耐用铝基超疏水涂层的机械稳定性及抗结冰性能

通过简单的一步喷涂法,以成膜树脂和疏水纳米粒子为材料,构建具有优异机械稳定性和抗结冰性的无氟耐用超疏水涂层（RSHC）。方法 以有机硅树脂（SI）和环氧树脂（EP）为成膜物质,掺入具有疏水性的SiO2复合尺度纳米粒子,采用一步喷涂法制备涂层。采用接触角测量仪等测量涂层的表面浸润性,通过线性摩擦实验、胶带剥离实验、射流冲击实验等测定涂层的机械稳定性,通过静态结冰实验、低温弹跳和冻雨实验等测定涂层的抗结冰性能。结果 制备的涂层表现出优异的超疏水性,其接触角为158°4°,滚动角为8°0.6°。当有机硅树脂、环氧树脂和SiO2纳米粒子的质量比为2.8∶1.2∶1时,涂层表面在具有良好疏水性的同时仍具有极佳的力学性能。线性摩擦实验结果表明,涂层具有良好的耐磨损性能,经过100次摩擦循环后,其表面水滴接触角仍可达到157°;胶带剥离实验结果表明,涂层与基底间具有坚实的附着力,在测试20次后其表面的水滴接触角仍保持大于150°;射流冲击实验结果表明,涂层具有一定的抗冲击性,在射流冲击30 min后涂层的表面接触角未明显减小。此外,覆盖涂层的基底具有优异的静态结冰延迟性能和动态防覆冰性能。在静态结冰实验中,涂层表面液滴的结冰时间延迟了约7倍;在低温弹跳和冻雨实验中,滴落的水滴能从表面完全弹起滚落,并且在低温冻雨环境中其表面可以保持无覆冰。结论 制备的耐用超疏水涂层具有良好的疏水性、机械稳定性和抗结冰性能,对耐用超疏水涂层的研究及实际应用具有一定的参考价值。     

超疏水涂层在沥青路面上的抗凝冰性能分析

目的 分析超疏水涂层在沥青路面应用时的抗凝冰性能,解决中国北方和高海拔地区路面结冰易引发交通事故的问题。方法 以疏水纳米SiO2粉末和聚氨酯改性聚硅氧烷为主要材料,制备出超疏水SiO2/聚硅氧烷复合溶液,使用浸涂法在沥青马歇尔试件表面形成超疏水涂层。分析涂层的耐磨性、透光性、化学稳定性、疏水性等,同时模拟雨滴结冰试验、落锤除冰试验、低温抗冻试验,评价超疏水涂层的耐磨性、透明性、耐酸碱腐蚀性、抗凝冰性、易除冰性和低温抗冻性,并通过扫描电子显微镜对涂层表面形貌进行分析。结果 当制备的超疏水复合溶液中纳米SiO2的质量分数为7.5%时,涂层的透光率为76.3%,水滴的接触角能达到160.9°±0.7°,即使试件表面被雨水冲刷5 h,依旧可以维持一定的疏水性能。在低温箱中,将完整的试件与表面磨损的试件同时放置在?20~0 ℃环境下1 h,完整试件的接触角仍大于150°,表面磨损的试件也能保持一定的疏水性能;在?5 ℃的低温箱中,将水滴匀速喷洒在完整的超疏水沥青混凝土试件和磨损试件表面,以模拟结冰,发现完整试件表面未出现结冰现象,磨损试件表面有少量结冰;即使超疏水沥青混凝土试件表面结冰,通过“落锤”试验模拟行车荷载对试件表面冰层进行冲击,冰层也可轻易除去。除此之外,使用Abaqus软件模拟超疏水沥青路面的除冰机理,对模型仅施加车辆荷载,计算得到冰层内部的最大拉应变为3.25×10^?4,最大剪切应变为4.25×10^?4,均大于冰层的极限破坏拉应变(2.2×10^?4)和极限破坏剪切应变(2.4×10^?4)。结论 纳米SiO2粒子在涂层表面团聚形成了微纳粗糙结构,使涂层具有超疏水性。涂层的超疏水性可以降低水与路面之间的黏结力,使水滴落在超疏水沥青混凝土涂层表面时即刻滚落,有效减小了路面的结冰量,提高了沥青路面的抑冰、除冰性能。     

