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一种超疏水 导线的制备方法

阅读：997发布：2020-09-05

专利汇可以提供一种超疏水导线的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种超疏水导线的制备方法，包括将单根导线缠绕到放线辊上，通过牵引作用依次连续地对单根导线进行表面预处理、喷砂处理、化学刻蚀处理、表面修饰处理和收线缠绕，得到成品导线。本发明的一种超疏水导线的制备方法中，采用喷砂处理导线表面形成微孔结构，化学刻蚀与表面活性剂协同形成结构优异的纳米结构，保证了本发明超疏水导线优良的超疏水性能。，下面是一种超疏水导线的制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种超疏水导线的制备方法，其特征在于，包括将单根导线缠绕到放线辊上，通过牵引作用依次连续地对单根导线进行表面预处理、喷砂处理、化学刻蚀处理、表面修饰处理、收线缠绕，得到成品导线，具体来说分为以下几个步骤：
（1）表面预处理：在40-45℃下依次用四氯化碳、无水乙醇和氢氧化钠溶液分别在30-
40kHz功率下超声清洗60-90min，然后用去离子水冲洗3-5min，得到单根预处理导线；
（2）喷砂处理：对步骤（1）中得到的单根预处理导线进行表面喷砂处理，即采用高速喷射机将250-300目的喷丸直接喷射到导线表面，得到单根微孔导线；
（3）化学刻蚀处理：将步骤（2）中得到的单根微孔导线浸入到刻蚀液中刻蚀处理1-
8min，刻蚀完成后，用去离子水冲洗3-5min，再进行烘干处理，得到单根刻蚀导线；
（4）表面修饰处理：将步骤（3）中的单根刻蚀导线浸入配制好的表面修饰液中，在30-
40kHz功率下超声处理30-60min，然后烘干，得到单根表面修饰导线；
（5）收线缠绕：将步骤（4）中的20-30根的单根表面修饰导线通过管绞机、叉绞机或笼绞机，绕制即得到超疏水导线。
2.根据权利要求1所述的一种超疏水导线的制备方法，其特征在于：所述导线为铝导线或铝合金导线。
3.根据权利要求1所述的一种超疏水导线的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述氢氧化钠溶液的浓度为0.5-1mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种超疏水导线的制备方法，其特征在于：所述刻蚀液包括以下按体积百分数计的原料：5-10%的的脂肪酸甲脂磺酸盐、90-95%的4mol/L的盐酸溶液。
5.根据权利要求1所述的一种超疏水导线的制备方法，其特征在于：所述表面修饰液包括以下按体积百分数计的原料：6-10%的六甲基二硅氧烷或环甲基硅氧烷、88-92%无水乙醇和2-4%的去离子水。

说明书全文

一种超疏水 导线的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及导线的制备方法，尤其是涉及一种超疏水导线的制备方法。

背景技术

[0002] 金属基底上超疏水表面性能有着广泛的应用前景，通常认为微米与纳米尺度相结合的复合粗糙结构以及低表面自由能是构成超疏水表面的两个必要条件。现有技术中用于形成金属铝表面粗糙结构的方法有化学方法和电化学方法两种，其中化学方法通常是用酸或碱腐蚀金属铝来获得粗糙结构，化学腐蚀方法简单，能快速获得微米级粗糙结构；电化学方法一般为阳极氧化法，阳极氧化法易形成均匀的纳米级粗糙结构，但加工时间较长，不利于大规模生产。申请号为2012104676813的中国专利，公开了一种铝超疏水表面的制备方法，包括以下步骤：一种铝超疏水表面的制备方法，包括如下步骤：提供铝基材；对铝基材表面进行前处理；对经前处理的铝基材表面进行喷砂处理，以在铝基材表面形成多个微米级的孔洞；对经喷砂处理的铝基材进行阳极氧化处理，以在喷砂形成的微米级孔洞内壁上进一步形成多个纳米级的孔洞；氟硅烷的无水乙醇均匀喷涂在经阳极氧化处理的铝基材表面并固化，以在铝基材表面形成氟硅烷修饰膜，但是该制备工艺复杂，消耗能源大，不利于节约生产。申请号为2015102897124的中国专利，公开了一种金属基超疏水表面的制备方法，该制备方法包括如下步骤：(1)将金属基表面浸入酸-盐混合液中，所述酸盐混合液由酸、金属盐和水组成；所述金属基中的金属与所述金属盐发生置换反应，所述金属基中的金属与所述酸发生刻蚀；(2)将经步骤(1)处理的金属基表面浸入表面修饰溶液中，所述表面修饰溶液为全氟硅烷水溶液；(3)将经步骤(2)处理的金属基表面烘干，冷却，即可得到具有超疏水表面的金属基，该发明仅仅重视金属基表面纳米结构的形成而忽略了另一个必备条件—微米级结构的存在，因此制备的超疏水导线性能不佳。

