打印參數對3D打印聚合物織物自清潔性能的影響

制造自清潔織物是當前紡織行業(yè)研究的重點。南極熊獲悉，2022年7月31日，來自烏姆庫拉大學設計與藝術學院的研究者們在《Polymers》上發(fā)表了一項新研究，題目為《Influence of Printing Parameters on Self-Cleaning Properties of 3D Printed Polymeric Fabrics》（《打印參數對3D打印聚合物織物自清潔性能的影響》），研究者們使用常見3D打印技術控制自清潔紡織品的微觀特征。



自清潔面料



紡織業(yè)是一個快速增長的行業(yè)，2021年市場價值達到了9936億美元。家具和服裝等行業(yè)的面料制造是全球許多國家的一項重要經濟活動。近幾十年來，紡織行業(yè)的創(chuàng)新導致了多項技術發(fā)展，包括增強的功能特性，如防水、抗微生物、抗靜電和自清潔。受大自然的啟發(fā)，這些面料已成為紡織和材料科學領域的重點。一些生物結構也激發(fā)了該領域的創(chuàng)新，例如昆蟲翅膀、魚鱗、荷葉和水稻植物。

自清潔織物可以應用于許多產品中，提高它們的美感，并具有一定的經濟和環(huán)境效益。這些先進的紡織品有助于保持清潔和無污染的表面，分解污漬和化學物質，避免灰塵和污垢在材料上擴散。由于在其使用壽命期間減少了洗滌需求，這些織物還具有節(jié)約水、能源和時間等優(yōu)點。除了對服裝行業(yè)的潛力外，自清潔紡織品還可以極大地造福于醫(yī)療行業(yè)。


△層高和擠出機寬度定義。圖片來源：Atwah, AA 等人，聚合物

自清潔織物的生產方法
近幾十年來，人們開發(fā)了幾種方法來生產這些創(chuàng)新織物。常規(guī)方法包括在低表面能材料的表面上創(chuàng)建粗糙的微納米級結構。其他方法改變了低表面能材料，提高了它們的粗糙度。研究人員已經探索了幾種用于開發(fā)光解和疏水織物的方法，包括旋涂、濕化學合成、溶膠-凝膠法、噴涂、化學蝕刻、LBL和靜電紡絲。然而，這些方法可能會因使用刺激性化學品和復雜的加工要求而受到阻礙。

研究自潔織物的結構特征是了解它們的行為和高效設計具有這種功能的紡織品的關鍵。這些關鍵特性和性能包括潤濕性、孔隙率和表面粗糙度。然而，目前缺乏對這些織物微觀特征控制的研究，這阻礙了該紡織品設計領域的進一步研究。


△紡織面料的孔隙率。圖片來源：Atwah, AA 等人，聚合物

研究
本文重點關注上述研究空白，以改進具有自清潔性能的織物的設計。目前使用的傳統制造技術難以控制制造參數，這阻礙了織物的發(fā)展。目前，由于其自​​由形式設計和減少材料浪費等優(yōu)勢，增材打�。ㄒ卜Q為 3D 打印）受到越來越多的關注。與傳統制造方法相比，3D 打印由于其對制造參數的出色控制而在制造自清潔材料方面具有巨大潛力。

這種增強的控制使得可以在微觀的機織織物水平上控制材料的結構，從而生產出具有所需性能的織物。在各種 3D 打印方法中，熔絲制造在制造功能化織物方面最具有潛力。該團隊在研究中使用熔融長絲制造來生產用于紡織行業(yè)的自清潔織物。作者研究了幾個參數，包括層高、取向角和擠出機寬度。作者使用這些參數來控制織物樣品的微觀自清潔特性。研究中使用了三種不同的柔性熱塑性材料來生產自清潔織物。這些是 TPU 98A、TPC flex45 和 TPE felaflex。采用預設標準來量化材料的自清潔特性。


△打印參數范圍的可能組合，以實現最佳的潤濕性自清潔性能。圖片來源：Atwah, AA 等人，聚合物

同時，研究人員對各種參數進行了調整和組合，以證明它們對潤濕性接觸角、表面粗糙度和材料孔隙率等性能的影響。通過調整層高、擠出機寬度和兩種打印方向的組合來研究最佳的自清潔織物表面。并且通過建模確定最佳的3D打印織物自清潔性能。

作者得出結論，打印參數對自潔織物的最終微觀性能有顯著影響。擠出機寬度和層高的不同組合會極大地影響材料的表面粗糙度、潤濕性和孔隙率�？紫堵首兓�也取決于材料。在這三種材料中，TPE顯示出最佳的自清潔能力。

展望未來
總體而言，該論文展示了調整打印參數對織物自清潔性能的影響，實驗結果與模型一致。研究結果可用于未來估計印花織物的自清潔能力，為這些重要材料的進一步開發(fā)提供顯著優(yōu)勢。

原文鏈接：https ://www.mdpi.com/2073-4360/14/15/3128