CN108912924A - 一种超滑移防冰表面装置及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的超滑移防冰表面装置的制备方法，包括首先制备超疏水材料和胶黏剂；在基底的表面上设置胶黏剂；在基底的设置有胶黏剂的表面上喷涂超疏水材料，以构筑微纳结构；在基底的构筑有微纳结构的表面上喷涂润滑剂，制得超滑移防冰表面装置，所制得的超滑移防冰表面装置在提供超疏水性能的同时兼具降低冰在表面粘附的作用，使融化后的小液滴很容易滚落脱离，从而实现防冰效果。

Description

一种超滑移防冰表面装置及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料领域，更具体地，涉及一种超滑移防冰表面装置及其制备方法。
背景技术
表面结冰的现象在日常生活中大多数是有害的。由表面结冰而导致的许多事故不但威胁人们的生命安全，而且造成了社会巨大的经济损失。有效的表面防冰技术一直是社会的迫切需求。通过使材料具有超滑移表面从而抑制表面结冰的方法是新兴的一种相对安全、节能、可靠的方法，是目前国内防冰技术研究的热点。
一方面，现有技术中，有的使在基底上通过光刻构筑岛状结构，其中每个岛状结构至少具有一个超滑移剪切面，剪切面铺有石墨或石墨烯。但是这种通过光刻的方法构筑结构设备要求高，不易工业化生产。另一方面，在装置表面除冰过程中普通表面上已经部分融化的小液滴仍需加热至全部蒸发才能完全除去。因此，发展有效的表面防冰技术，抑制表面结冰现象，对经济、军事及社会都具有重大意义。
发明内容
本发明针对在装置表面除冰过程中普通表面上已经部分融化的小液滴仍需加热至全部蒸发才能完全除去的缺陷，提供了一种超滑移防冰表面装置的制备方法。
本发明提供的超滑移防冰表面装置的制备方法，包括：制备超疏水材料和胶黏剂；在基底的表面上设置胶黏剂；在基底的设置有胶黏剂的表面上喷涂超疏水材料，以构筑微纳结构；在基底的构筑有微纳结构的表面上喷涂润滑剂，制得超滑移防冰表面装置。
在上述制备方法中，制备超疏水材料包括：按质量份数，将90-110份氟改性丙烯酸树脂、8～12份硅烷偶联剂、15～25份颜填料和60～80份溶剂混合均匀。
在上述制备方法中，制备超疏水材料包括：按质量份数，将100份氟改性丙烯酸树脂、10份硅烷偶联剂、20份颜填料和70份溶剂混合均匀。
在上述制备方法中，硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560中的一种或两种。
在上述制备方法中，颜填料为R972气相SiO2。
在上述制备方法中，溶剂包括乙酸乙酯、丙酮、四氢呋喃中的一种或多种组合。
在上述制备方法中，制备胶黏剂包括：按质量份数，将90-110份环氧树脂、8～12份固化剂和45～55份溶剂混合均匀。
在上述制备方法中，制备胶黏剂包括：按质量份数，将100份环氧树脂、10份固化剂和50份溶剂混合均匀。
在上述制备方法中，环氧树脂包括E44环氧胶、双酚A类环氧树脂和缩水甘油酯类环氧树脂中的一种或多种组合。
在上述制备方法中，固化剂为2,4咪唑固化剂。
在上述制备方法中，溶剂包括乙酸乙酯、丙酮、四氢呋喃中的一种或多种组合。
在上述制备方法中，润滑剂为杜邦krytox100。
根据上述制备方法制备而成的超滑移防冰表面装置。
本发明提供了一种简单易行的制备超滑移防冰表面装置的方法，具体地是通过在超疏水材料的基础上涂覆一层润滑剂来形成超滑移表面来制得超滑移防冰表面装置，在提供超疏水性能的同时兼具降低冰在表面粘附的作用，其中，超疏水性可以降低水在表面的停留时间，超滑移表面降低冰的粘附强度，从而实现冰在表面的滑移，使融化后的小液滴很容易滚落脱离，从而实现防冰效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明优选实施例的超滑移防冰表面装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明针对在装置表面除冰过程中普通表面上已经部分融化的小液滴仍需加热至全部蒸发才能完全除去，通过设计一超滑移表面，使融化后的小液滴很容易滚落脱离，从而实现装置表面的防冰效果。
