本發(fā)明提供一種制備仿生復(fù)合功能結(jié)構(gòu)的氫氟酸與硅藻土酸蝕成型反應(yīng)裝置，屬于仿生功能結(jié)構(gòu)制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

許多生物體在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中逐漸形成了具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)和功能特性的生物復(fù)合結(jié)構(gòu)。例如，荷葉表面除了具有微米尺度的乳突狀生物非光滑形貌外，還具有納米尺度的生物蠟分泌結(jié)構(gòu)，二者的疊加作用使得荷葉具備可防止水滴和污垢附著的超疏水性生物脫附功能，稱(chēng)為“荷葉效應(yīng)”；鯊魚(yú)表皮除了具有微米尺度的溝槽狀生物非光滑形貌外，其鱗下還具有納米尺度的減阻液分泌結(jié)構(gòu)，二者的耦合作用使得鯊魚(yú)皮具備出色的形貌與界面復(fù)合減阻功能，稱(chēng)為“鯊魚(yú)皮效應(yīng)”。對(duì)上述生物復(fù)合功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿生制造以制備各種仿生復(fù)合功能結(jié)構(gòu)，對(duì)于提高人造產(chǎn)品性能、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有重要意義。

硅藻土是古代活體硅藻的生物殘骸，其主要成分是二氧化硅，其顆粒形狀復(fù)雜多樣、尺度為微米級(jí)，顆粒本身為輕質(zhì)多孔結(jié)構(gòu)，納米級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)貫通顆粒整體。鑒于硅藻土具有上述材質(zhì)和結(jié)構(gòu)特性，這使得其具有大比表面積、高孔隙度、高吸附性、高緩釋性、低密度、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)?？紤]到硅藻土的二氧化硅成分，其顆粒在氫氟酸酸蝕作用下彼此間產(chǎn)生鍵合，進(jìn)而可以在模具約束下固化成型為復(fù)雜、輕質(zhì)、多孔結(jié)構(gòu)體，這為制備兼具表面仿生非光滑形貌與內(nèi)部吸附緩釋通道的仿生復(fù)合功能結(jié)構(gòu)提供了一種有效途徑。

當(dāng)前，有關(guān)借助硅藻土與氫氟酸進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)制備功能結(jié)構(gòu)特別是仿生功能結(jié)構(gòu)的方法已有報(bào)道。例如專(zhuān)利號(hào)為ZL201010033700.2的中國(guó)專(zhuān)利提供了一種硅藻殼體或硅藻土與玻璃的鍵合方法，專(zhuān)利號(hào)為ZL201110261728.6、ZL201110261667.3、ZL201110261739.4、ZL201110261738.X、ZL201110261678.1的中國(guó)專(zhuān)利介紹了多種借助硅藻土與氫氟酸進(jìn)行酸蝕或熱壓鍵合反應(yīng)制備仿鯊魚(yú)復(fù)合減阻結(jié)構(gòu)的工藝方法。但由于硅藻土與氫氟酸的酸蝕反應(yīng)不僅反應(yīng)條件苛刻，比如反應(yīng)初期需要酸液與硅藻土充分接觸，且需施加一定的壓力和溫度，反應(yīng)后期則不能施加壓力，而且反應(yīng)過(guò)程可控性差，伴隨大量的熱、氣釋放等，這對(duì)相關(guān)反應(yīng)裝置的設(shè)計(jì)提出了很高要求，但目前尚未見(jiàn)到有關(guān)專(zhuān)門(mén)用于制備仿生復(fù)合功能結(jié)構(gòu)的氫氟酸與硅藻土酸蝕成型反應(yīng)裝置的報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種制備仿生復(fù)合功能結(jié)構(gòu)的硅藻土酸蝕成型反應(yīng)裝置，以解決上述技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題可以采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

