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机翼表面防/疏冰硅橡胶涂层实验研究

机翼表面防/疏冰硅橡胶涂层实验研究

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作者：夏广微哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

结冰是一种很常见的自然现象,但是往往会给人类带来重大的财产损失和严重的安全事故。特别是飞机因为结冰造成的事故超过了空难的15%,因此研究飞机的除冰方法具有重要的意义。被动除冰的方法通过在飞机表面涂覆具有防冰和疏冰能力的涂层... 详细信息

结冰是一种很常见的自然现象,但是往往会给人类带来重大的财产损失和严重的安全事故。特别是飞机因为结冰造成的事故超过了空难的15%,因此研究飞机的除冰方法具有重要的意义。被动除冰的方法通过在飞机表面涂覆具有防冰和疏冰能力的涂层,一方面能够增大表面的接触角,防止水滴停留在飞机表面从而起到防冰的作用;另一方面能够降低表面和冰的粘附力,使已产生的冰层容易在外力作用下自动脱落从而达到疏冰的效果。因此防/疏冰涂层是飞机结冰问题的一个重点解决方向。本文根据防/疏冰表面的有关理论,制备了低表面能并且具有微纳米复合结构粗糙表面的室温硫化硅橡胶防/疏冰涂层,满足了机翼除冰的要求。主要内容包括:(1)首先从防冰的角度,根据接触角理论研究了在光滑表面上的杨氏模型和在粗糙表面上的的Wenzel模型和Cassie模型,得出低表面能和高表面粗糙程度是增大接触角两个必要条件。然后从疏冰的角度,通过表面粘附功的计算得出粗糙表面固体份数的多少决定了表面粘附力的大小。最后证明了微纳米复合结构能够保持稳定的Cassie模型状态并具有更多的固体份数。相比单一尺度粗糙表面,微纳米复合结构具有更大的接触角和更小的滚动角,防冰能力更强;具有更小的粘附力,疏冰能力优异。(2)选择双组分缩合型室温硫化硅橡胶作为机翼防/疏冰涂层的基体。通过加入羟基氟硅氧烷降低涂层的表面能,采用相分离法在硅橡胶涂层上制备出微米级别的粗糙表面。以旋涂法制备了正交对比实验的试件,比较分析得出不同原料组分对硅橡胶接触角的影响。最终得到接触角最大的硅橡胶涂层,为制备微纳米复合结构的硅橡胶涂层提供了基础。(3)针对硅橡胶机械性能差和单一表面粗糙程度防/疏冰性能有限的问题,向硅橡胶涂层加入了气相法纳米二氧化硅作为补强剂。选择KH570硅烷偶联剂对气相法纳米二氧化硅进行改性,解决了气相法纳米二氧化硅相容性的问题,并且促进补强剂和硅橡胶之间的交联聚合。通过对比实验得到最佳的气相法纳米二氧化硅比例,使补强后的硅橡胶具有最大的接触角,得到了防冰性能更强的硅橡胶涂层。通过冰粘附强度实验验证了微纳米符合结构硅橡胶涂层比单一尺度硅橡胶涂层的粘附力更低,具有更强的疏冰能力。

关键词：防/疏冰涂层接触角表面粘附力硅橡胶微纳米复合结构

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