本发明提供了一种超滑移防冰表面装置的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备超疏水材料和胶黏剂。其中，制备超疏水材料包括：按质量份数，将90-110份氟改性丙烯酸树脂、8～12份硅烷偶联剂、15～25份颜填料和60～80份溶剂混合均匀。在优选实施例中，按质量份数，将100份氟改性丙烯酸树脂、10份硅烷偶联剂、20份颜填料和70份溶剂混合均匀，从而制得超疏水材料。其中，硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560中的一种或两种。颜填料为疏水性颜填料，以及颜填料可以选用R972气相SiO2。溶剂包括乙酸乙酯、丙酮、四氢呋喃中的一种或多种组合。以及按质量份数将90-110份环氧树脂、8～12份固化剂和45～55份溶剂混合均匀，从而制得胶黏剂，更优选地，按质量份数，将100份环氧树脂、10份固化剂和50份溶剂混合均匀，从而制得胶黏剂。其中，环氧树脂包括E44环氧胶、双酚A类环氧树脂和缩水甘油酯类环氧树脂中的一种或多种组合，固化剂为2,4咪唑固化剂，溶剂包括乙酸乙酯、丙酮、四氢呋喃中的一种或多种组合。
S2：在基底的表面上设置胶黏剂。其中，胶黏剂用于增强超疏水材料与基底的附着力。
S3：在基底的设置有胶黏剂的表面上喷涂超疏水材料，以构筑微纳结构，从而形成超疏水基底。如图1所示，其中，基底1上形成有微纳结构2。
S4：在基底的构筑有微纳结构的表面上喷涂润滑剂，制得超滑移防冰表面装置。在该步骤中，在超疏水材料的基础上涂覆一层润滑剂形成滑移表面。其中，润滑剂与被拒液体(主要是水)不相容，且润滑剂与超疏水基底的附着力大于水与超滑移防冰表面装置的亲和力，且超滑移防冰表面装置有合适的粗糙结构。优选地，润滑剂可以为杜邦krytox100。
本发明提供了一种简单易行的制备超滑移防冰表面装置的方法，具体地是通过在超疏水材料的基础上涂覆一层润滑剂来形成超滑移表面来制得超滑移防冰表面装置，在提供超疏水性能的同时兼具降低冰在表面粘附的作用，其中，超疏水性可以降低水在表面的停留时间，超滑移表面降低冰的粘附强度，从而实现冰在表面的滑移，使融化后的小液滴很容易滚落脱离，从而实现防冰效果。本发明提供的超滑移表面装置，可以用于航空航天(飞机的机翼、进气道、挡风玻璃、垂尾与平尾)、输电线路、风机叶片等具有防冰需求的领域。
实施例1
按质量份数，将100份氟改性丙烯酸树脂、10份硅烷偶联剂KH550、20份颜填料R972气相SiO2和70份溶剂乙酸乙酯混合均匀制得超疏水材料；按质量份数将100份E44环氧胶、11份2,4咪唑固化剂和50份溶剂乙酸乙酯混合均匀，从而制得胶黏剂；在基底的表面上设置胶黏剂；在基底的设置有胶黏剂的表面上喷涂超疏水材料，以构筑微纳结构，从而形成超疏水基底；以及在基底的构筑有微纳结构的表面上喷涂润滑剂杜邦krytox100，制得超滑移防冰表面装置，如图1所示，其中，基底1上形成有微纳结构2。
实施例2
按质量份数，将100份氟改性丙烯酸树脂、8份硅烷偶联剂KH550、25份颜填料R972气相SiO2和60份溶剂乙酸乙酯混合均匀制得超疏水材料；按质量份数将100份E44环氧胶、10份2,4咪唑固化剂和45份溶剂乙酸乙酯混合均匀，从而制得胶黏剂；在基底的表面上设置胶黏剂；在基底的设置有胶黏剂的表面上喷涂超疏水材料，以构筑微纳结构，从而形成超疏水基底；以及在基底的构筑有微纳结构的表面上喷涂润滑剂杜邦krytox100，制得超滑移防冰表面装置。