发明内容

[0003] 有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种超疏水导线的制备方法，解决了目前市场上超疏水导线性能不佳的问题。

[0004] 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种超疏水导线的制备方法，包括将单根导线缠绕到放线辊上，通过牵引作用依次连续地对单根导线进行表面预处理、喷砂处理、化学刻蚀处理、表面修饰处理、收线缠绕，得到成品导线，具体来说分为以下几个步骤：
（1）表面预处理：在40-45℃下依次用四氯化碳、无水乙醇和氢氧化钠溶液分别在30-
40kHz功率下超声清洗60-90min，然后用去离子水冲洗3-5min，得到单根预处理导线；
（2）喷砂处理：对步骤（1）中得到的单根预处理导线进行表面喷砂处理，即采用高速喷射机将250-300目的喷丸直接喷射到导线表面，得到单根微孔导线；
（3）化学刻蚀处理：将步骤（2）中得到的单根微孔导线浸入到刻蚀液中刻蚀处理1-
8min，刻蚀完成后，用去离子水冲洗3-5min，再进行烘干处理，得到单根刻蚀导线；
（4）表面修饰处理：将步骤（3）中的单根刻蚀导线浸入配制好的表面修饰液中，在30-
40kHz功率下超声处理30-60min，然后烘干，得到单根表面修饰导线；
（5）收线缠绕：将步骤（4）中的20-30根的单根表面修饰导线通过管绞机、叉绞机或笼绞机，绕制即得到超疏水导线。

[0005] 优选地，所述导线为铝导线或铝合金导线。

[0006] 优选地，步骤（1）中所述氢氧化钠溶液的浓度为0.5-1mol/L。

[0007] 优选地，所述刻蚀液包括以下按体积百分数计的原料：5-10%的的脂肪酸甲脂磺酸盐、90-95%的4mol/L的盐酸溶液。

[0008] 优选地，所述表面修饰液包括以下按体积百分数计的原料：6-10%的六甲基二硅氧烷或环甲基硅氧烷、88-92%无水乙醇和2-4%的去离子水。

[0009] 本发明的有益效果是：本发明的一种超疏水导线的制备方法中，采用喷砂处理导线表面形成微孔结构，化学刻蚀与表面活性剂协同形成结构优异的纳米结构，保证了本发明超疏水导线优良的超疏水性能，具体来说有以下几点：
（1）本发明中对预处理导线表面喷砂处理，采用高速喷射机将250-300目的喷丸直接喷射到导线表面，喷砂处理后可以在导线表面形成微米级的粗糙结构，而且还会形成有深有浅的孔洞，增大后续步骤中导线与化学刻蚀剂的接触面积，协同增强刻蚀效果。

