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仿生超疏水材料是表面功能材料研究领域的前沿课题之一,在运动体减阻、降噪及防结覆冰雪等方面显示出良好的工程应用前景。本论文对聚四氟乙烯(PTFE)/聚苯硫醚(PPS)超疏水涂层微纳米双重织构(MNBS)的可控构筑及其表界面行为进行了较系统研究,主要研究结果如下:
1.采用非离子表面活性剂作“模版”设计并制备出水溶性PTFE乳胶体系,选用综合性能良好的PPS作为粘结剂,将“液晶模版机理”与“传统涂层固化工艺”有机结合,通过一步成膜法简便经济地构筑出具备低表面能疏水基团(-CF3)和MNBS织构的仿生超疏水涂层;利用“液晶模版机理”、“相分离机理”及“高分子结晶动力学”综合协同作用,可于不同固化工艺下可控构筑出PTFE纳米纤维/纳米线及MNBS织构。
2.较高温度和特定氛围环境下,自由基极易使PTFE大分子链段产生解聚、交联及裂链反应,致使PTFE表面生成大量的低分子量氟碳链段或片段(-CF3基团),由于其组分的梯度分布而富集于表面,并由此获得最低表面能;同时,PPS树脂发生热氧交联和氧化反应,产生-C=O、-C-O和-S=O,O=S=O官居能团,使涂层与基材界面间粘结强度以及PPS与PTFE大分子链段间的结合力增强,从而导致PTFE/PPS超疏水涂层具备优异的机械、力学性能。
3.由于PTFE/PPS超疏水涂层表面具有低表面能疏水基团(-CF3)和多微孔网络、微乳突、PTFE纳米纤维的MNBS织构,导致“低表面能减阻机理”、“微-纳结构减阻机理”、“空穴气泡减阻机理”综合协同作用,使其超疏水涂层具有其它单一减阻降噪技术无可比拟的减阻降噪功效。PTFE/PPS超疏水涂层于高流速、宽频段内可降低流噪声约2-4dB,减小流阻可达10%左右。
4.油的成分、表面能、性质等和涂层孔隙中“空穴气泡”的存在形式及其“气垫”作用的作用形式、种类分别决定着不同油在不同真空度下于涂层表面浸润性及表/界面行为。
5.多孔MNBS织构的超疏水涂层具有良好的防水珠/冰雪吸附、防结覆冰、脱附/去除冰雪功效;而致密的疏水/超疏水涂层具有优异的防水汽结覆冰性能。
6.PTFE/PPS超疏水涂层具有优异的界面粘结强度、耐介质性、耐高低温及贮存稳定性并具有制备成本低的特点,在海洋减阻降噪、通信/输电线路防结(覆)冰雪方面具备潜在的工程应用价值。