一种磁控干胶装置及其制备方法与流程

本发明涉及一种磁控干胶装置及其制备方法，该装置通过外加磁场，可大大增加干胶粘结性。

背景技术：

干胶带应用广泛，并逐渐成为人们生活中重要的一部分。而制备单一作用对粘结力做出贡献的干胶已不足以满足人们的需求。随着其应用越来越广泛，对其粘结力的要求也越来越高。当前，众多研究团队开始致力于增加粘结力的研究，增加粘结力的方法有多种，如：增加干胶的纤维密度，改变干胶的纤维尖端形貌，合成具有分层的结构体等。除此之外，也有研究者通过嵌合颗粒或者化学刻蚀网用作电极来产生静电力与壁虎胶带的协同作用组合，还有的研究人员通过将磁体嵌合在聚合纤维末端或是将羰基铁颗粒分散在聚二甲基硅氧烷中，从而形成磁性驱动的壁虎微脊或横梁。另外，也可以使用改变基底的坚硬度来防止其脱落的方法，增强吸附力。但是这些方法都有着各自的缺点和不足，如操作复杂，花费较高，存在质量问题等等。增加纤维密度，可以明显增加粘结力，但是生产质量不高；改变纤维尖端形貌是将纤维尖端改变成更有利于吸附的形状，但是花费较高且操作复杂。所以迫切需要一种方便快捷且能明显增加粘结力的干胶装置。

技术实现要素：

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种结构简单、使用方便快捷的磁控干胶装置，该装置通过外加磁场，可大大增加干胶的粘结性。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种磁控干胶装置的制备方法，制得的装置结构简单、使用方便快捷，通过外加磁场，可大大增加干胶的粘结性。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种磁控干胶装置，其特征在于所述磁控干胶装置包括一种聚合物基底，该基底是由聚二甲基硅氧烷和纳米四氧化三铁颗粒组成的铁--聚二甲基硅氧烷，在聚合物基底的一面均匀间隔分布有多个蘑菇状的干胶纤维薄膜层，所述蘑菇状的干胶纤维薄膜层的厚度为1.7～1.9μm，直径为16.1～18.1μm；聚合物基底与蘑菇状的干胶纤维薄膜层之间设有铁-聚二甲基硅氧烷标杆作为过渡层，过渡层的长为1～1.5mm，宽为0.8～1.3mm，高为1.2～2mm。

作为优选，所述四氧化三铁纳米颗粒粒径为20～30nm。

作为优选，所述过渡层的长为1.2mm，宽为1.2mm，高为1.5mm。

再优选，所述蘑菇状的干胶纤维薄膜层的厚度为1.8μm，直径为17.1μm。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种磁控干胶装置的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)在直径90～110mm的聚甲基丙烯酸甲酯干胶片上旋涂抗蚀剂，转速2800～3200rpm旋涂28～32s，在90～110℃下烘烤1.5～2.5分钟后冷却；

2)在上述步骤已制备的干胶片上旋涂一层AZ9260光致抗蚀剂，转速2800～3200rpm旋涂28～32s，在75～85℃下恒温烘烤50～70分钟；

3)将上述已制备的干胶片在90～110℃下进行二次烘烤，时长80～100s；

4)将烘烤后的干胶片放入去离子水中冷却，经过20～40分钟的浸泡再水化过程进行紫外光照射曝光，形成曝光后的光致抗蚀剂；

5)加入与去离子水以体积比1:3～5稀释后的AZ400K显影剂，通过控制显影时间，就得到所需的切口；用去离子水清洗后，再用氮气吹至少50～70分钟，之后在空气中干燥，即可得到分布均匀的蘑菇状干胶纤维阵列的模具；

6)聚二甲基硅氧烷作为预聚物与其固化剂按照9～11:1的比例混合，加入直径为20～30nm的四氧化三铁纳米颗粒，完全混合之后再与聚二甲基硅氧烷混合形成铁-聚二甲基硅氧烷，其中铁氧体纳米颗粒的质量占总质量的45～55％；

7)在最后的固化之前，放在真空箱中进行脱气，将未干的铁-聚二甲基硅氧烷灌浇在步骤1)～5)制备的模具中

8)再次进行脱气并在75～85℃下烘烤2～4小时；

9)在冷却之后进行脱模即为磁控干胶装置。

作为改进，所述抗蚀剂的成分为聚二甲基戊二酰亚胺与其稀释液环戊酮按照质量比1:1混合。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过在聚合物中加入铁氧体颗粒，在加入外加磁场的情况下使聚合物硬度变大，从而提高装置的粘结力。本发明的装置具有结构简单、操作方便、原材料价格低廉的特点，能够有效地增加干胶的粘结力，同时制备方法易操作，值得大力推广。

