專利名稱：一種具有防覆冰功能的材料及其制備方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有防覆冰功能的材料及其制備方法和用途，屬于化學(xué)材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
覆冰是自然界中經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)象，尤其是在低溫高濕的地區(qū)，覆冰的發(fā)生給生產(chǎn)和生活造成巨大的損失。隨著全球氣候異常日益加劇，防覆冰、除冰技術(shù)的研究刻不容緩。 然而，防覆冰技術(shù)仍是一個(gè)國際性的難題。輸電線路的覆冰是影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的一個(gè)極為重要的問題。輸電線路覆冰常常引發(fā)絕緣子閃絡(luò)、電塔倒塌和線路中斷等重大事故， 對電網(wǎng)安全產(chǎn)生嚴(yán)重危害。在電網(wǎng)輸變電系統(tǒng)中，目前常用的防冰方法主要分為主動除冰法和被動防冰法兩大類。主動除冰技術(shù)主要包括熱力防冰法、機(jī)械除冰法等。其中，熱力防冰法是通過增加輸電線路熱效應(yīng)來防止結(jié)冰。其防冰效果較明顯，但能量損耗大、設(shè)備投資成本高、使用范圍較小，不適宜用作遠(yuǎn)距離防護(hù)和除冰。機(jī)械除冰法是通過研制各種直接用于輸電線路上的除冰機(jī)械或設(shè)施(如除冰機(jī)器人等)進(jìn)行除冰的方法。其特點(diǎn)是耗能少、 成本低，但除冰的被動性強(qiáng)、效率低、工作強(qiáng)度大且受地形限制。被動除冰法是目前主要的除冰方法，包括設(shè)置阻雪環(huán)、平衡錘、防冰涂料等，其中，在表面涂覆防冰涂料是最重要的手段。飛行器表面的覆冰會降低飛行器的有效載荷，影響其氣動外形及機(jī)動特性。積累在飛行器表面的大質(zhì)量冰塊會在飛行中脫落，有可能吸入發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)損傷。 空氣動力學(xué)對飛行器飛行的一個(gè)重要要求就是機(jī)體表面必須非常光滑。機(jī)翼或機(jī)身表面覆冰會產(chǎn)生不規(guī)則氣動外形，即使Imm厚度的冰層也足以影響飛行器的正常飛行。試驗(yàn)表明， 翼面升力對翼弦的平滑繞流很敏感，哪怕很薄的一層冰也會妨害附面層，造成阻力增加并導(dǎo)致早期氣流分離。如何提高飛行器的防覆冰能力一直是航空界所關(guān)注的重要問題。目前采用的除冰方法是將發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的部分熱空氣導(dǎo)流至覆冰表面。這種方法存在不少缺點(diǎn)， 如控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜、降低發(fā)動機(jī)效率、需要使用昂貴的耐高溫材料等等。相比之下，防覆冰涂料具有簡單有效、減重、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，是解決輸電線路及飛行器表面防覆冰的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前報(bào)道的防覆冰涂料的主要類型有光熱型涂料、 電(磁)熱型涂料、憎水性涂料、小分子摻雜型涂層等。光熱型涂料是通過在涂料中摻雜太陽能吸收物質(zhì)(如有機(jī)碳黑、鐵黑、金屬氧化物等)，利用涂料吸收太陽光，將光能轉(zhuǎn)變成熱能，從而達(dá)到熔冰、除冰的目的。但在實(shí)際應(yīng)用中由于覆冰季節(jié)往往雨雪交加，連續(xù)陰雨， 光熱型涂料很難吸收足夠的太陽能輻射來熔化絕緣子表面的覆冰，因此防冰效率較低。電 (磁)熱型涂料則是通過涂層中的鐵磁材料或?qū)щ娞盍显诮蛔冸姶艌鲎饔孟庐a(chǎn)生的焦耳熱除冰。