[0010] （2）简单的化学刻蚀方法只能形成微米级疏水表面或者纳米级疏水表面，无法形成经典的纳米-微米混合结构，本发明采用脂肪酸甲脂磺酸盐溶液和盐酸溶液复配形成的化学刻蚀剂，脂肪酸甲脂磺酸盐是一种阴离子表面活性剂，利用阴离子表面活性剂-脂肪酸甲脂磺酸盐对气泡的辅助作用，使得导线表面最终形成了纳米-微米混合结构，导线的超疏水十分优异。这是由于化学刻蚀过程实际上是盐酸腐蚀铝导线表面的过程，盐酸与铝产生氢气泡，脂肪酸甲脂磺酸盐会自发地吸附在这些氢气泡周围，同时脂肪酸甲脂磺酸盐的阴离子极性头会吸附带正电的氢离子围绕氢气泡分布，这种分布模式导致了铝导线表面存在氢离子浓度差异，即接近气泡表面浓度高，远离气泡表面浓度低，因此铝导线接近气泡的表面则刻蚀速度快，而两个气泡之间的铝导线则刻蚀速度慢，最终形成了大尺度范围内的高低不平，形成铝导线表面纳米-微米混合结构，因此本发明的超疏水性能更加优异。

[0011] （3）本发明采用喷砂处理、化学刻蚀协同表面活性剂的工艺过程，层层递进，最后制备得到微米-纳米结构的超疏水表面，并且制备工艺简单，能耗低，适合大规模生产。

[0012] （4）本发明采用以体积百分数计的6-10%的六甲基二硅氧烷或环甲基硅氧烷、88-92%无水乙醇和2-4%的去离子水作为表面修饰液，经过表面修饰处理后的铝导线，铝导线表面的微米-纳米结构更加稳定，因此超疏水效果更为稳定。

具体实施方式

[0013] 下面结合实施例对本发明做进一步说明。

[0014] 实施例1一种超疏水导线的制备方法，包括将单根导线缠绕到放线辊上，通过牵引作用依次连续地对单根导线进行表面预处理、喷砂处理、化学刻蚀处理、表面修饰处理和收线缠绕，得到成品导线，具体来说分为以下几个步骤：
（1）表面预处理：在40℃下依次用四氯化碳、无水乙醇和0.5mol/L氢氧化钠溶液分别在
30Hz功率下超声清洗60min，然后用去离子水冲洗5min，得到单根预处理导线；
（2）喷砂处理：对步骤（1）中得到的单根预处理导线进行表面喷砂处理，即采用高速喷射机将250目的喷丸直接喷射到导线表面，得到单根微孔导线；
（3）化学刻蚀处理：将步骤（2）中得到的单根微孔导线浸入到刻蚀液中刻蚀处理2min，刻蚀完成后，用去离子水冲洗5min，再在50℃进行烘干处理，得到单根刻蚀导线，其中刻蚀液由5%体积百分数的的脂肪酸甲脂磺酸盐、95%体积百分数的4mol/L的盐酸溶液组成。

[0015] （4）表面修饰处理：将步骤（3）中的单根刻蚀导线浸入配制好的表面修饰液中，在30kHz功率下超声处理30min，然后60℃烘干，得到单根表面修饰导线，其中表面修饰液由6%体积百分数的六甲基二硅氧烷、88%体积百分数的无水乙醇和4%体积百分数的去离子水组成。

[0016] （5）收线缠绕：将步骤（4）中的20根单根表面修饰导线通过管绞机绕制即得到超疏水导线。

[0017] 其中，上述制备方法适用于铝导线。

[0018] 实施例2一种超疏水导线的制备方法，包括将单根导线缠绕到放线辊上，通过牵引作用依次连续地对单根导线进行表面预处理、喷砂处理、化学刻蚀处理、表面修饰处理和收线缠绕，得到成品导线，具体来说分为以下几个步骤：
（1）表面预处理：在45℃下依次用四氯化碳、无水乙醇和1mol/L氢氧化钠溶液分别在
40Hz功率下超声清洗90min，然后用去离子水冲洗3min，得到单根预处理导线；
（2）喷砂处理：对步骤（1）中得到的单根预处理导线进行表面喷砂处理，即采用高速喷射机将300目的喷丸直接喷射到导线表面，得到单根微孔导线；
（3）化学刻蚀处理：将步骤（2）中得到的单根微孔导线浸入到刻蚀液中刻蚀处理6min，刻蚀完成后，用去离子水冲洗3min，再在60℃进行烘干处理，得到单根刻蚀导线，其中刻蚀液由10%体积百分数的脂肪酸甲脂磺酸钠、90%体积百分数的4mol/L的盐酸溶液组成。

