一种柔性可弯折、主动除冰的超疏水防覆冰复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于防覆冰材料的技术领域，公开了一种柔性可弯折、主动除冰的超疏水防覆冰复合材料及其制备方法与应用。所述防覆冰复合材料由室温硫化液体硅橡胶基体与微纳米材料制备而成；室温硫化液体硅橡胶基体由室温硫化液体硅橡胶、有机溶剂、固化剂和催化剂制备得到，微纳米材料由无机微粉、碳纳米管、极性有机溶剂和疏水剂组成；防覆冰复合材料是在有机溶剂中，室温硫化液体硅橡胶在催化剂和部分固化剂的作用下进行半固化，获得半固化的硅橡胶基体；然后将微纳米材料与剩余固化剂混均，然后喷涂于半固化的硅橡胶基体表面，干燥获得。本发明专利技术的材料可弯折，能够将主动光热除冰与超疏水防覆冰相结合，防冰效果显著。本发明专利技术的材料用于防覆冰领域。

A Flexible, Flexible and Active Deicing Super-hydrophobic Ice-proof Composite Material and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种柔性可弯折、主动除冰的超疏水防覆冰复合材料及其制备方法与应用
本专利技术属于防覆冰材料的
，具体涉及一种柔性可弯折、主动除冰的超疏水防覆冰复合材料及其制备方法与应用。
技术介绍
低温高湿环境下积冰与覆冰的发生和堆积，会给道路交通、电力运输、航空运载、风力发电等行业带来严重的破坏，甚至危害生命和造成严重的财产损失。在电力运输行业中，覆冰带来的破坏尤其显著。冰的堆积极大地增加了电线的重量，会造成导线断裂、塔杆扭曲甚至倒塌。针对表面的积冰和覆冰，传统的除冰方式主要为主动方式的热力融冰、机械除冰。这些方式操作难，能耗高，容易对设备产生较大的损伤。超疏水表面可以延缓表面冰晶的形成而被用作防冰表面，被寄期望于实现抑制或防止表面覆冰的形成以及有效脱除表面积冰。原因在于超疏水表面对水具有非常好的排斥效果，具有较高的水接触角和较低的滚动角，使水在表面滚落防止水的粘附。但是超疏水表面也存在一些问题，如：由于超疏水表面的粗糙结构易受到破坏，超疏水表面的防冰效果会下降([KulinichSA,FarhadiS,NoseK,etal.SuperhydrophobicSurfaces:AreTheyReallyIce-Repellent[J].LANGMUIR,2011,27(1),25-29；NosonovskyM,HejaziV.WhySuperhydrophobicSurfacesAreNotAlwaysIcephobic[J].ACSNANO,2012,6(10),8488-8419])。另外，现有的超疏水防覆冰材料存在着制备过程较为繁杂、成本高昂、难以实现大面积制备，且用作防冰表面时作用单一，难以实现较理想的防冰效果。本专利技术将无机微粒与碳纳米管用于构建柔性的超疏水防覆冰复合材料，该材料可弯折，并能够将主动光热除冰与超疏水防覆冰相结合，防冰效果显著。
技术实现思路
基于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于解决现有的超疏水防覆冰材料的技术问题，提供一种柔性可弯折、主动除冰的超疏水防覆冰复合材料及其制备方法。本专利技术的复合材料具有主动光热除冰与被动防覆冰相结合的柔性超疏水表面。该复合材料表面具有基体包覆着山峰状碳化硅微米结构和绒毛状碳纳米管纳米结构的微纳米复合结构，使其不仅具有超疏水特性，而且可以延长表面过冷液滴结冰时间，降低表面对冰的粘附，同时在近红外光(700-1100nm)照射下还可以快速生热，达到快速光热除冰的效果。更重要的是，基体包覆微纳米结构使其可以任意弯折，实现柔性超疏水表面，提高微纳米结构的力学稳定性。本专利技术的另一目的在于提供上述超疏水防覆冰复合材料的应用。