本發(fā)明涉及硅橡膠材料表面改性
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種脈沖激光制備半透明硅橡膠超疏水自清潔表面的方法。
背景技術(shù)：
：硅橡膠由于具有較好的疏水性及獨(dú)特的疏水性恢復(fù)能力及其它諸多性能(如電絕熱、熱穩(wěn)定、無(wú)毒等)，已被廣泛地應(yīng)用于許多工業(yè)與
技術(shù)領(lǐng)域：
，例如汽車工業(yè)、電子電器工業(yè)、宇航工業(yè)、建筑工業(yè)、醫(yī)療設(shè)備等。有機(jī)硅橡膠幾乎應(yīng)用于汽車行業(yè)的各個(gè)方面，硅橡膠形成的密封防漏、耐用，在極限溫度壓力下不會(huì)出現(xiàn)裂縫或破裂；硅橡膠制成的火花塞能避免水濺、潮濕及灰塵，同時(shí)還具有良好的電氣絕緣特性及耐熱性能；硅橡膠連接器可以保護(hù)汽車內(nèi)的電器連接，避免出現(xiàn)受潮及腐蝕。硅橡膠在電子行業(yè)中也具有十分廣泛的應(yīng)用，常用于發(fā)動(dòng)機(jī)密封墊、控制裝置墊圈、電子封裝及退耦降噪的特殊元件的絕緣、密封及保護(hù)。然而，硅橡膠的疏水性仍不夠高，以致不能完全阻止水分和污染物的吸附,導(dǎo)致硅橡膠制品難以徹底防污、絕緣。因此，進(jìn)一步提高硅橡膠的表面疏水性對(duì)許多
技術(shù)領(lǐng)域：
都至關(guān)重要。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種工藝簡(jiǎn)單，制備效率高、綠色環(huán)保的半透明硅橡膠超疏水自清潔表面的制備方法。本發(fā)明所采用的方法可以在半透明硅橡膠表面獲得長(zhǎng)期穩(wěn)定的超疏水自清潔表面，提高半透明硅橡膠制品的防污、絕緣性能。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：一種工藝簡(jiǎn)單，制備效率高、綠色環(huán)保的半透明硅橡膠超疏水自清潔表面的制備方法，包括如下步驟：步驟1：取反光板，并將其上表面進(jìn)行拋光處理，并清洗吹干；步驟2：將半透明硅橡膠樣品置于所述反光板上，采用脈沖激光對(duì)半透明硅橡膠樣品的上表面進(jìn)行掃描處理，同時(shí)，所述脈沖激光穿過(guò)半透明硅橡膠樣品，經(jīng)過(guò)所述反光板反射后照射在半透明硅橡膠樣品的下表面，并在半透明硅橡膠樣品的下表面形成微納結(jié)構(gòu)，制備得到超疏水自清潔表面。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)：進(jìn)一步：所述反光板采用金屬材質(zhì)，且經(jīng)過(guò)拋光處理后的所述反光板表面粗糙度Ra<1μm。上述進(jìn)一步方案的有益效果是：采用金屬材質(zhì)主要是利用其反光性較好，通過(guò)拋光處理可以確保其表面具有較好的反光度，從而將脈沖激光反射到半透明硅橡膠的下表面，激光能量損失小，利用率較高。進(jìn)一步：所述步驟2中，所述脈沖激光的波長(zhǎng)范圍為800nm-2000nm，所述脈沖激光的脈寬短于600ns。進(jìn)一步：所述脈沖激光的波長(zhǎng)為1064nm，所述脈沖激光的脈寬范圍為100fs-240ns。進(jìn)一步：所述步驟2中，采用振鏡系統(tǒng)對(duì)半透明光橡膠表面進(jìn)行掃描，掃描速度為0.1mm/s-30m/s，脈沖激光的通斷及振鏡系統(tǒng)的掃描范圍、掃描軌跡和加工速度均由計(jì)算機(jī)程序控制和設(shè)定。進(jìn)一步：所述步驟2中，采用多棱鏡系統(tǒng)對(duì)半透明光橡膠表面進(jìn)行掃描，掃描速度為1m/s-800m/s，脈沖激光的通斷及多棱鏡系統(tǒng)的掃描范圍、掃描軌跡和加工速度均由計(jì)算機(jī)程序控制和設(shè)定。進(jìn)一步：所述步驟2中，采用運(yùn)動(dòng)平臺(tái)系統(tǒng)對(duì)半透明光橡膠表面進(jìn)行掃描，掃描速度為0.1mm/s-3m/s，脈沖激光的通斷及平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度均由計(jì)算機(jī)程序控制和設(shè)定。