本發(fā)明屬于空調(diào)換熱器翅片加工，更具體地，涉及具有仿生根-土互鎖結(jié)構(gòu)的防結(jié)霜換熱器翅片及構(gòu)筑方法。

背景技術(shù)：

1、銅管翅片式換熱器為小型家用空調(diào)及風(fēng)冷式商用空調(diào)最常用的換熱器形式，其管內(nèi)為制冷劑、管外翅片一側(cè)為空氣。由于蒸發(fā)器空氣側(cè)存在強(qiáng)制對流過程，且空氣中含有一定量的氣態(tài)水，隨著時間的推移，溫度低于水的露點(diǎn)和三相點(diǎn)時，空氣中的水分會逐漸凝結(jié)在蒸發(fā)器的翅片上，形成霜層，導(dǎo)致蒸發(fā)器換熱效果惡化，最終堵塞翅片間的縫隙，使換熱器失效。在這種工況條件下，空調(diào)會啟動化霜程序，利用制冷劑冷凝放熱融化換熱器表面霜層，但周期性的化霜循環(huán)及空調(diào)器頻繁的啟停機(jī)過程，在很大程度上影響了熱泵的效率，并且增加了能耗。此外，當(dāng)熱泵蒸發(fā)器經(jīng)歷過一次結(jié)化霜循環(huán)后，化霜水不能徹底地排出換熱器，殘留水會在第二個結(jié)霜循環(huán)中凝固成冰，導(dǎo)致熱泵蒸發(fā)器結(jié)霜周期縮短，化霜程序提前啟動。超疏水表面具有防水、防冰、防霧、自清潔等特性，更為關(guān)鍵的是，冷凝的微小水滴在超疏水表面展現(xiàn)出高效的合并自移除行為，因此，開發(fā)超疏水型凝結(jié)水自移除換熱器翅片對于降低翅片表面水凝結(jié)、提高空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)效率、降低能耗、延長空調(diào)使用壽命至關(guān)重要。

2、通過超疏水材料來抑制結(jié)霜有著廣闊的應(yīng)用前景，然而，當(dāng)前超疏水材料的制備普遍具有穩(wěn)定性和耐久性不高，易受損害，疏水性能不夠理想等問題。當(dāng)前的換熱器翅片超疏水涂層也存在涂層硬度過高、有效區(qū)域不均勻、不耐沖壓等問題。中國專利cn104499024a公開了一種陽極氧化法構(gòu)建防腐蝕性超疏水鋁表面的方法，但這種方法工藝繁瑣，制備流程長，不易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用；中國專利cn106399986a利用化學(xué)刻蝕法，制備超疏水材料，然而通過這種方法制備的超疏水材料耐久性和穩(wěn)定性明顯不足，在長期使用后，會失去其防結(jié)霜性能；中國專利cn104947116a公開了一種利用超短脈沖激光制備鋁合金超疏水自清潔表面的方法，然而這種方法對設(shè)備要求高，成本極高，且對人體和環(huán)境有危害，不適宜進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。因此，研制一種具有良好的耐久性和穩(wěn)定性的超疏水材料應(yīng)用于空調(diào)翅片從而使翅片能夠防止結(jié)霜和自清潔有著重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對當(dāng)前空調(diào)換熱器翅片疏水性弱、防霜性能差，以及疏水涂層耐久性低等問題，本發(fā)明通過化學(xué)法、物理法、或者物理和化學(xué)結(jié)合的方法在金屬表面來構(gòu)建微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)穩(wěn)固超疏水功能涂層從而增強(qiáng)翅片的耐久度和穩(wěn)定性，同時借助聚合物彈性體的良好延展性，優(yōu)化超疏水功能涂層的工藝配方，實(shí)現(xiàn)表面的超疏水性能，并使涂層與翅片一體化成型。

2、根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供了一種具有根-土互鎖結(jié)構(gòu)的防結(jié)霜換熱器翅片的構(gòu)筑方法，包括如下步驟：

