本发明涉及制造表面超疏水硅橡胶泡沫领域，具体涉及一种超快速制备表面超疏水硅橡胶泡沫的方法及其产品。
背景技术：
近几年，随着汽车，航空等领域的飞速发展，对材料的疏水性能要求越来越高。当材料应用在复杂环境时其表面会面临雨水、冰冻、灰尘等复杂环境的侵蚀，使材料丧失去其原有性能。人们越来越渴望得到一种能够快速实现材料表面超疏水，达到防水、防结冰、自清洁效果并且稳定的方法。特别是泡沫材料，它已被广泛应用于交通运输、航空航天、电子器件等多个领域。目前实现超疏水的策略主要有两种，一种是在具有微纳米粗糙结构的表面上的修饰，另一种是在物体上构造出微纳米的粗糙结构。但是目前这些方法都存在制备方法复杂，周期长，使用有机溶剂，结构不稳定，不能快速大规模的制备等问题，在实际应用过程中存在着局限性。有机硅材料因其具有较低的表面能，具有一定的疏水性。如何在其表面构筑出稳定的微纳米结构是一个挑战。到目前为止一直都没有一种能够快速制备硅橡胶泡沫稳定超疏水表面的方法。
申请号cn201811556631.6的专利公开了一种在硅橡胶表面制备超疏水表面的方法，涉及高电压外绝缘领域，具体包括如下步骤：步骤一：将硅橡胶试样分别用去离子水和无水乙醇冲洗擦拭表面污物，自然晾干；步骤二：量取0.800g的硬脂酸，并将硬脂酸倒入盛有20ml无水乙醇溶液的烧杯一中，通过磁力搅拌器进行搅拌；步骤三：然后称取1.5g氧化锌粉末，然后将氧化锌粉末加入烧杯一的溶液中，通过磁力搅拌器进行搅拌；步骤四：采用高压试验装置对硅橡胶表面进行电晕处理；步骤五：立即将配置好的溶液用刷子均匀涂覆到电晕处理后硅橡胶表面，然后放进鼓风干燥箱干燥40℃，干燥30分钟，取出室温晾干即可。该专利技术能够制备出疏水的表面但是需要高电压处理存在较大的危险，且是通过加入氧化锌粉末处理得到的表面，势必会影响材料本身的性能。且相比于本发明处理速度依旧较慢，且修复表面的困难很大，工艺相对复杂。
申请号cn201510198204.5的发明专利公开了一种硅橡胶超疏水表面的简易通用制备方法，第一步，将二羟基聚二甲基硅氧烷，固化剂，催化剂二月桂酸二正丁基锡和溶剂正己烷配置成粘稠溶液，在基材上浇铸成500～2000μm厚度的膜；第二步，将10～50份的粉末添加剂(紫铜粉、镍粉、锌粉、炭黑、石墨粉、二氧化硅粉末、二氧化钛、普通硅酸盐水泥粉、石膏粉、钛酸钡粉、聚偏氟乙烯粉、聚苯硫醚粉)通过200目尼龙丝网后均匀散落在新制的室温硫化硅橡胶粘稠溶液表面；第三步，室温固化24小时后将表面残余粉末用大量自来水冲洗去除即得到橡胶超疏水表面。但是该发明需要在制备过程中就混入疏水填料，无法再次制备，且固化时间较长。
现在有些方法(比如浸涂组装法、模板法等)是能使泡沫材料表面形成超疏水的表面，但是存在一些各自的局限性：制备的超疏水表面稳定性不高，制备周期长工艺复杂，需要在表面加上其他成分的涂层，界面结合难，且制备的表面存在后期再修复困难，不耐磨的问题，无法达到快速稳定的超疏水效果。因此，开发出一种可大规模快速制备且性能稳定的超疏水表面的方法，具有非常重要的意义。
技术实现要素：
本发明的发明目的是提供一种超快速制备表面超疏水硅橡胶泡沫的方法及其产品，该方法能够在硅橡胶泡沫表面上快速且大面积稳定的制备超疏水表面，且该工艺制作的流程非常简单，疏水表面制备效率高的优点，该方法还能够快速简单的重复制备出疏水表面，使得后期维护简单，且该发明不但能够使材料表面达到超疏水，自清洁的效果，且无需外加涂层不会影响材料自己本身的性能，兼具绿色环保，耐磨耐腐蚀的特点。
一种超快速制备表面超疏水硅橡胶泡沫的方法，包括：将阻燃硅橡胶泡沫样品靠近600～1700℃的火焰直至火焰外焰与样品表面的距离为8～15mm，并在该距离下使火焰与样品沿所述样品表面方向发生相对位移，形成稳定的超疏水表面，所述样品相对于火焰的移动速度为3～10cm/s。
研究发现，上述方法中的火焰温度、与样品表面的距离以及相对于样品的移动速度是实现本发明在不影响硅橡胶泡沫本身性能的前提下得到稳定超疏水表面的目的的关键，需同时控制，缺一不可。其中，600～1700℃的火焰温度和8～15mm的火焰外焰与样品表面的距离使得材料表面充分处理且不会改变材料内部的力学性能，最大程度上保持材料本身的优势特点；3～10cm/s的处理速度使得材料的疏水表面均匀，能够使得材料达到稳定的超疏水的效果，而且不会出现大量破坏材料的原始结构的现象出现，不会影响材料的内在性能。