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)本發(fā)明采用的激光制備方法工藝簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟，僅改變半透明硅橡膠表層的結(jié)構(gòu)，而不改變其任何組成，與使用化學(xué)試劑對(duì)硅橡膠表面改性相比，激光加工效率高，能耗少，成本低且綠色環(huán)保；(2)采用本發(fā)明方法，可在寬的工藝條件范圍內(nèi)獲得超疏水(水的接觸角大于150°)的硅橡膠表面，對(duì)于實(shí)際的應(yīng)用有很重要的作用；(3)本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單且安全可靠，適用于加工各種形狀及規(guī)格的半透明硅橡膠制品或覆蓋有半透明硅橡膠的制品，制備得到的超疏水硅橡膠表面性能穩(wěn)定。本發(fā)明還提供了一種采用上述方法制備得到的半透明硅橡膠超疏水自清潔表面，所述表面具有微米級(jí)顆粒狀結(jié)構(gòu)。附圖說(shuō)明圖1中(1a)、(1b)分別為本發(fā)明實(shí)施案例1利用脈沖激光制備得到的半透明硅橡膠超疏水自清潔表面的接觸角示意圖、表面形貌示意圖；圖2中(2a)、(2b)分別為本發(fā)明實(shí)施案例2利用脈沖激光制備得到的半透明硅橡膠超疏水自清潔表面的接觸角示意圖、表面形貌示意圖；圖3中(3a)、(3b)分別為本發(fā)明實(shí)施案例3利用脈沖激光制備得到的半透明硅橡膠超疏水自清潔表面的接觸角示意圖、表面形貌示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例1利用脈沖激光制備得到的半透明硅橡膠超疏水自清潔表面的掃描電鏡圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例2利用脈沖激光制備得到的半透明硅橡膠超疏水自清潔表面的掃描電鏡圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例3利用脈沖激光制備得到的半透明硅橡膠超疏水自清潔表面的掃描電鏡圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。一種脈沖激光制備半透明硅橡膠超疏水自清潔表面的方法，包括如下步驟：步驟1：取反光板，并將其上表面進(jìn)行拋光處理，并清洗吹干；步驟2：將半透明硅橡膠樣品置于所述反光板上，采用脈沖激光對(duì)半透明硅橡膠樣品的上表面進(jìn)行掃描處理，同時(shí)，所述脈沖激光穿過(guò)半透明硅橡膠樣品，經(jīng)過(guò)所述反光板反射后照射在半透明硅橡膠樣品的下表面，并在半透明硅橡膠樣品的下表面形成微納結(jié)構(gòu)，制備得到超疏水自清潔表面。本發(fā)明中，所述反光板采用金屬材質(zhì)，且經(jīng)過(guò)拋光處理后的所述反光板表面粗糙度Ra<1μm。采用金屬材質(zhì)主要是利用其反光性較好，通過(guò)拋光處理可以確保其表面具有較好的反光度，從而將脈沖激光反射到半透明硅橡膠的下表面，激光能量損失小，利用率較高。本發(fā)明中，所述步驟2中，所述脈沖激光的波長(zhǎng)范圍為800nm-2000nm，所述脈沖激光的脈寬短于600ns。優(yōu)選地，所述脈沖激光的波長(zhǎng)為1064nm，所述脈沖激光的脈寬范圍為100fs-240ns。優(yōu)選地，所述步驟2中，采用振鏡系統(tǒng)對(duì)半透明光橡膠表面進(jìn)行掃描，掃描速度為0.1mm/s-30m/s，脈沖激光的通斷及振鏡系統(tǒng)的掃描范圍、掃描軌跡和加工速度均由計(jì)算機(jī)程序控制和設(shè)定。優(yōu)選地，所述步驟2中，采用多棱鏡系統(tǒng)對(duì)半透明光橡膠表面進(jìn)行掃描，掃描速度為1m/s-800m/s，脈沖激光的通斷及多棱鏡系統(tǒng)的掃描范圍、掃描軌跡和加工速度均由計(jì)算機(jī)程序控制和設(shè)定。優(yōu)選地，所述步驟2中，采用運(yùn)動(dòng)平臺(tái)系統(tǒng)對(duì)半透明光橡膠表面進(jìn)行掃描，掃描速度為0.1mm/s-3m/s，脈沖激光的通斷及平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度均由計(jì)算機(jī)程序控制和設(shè)定。