Polydimethylsiloxan ist ein vielseitiges Material, das bisher nicht zu langen Filamenten geformt werden konnte. Während Silikonfilamente Anwendungen in der Weberei oder additiven Herstellung haben können, sind wir besonders an ihnen als ModellFalter interessiert. Die skalierbare Produktion wird durch das Zeichnen von Silikon durch einen Rohrofen ermöglicht.
Wir zeigen auch eine Möglichkeit, die Oberfläche der Silikonfilamente mit einem computergesteuerten Koronaentladungsmittel zu modifizieren. Das Timing in diesem Verfahren ist entscheidend, da das Polymer kontinuierlich aushärtet. Halten Sie einen Timer in der Nähe, und seien Sie auf den nächsten Schritt im Voraus vorbereitet.
Ohne eine visuelle Demonstration wäre der dynamische Prozess der Herstellung von Filamenten nicht einfach reproduziert. Der Prozess umfasst mehrere zeitkritische Schritte, bei denen Sie sich an sich entwickelnde Bedingungen anpassen müssen. Schließen Sie zunächst 1/8 Zoll Innendurchmesser Hochtemperatur-Silikonschläuche über ein Dosierventil an Druckluft an.
Verbinden Sie das andere Ende des Rohres mit einem Messing-Extrusionsadapter mit einer Blende von 2,15 Millimeterdurchmessern. Dann fixieren Sie den zylindrischen Keramikrohrofen vertikal in einer Dunstabzugshaube, zwei Meter über dem Boden der Haube. Legen Sie Aluminiumfolie unter den Ofen, um überschüssiges PDMS während der Extrusion zu fangen.
Montieren Sie den Extrusionsadapter über dem Rohrofen mit der Öffnung, die auf der Ofenöffnung zentriert ist. Stellen Sie sicher, dass sich der Ofen nicht in einem Winkel befindet, damit extrudierte Filamente den Ofen nicht kontaktieren. Als nächstes befestigen Sie eine Matrize mit einem kreisförmigen Schnitt an einem Extruder und verwenden Sie eine Reißverschlussbinde, um Hochtemperatur-Silikonkautschukschläuche mit dem Extruderbit zu verbinden.
Schließen Sie das andere Ende des Rohres an den Extrusionsadapter an. Richten Sie ein Infrarot-Thermometer in Richtung des Ofens und erhitzen Sie dann den Ofen, bis die Innentemperatur etwa 250 Grad Celsius beträgt. Dann den Ofen unter dem Extrusionsadapter herausbewegen, damit sich der Adapter nicht erwärmt, bevor die Filamentproduktion beginnt.
Als nächstes beginnen Sie mit der Vorwärmung eines Einwegprobenrohrs auf 65 Grad Celsius in einem Viskosimeter, das 200 bis 10 Tausend Millipascal Sekunden messen kann. Überprüfen Sie den Saldo, legen Sie die Spinnrate auf fünf U/min fest, und legen Sie die Messrate auf einmal pro Minute fest. Während das Probenrohr erhitzt, mischen Sie 18 Gramm PDMS-Basis mit 1,8 Gramm Aushärtungsmittel in einem Wägeboot.
Entgasen Sie das PDMS-Gemisch 15 Minuten lang in einem Vakuum-Trockenator der Raumtemperatur, oder bis keine Blasen in der Mischung verbleiben. Entlüften Sie den Austrocknungser regelmäßig, um Blasen in der Nähe der Oberfläche zu knallen. Entfernen Sie dann das vorgeheizte Probenrohr aus dem Viskometer.
Gießen Sie das entgaste PDMS-Gemisch hinein und legen Sie das Rohr wieder in das Viskosimeter. Starten Sie sofort die Messsequenz. Wenn die dynamische VISkosität von PDMS viertausend Millipascal Sekunden erreicht, notieren Sie sich die Zeit, und verwenden Sie dann eine Zange, um das Probenrohr aus dem Viskosimeter zu entfernen.
Gießen Sie das PDMS-Gemisch sofort in den Raumtemperaturextruder. Bestätigen Sie, dass der Ofen bei 250 Grad Celsius ist, und warten Sie, bis das PDMS etwa vier Minuten aus dem Viskosimeter heraus war. Bewegen Sie dann den Ofen unter den Extrusionsadapter und richten Sie die Innennadel des Adapters mit dem Rohrofen aus.
