技术领域
[0001] 本发明涉及材料表面加工技术领域,具体涉及超滑表面技术,特别涉及一种狭窄金属通道内壁超滑结构及其制备方法和应用。
相关背景技术
[0002] 在许多高粘稠流体的应用中,如何有效降低流体在狭窄通道内的流动阻力是一个关键挑战。微通道装置都要求流体在狭小空间内顺畅流动,以确保设备的高效运作和精确控制。然而,高粘稠流体在这些狭窄通道内往往会遇到较大的流动阻力,导致流量减小、压力增加,并可能引发流动不稳定和堵塞问题。这不仅影响了设备的性能,还可能导致操作效率降低和使用寿命缩短。
[0003] 如在直写式3D打印技术领域中,其挤胶工艺常常涉及以气压或旋转螺杆提供剪切动力,将粘稠的高分子流体从微小的喷嘴(内径通常为50‑400 μm)挤出形成线形流体,并由计算机控制针头运动轨迹来形成所需的形状结构。然而这种工艺使用的高触变性胶水填充了填料,粘度非常高,通常大于400Pa•s,在狭窄的针管微通道中挤出阻力大、流量小,常出现丝线粗细不均、断丝乃至针头堵塞的问题。为此,在3D打印技术领域,人们提出了增加剪切速率、添加润滑剂或选择内径更大的喷嘴的解决方案。然而,这些方法往往存在其局限性,例如:增加剪切速率虽然可以在一定程度上降低流体的粘度,但同时也会带来显著的热效应,可能导致高分子流体提前交联固化,从而影响最终的使用效果;此外,过高的剪切速率还会加速设备的磨损,缩短其使用寿命;添加润滑剂(滑石粉、石蜡、脂肪酸、脂肪酸酯等)到高分子本体中,其在挤出加工过程中会从高分子内部迁移到管壁形成润滑层,增加壁面滑移程度,减小了高分子流动的摩擦阻力,但润滑剂的加入,会降低高分子本体的力学性能,从而影响产品性能;选择内径更大的通道虽然可以降低流动阻力,但也会影响流体的精细控制,限制了精密化应用。
[0004] 另外,为了解决高粘稠流体在狭窄通道中的流动阻力问题,人们也提出了在通道内壁设置超滑结构的解决方案,如专利:CN113819341A一种抗蚀超滑毛细铝管及其制备方法和装置;CN112033198A可供含氧化层的镓基液态金属高速流动的毛细铜管及其制备方法;WO2021080705A1用于液体注入表面结构的结构和液体;CN106865487A液体注入型超滑表面及其激光精密微加工方法;CN115928006A一种快速构筑润滑管道的制备方法等。上述专利中公开的超滑结构虽然能够较好的解决狭窄通道中流动阻力的问题,但在狭窄通道超滑结构的制备过程中,受通道直径与刻蚀液表面张力的相互作用,导致在进行超滑结构的刻蚀时,存在刻蚀不均匀、刻蚀效果难以控制的问题,使得到的超滑结构存在孔隙均匀性差的缺陷,从而导致现有狭窄通道超滑结构在应用过程中往往存在耐磨性和稳定性较差的问题,严重影响了超滑结构在狭窄通道中的大规模推广应用。
具体实施方式
[0040] 下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例,凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
[0041] 实施例1一种金属通道内壁(内径为0.15mm的不锈钢3D打印机喷嘴)超滑结构(如图1所示);包括在狭窄金属通道内壁通过高压渗透反应刻蚀形成的分级微纳粗糙结构,以及通过改性中间体接枝在分级微纳粗糙结构上的反应性硅油(粘度为50 mPa•s的羟基硅油);
改性中间体包括六甲基二硅氧烷、己二酸二异氰酸酯三聚体、氨基丙基三乙氧基硅烷;
