[发明专利]一种复合型耐磨损超疏水硅橡胶表面及其制备方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及用于表面处理的激光束加工技术领域，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。

背景技术

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。

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。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，在本发明的第一方面，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。

优选的，坑槽的总面积占硅橡胶表面总面积的比例为10％～60％。

优选的，所述坑槽为圆形坑槽，单个圆形坑槽的直径为20～800μm。

在本发明的第二方面，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：

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。

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。

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。