聚硅氧烷聚脲防覆冰涂层的研究

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为抑制飞机、高铁等物体表面的覆冰问题,可利用疏冰原理构建防覆冰涂层。聚硅氧烷材料表面能低,与冰的粘附强度小,是制备防覆冰涂层的重要原料之一,但其力学性能以及环境耐受性较差,引入物理化学性能稳定、具备自修复能力的聚脲,弥补聚硅氧烷的缺陷。本文利用聚硅氧烷与二异氰酸酯合成聚二甲基硅氧烷聚脲预聚物(PDMSPU),分别添加惰性硅油、1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯(TAPOB)交联剂以及Si O2纳米颗粒制备防覆冰涂层,并研究了润滑性防覆冰涂层的性能。通过改变二异氰酸酯的种类制备PDMSPU预聚物,得到防覆冰涂层,通过对比发现二异氰酸酯的种类对于涂层形貌以及性能有显著的影响。加入低分子量惰性硅提高了涂层的防覆冰性能,冰剪切强度降低至2.9 k Pa左右。保持10次结冰/除冰循环后涂层冰剪切强度仍小于5 k Pa。添加TAPOB后涂层防覆冰性能没有明显下降,而拉伸强度提升到1.1 MPa,并能够经受5000次磨损循环,氢键交联赋予涂层自修复能力,各涂层均能够在60℃环境中15 h内修复破坏损伤。使用PDMSPU预聚物与20 nm和200 nm、氨基以及甲基改性基团的Si O2纳米颗粒通过喷涂的方法制备得到超疏水表面,通过注入硅油的方式得到润滑性防覆冰涂层。超疏水表面的高疏水性能,接触角达到156.0±0.1°,结冰时间延长至177.5±119.3 s,通过调整Si O2纳米颗粒粒径和种类,降低了水滴脱离涂层表面的阻力。加入润滑油阻碍冰层与涂层的直接接触,可将冰剪切强度降低至2.9±0.3 kPa。
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