PDMS除冰涂层的制备及其性能研究

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防除冰涂层作为一种主要的被动防除冰技术,能够大幅度降低表面冰层的冰粘附强度,提高除冰效率。对此,本文提出了一种低表面能的硅氧烷(PDMS)除冰涂层,分析了该涂层的除冰机理,在此基础上制备出了PDMS除冰涂层,并对其进行形貌、交联密度、剪切模量等物理性能及除冰力、冰粘附强度等除冰性能进行了表征和评价。首先,对涂层的除冰机理进行分析,根据除冰机制不同,将涂层的表面分为了非界面滑移(NS)、界面滑移(IS)和液体润滑表面涂层(SLIPS)三种,并简单介绍了这三种表面的差异。基于内聚力模型对大面积表面的IS除冰机制进行研究,采用Dugdale模型和线性内聚模型对冰层与表面间的界面破坏模式进行分析,讨论了涂层的交联密度、剪切模量和冰粘附强度的关系,为指导PDMS涂层的制备提供依据。其次,开展了PDMS除冰涂层的制备,分别调控A组分与B组分的配比,以及硅油质量分数,制备了成分组成不同的PDMS涂层。采用平衡溶胀法测量分析了各个配比涂层的交联密度和凝胶分数(GF)。采用傅里叶红外光谱(FTIR)、激光共聚焦扫描显微镜对PDMS涂层的化学组分和表面形貌进行表征分析。通过测量涂层表面水滴静态接触角对涂层表面的润湿性能进行分析。利用纳米压痕仪和动态热机械分析仪(DMA)测量了涂层的剪切模量。依据国标对涂层的附着力进行了测试。在测试结果的基础上,分析了不同配比条件下涂层的交联密度和剪切模量,通过线性拟合获得了剪切模量和交联密度的关系。最后,搭建了除冰力平台,测量了不同配比PDMS涂层的冰粘附强度,以及不同界面长度下的除冰力。在测量结果的基础上,研究PDMS涂层交联密度、剪切模量以及冰粘附强度间的关系,对比分析了各个配比涂层的冰层与涂层之间界面长度对除冰力和冰粘附强度的影响,基于PDMS涂层除冰机理对涂层表面除冰力进行预测,再与实验结果对比分析,对理论模型进行验证,表明PDMS除冰涂层具有优异的除冰性能。
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