硅橡胶粉末/环氧树脂超疏水涂层的制备及其在架空导线抗结冰中的应用*

架空输电线路导线在服役过程中经常会受到覆冰影响,引发安全事故,我国是发生输电线路覆冰事故较多的国家之一, 为此针对架空导线开展抗结冰工作对保障电力系统安全运行具有重要意义。利用废旧硅橡胶复合绝缘子伞裙制备一种超疏水粉末,与环氧树脂按一定比例喷涂在玻璃基底上制备超疏水表面,其水接触角可达 154°。将制备的粉末喷涂在钢芯铝绞线表面上,对其自清洁、抗结冰及表面耐久性进行测试。研究结果表明：在低温环境下具有硅橡胶粉末 / 环氧树脂超疏水涂层的导线相比原始导线具有更好的抗结冰性能,在相同环境温度下,相同时间内其结冰量只有原始导线的一半,可以有效延缓结冰,且在光照、腐蚀、反复除冰的环境下,也具有抗冰耐久性。该制备方法简单可行、效率高,能实现废旧材料的循环利用, 可进一步应用于生产实践。     

改性纳米SiO2/环氧树脂杂化涂层对镁合金耐腐蚀性能的影响

目的 研究硅烷改性纳米SiO2/EP(epoxy resin)杂化涂层对镁合金的腐蚀防护作用及其长效服役性.方法 使用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)改性纳米SiO2,利用旋涂法在Mg-6.0Zn-0.5Ca-0.6Zr(质量分数)合金表面制备纳米SiO2/EP复合防护涂层.借助扫描电镜(SEM)观测涂层表面及断面形貌,使用原子力显微镜(AFM)表征涂层表面的三维形貌,采用红外衰减全反射光谱仪(ATR-FIIR)分析涂层的化学成分.通过电化学测试研究复合涂层对腐蚀介质的阻隔作用,以及对镁合金试样耐腐蚀性能的影响.结果 纳米SiO2/EP复合涂层内部形成了致密的三维网络状结构,具有良好的致密性.由极化曲线得,涂覆复合涂层的镁合金试样的自腐蚀电流密度由1.31×10?5 A/cm2降低到了2.40×10?9 A/cm2,减小了4个数量级;腐蚀速率由1.61 mm/a降低到1.32×10?5 mm/a,减小了5个数量级,表明SiO2与EP之间强烈的交互作用使涂层具有优异的阻挡作用,有效地改善了镁合金试样的耐蚀性能.由涂层长效服役性看,SiO2/EP涂层在3.5％NaCl溶液里浸泡336 h后,没有出现腐蚀介质在涂层内部扩散的情况.结论 SiO2/EP杂化涂层显著提高了镁合金试样的耐蚀性能,其致密的三维网络状结构有效地阻隔了H2O、Cl?等腐蚀介质在涂层内部的扩散.     

