【摘 要】
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超疏水表面由于独特的非润湿性能,在油水分离、蒸发、自清洁、冷凝、等方面具有广泛的应用前景。本文通过3D打印的方法制备出了具有超疏水性能的多孔材料,并对其润湿性、蒸发以及油水分离等性能进行了分析。本研究为新型超疏水多孔材料的快速制备提供了新方法,具有一定的实用价值和理论意义。主要研究内容如下:(1)采用3D打印PLA的方法制备了多孔样品,然后利用MEK溶液、FDTS溶液和HN-SiO2对多孔样品的表
【基金项目】
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国家自然科学基金-图案化储油防爬行润滑材料的可控制备及摩擦机理研究(51775169)
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超疏水表面由于独特的非润湿性能,在油水分离、蒸发、自清洁、冷凝、等方面具有广泛的应用前景。本文通过3D打印的方法制备出了具有超疏水性能的多孔材料,并对其润湿性、蒸发以及油水分离等性能进行了分析。本研究为新型超疏水多孔材料的快速制备提供了新方法,具有一定的实用价值和理论意义。主要研究内容如下:(1)采用3D打印PLA的方法制备了多孔样品,然后利用MEK溶液、FDTS溶液和HN-SiO2对多孔样品的表面润湿性进行调控,考察了MEK的浸泡时间、FDTS的修饰时间和HN-SiO2的含量对润湿性的影响。研究结果表明:当把0号样品放入HN-SiO2含量为0.4g的MEK溶液浸泡1min,经过FDTS溶液修饰得到样品C的CA=171.8°和SA=5.03°,这个条件下得到的样品为最优样品。在此条件下制作出的油水分离器对正己烷、石油醚、甲苯、液体石蜡和机油具有优异的分离效果。(2)利用3D打印PLA的方法制备了多孔样品进行蒸发实验,分别对亲水、疏水、黏附超疏水和滚动超疏水表面液滴的蒸发模式、蒸发时间、液滴跳动、液滴体积和蒸发速率进行分析。研究表明:液滴在亲水表面是以MIX模式变化的,在疏水和超疏水表面液滴会经历从CCA到CCR再到MIX三种模式的变化,疏水程度越高,完全蒸发需要的时间越长,滚动的超疏水表面的液滴完全蒸发所用时间最长;液滴在即将蒸发干净时润湿模型会发生变化;通过对液滴体积变化的计算,疏水和超疏水表面液滴体积的2/3次方和时间关系符合2/3次幂定律验证了实验正确性;液滴在疏水和超疏水表面液滴的蒸发速率波动小且平缓,而在亲水表面蒸发速率波动却非常大。(3)首先在光敏树脂中分散HN-SiO2进行改性,再利用光固化3D打印技术打印出了具有多孔结构的样品,接着用FDTS溶液对样品修饰,得到了具有超疏水性能的3D打印样品,最后对超疏水样品进行性能分析,考察了HN-SiO2含量和修饰时间对润湿性的影响。研究结果表明:通过润湿性调控分析可以知道当HN-SiO2的质量分数为1.5%,修饰时间为45min时得到的样品F最优样品CA=166.1°、SA=5.62°;通过油水分离可以知道在此条件下处理的油水分离器对正己烷、甲苯、石油醚、三氯甲烷和大豆油的分离效率均能达到95%以上,多次分离后也能达到88%以上;通过自清洁性能分析可以知道多孔超疏水材料具有良好的自清洁作用;通过结冰性能分析可以知道,在多孔结构的作用下,在这种多孔超疏水样品表面不能防结冰。
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