3、(1)在鋁箔表面構(gòu)筑根狀微納結(jié)構(gòu)，得到具有仿生根狀微納結(jié)構(gòu)的鋁箔；

4、(2)將超疏水填料和聚合物彈性體加入到溶劑中，得到超疏水功能涂料；將所述超疏水功能涂料噴涂、浸涂或旋涂到仿生根狀微納結(jié)構(gòu)表面，固化后得到土狀結(jié)構(gòu)的功能涂層，并且鋁箔表面的仿生根狀微納結(jié)構(gòu)與所述土狀結(jié)構(gòu)的功能涂層相互嵌固形成根-土互鎖結(jié)構(gòu)，得到具有仿生根-土互鎖結(jié)構(gòu)的防結(jié)霜換熱器翅片。

5、優(yōu)選地，步驟(1)中，采用化學(xué)法、物理法或者化學(xué)法與物理法相結(jié)合的方法，在鋁箔表面構(gòu)筑根狀微納結(jié)構(gòu)。

6、優(yōu)選地，所述化學(xué)法為化學(xué)刻蝕法；

7、所述物理法為物理噴砂法或者物理輥壓法。

8、優(yōu)選地，所述根狀微納結(jié)構(gòu)的形狀為錐形、柱形、塔形或纖維網(wǎng)狀。

9、優(yōu)選地，所述根狀微納結(jié)構(gòu)的深度為0.1～100μm，深寬比為0.1～10。

10、優(yōu)選地，所述根狀微納結(jié)構(gòu)的深度為20～50μm，深寬比為0.1～1。

11、優(yōu)選地，所述聚合物彈性體為熱塑性聚氨酯彈性體、聚二甲硅氧烷、聚烯烴類熱塑性彈性體、苯乙烯系熱塑性彈性體、多孔硅、聚氨酯中的一種或多種；

12、所述超疏水填料為二氧化硅、經(jīng)疏水改性的二氧化鋯、經(jīng)疏水改性的二氧化鈦、經(jīng)疏水改性的碳納米管、經(jīng)疏水改性的石墨烯和經(jīng)疏水改性的mxene中的一種或多種。

13、優(yōu)選地，所述功能涂料中還包括導(dǎo)熱填料；

14、優(yōu)選地，所述導(dǎo)熱填料為氮化鋁、氮化硼、碳化硅、氧化鎂、氧化鋁中的一種或多種；

15、優(yōu)選地，所述功能涂料中還包括粘接劑；

16、優(yōu)選地，所述粘接劑為纖維素酯、烯類聚合物、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、有機(jī)硅樹脂、氯丁橡膠、丁苯橡膠、酚醛-丁腈膠中的一種或多種。

17、根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供了任意一項方法制備得到的具有根-土互鎖結(jié)構(gòu)的防結(jié)霜換熱器翅片。

18、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

19、(1)本防結(jié)霜換熱器翅片表面的仿生根-土互鎖結(jié)構(gòu)使得涂層與翅片牢牢嵌固，本發(fā)明具有仿生根-土互鎖結(jié)構(gòu)的防結(jié)霜換熱器翅片表面涂層和表面微納結(jié)構(gòu)之間具有優(yōu)異的根-土互鎖效應(yīng)，增強(qiáng)了防結(jié)霜的穩(wěn)定性和耐久性，有效保護(hù)防結(jié)霜換熱器翅片免受外界物理、化學(xué)和機(jī)械損害，從而具有長效的服役性能。

20、(2)本發(fā)明具有仿生根-土互鎖結(jié)構(gòu)的防結(jié)霜換熱器翅片能夠有效延遲翅片表面結(jié)霜時間，避免空調(diào)化霜循環(huán)頻繁啟動，有利于降低空調(diào)能耗、延長空調(diào)使用壽命。

21、(3)本具有仿生根-土互鎖結(jié)構(gòu)的防結(jié)霜換熱器翅片施工工藝簡單、制造周期短，易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