本发明的基本原理是：上述特定速度、特定火焰温度和距离处理后得到超疏水表面，高温火焰处理使得材料原本光滑的表面结构出现了类似褶皱状的结构，火焰快速攻击过程中，硅橡胶泡沫外围的含硅链段发生热降解，生成外围的粗糙微纳米二氧化硅颗粒结构，但是内部链段连接完整，依然能够很好的将外围氧化的纳米二氧化硅牢牢的固定住，同时使用的火焰在高温处理时，火焰热场冲击硅橡胶表面形成一系列类似于波纹状的微观褶皱粗糙表面，同时燃烧时产生的碳与硅相互作用反应也会促进结构稳定的微纳米疏水表面的形成，随着火焰处理时间的增长，微纳米结构快速累计，直到达到超疏水表面，这样的处理也使得表面的粗糙结构不易流失，结构非常的稳定。火焰处理的时间需要保持一定的时间，通过上述特定的相对移动速度来进行控制，但随着时间的增长，内部的硅链段开始降解，生成完全的二氧化硅纳米颗粒，内部化学键的破坏导致，表面生成的氧化硅颗粒结构树变成烟灰结构沉积在泡沫表面，而沉积的烟灰容易流失，所以火焰处理时间过长，将会导致硅橡胶泡沫表面的疏水结构不稳定。
本发明方法中，火焰与样品相对位移的发生可采用传送带等装置，固定火焰移动样品或固定样品移动火焰均可。
优选地，所述阻燃硅橡胶泡沫样品的尺寸为长×宽×高＝300mm×100mm×10mm。
作为优选，火焰源为酒精喷枪。以乙醇为燃料，清洁无杂质，不会影响硅橡胶泡沫表面疏水层和本体的性质。
作为优选，预先点燃火焰并保持3～5min使火焰温度稳定。
作为优选，所述火焰的高度为9～11cm，截面直径为1～3cm。
作为优选，所述相对位移为匀速移动，使疏水表面均匀形成，可使用传送带等装置实现匀速移动。
作为优选，所述阻燃硅橡胶泡沫样品的阻燃等级为ul94-v1或ul94-v0级。
所述火焰的温度优选为1200～1400℃，所述样品相对于火焰的移动速度优选为5～8cm/s，所得到的样品耐磨损能力和抗污能力最佳。
本发明还提供了所述的方法制备得到的表面超疏水硅橡胶泡沫。
本发明利用高温火焰表面处理的方法可以在硅橡胶泡沫表面上构造出微纳的粗糙结构表面形成超疏水表面。
本发明与现有技术相比，主要优点包括：
一、高温火焰表面处理的方法，在高温处理的过程中材料表面自身得到氧化，获得外围氧化内侧紧密相连的纳米颗粒得到表面超疏水的粗超结构，可以在硅橡胶泡沫表面达到与自身结合能力非常好的超疏水结构。
二、高温火焰表面处理的方法制得的表面具有优良的疏水性能和自清洁以及抗污耐磨的优秀能力。
三、高温火焰表面处理的方法无需使用到对环境不友好且价格昂贵的有机溶剂，是一种绿色的处理方法，值得大量推广。
四、高温火焰表面处理的方法得到的超疏水表面，粗糙度非常高，且经过火焰处理后外围氧化后得到的表面粗糙的氧化硅颗粒，内侧依然能够很好的链接在一起，得到的微纳米颗粒表面非常稳定，摩擦后粗颗粒依旧能够很好的附着在表面上，表现出优秀的耐腐蚀和耐污染性能。
五、高温火焰表面处理的方法非常的快速，能在非常短的时间内达到超疏水，大量的节约了处理时间，工艺流程简单，处理成本低，能够适用于大尺寸制备。
六、高温火焰表面处理的方法制备出来的表面稳定性非常的好，制备效率高，能够快速的大规模制备，节约成本，并且后期的维护再次生成疏水表面的制备速度也非常快速。
附图说明
图1为本发明使用的一种未处理的硅橡胶泡沫的表面sem及液滴接触角照片；
图2为实施例1火焰处理后的硅橡胶泡沫的表面sem形貌及液滴接触角照片；
图3为对比例1处理后的硅橡胶泡沫的照片；
图4为实施例2火焰处理后的硅橡胶泡沫的表面sem形貌及液滴接触角照片；
图5为实施例2火焰处理后，摩擦实验后的硅橡胶泡沫的表面sem形貌照片；
图6为实施例2火焰处理后的硅橡胶泡沫的抗污和高低温下的抗污性能实验结果照片；
图7为实施例4火焰处理后的硅橡胶泡沫的表面sem形貌及液滴接触角照片。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
