CN116162285A - 一种多孔pdms浸润有机油防冰润滑表面的制备及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面的制备及应用，包括：将PDMS A组分、PDMS B组分、去离子水、四氢呋喃和甲苯按照比例先后加入容器中，混合均匀，得到均液，然后将均液置于马弗炉中，固化，得到固化体；将得到的固化体，置至模板中，将其裁剪成块状，得到多孔材料；将多孔材料以及有机润滑液加入容器中，混合均匀，然后将其置于真空干燥箱中抽真空除气泡，使多孔材料被完全浸润；得到多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面。本发明制备的防冰润滑表面对冰具有较低的粘附强度，将其运用到飞机表面，可减小冰对表面的粘附力，使得飞机表面不容易产生冰层，或能使冰层更容易脱落，以达到在飞机表面的防除冰效果。
Description
技术领域
本发明属于防除冰技术领域，具体涉及一种多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面的制备及应用。
背景技术
航空航天器在飞行过程中易出现积冰，导致其表面变的砂纸般粗糙，这对飞行有着极大的安全隐患。因此研究有效的防除冰技术或材料对于飞机的安全运行有着重要意义。传统的防除冰方法能耗高、阻力大且维护麻烦，而且飞机飞行时，很难阻止表面结冰且结冰之后更不容易完全去除。
润滑表面防除冰是一种不同于以往的除冰方式，它通过改变表面的物理化学性质，降低冰在表面的粘附力，从而达到防除冰的效果。虽不能使材料表面完全不结冰，但能使冰在轻微的振动下脱落，且润滑表面具有能耗低、适用范围广、环境友好、能耗低等，能克服传统的防除冰方法的劣势。
发明内容
本发明的一个目的是至少解决上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明旨在提供一种具有多孔结构的防冰润滑表面，将该防冰润滑表面运用到飞机表面，可减小冰对表面的粘附力，使得飞机表面不容易产生冰层，或能使冰层更容易脱落，以达到在飞机表面的防除冰效果。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将PDMS A组分、PDMS B组分、去离子水、四氢呋喃和甲苯按照比例先后加入容器中，混合均匀，得到均液，然后将均液置于马弗炉中，固化，得到固化体；
步骤二、将步骤一得到的固化体，置至模板中，然后将其裁剪成块状，得到多孔材料；
步骤三、将步骤二中得到的多孔材料以及有机润滑液加入容器中，混合均匀，然后将其置于真空干燥箱中抽真空除气泡，使多孔材料被完全浸润；得到多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面。
优选的是，所述步骤一中，PDMS A组分和PDMS B组分分别为道康宁184-PDMS的基本组分和固化剂。
优选的是，所述步骤一的过程为：取PDMS A组分加入去离子水中，搅拌10～30min；然后加入甲苯，在400～600r/min的条件下搅拌40～60min混合均匀，然后加入四氢呋喃，在400～600r/min的条件下搅拌40～60min，然后加入PDMS B组分，在400～600r/min的条件下搅拌5～15min；得到均液。
优选的是，所述PDMS A组分、PDMS B组分、去离子水、四氢呋喃和甲苯的质量比为3～4:0.3～0.4:4～5:0.5～0.9:0.3～0.4；
优选的是，所述步骤一中，固化的温度为：第一步温度为40～60℃，时间为45～90分钟，第二步为温度为55～65℃，时间为120～140分钟，第三步温度为70～80℃，时间为80～100分钟，第四步温度为95～100℃，时间为120～140分钟，第五步温度为115～125℃，时间为150～200分钟。
优选的是，所述步骤三中，真空干燥箱中抽真空除气泡的温度为80～90℃，时间为20～28小时。
优选的是，所述步骤二中，裁剪成30mm×30mm×3mm的块状。
优选的是，所述步骤三中，有机润滑液为不同粘度硅油、防冻液、基础油中的任意一种。
优选的是，所述步骤三中，将步骤二中得到的多孔材料以及有机润滑液加入容器中，使有机润滑油浸没多孔材料。
本发明还提供一种如上所述的制备方法制备的多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面在防除冰领域中的应用。