Q235碳钢表面SiO2/PDMS超疏水涂层的制备及防腐性能研究

目的 提高Q235碳钢的耐腐蚀性能。方法 在Q235表面先提拉聚二甲基硅氧烷(PDMS),预固化后再次提拉含疏水气相二氧化硅的PDMS分散液,完全固化后在Q235表面构建一个SiO2/PDMS超疏水涂层。通过扫描电镜、激光共聚焦显微镜、能谱、接触角、砂纸磨损、划格试验对涂层的形貌、结构和表面性质进行分析;采用电化学工作站对涂层的耐腐蚀性和耐久性进行评价。结果 SiO2纳米粒子被镶嵌在PDMS中,在Q235表面形成了一种微纳粗糙结构,平均粗糙度为2.2 μm;涂层表面能仅为5.6 mJ/m²,接触角为152.6°;涂层机械稳定性和结合力优异,砂纸磨损15个周期及划格试验30个周期后,仍保持超疏水。电化学研究表明,在Q235表面引入SiO2/PDMS后,阻抗提升了2个数量级,电容降低了6个数量级;腐蚀电位正向移动了0.419 2 V,腐蚀电流密度降低了3个数量级;涂层对Q235的防腐效率高达99.8%,呈现出优异的耐腐蚀性。在腐蚀液中浸泡一周后,SiO2/PDMS涂层仍保持超疏水和优异的耐腐蚀性,表明涂层耐久性良好。结论 以PDMS为疏水层,纳米SiO2为填料构筑粗糙表面,通过条件控制实现防腐底层和超疏水表层间的界面融合,从而引入稳定的SiO2/PDMS超疏水涂层,提高了Q235的耐腐蚀性和耐久性。本研究为在金属表面构筑稳定的超疏水涂层提供了一种方法,有望拓展金属在恶劣环境中的应用。     

风电叶片水性复合涂层疏水、抗冲蚀与抗结冰性能探究

目的 以水性FEVE氟碳树脂为主要成膜物质,TiO2、SiO2与AlN微纳复合颗粒作为颜填料,制备一种适用于风电叶片上的具有疏水、抗冲蚀与抗结冰性能的环保型水性氟碳涂层.方法 利用透射电子显微镜(TEM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)及接触角测量仪等,讨论加入不同成分颜填料改性后...     

激光加工超疏水表面抗结冰性能研究进展

在低温环境中,表面结冰会严重影响户外装备的运行效率和安全,基于疏水材料的新型被动式防除冰方法引起了广泛关注。超疏水表面凭借其优越的拒水、抑制冰核形成和降低冰黏附强度等能力,在防除冰技术领域表现出广阔的应用前景。激光加工技术具有高效率和灵活性,成为制备超疏水表面的有效方法,并被进一步用来研究表面的抗结冰性能。首先,概述了固体表面润湿理论和结冰机理。其次,综合评估了激光加工超疏水表面的抗结冰性能,包括静态水滴延迟结冰时间、动态水滴累积、冰黏附强度、延迟结霜与抗冻能力、表面积冰与除冰等方面。静态水滴延迟结冰时间受到水滴与表面接触界面的成核速率和传热速率的影响,动态水滴累积与表面润湿性密切相关,冰黏附强度反映了表面对冰的附着性和除冰的难易程度。超疏水表面具有显著的延迟结冰能力,但在低温高湿条件下,表面的超疏水性可能会减弱,甚至失效。除冰过程也可能破坏超疏水表面的微观结构,进而影响其持续的抗结冰性能。最后,对超疏水表面激光加工与抗结冰性能的未来研究方向进行了展望。     

石墨烯/环氧树脂复合涂层耐腐蚀性能的研究

用匀胶旋涂法在7075铝合金表面制备了与基底结合良好的石墨烯/环氧树脂复合涂层.分别采用SEM和显微硬度计对该复合涂层的表面形貌和硬度进行分析,并测量了复合涂层与基底的结合力;研究了石墨烯含量、涂层厚度对复合涂层耐腐蚀性的影响.结果 表明:石墨烯/环氧树脂复合涂层能明显提高铝合金的耐腐蚀性,当石墨烯含量为0.5wt％、...     

SEBS/h-SiO2复合涂层疏水性能研究

目的 在飞机常用材料AMS 4037铝合金表面制备超疏水复合涂层,并研究其疏水性,以避免液滴在飞机表面停留,减少结冰,保证飞机在冰雪天气中安全航行.方法 以苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、疏水二氧化硅(h-SiO2)为原料,通过提拉法在铝合金表面制备SEBS/h-SiO2超疏水复合涂层.借助扫描电子显...     

