Resumen: Apuntando a la demanda de resistencia a la intemperie a largo plazo de recubrimientos superhidrofóbicos para equipos para exteriores, este estudio desarrolló un sistema de recubrimiento superhidrofóbico basado en la matriz de caucho de silicona. A través de la combinación del método Sol-gel y el método de propagación de polvo, se construyó una estructura rugosa de doble escala micro-nano, y se estudió sistemáticamente el mecanismo de preparación, la regulación de la morfología de la superficie y la resistencia a la intemperie del recubrimiento. Los experimentos muestran que el recubrimiento aún mantiene la superhdrofobicidad (ángulo de contacto> 150 grados) en entornos extremos (baja temperatura, pulverización de sal, ultravioleta, ropa mecánica), proporcionando soluciones de protección de alto rendimiento para comunicaciones 5G, aislamiento de potencia y equipos marinos.
Proceso de preparación de recubrimiento y mecanismo
Método sol-gel para construir un sistema de baja energía de superficie
Utilizando polisiloxano fluorado con hidroxilo terminal como material formador de películas y 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctil trietoxisilano como modificador, se forma una estructura de red tridimensional a través de la reacción de condensación de hidrólisis. Agregue sílice precipitada (tamaño de partícula 20-40 nm) y disolvente de fluorocarbono, y use el agente de acoplamiento de silano (KH-570) para lograr unión de interfaz de orgánica inorgánica. Durante la transformación de SOL en gel, la fluoruro migra a la superficie de manera direccional para formar una capa de energía de superficie baja (energía superficial<10 mN/m), and at the same time, silica nanoparticles self-assemble into a porous structure with a contact angle of 153.2°±0.2°.
Método de polvo para construir estructura rugosa micro-nano
Usando caucho de silicona vulcanizada de alta temperatura (HTV) como la matriz, el polvo de sílice (tamaño de partícula 5-15 μm) se rocía y se cura a 180 grados. El efecto de separación de fases durante el proceso de curado de PDMS hace que las partículas de sílice se incrusten en la matriz, formando una estructura compuesta micro-nano similar a una hoja de loto (dimensión fractal 2.3-2.7). La rugosidad de la superficie (RA) alcanza 35.695 μm, el ángulo de contacto se incrementa a 157.7 grados y el ángulo de rodadura es inferior a 5 grados, logrando una función de autolimpieza.
Estrategia de optimización del rendimiento de meteorización
Adaptabilidad ambiental mejorada
Resistencia UV mejorada del recubrimiento por modificación de fluoruro: después de 30 ciclos de irradiación ultravioleta alterna (313 nm) a 60 grados y condensación a 50 grados, el ángulo de contacto solo cayó a 161.1 grados, y la superhidrofobicidad todavía se mantuvo. Después de la prueba de envejecimiento de pulverización de sal (35 grados, solución de NaCl al 5%, 500 h), la superficie de recubrimiento no estaba corroída, y el ángulo de contacto era estable en más de 152 grados, gracias al efecto de barrera física de la sílice y la inercia química del fluoruro.
Estabilidad mecánica mejorada
Se usa una estructura de doble capa para mejorar la resistencia al desgaste: la capa inferior es una capa compuesta PDMS/Dioxido de silicio, y la capa superficial es una capa modificada con fluoruro. Después de 300 abrasiones de papel de lija (carga 500 g), el ángulo de contacto sigue siendo de 159.9 grados, y el ángulo de rodamiento es de 7.5 grados, que es mejor que un recubrimiento de una sola capa (ángulo de contacto después de la abrasión<150°). In addition, the coating showed no cracking after thermal shock cycles (100 times) from -18°C to 150°C, and had excellent thermal expansion coefficient matching.
Casos de aplicación típicos
Cubierta de antena 5 g de atenuación contra la red
En la prueba de lluvia simulada (48 h, intensidad de lluvia de 10 mm/h), el ángulo de contacto de las gotas de agua en la superficie de la cubierta de la antena recubierta fue de 165.1 grados, el ángulo de rodamiento fue<3°, and the signal loss (-0.05~-0.28 dB) was reduced by more than 90% compared with the uncoated antenna cover (-3.71~-5.17 dB), effectively solving the rain attenuation problem of 5G base stations.
Deslizador de anti-contaminación de aisladores de potencia
El recubrimiento superhidrofóbico se aplica a aisladores compuestos de 110 kV. En la prueba de contaminación artificial (NaCl+Diatomeasy Earth, Densidad de cenizas 2.0 mg/cm²), el voltaje de destellos aumenta en un 29.0% (contaminación leve) y el 42.9% (contaminación severa) en comparación con el recubrimiento de RTV ordinario, lo que mejora significativamente la confiabilidad de la operación de la línea de transmisión. Conclusión y perspectiva
Este estudio logró un avance en la resistencia a la intemperie de los recubrimientos superhidrofóbicos de caucho de silicona a través del diseño del material y la optimización estructural.
La investigación futura se centrará en:
Desarrollar sistemas de solventes verdes para reducir las emisiones de VOC;
Integrar funciones luminosas y conductivas para expandir escenarios de aplicación;
Optimización del proceso de pulverización para lograr una producción industrial a gran escala.
Este recubrimiento tiene un valor de promoción importante en el campo de la protección de equipos al aire libre y puede proporcionar soluciones de protección a largo plazo para redes inteligentes, comunicaciones 5G e ingeniería marina.
