[发明专利]一种基于非连续性润湿性改良的仿生防结冰表面

说明书

一种基于非连续性润湿性改良的仿生防结冰表面。其特征在于在材料表面上有规律的涂覆多种与材料本身润湿性不同的疏水涂层，从而使材料表面具有非连续性的润湿性分布。本发明改变材料表面的单一润湿特性，使材料表面具有不同疏水性能和主动抗结冰性能，降低了材料表面水的附着量，延缓结冰时间，降低结冰冻结强度。同时由于不同疏水涂层的疏水效果，冷凝水发生冻结结冰的时间存在差异，与疏水涂层之间形成了间断性、非连续的冻结界面，破坏了冰与材料表面之间的冻粘稳定性，降低了冰在材料表面的附着强度。本发明既降低材料表面水的附着量，延缓结冰时间，同时使表面具有抑制结冰和降低结冰强度的能力，具有主动防除冰效果。

技术领域

本发明涉及材料表面防除冰技术。

背景技术

结冰作为一种常见的自然现象，却给工程领域带来诸多限制和危害，如航空、交通运输、电力等不同工程领域。飞机表面结冰影响其空气动力性能，特别是发动机结冰，严重影响飞行安全性。动车底盘悬挂、制动钳、转向盘等关键零部件结冰，降低乘坐安全性和舒适性，缩短使用寿命。风机叶片、风速仪、风向标等零部件表面结冰，不能正确判断风向、风速，严重影响了风机运行效率，降低风机发电效率，增加风机运转的故障率。目前针对工程中对于零部件表面的结冰现象有以下几种解决办法：一是采取对零件表面积冰采用敲击、铲除等机械方式除冰，二是采用热水融冰等加热方式除去列车底盘积冰，三是通过对飞机表面喷洒乙二醇等化学溶剂除去积冰或延缓表面积水的冻结时间，但是上述除冰方法在使用过程中存在成本高、能耗高以及环境污染等缺陷。随着材料科学、仿生科学及制备工艺的不断发展，各种疏水涂层及抗结冰涂层均可以制备，并可以喷涂在材料表面，如CN102443326A(新型防覆冰涂层及其制备方法)、CN105032731A(一种超疏水涂层与加热涂层复合的节能防除冰涂层制备方法)均通过表面润湿特性的改变，具有单一效果作用，但多次使用后防、除冰效果差。

发明内容

本发明的目的在于针对现有被动式除冰方法存在能耗高、污染环境等使用缺陷，提供一种简单、有效的非连续性润湿性仿生防结冰表面

一种基于非连续性润湿性改良的仿生防结冰表面，其特征在于在材料表面涂覆多种与材料本身润湿性不同的疏水涂层，从而使材料表面具有非连续性的润湿特性，并使材料表面不同位置具有不同的抗结冰性能。

本发明通过在材料表面涂覆多种不同润湿特性的疏水涂层，更改了材料表面的连续润湿性特点，使材料表面的不同区域具有不同的润湿特性，即延缓了冻结时间，又起到了防止结冰或降低结冰强度的作用。

进一步的技术方案如下：

所述的非连续性润湿性改良的仿生防除冰表面，其特征在于：在材料表面涂覆的涂料至少为2种以上，涂料导热系数小于1W/(m·K)，覆盖厚度不能超过1mm，每种涂层可以相互叠加，并且最上裸露面积至少大于总面积的20％，并且可在疏水涂层与材料表面之间涂覆一层起到隔热或疏水作用的基底涂层。

所述材料表面形成的疏水涂层可以为间断性涂层，即材料表面由疏水涂层间断性覆盖。

所述材料表面形成的疏水涂层可在表面呈以下图形分布：

(1)间隔网格状；(2)间隔条状；(3)离散分布点状；(4)蜂窝状；(5)由疏水涂层做出隔离区，在隔离区域为另一种或多种疏水涂层分布。

所述表面形成的多种疏水涂层相交边缘存在涂层叠层现象，进而在涂层厚度方向呈现不规则分布。

本发明所述的疏水涂层包括：表面接触角θ≥120°的聚四氟乙烯颗粒涂料涂层、二氧化钛疏水涂层、四氧化三铁纳米涂层以及含硅疏水涂层等。