模拟风沙环境下混凝土防护涂层抗冲蚀性能的研究

目的 研究不同类型的防护涂层对风沙环境下混凝土抗冲蚀性能的影响规律及作用机理,从而选取适合风沙环境且综合性能良好的混凝土防护涂层.方法 以聚氨酯、丙烯酸及环氧树脂为研究对象,对三种混凝土结构防护涂层进行了研究.通过接触角和显微硬度对涂层的物理及力学性能进行了分析,并利用模拟风沙环境侵蚀实验系统,在不同冲蚀参数下,对混凝土结构防护涂层体系的抗冲蚀性能的变化规律进行测试.结合混凝土防护涂层风沙冲蚀实验及扫描电镜表征,探究风沙环境下混凝土防护涂层的冲蚀机理.结果 相同冲蚀条件下,不同防护涂层的冲蚀率大小为:聚氨酯防护涂层>环氧树脂防护涂层>丙烯酸防护涂层.喷涂丙烯酸防护涂层试样的抗冲蚀性能比喷涂聚氨酯防护涂层的试样提升了约57.56％,比喷涂环氧树脂防护涂层的试样提升了约33.57％.冲蚀表面分形维数(Ds)的变化在一定程度上反映了不同冲蚀阶段的变化,结合Ds及被冲蚀后涂层表面的微观形貌特征,发现在低角度冲蚀时,受粒子拉应力影响,涂层表面发生了撕裂及脱粘现象,冲蚀率较高.在高角度冲蚀时,受粒子压应力影响,涂层表面出现隆起及空穴等塑性变形,冲蚀表面Ds增加,且在材料屈服应力范围内未造成损伤界面的脱落,故冲蚀率较低,显示出典型塑性材料冲蚀损伤的特征.结论 聚氨酯、丙烯酸及环氧树脂防护涂层体系,均能提高混凝土的抗冲蚀性能.结合防护涂层的接触角及硬度测试结果,发现丙烯酸防护涂层作为风沙环境中混凝土结构防护涂层时,效果较好,适用于该环境下的混凝土防护.不同防护涂层在受到冲蚀时,不存在明显的塑性变形和脆性破坏阶段,而是随冲蚀分量变化,涂层由塑性变形向脆性破坏过渡,且该现象存在于整个冲蚀过程中.     

防/疏冰涂料的机理及其发展趋势

防/疏冰涂料在冬季低温灾害以及极端冰冻天气所带来的损失面前显得尤为重要,因此解决表面结冰这一问题吸引了大量学者进行研究和讨论。将防/疏冰涂料的机理分为结构型和物理化学型,前者主要形式为在基材表面构建微纳米粗糙结构,后者主要形式为在涂料中添加可以通过自身的物理化学性质防止水滴滞留表面、延缓结冰或使冰易从表面脱落的材料。首先将结构型防/疏冰的微观机理按提出时间的进程进行总结,主要有Young方程、Wenzel方程和Cassie-Baxter方程,然后将现有文献中构建微纳米级粗糙结构的主要方法进行分类。其次,同样将物理化学型防/疏冰的微观机理按提出时间的进程进行总结,物理化学型防/疏冰材料主要有低表面能、光热、相变材料,研究中常将这2种防/疏冰机理结合使用以达到最佳效果。最后展望了防/疏冰涂料的发展趋势,在未来研发过程中,其稳定性、广泛适用性和经济实用性应被充分考虑,这三者并非完全独立,而是相辅相成,可以提升防/疏冰涂料应用的深度和广度,积极响应市场的需求。另外,制定统一的性能测试标准也将更好地助力防/疏冰涂料的研究。     

