CN107520109A - 超疏水薄膜、超疏水薄膜的生产方法及其生产设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超疏水薄膜、超疏水薄膜的生产方法及其生产设备；超疏水薄膜包括具有抗拉能力的柔性基带和设置在所述基带表面的磁性颗粒；所述基带表面设有热塑性材料层，并通过该热塑性材料层将所述磁性颗粒固化在基带表面；其生产方法包括：a.将表面具有热塑性材料层的基带的热塑性材料加热融化；b.将磁性颗粒悬浮液与固化剂混合后喷涂或涂覆在已融化的热塑性材料层上；c.对喷涂有磁性颗粒悬浮液与固化剂的所述热塑性材料层加热使其半固化；d.利用磁场作用使磁性颗粒彼此连接形成链状结构使基带形成超疏水表面；其生产设备包括热熔室、喷涂室、半固化室、励磁固化室和冷却室，本发明能够自动化、连续性生产超疏水薄膜。
Description
技术领域
本发明涉及超疏水薄膜领域，具体是一种超疏水薄膜、超疏水薄膜的生产方法及其生产设备。
背景技术
自然界里很多动植物表面都具有高疏水性和自洁功能，由于超疏水材料独特的表面特性，人们开始关注超疏水材料的研究。其可以广泛应用于防水、防污、自清洁、除雾、除霜等领域。公开号为CN106675397A的中国专利申请中公开了一种表面减阻材料及其制备方法，将主要由微/纳米级软/硬磁性颗粒与硅橡胶基液组成的悬浮液和固化剂混合，在磁场下固化成薄膜结构，磁性颗粒在磁场下由于磁流变效应而磁化成微米级链状结构，此链状结构在薄膜表面形成“尖刺”而凸起，从而产生超疏水表面效应。然而该专利申请中所公开的制备方法难以实现超疏水材料的大规模生产。
因此，需要一种能够自动化、连续性生产超疏水材料的超疏水薄膜、超疏水薄膜的生产方法及其生产设备。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种能够自动化、连续性生产超疏水材料的超疏水薄膜、超疏水薄膜的生产方法及其生产设备。所生产超疏水薄膜可用于缠绕在需要防水、防污、自清洁、除雾、除霜、减阻等功能的任意物体的表面。
本发明的超疏水薄膜包括具有抗拉能力的柔性基带和设置在所述基带表面的磁性颗粒；所述基带表面设有热塑性材料层，并通过该热塑性材料层将所述磁性颗粒固化在基带表面；
进一步，所述基带内或基带表面设有编织线，并通过该编织线获得所述抗拉能力；
本发明的一种超疏水薄膜的生产方法，包括以下步骤：
a.将表面具有热塑性材料层的基带的热塑性材料加热融化；
b.将磁性颗粒悬浮液与固化剂混合后喷涂或涂覆在已融化的热塑性材料层上；
c.对喷涂有磁性颗粒悬浮液与固化剂的所述热塑性材料层加热使其半固化；
d.利用磁场作用使磁性颗粒彼此连接形成链状结构使基带形成超疏水表面；
进一步，还包括步骤e，将形成超疏水表面的超疏水薄膜冷却至室温；
进一步，所述基带内或基带表面设有使其具有抗拉能力的编织线；所述基带通过卷筒缠绕沿纵向输送并使其表面连续实施步骤a至步骤e。
进一步，所述步骤b中，利用机械搅拌器和超声波振荡器将所述磁性颗粒悬浮液与固化剂混合均匀。
本发明的一种超疏水薄膜的生产设备，包括热熔室、喷涂室、半固化室、励磁固化室和冷却室；所述热熔室用于将表面具有热塑性材料层的基带的热塑性材料加热融化；所述喷涂室用于将磁性颗粒悬浮液与固化剂混合后喷涂或涂覆在已融化的热塑性材料层上；所述半固化室用于对所述热塑性材料层加热使其半固化；所述励磁固化室利用磁场作用使半固化的热塑性材料层中的磁性颗粒彼此连接形成表面链状“尖刺”结构使基带形成超疏水表面；所述冷却室用于将形成超疏水表面的超疏水薄膜冷却至室温；