如果電(磁)熱型涂料產(chǎn)生的熱量過小，則無實(shí)際防冰效果；產(chǎn)生熱量過大，會導(dǎo)致?lián)p耗增加，在電路輸電時(shí)絕緣子表面積污增加，容易誘發(fā)污閃事故。另外，高聚物材料在受熱情況下易老化，涂層材料的壽命會受到一定程度的影響。目前采用疏水或超疏水涂料 (如有機(jī)氟、有機(jī)硅等涂層)的防覆冰方法可以通過減少水滴在涂層表面的粘附和鋪展，降低了水滴在疏水材料表面的附著量。但是過冷環(huán)境下細(xì)滴凍雨會很快變成細(xì)小冰層，該冰層將超疏水表面與外界環(huán)境徹底隔離，從而大大降低了超疏水表面防覆冰的效應(yīng)。因此利用提高材料表面的疏水性進(jìn)行防覆冰的方法有待進(jìn)一步深入的研究和論證。利用小分子的摻雜、遷移制備防覆冰涂層的機(jī)理是向涂層中摻雜某些防凍劑物質(zhì)(通常是小分子物質(zhì)，如乙二醇、甘油及衍生物等)，這些防凍劑分子可以逐漸遷移到涂層表面并與涂層表面的水互溶，降低水的凝固點(diǎn)，從而延緩結(jié)冰過程。根據(jù)這一原理，美國 Microphase Coating公司成功研發(fā)了環(huán)氧樹脂基防覆冰涂料，據(jù)報(bào)道，這種涂層具有很好的防冰效果，已在某些型號的機(jī)翼、發(fā)動機(jī)表面得到應(yīng)用。但其缺點(diǎn)也是明顯的，這是因?yàn)榉纼鰟┑倪w移是單向的，防凍劑分子遷移出材料體相后大部分會隨水分流失，無法重新遷移回到體相內(nèi)。因而在使用一段時(shí)間之后防凍劑分子會大量損耗，影響了涂層的長期防覆冰功能。而且，防凍劑分子的遷移是隨溫度的增加而加速的，在無覆冰的高溫季節(jié)也會大量損耗，這些因素都直接影響了該涂層材料的壽命。另外，由于防凍劑分子多為親水性，易使涂層的絕緣性降低，不利于其在電氣領(lǐng)域得到應(yīng)用。室溫硫化硅橡膠(Room Temperature Vulcanized, RTV)具有良好的疏水性和絕緣性能，尤其是用于電力輸變電設(shè)備中，具有良好的防污閃能力。RTV是以較低分子量(1 萬 8萬左右)羥基封端的聚有機(jī)硅氧烷為基礎(chǔ)膠料，與交聯(lián)劑、催化劑配合，在室溫下交聯(lián)形成的有機(jī)硅彈性體材料。RTV防污閃涂料具有良好的絕緣性、憎水性以及憎水遷移性， 能夠在一定程度上減少水分和污物的黏附。在高濕、低溫的氣候條件下，RTV表面易被冰層或雪層覆蓋，其憎水性及憎水遷移性會顯著降低，防覆冰能力變差。環(huán)氧樹脂是先進(jìn)復(fù)合材料中應(yīng)用最廣泛的樹脂體系，它可適用于多種成型工藝，良好的耐熱、耐濕性能和高的絕緣性。與傳統(tǒng)的金屬材料相比，環(huán)氧樹脂/碳纖基質(zhì)結(jié)構(gòu)材料能大大降低飛機(jī)重量，可以節(jié)省燃料、擴(kuò)大飛行范圍。而覆冰的發(fā)生則大大降低了其飛行能力。因此，迫切需要開發(fā)出基于聚合物體系的、具有防覆冰功能的材料。

發(fā)明內(nèi)容
除非另外說明，本文中的術(shù)語“防覆冰功能”指的是防止在材料上覆冰的功能。本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種防覆冰功能的材料，該材料具有防覆冰的作用， 即便在雨雪的極端天氣下，該材料上的覆冰也會大大降低，防止覆冰事故的發(fā)生。本發(fā)明的另一目的在于提供本發(fā)明材料的制備方法。本發(fā)明的再一目的在于提供本發(fā)明材料的用途。本發(fā)明一方面提供了一種具有防覆冰功能的材料，所述的材料中為含有C5-C2tl烷烴中的一種或者幾種的聚合物材料。優(yōu)選地，所述的材料為含有l(wèi))C1(|-q6的烷烴中的一種或幾種或2)液體石蠟的聚合物材料。