22、(4)本發(fā)明優(yōu)選地，在功能涂料中加入有導(dǎo)熱材料，可以有效提高翅片熱導(dǎo)率，進(jìn)而提高換熱效率，降低能源消耗。

23、(5)本發(fā)明優(yōu)選地，在功能涂料中加入有粘接劑，可以有效提高涂層物理穩(wěn)定性和耐久性，從而提高翅片的防霜性能和服役性能。

技術(shù)特征：

1.一種具有根-土互鎖結(jié)構(gòu)的防結(jié)霜換熱器翅片的構(gòu)筑方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的具有根-土互鎖結(jié)構(gòu)的防結(jié)霜換熱器翅片的構(gòu)筑方法，其特征在于，步驟(1)中，采用化學(xué)法、物理法或者化學(xué)法與物理法相結(jié)合的方法，在鋁箔表面構(gòu)筑根狀微納結(jié)構(gòu)。

3.如權(quán)利要求1所述的具有根-土互鎖結(jié)構(gòu)的防結(jié)霜換熱器翅片的構(gòu)筑方法，其特征在于，所述化學(xué)法為化學(xué)刻蝕法；

4.如權(quán)利要求1所述的具有根-土互鎖結(jié)構(gòu)的防結(jié)霜換熱器翅片的構(gòu)筑方法，其特征在于，所述根狀微納結(jié)構(gòu)的形狀為錐形、柱形、塔形或纖維網(wǎng)狀。

5.如權(quán)利要求1或4所述的具有根-土互鎖結(jié)構(gòu)的防結(jié)霜換熱器翅片的構(gòu)筑方法，其特征在于，所述根狀微納結(jié)構(gòu)的深度為0.1～100μm，深寬比為0.1～10。

6.如權(quán)利要求5所述的具有根-土互鎖結(jié)構(gòu)的防結(jié)霜換熱器翅片的構(gòu)筑方法，其特征在于，所述根狀微納結(jié)構(gòu)的深度為20～50μm，深寬比為0.1～1。

7.如權(quán)利要求1所述的具有根-土互鎖結(jié)構(gòu)的防結(jié)霜換熱器翅片的構(gòu)筑方法，其特征在于，所述聚合物彈性體為熱塑性聚氨酯彈性體、聚二甲硅氧烷、聚烯烴類熱塑性彈性體、苯乙烯系熱塑性彈性體、多孔硅、聚氨酯中的一種或多種；

8.如權(quán)利要求1所述的具有根-土互鎖結(jié)構(gòu)的防結(jié)霜換熱器翅片的構(gòu)筑方法，其特征在于，所述功能涂料中還包括導(dǎo)熱填料；

9.如權(quán)利要求1所述的具有根-土互鎖結(jié)構(gòu)的防結(jié)霜換熱器翅片的構(gòu)筑方法，其特征在于，所述功能涂料中還包括粘接劑；

10.如權(quán)利要求1-9任意一項方法制備得到的具有根-土互鎖結(jié)構(gòu)的防結(jié)霜換熱器翅片。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及具有仿生根?土互鎖結(jié)構(gòu)的防結(jié)霜換熱器翅片及構(gòu)筑方法，屬于空調(diào)換熱器翅片加工技術(shù)領(lǐng)域。首先在鋁箔表面構(gòu)建微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，得到具有仿生根狀結(jié)構(gòu)的鋁箔，將聚合物彈性體、超疏水填料等加入到溶劑中混合均勻，得到具有超疏水性和良好延展性的超疏水功能涂料，再將涂料噴涂、浸涂或旋涂到上述鋁箔表面，形成根?土互鎖結(jié)構(gòu)，從而獲得具有微納結(jié)構(gòu)與涂層結(jié)合的根?土互鎖結(jié)構(gòu)的防結(jié)霜換熱器翅片。本發(fā)明的翅片具有優(yōu)異的穩(wěn)定性、耐久性和長效的服役性能，同時防結(jié)霜性能優(yōu)秀，能夠有效降低空調(diào)能耗，延長空調(diào)使用壽命，本發(fā)明還具有工藝簡單、制造周期短等特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：謝恒,吳婷,趙粵,杜宇,劉文卓
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華中科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9