專利名稱：仿生防粘疏水疏油貼膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬聚四氟乙烯產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種仿生防粘疏水、疏油貼膜。
背景技術(shù)：
日常生活中，因汽車雨刮橡膠條壽命短需要經(jīng)常更換；雨雪天氣車輪甩泥導(dǎo)致前后翼子板和車門下部易臟；電子產(chǎn)品不慎掉入水中；廚房用具粘滿油污不易清理等等一系列問題困擾著我們。究其原因，是水滴和油滴與器件表面接觸角較小，器件不能很好的疏水、疏油所致。聚四氟乙烯是一種高度對稱的非極性線性高分子材料，其表面自由能極低，表面高度憎水，目前，聚四氟乙烯薄膜的制備工藝已相對成熟，但光滑表面聚四氟乙烯薄膜與水的接觸角很難達(dá)到150°，從而實現(xiàn)薄膜的超疏水性。在仿生非光滑表面研究這一領(lǐng)域，專利號01226143.2指出:按仿生學(xué)原理在部件表面規(guī)律地分布具有一定幾何形狀的結(jié)構(gòu)單元體。但其特征尺寸較大，且為一級非光滑結(jié)構(gòu)，在實際工程應(yīng)用只能起到減粘的效果，但防粘效果不明顯。而當(dāng)尺寸縮小到納米后雖然能達(dá)到非常完美的防粘效果，同時納米材料給人類帶來很多好處，但其也帶來了許多安全隱患。納米材料不易降解，穿透性強，納米材料對環(huán)境和人體健康都存在一定的威脅。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是在材料本身低表面自由能的基礎(chǔ)上，構(gòu)建二級粗糙表面結(jié)構(gòu)，將其粘貼于需要防水、防油工件表面，應(yīng)用貼膜防粘疏水、疏油的性能，保持易污表面清潔、玻璃表面干爽，提高電子產(chǎn)品使用壽命。本實用新型 由薄膜層I和膠粘劑涂層2組成，其中薄膜層I表面具有第一級凸包型結(jié)構(gòu)和第二級凸包型結(jié)構(gòu)，凸包型結(jié)構(gòu)由凸包結(jié)構(gòu)單元組成，凸包結(jié)構(gòu)單元底部為圓形、正三角形、正四邊形或正六邊形；凸包為碗型、圓柱型、圓錐型、三棱柱型、四棱柱型或六棱柱型；薄膜層厚度Cl1為0.1-0.3mm，膠粘劑涂層厚度d2為0.01-0.03mm。所述第一級凸包型結(jié)構(gòu)和第二級凸包型結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)面積占有率表示各級凸包型結(jié)構(gòu)底部外接圓的面積之和與基體表面積之比，由下列公式確定 「2 ^ R 2 A 2JZ.P2 = ( —) 2 π r 2 /I 2d /其中=P1表示第一級凸包型結(jié)構(gòu)面積占有率；P2表示第二級凸包型結(jié)構(gòu)面積占有率表示正四邊形加工區(qū)域的邊長；D表示第一級凸包結(jié)構(gòu)單元間距離；d表示第二級凸包結(jié)構(gòu)單元間距離#表示第一級凸包底外接圓半徑；r表示第二級凸包底外接圓半徑。所述第一級凸包型結(jié)構(gòu)的凸包高度H和凸包底外接圓半徑R為10-100 μ m,凸包高度H為5-100 μ m，且H彡R ;第二級凸包型結(jié)構(gòu)的凸包底外接圓半徑r為1-10 μ m,凸包高度 h 為 0.5-10 μ m,且 h < r。所述第一級凸包型結(jié)構(gòu)面積占有率P1彡30%，第二級凸包型結(jié)構(gòu)面積占有率P2 彡 30%O所述具有第一級凸包型結(jié)構(gòu)和第二級凸包型結(jié)構(gòu)的薄膜層表面由添加6%含氟表面活化劑FS的聚四氟乙烯樹脂經(jīng)模具熱壓而成。所述模具具有由皮秒激光加工機或飛秒激光加工機加工而成的與第一級凸包型結(jié)構(gòu)和第二級凸包型結(jié)構(gòu)對應(yīng)的非光滑表面。