一种具备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种具备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材料及其制备方法和应用，涉及功能性涂层材料技术领域。本发明专利技术提供的具备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材料包括自下而上依次设置在基材层表面的绝缘层和电热光热超疏水涂层；所述绝缘层和电热光热超疏水涂层之间设置有平行电极；所述电热光热超疏水涂层由包括可氟化接枝聚合物基体、纳米导电粒子、纳米光热粒子、纳米疏水粒子、氟铵盐固化剂和有机溶剂的原料固化得到。本发明专利技术提供的防冰材料实现了单一材料同时具有电热、光热转化能力以及耐磨超疏水多重性能，将多种防除冰方式结合起来，能够有效实现防冰节能，可应用于风机叶片、飞行器等防除冰领域。防除冰领域。防除冰领域。

【技术实现步骤摘要】
一种具备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及功能性涂层材料
，特别涉及一种具备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]飞机结冰是指飞机在大气中飞行时，其部件表面上积聚了冰层的现象。飞机机翼前缘、尾翼、发动机进气道前缘的结冰，会严重影响飞机飞行的安全，并会对飞行的性能造成极大的损害；风力发电机的叶片结冰会改变风机叶片的频率，进而改变其动态响应行为，严重影响发电机的效率；高寒线高铁底盘的结冰也会严重影响高铁的运行安全。
[0003]目前，飞机的防除冰技术按有无能量的输入可分为两大类，即：主动防除冰技术和被动防冰技术。被动防冰技术主要有涂覆超疏水表面、超滑表面等，其中，超疏水表面(如二氧化硅氟化接枝表面)能够降低结冰附着力，在静态结冰的情况下，可大大延缓结冰时间；但超疏水表面在动态结冰情况下，并不能实现完全防冰，并且超疏水表面的耐久性仍是其工程化应用的主要问题。主动防除冰包括气热、电加热、光热等技术，传统的气热技术由于热气温度高，能耗较高，并不能满足复合材料耐温低、无人机载能较低的需求；电加热技术通过焦耳热在冰层和基板界面可形成水膜，从而大大降低结冰附着力，实现表面防除冰；太阳光在自然界中随处可得，如果表面具备光热性能，则可利用光热输入，提高防除冰的效率并降低能耗；但是，电热、光热表面在不供给能量的时候，并不具有降低结冰附着力的功能。目前的主动防冰技术和被动防冰技术防除冰效果并不理想。
专利技术内容
[0004]有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种具备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材料及其制备方法和应用。本专利技术提供的防冰材料同时具有电热、光热转化能力以及耐磨超疏水多重性能，将多种防除冰方式结合起来，能够实现高效节能防除冰的功能。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种具备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材料，包括自下而上依次设置在基材层表面的绝缘层和电热光热超疏水涂层；所述绝缘层和电热光热超疏水涂层之间设置有平行电极；
[0007]所述电热光热超疏水涂层由包括可氟化接枝聚合物基体、纳米导电粒子、纳米光热粒子、纳米疏水粒子、氟铵盐固化剂和有机溶剂的原料固化得到；所述纳米导电粒子、纳米光热粒子、纳米疏水粒子和氟铵盐固化剂的质量分别为可氟化接枝聚合物基体质量的2～40％、10～50％、20～120％和10～30％，所述有机溶剂的质量为可氟化接枝聚合物基体质量的10～15倍。
[0008]优选地，所述可氟化接枝聚合物基体包括环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂、聚酯树脂和酚醛树脂的一种或几种。
[0009]优选地，所述纳米导电粒子包括石墨烯、导电炭黑、碳纳米管、纳米石墨粉、纳米金属粉和纳米金属线中的一种或几种。
[0010]优选地，所述纳米光热粒子包括碳基光热材料、金属氧化物材料和贵金属材料中的一种或几种。
[0011]优选地，所述纳米疏水粒子包括PTFE颗粒、二氧化硅颗粒、氧化铝颗粒、四氧化三铁颗粒中的一种或几种。
[0012]优选地，所述电热光热超疏水涂层的厚度为50～500μm。
[0013]优选地，所述平行电极的材料包括金属材料、碳纤维和导电银胶中的一种或几种。
[0014]本专利技术提供了以上技术方案所述防冰材料的制备方法，包括以下步骤：
[0015]在基材层表面制备绝缘层；
[0016]在所述绝缘层表面布置平行电极；
[0017]将可氟化接枝聚合物基体、纳米导电粒子、纳米光热粒子、纳米疏水粒子、氟铵盐固化剂和有机溶剂混合，得到涂料混合液；将所述涂料混合液喷涂在布置有平行电极的绝缘层表面后进行固化，得到所述防冰材料。