其中,分级微纳粗糙结构包括孔径范围在5‑8μm的微米级粗糙结构和孔径范围在
40‑50nm的纳米级粗糙结构;且分级微纳粗糙结构进行了硅氧烷接枝改性处理;分级微纳粗糙结构的孔隙率30%,孔深12μm;
具体制备方法如下:
(1)对打印机喷嘴(依次在乙醇溶液、去离子水中分别进行超声清洗处理10min,烘干)内壁进行第一刻蚀处理(刻蚀液可以为三氯化铁、磷酸和过氧化氢的混合水溶液;三氯化铁的质量分数为15%,磷酸的体积分数为10%,过氧化氢的体积分数为10%;刻蚀反应压力为5MPa,温度为45℃,时间为50min),在打印机喷嘴内壁构筑微米级粗糙结构,刻蚀结束后用依次用去离子水、异丙醇、去离子水超声清洗,烘干;
(2)对打印机喷嘴内壁构筑的微米级粗糙结构进行第二刻蚀处理(刻蚀液为浓度
1mol/L的盐酸溶液,刻蚀反应压力为5MPa,温度为45℃,刻蚀时间为1.5h),在微米级粗糙结构中刻蚀形成纳米级粗糙结构,得到分级微纳粗糙结构,刻蚀结束后用依次用去离子水、异丙醇、去离子水超声清洗,烘干;
(3)先采用食人鱼溶液(体积比为1:1的过氧化氢和浓硫酸;浓硫酸的质量分数
98%)对分级微纳粗糙结构进行羟基化处理(温度为60℃,时间为40min);再将羟基化后的分级微纳粗糙结构分别浸入硅氧烷改性溶液(质量比为100:10:1的异丙醇、六甲基二硅氧烷和浓硫酸;浓硫酸的质量分数98%)进行反应(350Pa真空度环境、温度35℃,时间为10h)、氨基硅烷改性溶液(体积分数为2%的氨基丙基三乙氧基硅烷的甲醇溶液)进行反应(温度50℃,时间为 3h)、异氰酸酯改性溶液(质量分数为1%的己二酸二异氰酸酯三聚体的甲醇溶液)进行反应(温度为35℃,时间为3h),得到改性后的分级微纳粗糙结构;
(4)将改性后的分级微纳粗糙结构用反应性硅油进行浸润和接枝反应处理(温度为40℃,真空度350Pa,浸润时间12h),得到金属通道内壁超滑结构。
[0042] 实施例2一种金属通道内壁(内径为0.15mm的不锈钢3D打印机喷嘴)超滑结构,包括在狭窄金属通道内壁通过高压渗透反应刻蚀形成的分级微纳粗糙结构,以及通过改性中间体接枝在分级微纳粗糙结构上的反应性硅油(粘度为50 mPa•s的羟基硅油);
改性中间体包括己二酸二异氰酸酯三聚体;
其中,分级微纳粗糙结构包括孔径范围在5‑8μm的微米级粗糙结构和孔径范围在
40‑50nm的纳米级粗糙结构;分级微纳粗糙结构的孔隙率30%,孔深12μm;
具体制备方法如下:
(1)对打印机喷嘴(依次在乙醇溶液、去离子水中分别进行超声清洗处理10min,烘干)内壁进行第一刻蚀处理(刻蚀液可以为三氯化铁、磷酸和过氧化氢的混合水溶液;三氯化铁的质量分数为15%,磷酸的体积分数为10%,过氧化氢的体积分数为10%;刻蚀反应压力为5MPa,温度为45℃,时间为50min),在打印机喷嘴内壁构筑微米级粗糙结构,刻蚀结束后用依次用去离子水、异丙醇、去离子水超声清洗,烘干;
(2)对打印机喷嘴内壁构筑的微米级粗糙结构进行第二刻蚀处理(刻蚀液为浓度
1mol/L的盐酸溶液,刻蚀反应压力为5MPa,温度为45℃,刻蚀时间为1.5h),在微米级粗糙结构中刻蚀形成纳米级粗糙结构,得到分级微纳粗糙结构,刻蚀结束后用依次用去离子水、异丙醇、去离子水超声清洗,烘干;
(3)先采用食人鱼溶液(体积比为1:1的过氧化氢和浓硫酸;浓硫酸的质量分数