实施例3
按质量份数，将100份氟改性丙烯酸树脂、12份硅烷偶联剂KH550、15份颜填料R972气相SiO2和80份乙酸乙酯和丙酮的混合溶剂(乙酸乙酯和丙酮的比例为任意比)混合均匀制得超疏水材料；按质量份数将100份E44环氧胶、9份2,4咪唑固化剂和52份溶剂四氢呋喃混合均匀，从而制得胶黏剂；在基底的表面上设置胶黏剂；在基底的设置有胶黏剂的表面上喷涂超疏水材料，以构筑微纳结构，从而形成超疏水基底；以及在基底的构筑有微纳结构的表面上喷涂润滑剂杜邦krytox100，制得超滑移防冰表面装置。
实施例4
按质量份数，将100份氟改性丙烯酸树脂、9份硅烷偶联剂KH550、18份颜填料R972气相SiO2和75份溶剂四氢呋喃混合均匀制得超疏水材料；按质量份数将100份缩水甘油酯类环氧树脂、12份2,4咪唑固化剂和47份乙酸乙酯和丙酮的混合溶剂(乙酸乙酯和丙酮的比例为任意比)混合均匀，从而制得胶黏剂；在基底的表面上设置胶黏剂；在基底的设置有胶黏剂的表面上喷涂超疏水材料，以构筑微纳结构，从而形成超疏水基底；以及在基底的构筑有微纳结构的表面上喷涂润滑剂杜邦krytox100，制得超滑移防冰表面装置。
实施例5
按质量份数，将100份氟改性丙烯酸树脂、11份硅烷偶联剂KH560、24份颜填料R972气相SiO2和68份溶剂丙酮混合均匀制得超疏水材料；按质量份数将100份双酚A类环氧树脂、8份2,4咪唑固化剂和50份溶剂丙酮混合均匀，从而制得胶黏剂；在基底的表面上设置胶黏剂；在基底的设置有胶黏剂的表面上喷涂超疏水材料，以构筑微纳结构，从而形成超疏水基底；以及在基底的构筑有微纳结构的表面上喷涂润滑剂杜邦krytox100，制得超滑移防冰表面装置。
实施例6
按质量份数，将90份氟改性丙烯酸树脂、8份硅烷偶联剂KH560、15份颜填料R972气相SiO2和60份溶剂丙酮混合均匀制得超疏水材料；按质量份数将90份双酚A类环氧树脂、8份2,4咪唑固化剂和45份溶剂丙酮混合均匀，从而制得胶黏剂；在基底的表面上设置胶黏剂；在基底的设置有胶黏剂的表面上喷涂超疏水材料，以构筑微纳结构，从而形成超疏水基底；以及在基底的构筑有微纳结构的表面上喷涂润滑剂杜邦krytox100，制得超滑移防冰表面装置。
实施例7
按质量份数，将90份氟改性丙烯酸树脂、8份硅烷偶联剂KH560、15份颜填料R972气相SiO2和60份溶剂丙酮混合均匀制得超疏水材料；按质量份数将110份双酚A类环氧树脂、12份2,4咪唑固化剂和55份溶剂丙酮混合均匀，从而制得胶黏剂；在基底的表面上设置胶黏剂；在基底的设置有胶黏剂的表面上喷涂超疏水材料，以构筑微纳结构，从而形成超疏水基底；以及在基底的构筑有微纳结构的表面上喷涂润滑剂杜邦krytox100，制得超滑移防冰表面装置。
实施例8
按质量份数，将110份氟改性丙烯酸树脂、12份硅烷偶联剂KH560、25份颜填料R972气相SiO2和80份溶剂丙酮混合均匀制得超疏水材料；按质量份数将110份双酚A类环氧树脂、12份2,4咪唑固化剂和55份溶剂丙酮混合均匀，从而制得胶黏剂；在基底的表面上设置胶黏剂；在基底的设置有胶黏剂的表面上喷涂超疏水材料，以构筑微纳结构，从而形成超疏水基底；以及在基底的构筑有微纳结构的表面上喷涂润滑剂杜邦krytox100，制得超滑移防冰表面装置。
实施例9
按质量份数，将110份氟改性丙烯酸树脂、12份硅烷偶联剂KH560、25份颜填料R972气相SiO2和80份溶剂丙酮混合均匀制得超疏水材料；按质量份数将90份双酚A类环氧树脂、8份2,4咪唑固化剂和45份溶剂丙酮混合均匀，从而制得胶黏剂；在基底的表面上设置胶黏剂；在基底的设置有胶黏剂的表面上喷涂超疏水材料，以构筑微纳结构，从而形成超疏水基底；以及在基底的构筑有微纳结构的表面上喷涂润滑剂杜邦krytox100，制得超滑移防冰表面装置。