本发明使用的一种未处理的硅橡胶泡沫的表面sem及液滴接触角照片如图1所示，样品微观表面光滑，接触角约为118°，滚动角大于90°。
摩擦处理：用100g砝码和200目的砂纸对硅泡沫耐磨性进行测试。将一块尺寸为2cm×2cm的待测样品放到100g砝码底部，随后将待测样品和砝码放置在一张200目的砂纸上，并水平拉动10cm，该过程定义为一次磨损实验，循环摩擦20次后进行观察。
防污性能的测试：分别测试酸(ph＝1盐酸水溶液)/盐(5.0mol/l氯化钠水溶液)/碱(ph＝14氢氧化钠水溶液)水溶液与泡沫的接触角，以及与低温(4℃)和高温(90℃)的水溶液与泡沫的接触角实验。
实施例1
一种超快速制备表面超疏水硅橡胶泡沫的方法，基体材料为硅橡胶泡沫，其步骤如下：
将阻燃硅橡胶泡沫样品裁剪成长×宽×高＝300mm×100mm×10mm的规格，将泡沫样品固定在传送带上，通过调节传送带的速度为3cm/s，实现10s的火焰处理时间。调整火焰的温度为700℃。火焰外焰与样品的距离为8～15mm。
实施例1火焰处理后的硅橡胶泡沫的表面sem形貌及液滴接触角照片如图2所示，样品微观表面有小褶皱，疏水角有增加约达到135°，滚动角约达到30°。
实施例1中高温火焰处理后材料能达到较为稳定的疏水表面，摩擦实验后材料表面结构有较大的磨损，而且材料表面达不到超疏水的效果。
对比例1
将阻燃硅橡胶泡沫样品裁剪成长×宽×高＝300mm×100mm×10mm的规格，将样品放入调整温度为600℃的烘箱中处理10秒，取出泡沫样品冷却装袋。
对比例1处理后的硅橡胶泡沫的照片如图3所示。样品在砝码压过以后，表面有较多脱落，结构非常不稳定。
对比例1的样品处理完以后能够达到表面的超疏水，抗污能力非常高，但是结构破坏严重，砝码压过以后表面有很大脱落，力学性能损失非常大，说明无法通过长时间的烘箱高温处理来达到稳定的表面超疏水。
实施例2
一种超快速制备表面超疏水硅橡胶泡沫的方法，基体材料为硅橡胶泡沫，其步骤如下：
将阻燃硅橡胶泡沫样品裁剪成长×宽×高＝300mm×100mm×10mm的规格，将泡沫样品固定在传送带上，通过调节传送带的速度为5cm/s，实现6s的火焰处理时间。调整火焰的温度为1200℃。火焰外焰与样品表面的距离为8～15mm。
实施例2火焰处理后的硅橡胶泡沫的表面sem形貌及液滴接触角照片如图4所示。样品微观表面有大量褶皱，结构粗糙，疏水角有所增加约达到158°，滚动角小于5°。
实施例2火焰处理后，摩擦实验后的硅橡胶泡沫的表面sem形貌照片如图5所示。摩擦实验以后，处理的样品表面依旧拥有粗超的微观纳米表面，硅纳米颗粒依旧牢牢的附着在样品表面。
实施例2火焰处理后的硅橡胶泡沫的抗污和高低温下的抗污性能实验结果如图6所示。经过污染处理以后，处理后的样品在不同污染条件下都能达到非常好的疏水效果。
实施例2中高温火焰处理后材料能够达到稳定的疏水效果，摩擦后表面结构依旧稳定，摩擦后表面二氧化硅纳米结构依然牢牢吸附在表面。
实施例3
一种超快速制备表面超疏水硅橡胶泡沫的方法，基体材料为硅橡胶泡沫，其步骤如下：
将阻燃硅橡胶泡沫样品裁剪成长×宽×高＝300mm×100mm×10mm的规格，将泡沫样品固定在传送带上，通过调节传送带的速度为5cm/s，实现6s的火焰处理时间。调整火焰的温度为1300℃。火焰外焰与样品表面的距离为8～15mm。
实施例3中高温火焰处理后材料能够达到较稳定的疏水表面，且达到超疏水的效果，经过污染处理以后，处理后的样品在不同污染条件下都能达到非常好的疏水效果，经过摩擦实验以后表面结构依旧稳定，表面二氧化硅颗粒结构依然牢牢吸附在表面。
实施例4
一种超快速制备表面超疏水硅橡胶泡沫的方法，基体材料为硅橡胶泡沫，其步骤如下：
将阻燃硅橡胶泡沫样品裁剪成长×宽×高＝300mm×100mm×10mm的规格，将泡沫样品固定在传送带上，通过调节传送带的速度为5cm/s，实现6s的火焰处理时间。调整火焰的温度为1400℃。火焰外焰与样品表面的距离为8～15mm。