本发明至少包括以下有益效果：本发明制备的多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面的多孔表面结构能够增加接触角，也就是固液两相之间的分子作用力相对大小，接触角越大，水滴越不容易附着，使得制备的防冰润滑表面对冰具有较低的粘附强度，将其运用到飞机表面，可减小冰对表面的粘附力，使得飞机表面不容易产生冰层，或能使冰层更容易脱落，以达到在飞机表面的防除冰效果。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
图1为实施例1～3和对比例6～7制备的材料的冰的黏附强度结果；
图2为对比例1～5制备的材料的冰的黏附强度结果；
图3为对比例1制备的多孔材料的形貌图；
图4为对比例2制备的多孔材料的形貌图；
图5为对比例3制备的多孔材料的形貌图；
图6为对比例4制备的多孔材料的形貌图；
图7为对比例4制备的多孔材料的形貌图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1：
一种多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、称取7.27g的PDMS A组分，加入9.6g的去离子水，搅拌20min；
步骤二、向步骤一得到的胶状物加入0.72g的甲苯，500r/min条件下搅拌50min直到混合均匀；
步骤三、向步骤二得到的胶状物中加入1.68g的四氢呋喃，500r/min条件下搅拌60min得到白色乳状物；
步骤四、向步骤三得到的乳状物中加入0.73g的PDMS B组分，500r/min条件下搅拌10min；
步骤五、将步骤四得到的白色乳状物置于马弗炉中固化，固化温度：第一步温度为50℃，时间为60分钟，第二步为温度为60℃，时间为135分钟，第三步温度为75℃，时间为90分钟，第四步温度为97℃，时间为135分钟，第五步温度为120℃，时间为180分钟；
步骤六、将步骤五得到的固化体，置至模板中，然后将其裁剪成30mm×30mm×3mm块状，得到多孔材料；
步骤七、将步骤六得到的多孔材料以及硅油加入容器中，使硅油浸没多孔材料，混合均匀，然后将其置于真空干燥箱中，在温度为88℃的条件下抽真空24h使多孔材料被硅油被完全浸润；
步骤八、取出完全浸润的多孔材料，轻轻擦去多孔材料表面的硅油，得到多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面，然后放置在冰黏附测量平台的制冰平台上测量冰的黏附强度；
实施例2：
一种多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、称取7.27g的PDMS A组分，加入9.6g的去离子水，搅拌20min；
步骤二、向步骤一得到的胶状物加入1.2g的甲苯，500r/min条件下搅拌30min直到混合均匀；
步骤三、向步骤二得到的胶状物中加入1.2g的四氢呋喃，500r/min条件下搅拌60min得到白色乳状物；
步骤四、向步骤三得到的乳状物中加入0.73g的PDMS B组分，500r/min条件下搅拌10min；
步骤五、将步骤四得到的白色乳状物置于马弗炉中固化，固化温度：第一步温度为50℃,时间为60分钟，第二步为温度为60℃，时间为135分钟，第三步温度为75℃，时间为90分钟，第四步温度为97℃，时间为135分钟，第五步温度为120℃，时间为180分钟；
步骤六、将步骤五得到的固化体，置至模板中，然后将其裁剪成30mm×30mm×3mm块状，得到多孔材料；
步骤七、将步骤六得到的多孔材料以及硅油加入容器中，使硅油浸没多孔材料，混合均匀，然后将其置于真空干燥箱中，在温度为88℃的条件下抽真空24h使多孔材料被硅油被完全浸润；
步骤八、取出完全浸润的多孔材料，轻轻擦去多孔材料表面的硅油，得到多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面，然后放置在冰黏附测量平台的制冰平台上测量冰的黏附强度；
实施例3：
一种多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、首先将PDMS A组分、PDMS B组分，称取7.27g的PDMS A组分，加入9.6g的去离子水，搅拌20min；
步骤二、向步骤一得到的胶状物加入1.68g的甲苯，500r/min条件下搅拌30min直到混合均匀；
步骤三、向步骤二得到的胶状物中加入0.72g的四氢呋喃，500r/min条件下搅拌60min得到白色乳状物；
步骤四、向步骤三得到的乳状物中加入0.73g的PDMS B组分，500r/min条件下搅拌10min；