該材料的防覆冰效應(yīng)是利用烷烴和/或液體石蠟分子在溫度誘導(dǎo)下的雙向遷移運(yùn)動所形成的薄膜具有和覆冰之間的低粘附力來實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明的發(fā)明人通過多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過改變烷烴的種類和含量可以改變烷烴分子發(fā)生相變和遷移時(shí)的溫度。因此，以上烷烴的種類和含量的選擇是根據(jù)實(shí)際的氣候條件、實(shí)際的結(jié)冰溫度，通過調(diào)控共混的烷烴分子種類和含量來改變相變點(diǎn)，得到最適合的條件。當(dāng)環(huán)境溫度降低到結(jié)冰點(diǎn)附近時(shí)，本發(fā)明材料中的小分子，如烷烴和/或石蠟會遷移到材料的表面形成一層薄膜，此薄膜和覆冰之間具有很低的粘附力，使得覆冰/雪容易在風(fēng)吹、振動等自然力的作用下脫落，從而方便地實(shí)現(xiàn)其防覆冰的功能。最優(yōu)選地，所述的材料為含有C14烷烴或C16烷烴的聚合物材料。優(yōu)選地，所述的聚合物材料為分子量大于10000的高分子材料。優(yōu)選地，所述的聚合物材料為硅橡膠或環(huán)氧樹脂。更優(yōu)選地，所述的硅橡膠為聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，英文簡稱為 PDMS)ο優(yōu)選地，在所述的材料中，所述烷烴的重量含量為-20%。更優(yōu)選地，所述烷烴的重量含量為5^-20 ^優(yōu)選地，在所述的材料中還添加有SiA納米粒子。優(yōu)選地，所述SW2納米粒子占所述材料重量含量的0. -10%。更優(yōu)選地，所述SiA納米粒子占所述材料重量含量的-6%。優(yōu)選地，所述SW2納米粒子的直徑為20nm-100nm。本發(fā)明另一方面還提供了一種制備本發(fā)明所述材料的方法，該方法包括以下步驟a.將液態(tài)烷烴加入到所述的聚合物前聚體溶液中；b.將步驟a中制備的含有烷烴的聚合物前聚體溶液固化，得到所述的硅橡膠材料。優(yōu)選地，還在步驟a和b之間將含有烷烴的聚合物前聚體溶液在室溫下真空條件下排氣。優(yōu)選地，在步驟a中，將液態(tài)烷烴和S^2納米粒子加入到所述的聚合物前聚體溶液中。優(yōu)選地，利用攪拌和三輥對該混合溶液進(jìn)行分散，使納米粒子均勻分布在溶液中。優(yōu)選地，所述的含有烷烴的聚合物前聚體溶液在25-125°C的溫度下固化15分鐘至對小時(shí)。最優(yōu)選在80°C溫度下固化4小時(shí)。本發(fā)明的防覆冰功能的材料在作為涂層材料中的用途。優(yōu)選地，所述的涂層材料可用于電纜、絕緣子或機(jī)翼等表面的涂層材料。該材料以聚合物材料為基體，最優(yōu)選，硅橡膠和環(huán)氧樹脂為基體材料，所述的聚合物材料中含有C5-C2tl的烷烴中的一種或幾種，其重量含量為-20%。本發(fā)明的發(fā)明人通過多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過改變烷烴的種類和含量可以改變烷烴分子開始發(fā)生相變和遷移時(shí)的溫度。因此，以上烷烴的種類和含量的選擇是根據(jù)實(shí)際的氣候條件、實(shí)際的結(jié)冰溫度，通過調(diào)控共混的烷烴分子種類和含量來改變相變點(diǎn)，得到最適合的條件。該防覆冰涂層的基本防覆冰原理如圖1所示1.當(dāng)環(huán)境溫度高于烷烴類有機(jī)分子的熔點(diǎn)時(shí)，烷烴類有機(jī)分子與聚合物材料之間具有良好的相容性，可均勻分散到聚合物材料體相之中，如圖l_a所示； 2.當(dāng)環(huán)境溫度低于烷烴分子的熔點(diǎn)時(shí)，烷烴分子與聚合物材料基體之間發(fā)生相分離并逐漸遷移到硅橡膠涂層表面，形成一層均勻的固態(tài)烷烴分子的薄膜，如圖Ib至圖Id所示。此薄膜一方面具有良好的疏水性，過冷水滴不易在其上鋪展和粘附，因此能在一定程度上降低覆冰事故發(fā)生的幾率。更為重要的是，遷移出的烷烴分子形成的薄膜與覆冰之間的附著力非常低，在自然力，如冰雪自身重力、自然界風(fēng)力、振動等作用下，覆冰或積雪等很容易從聚合物材料表面脫落，大大減少了水和冰等在材料表面的累積，從而最終達(dá)到防覆冰的目的。 