[0018]优选地，所述固化的温度为80～150℃。
[0019]本专利技术提供了以上技术方案所述防冰材料或以上技术方案所述制备方法制备得到的防冰材料在防冰领域中的应用。
[0020]本专利技术提供了一种备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材料，包括自下而上依次设置在基材层表面的绝缘层和电热光热超疏水涂层；所述绝缘层和电热光热超疏水涂层之间设置有平行电极；所述电热光热超疏水涂层由包括可氟化接枝聚合物基体、纳米导电粒子、纳米光热粒子、纳米疏水粒子、氟铵盐固化剂和有机溶剂的原料固化得到。本专利技术提供的防冰材料具备良好的耐磨性能，涂层表层磨损后露出的新表面仍具有良好的超疏水性能，并且该防冰材料具有良好的导电性能，良好的电加热以及光热性能。本专利技术提供的防冰材料能够在电热、光热作用下将其表层积冰融化形成液膜，利用多重能量输入，并复合超疏水涂层降低结冰附着力的作用，大大提高防除冰性能，降低防除冰温度以及加热功率需求。本专利技术提供的防冰材料实现了单一材料同时具有电热、光热转化能力以及耐磨超疏水多重性能，将多种防除冰方式结合起来，能够有效实现防冰节能，可应用于风机叶片、飞行器等防除冰领域。
[0021]本专利技术提供了以上技术方案所述防冰材料的制备方法，防冰材料涂层为一体化制备，材料结构均一，且操作简单，有利于实现规模化制备。
附图说明
[0022]图1是本专利技术提供的具备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材料的结构示意图；
[0023]图2是本专利技术提供的防冰材料涂层耐磨性强的原理图；
[0024]图3是本专利技术制备防冰材料的流程图；
[0025]图4是实施例1制备的防冰材料涂层疏水性能测试效果图；
[0026]图5是实施例1制备的防冰材料涂层的加热曲线以及电加热性能红外热像图；
[0027]图6是实施例1制备的防冰材料涂层的光热曲线及光热性能红外热像图；
[0028]图7为对实施例1制备的防冰材料涂层进行超疏水耐磨性测试的测试方法示意图；
[0029]图8为实施例1制备的防冰材料涂层的超疏水耐磨性能测试效果曲线图，图8中(a)为水在涂层表面的接触角随摩擦次数的变化曲线，(b)为水在涂层表面的水滚动角随摩擦次数的变化曲线。
具体实施方式
[0030]本专利技术提供了一种具备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材料，包括自下而上依次设置在基材层表面的绝缘层和电热光热超疏水涂层；所述绝缘层和电热光热超疏水涂层之间设置有平行电极；
[0031]所述电热光热超疏水涂层由包括可氟化接枝聚合物基体、纳米导电粒子、纳米光热粒子、纳米疏水粒子、氟铵盐固化剂和有机溶剂的原料固化得到；所述纳米导电粒子、纳米光热粒子、纳米疏水粒子和氟铵盐固化剂的质量分别为可氟化接枝聚合物基体质量的2～40％、10～50％、20～120％和10～30％，所述有机溶剂的质量为可氟化接枝聚合物基体质量的10～15倍。
[0032]本专利技术提供的具备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材料的结构如图1所示。
[0033]本专利技术提供的具备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材料，包括自下而上依次设置在基材层表面的绝缘层和电热光热超疏水涂层；所述绝缘层和电热光热超疏水涂层之间设置有平行电极；所述电热光热超疏水涂层由包括可氟化接枝聚合物基体、纳米导电粒子、纳米光热粒子、纳米疏水粒子、氟铵盐固化剂和有机溶剂的原料固化得到；所述纳米导电粒子、纳米光热粒子、纳米疏水粒子和氟铵盐固化剂的质量分别为可氟化接枝聚合物基体质量的2～40％、10～50％、20～120％和10～30％，所述有机溶剂的质量为可氟化接枝聚合物基体质量的10～15倍。2.根据权利要求1所述的防冰材料，其特征在于，所述可氟化接枝聚合物基体包括环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂、聚酯树脂和酚醛树脂中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的防冰材料，其特征在于，所述纳米导电粒子包括石墨烯、导电炭黑、碳纳米管、纳米石墨粉、纳米金属粉和纳米金属线中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的防冰材料，其特征在于，所述纳米光热粒子包括碳基光热材料、金属氧化物材料和贵金...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈华伟，赵泽辉，刘晓林，朱彦曈，王泽林澜，陈济琛，马峥，占潇洋，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：