Drehen Sie die Extruderschraube um eine halbe Umdrehung und beginnen Sie, das Filament auf einem Holzstab zu sammeln. Drehen Sie den Extruder alle drei bis fünf Sekunden um eine weitere halbe Umdrehung, um den stetigen Strom von PDMS aufrechtzuerhalten. Das Viskositätsfenster zum Zeichnen von Filamenten ist sehr schmal.
Wenn die Viskosität zu niedrig ist, warten Sie 30 Sekunden, und versuchen Sie es erneut. Das PDMS wird die Vernetzung bei Raumtemperatur fortsetzen. Legen Sie die gezogenen Filamente über Holzregale, um zu heilen.
Lassen Sie die Filamente bei Raumtemperatur für 12 Stunden aushärten, wenn sie fertig sind. Um den Musterprozess zu beginnen, richten Sie die Musterbaugruppe in einer Dunstabzugshaube ein, und senden Sie das gewünschte Muster an den Mikroprozessor. Als nächstes waschen Sie ein ausgehärtetes PDMS-Filament mit 1%Natriumdodecylsulfat.
Und gründlich mit reinem Rindwasser abspülen. Sichtbare Wassertropfen mit Druckluft entfernen und das Filament in der Umgebungsluft trocknen lassen. Binden Sie dann die nicht leitfähige Angelschnur an den kreisförmigen Ausschnitt aus dem nicht leitfähigen Filamenttablett.
Legen Sie das trockene PDMS-Filament über den zentralen Ausschnitt aus dem Fach und sichern Sie es mit doppelseitigem Klebeband an Ort und Stelle. Legen Sie das Fach in eine belüftete Corona-Entladungsbox ein und stellen Sie sicher, dass es eben ist. Legen Sie eine Metallplatte unter die Filamentschale, so dass das Filament am Rand der Platte ausgerichtet ist.
Montieren Sie die Corona-Entladungselektrode etwa drei Millimeter über dem Filament und schließen Sie den Corona-Entladungser an den Mikrocontroller an. Fixieren Sie das freie Ende der nicht leitfähigen Leitung an der Spindel, die auf dem Schrittmotor montiert ist, um sicherzustellen, dass die Leitung straff ist. Führen Sie das Mikrocontrollerprogramm aus, um das Filament mit hydrophilen Abschnitten zu mustern.
Die bei dieser Methode hergestellten PDMS-Filamente hatten einen Durchmesser von etwa 200 Mikrometern und eine Länge von bis zu 0,5 Metern. Das Entfernen des PDMS vor der Viskosität von der Hitze war hoch genug, um Filamente zu zeichnen, und ließ es bei Raumtemperatur für viereinhalb Minuten kreuzen, verlängerte das Zeitfenster, in dem Filamente auf etwa vier Minuten gesponnen werden können. Der Erfolg der Corona-Musterung wurde durch Tröpfchenkontaktwinkelmessungen bestätigt.
Wassergeformte symmetrische, fassförmige Tröpfchen auf dem koronabehandelten hydrophilen PDMS und asymmetrische, schalenförmige Tröpfchen auf dem unbehandelten hydrophoben PDMS. Der Schlüssel zu diesem Verfahren ist, dass Sie die Viskosität von PDMS mit Zeit und Temperatur manipulieren. Die Viskosität steigt mit der Zeit, da sie bei höheren Temperaturen vernetzt und aushärtet.
Der Ansatz, ein Polymer teilweise auszuhärten und durch einen Rohrofen zu zeichnen, kann an andere temperaturgehärtete Polymere angepasst werden. Diese Filamente sind flexibel genug, um viele Konformationen zu übernehmen, und die hydrophoben Regionen haften affektiv im Wasser zusammen. Wir untersuchen, wie sich das Hydrophobizitätsmuster der Filamente auf ihre Faltwege auswirkt.
PDMS kann auf den Ofen tropfen und eine kleine Flamme erzeugen. Richten Sie den Extruder vorsichtig mit dem Ofen aus und entfernen Sie schnell alle Ablagerungen aus dem Ofen mit einem Holzdübel.