3.當(dāng)環(huán)境溫度回升，并超過烷烴分子的熔點(diǎn)后，固態(tài)烷烴薄膜能夠自行熔化，并重新遷移回聚合物材料體相之中，如圖Ie至圖Ih所示，從而減少了烷烴分子的損耗，使涂層具有長效的防覆冰效應(yīng)。由于本發(fā)明中防覆冰材料的機(jī)理在于利用烷烴分子薄膜和覆冰之間較低的粘附力，因此定量測量覆冰和烷烴類有機(jī)分子薄膜之間的粘附力是表征其防覆冰性能的關(guān)鍵因素。通過拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)測量覆冰、烷烴分子薄膜以及硅橡膠本體之間的粘附力的方法定量地表征了覆冰和硅橡膠以及覆冰和烷烴分子薄膜之間的附著力。拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，摻入了部分烷烴分子的硅橡膠和覆冰之間具有較低的剪切粘附力。為了進(jìn)一步表征上述防覆冰涂層的防覆冰效應(yīng)，以硅橡膠聚合物材料為例，在覆冰環(huán)境下測量了其覆冰量。首先將純的硅橡膠和添加了少量烷烴分子的硅橡膠溶液均勻涂覆在玻璃板上，并固化成型。將上述兩種樣品放置在恒溫恒濕箱中，控制恒溫恒濕箱的溫度、濕度，使樣品處于低溫度、高濕度的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，并利用半導(dǎo)體制冷片及制冷循環(huán)水對樣品表面進(jìn)行制冷。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明對添加了烷烴分子的硅橡膠涂層材料，其覆冰量僅為純的硅橡膠涂層覆冰量的五分之一；而且，在相同的振動條件下，添加了烷烴分子的硅橡膠聚合物材料表面的覆冰幾乎完全脫落，而未添加烷烴分子的硅橡膠表面由于附著力高，其覆冰幾乎沒有任何脫落。進(jìn)一步證明了上述材料的防覆冰效應(yīng)。由于烷烴分子的遷移速度較快，在較短的時(shí)間內(nèi)可以在硅橡膠表面形成較厚的烷烴分子薄膜；而且在小分子遷移到硅橡膠材料表面后，由于烷烴分子薄膜/覆冰以及烷烴分子薄膜/硅橡膠之間的粘附力比較低，部分有機(jī)小分子薄膜容易隨覆冰一起脫落，因此需要采取一定的措施延緩?fù)闊N分子的遷移速度以及每次的遷移量。發(fā)明人在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在硅橡膠中添加一定含量的S^2納米粒子用于硅橡膠的強(qiáng)度增補(bǔ)時(shí)，烷烴分子的遷移速度被大大降低，可以實(shí)現(xiàn)小分子的緩慢遷移，以進(jìn)一步延長防覆冰涂層材料的壽命。所述的SW2納米粒子的重量比為0. 1% -10%，其直徑約為20nm-100nm。綜上所述，本發(fā)明的有益效果在于1.在本發(fā)明中，在聚合物，優(yōu)選分子量大于 10000的高分子材料中添加的烷烴類分子的相變溫度接近結(jié)冰溫度，并可以改變烷烴分子的種類加以調(diào)控，可在很寬廣的溫度范圍內(nèi)使用；2.在溫度達(dá)到結(jié)冰點(diǎn)附近時(shí)，遷移出的烷烴分子形成的薄膜與覆冰之間粘附力非常低，因此，覆冰容易在外界自然力(如冰雪自身重力、自然界風(fēng)吹、振動等作用力)下從聚合物材料表面脫落，從而最終實(shí)現(xiàn)防覆冰的目的；3.由于烷烴分子遷移的可逆性，在溫度回升時(shí)，裸露在聚合物材料表面固態(tài)烷烴薄膜再次發(fā)生相變，并能重新遷移回聚合物材料體相中，從而能夠減少烷烴的損耗，并延長本發(fā)明的防覆冰材料的壽命。


圖1表示烷烴分子在聚二甲基硅氧烷材料中雙向遷移過程的光學(xué)顯微鏡照片。其中，圖l-a、l-b、l-c和Ι-d分別表示環(huán)境溫度由室溫降至-20°C時(shí)，烷烴分子逐漸從聚二甲基硅氧烷材料內(nèi)部遷移到表面，形成一層均勻的固態(tài)烷烴分子薄膜；圖l-e、l-f、l_g和l_h 表示環(huán)境溫度由-20°C升至室溫，烷烴分子熔化，重新滲透到聚二甲基硅氧烷材料本體中。
