电加热防冰涂层和电加热防冰器件及它们的制备方法技术

本发明专利技术涉及涂层制备领域，具体涉及电加热防冰涂层和电加热防冰器件及它们的制备方法。该涂层包括隔热层、设置在所述隔热层上的铜质电加热层和疏水表面层；其中，所述铜质电加热层中，铜质材料的表面分布有低表面能物质修饰的氧化铜纳米结构；其中，至少部分所述氧化铜纳米结构突出所述疏水表面层，且至少部分所述氧化铜纳米结构的表面包裹有所述疏水表面层。本发明专利技术采用电加热层和疏水表面层共同作用，材料成本低，制备工艺简单，经济可靠，防冰和除冰效果非常明显，可极大降低因结冰造成的经济损失，具有工业化应用的前景。具有工业化应用的前景。具有工业化应用的前景。

【技术实现步骤摘要】
电加热防冰涂层和电加热防冰器件及它们的制备方法


[0001]本专利技术涉及涂层制备领域，具体涉及一种电加热防冰涂层和电加热防冰器件及它们的制备方法。

技术介绍

[0002]防冰涂层在许多基础设施、运输及冷却系统中对于提高安全性具有非常重要的影响。疏水涂层的抗结冰原理是基于疏水表面的憎水性能和微观结构，使得水滴与涂层表面的接触面积变小，减小水对基材表面的附着力，并延缓水滴在涂层表面结冰的时间，使得水滴或冰更容易脱离基材表面。
[0003]目前，常用的除冰技术有机械除冰、加热除冰、涂层除冰等，机械除冰效率低，涂层除冰具有涂层易损坏以及除冰效果不理想的问题。CN110629151A公开了一种新型电加热涂层及其制备方法，包括Al基板和电加热层，所述电加热层包括结合层、电绝缘层、导电层，所述结合层为NiCr涂层，所述电绝缘层为Al2O3，所述导电层为NiCr涂层。该方法制备得到的电加热涂层存在除冰效果不佳以及寿命短等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的防冰性能差、除冰效率低和寿命低的问题，提供一种电加热防冰涂层和电加热防冰器件及它们的制备方法，该电加热防冰涂层能够有效提高防冰性能和除冰效率，同时能够延长其寿命。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种电加热防冰涂层，该涂层包括隔热层、设置在所述隔热层上的铜质电加热层和疏水表面层；
[0006]其中，所述铜质电加热层中，铜质材料的表面分布有低表面能物质修饰的氧化铜纳米结构；
[0007]其中，至少部分所述氧化铜纳米结构突出所述疏水表面层，且至少部分所述氧化铜纳米结构的表面包裹有所述疏水表面层。
[0008]优选地，所述氧化铜纳米结构为棒状纳米结构和/或针状纳米结构。
[0009]本专利技术第二方面提供一种电加热防冰涂层的制备方法，该方法包括：
[0010](1)隔热层的制备：对隔热涂料进行成层处理，得到隔热层；
[0011](2)铜质材料的制备：对铜质原料依次进行退火和低表面能处理，得到铜质材料，其表面分布有低表面能物质修饰的氧化铜纳米结构；
[0012](3)电加热防冰涂层的制备：向隔热层上铺设所述铜质材料，形成铜质电加热层，向所述铜质电加热层上第二施加第二疏水涂料，形成疏水表面层，得到电加热防冰涂层；
[0013]其中，所述第二施加使得至少部分所述氧化铜纳米结构突出所述疏水表面层，且至少部分所述氧化铜纳米结构的表面包裹有所述疏水表面层。
[0014]本专利技术第三方面提供如上所述的方法制备的电加热防冰涂层。
[0015]本专利技术第四方面提供一种电加热防冰器件，所述器件包括基材以及电加热防冰涂
层；
[0016]其中，所述电加热防冰涂层包括如上所述的电加热防冰涂层，所述电加热防冰涂层通过隔热层与基材连接。
[0017]本专利技术第五方面提供一种电加热防冰器件的制备方法，该方法包括：将如上所述的电加热防冰涂层施加到基材上，使得所述基材与所述电加热防冰涂层通过隔热层连接，得到电加热防冰器件。
[0018]本专利技术采用涂层除冰与加热除冰相结合的方式，在应用到基材上时，首先在基材表面涂覆一层防冰涂层，然后在中间铺设电加热层，在电加热层表面涂覆一层疏水表面层。该涂层能极大的提高防冰性能和除冰效率，适用范围较广，是一种高效、经济的防冰、除冰方法。
[0019]而且，本专利技术利用铜质材料当导体，铜质材料表面制备出氧化铜纳米结构来构建表面微观结构，并对其进行表面改性处理，使得其表面具有超疏水性能。疏水涂料形成的疏水表面层，能够提高氧化铜纳米结构的稳定性，并使得制备得到的电加热防冰涂层具备更优异的超疏水性能以及防冰性能，同时使得所述电加热涂层的寿命大大延长。
附图说明
[0020]图1为本专利技术所述的电加热防冰器件的结构示意图；
[0021]图2为本专利技术所制备的铜质电加热层表面的氧化铜纳米结构；
[0022]图3为不同表面(铁基材表面、施加疏水表面层的铁基材表面、普通铜丝网表面和)的水滴接触角图；
[0023]图4为无涂层基材(图4a)、覆盖有隔热层的基材(图4b)及覆盖有电加热防冰涂层的基材(图4c)的防冰性能对比图。
[0024]附图标记说明
[0025]1、基材；2、隔热层；3、铜质电加热层；4、疏水表面层。
具体实施方式
