一种基于可重构柔性模具的曲面微米柱的制造方法

摘要

一种基于可重构柔性模具的曲面微米柱的制造方法，先获得具有背衬热塑性形状记忆聚合物可伸缩微单元阵列，浸没在磁性复合物涂层里获得顶端带有磁性复合物微冲头的可伸缩微单元阵列；然后使磁性复合物微冲头接触蘸取粘合剂获得表面覆盖有粘合剂涂层的磁性复合物微冲头，再通过蘸取获得表面覆盖有液滴状复合材料溶液的磁性复合物微冲头；加热使温度高于转变温度，塑性形状记忆聚合物可伸缩微单元在磁场的驱动下运动接触至曲面样品表面；预加热曲面样品，提拉模具获得曲面复合材料微米柱阵列；通过溶解粘附剂涂层分离模具获得曲面复合材料微米柱阵列；通过对可重构柔性模具加热处理，使其恢复到初始形貌，本发明制备方法简单，自适应性及可重构性高。

主权项

一种基于可重构柔性模具的曲面微米柱的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备热塑性形状记忆聚合物可伸缩微单元阵列：首先配制热塑性弹性体、小分子结晶物质和导热改性剂的热塑性形状记忆聚合物，然后将热塑性形状记忆聚合物涂覆在SU‑8模板上；热塑性形状记忆聚合物转变温度为Tg，通过翻模复型具有微孔阵列的SU‑8模板获得具有背衬热塑性形状记忆聚合物可伸缩微单元阵列；热塑性形状记忆聚合物可伸缩微单元直径D＝5～600μm，中心距K＝20～2000μm；高度H＝50～5000μm；2)制备顶端带有磁性复合物微冲头的可伸缩微单元阵列：首先按照聚合物、固化剂与磁性粒子重量比10:1:1～10:1:5配制磁性复合物，然后将磁性复合物涂覆在平整的衬底表面获得磁性复合物涂层；用步骤1)制备的热塑性形状记忆聚合物可伸缩微单元阵列的顶端浸没在磁性复合物涂层并分离，然后加热固化可伸缩微单元顶端粘附的磁性复合物，如此反复3～10次，最终获得顶端带有磁性复合物微冲头的可伸缩微单元阵列；3)制备可重构柔性模具：可重构柔性模具包括热塑性形状记忆聚合物可伸缩微单元阵列、背衬、磁性复合物微冲头、电磁铁以及加热装置，首先将粘合剂涂覆在基底表面，然后使磁性复合物微冲头接触蘸取粘合剂获得表面覆盖有粘合剂涂层的磁性复合物微冲头；配置树脂与固化剂重量比为10:1～10:3的复合材料溶液，然后将复合材料溶液涂覆在硅片表面，通过同样的方法蘸取获得表面覆盖有液滴状复合材料溶液的磁性复合物微冲头；将顶端带有磁性复合物微冲头的可伸缩微单元阵列固定，在其上部进行加热，加热温度为T并保持；在其下面放置一个面积大于可伸缩微单元阵列面积的电磁铁；当T＞Tg时，热塑性形状记忆聚合物可伸缩微单元会变成柔软易变形，电磁铁对磁性复合物微冲头会产生吸引力，在吸引力的驱动下，可伸缩微单元实现轴向的伸展运动，完成可重构柔性模具的制备；4)基于可重构柔性模具的曲面微米柱制造：在电磁铁和表面覆盖有液滴状复合材料溶液的磁性复合物微冲头之间放置一个任意曲面样品；然后调节电磁铁输入电流0.5～5A以改变磁场力大小，驱动顶端带有磁性复合物微冲头的可伸缩微单元拉伸运动，可伸缩微单元会自适应曲面的形貌，当磁性复合物微冲头与曲面样品接触时，可伸缩微单元即完成拉伸运动；保持电磁铁工作，停止加热，等可伸缩微单元自身温度低于热塑性形状记忆聚合物转变温度为Tg时，可伸缩微单元会固化成型，此时对曲面样品进行50～65℃预加热处理；然后提升可重构柔性模具，液滴状复合材料溶液会被拉伸为形状均一的复合材料微米柱阵列；常温固化复合材料微米柱阵列；然后浸没在装有溶解剂的液槽中溶解粘合剂涂层实现可重构柔性模具与复合材料微米柱阵列的分离，获得曲面复合材料微米柱阵列的制造；5)可重构柔性模具恢复到初始形貌：对清洗干净的可重构柔性模具进行加热，加热温度大于热塑性形状记忆聚合物转变温度为Tg，高低不一的可伸缩微单元会自动恢复到原始高低均一的形貌。