步骤五、将步骤四得到的白色乳状物置于马弗炉中固化，固化温度：第一步温度为50℃,时间为60分钟，第二步为温度为60℃，时间为135分钟，第三步温度为75℃，时间为90分钟，第四步温度为97℃，时间为135分钟，第五步温度为120℃，时间为180分钟；
步骤六、将步骤五得到的固化体，置至模板中，然后将其裁剪成30mm×30mm×3mm块状，得到多孔材料；
步骤七、将步骤六得到的多孔材料以及硅油加入容器中，使硅油浸没多孔材料，混合均匀，然后将其置于真空干燥箱中，在温度为88℃的条件下抽真空24h使多孔材料被硅油被完全浸润；
步骤八、取出完全浸润的多孔材料，轻轻擦去多孔材料表面的硅油，得到多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面，然后放置在冰黏附测量平台的制冰平台上测量冰的黏附强度。
对比例1：
一种多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、首先将PDMS A组分、PDMS B组分，称取7.27g的PDMS A组分，加入9.6g的去离子水，搅拌20min；
步骤二、向步骤一得到的胶状物加入2.4g的四氢呋喃，500r/min条件下搅拌120min得到白色乳状体；
步骤三、向步骤二得到的乳状物中加入0.73g的PDMS B组分，500r/min条件下搅拌10min；
步骤四、将步骤三得到的白色乳状物置于马弗炉中固化，固化温度：第一步温度为50℃，时间为60分钟，第二步为温度为60℃，时间为135分钟，第三步温度为75℃，时间为90分钟，第四步温度为97℃，时间为135分钟，第五步温度为120℃，时间为180分钟；
步骤五、将步骤四得到的固化体，置至模板中，然后将其裁剪成30mm×30mm×3mm块状，得到多孔材料；
步骤六、将步骤五得到的多孔材料放置在冰黏附测量平台的制冰平台上测量冰的黏附强度；
对比例2：
一种多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、首先将PDMS A组分、PDMS B组分，称取7.27g的PDMS A组分，加入9.6g的去离子水，搅拌20min；
步骤二、向步骤一得到的胶状物加入0.72g的甲苯，500r/min条件下搅拌50min直到混合均匀；
步骤三、向步骤二得到的胶状物中加入1.68g的四氢呋喃，500r/min条件下搅拌60min得到白色乳状物；
步骤四、向步骤三得到的乳状物中加入0.73g的PDMS B组分，500r/min条件下搅拌10min；
步骤五、将步骤四得到的白色乳状物置于马弗炉中固化，固化温度：第一步温度为50℃，时间为60分钟，第二步为温度为60℃，时间为135分钟，第三步温度为75℃，时间为90分钟，第四步温度为97℃，时间为135分钟，第五步温度为120℃，时间为180分钟；
步骤六、将步骤五得到的固化体，置至模板中，然后将其裁剪成30mm×30mm×3mm块状，得到多孔材料；
步骤七、将步骤五得到的多孔材料放置在冰黏附测量平台的制冰平台上测量冰的黏附强度；
对比例3：
一种多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、首先将PDMS A组分、PDMS B组分，称取7.27g的PDMS A组分，加入9.6g的去离子水，搅拌20min；
步骤二、向步骤一得到的胶状物加入1.2g的甲苯，500r/min条件下搅拌30min直到混合均匀；
步骤三、向步骤二得到的胶状物中加入1.2g的四氢呋喃，500r/min条件下搅拌60min得到白色乳状物；
步骤四、向步骤三得到的乳状物中加入0.73g的PDMS B组分，500r/min条件下搅拌10min；
步骤五、将步骤四得到的白色乳状物置于马弗炉中固化，固化温度：第一步温度为50℃，时间为60分钟，第二步为温度为60℃，时间为135分钟，第三步温度为75℃，时间为90分钟，第四步温度为97℃，时间为135分钟，第五步温度为120℃，时间为180分钟；
步骤六、将步骤五得到的固化体，置至模板中，然后将其裁剪成30mm×30mm×3mm块状，得到多孔材料；
步骤七、将步骤五得到的多孔材料放置在冰黏附测量平台的制冰平台上测量冰的黏附强度；
对比例4：
一种多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、首先将PDMS A组分、PDMS B组分，称取7.27g的PDMS A组分，加入9.6g的去离子水，搅拌20min；
步骤二、向步骤一得到的胶状物加入1.68g的甲苯，500r/min条件下搅拌30min直到混合均匀；