實(shí)施例1步驟1、對(duì)304不銹鋼反光板表面進(jìn)行拋光，得到粗糙度Ra＝0.0046μm的表面，將拋光后的不銹鋼反光板表面清洗干凈并吹干；步驟2、采用脈沖激光器，激光器波長(zhǎng)為1064nm，對(duì)半透明硅橡膠樣品表面進(jìn)行激光掃描處理。處理時(shí)，將半透明硅橡膠樣品放置于不銹鋼反光板表面，脈沖激光照射在樣品上表面時(shí)，脈沖激光會(huì)透過(guò)樣品，經(jīng)不銹鋼表面反射后照射在樣品的下表面。所述激光器脈寬為240ns，單脈沖能量為0.25mJ，重復(fù)頻率為160kHz，采用利用振鏡系統(tǒng)，使脈沖激光束以2242mm/s的速度逐行逐列照射半透明硅橡膠樣品表面，半透明硅橡膠樣品加工范圍為100mmx100mm。所述振鏡系統(tǒng)由高速旋轉(zhuǎn)的X-Y光學(xué)掃描頭、電子驅(qū)動(dòng)放大器、光學(xué)反射鏡片和場(chǎng)鏡組成，振鏡系統(tǒng)的掃描速度、掃描范圍及掃描路徑均由電腦控制器進(jìn)行控制和設(shè)定。利用光學(xué)接觸角表面界面張力測(cè)量?jī)x測(cè)試所述得到的硅橡膠超疏水自清潔表面的接觸角：采用接取法測(cè)量，在加液針頭下形成所需體積的懸掛液滴，調(diào)節(jié)樣品平臺(tái)的Z軸使樣品表面上升，當(dāng)樣品表面與加液針頭下懸掛的液滴底部接觸時(shí)，液滴就從加液針頭轉(zhuǎn)移到樣品表面，然后再通過(guò)調(diào)節(jié)樣品臺(tái)Y軸使樣品表面下降到原來(lái)的位置進(jìn)行測(cè)量，由于制備得到的硅橡膠表面超疏水性能優(yōu)異，3-8微升的水滴無(wú)法附著，所以水滴體積為9微升，測(cè)試溫度為20℃，濕度為48％RH。本實(shí)施例制備得到的半透明硅橡膠超疏水自清潔表面，其掃描電鏡照片如圖4所示，其表面呈現(xiàn)微米級(jí)的顆粒狀結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例制備得到的半透明硅橡膠超疏水自清潔表面與水的接觸角示意圖如圖1(1a)所示，表面形貌示意圖如圖1(1b)所示。本實(shí)施例制備得到的半透明硅橡膠超疏水自清潔表面與水的接觸角為157.9°，表面粗糙度Ra＝1.202μm，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。實(shí)施例2步驟1、對(duì)鋁質(zhì)反光板表面進(jìn)行拋光，得到粗糙度Ra＝0.584μm的表面，將拋光后的鋁表面清洗干凈并吹干；步驟2、采用脈沖激光器，激光器波長(zhǎng)為1064nm，對(duì)半透明硅橡膠樣品上表面進(jìn)行激光掃描處理。處理時(shí)，將半透明硅橡膠樣品放置在鋁質(zhì)反光板表面，脈沖激光照射在半透明硅橡膠樣品上表面時(shí)，脈沖激光會(huì)透過(guò)半透明硅橡膠樣品，經(jīng)鋁質(zhì)反光板表面反射后照射在半透明硅橡膠樣品的下表面。所述激光器脈寬為80ns，單脈沖能量為0.46mJ，重復(fù)頻率為87kHz，采用振鏡系統(tǒng)，使脈沖激光束以1219mm/s的速度逐行逐列照射半透明硅橡膠樣品表面，半透明硅橡膠樣品加工范圍為100mmx100mm。所述振鏡系統(tǒng)由高速旋轉(zhuǎn)的X-Y光學(xué)掃描頭、電子驅(qū)動(dòng)放大器、光學(xué)反射鏡片和場(chǎng)鏡組成，振鏡系統(tǒng)的掃描速度、掃描范圍及掃描路徑均由電腦控制器進(jìn)行控制和設(shè)定。利用光學(xué)接觸角表面界面張力測(cè)量?jī)x測(cè)試所述得到的硅橡膠超疏水自清潔表面的接觸角：采用接取法測(cè)量，在加液針頭下形成所需體積的懸掛液滴，調(diào)節(jié)樣品平臺(tái)的Z軸使樣品表面上升，當(dāng)樣品表面與加液針頭下懸掛的液滴底部接觸時(shí)，液滴就從加液針頭轉(zhuǎn)移到樣品表面，然后再通過(guò)調(diào)節(jié)樣品臺(tái)Y軸使樣品表面下降到原來(lái)的位置進(jìn)行測(cè)量，由于制備得到的硅橡膠表面超疏水性能優(yōu)異，3-8微升的水滴無(wú)法附著，所以水滴體積為9微升，測(cè)試溫度為20℃，濕度為48％RH。本實(shí)施例制備得到的半透明硅橡膠超疏水自清潔表面，其掃描電鏡照片如圖5所示，其表面呈現(xiàn)微米級(jí)的顆粒狀結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例制備得到的半透明硅橡膠超疏水自清潔表面與水的接觸角示意圖如圖2(2a)所示，表面形貌示意圖如圖2(2b)所示。