98%)对分级微纳粗糙结构进行羟基化处理(温度为60℃,时间为40min);再将羟基化后的分级微纳粗糙结构浸入异氰酸酯改性溶液(质量分数为1%的己二酸二异氰酸酯三聚体的甲醇溶液)进行反应(温度为35℃,时间为3h),得到改性后的分级微纳粗糙结构;
(4)将改性后的分级微纳粗糙结构用反应性硅油进行浸润和接枝反应处理(温度为40℃,真空度350Pa,浸润时间12h),得到金属通道内壁超滑结构。
[0043] 实施例3一种金属通道内壁(内径为0.15mm的不锈钢3D打印机喷嘴)超滑结构,包括在狭窄金属通道内壁通过高压渗透反应刻蚀形成的分级微纳粗糙结构,以及通过改性中间体接枝在分级微纳粗糙结构上的反应性硅油(粘度为100 mPa•s的环氧基硅油);
改性中间体包括八甲基环四硅氧烷、甲苯二异氰酸酯、氨基乙基氨基乙基三乙氧基硅烷;
其中,分级微纳粗糙结构包括孔径范围在1‑3μm的微米级粗糙结构和孔径范围在
10‑30nm的纳米级粗糙结构;且分级微纳粗糙结构进行了硅氧烷接枝改性处理;分级微纳粗糙结构的孔隙率25%,孔深为10μm;
具体制备方法如下:
(1)对打印机喷嘴内壁进行第一刻蚀处理(刻蚀液可以为三氯化铁、磷酸和过氧化氢的混合水溶液;三氯化铁的质量分数为20%,磷酸的体积分数为15%,过氧化氢的体积分数为15%;刻蚀反应压力为1MPa,温度为35℃,时间为30min),在金属通道内壁构筑微米级粗糙结构,刻蚀结束后用依次用去离子水、异丙醇、去离子水超声清洗,烘干;
(2)对打印机喷嘴内壁构筑的微米级粗糙结构进行第二刻蚀处理(刻蚀液为浓度
0.8mol/L的盐酸溶液,刻蚀反应压力为1MPa,温度为55℃,刻蚀时间为1h),在微米级粗糙结构中刻蚀形成纳米级粗糙结构,得到分级微纳粗糙结构,刻蚀结束后用依次用去离子水、异丙醇、去离子水超声清洗,烘干;
(3)先采用食人鱼溶液(体积比为1:1的过氧化氢和浓硫酸;浓硫酸的质量分数
70%)对分级微纳粗糙结构进行羟基化处理(温度为50℃,时间为30min);再将羟基化后的分级微纳粗糙结构分别浸入硅氧烷改性溶液(质量比为50:15:1的乙醇、八甲基环四硅氧烷和浓硫酸;浓硫酸的质量分数70%)进行接枝反应(温度45℃,时间为12h)、氨基硅烷改性溶液(体积分数为1%的氨基乙基氨基乙基三乙氧基硅烷的甲醇溶液)进行反应(温度70℃,时间为 2h)、异氰酸酯改性溶液(质量分数为2%的甲苯二异氰酸酯的水溶液)进行反应(温度为
25℃,时间为4h),得到改性后的分级微纳粗糙结构;
(4)将改性后的分级微纳粗糙结构用反应性硅油进行浸润和接枝反应处理(温度为30℃,真空度400Pa,浸润时间11h),得到金属通道内壁超滑结构。
[0044] 实施例4一种金属通道内壁(内径为0.15mm的不锈钢3D打印机喷嘴)超滑结构,包括在狭窄金属通道内壁通过高压渗透反应刻蚀形成的分级微纳粗糙结构,以及通过改性中间体接枝在分级微纳粗糙结构上的反应性硅油(粘度为10 mPa•s的氨基硅油);
改性中间体包括甲苯二异氰酸酯三聚体、氨基乙基氨基乙基三乙氧基硅烷;
其中,分级微纳粗糙结构包括孔径范围在7‑10μm的微米级粗糙结构和孔径范围在
60‑100nm的纳米级粗糙结构;且分级微纳粗糙结构进行了硅氧烷接枝改性处理;分级微纳粗糙结构的孔隙率35%,孔深为15μm;
具体制备方法如下:
(1)对打印机喷嘴内壁进行第一刻蚀处理(刻蚀液可以为三氯化铁、磷酸和过氧化氢的混合水溶液;三氯化铁的质量分数为20%,磷酸的体积分数为15%,过氧化氢的体积分数为15%;刻蚀反应压力为10MPa,温度为55℃,时间为60min),在金属通道内壁构筑微米级粗糙结构,刻蚀结束后用依次用去离子水、异丙醇、去离子水超声清洗,烘干;
