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Plasma-DBD schafft grossflächige hydrophobe Epoxidschichten
Ein chinesisches Forschungsteam hat ein neuartiges dielektrisches Barriere-Entladungssystem (DBD) mit transparenten Wasser-Wolfram-Drahtnetzelektroden entwickelt, das eine gleichmässige hydrophobe Oberflächenmodifikation grossflächiger Epoxidisolierungen ermöglicht. Die Behandlung steigert den Wasserkontaktwinkel von 74,5° auf 130,2° und verbessert damit die Betriebssicherheit von Hochspannungsanlagen in feuchten Umgebungen erheblich.
Hochspannungselektrische Anlagen, die in feuchten Umgebungen betrieben werden, neigen zu beschleunigter Alterung der Isolierbarrieren und einem erhöhten Risiko von Überschlägen, was die Betriebssicherheit gefährdet. Zur Adressierung dieser Herausforderung schlägt das Forschungsteam eine In-situ-Plasma-basierte Schutzstrategie vor, um eine gleichmässige hydrophobe Oberflächenmodifikation grossflächiger Isolierbarrieren zu erreichen. Entwickelt wurde eine grossflächige dielektrische Barriere-Entladungs-(DBD)-Oberflächenmodifikationsvorrichtung mit Wasser-Wolfram-Drahtnetz-Elektroden, die homogenes Plasma erzeugt und gleichzeitig visuelle Beobachtung sowie verteilte Diagnostik ermöglicht.
Durch systematische Optimierung der angelegten Spannung und des Argon-Gasflusses wurde eine homogene Plasmaentladung unter optimalen Bedingungen von 12 kV und 1 l/min Argonfluss erreicht. Diese Bedingungen wurden durch Graustufenbildanalyse und räumlich aufgelöste optische Emissionsspektroskopie verifiziert. Die Kombination aus visueller Inspektion und verteilten Diagnosetechniken erwies sich als effektiv, um eine gleichmässige Behandlung während des Prozesses sicherzustellen.
Deutliche Steigerung der Hydrophobie
Unter Verwendung einer Nanosekunden-Pulsstromversorgung bei atmosphärischem Druck mit Hexamethyldisiloxan (HMDSO) als Vorläufer wurde eine gleichmässige hydrophobe Beschichtung auf einem Epoxidharz (EP)-Laminat nach 20 min Plasmabehandlung abgeschieden. Der durchschnittliche Wasserkontaktwinkel stieg auf 130,2° ± 3,9°, was einer Verbesserung von 74,7 % gegenüber der ursprünglichen Oberfläche entspricht. Diese deutliche Steigerung der Hydrophobie ist ein wichtiger Beitrag zur Verbesserung der Betriebssicherheit in feuchten Umgebungen.
Die mechanistische Analyse zeigt, dass die beobachtete Steigerung der Hydrophobie aus den synergistischen Effekten einer erhöhten Oberflächenrauheit und der Abscheidung einer dichten siliciumhaltigen Beschichtung resultiert. Diese fundierte mechanistische Interpretation liefert die Grundlage für die weitere Optimierung des Verfahrens und die Anpassung an spezifische Anwendungsanforderungen.
Visuelle Diagnostik als Schlüssel zur Prozessqualität
Ein besonderer Fortschritt der Arbeit liegt in der Integration transparenter Wasser-Netz-Elektroden und Quarz-Beobachtungsfenster, die Visualisierung und verteilte Diagnostik des Entladungsprozesses ermöglichen. Diese Kombination adressiert eine zentrale Herausforderung bei der grossflächigen Plasma-Behandlung: die Sicherstellung einer homogenen Behandlung über die gesamte Fläche. Klassische DBD-Systeme leiden häufig unter räumlichen Inhomogenitäten, die zu ungleichmässigen Beschichtungseigenschaften führen.
Für die Elektrotechnik und Energieversorgungsindustrie liefert die Studie einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung der Zuverlässigkeit gasisolierter und feststoffisolierter Hochspannungsanlagen. Insbesondere im Kontext wachsender Anforderungen an die Betriebssicherheit elektrischer Infrastrukturen und der zunehmenden Miniaturisierung von Bauteilen bietet die grossflächige plasma-basierte Hydrophobierung eine praxisrelevante Technologie zur Verlängerung der Lebensdauer kritischer Isolationskomponenten. Der methodische Ansatz mit integrierter visueller und verteilter Diagnostik kann zudem auf andere plasma-basierte Beschichtungsprozesse übertragen werden und trägt so zur Weiterentwicklung des gesamten Feldes bei.
Quelle: Huang, J. et al. Achieving uniform surface treatment on large-area epoxy resin via a transparent water-tungsten wire mesh electrode DBD with integrated visual and distributed diagnostics. Prog. Org. Coat. (2026). https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2026.110297
