Polidimtilsiloxano é um material versátil que não poderia ser formado em filamentos longos até agora. Embora os filamentos de silicone possam ter aplicações na tecelagem ou fabricação aditiva, estamos particularmente interessados neles como um dobrador de modelo. A produção escalável é habilitada pelo desenho já curando silicone através de um forno de tubo.
Também demonstramos uma maneira de modificar a superfície dos filamentos de silicone usando um descarregador corona controlado por computador. O tempo neste procedimento é crucial porque o polímero está se curando continuamente. Mantenha um temporizador por perto, e esteja preparado para o próximo passo com antecedência.
Sem demonstração visual, o processo dinâmico de fabricação de filamentos não seria facilmente reproduzido. O processo envolve várias etapas sensíveis ao tempo que exigem que você se adapte às condições em evolução. Para começar, conecte tubos de silicone de alta temperatura de 1/8 polegadas de diâmetro interno ao ar comprimido através de uma válvula de medição.
Conecte a outra extremidade da tubulação a um adaptador de extrusão de latão com uma abertura de 2,15 milímetros de diâmetro. Em seguida, fixar o forno de tubo de cerâmica cilíndrica verticalmente em um capô de fumaça, dois metros acima do chão do capô. Coloque a folha de alumínio sob o forno para pegar pdms em excesso durante a extrusão.
Monte o adaptador de extrusão acima do forno do tubo com a abertura centrada na abertura do forno. Certifique-se de que o forno não está em um ângulo para que os filamentos extrudados não entrem em contato com o forno. Em seguida, conecte um dado com um corte circular a uma extrusora e use uma gravata zip para conectar tubos de borracha de silicone de alta temperatura ao bit extrusor.
Conecte a outra extremidade da tubulação ao adaptador de extrusão. Direcione um termômetro infravermelho em direção ao forno e aqueça o forno até que a temperatura interna seja de aproximadamente 250 graus Celsius. Em seguida, mova o forno para fora sob o adaptador de extrusão para que o adaptador não aqueça antes do início da produção de filamentos.
Em seguida, comece a pré-aquecimento de um tubo de amostra descartável a 65 graus celsius em um viscometro que pode medir de 200 a 10 milipascal segundos. Verifique o saldo, defina a taxa de rotação para cinco RPM e defina a taxa de medição para uma vez por minuto. Enquanto o tubo de amostra aquece, misture 18 gramas de base PDMS com 1,8 gramas de agente de cura, em um barco de pesagem.
Desgas a mistura PDMS em um desiccador de vácuo de temperatura ambiente por 15 minutos, ou até que não restem bolhas na mistura. Desiccador periodicamente vente o desiccador para bolhas pop perto da superfície. Em seguida, remova o tubo de amostra pré-aquecido do viscometro.
Despeje a mistura PDMS desgaseada nele e coloque o tubo de volta no viscometro. Inicie imediatamente a sequência de medição. Quando a viscosidade dinâmica do PDMS atingir quatro milimétricos segundos, observe a hora e use alicate para remover o tubo de amostra do viscometro.
Despeje imediatamente a mistura PDMS na extrusora de temperatura ambiente. Confirme que o forno está a 250 graus celsius e espere até que o PDMS esteja fora do viscometro por cerca de quatro minutos. Em seguida, mova o forno sob o adaptador de extrusão e alinhe a agulha interna do adaptador com o forno do tubo.
Torça o parafuso extrusor por uma meia revolução e comece a coletar o filamento em uma vara de madeira. A cada três ou cinco segundos, torça a extrusora outra meia revolução para manter o fluxo constante de PDMS. A janela de viscosidade para desenhar filamentos é muito estreita.
Se a viscosidade estiver muito baixa, espere 30 segundos e tente novamente. O PDMS continuará se cruzando à temperatura ambiente. Coloque os filamentos desenhados em racks de madeira para curar.
Deixe os filamentos curarem à temperatura ambiente por 12 horas quando terminarem. Para iniciar o processo de padronização, configure o conjunto de padrões em um capô de fumaça e envie o padrão desejado para o micro processador. Em seguida, lave um filamento PDMS curado com sulfato de dodecyl de 1%sódio.
E enxágüe-o completamente com água ultra pura. Remova gotas visíveis de água com ar comprimido e deixe o filamento terminar de secar no ar ambiente. Em seguida, amarre a linha de pesca não condutora ao corte circular da bandeja de filamento não condutora.
Coloque o filamento PDMS seco sobre o corte central da bandeja e fixe-o no lugar com fita dupla face. Insira a bandeja em uma caixa de descarga de coroa ventilada e certifique-se de que está nivelada. Coloque uma laje metálica sob a bandeja de filamento para que o filamento esteja alinhado ao longo da borda da laje.
Monte o eletrodo de descarga da coroa cerca de três milímetros acima do filamento, e conecte o descarregador de corona ao microcontrole. Fixar a extremidade livre da linha não condutora ao eixo montado no motor do estepe, garantindo que a linha esteja esticada. Execute o programa micro controlador para padronizar o filamento com seções hidrofílicas.
Os filamentos PDMS produzidos por este método tinham aproximadamente 200 micrômetros de diâmetro e até 0,5 metros de comprimento. Remover o PDMS do calor antes de sua viscosidade era alto o suficiente para desenhar filamentos, e deixá-lo cruzar a temperatura ambiente por quatro minutos e meio, ampliou a janela de tempo em que os filamentos podem ser girados para cerca de quatro minutos. O sucesso da padronização da corona foi confirmado através de medições de ângulo de contato de gotícula.
A água formava gotículas simétricas em forma de barril no PDMS hidrofílico tratado pela coroa, e gotículas em forma de concha assimétricas no PDMS hidrofóbico não tratado. A chave para este procedimento é que você está manipulando a viscosidade do PDMS com tempo e temperatura. A viscosidade aumenta com o tempo à medida que se cruza e a cura acelera a temperaturas mais altas.
A abordagem de curar parcialmente um polímero e desenhá-lo através de um forno de tubo, pode ser adaptada a outros polímeros curados de temperatura. Esses filamentos são flexíveis o suficiente para adotar em muitas conformações, e as regiões hidrofóbicas afetivamente aderem na água. Estamos estudando como o padrão de hidroofobidade dos filamentos afeta suas vias dobráveis.
PDMS pode gotejar no forno e produzir uma pequena chama. Alinhe cuidadosamente a extrusora com o forno e limpe rapidamente os detritos do forno com um dowel de madeira.
