自清洁表面处理测试试验
一、试验核心目的与应用场景
自清洁表面处理通过涂层（如 TiO₂光催化涂层、超疏水涂层）实现污渍自动清除或易清洁特性，测试旨在验证其抗污、疏水、光催化分解等性能。常见于建筑玻璃幕墙、太阳能电池板、汽车漆面等场景，目标是减少人工清洁成本并提升材料耐久性（如抗酸雨侵蚀）。
二、主流测试类型与原理
1. 疏水疏油性能测试
接触角测量：使用水滴（5μL 去离子水）或油滴（如十六烷）滴在表面，通过光学接触角仪（精度 ±1°）测量静态接触角。超疏水表面需达到≥150° 接触角，滚动角＜10°（即水滴在倾斜 10° 时自动滚落），模拟雨水冲刷自清洁效果（如荷叶表面的 “荷叶效应”）。
喷雾测试：用高压雾化装置（水压 0.2MPa）喷射含泥沙的水溶液（泥沙浓度 5%），观察表面残留量。优质自清洁涂层在喷雾后污渍残留率＜5%，而普通涂层残留率可达 30% 以上。
2. 光催化性能测试
有机污染物分解试验：在表面涂覆亚甲基蓝溶液（浓度 10mg/L），置于 300W 紫外灯（波长 365nm）下照射。通过紫外 - 可见分光光度计监测溶液吸光度变化，4 小时内吸光度下降率需＞90%（TiO₂涂层在光催化下将有机物分解为 CO₂和 H₂O）。
抗菌测试：接种大肠杆菌（10⁵CFU/mL）于涂层表面，培养 24 小时后通过菌落计数法评估抑菌率，自清洁抗菌涂层抑菌率需≥99%。
三、关键试验步骤与技术要点
1. 耐候性与耐久性测试
老化试验：将样品放入氙灯老化箱（辐照度 550W/m²，温度 60℃±5℃），模拟紫外线、湿热环境。每 200 小时循环后重复接触角测试，优质涂层在 2000 小时老化后接触角衰减应＜10%（普通涂层可能衰减 30% 以上）。
机械磨损测试：用马丁代尔耐磨仪（负载 1000g）对表面进行往复摩擦 1000 次，测试后观察涂层是否脱落，疏水性能下降需＜15%（如某超疏水涂层经磨损后接触角从 160° 降至 145° 仍满足自清洁要求）。
2. 实际工况模拟试验
建筑玻璃场景：在涂层玻璃表面涂抹粉煤灰（模拟大气粉尘），用 10mm/min 降雨量的人工降雨装置冲刷，10 分钟后观察透光率恢复情况。自清洁玻璃透光率恢复率需＞95%，普通玻璃仅能恢复 70%。
汽车漆面场景：喷涂油性记号笔痕迹，等待 24 小时后用清水冲洗，自清洁涂层可在水流冲击下完全去除痕迹，普通漆面需配合清洁剂擦拭。
四、数据评估与应用案例
1. 性能指标分级
超疏水等级：接触角≥150° 且滚动角＜5° 为 I 级（如荷叶表面），140°-150° 为 II 级（适用于一般建筑幕墙）；
光催化效率：以亚甲基蓝分解半衰期衡量，优质 TiO₂涂层半衰期＜1 小时，普通涂层＞3 小时。
2. 工程实例
某光伏电站采用自清洁玻璃盖板，经 1 年户外测试，沙尘堆积导致的发电效率衰减比普通玻璃低 40%，年均发电量提升 8%；
某超高层建筑外墙使用光催化自清洁涂层，配合雨水冲刷，2 年内墙面污渍残留量比未处理墙面减少 85%，清洁成本降低 60%。
五、前沿测试趋势
动态自清洁测试：开发模拟风雨交替的旋转圆盘装置，在离心力作用下测试高速水流对复杂表面（如凹凸纹理）的清洁效果，更贴近实际工况；
纳米尺度表征：通过原子力显微镜（AFM）观察涂层表面纳米级粗糙度变化，分析微观结构对疏水性能的影响（如柱状纳米结构比平面涂层疏水角高 20°）。
