冷却，使得温度控制均匀，减少循环周期，提高注射成型的效果；冷却完成后，动模板10向下运动，带动Z形拉料杆11拉动注塑制件5，注塑制件5与模芯13脱离，推件板15向上推动利用两个顶杆顶出注塑制件5，使得注塑制件5受力均匀；动模板10向上运动，合模后进行下一次注射成型。
实施例1，
纳米铝合金板1的纳米结构表面通过电化学腐蚀阳极覆膜工艺获得，如图7所示；纳米铝合金板1的制备方法，具体按照以下步骤进行：
步骤(1)，将尺寸为长10cm×宽10cm×厚300μm的5052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8min；
步骤(2)，将步骤(1)清洗过的铝合金板放入浓度30g/L的氢氧化钠溶液中，在57℃下超声放置1min，除去表面的氧化层，再用蒸馏水超声清洗8min；
步骤(3)，将步骤(2)清洗后的铝合金板置于300g/L的硝酸溶液中，中和铝合金板表面残留的氢氧化钠溶液4min，随后再将铝合金板放入蒸馏水中超声清洗10min；
步骤(4)，配制浓度为135g/L的磷酸溶液，放置于长35cm×宽24cm×高18cm×厚2mm的电解槽20中，利用水浴恒温缸21恒温保持溶液温度为26℃；
步骤(5)，将步骤(3)处理后的铝合金作为阳极19，放置在步骤(4)的电解槽20中，通过导线连接直流脉冲电源17的阳极，选取铅板作辅助阴极18，导线连接直流脉冲电源17的阴极，设定11V的直流电压，通电反应20min后取出铝合金板；
步骤(6)，将步骤(5)得到的铝合金板放入自来水中漂洗，再用蒸馏水超声清洗10min，充分烘干样品，得到具有纳米结构表面的纳米铝合金板1。
实施例2，
纳米铝合金板1的制备方法，具体按照以下步骤进行：
步骤(1)，将尺寸为长10cm×宽10cm×厚250μm的5052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5min；
步骤(2)，将步骤(1)清洗过的铝合金板放入浓度25g/L的氢氧化钠溶液中，在53℃下超声放置2min，除去表面的氧化层，再用蒸馏水超声清洗5min；
步骤(3)，将步骤(2)清洗后的铝合金板置于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3min，随后再将铝合金板放入蒸馏水中超声清洗8min；
步骤(4)，配制浓度为125g/L的磷酸溶液，放置于长35cm×宽24cm×高18cm×厚2mm的电解槽20中，利用水浴恒温缸21恒温保持溶液温度为24℃；
步骤(5)，将步骤(3)处理后的铝合金作为阳极19，放置在步骤(4)的电解槽20中，通过导线连接直流脉冲电源17的阳极，选取铅板作辅助阴极18，导线连接直流脉冲电源17的阴极，设定9V的直流电压，通电反应25min后取出铝合金板；
步骤(6)，将步骤(5)得到的铝合金板放入自来水中漂洗，再用蒸馏水超声清洗8min，充分烘干样品，得到具有纳米结构表面的纳米铝合金板1。
实施例3，
纳米铝合金板1的制备方法，具体按照以下步骤进行：
步骤(1)，将尺寸为长10cm×宽10cm×厚270μm的5052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6min；
步骤(2)，将步骤(1)清洗过的铝合金板放入浓度28g/L的氢氧化钠溶液中，在55℃下超声放置1.5min，除去表面的氧化层，再用蒸馏水超声清洗6min；
步骤(3)，将步骤(2)清洗后的铝合金板置于320g/L的硝酸溶液中，中和铝合金板表面残留的氢氧化钠溶液3.5min，随后再将铝合金板放入蒸馏水中超声清洗9min；
步骤(4)，配制浓度为130g/L的磷酸溶液，即腐蚀液20，放置于长35cm×宽24cm×高18cm×厚2mm的电解槽20中，利用水浴恒温缸21恒温保持溶液温度为25℃；
步骤(5)，将步骤(3)处理后的铝合金作为阳极19，放置在步骤(4)的电解槽20中，通过导线连接直流脉冲电源17的阳极，选取铅板作辅助阴极18，导线连接直流脉冲电源17的阴极，设定10V的直流电压，通电反应23min后取出铝合金板；
