一种复合型耐磨损超疏水硅橡胶表面及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合型耐磨损超疏水硅橡胶表面及其制备方法，属于用于表面处理的激光束加工技术领域。该硅橡胶表面包括硅橡胶基材和填充在坑槽中的二氧化硅。本发明专利技术首先通过激光刻蚀在基材表面形成疏水的微观结构和坑槽，再通过化学反应在坑槽形成并附着硬质的二氧化硅，最后进一步降低硅橡胶表面的表面能，提升二氧化硅颗粒的疏水性。硅橡胶表面坚硬的二氧化硅填充物能够在磨损过程中保护表面，整个硅橡胶表面具有机械耐久性和超疏水性能，即使表面经历了反复砂纸磨损，仍能够保持超疏水性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
一种复合型耐磨损超疏水硅橡胶表面及其制备方法


[0001]本专利技术涉及用于表面处理的激光束加工
，尤其涉及一种复合型耐磨损超疏水硅橡胶表面及其制备方法。

技术介绍

[0002]硅橡胶是一种具有绝缘性、疏水性、耐腐蚀性以及耐高温特性的材料，在各行业中被广泛的运用。特别是作为绝缘体应用于高压输电设备时，能够在一定程度上起到防止潮湿，抗机械冲击的作用。然而，硅橡胶在使用时会暴露于自然环境中，面临各种恶劣的天气条件，在此过程中硅橡胶表面会堆积灰尘污渍，导致其疏水性能逐渐下降，影响其绝缘性能。因此，进一步改善硅橡胶表面的疏水性能，使其在工作环境中拥有更可靠的绝缘性能以及更长久的使用寿命具有重要意义。
[0003]目前在硅橡胶上制备超疏水表面包括模板法、喷涂法、物理沉积法、粒子填充法和激光刻蚀。然而，目前这些方法的实际应用受到硅橡胶绝缘体的制造工艺和实际工作环境的限制，另外这些方法制备的超疏水表面也面临耐久性问题。由于超疏水表面通常需要两个基本特征：微纳米结构的表面纹理和非极性的表面化学。超疏水硅橡胶表面纹理对机械磨损非常敏感，为了推进超疏水硅橡胶在户外环境中的实际应用，开发一种具有良好耐磨性的超疏水表面的方法显得尤为重要。

