El polidimetilsiloxano es un material versátil que hasta ahora no se podía formar en filamentos largos. Mientras que los filamentos de silicona pueden tener aplicaciones en el tejido o la fabricación aditiva, estamos particularmente interesados en ellos como un modelo de foldamer. La producción escalable se activa dibujando silicona de curado ya a través de un horno de tubo.
También demostramos una manera de modificar la superficie de los filamentos de silicona utilizando un descargador corona controlado por computadora. El tiempo en este procedimiento es crucial porque el polímero se está curando continuamente. Mantenga un temporizador cerca y prepárese para el siguiente paso con antelación.
Sin una demostración visual, el proceso dinámico de fabricación de filamentos no se reproduciría fácilmente. El proceso implica varios pasos sensibles al tiempo que requieren que se adapte a las condiciones en evolución. Para comenzar, conecte tubos de silicona de alta temperatura de 1/8 de pulgada de diámetro interior al aire comprimido a través de una válvula dosificadora.
Conecte el otro extremo del tubo a un adaptador de extrusión de latón con una abertura de 2,15 milímetros de diámetro. A continuación, fijar el horno de tubo de cerámica cilíndrico verticalmente en una campana de humo, dos pies por encima del suelo de la campana. Ponga papel de aluminio debajo del horno para detectar el exceso de PDMS durante la extrusión.
Monte el adaptador de extrusión por encima del horno de tubo con la abertura centrada en la abertura del horno. Asegúrese de que el horno no esté en un ángulo para que los filamentos extruidos no entren en contacto con el horno. A continuación, fije un troquel con un corte circular a un extrusor y utilice una corbata de cremallera para conectar el tubo de goma de silicona de alta temperatura a la broca del extrusor.
Conecte el otro extremo del tubo al adaptador de extrusión. Dirija un termómetro infrarrojo hacia el horno y luego caliente el horno hasta que la temperatura interior sea de aproximadamente 250 grados centígrados. A continuación, mueva el horno desde debajo del adaptador de extrusión para que el adaptador no se caliente antes de que comience la producción de filamentos.
A continuación, comience a precalentar un tubo de muestra desechable a 65 grados centígrados en un viscosímetro que pueda medir de 200 a 10 mil segundos milipascales. Compruebe la balanza, establezca la velocidad de giro en cinco RPM y establezca la velocidad de medición en una vez por minuto. Mientras el tubo de muestra se calienta, mezcle 18 gramos de base PDMS con 1,8 gramos de agente de curado, en un bote de pesaje.
Desgasar la mezcla PDMS en un desecador de vacío a temperatura ambiente durante 15 minutos, o hasta que no quede burbujas en la mezcla. Ventile periódicamente el desecador para hacer estallar burbujas cerca de la superficie. A continuación, retire el tubo de muestra precalentado del viscosímetro.
Vierta la mezcla de PDMS desgasificación en ella, y vuelva a colocar el tubo en el viscosímetro. Inicie inmediatamente la secuencia de medición. Cuando la viscosidad dinámica DE PDMS alcance los cuatro mil segundos milipascales, observe el tiempo y, a continuación, utilice alicates para extraer el tubo de muestra del viscosímetro.
Vierta inmediatamente la mezcla PDMS en el extrusor de temperatura ambiente. Confirme que el horno está a 250 grados centígrados y espere hasta que el PDMS haya estado fuera del viscosímetro durante unos cuatro minutos. A continuación, mueva el horno debajo del adaptador de extrusión y alinee la aguja interna del adaptador con el horno de tubo.
Gire el tornillo del extrusor por medio revolucion y comience a recoger el filamento en un palo de madera. Cada tres a cinco segundos, gire el extrusor otra media revolución para mantener el flujo constante de PDMS. La ventana de viscosidad para dibujar filamentos es muy estrecha.
Si la viscosidad es demasiado baja, espere 30 segundos e inténtelo de nuevo. PdmS continuará reticulando a temperatura ambiente. Poner los filamentos dibujados a través de estantes de madera para curar.
Deje que los filamentos se curen a temperatura ambiente durante 12 horas cuando estén terminados. Para comenzar el proceso de modelado, configure el ensamblaje de patrón en una campana de humo y envíe el patrón deseado al microprocesador. A continuación, lave un filamento PDMS curado con 1% de sulfato de dodecil sódico.
Y enjuáguelo bien con agua ultra pura. Retire las gotas visibles de agua con aire comprimido y deje que el filamento termine de secarse en el aire ambiente. A continuación, ate la línea de pesca no conductora al corte circular de la bandeja de filamentos no conductores.
Coloque el filamento PDMS seco sobre el corte central de la bandeja y fíjelo en su lugar con cinta adhesiva de doble cara. Inserte la bandeja en una caja de descarga corona ventilada y asegúrese de que esté nivelada. Coloque una losa metálica debajo de la bandeja de filamento para que el filamento esté alineado a lo largo del borde de la losa.
Monte el electrodo de descarga corona unos tres milímetros por encima del filamento, y conecte el descargador corona al microcontrolador. Fije el extremo libre de la línea no conductora al husillo montado en el motor paso a paso, asegurando que la línea esté tensa. Ejecute el programa de microcontrolador para modelar el filamento con secciones hidrófilas.
Los filamentos PDMS producidos por este método tenían aproximadamente 200 micrómetros de diámetro y hasta 0,5 metros de largo. Extracción de los PDMS del calor antes de que su viscosidad era lo suficientemente alta para dibujar filamentos, y dejarlo cruzar a temperatura ambiente durante cuatro minutos y medio, extendió la ventana de tiempo en la que los filamentos se pueden girar a unos cuatro minutos. El éxito del patrón corona se confirmó mediante mediciones de ángulo de contacto con gotas.
El agua formaba gotas simétricas en forma de barril en la corona tratadas PDMS hidrófilas, y gotas asimétricas en forma de concha en los PDMS hidrófobos no tratados. La clave de este procedimiento es que está manipulando la viscosidad de PDMS con tiempo y temperatura. La viscosidad aumenta con el tiempo a medida que cruza y el curado se acelera a temperaturas más altas.
El enfoque de curar parcialmente un polímero y extraerlo a través de un horno de tubo, puede adaptarse a otros polímeros curados a temperatura. Estos filamentos son lo suficientemente flexibles como para adoptar a muchas conformaciones, y las regiones hidrófobas se adhieren afectivamente en el agua. Estamos estudiando cómo el patrón de hidrofobicidad de los filamentos afecta sus vías de plegado.
PDMS puede gotear sobre el horno y producir una pequeña llama. Alinee cuidadosamente el extrusor con el horno y limpie rápidamente los restos del horno con una espiga de madera.