步骤(6)，将步骤(5)得到的铝合金板放入自来水中漂洗，再用蒸馏水超声清洗9min，充分烘干样品，得到具有纳米结构表面的纳米铝合金板1。
5052铝合金板通过氧化层的层层腐蚀，先是腐蚀出大的孔状结构，再进一步向下腐蚀，表面微观形貌呈现出直径范围100～500nm的大尺寸纳米凹坑和直径40～70nm的小尺寸纳米孔。
实施例4，
本发明具有微纳复合结构的超疏水表面的微注射成型方法，具体按照以下步骤进行：
步骤1，将微米冲孔板2的微米结构表面和纳米铝合金板1的纳米结构表面贴合叠加制得模芯13，其中，微米冲孔板2为不锈钢板，微米冲孔板2的表面均匀分布有沿厚度方向的微米圆通孔3，微米圆通孔3的孔径为210μm，相邻两个微米圆通孔3的间距均为155μm，微米冲孔板2的厚度为100μm；纳米铝合金板1的表面分布有直径200nm的大尺寸纳米凹坑4和直径50nm的小尺寸纳米孔；根据注射模具型腔尺寸裁剪模芯13，模芯13的尺寸为长25mm×宽25mm×厚400μm，将模芯13放入注塑模腔，用模芯压板14固定；
步骤2，将注塑模腔的温度调至117℃，将HD120MO型均聚物聚丙烯加热至熔融得到熔体，熔体温度为245℃，以17cm3/s的注射速度将熔体注入注塑模腔内，定模板7、动模板10、定模镶块8、动模镶块9挤压熔体成型；HD120MO型均聚物聚丙烯(PP)流动性好，有利于微结构及微纳复合结构的充填，材料本身为疏水性材料，有利于超疏水表面的制备；
步骤3，在压力115MPa下保压时间5s后，冷却55s，保证填充质量好；
步骤4，冷却至88℃以下，如图3所示，脱去模芯13后得到注塑制件5，即具有微纳复合结构的超疏水表面。
实施例5，
本发明具有微纳复合结构的超疏水表面的微注射成型方法，具体按照以下步骤进行：
步骤1，将微米冲孔板2的微米结构表面和纳米铝合金板1的纳米结构表面贴合叠加制得模芯13，其中，微米冲孔板2为不锈钢板，微米冲孔板2的表面均匀分布有沿厚度方向的微米圆通孔3，微米圆通孔3的孔径为220μm，相邻两个微米圆通孔3的间距均为160μm，微米冲孔板2的厚度为100μm；纳米铝合金板1的表面分布有直径500nm的大尺寸纳米凹坑4和直径70nm的小尺寸纳米孔；根据注射模具型腔尺寸裁剪模芯13，模芯13的尺寸为长25mm×宽25mm×厚400μm，将模芯13放入注塑模腔，用模芯压板14固定；
步骤2，将注塑模腔的温度调至115℃，将HD120MO型均聚物聚丙烯加热至熔融得到熔体，熔体温度为240℃，以16cm3/s的注射速度将熔体注入注塑模腔内，定模板7、动模板10、定模镶块8、动模镶块9挤压熔体成型；HD120MO型均聚物聚丙烯(PP)流动性好，有利于微结构及微纳复合结构的充填，材料本身为疏水性材料，有利于超疏水表面的制备；
步骤3，在压力110MPa下保压时间6s后，冷却50s，保证填充质量好；
步骤4，冷却至88℃以下，如图3所示，脱去模芯13后得到注塑制件5，即具有微纳复合结构的超疏水表面。
实施例6，
本发明具有微纳复合结构的超疏水表面的微注射成型方法，具体按照以下步骤进行：
步骤1，将微米冲孔板2的微米结构表面和纳米铝合金板1的纳米结构表面贴合叠加制得模芯13，其中，微米冲孔板2为不锈钢板，微米冲孔板2的表面均匀分布有沿厚度方向的微米圆通孔3，微米圆通孔3的孔径为200μm，相邻两个微米圆通孔3的间距均为150μm，微米冲孔板2的厚度为100μm；纳米铝合金板1的表面分布有直径100nm的大尺寸纳米凹坑4和直径40nm的小尺寸纳米孔；根据注射模具型腔尺寸裁剪模芯13，模芯13的尺寸为长25mm×宽25mm×厚400μm，将模芯13放入注塑模腔，用模芯压板14固定；
步骤2，将注塑模腔的温度调至120℃，将HD120MO型均聚物聚丙烯加热至熔融得到熔体，熔体温度为250℃，以18cm3/s的注射速度将熔体注入注塑模腔内，定模板7、动模板10、定模镶块8、动模镶块9挤压熔体成型；HD120MO型均聚物聚丙烯(PP)流动性好，有利于微结构及微纳复合结构的充填，材料本身为疏水性材料，有利于超疏水表面的制备；