本发明的超疏水薄膜的生产设备还包括用于缠绕并拉动所述基带依次经过所述热熔室、喷涂室、半固化室、励磁固化室和冷却室的卷筒；
进一步，所述喷涂室设有磁性液容器、固化剂容器、喷嘴、喷涂室热源、机械搅拌器和超声波振荡器；所述磁性液容器内的磁性颗粒悬浮液与固化剂容器内的固化剂分别通过磁性液液泵和固化剂液泵向所述喷嘴输送并由喷嘴喷出至基带表面。
本发明的有益效果是：本发明的超疏水薄膜具有柔性及一定的机械抗拉能力，可以在其流水线制备过程承受牵引力；而超疏水表面固化在参与固化反应的基带表面。本发明的超疏水薄膜的生产方法和生产设备，具有柔性及一定的机械抗拉能力的基带在卷筒的缠绕和拉动下依次实施热熔、喷涂、半固化、励磁固化和冷却，从而实现超疏水薄膜的自动化、连续性制备。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的超疏水薄膜的生产设备的示意图。
具体实施方式
本实施例的超疏水薄膜包括具有抗拉能力的柔性基带和设置在所述基带表面的磁性颗粒；所述基带表面设有热塑性材料层，并通过该热塑性材料层将所述磁性颗粒固化在基带表面；该超疏水薄膜具有柔性及一定的机械抗拉能力，可以在其流水线制备过程承受牵引力，可直接采用具有足够抗拉能力的材料制作基带，或者在基带中加入抗拉材料制作的条、网或线等对基带进行机械加强。
本实施例中，所述基带内或基带表面设有编织线，并通过该编织线获得所述抗拉能力，由于在基带上热塑性层加热熔化，需要保证编织层不熔化，因此，编织线应采用抗拉、耐高温环境的非导磁材料制作，编织线可以是金属丝，材质如铝、铜等，但不能是钢丝(因为会导磁)，形貌如屏蔽电缆内的金属网丝。
基带下层为热固性硅橡胶弹性材料(即采用硫化等工艺实现高分子间的交联，形成空间网络结构)，编织层在固化过程中被固化在其内，基带上层为热塑性硅橡胶弹性材料(即未采用硫化等工艺，硅氧烷高分子链间无化学交联)；在超疏水薄膜生产过程中，在各反应室高温下，基带下层热固性材料不受影响(技术上可实现热固性硅橡胶耐高温高达400℃)，热塑性层发生一定熔化(注意，不需要彻底熔化，否则需要很高温度，导致热固性层可能发生反应)，并与基于液态硅橡胶基液的磁性颗粒悬浮液一起在固化剂的作用下发生固化反应。由于基带的下层热固性硅橡胶与上层热塑性硅橡胶需是化学联接，因此在前期制备基带时，先制备基带下层的热固性硅橡胶，在其未完全固化时，在其上制备热塑性硅橡胶层，因为同是硅氧烷材料，上层热塑性层的下部会参与下层热固性层的化学交联反应，而上层热塑性层的上部不会。这样，在生产超疏水薄膜时，下层热固性层不熔化，上层热塑性层熔化但其下部仍与热固性层联接。这里需要注意的是：制备超疏水薄膜所使用的固化剂是使熔化的热塑性层与磁性颗粒悬浮液中的基液一起发生化学交联反应，也即反应后也变成了热固性弹性层，颗粒在磁场中的链化结构也被固化在此过程中。
本实施例的一种超疏水薄膜的生产方法，包括以下步骤：
a.将表面具有热塑性材料层的基带的热塑性材料加热融化；b.将磁性颗粒悬浮液与固化剂混合后喷涂或涂覆在已融化的热塑性材料层上，使磁性颗粒能够渗透至热塑性材料内；c.对所述热塑性材料层加热使其半固化；d.利用磁场作用使磁性颗粒彼此连接形成表面链状“尖刺”结构使基带形成超疏水表面；步骤e，将形成超疏水表面的超疏水薄膜冷却至室温；可以采用现有的制冷设备进行强制冷却或者自然冷却，均可实现本发明的目的。