圖2表示相同升溫程序和降溫程序下，純的聚二甲基硅氧烷材料以及分別摻雜了 20%重量的十四烷和十六烷的聚二甲基硅氧烷材料的DSC(差式掃描量熱儀)相變圖譜； 其中，圖2-a表示隨著溫度由室溫降到-20°C時(shí)，純的聚二甲基硅氧烷材料以及分別摻雜了 20%重量的十四烷和十六烷的聚二甲基硅氧烷材料的DSC圖譜；圖2-b表示隨著溫度由-20°C升高到室溫時(shí)，兩者的DSC圖譜。圖3表示摻雜烷烴分子的聚二甲基硅氧烷材料測量剪切粘附力結(jié)構(gòu)示意圖，圖中，1-聚二甲基硅氧烷橡膠；2-烷烴分子，3-冰。圖4表示純的聚二甲基硅氧烷材料以及摻雜烷烴分子的聚二甲基硅氧烷材料和冰之間的剪切粘附力的對比圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。但這些實(shí)施例僅限于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實(shí)施例中的聚二甲基硅氧烷為雙組分硅橡膠原料，購自于道康寧(Dow Corning)公司，商品型號為Sylgard-184。所用的單組分硅橡膠材料商品名稱為“快速硫化型非腐蝕性有機(jī)硅粘合密封膠”，利用空氣中水分硫化形成彈性硅橡膠，商品型號分別為 TSE397和TSE3852，均購自GE東芝有機(jī)硅有限公司。實(shí)施例1聚二甲基硅氧烷橡膠防覆冰材料的制備在室溫溫度下，將購買的商用聚二甲基硅氧烷的前聚體溶液中加入總重量20%的液態(tài)十四烷分子，并充分?jǐn)嚢杈鶆颍谑覝叵抡婵諝夥罩信艢?，以除去混合溶液中的氣泡?隨后將混合溶液在已經(jīng)備好的模具中澆注于玻璃襯底上，并在80°C下固化4小時(shí)，使其充分交聯(lián)成薄膜狀固體。實(shí)施例2Jg二甲基硅氧/蹤橡膠中的燒/經(jīng)分子在溫ItH秀導(dǎo)下的雙向遷篇首先利用光學(xué)顯微鏡對其遷移過程進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測，如圖1所示，其中圖l-a、l_b、 1-c和1-d分別表示環(huán)境溫度由室溫降至-20°C時(shí)，十四烷分子逐漸從橡膠內(nèi)部遷移到聚二甲基硅氧烷橡膠表面，形成一層均勻的固態(tài)十四烷烴分子薄膜過程的變化圖；圖l-e、l_f、 1-g和l_h分別表示當(dāng)環(huán)境溫度從-20°C升溫至室溫，十四烷分子熔化，重新滲透到橡膠本體過程的變化圖。從圖1的八幅圖中，可以直觀地觀測到隨著溫度降低，十四烷分子從聚二甲基硅氧烷橡膠體相遷移到表面過程。并且，隨著溫度的升高，十四烷分子能夠重新從聚二甲基硅氧烷橡膠表面遷移回到體相的過程。實(shí)施例3DSC表征燒/經(jīng)分子在溫ItH秀導(dǎo)下的遷篇過稈及其與熔點(diǎn)之.丨旬的關(guān)系進(jìn)一步利用差式掃描量熱儀(DifferentialScanning Calorimeter，DSC)定量表征烷烴分子在溫度誘導(dǎo)下的遷移過程及其與熔點(diǎn)之間的關(guān)系。以純的聚二甲基硅氧烷橡膠以及分別摻入重量含量為20%的十四烷和十六烷有機(jī)分子的聚二甲基硅氧烷橡膠為例，其在緩慢升、降溫過程中其DSC測量的結(jié)果表明，純的聚二甲基硅氧烷橡膠在升溫和降溫過程中沒有吸/放防熱峰，摻入不同種類烷烴分子的聚二甲基硅氧烷橡膠在其相應(yīng)的熔點(diǎn)附