本专利技术的复合材料在防覆冰领域的应用，具体应用于电线电缆表面的防覆冰、电子元器件表面的防覆冰以及交通工具表面的防覆冰等。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种柔性可弯折、主动除冰的超疏水防覆冰复合材料，由室温硫化液体硅橡胶基体与微纳米材料制备而成；所述室温硫化液体硅橡胶基体由室温硫化液体硅橡胶、有机溶剂、固化剂和催化剂制备得到，微纳米材料由无机微粉、碳纳米管、极性有机溶剂和疏水剂组成；所述超疏水防覆冰复合材料具体是在有机溶剂中，室温硫化液体硅橡胶在催化剂和部分固化剂的作用下进行半固化，获得半固化的室温硫化液体硅橡胶基体；然后将微纳米材料与剩余固化剂混均，然后喷涂于半固化的室温硫化液体硅橡胶基体的表面，干燥，获得超疏水防覆冰复合材料。室温硫化液体硅橡胶与有机溶剂的质量体积比为100g:(30～40)mL，室温硫化液体硅橡胶与固化剂的质量比为100:(5～35)，室温硫化液体硅橡胶与催化剂的质量比为100:(3～6)，室温硫化液体硅橡胶与无机微粉100:(0.1～3)，室温硫化液体硅橡胶与碳纳米管100:(0.1～0.6)，室温硫化液体硅橡胶与极性有机溶剂的质量体积比为100g:(100～400)mL，室温硫化液体硅橡胶与疏水剂的质量比为100:(0.05～10)。所述极性有机溶剂为乙醇、甲醇、异丙醇、乙酸乙酯中一种以上，优选为乙醇。所述室温硫化液体硅橡胶为双组份缩合型室温硫化液体硅橡胶，优选为107型室温硫化液体硅橡胶。所述有机溶剂为短链烷烃、甲苯、异丙醇、乙酸、乙醚中一种以上，优选为短链烷烃，所述短链烷烃的结构通式为：CnH2n+2其中，n为5～7的整数，更优选为正己烷。所述固化剂为硅烷偶联剂，优选为烷氧基硅烷，其结构通式为：其中，n为1～4的整数；更优选为硅酸四乙酯。所述催化剂为室温硫化液体硅橡胶的常用催化剂有机锡类，如二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡、二(十二烷基硫)二丁基锡和二醋酸二丁基锡等。优选为二月桂酸二丁基锡。所述无机微粉为碳化硅微粉、金刚石微粉、碳酸钙微粉等微米级无机粉体，优选为碳化硅微粉，粒径为1000～3000目，优选为2000目。所述碳纳米管为羧基化碳纳米管，直径为10～200纳米，优选为100纳米；长度为10～50微米，优选为10微米。所述疏水剂为长氟碳链硅烷偶联剂，结构通式为：其中，m为1～3的整数，i为5～8的整数，n为0～2的整数。所述疏水剂优选为全氟癸基三甲氧基硅烷(1H,1H,2H,2H-十七氟癸基三甲氧基硅烷)。所述部分固化剂为固化剂总量的5％～40％。所述防覆冰复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：将室温硫化液体硅橡胶、部分固化剂、催化剂在有机溶剂中混合，半固化，获得半固化的硅橡胶；在极性有机溶剂中，将无机微粉、碳纳米管、疏水剂以及剩余固化剂超声处理，获得均相悬浊液；将均相悬浊液喷涂至半固化的硅橡胶表面，干燥，获得防覆冰复合材料。所述半固化的温度为30～50℃；半固化的时间为40～60min，判断表面半固化程度：液体硅橡胶粘度增大至无明显流动，出现爬杆效应。喷涂的压力为3～5MPa。剩余固化剂占固化剂总量的5％～20％。本专利技术的复合材料在防覆冰领域的应用，具体应用于电线电缆、电子元器件以及交通工具等表面的防覆冰。本专利技术的原理在于：在半固化的液体硅橡胶表面喷涂微纳米材料，微纳米材料中无机微粉和碳纳米管沉积在表面后在固化过程因重力下陷，最终固化时嵌入硅橡胶。无机微粉作为刚性粒子堆叠成微米级山峰状结构沉在下部，而碳纳米管形成纳米级绒毛状纳米结构覆盖在上部，形成硅橡胶包裹微米级山峰结构和纳米级绒毛结构的微纳复合结构。