实施例4火焰处理后的硅橡胶泡沫的表面sem形貌及液滴接触角照片如图7所示。样品微观表面有大量褶皱，结构粗糙，疏水角增加到160°，滚动角小于3°。
实施例4中高温火焰处理后材料能够达到较稳定的疏水表面，且达到超疏水的效果，经过污染处理以后，处理后的样品在不同污染条件下都能达到非常好的疏水效果，经过摩擦实验以后表面结构依旧稳定，表面二氧化硅颗粒结构依然牢牢吸附在表面。
实施例5
一种超快速制备表面超疏水硅橡胶泡沫的方法，基体材料为硅橡胶泡沫，其步骤如下：
将阻燃硅橡胶泡沫样品裁剪成长×宽×高＝300mm×100mm×10mm的规格，将泡沫样品固定在传送带上，通过调节传送带的速度为6cm/s，实现5s的火焰处理时间。调整火焰的温度为1200℃。火焰外焰与样品表面的距离为8～15mm。
实施例5中高温火焰处理后材料能够达到较稳定的疏水表面，且达到超疏水的效果，经过污染处理以后，处理后的样品在不同污染条件下都能达到非常好的疏水效果，经过摩擦实验以后表面结构依旧稳定，表面二氧化硅颗粒结构依然牢牢吸附在表面。
实施例6
一种超快速制备表面超疏水硅橡胶泡沫的方法，基体材料为硅橡胶泡沫，其步骤如下：
将阻燃硅橡胶泡沫样品裁剪成长×宽×高＝300mm×100mm×10mm的规格，将泡沫样品固定在传送带上，通过调节传送带的速度为7cm/s，约4.29s的火焰处理时间走完泡沫样品的长边。调整火焰的温度为1200℃。火焰外焰与样品表面的距离为8～15mm。
实施例6中高温火焰处理后材料能够达到较稳定的疏水表面，且达到超疏水的效果，经过污染处理以后，处理后的样品在不同污染条件下都能达到非常好的疏水效果，经过摩擦实验以后表面结构依旧稳定，表面二氧化硅颗粒结构依然牢牢吸附在表面。
实施例7
一种超快速制备表面超疏水硅橡胶泡沫的方法，基体材料为硅橡胶泡沫，其步骤如下：
将阻燃硅橡胶泡沫样品裁剪成长×宽×高＝300mm×100mm×10mm的规格，将泡沫样品固定在传送带上，通过调节传送带的速度为8cm/s，实现3.75s的火焰处理时间。调整火焰的温度为1200℃。火焰外焰与样品表面的距离为8～15mm。
实施例7中高温火焰处理后材料能够达到较稳定的疏水表面，且达到超疏水的效果，经过污染处理以后，处理后的样品在不同污染条件下都能达到非常好的疏水效果，经过摩擦实验以后表面结构依旧稳定，表面二氧化硅颗粒结构依然牢牢吸附在表面。
此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
1.一种超快速制备表面超疏水硅橡胶泡沫的方法，其特征在于，包括：将阻燃硅橡胶泡沫样品靠近600～1700℃的火焰直至火焰外焰与样品表面的距离为8～15mm，并在该距离下使火焰与样品沿所述样品表面方向发生相对位移，形成稳定的超疏水表面，所述样品相对于火焰的移动速度为3～10cm/s。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阻燃硅橡胶泡沫样品的尺寸为长×宽×高＝300mm×100mm×10mm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，火焰源为酒精喷枪。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，预先点燃火焰并保持3～5min使火焰温度稳定。
5.根据权利要求1、3或4所述的方法，其特征在于，所述火焰的高度为9～11cm，截面直径为1～3cm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相对位移为匀速移动。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阻燃硅橡胶泡沫样品的阻燃等级为ul94-v1或ul94-v0级。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述火焰的温度为1200～1400℃，所述样品相对于火焰的移动速度为5～8cm/s。
9.根据权利要求1～8任一权利要求所述的方法制备得到的表面超疏水硅橡胶泡沫。
技术总结