本實(shí)施例制備得到的半透明硅橡膠超疏水自清潔表面與水的接觸角為163.7°，表面粗糙度Ra＝0.562μm，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。實(shí)施例3步驟1、對(duì)不銹鋼反光板表面進(jìn)行拋光，得到粗糙度Ra＝0.0046μm的表面，將拋光后的不銹鋼反光板表面清洗干凈并吹干；步驟2、采用脈沖激光器，激光器波長(zhǎng)為1064nm，對(duì)半透明硅橡膠樣品表面進(jìn)行激光掃描處理。處理時(shí)，將半透明硅橡膠樣品放置于不銹鋼表面，脈沖激光照射在半透明硅橡膠樣品上表面時(shí)，脈沖激光會(huì)透過(guò)半透明硅橡膠樣品，經(jīng)不銹鋼反光板表面反射后照射在半透明硅橡膠樣品的下表面。所述激光器脈寬為13ns，單脈沖能量為0.1mJ，重復(fù)頻率為400kHz，利用振鏡系統(tǒng)，使脈沖激光束以4500mm/s的速度逐行逐列照射半透明硅橡膠樣品表面，半透明硅橡膠樣品加工范圍為100mmx100mm。所述振鏡系統(tǒng)由高速旋轉(zhuǎn)的X-Y光學(xué)掃描頭、電子驅(qū)動(dòng)放大器、光學(xué)反射鏡片和場(chǎng)鏡組成，振鏡系統(tǒng)的掃描速度、掃描范圍及掃描路徑均由電腦控制器進(jìn)行控制和設(shè)定。利用光學(xué)接觸角表面界面張力測(cè)量?jī)x測(cè)試所述得到的硅橡膠超疏水自清潔表面的接觸角：采用接取法測(cè)量，在加液針頭下形成所需體積的懸掛液滴，調(diào)節(jié)樣品平臺(tái)的Z軸使樣品表面上升，當(dāng)樣品表面與加液針頭下懸掛的液滴底部接觸時(shí)，液滴就從加液針頭轉(zhuǎn)移到樣品表面，然后再通過(guò)調(diào)節(jié)樣品臺(tái)Y軸使樣品表面下降到原來(lái)的位置進(jìn)行測(cè)量，由于制備得到的硅橡膠表面超疏水性能優(yōu)異，3-8微升的水滴無(wú)法附著，所以水滴體積為9微升，測(cè)試溫度為20℃，濕度為48％RH。本實(shí)施例制備得到的半透明硅橡膠超疏水自清潔表面，其掃描電鏡照片如圖6所示，其表面呈現(xiàn)微米級(jí)的顆粒狀結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例制備得到的半透明硅橡膠超疏水自清潔表面與水的接觸角示意圖如圖3(3a)所示，表面形貌示意圖如圖3(3b)所示。本實(shí)施例制備得到的半透明硅橡膠超疏水自清潔表面與水的接觸角為151.2°，表面粗糙度Ra＝0.497μm，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。表1為本發(fā)明各實(shí)施案例制備得到的半透明硅橡膠超疏水自清潔表面接觸角、粗糙度的測(cè)試結(jié)果。其中，接觸角測(cè)量所用水滴為9微升。表1實(shí)施案例接觸角/°表面粗糙度/μm實(shí)施案例1159.71.202實(shí)施案例2163.70.562實(shí)施案例3151.20.497本發(fā)明的半透明硅橡膠超疏水自清潔表面制備方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)本發(fā)明采用的激光制備方法工藝簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟，僅借助反光板即可改變半透明硅橡膠的下表面的表層結(jié)構(gòu)，而不改變其任何組成，與使用化學(xué)試劑對(duì)硅橡膠表面改性相比，激光加工效率高，能耗少，成本低且綠色環(huán)保；(2)采用本發(fā)明方法，可在寬的工藝條件范圍內(nèi)獲得超疏水(水的接觸角大于150°)的硅橡膠表面，對(duì)于實(shí)際的應(yīng)用有很重要的作用；(3)本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單且安全可靠，適用于加工各種形狀及規(guī)格的半透明硅橡膠制品或覆蓋有半透明硅橡膠的制品，制備得到的超疏水硅橡膠表面性能穩(wěn)定。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3