经过微量的疏水剂修饰，低表面能的微米级山峰结构与纳米绒毛结构复合而成的微纳结构具有非常优异的超疏水特性，表面空穴可以有效捕获空气形成气垫，使水滴以稳态Cassie模型与表面接触，同时粘附极低，水滴可以迅速从表面滚落。在复合材料表面，由于微纳米结构捕获空气形成气垫，水与表面间接触面积极大地减小，空气传热效率低，水在表面的结冰成核方发生转变，由异相成核转变为均相成核，水的结冰时间有效延长，冰粘附力降低。同时，由于碳纳米管在近红外光(700～1100nm)照射下具有很强的光热效应，因而复合材料也继承了碳纳米管的光热效应，在近红外光照射下，材料表面快速升温，从而可以融化表面的覆冰，起到了主动光热除冰的作用，可以实现远程除冰，不破坏材料表面形貌。此外，由于硅橡胶基体包覆了微纳米结构，使得微纳米结构稳定，实现表面可以弯折而不失去超疏水性能，提高了表面的力学稳定性。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点及有益效果：本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性可弯折、主动除冰的超疏水防覆冰复合材料，其特征在于：由室温硫化液体硅橡胶基体与微纳米材料制备而成；所述室温硫化液体硅橡胶基体由室温硫化液体硅橡胶、有机溶剂、固化剂和催化剂制备得到，微纳米材料由无机微粉、碳纳米管、极性有机溶剂和疏水剂组成；所述超疏水防覆冰复合材料具体是在有机溶剂中，室温硫化液体硅橡胶在催化剂和部分固化剂的作用下进行半固化，获得半固化的室温硫化液体硅橡胶基体；然后将微纳米材料与剩余固化剂混均，然后喷涂于半固化的室温硫化液体硅橡胶基体的表面，干燥，获得超疏水防覆冰复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种柔性可弯折、主动除冰的超疏水防覆冰复合材料，其特征在于：由室温硫化液体硅橡胶基体与微纳米材料制备而成；所述室温硫化液体硅橡胶基体由室温硫化液体硅橡胶、有机溶剂、固化剂和催化剂制备得到，微纳米材料由无机微粉、碳纳米管、极性有机溶剂和疏水剂组成；所述超疏水防覆冰复合材料具体是在有机溶剂中，室温硫化液体硅橡胶在催化剂和部分固化剂的作用下进行半固化，获得半固化的室温硫化液体硅橡胶基体；然后将微纳米材料与剩余固化剂混均，然后喷涂于半固化的室温硫化液体硅橡胶基体的表面，干燥，获得超疏水防覆冰复合材料。2.根据权利要求1所述柔性可弯折、主动除冰的超疏水防覆冰复合材料，其特征在于：所述固化剂为硅烷偶联剂；所述疏水剂为长氟碳链硅烷偶联剂，结构通式为：其中，m为1～3的整数，i为5～8的整数，n为0～2的整数。3.根据权利要求2所述柔性可弯折、主动除冰的超疏水防覆冰复合材料，其特征在于：所述固化剂为烷氧基硅烷，其结构通式为：其中，n为1～4的整数；所述疏水剂为全氟癸基三甲氧基硅烷。4.根据权利要求1所述柔性可弯折、主动除冰的超疏水防覆冰复合材料，其特征在于：所述无机微粉为碳化硅微粉、金刚石微粉、碳酸钙微粉中一种以上，粒径为1000～3000目；所述碳纳米管为羧基化碳纳米管，直径为10～200纳米；长度为10～50微米。5.根据权利要求1所述柔性可弯折、主动除冰的超疏水防覆冰复合材料，其特征在于：室温硫化液体硅橡胶与固化剂的质量比为100:(5～35)，室温硫化液体硅橡胶与催化剂的质量比为100:(3～6)，室温硫化液体硅橡胶与无机微粉的质量比为100:(0.1～3)，室温硫化液体硅橡胶与碳纳米管的质量比为100:(0.1～0.6)，室温硫化液体硅橡胶与疏水剂的质量比为100:(0.05～10...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋果，陈梁，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44