本实施例中，所述基带内或基带表面设有使其具有抗拉能力的编织线；所述基带通过卷筒缠绕沿纵向输送并使其表面连续实施步骤a至步骤e，一般卷筒应设置两个，两卷筒同步转动，使得基带能够从一个卷筒输送至另一个卷筒，在此过程中，基带的表面依次实施上述步骤a-e，实现超疏水薄膜的大规模批量化生产。
本实施例中，所述步骤b中，利用机械搅拌器和超声波振荡器将所述磁性颗粒悬浮液与固化剂混合均匀，磁性颗粒悬浮液与固化剂混合后可通过机械搅拌实现混合，再协同超声波使二者进一步混合均匀。
图1为本发明的超疏水薄膜的生产设备的示意图。如图所示，本实施例的一种超疏水薄膜的生产设备，包括热熔室4、喷涂室6、半固化室15、励磁固化室18和冷却室22；所述热熔室4用于将表面具有热塑性材料层的基带2的热塑性材料加热融化；所述喷涂室6用于将磁性颗粒悬浮液与固化剂混合后喷涂或涂覆在已融化的热塑性材料层上；所述半固化室15用于对所述热塑性材料层加热使其半固化；所述励磁固化室18利用磁场作用使半固化的热塑性材料层中的磁性颗粒彼此连接形成表面链状“尖刺”结构使基带形成超疏水表面；所述冷却室用于将形成超疏水表面的超疏水薄膜冷却至室温；该生产设备还包括用于缠绕并拉动所述基带依次经过所述热熔室4、喷涂室6、半固化室15、励磁固化室18和冷却室22的卷筒；所述喷涂室6设有磁性液容器7、固化剂容器10、喷嘴12、喷涂室6热源25和超声波振荡器13；所述磁性液容器7内的磁性颗粒悬浮液与固化剂容器10内的固化剂分别通过磁性液液泵8和固化剂液泵11向所述喷嘴12输送并由喷嘴12喷出至基带表面。该设备的工作原理如下：薄膜基带卷筒1上缠绕有原始薄膜基带2，起始时薄膜基带2经过各流水线单元直至超疏水薄膜卷筒24，并由超疏水薄膜卷筒24以一定速度转动以带动薄膜基带2在各流水线单元中传动；薄膜基带2内上层为热塑性硅橡胶，下层含有编织线，用于强化力学性能并在流水线制备时提供传动牵引力；经过传动滑轮3后，薄膜基带2进入热熔室4，在热熔室热源5产生的高温下，薄膜基带2的上层热塑性硅橡胶发生一定程度的熔化；经过传动滑轮3后，薄膜基带2进入喷涂室6，喷涂室6内有喷涂室热源25产生高温；喷涂室6联接有磁性液容器7和固化剂容器10，其中磁性液容器7盛装的磁性液为由微/纳米级软/硬磁性颗粒、液态硅橡胶、添加剂等组成的悬浮液，固化剂容器10中盛装的固化剂用于使液态硅橡胶和薄膜基带2的上层已熔化热塑性硅橡胶固化成弹性态硅橡胶；磁性颗粒悬浮液从磁性液容器7经磁性液液泵8、固化剂从固化剂容器10经固化剂液泵11，加压后一起进入喷嘴12的上端，并在机械搅拌机9的搅拌下混合均匀，随后从喷嘴12的下端喷涂在薄膜基带2的已熔化一定程度的热塑性硅橡胶上；喷涂室6内有超声波振荡器13，其产生的超声波使混合后的磁性颗粒悬浮液、固化剂进一步混合均匀，并使二者与薄膜基带2上的一定程度熔化的热塑性硅橡胶紧密接触和渗入，形成预处理表面层14；预处理表面层14经传动滑轮3后进入半固化室15，在由半固化室热源16产生的高温下发生一定程度的固化反应，形成半固化表面层17；半固化表面层17经传动滑轮3后进入励磁固化室18，其内含有能产生高温的励磁固化室热源20，以及用于产生匀强磁场的永/电磁铁组19；永/电磁铁组19可设