一种润滑剂高固持复合防冰滑移涂层及其制备方法和应用

本发明涉及功能涂层，尤其涉及一种润滑剂高固持复合防冰滑移涂层及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在航空航天、电力网络、机械和工程等领域中，设备或器件裸露表面上的结冰会造成不可估量的损失，如何防止结冰引起了研究人员的关注。防/除冰研究的关键在于减少冰与表面之间的粘附。现有的防冰策略可分为两种方法：第一种为主要依靠外部能量输入的主动策略，第二种为主要基于液体驱避技术的被动策略。与主动策略相比，被动策略摆脱了能量和系统的约束，被认为是新一代防冰系统最重要的组成部分之一。

2、疏水表面和润滑剂注入表面(slips)是最典型的被动防冰表面，它们分别依赖于荷叶启发的固体-空气界面和猪笼草启发的固体/液体界面。具体的，前者主要是通过疏水物质构筑表面粗糙结构，采用喷涂、旋涂、滴涂等方法制备超疏水表面。后者主要是通过表面构筑多孔结构，并进行疏水修饰，再通过注入液态润滑剂(如硅油、全氟聚醚、液体石蜡等)，可有效降低界面冰粘附力；其中，液态润滑剂注入表面可以通过液态润滑剂形成的液膜来实现疏水和超滑移。但是较差的耐久性使这些表面难以在恶劣的外部环境中，如在高速、高压或高剪切条件下保持防冰功能。

3、就液态润滑剂注入表面而言，提高表面的液态润滑油保持能力有利于提高防冰效果。目前主流的方式是通过设计持油结构、借助凝胶材料(如采用pdms与固化剂形成凝胶材料)或者换用固态润滑剂来让表面长期固持润滑剂。但持油结构设计工艺复杂；凝胶材料在剪切作用下，仍难以固持润滑剂，进而导致防冰失效，且液态润滑剂注入后，极大降低了涂层的强度及与基底的粘附力；固态润滑剂相较于液态润滑剂，虽在强度上大有提升，但防冰效果仍有待提高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种润滑剂高固持复合防冰滑移涂层及其制备方法和应用，本发明提供的涂层制备简单，能够长时间固持液态润滑剂，长时间保持界面的防冰性能，并且与基底具有较好的粘结性能。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种润滑剂高固持复合防冰滑移涂层的制备方法，包括以下步骤：

4、提供基层涂料，按质量份数计，所述基层涂料的制备原料包括：骨架材料100份，固体润滑剂0～40份，流平剂0.2～0.8份，消泡剂0.2～0.8份，催化剂0.2～1份，有机溶剂20～75份；所述骨架材料为涂层前驱体和固化剂；所述涂层前驱体包括树脂前驱体和有机硅前驱体；

5、将所述基层涂料涂覆至基底的表面，固化后在所述基底的表面形成骨架基层；

6、在所述骨架基层中注入液态润滑剂，在所述基底的表面形成润滑剂高固持复合防冰滑移涂层。

7、优选地，所述树脂前驱体包括聚氨酯、环氧树脂、氟硅树脂和丙烯酸树脂中的一种或几种；所述有机硅前驱体包括羟基硅油、氨基硅油、双乙烯基封端硅油和聚二甲基硅氧烷中的一种或几种。

8、优选地，所述固化剂包括树脂固化剂和有机硅固化剂。

9、优选地，所述树脂固化剂包括聚醚胺、聚酰胺胺、六氟磷酸胺和异氰酸酯中的一种或几种，所述树脂固化剂的质量为树脂前驱体质量的5～50％；

10、所述有机硅固化剂包括正硅酸乙酯，硅酸四丁酯、钛酸四丁酯、钛酸乙酯和聚二甲基硅氧烷固化剂中的一种或几种，所述有机硅固化剂的质量为有机硅前驱体质量的5～50％。

11、优选地，所述固体润滑剂包括油酸酰胺、芥酸酰胺、硬脂酸酰胺、固体石蜡和十八烷中的一种或几种。

12、优选地，所述液态润滑剂包括全氟聚醚、乙酸乙酯、硅油和液体石蜡中的一种或几种。

13、优选地，所述液态润滑剂的注入方式包括滴加或浸泡。

14、优选地，所述基底的材质包括金属、玻璃、织物、纸、木材、水泥或碳纤维材料。

15、本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的润滑剂高固持复合防冰滑移涂层，包括骨架基层和液态润滑剂；所述骨架基层由基层涂料形成，所述液态润滑剂填充至所述骨架基层的孔隙中且在所述骨架基层的表面形成液膜。

