一种复合防冰涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种复合防冰涂层及其制备方法，其方法包括以下步骤：对基底进行粗糙处理；采用旋涂法将聚氨酯前驱体均匀涂布至基底的粗糙表面，制备第一涂层；再次进行粗糙处理；经过网状模具，将聚四氟乙烯悬浮液喷涂到粗糙第一涂层的表面，制备第二涂层；采用旋涂法将聚氨酯/纤维前驱体均匀涂布至第二涂层表面，制备第三涂层，从而最终得到复合防冰涂层。本发明专利技术制备的复合防冰涂层具有优良的防冰性和机械耐久性。械耐久性。械耐久性。

【技术实现步骤摘要】
一种复合防冰涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及防冰表面工程
，具体涉及一种复合防冰涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]固体表面上的覆冰是一种非常普遍的自然现象，但需要注意到的是，在一些极端环境条件下，不可控结冰现象不仅会在飞行器表面出现，同样甚至会在发动机内部乃至传感部件表面出现覆冰现象。此外在远距离输电线路上的覆冰也会增加负载，造成严重破坏，严重影响人民的日常生产生活。不可控结冰覆冰带来的诸多问题甚至会导致生命损失。目前来看，通过改变材料的表面属性，设计、制备具有防结冰/除冰性能的涂层，实现“被动防冰”这一方法较为行之有效，也引起了国内外专家学者的广泛关注。近年来，研究人员从减小界面冰断裂韧性角度出发，提出了一种称为“应力局部定位化”的除冰结构设计理念，通过多种弹性体引入应力局部控制的方式构建防冰结构以实现冰粘附强度的减小。其构建的防冰结构利用不同物相受力时产生的形变差异诱发固
‑
冰界面处的微裂纹产生，从而使成冰脱离涂层表面。但需要注意到该设计思路仍存在一些不足，其长期服役会不可避免地会受到表面灌注液体性质的限制，存在机械结构较脆弱，使用寿命不足等缺点。而结合防冰材料所处的恶劣环境与工作条件，会给其长期稳定应用带来严峻挑战。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了克服现有技术中防冰涂层耐久性和高效除冰能力不易兼顾的问题，提供了一种复合防冰涂层及其制备方法，形成分层结构，该复合防冰涂层具有低表面冰粘接强度，并且具有较高机械耐久性。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：
[0005]一种复合防冰涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)对基底进行粗糙处理：使用喷砂设备对基底表面进行喷砂，然后经清洗、干燥，得到具有粗糙表面的基底；
[0007](2)制备第一涂层：制备聚氨酯前驱体，采用旋涂法将聚氨酯前驱体均匀涂布至基底的粗糙表面，旋涂结束后经梯度加热固化，得到第一涂层；其中，聚氨酯前驱体的制备为将聚氨酯A料与聚氨酯B料按质量比100:92
‑
94混合搅拌得到；
[0008](3)再次进行粗糙处理：使用喷砂设备对基底上的第一涂层表面进行喷砂处理，然后经清洗、干燥，得到粗糙第一涂层；
[0009](4)制备第二涂层：制备聚四氟乙烯悬浮液，将具有粗糙第一涂层的基底加热至100
‑
120℃，在粗糙第一涂层的表面放置孔径为150
‑
300μm的网状模具，将聚四氟乙烯悬浮液喷涂到粗糙第一涂层的表面，挥发去除溶剂；结束后经梯度加热固化，得到第二涂层；
[0010](5)在第二涂层上制备第三涂层：制备聚氨酯/纤维前驱体，采用旋涂法将聚氨酯/纤维前驱体均匀涂布至第二涂层表面，旋涂结束后在真空烘箱中经梯度加热固化，形成第三涂层，从而最终得到复合防冰涂层；聚氨酯/纤维前驱体的制备为将聚氨酯A料与聚氨酯B
料按质量比100:82
‑
84混合，并加入聚氨酯质量分数1
‑
3％的纤维粉末，经混合搅拌得到。
[0011]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
[0012]所述的基底采用金属基底(如不锈钢基底，铝合金基底)、复合材料基底(如热塑性碳纤维复合材料)或层压板基底(如LE层压板)，喷砂处理后的基底表面粗糙度在0.8
‑
1.5μm。
[0013]步骤(1)、步骤(3)中的清洗为用乙醇和去离子水先后进行超声清洗。
[0014]步骤(2)聚氨酯前驱体的制备中，将聚氨酯A料与聚氨酯B料使用磁转子搅拌，搅拌速度控制在300
‑
400rpm，搅拌时间为1.5
‑
2h。
[0015]步骤(2)中，旋涂工艺参数为1000
‑
1500rpm，每次旋涂时间控制在0.5
‑
1min，旋涂次数为3
‑
5次；梯度加热固化为在烘箱中热处理，先30
‑
35℃处理5
‑
8h，然后升温至65
‑
70℃继续处理4
‑
5h；第一涂层厚度在2.8
‑
4.2μm。
[0016]步骤(3)中，喷砂处理后的具有粗糙第一涂层的基底表面粗糙度在1.0
‑
2.0μm。
[0017]步骤(4)聚四氟乙烯悬浮液中，聚四氟乙烯与溶剂的体积比为1
‑
2：1，搅拌时间控制在1
‑