受猪笼草启发的多孔微腔低冰黏附防除冰表面

目的 提高光滑液体注入表面(SLIPS)的防/除冰耐用性。方法 将镍箔完全浸没在无水乙醇中,使用飞秒激光照射无水乙醇环境中的镍箔表面诱导出立体多孔纳米微腔阵列结构,并使用氟硅烷改性增加表面对硅油的亲和力,最后用50 cSt的硅油旋涂在改性后的表面上。通过扫描电镜和光学显微镜对立体多孔纳米微腔结构进行形貌分析,并通过延缓结冰试验、冰黏附强度测试和高温蒸发试验,分别评价该SLIPS的延缓结冰性能、冰黏附强度和防除冰耐用性。结果 在立体多孔纳米微腔结构的毛细作用下,具有亲油憎水性的立体多孔纳米微腔表面上的蒸馏水滴也会被钉扎。相比非结构化表面,该SLIPS将延缓结冰时间提升了2.8倍,同时,在低温高湿度环境中,实现了冷凝水的自去除。在80 ℃高温环境下的蒸发10 min后进行结冰/除冰操作,10个周期后,该SLIPS的接触角(θCA)为110°,滑动角(θSA)为8.5°,以及冰黏附强度参数(τice)为3.6 kPa。结论 利用飞秒激光加工无水乙醇环境中的镍箔表面生成的立体纳米多孔微腔阵列结构能够减少SLIPS表面的润滑剂损失,可有效提高防除冰SLIPS的耐用性。     

输电线路超疏水防覆冰涂层研究进展

输电线路覆冰严重威胁着电力系统的安全运行,各种防覆冰技术的研究开发是对输电线路正常运行的有力保障。防覆冰涂层能够主动抑制和缓解输电线路覆冰的形成和增长,尤其超疏水涂层可延迟水滴在涂层表面的冻结,从而实现防覆冰,具有广阔的应用前景。探讨了表面状态与覆冰现象以及覆冰粘结强度之间的关系,指出超疏水涂层的覆冰状态与普通表面具有较大差别,覆冰粘结强度明显低于普通表面。超疏水涂层实现防覆冰功能的影响因素包括表面化学成分、表面结构与环境因素,而通过简单工艺构建有效超疏水表面是超疏水涂层推广应用的关键。基于对超疏水表面防覆冰机理的分析,可知超疏水涂层具有巨大的防覆冰功能潜能,通过控制组织结构使其适应各种温度等环境因素是目前亟需解决的问题。     

仿生防冰表面研究进展

飞机、风电设备和输电线路等覆冰会降低工作效率,造成财产损失,严重时甚至威胁人民生命安全.仿生防冰表面具有低能耗、低污染等优点,成为国际研究热点.首先概述了仿生防冰表面的概念,根据作用机理将仿生防冰表面分为超疏水表面和超润滑表面.分别详细地介绍了两种防冰表面的防冰机理、仿生对象及制备技术.超疏水表面改变水的润湿状态,延迟水滴结冰,减小冰粘附强度,其仿生对象包括荷叶、水稻叶等,其制备技术包括光刻、等离子刻蚀等自上而下方法,及喷涂、化学气相沉积等自下而上方法.超润滑表面将固-气-液界面作用时的空气层替换为液体层,增强润滑,减小冰粘附,其仿生对象包括猪笼草、箭蛙皮肤等,其制备技术主要为多孔制备方法.随后介绍了仿生防冰表面技术的发展趋势.在保证表面疏水/冰性能的同时,直接或间接增强表面的稳定性和耐久性,构建具有良好环境适应性(如超双疏、柔性、透明、自清洁等)与防冰结合的多功能融合表面,是未来仿生防冰表面的重要发展趋势.最后,对当前仿生防冰表面的发展和挑战进行了展望.     