本實用新型的有益效果主要有:本實用新型能應(yīng)用于具有工件表面各種表面形態(tài)且需要防水、防油的器件。將本實用新型應(yīng)用于車窗玻璃表面，水滴能在帶走車窗表面灰塵的同時順利滾下而不留下任何痕跡，使車窗玻璃能夠超疏水自清潔，從而可在汽車車窗上省略雨刮而避免了因汽車雨刮橡膠條壽命短需要經(jīng)常更換的麻煩；將本實用新型應(yīng)用于汽車前、后翼子板，車門下部，能改善車身因雨雪天氣車輪甩泥而導(dǎo)致前后翼子板和車門下部易臟的狀況；將本實用新型應(yīng)用于電子產(chǎn)品表面，能保其在不慎掉入水中的情況下也能正常工作；將本實用新型應(yīng)用于廚房瓷磚、換氣扇葉片表面，可使其避免沾染油污，從而大大減少清理的麻煩。總而言之，本實用新型可以任意彎曲折疊，在不規(guī)則表面使用使得原來親水、親油表面轉(zhuǎn)變成超疏水疏油表面，可廣泛應(yīng)用于汽車、廚房用具、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。

圖1為碗型二級凸包結(jié)構(gòu)貼膜剖面圖圖2為底部為圓形的二級凸包結(jié)構(gòu)貼膜俯視圖圖3為碗型二級凸包單元體結(jié)構(gòu)側(cè)視圖
`[0018]圖4為碗型二級凸包單元體結(jié)構(gòu)俯視圖其中:1.薄膜層2.膠粘劑涂層R-第一級凸包底外接圓半徑r_第二級凸包底外接圓半徑L-正四邊形加工區(qū)域的邊長H-第一級凸包型結(jié)構(gòu)的凸包高度h-第二級凸包型結(jié)構(gòu)的凸包高度Cl1-薄膜層厚度d2-膠粘劑涂層厚度D-第一級凸包結(jié)構(gòu)單元間距離d-第二級凸包結(jié)構(gòu)單元間距離。
具體實施方式
以下結(jié)合具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。實施例1汽車車窗免雨刮貼膜根據(jù)本實用新型要求設(shè)計具有防粘功能仿生疏水、疏油的汽車車窗免雨刮貼膜。首先需要加工熱壓模具，材質(zhì)為金屬氧化鋁，使用飛秒激光器在其表面進(jìn)行碗型凹坑微造型形貌的加工。第一級凹坑底部圓半徑為10 μ m，凹坑深度為5 μ m，凹坑的分布密度為100%，根據(jù)凸包結(jié)構(gòu)面積占有率公式計算可得第一級凹坑各結(jié)構(gòu)單元間中心間距為20 μ m，在幅面為Immxlmm的加工表面上第一級凹坑單元體的數(shù)量為2500個。第二級凹坑底部圓半徑為I μ m,凹坑深度為0.5 μ m，凹坑的分布密度為50%，根據(jù)凸包結(jié)構(gòu)面積占有率公式計算可得第二級凹坑各結(jié)構(gòu)單元間中心間距為2.5 μ m，在幅面為Immxlmm的加工表面上第二級凹坑單元體的數(shù)量為160000個。將添加6%含氟表面活化劑FS的聚四氟乙烯樹脂進(jìn)行模壓成型，控制薄膜層厚度為0.2_，經(jīng)冷卻剝離，得到具有非光滑表面形態(tài)的聚四氟乙烯薄膜。將已經(jīng)制備的聚四氟乙烯薄膜光滑表面使用氬等離子體處理，增加聚四氟乙烯表面自由能，得到改性聚四氟乙烯薄膜。應(yīng)用涂布機涂布一層無痕膠粘劑，膠層厚度為0.02mm。水滴與薄膜表面接觸，水滴呈現(xiàn)出完整的圓球形，水滴底部與薄膜的接觸面非常小。使用接觸角測量儀測量薄膜與水的宏觀接觸角達(dá)到168° -170°，滾動角達(dá)到2°，薄膜稍有傾斜，水滴就可以在薄膜的表面自由滾動。按本實用新型要求加工的汽車車窗免雨刮貼膜，在保證駕駛員視野的前提下，水滴滴落車窗玻璃表面，在帶走表面灰塵的同時能完全滾落而不留痕跡，從而可省略汽車雨刮器的安裝，避免了由雨刮器引起的各種問題，保證了行駛安全性，降低了汽車風(fēng)阻與風(fēng)噪。