7近均有兩個(gè)明顯的吸/放熱相變峰，而且，其相變溫度分別在純的十四烷及十六烷的熔點(diǎn)附近，如圖2所示。這表明當(dāng)溫度降低到所摻入的小分子的熔點(diǎn)附近時(shí)，烷烴分子開始發(fā)生相變并逐漸遷移到聚二甲基硅氧烷橡膠表面，從而能夠形成具有防覆冰功能的涂層。當(dāng)環(huán)境溫度回升，遷移出的小分子能夠重新回到聚二甲基硅氧烷橡膠體相內(nèi)，減少了小分子的損耗，使得涂層的防覆冰性能具有可持續(xù)性。實(shí)施例4覆冰量測量在聚二甲基硅氧烷橡膠的前聚體溶液中加入10%重量含量的十六烷，方法同實(shí)施例1。所制得的純的硅橡膠以及摻雜了十六烷分子的硅橡膠重量(含玻璃襯底)分別為 32. 38g 和 32. 35g。接著在-20°C的環(huán)境溫度下，同時(shí)向前述的摻入烷烴分子的聚二甲基硅氧烷橡膠以及相同體積和表面積的未摻入烷烴分子的聚二甲基硅氧烷橡膠的表面噴灑過冷水，反復(fù)重復(fù)此過程，每隔2小時(shí)噴灑一次，并在M小時(shí)時(shí)間后測量兩者表面的覆冰重量。測量結(jié)果表明，純的聚二甲基硅氧烷橡膠表面的覆冰重量明顯大于摻入了烷烴分子的聚二甲基硅氧烷橡膠表面的覆冰量，其重量分別為37. 05g和33. 45g。在相同的振動條件下，即在-20°C下利用氣泵的氣流吹動，時(shí)間均為5分鐘，摻入十六烷的聚二甲基硅氧烷橡膠表面振動時(shí)的覆冰大部分發(fā)生脫落，重量減至32. 67g。而相同振動條件下的純的聚二甲基硅氧烷橡膠表面的覆冰幾乎未發(fā)生變化，重量為36.95g。進(jìn)一步利用恒溫恒濕箱，控制環(huán)境溫度和濕度， 并利用半導(dǎo)體制冷片和制冷循環(huán)水對樣品表面進(jìn)行降溫，模擬高濕度、低溫度的環(huán)境，定量測量了摻雜烷烴分子的硅橡膠以及純的硅橡膠表面的覆冰量。所用的恒溫恒濕箱型號為 EYELA KCL-2000W型，購自東京理化器械株式會社。恒溫恒濕箱內(nèi)環(huán)境溫度為10°C，樣品表面溫度為_6°C，相對濕度為80%。結(jié)果表明，在相同的條件下，前者的覆冰量僅為后者的五分之一。實(shí)施例5粘附力測量方法在直徑為30mm、長度為43mm的圓柱形模具中將實(shí)施例1制備的含有20%重量含量的十四烷或十六烷的聚二甲基硅氧烷橡膠棒垂直固定在模具中央位置，將模具中加入過冷水，并放入-20°C的過冷環(huán)境中。過冷水在聚二甲基硅氧烷橡膠棒的周圍凍結(jié)成冰，同時(shí)， 十四烷或十六烷分子在低溫下向聚二甲基硅氧烷橡膠棒的表面遷移，并在圓柱狀聚二甲基硅氧烷橡膠棒的周圍形成多層烷烴分子的薄膜，形成如圖3所示的結(jié)構(gòu)。粘附力的測量在拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)的低溫實(shí)驗(yàn)箱中分別測試和對比純的聚二甲基硅氧烷橡膠棒和摻入了 20%重量的十四烷分子的聚二甲基硅氧烷橡膠棒與冰之間的剪切粘附力。結(jié)果如圖4 所示，相同條件下的純的聚二甲基硅氧烷橡膠和覆冰之間的粘附力為25kPa，摻入烷烴分子的聚二甲基硅氧烷橡膠棒和覆冰之間的平均粘附力為13kPa。說明利用烷烴分子在溫度誘導(dǎo)下的雙向遷移運(yùn)動制備的防覆冰涂層具有和覆冰之間較低的粘附力，也即具有良好的防覆冰性能。實(shí)施例6納米粒子的緩釋效應(yīng)
在室溫下將硅橡膠前聚體溶液與重量含量為20%的烷烴分子共混，并加入重量含量為2%的SiA納米粒子，其型號為R9200。首先利用聚合物機(jī)械混合及球磨系統(tǒng)(型號為AE03-C1/TML-1)對此混合溶液進(jìn)行攪拌，然后使用三輥研磨機(jī)(型號為EXAKT 80E)對混合物進(jìn)行進(jìn)一步的加工，得到分散均勻的粘稠狀液體，將該液體按照實(shí)施例1所述的方法進(jìn)行澆筑、固化，得到具有緩釋效應(yīng)的防覆冰涂層材料。實(shí)施例7單組分硅橡膠防覆冰材料的制備本實(shí)施例基本與實(shí)施例1相同，不同的是用快速硫化型單組分硅橡膠材料TSE397 和TSE3852代替雙組分硅橡膠聚二甲基硅氧烷材料，并且固化溫度為室溫(25°C )，固化時(shí)間為M小時(shí)。實(shí)施例8雙酚A 二縮水甘油醚環(huán)氧樹脂防覆冰材料的制備本實(shí)施例基本與實(shí)施例1相同，不同的是用雙酚A 二縮水甘油醚環(huán)氧樹脂代替聚二甲基硅氧烷橡膠材料，并且其固化程序?yàn)?0°C下固化6小時(shí)，130°C下固化10小時(shí)。本實(shí)施例中的環(huán)氧樹脂購自亨斯曼公司，商品型號為Araldite F。