[0019] （4）表面修饰处理：将步骤（3）中的单根刻蚀导线浸入配制好的表面修饰液中，40Hz功率下超声处理30min，然后60℃烘干，得到单根表面修饰导线，其中表面修饰液由6%体积百分数的六甲基二硅氧烷、88%体积百分数的无水乙醇和4%体积百分数的去离子水组成。

[0020] （5）收线缠绕：将步骤（4）中的30根单根表面修饰导线通过叉绞机绕制即得到超疏水导线。

[0021] 其中，上述制备方法适用于铝合金导线。

[0022] 实施例3一种超疏水导线的制备方法，包括将单根导线缠绕到放线辊上，通过牵引作用依次连续地对单根导线进行表面预处理、喷砂处理、化学刻蚀处理、表面修饰处理和收线缠绕，得到成品导线，具体来说分为以下几个步骤：
（1）表面预处理：在43℃下依次用四氯化碳、无水乙醇和0.7mol/L氢氧化钠溶液分别在
35Hz功率下超声清洗70min，然后用去离子水冲洗4min，得到单根预处理导线；
（2）喷砂处理：对步骤（1）中得到的单根预处理导线进行表面喷砂处理，即采用高速喷射机将300目的喷丸直接喷射到导线表面，得到单根微孔导线；
（3）化学刻蚀处理：将步骤（2）中得到的单根微孔导线浸入到刻蚀液中刻蚀处理5min，刻蚀完成后，用去离子水冲洗5min，再在50℃进行烘干处理，得到单根刻蚀导线，其中刻蚀液由7%体积百分数的脂肪酸甲脂磺酸钠、88%体积百分数的4mol/L的盐酸溶液组成、5%的
3mol/L的氯化铁溶液。

[0023] （4）表面修饰处理：将步骤（3）中的单根刻蚀导线浸入配制好的表面修饰液中，在35Hz功率下超声处理60min，然后70℃烘干，得到单根表面修饰导线，其中表面修饰液由7%体积百分数的六甲基二硅氧烷、90%体积百分数的无水乙醇和3%体积百分数的去离子水组成。

[0024] （5）收线缠绕：将步骤（4）中的28根单根表面修饰导线通过笼绞机绕制即得到超疏水导线。

[0025] 其中，上述制备方法适用于铝导线。

[0026] 实施例4一种超疏水导线的制备方法，包括将单根导线缠绕到放线辊上，通过牵引作用依次连续地对单根导线进行表面预处理、喷砂处理、化学刻蚀处理、表面修饰处理和收线缠绕，得到成品导线，具体来说分为以下几个步骤：
（1）表面预处理：在42℃下依次用四氯化碳、无水乙醇和0.6mol/L氢氧化钠溶液分别在
38Hz功率下超声清洗80min，然后用去离子水冲洗5min，得到单根预处理导线；
（2）喷砂处理：对步骤（1）中得到的单根预处理导线进行表面喷砂处理，即采用高速喷射机将260目的喷丸直接喷射到导线表面，得到单根微孔导线；
（3）化学刻蚀处理：将步骤（2）中得到的单根微孔导线浸入到刻蚀液中刻蚀处理8min，刻蚀完成后，用去离子水冲洗3min，再在60℃进行烘干处理，得到单根刻蚀导线，其中刻蚀液由6%体积百分数的脂肪酸甲脂磺酸钠、94%体积百分数的4mol/L的盐酸溶液组成。

[0027] （4）表面修饰处理：将步骤（3）中的单根刻蚀导线浸入配制好的表面修饰液中，在38Hz功率下超声处理40min，然后50℃烘干，得到单根表面修饰导线，其中表面修饰液由6%体积百分数的环甲基硅氧烷、92%体积百分数的无水乙醇和2%体积百分数的去离子水组成。