(2)对打印机喷嘴内壁构筑的微米级粗糙结构进行第二刻蚀处理(刻蚀液为浓度
1.2mol/L的盐酸溶液,刻蚀反应压力为10MPa,温度为35℃,刻蚀时间为2h),在微米级粗糙结构中刻蚀形成纳米级粗糙结构,得到分级微纳粗糙结构,刻蚀结束后用依次用去离子水、异丙醇、去离子水超声清洗,烘干;
(3)先采用食人鱼溶液(体积比为1:1的过氧化氢和浓硫酸;浓硫酸的质量分数
85%)对分级微纳粗糙结构进行羟基化处理(温度为50℃,时间为60min);再将羟基化后的分级微纳粗糙结构分别氨基硅烷改性溶液(体积分数为3%的氨基乙基氨基乙基三乙氧基硅烷的甲醇溶液)进行反应(温度35℃,时间为 4h)、异氰酸酯改性溶液(质量分数为0.5%的甲苯二异氰酸酯三聚体的水溶液)进行反应(温度为45℃,时间为2h),得到改性后的分级微纳粗糙结构;
(4)将改性后的分级微纳粗糙结构用反应性硅油进行浸润和接枝反应处理(温度为60℃,真空度300Pa,浸润时间10h),得到金属通道内壁超滑结构。
[0045] 实施例5一种金属通道内壁(内径为0.15mm的铝合金3D打印机喷嘴)超滑结构,包括在狭窄金属通道内壁通过高压渗透反应刻蚀形成的分级微纳粗糙结构,以及通过改性中间体接枝在分级微纳粗糙结构上的反应性硅油(粘度为50 mPa•s的羟基硅油);
改性中间体包括六甲基二硅氧烷、己二酸二异氰酸酯三聚体、氨基丙基三乙氧基硅烷;
其中,分级微纳粗糙结构包括孔径范围在5‑8μm的微米级粗糙结构和孔径范围在
40‑50nm的纳米级粗糙结构;且分级微纳粗糙结构进行了硅氧烷接枝改性处理;分级微纳粗糙结构的孔隙率30%,孔深12μm;
具体制备方法如下:
(1)对打印机喷嘴(依次在乙醇溶液、去离子水中分别进行超声清洗处理10min,烘干)内壁进行第一刻蚀处理(刻蚀液为氯化铜和盐酸的混合溶液,氯化铜质量分数为10 wt%,盐酸质量分数为3.5 wt%;刻蚀反应压力为5MPa,温度为70℃,刻蚀时间为60min),在打印机喷嘴内壁构筑微米级粗糙结构,刻蚀结束后用依次用去离子水、异丙醇、去离子水超声清洗,烘干;
(2)对打印机喷嘴内壁构筑的微米级粗糙结构进行第二刻蚀处理(刻蚀液为质量分数为3.5%草酸溶液;刻蚀反应压力为5MPa,温度为40℃,刻蚀时间为1.2h),在微米级粗糙结构中刻蚀形成纳米级粗糙结构,得到分级微纳粗糙结构,刻蚀结束后用依次用去离子水、异丙醇、去离子水超声清洗,烘干;
(3)先采用食人鱼溶液(体积比为1:1的过氧化氢和浓硫酸;浓硫酸的质量分数
98%)对分级微纳粗糙结构进行羟基化处理(温度为60℃,时间为40min);再将羟基化后的分级微纳粗糙结构分别浸入硅氧烷改性溶液(质量比为100:10:1的异丙醇、六甲基二硅氧烷和浓硫酸;浓硫酸的质量分数98%)进行反应(350Pa真空度环境、温度35℃,时间为10h)、氨基硅烷改性溶液(体积分数为2%的氨基丙基三乙氧基硅烷的甲醇溶液)进行反应(温度50℃,时间为 3h)、异氰酸酯改性溶液(质量分数为1%的己二酸二异氰酸酯三聚体的甲醇溶液)进行反应(温度为35℃,时间为3h),得到改性后的分级微纳粗糙结构;
(4)将改性后的分级微纳粗糙结构用反应性硅油进行浸润和接枝反应处理(温度为40℃,真空度350Pa,浸润时间12h),得到金属通道内壁超滑结构。