超憎水SiO2/FEVE复合涂层的制备

目的制备超憎水SiO_2/FEVE复合涂层。方法使用物理混合方式将SiO_2填料加入到成膜物FEVE树脂中,制得超憎水涂料,并通过雾化喷涂在玻璃片上形成超憎水涂层。通过指触法测量了涂层的表干时间,利用接触角测量仪、扫描电镜以及原子力显微镜检测了超憎水SiO_2/FEVE复合涂层的憎水性能与微观形貌,并利用划格法评价了涂层的附着力。结果根据溶解度参数相近以及环保性原则选用了乙酸乙酯与乙酸丁酯的混合溶剂,最终得出超憎水SiO_2/FEVE复合涂料的配方为:100 g FEVE树脂、135 g乙酸乙酯、90 g乙酸丁酯、25 g D-SiO_2、10.5 g HDI。涂料配制完成后,采用大雾化量与大流量结合的喷涂工艺便可完成SiO_2/FEVE超憎水涂层的制备。涂层形成了含有内嵌孔洞的珊瑚状结构,表面呈现为规律交替分布的突起和凹陷区构成的粗糙结构,接触角可达152.8°,滚动角为8°。结论调整溶剂种类与固化剂加入量并未对涂层的结合力或成膜性有所改善,填料比例是影响涂层成膜性与憎水性能的关键工艺参数。涂层表面有序分布的微纳米级凹凸结构形成了超憎水表面所需有效的表面微观粗糙结构,这是涂层具有优良憎水性能的主要原因。     

防冰涂层材料及电力材料防覆冰应用的研究进展

防冰涂层材料可有效减轻自然界结冰现象的影响,其通过防冰材料低表面能或高润滑性的特点,降低在低温严寒天气条件下物体表面冰的粘附强度,延迟材料覆冰时间,减少表面覆冰量,在保护电力材料免受冰冻灾害影响方面有着重要应用价值.基于热喷涂法制备的复合型表面防冰涂层材料,以及主被动相结合的防覆冰方法,是未来电力材料防覆冰应用发展的重要方向.然而截止目前,有关复合型表面防冰涂层材料的热喷涂制备,以及涂层在电力材料防冰中应用的研究进展综述鲜见报道.从超疏水材料与光热、电热除冰相结合的除冰方式,及超疏水-超润滑复合材料实现防冰除冰的角度出发,对近年来国内外复合防冰涂层的制备及性能的研究进展进行了综述,并重点讨论了适合于热喷涂制备的复合型涂层的防冰除冰效果.最后,讨论了超疏水防冰涂层、复合型防冰涂层在电力材料表面防覆冰方面应用的研究进展,并对热喷涂法制备防冰涂层在的局限性问题进行了总结,对其应用前景进行了展望,希望在复合型防冰方面进一步开展研究,为电力材料表面防冰涂层的未来发展提供指导.     

基于磁控溅射–氟化改性的新型ZnO/SiO2复合超疏水涂层防冰性能研究

目的 通过磁控溅射及表面氟化修饰不同纳米尺度的氧化锌(ZnO)和二氧化硅(SiO2)粒子,获得一种新型的ZnO/SiO2复合超疏水涂层。方法 研究不同氟化修饰剂对新型ZnO/SiO2复合超疏水涂层防冰性能的影响。采用光学接触角测量仪、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)对涂层的水接触角(CA)、滚动角(SA)、微观膜层形貌以及氟化前后化学键的改变进行分析。采用自制结冰装置及数显拉力计对涂层在高湿低温环境中的结冰时间和冰层在涂层表面的黏附强度进行测试。结果 磁控溅射ZnO和SiO2纳米粒子复合制膜得到的粒子排列状态规则,并且两种不同尺寸粒子的掺混使得涂层表面呈多簇状微纳米二级结构,能够很好地降低液滴与表面的附着力;分别选用十七氟癸基三乙氧基硅烷(FAS-17)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷(G502)、十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)4种氟化修饰剂对涂层表面进行整体修饰,其中,FAS-17修饰后的涂层表面防冰效果最好,其液–气复合接触面积比例达到了94.38%,接触角和滚动角达到最佳,分别为164.7°和3°,且冰在表面的黏附强度降低至3.8 kPa;在湿度为60%,温度分别为–2、–10及–20 ℃的条件下,涂层延缓结冰时间分别为244 6、160 4、137 s。结论 采用不同纳米尺度的ZnO和SiO2纳米粒子,经过磁控溅射和整体表面改性可以得到簇状结构的新型复合超疏水涂层。通过FAS-17乙醇溶液进行表面氟化修饰,更加显著地提高了涂层的超疏水性能。