[0028] （5）收线缠绕：将步骤（4）中的26根单根表面修饰导线通过笼绞机绕制即得到超疏水导线。

[0029] 其中，上述制备方法适用于铝合金导线。

[0030] 实施例5一种超疏水导线的制备方法，包括将单根导线缠绕到放线辊上，通过牵引作用依次连续地对单根导线进行表面预处理、喷砂处理、化学刻蚀处理、表面修饰处理和收线缠绕，得到成品导线，具体来说分为以下几个步骤：
（1）表面预处理：在41℃下依次用四氯化碳、无水乙醇和0.5mol/L氢氧化钠溶液分别在
32Hz功率下超声清洗90min，然后用去离子水冲洗3min，得到单根预处理导线；
（2）喷砂处理：对步骤（1）中得到的单根预处理导线进行表面喷砂处理，即采用高速喷射机将280目的喷丸直接喷射到导线表面，得到单根微孔导线；
（3）化学刻蚀处理：将步骤（2）中得到的单根微孔导线浸入到刻蚀液中刻蚀处理7min，刻蚀完成后，用去离子水冲洗5min，再在50℃进行烘干处理，得到单根刻蚀导线，其中刻蚀液由7%体积百分数的脂肪酸甲脂磺酸钾、93%体积百分数的4mol/L的盐酸溶液组成。

[0031] （4）表面修饰处理：将步骤（3）中的单根刻蚀导线浸入配制好的表面修饰液中，在32Hz功率下超声处理60min，然后70℃烘干，得到单根表面修饰导线，其中表面修饰液由7%体积百分数的环甲基硅氧烷、90%体积百分数的无水乙醇和3%体积百分数的去离子水组成。

[0032] （5）收线缠绕：将步骤（4）中的25根单根表面修饰导线通过管绞机绕制即得到超疏水导线。

[0033] 其中，上述制备方法适用于铝导线。

[0034] 实施例6一种超疏水导线的制备方法，包括将单根导线缠绕到放线辊上，通过牵引作用依次连续地对单根导线进行表面预处理、喷砂处理、化学刻蚀处理、表面修饰处理和收线缠绕，得到成品导线，具体来说分为以下几个步骤：
（1）表面预处理：在42℃下依次用四氯化碳、无水乙醇和0.9mol/L氢氧化钠溶液分别在
35Hz功率下超声清洗60min，然后用去离子水冲洗5min，得到单根预处理导线；
（2）喷砂处理：对步骤（1）中得到的单根预处理导线进行表面喷砂处理，即采用高速喷射机将270目的喷丸直接喷射到导线表面，得到单根微孔导线；
（3）化学刻蚀处理：将步骤（2）中得到的单根微孔导线浸入到刻蚀液中刻蚀处理4min，刻蚀完成后，用去离子水冲洗3min，再在60℃进行烘干处理，得到单根刻蚀导线，其中刻蚀液由3%体积百分数的脂肪酸甲脂磺酸钠、3%体积百分数的单烷基醚磷酸酯钾、94%体积百分数的4mol/L的盐酸溶液组成。

[0035] （4）表面修饰处理：将步骤（3）中的单根刻蚀导线浸入配制好的表面修饰液中，超声50min，然后60℃烘干，得到单根表面修饰导线，其中表面修饰液由8%体积百分数的环甲基硅氧烷、88%体积百分数的无水乙醇和4%体积百分数的去离子水组成。

[0036] （5）收线缠绕：将步骤（4）中的27根单根表面修饰导线通过笼绞机绕制即得到超疏水导线。

[0037] 其中，上述制备方法适用于铝合金导线。

[0038] 实施例7一种超疏水导线的制备方法，包括将单根导线缠绕到放线辊上，通过牵引作用依次连续地对单根导线进行表面预处理、喷砂处理、化学刻蚀处理、表面修饰处理和收线缠绕，得到成品导线，具体来说分为以下几个步骤：
（1）表面预处理：在43℃下依次用四氯化碳、无水乙醇和1mol/L氢氧化钠溶液分别在
34Hz功率下超声清洗80min，然后用去离子水冲洗3min，得到单根预处理导线；
（2）喷砂处理：对步骤（1）中得到的单根预处理导线进行表面喷砂处理，即采用高速喷射机将260目的喷丸直接喷射到导线表面，得到单根微孔导线；
（3）化学刻蚀处理：将步骤（2）中得到的单根微孔导线浸入到刻蚀液中刻蚀处理1min，刻蚀完成后，用去离子水冲洗3min，再在50℃进行烘干处理，得到单根刻蚀导线，其中刻蚀液由8%体积百分数脂肪酸甲脂磺酸钠、92%体积百分数的4mol/L的盐酸溶液组成。