[0046] 实施例6一种金属通道内壁(内径为0.15mm的铜合金3D打印机喷嘴)超滑结构,包括在狭窄金属通道内壁通过高压渗透反应刻蚀形成的分级微纳粗糙结构,以及通过改性中间体接枝在分级微纳粗糙结构上的反应性硅油(粘度为50 mPa•s的羟基硅油);
改性中间体包括六甲基二硅氧烷、己二酸二异氰酸酯三聚体、氨基丙基三乙氧基硅烷;
其中,分级微纳粗糙结构包括孔径范围在5‑8μm的微米级粗糙结构和孔径范围在
40‑50nm的纳米级粗糙结构;且分级微纳粗糙结构进行了硅氧烷接枝改性处理;分级微纳粗糙结构的孔隙率30%,孔深12μm;
具体制备方法如下:
(1)对打印机喷嘴(依次在乙醇溶液、去离子水中分别进行超声清洗处理10min,烘干)内壁进行第一刻蚀处理(刻蚀液为氨水和过氧化氢的混合溶液,其中,氨水的浓度为5 wt%,过氧化氢的浓度为8wt%,刻蚀反应压力为5MPa,温度为60℃,刻蚀时间为50min),在打印机喷嘴内壁构筑微米级粗糙结构,刻蚀结束后用依次用去离子水、异丙醇、去离子水超声清洗,烘干;
(2)对打印机喷嘴内壁构筑的微米级粗糙结构进行第二刻蚀处理(刻蚀液为氟化铵和硫酸的混合溶液,氟化铵的浓度为3wt%,硫酸的浓度为15wt%,刻蚀反应压力为5MPa,温度为30℃,刻蚀时间为1.5h),在微米级粗糙结构中刻蚀形成纳米级粗糙结构,得到分级微纳粗糙结构,刻蚀结束后用依次用去离子水、异丙醇、去离子水超声清洗,烘干;
(3)先采用食人鱼溶液(体积比为1:1的过氧化氢和浓硫酸;浓硫酸的质量分数
98%)对分级微纳粗糙结构进行羟基化处理(温度为60℃,时间为40min);再将羟基化后的分级微纳粗糙结构分别浸入硅氧烷改性溶液(质量比为100:10:1的异丙醇、六甲基二硅氧烷和浓硫酸;浓硫酸的质量分数98%)进行反应(350Pa真空度环境、温度35℃,时间为10h)、氨基硅烷改性溶液(体积分数为2%的氨基丙基三乙氧基硅烷的甲醇溶液)进行反应(温度50℃,时间为 3h)、异氰酸酯改性溶液(质量分数为1%的己二酸二异氰酸酯三聚体的甲醇溶液)进行反应(温度为35℃,时间为3h),得到改性后的分级微纳粗糙结构;
(4)将改性后的分级微纳粗糙结构用反应性硅油进行浸润和接枝反应处理(温度为40℃,真空度350Pa,浸润时间12h),得到金属通道内壁超滑结构。
[0047] 实施例7一种金属通道内壁(内径为0.15mm的不锈钢3D打印机喷嘴)超滑结构,与实施例1不同之处仅在于:调整刻蚀的温度和时间,使分级微纳粗糙结构的孔隙率仅为15%.实施例8
一种金属通道内壁(内径为0.15mm的不锈钢3D打印机喷嘴)超滑结构,与实施例1不同之处仅在于:调整刻蚀的温度和时间,使分级微纳粗糙结构的孔隙率达到40%。
[0048] 实施例9一种金属通道内壁(内径为0.15mm的不锈钢3D打印机喷嘴)超滑结构,与实施例1不同之处仅在于:调整刻蚀的温度和时间,使分级微纳粗糙结构的孔深仅8μm。
[0049] 实施例10一种金属通道内壁(内径为0.15mm的不锈钢3D打印机喷嘴)超滑结构,与实施例1不同之处仅在于:调整刻蚀的温度和时间,使分级微纳粗糙结构的孔深达到18μm。
[0050] 实施例11一种金属通道内壁(内径为0.15mm的不锈钢3D打印机喷嘴)超滑结构,与实施例1不同之处仅在于:浸润油为粘度为5mPa•s的羟基硅油。
[0051] 实施例12一种金属通道内壁(内径为0.15mm的不锈钢3D打印机喷嘴)超滑结构,与实施例1不同之处仅在于:浸润油为粘度为110 mPa•s的羟基硅油。