经过测试，实施例1-9测试的水接触角、滚动角、耐磨性、表面张力、冰粘附强度等参数的结果如下表1所示。
表1、测试结果
由表1可见，实施例1～九中提供的超疏水涂料的水接触角均＞150°，滚动角均＜10°，达到了良好的超疏水效果以及疏油效果，从GB/T1768-2006(旋转橡胶砂轮法)测定结果可以看出，涂层的耐磨性能非常优异，并且改性树脂的成膜性好，能够与基底表面很好的结合；同时防粘附涂料表面张力均远低于20dyne/cm(不粘材料聚四氟乙烯的表面张力为20dyne/cm)，具有很好的疏水、疏冰性能。推拉法测得的冰粘附强度均＜25kPa，在轻微震动下即可发生脱落，实现了冰在表面的滑移。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种超滑移防冰表面装置的制备方法，其特征在于，包括：
制备超疏水材料和胶黏剂；
在基底的表面上设置所述胶黏剂；
在所述基底的设置有所述胶黏剂的表面上喷涂所述超疏水材料，以构筑微纳结构；
在所述基底的构筑有所述微纳结构的表面上喷涂润滑剂，制得所述超滑移防冰表面装置。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备所述超疏水材料包括：按质量份数，将90-110份氟改性丙烯酸树脂、8～12份硅烷偶联剂、15～25份颜填料和60～80份溶剂混合均匀。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，制备所述超疏水材料包括：按质量份数，将100份氟改性丙烯酸树脂、10份硅烷偶联剂、20份颜填料和70份溶剂混合均匀。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560中的一种或两种。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述颜填料为R972气相SiO2。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括乙酸乙酯、丙酮、四氢呋喃中的一种或多种组合。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备所述胶黏剂包括：按质量份数，将90-110份环氧树脂、8～12份固化剂和45～55份溶剂混合均匀。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，制备所述胶黏剂包括：按质量份数，将100份环氧树脂、10份固化剂和50份溶剂混合均匀。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂包括E44环氧胶、双酚A类环氧树脂和缩水甘油酯类环氧树脂中的一种或多种组合。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述固化剂为2,4咪唑固化剂。
11.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括乙酸乙酯、丙酮、四氢呋喃中的一种或多种组合。
12.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述润滑剂为杜邦krytox100。
13.根据权利要求1～12所述的制备方法制备而成的超滑移防冰表面装置。
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