實施例2汽車不粘泥貼膜根據(jù)本實用新型要求設(shè)計具有防粘功能仿生疏水、疏油的汽車不粘泥貼膜。首先需要加工熱壓模具，材質(zhì)為灰鑄鐵，使用皮秒激光器在其表面進(jìn)行六棱柱型凹坑微造型形貌的加工。第一級凹坑底部正六邊形外接圓半徑為80 μ m,凹坑深度為50 μ m,凹坑的分布密度為50%，根據(jù)凸包結(jié)構(gòu)面積占有率公式計算可得第一級凹坑各結(jié)構(gòu)單元間中心間距為200 μ m,在幅面為Immxlmm的加工表面上凹坑單元體的數(shù)量為25個。第二級凹坑底部正六邊形外接圓半徑為5 μ m,凹坑深度為3 μ m,凹坑的分布密度為40%,根據(jù)凸包結(jié)構(gòu)面積占有率公式計算可得第二級凹坑各結(jié)構(gòu)單元間中心間距為14μπι，在幅面為Immxlmm的加工表面上凹坑單元體的數(shù)量為5100個。將添加6%含氟表面活化劑FS的聚四氟乙烯樹脂進(jìn)行模壓成型，控制薄膜層厚度為0.3_，經(jīng)冷卻剝離，得到具有非光滑表面形態(tài)的聚四氟乙烯薄膜。將已經(jīng)制備的聚四氟乙烯薄膜光滑表面使用氬等離子體處理，增加聚四氟乙烯表面自由能，得到改性聚四氟乙烯薄膜。應(yīng)用涂布機涂布一層無痕膠粘劑，膠層厚度為0.03mm。泥漿與薄膜表面接觸，泥漿液滴呈現(xiàn)出完整的圓球形，泥漿液滴底部與薄膜的接觸面非常小。使用接觸角測量儀測量薄膜與水的宏觀接觸角達(dá)到152° -155°，滾動角達(dá)到3°，薄膜稍有傾斜，泥漿就可以在薄膜的表面自由滾動。按本實用新型要求加工的汽車不粘泥貼膜，汽車在雨雪天氣行駛時，因車輪飛濺泥漿能順暢從車身表 面滑落，而不致粘掛在車身表面，保證車身的清潔，從而為車主大大減少洗車的麻煩，節(jié)約了水資源。
權(quán)利要求1.一種仿生防粘疏水疏油貼膜，其特征在于由薄膜層(I)和膠粘劑涂層(2)組成，其中薄膜層(I)表面具有第一級凸包型結(jié)構(gòu)和第二級凸包型結(jié)構(gòu)，凸包型結(jié)構(gòu)由凸包結(jié)構(gòu)單元組成，凸包結(jié)構(gòu)單元底部為圓形、正三角形、正四邊形或正六邊形；凸包為圓柱型、圓錐型、三棱柱型、四棱柱型或六棱柱型；薄膜層厚度Cl1為0.1-0.3mm，膠黏劑涂層厚度d2為0.01-0.03_。
2.按權(quán)利要求1所述的仿生防粘疏水疏油貼膜，其特征在于所述第一級凸包型結(jié)構(gòu)的凸包高度H和凸包底外接圓半徑R為10-100 μ m,凸包高度H為5-100 μ m，且H < R ;第二級凸包型結(jié)構(gòu)的 凸包底外接圓半徑r為1-10 μ m,凸包高度h為0.5-10 μ m，且h彡r。
專利摘要仿生防粘疏水疏油貼膜屬聚四氟乙烯產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域，本實用新型的薄膜層表面具有第一級凸包型結(jié)構(gòu)和第二級凸包型結(jié)構(gòu)，凸包型結(jié)構(gòu)由凸包結(jié)構(gòu)單元組成，凸包結(jié)構(gòu)單元底部為圓形、正三角形、正四邊形或正六邊形；凸包為碗型、圓柱型、圓錐型、三棱柱型、四棱柱型或六棱柱型；本實用新型可以任意彎曲折疊，在不規(guī)則表面使用使得原來親水、親油表面轉(zhuǎn)變成超疏水、疏油表面，可廣泛應(yīng)用于汽車、廚房用具、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。
文檔編號C09K3/18GK203095961SQ201220739599
公開日2013年7月31日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者陳鑫, 高長鳳, 謝晨, 張武, 王懷玉 申請人:吉林大學(xué)