La rete elettrica è soggetta a malfunzionamenti e black-out dovuti a fenomeni climatici, in particolare nevicate, e ad inquinamento ambientale; in particolar modo gli isolatori e i cavi conduttori sono componenti soggetti a questi fenomeni. A causa della deposizione di polveri e inquinanti sugli isolatori, si verificano fenomeni di arco voltaico e scariche elettriche, con conseguente rottura dell’isolatore stesso. I cavi conduttori sono invece soggetti a rotture a causa della crescita su di essi di manicotti di ghiaccio e neve. Il costo dei danni derivanti da questi fenomeni è molto elevato ma, nonostante il notevole impegno della ricerca in tutto il mondo, non si è ancora giunti ad individuare un approccio risolutivo al problema.

L’obiettivo della attività qui descritta è quello di proseguire lo sviluppo di ricoprimenti con proprietà autopulenti per applicazioni sugli isolatori già avviato lo scorso anno e di estendere la ricerca a ricoprimenti con proprietà antighiaccio per i cavi conduttori, in particolare partendo dallo studio della correlazione tra il comportamento idrofobico e quello anti-ghiaccio.

Nel periodo di riferimento sono stati preparati, via sol-gel, ricoprimenti funzionalizzati con silossani fluorurati e alchilati, idrofobici e idrofilici, depositati su vetro e leghe di Alluminio. Su campioni in vetro sono inoltre stati preparati diversi tipi di coating idrofobici e idrofilici contenenti nanoparticelle di TiO2 in fase anatasio. Inoltre, nell’ambito di una collaborazione, alcuni ricoprimenti super-idrofobici a base di allumina sono stati preparati da CNR-ISTEC. Infine una casa produttrice di vernici idrofobiche siliconiche (NUSIL^TM) ha ricoperto alcuni campioni di vetro e di alluminio per test comparativi.

Le caratterizzazioni dei campioni hanno incluso microscopia SEM, angolo di contatto statico e dinamico, test di adesione (tape test) e misure di shear stress. Per quest’ultima misura è stato progettato e allestito un sistema di misurazione dello sforzo di distacco del ghiaccio dalla superficie (shear stress t), eseguito in laboratorio con ghiaccio a -18°C. La durabilità dei coating depositati su vetro è stata valutata mediante test di invecchiamento climatico accelerato.

I risultati dimostrano che i film ottenuti hanno proprietà idrofobiche che possono essere facilmente variate con l’aggiunta di ulteriori funzionalizzanti durante la formazione del gel (per esempio TiO2 o PVDF). I coating contenenti una catena organica fluorurata hanno mostrato una buona ripetibilità di preparazione.

Per quanto riguarda la ricerca rivolta alle proprietà antighiaccio dei rivestimenti, la ricerca ha iniziato ad affrontare la correlazione tra le proprietà idrofobiche e quelle anti-ghiaccio. Poiché la rugosità è componente fondamentale della idrofobicità e della super-idrofobicità, la sperimentazione ha inteso studiare il ruolo della rugosità del substrato sul quale può essere successivamente applicato il rivestimento. I campioni di lega di alluminio sono stati quindi trattati con attacchi chimici differenti e la rugosità conseguente è stata misurata e correlata con le proprietà idrofobiche della superficie prima e dopo la deposizione di un sol-gel fluorurato. Le prove di shear stress su questi campioni hanno dato una valutazione della forza di adesione del ghiaccio.

I risultati indicano che le proprietà di bagnabilità del substrato variano in funzione della rugosità e in misura ancora maggiore in funzione della composizione chimica della superficie modificata dall’attacco chimico. Per queste superfici, la forza di adesione del ghiaccio è fortemente dipendente dalla rugosità. Dopo la deposizione da sol-gel di un ricoprimento idrofobico fluorurato, le superfici rugose mostrano maggiore idrofobicità, come atteso. I dati di shear stress indicano che il rivestimento riduce in maniera importante l’adesione del ghiaccio (circa alla metà), ottenendo un miglioramento rispetto al campione non trattato per i campioni meno rugosi, mentre per i campioni più rugosi non si compensa l’effetto della scabrosità superficiale.

Il rivestimento con vernici siliconiche commerciali (NUSIL^TM) mostra comunque il valore di shear stress più basso, e sono stati ottenuti interessanti risultati con il ricoprimento idrofobico a base allumina realizzato da CNR-ISTEC.

Alcuni spezzoni di conduttore e lastre, preparati con diversi ricoprimenti, sono stati esposti ad eventi nevosi presso la stazione sperimentale WILD. Il coating superidrofobico di CNR_ISTEC depositato su cavo conduttore sabbiato ha evidenziato un ritardo di qualche ora nella crescita del manicotto di neve durante una nevicata a circa -1°C, mentre i coating commerciali mostrano un distacco del manto nevoso anticipato rispetto agli altri campioni, anche per temperature sopra lo zero (neve umida). Il comportamento ice-fobico dei campioni sembra quindi dipendere fortemente anche dalle condizioni climatiche in cui avviene la nevicata.