[发明专利]一种仿生防粘表面及其制备方法

说明书

本发明公开了一种仿生防粘表面及其制备方法。该表面模仿荷叶表面的超疏水微“乳突”结构，其制备方法包括如下步骤：（1）对高速钢样片打磨抛光，以去除表面氧化层并保证平整度；（2）利用有机溶剂去除表面油污；（3）利用纳秒激光对钢片进行刻蚀，形成规则排列的微“乳突”结构；（4）利用酸性除锈剂去除钢片经刻蚀形成的氧化层；（5）将钢片置入氟硅烷和乙醇的混合溶液中反应一段时间，干燥后得到防粘表面。该防粘表面制备方法简单，可操作性强，具有优良的防树脂粘附能力，可应用于碳纤维/环氧树脂预浸料生产过程中的刀具、模具表面和其他防黏性液体粘附场合等。

技术领域

本发明属于仿生脱附结构领域，具体涉及一种仿生防粘表面及其制备方法。

背景技术

近年来，碳纤维预浸料复合材料因其高比强度、高比刚度以及优良的导热、导电和耐腐蚀等性能，被广泛应用于航空航天、运动器材、建筑工业及电磁屏蔽等多个领域。

在碳纤维/环氧树脂预浸料的生产过程中，通常将预浸料切割成所需尺寸并置入模具中以制造具有复杂形状的部件。但由于环氧树脂具有高粘性(在20℃下，粘度是水的1000-50000倍)，使得短切刀具和模具表面粘附大量环氧树脂和纤维，不仅造成额外的能量损耗，而且严重影响预浸料成型工艺且增加了后期清理难度和费用。

为能够有效解决工业和生活中的粘附问题，一些防粘附的结构或涂层受到了广泛关注，如中国专利申请CN201610531105.9公开了一种防粘附切刀的制作工艺，利用冲压在切刀表面形成防粘槽，有效解决了切菜过程中刀面的粘附问题，但这种冲压槽无法有效解决高粘度树脂的粘附问题。中国专利CN201610520973.7公开了一种防止滚筒表面粘附的处理方法，通过在滚筒表面喷涂特氟龙涂层，能够有效降低表面的杂质粘附，防止滚筒被腐蚀，提高了使用效率和节约了维护成本，但是现有涂层强度低、易脱落的问题，使得涂层应用具有局限性。针对碳纤维预浸料成型过程中树脂的粘附问题，目前还缺乏一种行之有效的解决方法。短切刀具和模具表面的脱附性、高强度和耐腐蚀等性能成为了预浸料加工成型工艺中亟待解决的关键性问题。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明提供一种仿生防粘表面及其制备方法，使得短切刀具和模具表面能够有效的减少或降低树脂和纤维的粘附量，并能够适用于其他防止高黏度液体粘连的应用场合。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案。

一种仿生防粘表面，以自然界中具有“乳突”状微结构超疏性表面的荷叶为模仿对象，在钢材表面加工微纳米级“乳突”状结构，并利用化学法修饰降低钢材表面能，使得钢材表面具有树脂脱附性能。

所述仿生防粘表面，其制备方法包括以下步骤：

步骤一将钢材切片，然后进行打磨抛光，得到粗坯一；

步骤二将所述粗坯一依次用去离子水、丙酮和无水乙醇进行超声波清洗，干燥后得到粗坯二；

步骤三利用纳秒激光对粗坯二进行加工，调整激光功率、扫描速率、扫描速度等参数，并将激光焦点置于粗坯二表面，得到粗坯三；

步骤四将所述粗坯三浸入酸性除锈剂中，并用塑料刷刷洗加工表面，然后依次用去离子水、无水乙醇进行超声波清洗，得到粗坯四；

步骤五将所述粗坯四浸入氟硅烷(C₁₃H₁₃F₁₇O₃Si)和无水乙醇的混合溶液中反应一段时间，然后经无水乙醇清洗，干燥得到成品。

作为优选的，步骤一中，钢材型号为W18Cr4V。

作为优选的，步骤一中所述钢材要先切割成40×40mm方形样片，再将样片依次用300#、500#、800#、1200#、2000#砂纸进行打磨抛光。

作为优选的，步骤二、五中所述干燥是在真空或氮气氛围中进行。