本實(shí)用新型涉及材料表面防除冰技術(shù)。

背景技術(shù)：

結(jié)冰作為一種常見的自然現(xiàn)象，卻給工程領(lǐng)域帶來諸多限制和危害，如航空、交通運(yùn)輸、電力等不同工程領(lǐng)域。飛機(jī)表面結(jié)冰影響其空氣動(dòng)力性能，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)冰，嚴(yán)重影響飛行安全性。動(dòng)車底盤懸掛、制動(dòng)鉗、轉(zhuǎn)向盤等關(guān)鍵零部件結(jié)冰，降低乘坐安全性和舒適性，縮短使用壽命。風(fēng)機(jī)葉片、風(fēng)速儀、風(fēng)向標(biāo)等零部件表面結(jié)冰，不能正確判斷風(fēng)向、風(fēng)速，嚴(yán)重影響了風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率，降低風(fēng)機(jī)發(fā)電效率，增加風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的故障率。目前針對(duì)工程中對(duì)于零部件表面的結(jié)冰現(xiàn)象有以下幾種解決辦法：一是采取對(duì)零件表面積冰采用敲擊、鏟除等機(jī)械方式除冰，二是采用熱水融冰等加熱方式除去列車底盤積冰，三是通過對(duì)飛機(jī)表面噴灑乙二醇等化學(xué)溶劑除去積冰或延緩表面積水的凍結(jié)時(shí)間，但是上述除冰方法在使用過程中存在成本高、能耗高以及環(huán)境污染等缺陷。隨著材料科學(xué)、仿生科學(xué)及制備工藝的不斷發(fā)展，各種疏水涂層及抗結(jié)冰涂層均可以制備，并可以噴涂在材料表面，如CN102443326A(新型防覆冰涂層及其制備方法)、CN105032731A(一種超疏水涂層與加熱涂層復(fù)合的節(jié)能防除冰涂層制備方法)均通過表面潤(rùn)濕特性的改變，具有單一效果作用，但多次使用后防、除冰效果差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有被動(dòng)式除冰方法存在能耗高、污染環(huán)境等使用缺陷，提供一種簡(jiǎn)單、有效的非連續(xù)性潤(rùn)濕性仿生防結(jié)冰表面

一種基于非連續(xù)性潤(rùn)濕性改良的仿生防結(jié)冰表面，其特征在于在材料表面涂覆多種與材料本身潤(rùn)濕性不同的疏水涂層，從而使材料表面具有非連續(xù)性的潤(rùn)濕特性，并使材料表面不同位置具有不同的抗結(jié)冰性能。

本實(shí)用新型通過在材料表面涂覆多種不同潤(rùn)濕特性的疏水涂層，更改了材料表面的連續(xù)潤(rùn)濕性特點(diǎn)，使材料表面的不同區(qū)域具有不同的潤(rùn)濕特性，即延緩了凍結(jié)時(shí)間，又起到了防止結(jié)冰或降低結(jié)冰強(qiáng)度的作用。

進(jìn)一步的技術(shù)方案如下：

所述的非連續(xù)性潤(rùn)濕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為2種以上，涂料導(dǎo)熱系數(shù)小于1W/(m·K)，覆蓋厚度不能超過1mm，每種涂層可以相互疊加，并且最上裸露面積至少大于總面積的20％，并且可在疏水涂層與材料表面之間涂覆一層起到隔熱或疏水作用的基底涂層。

所述材料表面形成的疏水涂層可以為間斷性涂層，即材料表面由疏水涂層間斷性覆蓋。

所述材料表面形成的疏水涂層可在表面呈以下圖形分布：

(1)間隔網(wǎng)格狀；(2)間隔條狀；(3)離散分布點(diǎn)狀；(4)蜂窩狀；(5)由疏水涂層做出隔離區(qū)，在隔離區(qū)域?yàn)榱硪环N或多種疏水涂層分布。

所述表面形成的多種疏水涂層相交邊緣存在涂層疊層現(xiàn)象，進(jìn)而在涂層厚度方向呈現(xiàn)不規(guī)則分布。

本實(shí)用新型所述的疏水涂層包括：表面接觸角θ≥120°的聚四氟乙烯顆粒涂料涂層、二氧化鈦疏水涂層、四氧化三鐵納米涂層以及含硅疏水涂層等。

本實(shí)用新型通過使材料表面具有非連續(xù)性潤(rùn)濕特性為基礎(chǔ)，利用表面不同疏水區(qū)域?qū)^冷水的排斥作用，降低表面凍結(jié)水的附著量。同時(shí)疏水表面可延緩或降低凍結(jié)水在表面的凍結(jié)結(jié)冰時(shí)間，降低冰在表面的粘附強(qiáng)度，并且不同區(qū)域的疏水涂層具有不同的抗結(jié)冰效果，不同區(qū)域發(fā)生凍結(jié)結(jié)冰的時(shí)間點(diǎn)不同，破壞了冰與疏水表面之間的凍粘穩(wěn)定性和連續(xù)性，產(chǎn)生接觸缺陷，降低表面的結(jié)冰強(qiáng)度，使材料表面形成效果良好的主動(dòng)型防結(jié)冰表面。其工作過程如下：