步骤3，在压力120MPa下保压时间5s后，冷却60s，保证填充质量好；
步骤4，冷却至88℃以下，如图3所示，脱去模芯13后得到注塑制件5，即具有微纳复合结构的超疏水表面。
通过单因素实验法研究注射成型工艺参数：模具温度、熔体温度、注射速度和保压压力四个工艺参数对微纳结构表面复制质量的影响。扫描电镜检测注射成型聚合物PP表面微纳复合结构的复制情况，实验结果表明在120℃的模具温度、250℃的熔体温度、18cm3/s的注射速度、120MPa的保压压力、5s的保压时间、60s的冷却时间下，微纳结构能够得到较完整的充填。
实施例6制得的注塑制件5的表面结构，如图5a所示，注塑制件5的表面均匀布满了圆柱形微米结构，圆柱形微米结构的直径为200μm，证明微纳结构能够得到较完整的充填，微米圆柱状结构复制成功。注塑制件5的圆柱形微米结构的顶部形成了纳米凸起和纳米颗粒凸起结构。纳米块状凸起见图5b，纳米颗粒凸起见图5c，证明圆柱形微米结构的顶部复制出由较大的纳米块状凸起和纳米颗粒凸起组成的纳米粗糙结构，更小的纳米孔直径太小，导致熔体充填困难，容易粘连在一起，形成较大的纳米颗粒凸起，纳米颗粒凸起的直径为200nm，纳米块状凸起与模芯13中的纳米凹坑对应，尺寸较大。
如图6a-6b，测量具有微纳复合结构的超疏水表面的静态接触角CA为163±1°，滑动角为5°，达到了超疏水低滚动性的要求，相比于单一微结构阵列表面，接触角增加了10°。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

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；
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)；
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；
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；
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)；
所述模芯压板(14)通过螺钉与定模镶块(8)连接。
2.如权利要求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的微注射成型方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：
步骤1，将不锈钢制的微米冲孔板(2)的微米结构表面和纳米铝合金板(1)的纳米结构表面贴合叠加制得模芯(13)，根据注射模具型腔尺寸裁剪模芯(13)，将模芯(13)放入注塑模腔，用模芯压板(14)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(13)后得到具有微纳复合结构的超疏水表面；
所述纳米铝合金板(1)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(20)中，采用水浴恒温缸(21)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(20)中做阳极，铅板做阴极，电解电压为9～11V的直流电压，通电反应20～25min后取出铝合金板；
步骤(6)，将步骤(5)得到的铝合金板放入自来水中漂洗，再用蒸馏水超声清洗8～10min，充分烘干，即得。
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的微注射成型方法，其特征在于，所述纳米铝合金板(1)选用5052铝合金，纳米铝合金板(1)的长10cm、宽10cm。
4.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的微注射成型方法，其特征在于，所述模芯(13)的尺寸为长25mm×宽25mm×厚400μm。
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