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南京航空航天大学【双层嵌入结构环氧基超疏水涂层:机械耐久性与耐腐蚀性】

2026-04-02 05:09:59

南京航空航天大学【双层嵌入结构环氧基超疏水涂层：机械耐久性与耐腐蚀性】

【引用格式】Wang H, Zhu W, Shen Y, et al. Mechanical durability and corrosion resistance of epoxy based superhydrophobic coating with double-layer embedded structure[J]. Polymer, 2026, 343: 129467.

海洋等高盐高湿环境中，超疏水涂层易与基材剥离、耐腐蚀性不足，限制其对金属的长效防护。

本研究设计双层嵌入结构环氧基超疏水涂层（FCEC）：底层为环氧粘结层，顶层为氟化碳纳米管（F-CNT）/ 环氧复合层。F-CNT 调控表面微纳乳突结构，形成稳定 “空气 cushion” 阻挡腐蚀介质；环氧双层嵌入增强与 Q235 碳钢基材的结合力，粘结强度达 30 MPa。涂层 WCA 最高 162.41°，经 500 次磨损、350 次胶带剥离后仍保持疏水；盐雾测试 30 天仅轻微腐蚀，极化电阻达 2.8×10⁶ Ω・cm²，为海洋、工业环境金属防护提供耐用方案。

1.双层嵌入结构增强附着力

底层环氧与基材紧密结合，顶层 F-CNT / 环氧嵌入底层，粘结强度 30 MPa，较硅烷偶联剂粘结层提升 33.3%。

2.F-CNT 调控表面功能

F-CNT 既降低表面能，又构建微纳乳突结构，形成 “空气 cushion”，显著阻碍腐蚀介质渗透。

3.极端机械耐久性

可耐受 500 次砂纸磨损、350 次胶带剥离、120 h 水流冲击，仍保持疏水性能，解决超疏水涂层易磨损缺陷。

4.强耐腐蚀性

盐雾环境中 30 天仍有效防护，电化学阻抗远高于纯环氧涂层，对 Cl⁻、Na⁺等腐蚀离子阻隔性优异。

图1. CNT 改性过程。

图2. F-CNT@EP 超疏水涂层的制备过程。

图3. (a) 水滴在改性前纳米颗粒上的状态；(b) 水滴在改性后纳米颗粒上的状态；(c) 改性前纳米颗粒的微观形貌；(d) 改性后纳米颗粒的微观形貌；(e) 纳米颗粒改性前后的 FTIR 光谱；(f) 纳米颗粒改性前后的 XPS 全谱；(g) CNT 的高分辨率 C 1s 谱；(h) F-CNT 的高分辨率 C 1s 谱；(i) F-CNT 的高分辨率 F 1s 谱；(j) F-CNT 的高分辨率 O 1s 谱；(k) F-CNT 的高分辨率 Si 2p 谱。

图4.(a) FCEC 接触角与 F-CNT 含量的关系；(b) 纯环氧树脂表面的微观形貌；(c) F-CNT 含量为 30% 时的微观形貌；(d) FCEC 表面的 EDS 分析。

图5.(a–d) 不同 F-CNT 含量下的三维形貌图像。

图6.(a) 不同粘结层的拉拔强度；(b) 以硅烷偶联剂为粘结层的耐磨测试；(c) 胶带剥离试验及胶带附着力损失示意图；(d) 摩擦磨损试验及摩擦损失示意图。

图 7：(a) FCEC 在 3.5% NaCl 溶液中的极化曲线；(b, d) 超疏水涂层的电化学阻抗谱 Bode 图；(c, e) 超疏水涂层的电化学阻抗谱 Nyquist 图；(f) Q235/EP/30%/60% 样品在 3.5 wt% NaCl 水溶液中浸泡后的等效电路模型。

图 8：(a–c) 不同时间段的盐雾试验照片；(d–f) 盐雾试验前后样品的表面形貌；(g) 盐雾试验前后表面元素分布；(h) 盐雾试验后涂层表面的三维形貌图像；(i) 盐雾试验后涂层表面的 XPS 分析。

图 9：(a, b) 盐雾腐蚀后超疏水涂层的电化学阻抗谱 Bode 图；(c–f) 盐雾腐蚀后超疏水涂层的电化学阻抗谱 Nyquist 图；(g) 盐雾试验前样品在 3.5 wt% NaCl 水溶液中的等效电路模型；(h) 10 天盐雾试验后样品在 3.5 wt% NaCl 水溶液中的等效电路模型；(i) 20 天和 30 天盐雾试验后样品在 3.5 wt% NaCl 水溶液中的等效电路模型。