16、本发明提供了上述技术方案所述润滑剂高固持复合防冰滑移涂层在风力发电、飞行器、飞机、高寒线铁路或雷达的表面防冰中的应用。

17、本发明提供了一种润滑剂高固持复合防冰滑移涂层的制备方法，包括以下步骤：提供基层涂料，按质量份数计，所述基层涂料的制备原料包括：骨架材料100份，固体润滑剂0～40份，流平剂0.2～0.8份，消泡剂0.2～0.8份，催化剂0.2～1份，有机溶剂20～75份；所述骨架材料为涂层前驱体和固化剂；所述涂层前驱体包括树脂前驱体和有机硅前驱体；将所述基层涂料涂覆至基底的表面，固化后在所述基底的表面形成骨架基层；在所述骨架基层中注入液态润滑剂，在所述基底的表面形成润滑剂高固持复合防冰滑移涂层。本发明通过采用树脂前驱体和有机硅前驱体复配固化剂等原料形成具有互穿聚合物网络(包括具有硬质特性以及高粘结性能的树脂骨架和具有软弹特性的有机硅骨架)的骨架基层，其在基底表面具备极强的附着力，并能够抑制由于液态润滑剂引入导致的过度膨胀问题，克服了传统凝胶材料在注入液态润滑剂后导致的低机械强度及低粘附力问题。

18、进一步地，通过引入固态润滑剂，在改善涂层对于液态润化剂固持能力的基础上，可极大降低液态润滑剂由于剪切等作用导致的流失以及功能失效，能够长时间保持界面的滑移特性，且能够长时间保持极低的冰粘附性能。

19、因此，采用本发明方法制备的涂层可长时间固持液态润滑剂，长时间保持界面的防冰性能，并且与基底具有较好的粘结性能，适用于具有防冰需求的各类装备表面，并满足飞行器等器件表面对于涂层的强度要求。

20、同时，本发明提供的方法原料简单，操作简便，可大面积制备涂层，生产成本低，适宜规模化生产。

技术特征：

1.一种润滑剂高固持复合防冰滑移涂层的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述树脂前驱体包括聚氨酯、环氧树脂、氟硅树脂和丙烯酸树脂中的一种或几种；所述有机硅前驱体包括羟基硅油、氨基硅油、双乙烯基封端硅油和聚二甲基硅氧烷中的一种或几种。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述固化剂包括树脂固化剂和有机硅固化剂。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述树脂固化剂包括聚醚胺、聚酰胺胺、六氟磷酸胺和异氰酸酯中的一种或几种，所述树脂固化剂的质量为树脂前驱体质量的5～50％；

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固体润滑剂包括油酸酰胺、芥酸酰胺、硬脂酸酰胺、固体石蜡和十八烷中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述液态润滑剂包括全氟聚醚、乙酸乙酯、硅油和液体石蜡中的一种或几种。

7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，所述液态润滑剂的注入方式包括滴加或浸泡。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基底的材质包括金属、玻璃、织物、纸、木材、水泥或碳纤维材料。

9.权利要求1～8任一项所述制备方法制备得到的润滑剂高固持复合防冰滑移涂层，包括骨架基层和液态润滑剂；所述骨架基层由基层涂料形成，所述液态润滑剂填充至所述骨架基层的孔隙中且在所述骨架基层的表面形成液膜。

10.权利要求9所述润滑剂高固持复合防冰滑移涂层在风力发电、飞行器、飞机、高寒线铁路或雷达的表面防冰中的应用。

技术总结
本发明提供了一种润滑剂高固持复合防冰滑移涂层及其制备方法和应用，属于功能涂层技术领域。按质量份数计，本发明中基层涂料的制备原料包括：骨架材料100份，固体润滑剂0～40份，流平剂0.2～0.8份，消泡剂0.2～0.8份，催化剂0.2～1份，有机溶剂20～75份；所述骨架材料为涂层前驱体和固化剂；所述涂层前驱体包括树脂前驱体和有机硅前驱体；将所述基层涂料涂覆至基底的表面，固化后在基底的表面形成骨架基层；在所述骨架基层中注入液态润滑剂，在基底的表面形成润滑剂高固持复合防冰滑移涂层。本发明提供的涂层制备简单，能够长时间固持液态润滑剂，长时间保持界面的防冰性能，并且与基底具有较好的粘结性能。

技术研发人员：陈华伟,王泽林澜,刘晓林,赵泽辉,朱彦曈,陈济琛,孙师泽,占潇洋,马峥
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12