制備仿生復(fù)合功能結(jié)構(gòu)的硅藻土酸蝕成型反應(yīng)裝置，其特征在于：包括手柄、螺紋桿、注酸口、上壓板、圍擋、均壓襯墊、超聲振動(dòng)器、底板、排酸導(dǎo)管、電熱絲、加厚立壁、排酸孔、仿生表面陰模板、支撐柱，螺紋桿豎直放置且與“L”形支撐柱的一端保持螺紋連接，螺紋桿朝上的一端固定有手柄，螺紋桿朝下的一端與上壓板中心位置相固定，上壓板朝上的一面設(shè)有若干注酸口，上壓板朝下的一面與均壓襯墊固定連接，注酸口貫通上壓板與均壓襯墊，圍擋為上下通透的“口”字形結(jié)構(gòu)，其一側(cè)立壁為壁厚加大的加厚立壁，支撐柱的另一端固定于加厚立壁上，在圍擋外側(cè)立面上固定有均勻排布的電熱絲，電熱絲由外接電源供電，在圍擋內(nèi)側(cè)立面的下部設(shè)有若干能夠連通圍擋內(nèi)外兩側(cè)立面的排酸孔，排酸孔朝向圍擋外側(cè)立面的一端與設(shè)有開(kāi)關(guān)的排酸導(dǎo)管相連通，矩形底板通過(guò)若干沉頭螺釘固定于圍擋的下部端面上，底板的面積與圍擋下部端面面積相同，圍擋下部端面與底板之間設(shè)有防漏墊片，底板上表面安裝固定有可拆卸的矩形仿生表面陰模板，仿生表面陰模板的面積與圍擋下部開(kāi)口面積相同，仿生表面陰模板上表面上成型有仿生表面陰模微結(jié)構(gòu)，底板下表面與超聲振動(dòng)器上表面相貼合，超聲振動(dòng)器由外接電源供電，超聲振動(dòng)器工作時(shí)可以朝上發(fā)射超聲波。

所述上壓板、圍擋、底板的材質(zhì)為鎳、鉛中的一種，所述均壓襯墊的材質(zhì)為環(huán)氧樹(shù)脂。

所述仿生表面陰模板的材質(zhì)為聚乳酸、鎳、鉛中的一種，所述仿生表面陰模微結(jié)構(gòu)的尺寸量級(jí)不低于微米級(jí)。

所述注酸口的個(gè)數(shù)為4個(gè)～8個(gè)，所述排酸孔的個(gè)數(shù)為2個(gè)～4個(gè)。

所述電熱絲工作時(shí)可使圍擋內(nèi)部的溫度范圍保持在60℃～90℃。

所述超聲振動(dòng)器的功率為80W～120 W。

制備仿生復(fù)合功能結(jié)構(gòu)的硅藻土酸蝕成型反應(yīng)裝置，其工作過(guò)程為：將事先制作完成的仿生表面陰模板安裝到該反應(yīng)裝置上，向圍擋內(nèi)填入適量的反應(yīng)用預(yù)處理硅藻土，并用刮板刮平；旋轉(zhuǎn)手柄移動(dòng)上壓板，使之與圍擋內(nèi)的硅藻土接觸；關(guān)閉排酸導(dǎo)管，通過(guò)注酸口向圍擋內(nèi)注入一定濃度的適量氫氟酸；電熱絲通電以提高硅藻土酸蝕反應(yīng)溫度，開(kāi)啟超聲振動(dòng)器以使酸液充分接觸硅藻土孔洞結(jié)構(gòu)，進(jìn)而促進(jìn)酸蝕反應(yīng)充分進(jìn)行，反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的熱、氣等通過(guò)注酸口以及其它縫隙結(jié)構(gòu)排出；繼續(xù)旋轉(zhuǎn)手柄移動(dòng)上壓板，給酸蝕過(guò)程中的硅藻土施加一定壓力，使得硅藻土顆粒之間互相鍵合，進(jìn)而在上壓板、圍擋、仿生表面陰模板的多重約束作用下固化成型；臨近反應(yīng)結(jié)束，升起上壓板解除壓力，讓硅藻土在無(wú)外來(lái)壓力作用下繼續(xù)固化；反應(yīng)結(jié)束，開(kāi)啟排酸導(dǎo)管排出多余酸液，拆下底板，使成型后的硅藻土固化結(jié)構(gòu)體與仿生表面陰模板脫模，便制得既有表面仿生非光滑形貌、又有內(nèi)部吸附緩釋通道的仿生復(fù)合功能結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）本發(fā)明借助均勻排布的注酸口以及超聲振動(dòng)器可以保證硅藻土與氫氟酸在酸蝕反應(yīng)初期即實(shí)現(xiàn)充分接觸，有利于酸蝕反應(yīng)的進(jìn)行；（2）本發(fā)明設(shè)計(jì)的螺紋桿、上壓板、均壓襯墊、圍擋以及電熱絲可以對(duì)硅藻土的酸蝕反應(yīng)提供均勻的壓力和溫度，有利于加快鍵合速度、提高鍵合質(zhì)量；（3）本發(fā)明設(shè)計(jì)的注酸口、超聲振動(dòng)器可以促進(jìn)酸蝕反應(yīng)初期所產(chǎn)生的大量熱量、氣體的排出；（4）本發(fā)明所使用的仿生表面陰模板易于安裝和更換，具有較強(qiáng)的的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性；（5）采用本發(fā)明所成型出的仿生復(fù)合功能結(jié)構(gòu)既能在表面高逼真的復(fù)型出仿生表面陽(yáng)模微結(jié)構(gòu)，又能在內(nèi)部保有硅藻土顆粒的吸附、緩釋多孔通道，而且結(jié)構(gòu)體本身還具有良好的機(jī)械強(qiáng)度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的反應(yīng)裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中超聲振動(dòng)器、底板、仿生表面陰模板的安裝示意圖。