置为产生两级或更多级磁场，以延长半固化表面层17在磁场中的固化时间，且在磁场中已半固化表面层17中的磁性颗粒不会脱离基带；半固化表面层17与磁场方向垂直，在磁场作用下磁性颗粒磁化成彼此连接的链簇状结构，此链簇状结构在薄膜表面形成微小“尖刺”而凸起，且随着硅橡胶、薄膜基带2上的一定程度熔化的热塑性硅橡胶、固化剂三者之间固化反应的不断固化，此凸起的“尖刺”结构也被固化在表面，从而初步制备得超疏水薄膜21；半固化表面层17经多级磁场和转向滑轮3后，形成超疏水薄膜21并进入冷却室22；冷却室22内有冷却空调23，使固化后的超疏水薄膜21快速冷却至室温；制得的超疏水薄膜21最终被超疏水薄膜卷筒25缠绕成卷，完成流水线制备流程。此超疏水薄膜流水线制备装置能够实现自动化、连续性制备(生产)该超疏水薄膜。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种超疏水薄膜，其特征在于：包括具有抗拉能力的柔性基带和设置在所述基带表面的磁性颗粒；所述基带表面设有热塑性材料层，并通过该热塑性材料层将所述磁性颗粒固化在基带表面。
2.根据权利要求1所述的超疏水薄膜，其特征在于：所述基带内或基带表面设有编织线，并通过该编织线获得所述抗拉能力。
3.一种超疏水薄膜的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.将表面具有热塑性材料层的基带的热塑性材料加热融化；
b.将磁性颗粒悬浮液与固化剂混合后喷涂或涂覆在已融化的热塑性材料层上；
c.对喷涂有磁性颗粒悬浮液与固化剂的所述热塑性材料层加热使其半固化；
d.利用磁场作用使磁性颗粒彼此连接形成链状结构使基带形成超疏水表面。
4.根据权利要求3所述的超疏水薄膜的生产方法，其特征在于，还包括步骤e，将形成超疏水表面的超疏水薄膜冷却至室温。
5.根据权利要求3所述的超疏水薄膜的生产方法，其特征在于，所述基带内或基带表面设有使其具有抗拉能力的编织线；所述基带通过卷筒缠绕沿纵向输送并使其表面连续实施步骤a至步骤e。
6.根据权利要求3所述的超疏水薄膜的生产方法，其特征在于：所述步骤b中，利用机械搅拌机和超声波振荡器将所述磁性颗粒悬浮液与固化剂混合均匀。
7.一种超疏水薄膜的生产设备，其特征在于：包括热熔室、喷涂室、半固化室、励磁固化室和冷却室；
所述热熔室用于将表面具有热塑性材料层的基带的热塑性材料加热融化；
所述喷涂室用于将磁性颗粒悬浮液与固化剂混合后喷涂或涂覆在已融化的热塑性材料层上；
所述半固化室用于对所述热塑性材料层加热使其半固化；
所述励磁固化室利用磁场作用使半固化的热塑性材料层中的磁性颗粒彼此连接形成表面链状“尖刺”结构使基带形成超疏水表面；
所述冷却室用于将形成超疏水表面的超疏水薄膜冷却至室温。
8.根据权利要求7所述的超疏水薄膜的生产设备，其特征在于：还包括用于缠绕并拉动所述基带依次经过所述热熔室、喷涂室、半固化室、励磁固化室和冷却室的卷筒。
9.根据权利要求7所述的超疏水薄膜的生产设备，其特征在于：所述喷涂室设有磁性液容器、固化剂容器、喷嘴、喷涂室热源、机械搅拌器和超声波振荡器；所述磁性液容器内的磁性颗粒悬浮液与固化剂容器内的固化剂分别通过磁性液液泵和固化剂液泵向所述喷嘴输送并由喷嘴喷出至基带表面。
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