2h；将具有粗糙第一涂层的基底置于水平加热台上进行加热；喷涂采用喷壶，喷嘴与粗糙第一涂层距离为2
‑
3cm，喷嘴与粗糙第一涂层的角度保持在40
‑
50
°
，以0.1
‑
0.3mL/s的速度喷涂，并且随基底轴向方向控制喷壶做匀速水平运动，使聚四氟乙烯悬浮液均匀喷涂至基底粗糙第一涂层的表面。
[0018]步骤(4)中，每次喷涂过程持续25
‑
30s，随后停止喷涂，利用加热台的加热使聚四氟乙烯悬浮液中的溶剂挥发，加热过程保持在2
‑
4min，然后再进行喷涂、加热过程，重复次数在5
‑
10次；梯度加热固化为在烘箱中热处理，先在50℃温度下保温1h，之后在100℃温度下保温1h，再在150℃温度下进行1
‑
1.5h的干燥处理，后冷却至室温；第二涂层为高度在8.5
‑
15.5μm的聚四氟乙烯圆柱体。
[0019]步骤(4)中，利用喷壶进行聚四氟乙烯涂层制备时，其喷涂速率需保证不能过快，使喷涂的聚四氟乙烯悬浮液中的溶剂在运动过程中可以被加热以部分挥发掉，同时不影响已制备好的聚四氟乙烯涂层。
[0020]步骤(5)中，纤维粉末选用碳纤维粉末或者碳化硅纤维粉末；搅拌速度为150
‑
300rpm，获得均匀分散的聚氨酯/纤维前驱体。
[0021]步骤(5)中，旋涂工艺参数为500
‑
800rpm，每次旋涂时间控制在1
‑
2min，旋涂次数为12
‑
20次；梯度加热固化在真空烘箱中热处理，采用为0.1个大气压的真空度，先在60
‑
65℃热处理5
‑
8h，然后升温至121℃继续进行热处理4
‑
5h，后冷却至室温；第三涂层厚度在14.2
‑
19.5μm。第三涂层为保护表面，其表面形貌需较为光滑。
[0022]本专利技术还保护上述方法制备的复合防冰涂层，包括三层复合结构，第一涂层为聚氨酯涂层，第二涂层为聚四氟乙烯涂层，聚四氟乙烯涂层为根据网状模具孔径大小形成的聚四氟乙烯圆柱体，第三涂层为聚氨酯/纤维涂层。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0024]本专利技术提供了一种复合防冰涂层及其制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合防冰涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)对基底进行粗糙处理：使用喷砂设备对基底表面进行喷砂，然后经清洗、干燥，得到具有粗糙表面的基底；(2)制备第一涂层：制备聚氨酯前驱体，采用旋涂法将聚氨酯前驱体均匀涂布至基底的粗糙表面，旋涂结束后经梯度加热固化，得到第一涂层；其中，聚氨酯前驱体的制备为将聚氨酯A料与聚氨酯B料按质量比100:92
‑
94混合搅拌得到；(3)再次进行粗糙处理：使用喷砂设备对基底上的第一涂层表面进行喷砂处理，然后经清洗、干燥，得到粗糙第一涂层；(4)制备第二涂层：制备聚四氟乙烯悬浮液，将具有粗糙第一涂层的基底加热至100
‑
120℃，在粗糙第一涂层的表面放置孔径为150
‑
300μm的网状模具，将聚四氟乙烯悬浮液喷涂到粗糙第一涂层的表面，挥发去除溶剂；结束后经梯度加热固化，得到第二涂层；(5)在第二涂层上制备第三涂层：制备聚氨酯/纤维前驱体，采用旋涂法将聚氨酯/纤维前驱体均匀涂布至第二涂层表面，旋涂结束后在真空烘箱中经梯度加热固化，形成第三涂层，从而最终得到复合防冰涂层；聚氨酯/纤维前驱体的制备为将聚氨酯A料与聚氨酯B料按质量比100:82
‑
84混合，并加入聚氨酯质量分数1
‑
3％的纤维粉末，经混合搅拌得到。2.根据权利要求1所述的复合防冰涂层的制备方法，其特征在于：所述的基底采用金属基底、复合材料基底或层压板基底，喷砂处理后的基底表面粗糙度在0.8
‑
1.5μm。3.根据权利要求1所述的复合防冰涂层的制备方法，其特征在于：步骤(2)聚氨酯前驱体的制备中，将聚氨酯A料与聚氨酯B料使用磁转子搅拌，搅拌速度控制在300
‑
400rpm，搅拌时间为1.5
‑
2h。4.根据权利要求1所述的复合防冰涂层的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，旋涂工艺参数为1000
‑
1500rpm，每次旋涂时间控制在0.5
‑
1min，旋涂次数为3
‑
5次；梯度加热固化为在烘箱中热处理，先30
‑
35℃处理5
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8h，然后升温至65
‑
70℃继续处理4
‑
5h；第一涂层厚度在2.8
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4.2μm。5.根据权利要求1所述的复合防冰涂层的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，喷砂处理后的具有粗糙第一涂层的基底表面粗糙度...

【专利技术属性】
技术研发人员：王捷，吴梦涓，王霜，盛艺儒，张保森，陶学伟，姚函妤，刘玉爽，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：