打印参数对3D打印聚合物织物自清洁性能的影响

制造自清洁织物是当前纺织行业研究的重点。南极熊获悉，2022年7月31日，来自乌姆库拉大学设计与艺术学院的研究者们在《Polymers》上发表了一项新研究，题目为《Influence of Printing Parameters on Self-Cleaning Properties of 3D Printed Polymeric Fabrics》（《打印参数对3D打印聚合物织物自清洁性能的影响》），研究者们使用常见3D打印技术控制自清洁纺织品的微观特征。



自清洁面料



纺织业是一个快速增长的行业，2021年市场价值达到了9936亿美元。家具和服装等行业的面料制造是全球许多国家的一项重要经济活动。近几十年来，纺织行业的创新导致了多项技术发展，包括增强的功能特性，如防水、抗微生物、抗静电和自清洁。受大自然的启发，这些面料已成为纺织和材料科学领域的重点。一些生物结构也激发了该领域的创新，例如昆虫翅膀、鱼鳞、荷叶和水稻植物。

自清洁织物可以应用于许多产品中，提高它们的美感，并具有一定的经济和环境效益。这些先进的纺织品有助于保持清洁和无污染的表面，分解污渍和化学物质，避免灰尘和污垢在材料上扩散。由于在其使用寿命期间减少了洗涤需求，这些织物还具有节约水、能源和时间等优点。除了对服装行业的潜力外，自清洁纺织品还可以极大地造福于医疗行业。


△层高和挤出机宽度定义。图片来源：Atwah, AA 等人，聚合物

自清洁织物的生产方法
近几十年来，人们开发了几种方法来生产这些创新织物。常规方法包括在低表面能材料的表面上创建粗糙的微纳米级结构。其他方法改变了低表面能材料，提高了它们的粗糙度。研究人员已经探索了几种用于开发光解和疏水织物的方法，包括旋涂、湿化学合成、溶胶-凝胶法、喷涂、化学蚀刻、LBL和静电纺丝。然而，这些方法可能会因使用刺激性化学品和复杂的加工要求而受到阻碍。

研究自洁织物的结构特征是了解它们的行为和高效设计具有这种功能的纺织品的关键。这些关键特性和性能包括润湿性、孔隙率和表面粗糙度。然而，目前缺乏对这些织物微观特征控制的研究，这阻碍了该纺织品设计领域的进一步研究。


△纺织面料的孔隙率。图片来源：Atwah, AA 等人，聚合物

研究
本文重点关注上述研究空白，以改进具有自清洁性能的织物的设计。目前使用的传统制造技术难以控制制造参数，这阻碍了织物的发展。目前，由于其自​​由形式设计和减少材料浪费等优势，增材打印（也称为 3D 打印）受到越来越多的关注。与传统制造方法相比，3D 打印由于其对制造参数的出色控制而在制造自清洁材料方面具有巨大潜力。

这种增强的控制使得可以在微观的机织织物水平上控制材料的结构，从而生产出具有所需性能的织物。在各种 3D 打印方法中，熔丝制造在制造功能化织物方面最具有潜力。该团队在研究中使用熔融长丝制造来生产用于纺织行业的自清洁织物。作者研究了几个参数，包括层高、取向角和挤出机宽度。作者使用这些参数来控制织物样品的微观自清洁特性。研究中使用了三种不同的柔性热塑性材料来生产自清洁织物。这些是 TPU 98A、TPC flex45 和 TPE felaflex。采用预设标准来量化材料的自清洁特性。


△打印参数范围的可能组合，以实现最佳的润湿性自清洁性能。图片来源：Atwah, AA 等人，聚合物

同时，研究人员对各种参数进行了调整和组合，以证明它们对润湿性接触角、表面粗糙度和材料孔隙率等性能的影响。通过调整层高、挤出机宽度和两种打印方向的组合来研究最佳的自清洁织物表面。并且通过建模确定最佳的3D打印织物自清洁性能。

作者得出结论，打印参数对自洁织物的最终微观性能有显着影响。挤出机宽度和层高的不同组合会极大地影响材料的表面粗糙度、润湿性和孔隙率。孔隙率变化也取决于材料。在这三种材料中，TPE显示出最佳的自清洁能力。

展望未来
总体而言，该论文展示了调整打印参数对织物自清洁性能的影响，实验结果与模型一致。研究结果可用于未来估计印花织物的自清洁能力，为这些重要材料的进一步开发提供显着优势。

原文链接：https ://www.mdpi.com/2073-4360/14/15/3128