超高分子量聚乙烯表面织构化疏水性研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.09.006

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (9): 30-35.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.09.006

超高分子量聚乙烯表面织构化疏水性研究

宋龙(), 钟雯()

西华大学机械工程学院，成都 610039

收稿日期:2024-01-06 出版日期:2024-09-26 发布日期:2024-09-27
通讯作者: 钟雯，女，博士、副教授、硕士生导师，专长于机械服役可靠性研究，zw1019@126.com
E-mail:Longs163@126.com;zw1019@126.com
作者简介:宋龙(2000-)，男(汉族)，在读硕士，从事材料表面改性研究，Longs163@126.com

Study on hydrophobicity of surface texture of PE⁃UHMW

SONG Long(), ZHONG Wen()

School of Mechanical Engineering，Xihua University，Chengdu 610039，China

Received:2024-01-06 Online:2024-09-26 Published:2024-09-27
Contact: ZHONG Wen E-mail:Longs163@126.com;zw1019@126.com

摘要/Abstract

摘要：

针对超高分子量聚乙烯表面与黏稠物易发生粘连、不便于清洁等问题，通过激光标刻机对材料表面进行织构化改性，利用接触角测试仪对材料表面疏水性进行表征。结果表明，改性后能使材料表面的疏水性提高50 %，使其具有防粘连性能和自清洁能力。探究了运用哪种织构对材料表面进行织构化改性使材料表面具有最佳的疏水性，其结果为仿生猪笼草织构改性表面的疏水性最好。在此结论上探究该织构疏水性最优的加工参数，结果表明，猪笼草仿生织构疏水性最好的加工参数组合为织构大小为400 μm、横向间距为100 μm、纵向间距为100 μm；通过改变织构大小来改变织构的面积率，结果表明，织构的疏水性随着织构面积率的增大而先增大后减小，在织构面积率为18.5 %附近取得最大。

关键词: 表面织构, 疏水性, 防粘连, 自清洁

Abstract:

Aiming at the problems in the high surface adhesion of ultrahigh⁃molecular⁃weight polyethylene （PE⁃UHMW） with viscous materials as well as its poor cleaning performance， the surface of PE⁃UHMW was modified with microstructure by using a laser marking machine， and then its hydrophobicity was characterized by using a contact angle tester. The results indicated that the surface modification increased the hydrophobicity of PE⁃UHMW by 50 %， resulting in its anti⁃adhesion performance with a self⁃cleaning ability. The hydrophobicity of PE⁃UHMW was investigated through forming different types of microstructures on the modified surface， and the results showed that the bionic hogweed texture⁃modified surface had the best hydrophobicity. Based on this rule， the optimal processing parameters of the microstructural hydrophobicity could be achieved by an optimized combination of processing parameters for the hydrophobicity of the hogweed bionic microstructure. This combination was determined to be a fabric size of 400 μm， a transverse spacing of 100 μm， and a vertical spacing of 100 μm. Through varying the size of the texture， a relationship between the hydrophobicity of the texture and area ratio could be derived. The hydrophobicity increased and then decreased with an increase in the texture area ratio， and the maximum was achieved at a weaving area ratio of approximately 18.5 %.

Key words: surface texture, hydrophobicity, anti?adhesion, self?cleaning

中图分类号:

TQ325.1⁺2

宋龙, 钟雯. 超高分子量聚乙烯表面织构化疏水性研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(9): 30-35.

SONG Long, ZHONG Wen. Study on hydrophobicity of surface texture of PE⁃UHMW[J]. China Plastics, 2024, 38(9): 30-35.

图/表 14

图1 6种微织构形状

Fig.1 Six microstructured shapes

图2 表面织构化原理

Fig.2 Principle of surface structuring

图3 织构化表面的共聚焦形貌图

Fig.3 Confocal morphology of hydrophobic surfaces

图4 PE⁃UHMW样品的制备工艺流程

Fig.4 Process flow for the preparation of PE⁃UHMW

实验组别	织构大小/μｍ	横向间距/μｍ	纵向间距/μｍ
A	200	0	100
B	200	100	150
C	200	200	200
D	300	0	150
E	300	100	200
F	300	200	100
G	400	0	200
H	400	100	100
I	400	200	150

表1 正交试验数据

Tab.1 Orthogonal experimental data

图5 猪笼草织构的接触角

Fig.5 Contact angle of hexagonal microtexture

图6 5种织构和PE⁃UHMW表面的接触角

Fig.6 Contact angles of five textures and PE⁃UHMW surfaces

图7 各组正交试验的接触角

Fig.7 Contact angles of each group in orthogonal experiments

图8 猪笼草织构不同大小的接触角数据

Fig.8 Contact angle data for different sizes of hexagonal microtexture

图9 不同种织构的接触角柱状图

Fig.9 Contact angle bar diagram of different textures

图10 猪笼草织构的排布示意图

Fig.10 Layout diagram of hexagonal microtexture

图11 各组正交试验的接触角数据

Fig.11 Contact angle data of each group in orthogonal experiments

组号	影响因素			接触角/（°）
组号	a	b	c	接触角/（°）
A	1	1	1	122.813
B	1	2	2	138.945
C	1	3	3	134.389
D	2	1	2	129.583
E	2	2	3	116.270
F	2	3	1	136.687
G	3	1	3	136.453
H	3	2	1	141.638
I	3	3	2	123.944
接触角/（°）	k₁	132.049	129.616	133.713
	k₂	127.514	132.284	130.824
	k₃	134.012	131.674	129.037
	R	6.498	2.668	4.675
	最优组合	a3	b2	c1
	影响因素	a>c>b

表2 正交试验结果与极差分析

Tab.2 Results of orthography experiment and range analysis

图12 不同织构大小的接触角

Fig.12 Contact angles of different texture sizes

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超高分子量聚乙烯表面织构化疏水性研究

Study on hydrophobicity of surface texture of PE⁃UHMW

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实验组别	织构大小/μｍ	横向间距/μｍ	纵向间距/μｍ
A	200	0	100
B	200	100	150
C	200	200	200
D	300	0	150
E	300	100	200
F	300	200	100
G	400	0	200
H	400	100	100
I	400	200	150

实验组别	织构大小/μｍ	横向间距/μｍ	纵向间距/μｍ
A	200	0	100
B	200	100	150
C	200	200	200
D	300	0	150
E	300	100	200
F	300	200	100
G	400	0	200
H	400	100	100
I	400	200	150

实验组别	织构大小/μｍ	横向间距/μｍ	纵向间距/μｍ
A	200	0	100
B	200	100	150
C	200	200	200
D	300	0	150
E	300	100	200
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H	400	100	100
I	400	200	150

实验组别	织构大小/μｍ	横向间距/μｍ	纵向间距/μｍ
A	200	0	100
B	200	100	150
C	200	200	200
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实验组别	织构大小/μｍ	横向间距/μｍ	纵向间距/μｍ
A	200	0	100
B	200	100	150
C	200	200	200
D	300	0	150
E	300	100	200
F	300	200	100
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实验组别	织构大小/μｍ	横向间距/μｍ	纵向间距/μｍ
A	200	0	100
B	200	100	150
C	200	200	200
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