步骤三、向步骤二得到的胶状物中加入0.72g的四氢呋喃，500r/min条件下搅拌60min得到白色乳状物；
步骤四、向步骤三得到的乳状物中加入0.73g的PDMS B组分，500r/min条件下搅拌10min；
步骤五、将步骤四得到的白色乳状物置于马弗炉中固化，固化温度：第一步温度为50℃，时间为60分钟，第二步为温度为60℃，时间为135分钟，第三步温度为75℃，时间为90分钟，第四步温度为97℃，时间为135分钟，第五步温度为120℃，时间为180分钟；
步骤六、将步骤五得到的固化体，置至模板中，然后将其裁剪成30mm×30mm×3mm块状，得到多孔材料；
步骤七、将步骤五得到的多孔材料放置在冰黏附测量平台的制冰平台上测量冰的黏附强度；
对比例5：
一种多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、首先将PDMS A组分、PDMS B组分，称取7.27g的PDMS A组分，加入9.6g的去离子水，搅拌20min；
步骤二、向步骤一得到的胶状物加入2.4g的甲苯，500r/min条件下搅拌40min得到白色乳状体；
步骤三、向步骤二得到的乳状物中加入0.73g的PDMS B组分，500r/min条件下搅拌10min；
步骤四、将步骤三得到的白色乳状物置于马弗炉中固化，固化温度：第一步温度为50℃，时间为60分钟，第二步为温度为60℃，时间为135分钟，第三步温度为75℃，时间为90分钟，第四步温度为97℃，时间为135分钟，第五步温度为120℃，时间为180分钟；
步骤五、将步骤四得到的固化体，置至模板中，然后将其裁剪成30mm×30mm×3mm块状，得到多孔材料；
步骤六、将步骤五得到的多孔材料放置在冰黏附测量平台的制冰平台上测量冰的黏附强度；
对比例6：
一种多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、首先将PDMS A组分、PDMS B组分，称取7.27g的PDMS A组分，加入9.6g的去离子水，搅拌20min；
步骤二、向步骤一得到的胶状物加入2.4g的四氢呋喃，500r/min条件下搅拌120min得到白色乳状体；
步骤三、向步骤二得到的乳状物中加入0.73g的PDMS B组分，500r/min条件下搅拌10min；
步骤四、将步骤三得到的白色乳状物置于马弗炉中固化，固化温度：第一步温度为50℃，时间为60分钟，第二步为温度为60℃，时间为135分钟，第三步温度为75℃，时间为90分钟，第四步温度为97℃，时间为135分钟，第五步温度为120℃，时间为180分钟；
步骤五、将步骤四得到的固化体，置至模板中，然后将其裁剪成30mm×30mm×3mm块状，得到多孔材料；
步骤六、将步骤五得到的多孔材料以及硅油加入容器中，使硅油浸没多孔材料，混合均匀，然后将其置于真空干燥箱中，在温度为88℃的条件下抽真空24h使多孔材料被硅油被完全浸润；
步骤七、取出完全浸润的多孔材料，轻轻擦去多孔材料表面的硅油，然后放置在冰黏附测量平台的制冰平台上测量冰的黏附强度；
对比例7：
一种多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、称取7.27g的PDMS A组分，加入9.6g的去离子水，搅拌20min；
步骤二、向步骤一得到的胶状物加入2.4g的甲苯，500r/min条件下搅拌40min得到白色乳状体；
步骤三、向步骤二得到的乳状物中加入0.73g的PDMS B组分，500r/min条件下搅拌10min；
步骤四、将步骤三得到的白色乳状物置于马弗炉中固化，固化温度：第一步温度为50℃，时间为60分钟，第二步为温度为60℃，时间为135分钟，第三步温度为75℃，时间为90分钟，第四步温度为97℃，时间为135分钟，第四步温度为120℃，时间为180分钟；
步骤五、将步骤四得到的固化体，置至模板中，然后将其裁剪成30mm×30mm×3mm块状，得到多孔材料；
步骤六、将步骤五得到的多孔材料以及硅油加入容器中，使硅油浸没多孔材料，混合均匀，然后将其置于真空干燥箱中，在温度为88℃的条件下抽真空24h使多孔材料被硅油被完全浸润；
步骤七、取出完全浸润的多孔材料，轻轻擦去多孔材料表面的硅油，然后放置在冰黏附测量平台的制冰平台上测量冰的黏附强度；
一种测试实施例1～3和对比例1～7制备的材料的冰黏附力的方法，包括：
在冰粘附力测量平台(结构如发明专利CN115353741A中所示)的制冷平台上放置材料(实施例1～3和对比例1～7制备的任意一种)，在材料的上方放置两端敞口的圆柱形模具，在圆柱形模具中加水，并启动制冷平台进行冷冻结冰，冷冻结冰形成冰柱后，通过位于制冷平台下方的位移平台的移动，使冰粘附力测量平台上的推力杆推动冰柱并发生弯曲变形量，通过冰粘附力测量平台上的激光传感器测量推力杆在推动冰柱过程中弯曲变形量，通过以下公式计算冰的黏附强度，结果如图1所示：
