Fabrication and characterization of a regenerative superhydrophobic silicone-based coating for electrical insulators

Electrical power systems, and more specifically electrical insulators are vulnerable to losing their functionality in severe meteorological conditions. Accumulation of ice or pollution can harm the electrical insulators. A layer of pollution can lead to accumulation of a conductive layer on top of the insulator. The contaminated high-voltage insulator in wet conditions could lead into a leakage current which flows through the surface of the insulator. This layer of conductive material on the insulator can lead to flashover which could result in the breakdown of the insulator. Therefore, anti-icing and self-cleaning coatings could be of great interest for electrical insulators. Superhydrophobic coatings have the potential to be used for anti-icing and self-cleaning properties. A lot of researchers have been focused on superhydrophobicity, yet most of the research carried out in this domain lack durability studies and the developed coatings have small life spans under harsh environmental conditions. Regenerative superhydrophobic coatings could solve this problem. These coatings will regain their superhydrophobicity after being ruptured or degraded. This research aims to fabricate silicone-based regenerative superhydrophobic coatings and study their durability and consequently their potential applications in electrical insulators. With that said, a superhydrophobic coating containing hydrophobic aerogel microparticles and polydimethylsiloxane modified silica nanoparticles within a PDMS based matrix containing Trifluoropropyl POSS (F-POSS) and Xiamater PMX-series silicone oil as superhydrophobicity regenerating agents were fabricated by spin-coating method. The fabricated coating showed a contact angle of 169.5° and a contact angle hysteresis of 6°. The self-cleaning ability of the developed coating was attested and studied by dry contamination test. The superhydrophobicity regeneration of the developed coating was also put at the test by plasma deterioration and various pH immersions. The developed regenerative superhydrophobic coating showed promising performance in both tests compared to the reference samples. The developed regenerative coatings lasted longer in various pH environments before losing their superhydrophobicity and regained their superhydrophobicity after the loss. These samples were able to regain their superhydrophobicity after the loss of superhydrophobicity due to plasma deterioration, which was not the case for the reference samples. The surface topography and chemical composition of the coating were observed via Profilometry, scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Additionally, the coating presented icephobic properties. The ice adhesion measurement of the developed coating was examined by ice push-off test and centrifuge test and evaluated by repeating the test in cycles to demonstrate the regeneration ability of the developed coating. A graphical abstract of the principle of the current research is presented in (Figure 2). L'équipement électrique et plus spécifiquement les isolateurs sont plus vulnérables de perdre leur efficacité dans des conditions météorologiques sévères. L'accumulation de glace ou de pollution peut endommager les isolateurs électriques. Une couche de polluants peut mener à l'accumulation d'une pellicule conductrice sur les isolants. Les isolateurs haut tension contaminés, dans des conditions humides peuvent mener à une fuite de courant électrique qui se répandra sur la surface de l'isolateur. Cette couche de matériaux conducteurs accumulée sur l'isolateur peut mener à contournement électrique qui peut résulter en une perte totale de l'isolateur. Par conséquent, les revêtements anti-givrage et auto-nettoyants pourraient profiter aux isolateurs électriques. Les revêtements superhydrophobes ont le potentiel d'être utilisés pour leurs propriétés anti-givrantes et auto-nettoyantes. Plusieurs chercheurs ont mené des travaux sur la superhydrophobicité. Malgré cela, la plupart des recherches menée dans ce domaine manque à montrer la durabilité des revêtements qui ont une courte durée de vie en conditions environnementales difficiles. Les revêtements superhydrophobes régénératifs peuvent résoudre ce problème. Ces revêtements récupèrent leur superhydrophobicité après avoir été endommagés ou dégradés. Cette recherche a pour but de concevoir des revêtements superhydrophobes régénératifs à base de silicone et d'étudier leur durabilité et, par conséquence, leur potentielle utilité pour les isolateurs électriques. Cela dit, un revêtement superhydrophobe contenant des microparticules et des nanoparticules dans une matrice à base de PDMS contenant du trifluoropropyl POSS (F-POSS) et de l'huile de silicone en tant qu'agents de régénération de la superhydrophobicité a été fabriqué par méthode de revêtement par centrifugation. Le revêtement fabriqué présentait un angle de contact de 169,5° et une hystérésis d'angle de contact de 6°. La capacité autonettoyante du revêtement développé a été testée et étudiée par un test de contamination sèche. La régénération de la superhydrophobicité du revêtement développé a également été mise à l'épreuve par la détérioration du plasma et l'immersion à solution divers de pH. Le revêtement superhydrophobe régénératif développé a montré des performances prometteuses dans les deux tests par rapport aux échantillons de référence. Les revêtements régénératifs développés ont duré plus longtemps dans divers environnements de pH avant de perdre leur superhydrophobicité et de retrouver leur superhydrophobicité après la perte. Ces échantillons ont pu retrouver leur superhydrophobicité après la perte de superhydrophobicité due à la détérioration du plasma, ce qui n'était pas le cas pour les échantillons de référence. La topographie de surface et la composition chimique du revêtement ont été observées par profilométrie, microscopie électronique à balayage (MEB), spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS). De plus, le revêtement présentait des propriétés glaçiophobes. La mesure d'adhésion à la glace du revêtement développé a été examinée par le test de poussée de glace et le test de centrifugation et évaluée en répétant le test par cycles pour démontrer la capacité de régénération du revêtement développé. Un résumé graphique du principal du travail effectué dans cette recherche est présenté dans (Figure 1)