權(quán)利要求
1.一種具有防覆冰功能的材料，其特征在于，所述的材料為含有C5-C2tl烷烴中一種或幾種的聚合物材料，優(yōu)選地，所述的材料為含有1Κ1(Γ(^6的烷烴中的一種或幾種或幻液體石蠟的聚合物材料，最優(yōu)選地，所述的材料為含有C14烷烴或C16烷烴的聚合物材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，所述的聚合物材料為分子量大于10000的高分子材料，優(yōu)選地，所述的聚合物材料為硅橡膠或環(huán)氧樹脂，最優(yōu)選地，所述的硅橡膠為聚二甲基硅氧烷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的材料，其特征在于，在所述的材料中，所述烷烴的重量含量為-20%，優(yōu)選地，所述烷烴的重量含量為5^-20 ^
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的材料，其特征在于，在所述的材料中還添加有 SiO2納米粒子。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的材料，其特征在于，所述S^2納米粒子占所述材料重量含量的0. -10%，優(yōu)選地，所述SiA納米粒子占所述材料重量含量的1^-6 ^
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的材料，其特征在于，所述S^2納米粒子的直徑為 20nm-100nm。
7.一種制備權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的材料的方法，該方法包括以下步驟a.將液態(tài)烷烴加入到所述的聚合物前聚體溶液中；b.將步驟a中制備的含有烷烴的聚合物前聚體溶液固化，得到所述的硅橡膠材料，優(yōu)選地，還在步驟a和b之間將含有烷烴的聚合物前聚體溶液在室溫下真空條件下排氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在步驟a中，將液態(tài)烷烴和S^2納米粒子加入到所述的聚合物前聚體溶液中。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述的含有烷烴的聚合物前聚體溶液在25°C至125°C的溫度下固化，固化時(shí)間為15分鐘至M小時(shí)，最優(yōu)選在80°C溫度下固化4 小時(shí)。
10.權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的具有防覆冰功能的材料在作為涂層材料中的用途， 優(yōu)選地，所述的涂層材料為電纜、絕緣子或機(jī)翼涂層。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有防覆冰功能的材料，所述的材料為含有C5-C20烷烴中一種或幾種的聚合物材料。本發(fā)明還提供了這種材料的制備方法和用途。在該材料中，當(dāng)加入的烷烴在溫度接近其相變溫度時(shí)與材料體相發(fā)生相分離，并從材料體相中遷移至表面，所形成的烷烴分子薄膜使材料減少和避免了由于冰覆而影響了其使用性能和使用壽命。同時(shí)，由于烷烴分子在聚合物材料中的遷移的可逆性，在外界自然溫度回升時(shí)，裸露在材料表面的固態(tài)烷烴薄膜再次發(fā)生相變，向體相中遷移，并能全部遷移回到本體材料之中，從而能夠減少烷烴的損耗并延長本發(fā)明的防覆冰材料的使用壽命。
文檔編號B64D15/00GK102241886SQ201010174289
公開日2011年11月16日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者關(guān)麗, 張忠, 張暉, 楊延蓮, 王琛, 陳運(yùn)法 申請人:國家納米科學(xué)中心