[0052] 实施例13一种金属通道内壁(不锈钢3D打印机喷嘴)超滑结构,与实施例1不同之处仅在于:
不锈钢3D打印机喷嘴的内径为0.4mm。
[0053] 对比例1一种金属通道内壁(内径为0.15mm的不锈钢3D打印机喷嘴)超滑结构,与实施例1不同之处仅在于:没有选用反应性硅油,而是二甲基硅油(黏度50mPa•s),因而硅油没有接枝在粗糙结构上。
[0054] 对比例2一种金属通道内壁(内径为0.15mm的不锈钢3D打印机喷嘴)超滑结构,与实施例1不同之处仅在于:进行刻蚀处理时,没有采用高压渗透反应,刻蚀反应压力仅为0.5MPa。
[0055] 对比例3一种金属通道内壁(内径为0.15mm的不锈钢3D打印机喷嘴)超滑结构,与实施例1不同之处仅在于:没有通过中间改性体进行接枝,而是在经过羟基化后,直接浸入反应性硅油中。
[0056] 对比例4一种金属通道内壁(不锈钢3D打印机喷嘴)超滑结构,与实施例1不同之处仅在于:
不锈钢3D打印机喷嘴的内径为0.5mm。
[0057] 对比例5一种金属通道内壁超滑结构,与实施例1不同之处仅在于:不锈钢3D打印机喷嘴的内径为0.5mm的,且进行刻蚀处理时,没有采用高压渗透反应,刻蚀反应压力仅为0.5MPa。
[0058] 对比例6一种金属通道内壁超滑结构,与实施例1不同之处仅在于:不锈钢3D打印机喷嘴的内径为0.4mm的,且进行刻蚀处理时,没有采用高压渗透反应,刻蚀反应压力仅为0.5MPa。
[0059] 对比例7一种金属通道内壁(内径为0.15mm的不锈钢3D打印机喷嘴)超滑结构,与实施例1不同之处仅在于:调整刻蚀的温度和时间,使分级微纳粗糙结构包括孔径范围在5‑8μm的微米级粗糙结构和孔径范围在120‑150nm的纳米级粗糙结构。
[0060] 对比例8一种金属通道内壁(内径为0.15mm的不锈钢3D打印机喷嘴)超滑结构,与实施例1不同之处仅在于:调整刻蚀的温度和时间,使分级微纳粗糙结构包括孔径范围在12‑15μm的微米级粗糙结构和孔径范围在40‑50nm的纳米级粗糙结构。
[0061] 对比例9一种金属通道内壁(内径为0.15mm的不锈钢3D打印机喷嘴)超滑结构,与实施例1不同之处仅在于:调整刻蚀的温度和时间,使分级微纳粗糙结构包括孔径范围在0.5‑0.8μm的微米级粗糙结构和孔径范围在40‑50nm的纳米级粗糙结构。
[0062] 对比例10一种金属通道内壁(内径为0.15mm的不锈钢3D打印机喷嘴)超滑结构,与实施例1不同之处仅在于:调整刻蚀的温度和时间,使分级微纳粗糙结构包括孔径范围在5‑8μm的微米级粗糙结构和孔径范围在6‑8nm的纳米级粗糙结构。
[0063] 空白例1内径为0.15mm的不锈钢3D打印机喷嘴,不做任何处理。
[0064] 空白例2内径为0.15mm的铝合金3D打印机喷嘴,不做任何处理。
[0065] 空白例3内径为0.15mm的铜合金3D打印机喷嘴,不做任何处理。
[0066] 空白例4内径为0.5mm的不锈钢3D打印机喷嘴,不做任何处理。
[0067] 实验例:将上述实施例1‑13和对比例1‑10以及空白例1‑4中的3D打印机喷嘴进行直写式3D打印挤胶测试(每组测试5次,取平均值):在气压为60psi,螺杆转速为138r/min,分别以
1700SE硅橡胶、添加了5wt%二氧化硅纳米颗粒的1700SE硅橡胶、添加了10wt%二氧化硅纳米颗粒的1700SE硅橡胶为打印浆料进行打印测试,测量各3D打印机喷嘴的挤胶流量、稳定润滑持续时间、以及喷嘴堵塞情况,实验结果如下:
