Disegno e idrofobicità-patterning lunghi filamenti di Polydimethylsiloxane Silicone

Il polidimetilsilossano è un materiale versatile che fino ad ora non poteva essere formato in filamenti lunghi. Mentre i filamenti di silicone possono avere applicazioni nella tessitura o nella produzione additiva, siamo particolarmente interessati a loro come foldamer modello. La produzione scalabile è abilitata disegnando il silicone già polimerizzabile attraverso un forno a tubo.

Dimostriamo anche un modo per modificare la superficie dei filamenti di silicone utilizzando uno scaricatore di corona controllato dal computer. La tempistica in questa procedura è fondamentale perché il polimero si polimericola continuamente. Tieni un timer nelle vicinanze ed preparati per il prossimo passo in anticipo.

Senza una dimostrazione visiva, il processo dinamico di produzione dei filamenti non sarebbe facilmente riprodotto. Il processo prevede diversi passaggi sensibili al tempo che richiedono l'adattamento alle condizioni in evoluzione. Per iniziare, collegare tubi in silicone ad alta temperatura di diametro interno da 1/8 di pollice all'aria compressa attraverso una valvola di misurazione.

Collegare l'altra estremità del tubo a un adattatore di estrusione in ottone con un'apertura di apertura di 2,15 millimetri di diametro. Quindi, fissare verticalmente il forno cilindrico a tubo di ceramica in una cappa aspirante, due piedi sopra il pavimento della cappa. Posare un foglio di alluminio sotto il forno per catturare il PDMS in eccesso durante l'estrusione.

Montare l'adattatore di estrusione sopra il forno a tubo con l'apertura centrata sull'apertura del forno. Assicurarsi che il forno non sia inclinato in modo che i filamenti estrusi non contattino il forno. Successivamente, attaccare uno stampo con un taglio circolare a un estrusore e utilizzare una cravatta con zip per collegare tubi di gomma siliconica ad alta temperatura alla parte dell'estrusore.

Collegare l'altra estremità del tubo all'adattatore di estrusione. Dirigere un termometro a infrarossi verso il forno e quindi riscaldare il forno fino a quando la temperatura interna è di circa 250 gradi Celsius. Quindi, spostare il forno da sotto l'adattatore di estrusione in modo che l'adattatore non si riscaldo prima dell'inizio della produzione del filamento.

Quindi, inizia a preriscaldare un tubo campione usa e getta a 65 gradi Celsius in un viscometer in grado di misurare da 200 a 10 mila secondi millipascali. Controllare il saldo, impostare la velocità di rotazione su cinque rpm e impostare la velocità di misurazione su una volta al minuto. Mentre il tubo campione si riscalda, mescolare 18 grammi di base PDMS con 1,8 grammi di agente polimerizzante, in una barca di pesatura.

Degasa la miscela PDMS in un essiccatore sottovuoto a temperatura ambiente per 15 minuti o fino a quando non rimangono bolle nella miscela. Sfiatare periodicamente l'essiccatore per far scoppiare bolle vicino alla superficie. Quindi rimuovere il tubo campione preriscaldato dal viscometer.

Versare la miscela PDMS degassata in esso e rimettere il tubo nel viscometer. Avviare immediatamente la sequenza di misurazione. Quando la viscosità dinamica PDMS raggiunge i quattromila secondi millipascali, annotare il tempo, quindi utilizzare le pinze per rimuovere il tubo campione dal viscometer.

Versare immediatamente la miscela PDMS nell'estrusore a temperatura ambiente. Verificare che il forno sia a 250 gradi celsius e attendere che il PDMS sia fuori dal viscometer per circa quattro minuti. Quindi, spostare il forno sotto l'adattatore di estrusione e allineare l'ago interno dell'adattatore con il forno a tubo.

Ruotare la vite dell'estrusore di una mezza rivoluzione e iniziare a raccogliere il filamento su un bastoncino di legno. Ogni tre o cinque secondi, ruotare l'estrusore un'altra mezza rivoluzione per mantenere il flusso costante di PDMS. La finestra di viscosità per disegnare filamenti è molto stretta.

Se la viscosità è troppo bassa, attendere 30 secondi e riprovare. Il PDMS continuerà a reticolazione a temperatura ambiente. Posare i filamenti trafilati su rastrelliere di legno per curare.

Lasciare che i filamenti si curino a temperatura ambiente per 12 ore al termine. Per iniziare il processo di creazione della serie, impostare l'assieme di patterning in una cappa aspirante e inviare il modello desiderato al microprocessore. Quindi, lavare un filamento PDMS stagionato con solfato di dodecil di sodio all'1%.

E sciacquarlo accuratamente con acqua ultra pura. Rimuovere le gocce visibili di acqua con aria compressa e lasciare che il filamento finisca l'essiccazione nell'aria ambiente. Quindi, legare la lenza non conduttiva al taglio circolare del vassoio del filamento non conduttivo.

Appoggiare il filamento PDMS asciutto sul taglio centrale del vassoio e fissarlo in posizione con nastro a doppia fronte. Inserire il vassoio in una scatola di scarico corona ventilata e assicurarsi che sia livellato. Posizionare una lastra metallica sotto il vassoio del filamento in modo che il filamento sia allineato lungo il bordo della lastra.

Montare l'elettrodo di scarica corona circa tre millimetri sopra il filamento e collegare lo scaricatore della corona al microcontrollore. Fissare l'estremità libera della linea non conduttiva al mandrino montato sul motore del passo, assicurando che la linea sia tesa. Eseguire il programma micro controller per modellare il filamento con sezioni idrofile.

I filamenti PDMS prodotti con questo metodo avevano un diametro di circa 200 micrometri e fino a 0,5 metri di lunghezza. Rimuovere il PDMS dal calore prima che la sua viscosità fosse abbastanza alta da disegnare i filamenti e lasciarlo incrociare a temperatura ambiente per quattro minuti e mezzo, ha esteso la finestra di tempo in cui i filamenti possono essere girati a circa quattro minuti. Il successo della modelliatura della corona è stato confermato attraverso misurazioni dell'angolo di contatto delle goccioline.

L'acqua formava goccioline simmetriche a forma di botte sul PDMS idrofilo trattato con corona e goccioline asimmetriche a forma di guscio sul PDMS idrofobico non trattato. La chiave di questa procedura è che stai manipolando la viscosità del PDMS con tempo e temperatura. La viscosità aumenta con il tempo mentre si incrocia e la polimerizzazione accelera a temperature più elevate.

L'approccio di polimeri parzialmente polimerici e di disegnarlo attraverso un forno a tubo, può essere adattato ad altri polimeri polimeri polimerici a temperatura. Questi filamenti sono abbastanza flessibili da adottare molte conformazioni e le regioni idrofobiche aderiscono affettivamente insieme nell'acqua. Stiamo studiando come il modello di idrofobicità dei filamenti influenzi le loro vie pieghevoli.

Il PDMS può gocciolare sul forno e produrre una piccola fiamma. Allineare accuratamente l'estrusore con il forno e rimuovere rapidamente eventuali detriti dal forno con un tassello di legno.