附图说明

图1是本发明的磁控干胶装置的结构示意图；

图2是磁控干胶装置的原理示意图；

图3a～3d是本发明的磁控干胶装置的制作过程示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，一种磁控干胶装置，包括采用聚二甲基硅氧烷和四氧化三铁纳米颗粒组成的铁--聚二甲基硅氧烷的聚合物基底1，在聚合物基底1的一面均匀间隔分布有多个蘑菇状的干胶纤维薄膜层20，聚合物基底1与蘑菇状的干胶纤维薄膜层20之间设有铁-聚二甲基硅氧烷标杆作为过渡层2，过渡层2的长为1.2mm，宽为1.2mm，高为1.5mm，作为优选，四氧化三铁纳米颗粒的粒径为20～30nm，蘑菇状的干胶纤维薄膜层20的厚度为1.8μm，直径为17.1μm。

制备过程如图3所示，具体步骤如下：

首先制作模具B，如图3a在直径100mm的聚甲基丙烯酸甲酯干胶片6上旋涂抗蚀剂7，转速3000rpm旋涂30s，抗蚀剂7的成分为聚二甲基戊二酰亚胺与其稀释液(环戊酮)按照质量比1:1混合，在100℃下烘烤2分钟，冷却之后，再旋涂一层AZ9260光致抗蚀剂8，转速3000rpm旋涂30s，在80℃下恒温烘烤1小时。之后在100℃下对干胶片进行二次烘烤90s，放入去离子水中冷却，经过30分钟的浸泡再水化，将干胶片在紫外光9下进行照射曝光，会形成曝光后的光致抗蚀剂10，如图3b，并加入与去离子水以体积比1:4稀释后的AZ400K显影剂，由于烘干聚二甲基戊二酰亚胺层时温度较低，使得AZ400显影剂会很快与其反应，通过控制显影时间，就能得到我们所需要的切口11，如图3c，它在作为模具使用前，先用去离子水清洗并用氮气吹至少一小时，之后才能在空气中干燥，这样能保证得到分布均匀的蘑菇状帽子，蘑菇状帽子厚1.8μm，直径为17.1μm，在大圆标杆的中心；

聚二甲基硅氧烷作为预聚物与其固化剂按照10:1的比例混合，加入直径为20～30nm的四氧化三铁纳米颗粒，完全混合之后再与聚二甲基硅氧烷混合形成铁-聚二甲基硅氧烷12，其中铁氧体纳米颗粒的质量占总质量的50％。在最后的固化之前，放在真空箱中进行脱气。将未干的铁-聚二甲基硅氧烷12灌浇在模具B中，再次进行脱气并在80℃下烘烤3小时，在冷却之后小心进行脱模即为磁控干胶装置。

使用时，如图2所示，将磁控干胶装置A放入一个线圈3中心，通入电流，使得线圈3产生一个强磁场4，利用铁氧体颗粒在强磁场中，会使作为过渡层的铁-聚二甲基硅氧烷的整体硬度增加，从而使该装置保持很好的粘结性。在磁控干胶装置A的上端使用一个直径为6mm的球形玻璃探头5连接一个压力传感器，利用霍尔效应传感器可以测量出线圈3产生的磁场大小。为了确定磁控干胶装置的有效杨氏模量，首先需要测量沿着球形硬度计压头的压痕方向的应力，计算有效杨氏模量的常用方法，是根据关于球形探头和平整表面之间的弹性接触的赫兹理论(忽略微尺度特性的影响)，有效杨氏模量由测得数据通过下方公式得到：

由上式可导出：

其中，F是应力，可由压力传感器测得，R是球形压痕的半径，d是压痕的深度,E^*是有效杨氏模量。

经测试，本发明的磁控干胶装置在外加磁场中，基底硬度会由于铁氧体颗粒在磁场下的作用增大，而由于坚硬的基底层具有抗脱落作用，所以随着磁场的增加，其粘结力也会增加。

在没有加入磁场的情况下，其有效杨氏模量4.4MPa，而加入竖直向上方向的大小为0.013T的磁场之后，其有效杨氏模量为5.1MPa。其有效杨氏模量的明显变化，说明该装置在加入磁场后硬度明显增加。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。