[发明专利]一种具有耐久性和导热性的防冰结构及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具有耐久性和导热性的防冰结构，包括带有柱状结构的散热器基底，所述散热器基底内部设置有多孔结构，所述多孔结构内填充有油性物质，所述散热器基底的外表面涂覆有纤维增强的聚二甲基硅氧烷涂层。本发明还公开了一种具有耐久性和导热性的防冰结构的制备方法和应用。本发明所获得的涂层在获得防结冰/除冰能力的同时，还有效增加涂层结构的机械耐久性、防冰稳定性等性能，并且能够保证样品的较高热传导效率，根据本发明提供的方法，制备涂层所用的原料易得且便宜，同时该结构还具有超疏水、防结冰稳定性和较高的耐久性而且工艺简单等优点，在防冰方面具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种具有耐久性和导热性的防冰结构及其制备方法和应用，尤其涉及一种通过金属框架增强具有耐久性和高导热效率的多孔注油防冰结构及其制备方法和应用，属于防冰表面工程技术领域。

背景技术

日常生产生活中，诸多不可控的结冰和覆冰现象可能会对交通系统、基础设施、风力发电机和许多其他领域带来威胁，甚至可能在某些情况下造成严重的社会经济影响甚至灾难。几十年来，研究人员一直在研究通过在工程部件表面添加涂层的方式来实现防/除冰的目的，并进行了广泛的实验。近年来，具有较低冰粘接强度的聚合物涂层已经被广泛研究并用于防冰领域，许多研究报告都表明聚合物涂层和表面的冰附着强度较低。但是由于防/除冰涂层在极端条件下长期服役的特殊性，目前来看，纯聚合物防冰涂层仍存在有一定的问题，包括表面的微纳结构比较脆弱导致的耐久性不足，例如在机械冲击（以划痕、擦伤或高速冲击的形式）下，微纳表面结构可能会失效，化学结构也可能会被分解（注液减少或降解）。此外大部分纯聚合物防冰涂层本身则存在导致的电加热除冰效率较差、能耗较高的问题，而在航空工业中，被动防冰涂层通常会与主动的防冰措施组合使用以提高除冰效率，例如在机翼下方内衬有加热导管，影响除冰过程的进行。

所以为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种具有多孔注油机制，并且引入金属框架结构与表面纤维增强机制，能够用于工程部件表面超疏水/防冰目的结构设计。同时，本发明提供了一种制备具有高热导率，并且具有较高机械耐久性的防/除冰涂层的制备方法和应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，本发明提供一种具有耐久性和导热性的防冰结构，散热器基底提供良好的热传导，具有多孔注油结构、通过金属框架增强和表面纤维强化，可以有效提升该防冰涂层的电加热除冰效率。

同时，本发明提供一种具有耐久性和导热性的防冰结构的制备方法，通过水溶性氯化钠和聚二甲基硅氧烷在散热器基底上制备多孔结构，并向其中浸润油性物质，后利用旋涂法在已完成的结构上再制备纤维增强的聚二甲基硅氧烷涂层，利用注油与PDMS和金属骨架之间巨大的弹性模量差异诱导除冰过程中固-冰界面处的微裂纹萌生机制，并且通过旋涂法在表面制备的PDMS/Kevlar涂层能够有效地防止多孔结构中浸油的流失，同时利用散热器基底提供良好的热传导，并且通过金属框架增强，获得金属骨架增强的注油PDMS聚合物的防冰结构。

同时，本发明提供一种具有耐久性和导热性的防冰结构在工程部件表面超疏水/防冰功能中的应用，所述防冰结构制备完成后，其主要用途是粘附在工程部件表面起到防冰保护层的作用，并且能够提升电加热除冰过程的除冰效率以及减少其能量消耗。所制备的防冰结构首先能够起到有效驱赶表面过冷液滴与延缓过冷液滴结冰的作用。其次鉴于目前工程部件表面的除冰手段主要以电加热除冰方式为主，所制备防冰结构采用散热器基底，具有较好的热传导效率，能够在电加热除冰过程中快速传导热量，结合其良好的防结冰能力，帮助更好的实现防冰目的。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种具有耐久性和导热性的防冰结构，包括带有柱状结构的散热器基底，所述散热器基底内部设置有多孔结构，所述多孔结构内填充有油性物质，所述散热器基底的外表面涂覆有纤维增强的聚二甲基硅氧烷涂层。

所述柱状结构的长与宽均为0.8~1.3mm，高度为2~3mm。