[0039] （4）表面修饰处理：将步骤（3）中的单根刻蚀导线浸入配制好的表面修饰液中，在35Hz功率下超声处理40min，然后50℃烘干，得到单根表面修饰导线，其中表面修饰液由10%体积百分数的环甲基硅氧烷、88%体积百分数的无水乙醇和2%体积百分数的去离子水组成。

[0040] （5）收线缠绕：将步骤（4）中的24根单根表面修饰导线通过叉绞机绕制即得到超疏水导线。

[0041] 其中，上述制备方法适用于铝导线。

[0042] 实施例8一种超疏水导线的制备方法，包括将单根导线缠绕到放线辊上，通过牵引作用依次连续地对单根导线进行表面预处理、喷砂处理、化学刻蚀处理、表面修饰处理和收线缠绕，得到成品导线，具体来说分为以下几个步骤：
（1）表面预处理：在42℃下依次用四氯化碳、无水乙醇和0.8mol/L氢氧化钠溶液分别在
40Hz功率下超声清洗90min，然后用去离子水冲洗5min，得到单根预处理导线；
（2）喷砂处理：对步骤（1）中得到的单根预处理导线进行表面喷砂处理，即采用高速喷射机将300目的喷丸直接喷射到导线表面，得到单根微孔导线；
（3）化学刻蚀处理：将步骤（2）中得到的单根微孔导线浸入到刻蚀液中刻蚀处理5min，刻蚀完成后，用去离子水冲洗5min，再在40℃进行烘干处理，得到单根刻蚀导线，其中刻蚀液由7%体积百分数的脂肪酸甲脂磺酸钠、93%体积百分数的4mol/L的盐酸溶液组成。

[0043] （4）表面修饰处理：将步骤（3）中的单根刻蚀导线浸入配制好的表面修饰液中，在40Hz功率下超声处理60min，然后40℃烘干，得到单根表面修饰导线，其中表面修饰液由6%体积百分数的环甲基硅氧烷、90%体积百分数的无水乙醇和4%体积百分数的去离子水组成。

[0044] （5）收线缠绕：将步骤（4）中的23根单根表面修饰导线通过叉绞机绕制即得到超疏水导线。

[0045] 其中，上述制备方法适用于铝导线。

[0046] 对上述实施例1-8中制得的超疏水导线进行接触角和静态接触角进行测量，其性能测试结果见表1。项目接触角/° 静态接触角/°
实施例1 155 6
实施例2 151 5
实施例3 167 3
实施例4 159 6
实施例5 152 6
实施例6 166 3
实施例7 158 6
实施例8 160 5

[0047] 由测试结构可知，本发明实施例6中采用阴离子表面活性剂脂肪酸甲脂磺酸钠和单烷基醚磷酸酯钾复配使用，两种表面活性剂的阴离子极性头的分子量大小不同，在使用过程中协同产生了意想不到的效果，制得的疏水导线接触高达167°，静态接触角只有3°，超疏水效果十分优异；本发明实施例3中采用由7%体积百分数的脂肪酸甲脂磺酸钠、88%体积百分数的4mol/L的盐酸溶液组成和5%体积百分数的3mol/L的氯化铁溶液组成的化学刻蚀液，此时，导线表面的铝原子一方面与盐酸反应生成气泡形成纳米结构，另一方面，铝原子会置换氯化铁溶液中的铁离子，反应生成的铁原子附着在导线表面，形成比纳米结构更细微的超纳米结构，

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