圖中：1、手柄 2、螺紋桿 3、注酸口 4、上壓板 5、圍擋 6、均壓襯墊 7、超聲振動(dòng)器 8、底板 9、排酸導(dǎo)管 10、電熱絲 11、加厚立壁 12、排酸孔 13、仿生表面陰模板 14、支撐柱。

具體實(shí)施方式

在圖1、圖2所示的實(shí)施例中，螺紋桿（2）豎直放置且與“L”形支撐柱（14）的一端保持螺紋連接，螺紋桿（2）朝上的一端固定有手柄（1），螺紋桿（2）朝下的一端與上壓板（4）中心位置相固定，上壓板（4）朝上的一面設(shè)有4個(gè)注酸口（3），上壓板（4）朝下的一面與均壓襯墊（6）固定連接，注酸口（3）貫通上壓板（4）與均壓襯墊（6），圍擋（5）為上下通透的“口”字形結(jié)構(gòu)，其一側(cè)立壁為壁厚加大的加厚立壁（11），支撐柱（14）的另一端固定于加厚立壁（11）上，在圍擋（5）外側(cè)立面上固定有均勻排布的電熱絲（10），電熱絲（10）由外接電源供電，在圍擋（5）內(nèi)側(cè)立面的下部設(shè)有2個(gè)能夠連通圍擋（5）內(nèi)外兩側(cè)立面的排酸孔（12），排酸孔（12）朝向圍擋（5）外側(cè)立面的一端與設(shè)有開(kāi)關(guān)的排酸導(dǎo)管（9）相連通，矩形底板（8）通過(guò)4個(gè)沉頭螺釘固定于圍擋（5）的下部端面上，底板（8）的面積與圍擋（5）下部端面面積相同，圍擋（5）下部端面與底板（8）之間設(shè)有防漏墊片，底板（8）上表面安裝固定有可拆卸的矩形仿生表面陰模板（13），仿生表面陰模板（13）的面積與圍擋（5）下部開(kāi)口面積相同，仿生表面陰模板（13）上表面上成型有仿生表面陰模微結(jié)構(gòu)，底板（8）下表面與超聲振動(dòng)器（7）上表面相貼合，超聲振動(dòng)器（7）由外接電源供電，超聲振動(dòng)器（7）工作時(shí)可以朝上發(fā)射超聲波。

所述上壓板（4）、圍擋（5）、底板（8）的材質(zhì)為鉛，所述均壓襯墊（6）的材質(zhì)為環(huán)氧樹(shù)脂。

所述仿生表面陰模板（13）的材質(zhì)為聚乳酸，所述仿生表面陰模微結(jié)構(gòu)為仿鯊魚(yú)鱗片陰模微結(jié)構(gòu)，其最小尺寸量級(jí)為微米級(jí)。

所述電熱絲（10）工作時(shí)可使圍擋（5）內(nèi)部的溫度保持在70℃。

所述超聲振動(dòng)器（7）的功率為90W。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以顯示和描述本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。