分析实验例的结果可知:
分析实施例、对比例和空白例的实验数据可以看出,本发明提供的通道内壁微孔结构的类液体超滑表面结构,能够有效减小针头内壁与高粘稠流体之间摩擦力的同时,显著的提高超滑表面结构的耐磨性,从而极大的延长了润滑持续时间,其中,超滑结构中粗糙结构的孔径、孔深、孔隙率、硅油类型、是否接枝中间改性体和刻蚀反应压力对超滑结构的润滑性能和耐磨性均有较为显著的影响。分析实施例1和对比例1的实验数据可知,硅油接枝到分级微纳粗糙结构上,能够显著的提高超滑结构的耐磨性,较现有直接负载硅油的形式(对比例1),其耐磨性能显著提高;分析实施例1和对比例2的实验数据可知,刻蚀生成分级微纳粗糙结构时,采用高压渗透反应,能够显著改善粗糙结构的均匀性,从而对其耐磨性有显著的提高;分析实施例1和对比例3的实验数据可知,分级微纳粗糙结构上接枝中间改性体,能够增加硅油的接枝效果,并改善超滑层的耐磨性,对超滑结构的耐磨性有显著提高;分析实施例1、13、对比例4‑6和空白例4的实验数据可知,采用高压渗透反应,仅能够显著改善狭窄通道(不大于0.4μm)粗糙结构的均匀性,而对于直径更大的通道,对其耐磨性的提高不明显;分析实施例1和实施例11‑12的数据可知,反应性硅油的黏度对超滑结构的耐磨性也有影响,浸润油的黏度在10‑100mPa.s时,超滑结构具有更好的耐磨性;分析实施例1和对比例7‑8的数据可知,超滑结构中,纳米粗糙结构和微米粗糙结构的孔径对超滑结构的耐磨性具有显著影响,较小的微米孔径(1‑10µm)能够更有效地捕获浸润油并形成稳定的液膜,从而提高润滑性能;纳米级的孔径(10‑100 nm)能够进一步提高表面润滑层的稳定性,减少浸润油的蒸发和流失;分析实施例1和实施例9‑10的数据可知,适中的孔深(10‑15 µm)有助于提高浸润油的储存能力,同时避免因孔太深而增加结构脆性和磨损;分析实施例1和实施例9‑10的数据可知,适中的孔隙率(25%‑35%)能够提供足够的浸润油储存空间,同时保持结构的机械强度和耐磨性。此外,分析实施例1,实施例5‑6和空白例1‑3的数据可知,本发明提供的通道内壁微孔结构的类液体超滑表面结构,有效减小喷嘴内壁与高粘稠流体的摩擦力,壁滑减阻效应非常显著;在相同打印参数下,具有本发明超滑结构的喷嘴挤胶流率是未改性针头的2‑3倍;所适应的最高打印速度约为未改性喷嘴的1‑2倍,并且,在实验过程中还发现,不含有超滑改性喷嘴在高速打印时胶丝在基底上断裂,具有本发明超滑结构的喷嘴以更高速度打印时丝线保持笔直完好(参见图2);尤其是,通过在喷嘴中设置本发明超滑结构,能够在喷嘴高速移动下获得更细的丝线,可打印的胶丝线径也远小于未喷嘴针头所打印的胶丝线径,可见,将本发明超滑结构用于3D打印机,能够显著的降低流体与通道壁之间的摩擦力,从而减少流动阻力,提升流体输送效率,提高3D打印精度;同时,本发明超滑结构优异的耐磨性和稳定性,能够使喷嘴长期保持润滑性,避免了喷嘴超滑结构在高强度使用过程中快速磨损,保证了3D打印产品质量的稳定性,减少了设备的维护频率和更换成本,提升了整体经济效益。
[0068] 对于本领域的技术人员来说,可根据以上描述的技术方案以及构思,做出其它各种相应的改变以及变形,而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。