技术实现思路

[0004]有鉴于现有技术的上述缺陷，在本专利技术的第一方面，提供了一种疏水耐磨、使用寿命长的复合型耐磨损超疏水硅橡胶表面，复合型耐磨损超疏水硅橡胶表面包括硅橡胶基材1及二氧化硅2；硅橡胶基材1的表面包括疏水的粗糙微观结构与坑槽；坑槽内部由二氧化硅2进行填充，用于在机械磨损过程中提供支撑与保护；二氧化硅2与硅橡胶基材1的接触面通过粘合剂粘接，二氧化硅2表面涂布有硅烷偶联剂，用于降低表面能以提升二氧化硅2表面的疏水性。
[0005]优选的，坑槽的总面积占硅橡胶表面总面积的比例为10％～60％。
[0006]优选的，所述坑槽为圆形坑槽，单个圆形坑槽的直径为20～800μm。
[0007]在本专利技术的第二方面，提供了一种制造工艺精确、受工作环境限制小的复合型耐磨损超疏水硅橡胶表面的制备方法，包括如下步骤：
[0008]S1、去除硅橡胶基材的杂质，得到除杂基材；
[0009]S2、通过激光刻蚀在除杂基材表面构建微观结构，得到粗糙表面；
[0010]S3、通过激光刻蚀对粗糙表面进行处理，在粗糙表面形成坑槽，得到刻蚀基材；
[0011]S4、采用粘合剂对刻蚀基材进行处理，使粘合剂附着于坑槽表面，得到预反应基材；
[0012]S5、采用硅反应溶液对预反应基材进行处理，处理后去除预反应基材坑槽内部以外的二氧化硅，使预反应基材的坑槽由二氧化硅填充，得到负硅基材；
[0013]S6、通过激光刻蚀对负硅基材表面进行处理，得到超疏水基材；
[0014]S7、采用硅烷偶联剂对超疏水基材的表面进行处理，得到复合型耐磨损超疏水硅橡胶表面。
[0015]优选的，所述S2中，所述激光刻蚀为采用脉冲激光进行面扫描，面扫描的激光能量密度为4～25J/cm2，扫描速度为500～2000mm/s。
[0016]通过控制面扫描的扫描速度，可以保证在采用脉冲激光对基材表面刻蚀出规格合适的微纳米结构，便于后续脉冲激光修饰过程中实现超疏水表面。
[0017]优选的，所述S3中，所述激光刻蚀为采用脉冲激光进行列阵扫描，列阵扫描的激光能量密度为8～30J/cm2，扫描速度为300～1500mm/s，扫描次数为5～20次。
[0018]通过控制扫描速度和扫描次数，可以在表面形成半径大小和深度合适的阵列坑槽，保证后续二氧化硅的填充。
[0019]优选的，所述S4中，所述粘合剂采用聚二烯二甲基氯化铵水溶液，其质量百分比浓度为4％～20％；所述处理为将刻蚀基材浸于聚二烯二甲基氯化铵水溶液中，使粘合剂充满坑槽，随后取出并在40～200℃烘干1～12h。
[0020]二氧化硅颗粒本身带负电荷，与阳离子粘合剂有很好的结合能力，通过加热，可以使粘合剂在坑槽表面干燥后附着。
[0021]优选的，所述S5中，所述硅反应溶液为去离子水、正硅酸乙酯、氨水、无水乙醇形成的混合物，其中去离子水、正硅酸乙酯、氨水为溶质，无水乙醇为溶剂，去离子水的摩尔浓度为0.5～17.0mol/L，正硅酸乙酯的摩尔浓度为0.1～0.5mol/L，氨水中的氨气所占混合物的摩尔浓度为0.1～3.0mol/L。
[0022]进一步优选的，所述氨水的质量百分比浓度为25％。
[0023]正硅酸乙酯经水解缩合生成二氧化硅颗粒，此反应过程中直接在坑槽内部生成，保证二氧化硅与硅橡胶表面的结合紧密，并能够使得填充饱满。
[0024]优选的，所述S6中，所述激光刻蚀为采用脉冲激光进行面扫描，面扫描的激光能量密度为4～25J/cm2，扫描速度为200～2000mm/s。
[0025]进一步优选的，所述脉冲激光的中心波长为200～2000nm，所述脉冲激光的脉宽为100fs～50μs。
[0026]更进一步优选的，脉冲激光的中心波长为355nm、405nm、532nm、783nm、830nm、1064nm、1550nm中的任意一种。
[0027]由于二氧化硅和硅橡胶对激光吸收程度不同，通过控制扫描速度和功率，保证激光刻蚀对二氧化硅造成较小影响，采用脉冲激光对硅橡胶表面再次面扫描，在硅橡胶区域去除多余的二氧化硅，修饰微纳米结构，获得超疏水能力。
[0028]优选的，所述S7中，所述硅烷偶联剂为六甲基二硅氮烷、十八烷基三氯硅烷、丙基三甲氧基硅烷、3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、3
‑
缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
[0029]优选的，所述S7中，所述处理为将硅烷偶联剂涂布于超疏水基材表面，涂布量为150～450g/m2。
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0031]1、本专利技术提供了一种复合型耐磨损超疏水硅橡胶表面，其疏水性能、耐久性优于
普通硅橡胶，承受机械磨损后仍可维持疏水性能，使用寿命长。
[0032]2、本专利技术提供了一种复合型耐磨损超疏水硅橡胶表面的制备方法，该方法对现成的硅橡胶进行表面改性，不影响其原有的化学性质，在引入硬质物质提高表面机械性能的同时，保留了硅橡胶材料原本的柔韧性，拓宽了硅橡胶作为绝缘体在恶劣环境中的可靠性。该方法采用激光加工，绿色环保，成本低效率高。同时本方法加工工艺条件较宽，通过调控参数可以制备具有不同疏水性和耐久性的复合型耐磨损超疏水硅橡胶表面，有良好的应用前景。
附图说明
[0033]图1为本专利技术的复合型耐磨损超疏水硅橡胶表面的轴测图；
[0034]图2为本专利技术的复合型耐磨损超疏水硅橡胶表面的正视图；
[0035]图3为本专利技术的复合型耐磨损超疏水硅橡胶表面的A
‑
A剖视图；
[0036]以上附图中，1代表硅橡胶基材，2代表二氧化硅；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合型耐磨损超疏水硅橡胶表面，包括硅橡胶基材(1)及二氧化硅(2)，其特征在于：硅橡胶基材(1)的表面包括疏水的粗糙微观结构与坑槽；坑槽内部由二氧化硅(2)进行填充，用于在机械磨损过程中提供支撑与保护；二氧化硅(2)与硅橡胶基材(1)的接触面通过粘合剂粘接，二氧化硅(2)表面涂布有硅烷偶联剂，用于降低表面能以提升二氧化硅(2)表面的疏水性。2.根据权利要求1所述的复合型耐磨损超疏水硅橡胶表面，其特征在于：所述坑槽的总面积占硅橡胶表面总面积的比例为10％～60％；所述坑槽为圆形坑槽，单个圆形坑槽的直径为20～800μm。3.一种如权利要求1所述的复合型耐磨损超疏水硅橡胶表面的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、去除硅橡胶基材的杂质，得到除杂基材；S2、通过激光刻蚀在除杂基材表面构建微观结构，得到粗糙表面；S3、通过激光刻蚀对粗糙表面进行处理，在粗糙表面形成坑槽，得到刻蚀基材；S4、采用粘合剂对刻蚀基材进行处理，使粘合剂附着于坑槽表面，得到预反应基材；S5、采用硅反应溶液对预反应基材进行处理，处理后去除预反应基材坑槽内部以外的二氧化硅，使预反应基材的坑槽由二氧化硅填充，得到负硅基材；S6、通过激光刻蚀对负硅基材表面进行处理，得到超疏水基材；S7、采用硅烷偶联剂对超疏水基材的表面进行处理，得到复合型耐磨损超疏水硅橡胶表面。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述S2中，所述激光刻蚀为采用脉冲激光进行面扫描，面扫描的激光能量密度为4～25J/cm2，扫描速度为500～2000mm/s。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述S3中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈列，黄宫淇，田雨阳，李唐浩，李倩靓，刘顿，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：