[0026]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0027]本专利技术第一方面提供一种电加热防冰涂层，该涂层包括隔热层、设置在所述隔热层上的铜质电加热层和疏水表面层；
[0028]其中，所述铜质电加热层中，铜质材料的表面分布有低表面能物质修饰的氧化铜纳米结构；
[0029]其中，至少部分所述氧化铜纳米结构突出所述疏水表面层，且至少部分所述氧化铜纳米结构的表面包裹有所述疏水表面层。
[0030]在本专利技术中，所述隔热层的厚度可以在较宽的范围内选择，只要能起到隔热作用即可，优选地，所述隔热层的厚度为10
‑
40μm。
[0031]所述隔热层的材料可以是本领域常规的材料，优选地，所述隔热层由隔热涂料形
成。
[0032]所述隔热涂料可以是本领域常规的隔热涂料，优选地，所述隔热层的隔热涂料选自聚氨酯型涂料、有机硅树脂涂料和丙烯酸类涂料中的至少一种。
[0033]所述隔热涂料均可通过商购获得，比如可以为购自郑州青腾涂料有限公司的脂肪族聚氨酯面漆。
[0034]应当理解的是，在实际使用的时候，所述电加热防冰涂层通过所述隔热层与基材连接。
[0035]在本专利技术中，所述铜质电加热层的主要材料是铜，以铜为导体，起到电加热的作用。
[0036]在本专利技术中，所述铜质电加热层的形状可以根据基材的不同而有所不同。
[0037]用于制备所述铜质材料的铜质原料可以是铜丝构成的铜丝网或者铜片，也可以是一体的铜片。
[0038]可选地，所述铜质材料含有孔隙或间隙，所述孔隙或间隙中填充有第一疏水涂料。
[0039]孔隙可以是铜丝网的孔隙，也可以是铜片上的孔隙；间隙比如是铜丝构成的铜片，相邻两个铜丝之间的间隙。
[0040]当所述铜质原料为铜丝网(如图2)时，优选地，所述铜丝网的目数为200
‑
500目。
[0041]优选地，所述铜质材料的孔隙或间隙占铜质材料截面面积的比例为40％以下，比如可以40、35、30、25、20、15、10、5、1％以及0以及任意两个值之间组成的任意范围。
[0042]在本专利技术中，所述铜质电加热层的厚度可以在较宽的范围内选择，优选地，所述铜质电加热层的厚度为30<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电加热防冰涂层，其特征在于，该涂层包括隔热层、设置在所述隔热层上的铜质电加热层和疏水表面层；其中，所述铜质电加热层中，铜质材料的表面分布有低表面能物质修饰的氧化铜纳米结构；其中，至少部分所述氧化铜纳米结构突出所述疏水表面层，且至少部分所述氧化铜纳米结构的表面包裹有所述疏水表面层。2.根据权利要求1所述的涂层，其中，所述隔热层的厚度为10
‑
40μm；和/或形成所述隔热层的隔热涂料选自聚氨酯型涂料、有机硅树脂涂料和丙烯酸类涂料中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的涂层，其中，所述氧化铜纳米结构为棒状纳米结构和/或针状纳米结构；优选地，单个所述氧化铜纳米结构的直径≤30nm，长度≤2μm；优选地，所述低表面能物质选自硅烷类低表面能物质、脂肪酸类低表面能物质和石蜡中的至少一种。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的涂层，其中，所述铜质电加热层的厚度为30
‑
200μm；和/或所述铜质材料含有孔隙或间隙，所述孔隙或间隙中填充有第一疏水涂料；优选地，所述第一疏水涂料的厚度小于或等于所述孔隙或间隙的高度；优选地，第一疏水涂料选自聚氨酯型涂料、有机硅树脂涂料和丙烯酸类涂料中的至少一种。5.根据权利要求1
‑
4中任意一项所述的涂层，其中，所述疏水表面层的厚度为0.5
‑
1μm；和/或形成所述疏水表面层的第二疏水涂料选自聚氨酯型涂料、有机硅树脂涂料和丙烯酸类涂料中的至少一种。6.一种电加热防冰涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括：(1)隔热层的制备：对隔热涂料进行成层处理，得到隔热层；(2)铜质材料的制备：对铜质原料依次进行退火和低表面能处理，得到铜质材料，其表面分布有低表面能物质修饰的氧化铜纳米结构；(3)电加热防冰涂层的制备：在隔热层上铺设所述铜质材料，形成铜质电加热层，向所述铜质电加热层上第二施加第二疏水涂料，形成疏水表面层，得到电加热防冰涂层；其中，所述第二施加使得至少部分所述氧化铜纳米结构突出所述疏水表面层，且至少部分所述氧化铜纳米结构的表面包裹有所述疏水表面层；优选地，所述隔热层的厚度为10
‑
40μm；优选地，所述铜质电加热层的厚度为30
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：颜蜀雋，金政伟，石立军，张安贵，潘爱庶，井云环，马晓峰，庄壮，王亮，王伏，丁鹏，蒙延斐，卢道增，周全胜，温润娟，赵斌，丁文瑶，马旭东，
申请(专利权)人：国家能源集团宁夏煤业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：