P＝3EIΔX/(L3﹒S)
I＝πd4/64
其中，P为冰的黏附强度，单位：kPa，E为推杆的弹性模量，其值为199GPa，I为惯性矩,ΔX为推杆在水平位移方向上的偏转量，单位：mm，S为冰柱在表面的接触面积，其值为28.26mm2，d为推杆的直径，其值为2mm，L为推杆的长度，其值为81mm。
结合图1～7可以发现：
1、浸油会很大程度上降低冰黏附力；
2、影响冰黏附力大小的因素包括孔的直径大小和孔的密度，在对比例1～5的形貌图中可以看出，对比例1只加四氢呋喃的材料，它表面有很多孔径很大的孔，而且分布不均匀，而对比例5只加甲苯的材料，表面孔较均匀，孔密度较大，但是孔径特别小，本发明为了得到孔径和孔密度都有所改善的材料，选择四氢呋喃和甲苯均加入的方案，得到了对比例2～3的技术方案，其制备的材料孔径和孔密度相对合适，且冰粘附力也符合实验要求，且进一步实施例1～3制备的材料的冰黏附力也相对较小，符合实验要求。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将PDMS A组分、PDMS B组分、去离子水、四氢呋喃和甲苯按照比例先后加入容器中，混合均匀，得到均液，然后将均液置于马弗炉中，固化，得到固化体；
步骤二、将步骤一得到的固化体，置至模板中，然后将其裁剪成块状，得到多孔材料；
步骤三、将步骤二中得到的多孔材料以及有机润滑液加入容器中，混合均匀，然后将其置于真空干燥箱中抽真空除气泡，使多孔材料被完全浸润；得到多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面。
2.如权利要求1所述的多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，PDMS A组分和PDMS B组分分别为道康宁184-PDMS的基本组分和固化剂。
3.如权利要求1所述的多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面的制备方法，其特征在于，所述步骤一的过程为：取PDMS A组分加入去离子水中，搅拌10～30min；然后加入甲苯，在400～600r/min的条件下搅拌40～60min混合均匀，然后加入四氢呋喃，在400～600r/min的条件下搅拌40～60min，然后加入PDMS B组分，在400～600r/min的条件下搅拌5～15min；得到均液。
4.如权利要求1所述的多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面的制备方法，其特征在于，所述PDMS A组分、PDMS B组分、去离子水、四氢呋喃和甲苯的质量比为3～4:0.3～0.4:4～5:0.5～0.9:0.3～0.4。
5.如权利要求1所述的多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，固化的温度为：第一步温度为40～60℃，时间为45～90分钟，第二步为温度为55～65℃，时间为120～140分钟，第三步温度为70～80℃，时间为80～100分钟，第四步温度为95～100℃，时间为120～140分钟，第五步温度为115～125℃，时间为150～200分钟。
6.如权利要求1所述的多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，真空干燥箱中抽真空除气泡的温度为80～90℃，时间为20～28小时。
7.如权利要求1所述的多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，裁剪成30mm×30mm×3mm的块状。
8.如权利要求1所述的多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，有机润滑液为不同粘度硅油、防冻液、基础油中的任意一种。
9.如权利要求1所述的多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，将步骤二中得到的多孔材料以及有机润滑液加入容器中，使有机润滑油浸没多孔材料。
10.一种如权利要求1～9任一项所述的制备方法制备的多孔PDMS浸润有机油防冰润滑表面在防除冰领域中的应用。
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