水在材料表面凝聚結(jié)冰時(shí)，由于材料表面不同區(qū)域具有不同的疏水特性，減小了水分在材料表面的附著量，同時(shí)不連續(xù)的疏水表面對(duì)表面水分結(jié)冰具有延緩或抑制作用，并可降低表面結(jié)冰強(qiáng)度。在工件表面涂覆的三種不同潤(rùn)濕特性的疏水涂層改變了工件表面單一的潤(rùn)濕特性，不僅延緩了工件表面水分的結(jié)冰時(shí)間，各界面以及各疏水涂層表面水分的凍結(jié)過程發(fā)生凍結(jié)時(shí)間不同，而且降低了工件表面的結(jié)冰凍結(jié)強(qiáng)度。在相同環(huán)境溫度下，相對(duì)于冰在基體材料表面的附著界面，不同疏水涂層表面附著的水分開始逐漸凍結(jié)結(jié)冰，冰與疏水涂層的表面形成了非連續(xù)的凍結(jié)界面，形成了連接缺陷，破壞了凍結(jié)界面的穩(wěn)定性和連續(xù)性，更加進(jìn)一步的降低了冰在材料表面的結(jié)冰強(qiáng)度。

通過本實(shí)用新型不僅可以延緩工件表面之間的凍結(jié)時(shí)間，而且可以防止冰在材料表面的凍結(jié)形成或降低結(jié)冰強(qiáng)度，具有主動(dòng)性。

本實(shí)用新型通過在材料表面涂覆多種不同潤(rùn)濕特性的疏水涂層，改變材料表面單一的潤(rùn)濕特性，利用疏水表面對(duì)凍結(jié)水的排斥作用，延緩冰的凍結(jié)時(shí)間，破壞冰與材料表面之間的附著穩(wěn)定性，降低冰在材料表面的粘附強(qiáng)度特性。本實(shí)用新型在不破壞本體的基礎(chǔ)上，使材料表面具有主動(dòng)防結(jié)冰特性，實(shí)施方便，防結(jié)冰效果良好。本實(shí)用新型可以廣泛應(yīng)用在航空飛行器、動(dòng)車、風(fēng)機(jī)葉片等工程領(lǐng)域中，可極大的降低冰在材料表面的積聚量和后期除冰難度，同時(shí)降低了后期的除冰成本，減小結(jié)冰現(xiàn)象給工程領(lǐng)域帶來的危害。

附圖說明

圖1為部件表面涂覆的涂層立體示意圖。

圖2為本實(shí)用新型的工作狀態(tài)示意圖。

圖3為涂層在部件表面呈間隔網(wǎng)格狀分布示意圖。

圖4為涂層在部件表面呈間隔條狀分布示意圖。

圖5為涂層在部件表面呈蜂窩狀分布示意圖。

圖6位涂層在部件表面呈離散分布點(diǎn)狀示意圖。

圖7為涂層在部件表面厚度呈波浪形分布示意圖。

圖中：1、工件表面，2、工件，3、水，4、界面Ⅰ，5、界面Ⅱ，6、界面Ⅲ，7、界面Ⅳ，a、涂層a，b、涂層b，c、涂層c，d、涂層d，8、基底涂層。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一：

如圖3所示，通過噴涂技術(shù)在材料表面均勻涂覆一層涂層基底，并將a(二氧化鈦疏水涂層)、b(聚四氟乙烯顆粒涂層)、c(四氧化三鐵納米涂層)、d(含硅疏水涂層)四種不同疏水特性的涂層沿縱向、橫向方向涂覆在材料表面，使疏水涂層在材料表面呈間隔網(wǎng)格狀分布?；趯?shí)際使用要求，可以調(diào)節(jié)每種涂料在工件表面的涂覆橫向、縱向長(zhǎng)度，使材料表面具有多種不同的潤(rùn)濕特性，在材料表面呈現(xiàn)“井”字狀分布。

工件表面涂覆了不同潤(rùn)濕特性的疏水特性涂層，不僅減小了材料表面的附著水量，同時(shí)部件表面的不同區(qū)域具有不同的防結(jié)冰和降低結(jié)冰強(qiáng)度效果，而且不同疏水涂層表面發(fā)生結(jié)冰的時(shí)間也不同。由于涂層表面水分發(fā)生的凍結(jié)時(shí)間不同，冰與不同涂層之間逐漸形成了非連續(xù)、間斷的接觸界面，形成凍粘間隙，破壞了凍粘界面的接觸穩(wěn)定性和連續(xù)性，更加進(jìn)一步降低結(jié)冰強(qiáng)度，使材料表面具有更好的主動(dòng)性防結(jié)冰效果。

實(shí)施例二：

如圖5所示，通過噴涂技術(shù)在材料表面將a(二氧化鈦疏水涂層)、b(聚四氟乙烯顆粒涂層)、c(四氧化三鐵納米涂層)、d(含硅疏水涂層)四種疏水涂層均勻涂覆在材料表面，并且相鄰區(qū)域需要涂覆不同潤(rùn)濕特性的涂層，分布形式呈現(xiàn)蜂窩狀。根據(jù)實(shí)際工況中部件的結(jié)冰問題，疏水涂層的分布形式可以呈現(xiàn)分布比較密集的蜂窩狀，使單位面積的材料表面，具有更多不同的潤(rùn)濕種類。部件表面上涂覆不同潤(rùn)濕特性的疏水涂層可以采用等離子噴涂技術(shù)、超音速噴涂技術(shù)、納米噴涂技術(shù)等噴涂技術(shù)，并且依據(jù)實(shí)際使用需求可以將不同潤(rùn)濕特性的涂層涂覆不同的厚度，如圖7所示。

顯然，根據(jù)本實(shí)用新型公開的內(nèi)容及具體實(shí)施例說明,在本領(lǐng)域的其他的技術(shù)人員仍能做出其他不同形式的變動(dòng)，本專利說明書中無法對(duì)所有的實(shí)施方式一一列舉，但由此衍生出來的顯而易見的變動(dòng)仍屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之中。