论文部分内容阅读
超疏水材料由于表面特殊的润湿特性,成为近年来涂层方向的研究热点之一。一方面人们利用其在防结冰、自清洁、减阻等方面的特性,设计出可以满足苛刻服役条件的一些新型超疏水涂层,它们有着广泛的应用前景;但由于超疏水表面本身稳定性弱、持久性差等影响了其应用价值,所以需要对超疏水涂层的制备工艺进行优化。因此为了提高超疏水涂层的稳定性和耐久性,本文研制了三种超疏水涂层,通过SEM、EDS、激光共聚焦显微镜对样品的微观形貌、涂层成分和3D形貌进行分析,研究了样品涂层的接触角、稳定性、耐磨性、耐腐蚀性等性能,主要研究结论如下:(1)以泡沫铜为基底,涂覆改性纳米Si O2/CNTs颗粒得到超疏水涂层。结果表明涂层样品表面的微/纳结构较规整,形成层次的粗糙结构;当Si O2/CNTs质量混合比例为2:1时,样品的超疏水效果为最好,此时的接触角最大为157.7°,滚动角为2.6°。该样品在大气暴露环境放置50天后,样品表面的接触角仍然达到152.6°。该样品经过砂纸摩擦10cm后,样品的接触角就开始小于150°,滚动角大于10°,样品失去超疏水性能。通过电化学实验发现超疏水样品自腐蚀电流比原始样品低一个数量级,证明样品的耐腐蚀性能得到了提高。自清洁实验表明超疏水样品可以有效的清除表面污染。(2)为了提高超疏水涂层的稳定性,在上述基础上分别引入三种粘结剂,改性粉末与粘结剂混合后一起涂覆在泡沫铜基底上,三种粘结剂分别为纳米Si O2水分散液、硅烷偶联剂和增稠剂,制备出稳定性提高的超疏水涂层。结果表明涂层样品的微观结构在加入粘结剂后变得平整光滑,层次分明的粗糙结构变少。润湿性检测发现改性粉末与纳米Si O2水分散液的质量比4:1时样品接触角为最大,达到155.7°,滚动角为2.7°,改性粉末与硅烷偶联剂的加入比例为4:1时,接触角最大,为154.34°,改性粉末与增稠剂的比例在4:1时样品的接触角最大,为154.4°。超疏水样品在放置50天后,仍然保持超疏水性能,接触角大于150°。摩擦实验中加入纳米Si O2水分散液的样品性能相对较差,摩擦距离为30cm~40cm时,接触角开始小于150°,失去超疏水效果。加入硅烷偶联剂和增稠剂的样品耐磨性能要略优于加入纳米Si O2水分散液的样品,摩擦距离在50cm-60cm时样品的接触角开始低于150°,但它们的加入会影响样品的超疏水性能,这两种粘结剂与改性粉末的质量比超过2:1后样品就失去超疏水性能。在耐腐蚀性能实验中加入三种粘结剂的样品结果差别不大,超疏水样品的自腐蚀电流比原始样品低一个数量级,耐腐蚀性能提高。自清洁实验中制备的涂层样品可以在水滴作用下有效清洁表面碳粉。(3)为了进一步提高超疏水涂层的稳定性,在上述含有粘结剂的改性颗粒涂覆之前,在泡沫铜基底上涂覆了含有不同粒径Si O2粉末的聚四氟乙烯自然固化液,以此制备出耐久超疏水涂层。结果表明涂层样品表面的微/纳结构随着Si O2粉末粒径的增大越来越粗糙。润湿性检测发现接触角最大的是添加粘结剂纳米Si O2水分散液的样品,此时接触角为154.4°,但随着Si O2颗粒粒径的增大,样品的滚动角越来越差,最后在50μm时超过10°,该样品在大气稳定性实验中,接触角始终大于150°。添加纳米Si O2水分散液的样品在经过100cm的摩擦后依然能达到超疏水效果,而另外两种样品也可以在接近100cm时保持一定的超疏水性能。相对泡沫铜,超疏水样品的自腐蚀电流降低一个数量级,耐腐蚀性能提高。自清洁实验中超疏水样品表面的碳粉在水滴作用下轻易地就被清理干净。