本發(fā)明屬于材料表面防結(jié)冰技術(shù)領(lǐng)域，廣范應(yīng)用于汽車、電力輸送、風機葉片等工程實際中，具體涉及一種基于耦合仿生的防結(jié)冰覆蓋層及制備方法。

背景技術(shù)：

結(jié)冰現(xiàn)象在自然界及低溫領(lǐng)域中普遍存在。結(jié)冰有許多危害，如飛機機翼表面的結(jié)冰，影響飛機的安全操作性、穩(wěn)定性；電力傳輸線纜的結(jié)冰，增加輸電設(shè)備的載荷，甚至導(dǎo)致電塔倒塌、輸電線纜的斷裂，造成電網(wǎng)的大面積停電，經(jīng)濟損失嚴重；車輛底盤結(jié)冰，降低了車輛的安全通過性。而對部件表面冰的清理通常采用機械方法、熱力學(xué)、化學(xué)等傳統(tǒng)方法進行表面積冰的清理，但采用此類方法不僅會破壞材料的表面形態(tài)、增加系統(tǒng)的復(fù)雜性及不安全性，而且會導(dǎo)致能耗的增加以及環(huán)境的污染。

自然界中的絕大多數(shù)生物，均會遇到粘附問題。這些生物經(jīng)過成千上萬年的進化，使體表形成了各種特殊的抗粘附性能，如田鼠、蚯蚓、馬陸、蠐螬等動物體表形成了有利于減粘、脫附的柔性體表結(jié)構(gòu)，蝴蝶翅膀、蜻蜓翅膀、荷葉等動植物表面的超疏水性特性。

因此，基于自然界中某些動物的柔性體表和表面的超疏水特性，耦合仿生發(fā)明一種廣泛應(yīng)用的防結(jié)冰覆蓋層，將實現(xiàn)材料表面的主動防、除冰特性，相關(guān)技術(shù)在現(xiàn)有的技術(shù)方案中并沒有體現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述背景技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明基于自然界中某些動物的柔性體表和超疏水特性表面，提供了一種基于耦合仿生的防結(jié)冰覆蓋層及制備方法，實現(xiàn)材料表面的主動防、除冰過程。結(jié)合說明書附圖，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于耦合仿生的防結(jié)冰覆蓋層，所述防結(jié)冰覆蓋層由絨毛覆層和覆層基底組成，所述覆層基底為柔性基底，所述絨毛覆層由通過植毛工藝密集連接在覆層基底上的絨毛組成，所述絨毛具有柔性和疏水性。

進一步地，所述覆層基底為采用硅膠膜、聚乙烯或聚丙烯制成的柔性基底。

進一步地，所述絨毛覆層中的絨毛采用低表面能纖維或動物絨毛制成。

更進一步地，所述低表面能纖維為abs樹脂、聚氯乙稀、含氟化合物或含氟聚合物。

進一步地，所述絨毛覆層中的絨毛采用普通纖維制成，且在絨毛的表面附著有疏水性溶液。

更進一步地，所述疏水性溶液為氟硅烷、有機硅或氟碳型溶液。

更進一步地，在所述覆層基底的底部設(shè)有黏貼層。

一種基于耦合仿生的防結(jié)冰覆蓋層的制備方法，先制備柔性的覆層基底和具有柔性及疏水性的絨毛，然后將絨毛通過植毛工藝連接于覆層基底的表面，使覆層基底的表面呈現(xiàn)突出密集分布的絨毛覆層，進而形成所述的防結(jié)冰覆蓋層。

進一步地，在制備絨毛的過程中，采用低表面能纖維、動物絨毛或普通纖維制備絨毛。

更進一步地，當采用普通纖維制備絨毛時，將普通纖維經(jīng)涂摸、噴灑或浸潤處理，以使覆層表面具有并保持疏水特性。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

1、本發(fā)明所述防結(jié)冰覆蓋層利用外表面絨毛覆層的疏水特性及絨毛的柔性顫動特性，使水分自動從部件表面滑落，降低表面水的附著量，減小部件表面的積冰量，覆蓋層表面剩余分散的附著水分將在低溫環(huán)境下凍結(jié)于絨毛層表面，利用絨毛的柔性顫動特性和積冰自身的重量，可促使積冰自動剝離，進而實現(xiàn)主動防、除冰效果。

2、本發(fā)明所述防結(jié)冰覆蓋層采用硅膠膜、聚丙烯或其他新型復(fù)合材料等柔性材料作為覆層基底，使覆蓋層的應(yīng)用不受防結(jié)冰部件表面形態(tài)的限制。

3、本發(fā)明所述防結(jié)冰覆蓋層覆蓋并固定在待防結(jié)冰部件表面，對防結(jié)冰部件起到保溫作用，延緩表面水分的凍結(jié)時間，強化部件表面的防結(jié)冰特性。

4、本發(fā)明所述防結(jié)冰覆蓋層通過粘貼或捆綁等方式直接固定在待防結(jié)冰部件表面，更換簡單，且不受使用時間的限制。

5、本發(fā)明所述防結(jié)冰覆蓋層的絨毛覆層通過植毛工藝固定在柔性的覆層基底上，可根據(jù)使用要求更改絨毛在基底表面的分布密度，制作簡便，使用成本低。

6、本發(fā)明所述防結(jié)冰覆蓋層的絨毛覆層的制備方法簡單，經(jīng)濟成本低，應(yīng)用范圍廣。

附圖說明

圖1為在平面部件的表面粘貼本發(fā)明所述基于耦合仿生的防結(jié)冰覆蓋層的立體示意圖；

圖2a為發(fā)明所述基于耦合仿生的防結(jié)冰覆蓋層的絨毛靜止時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2b為發(fā)明所述基于耦合仿生的防結(jié)冰覆蓋層的絨毛顫動時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為在軸類部件表面粘貼本發(fā)明所述基于耦合仿生的防結(jié)冰覆蓋層的立體示意圖。

圖4為在非平面部件的表面粘貼本發(fā)明所述基于耦合仿生的防結(jié)冰覆蓋層的立體示意圖。

圖中：

1、水，2、絨毛，3、柔性基底，4、部件表面，

5、平面部件，6、軸類部件，7、非平面部件。

具體實施方式

為了進一步闡述本發(fā)明的技術(shù)方案，結(jié)合說明書附圖，本發(fā)明的具體實施方式如下：

如圖2a和2b所示，本發(fā)明提供了一種基于耦合仿生的防結(jié)冰覆蓋層，該覆蓋層包括絨毛覆層和覆層基底。

所述覆層基底是采用硅膠膜、聚乙烯、聚丙烯或其他新型柔性復(fù)合材料制成的柔性基底3，該柔性基底3可固定在多種不規(guī)則形態(tài)的部件表面，使本發(fā)明所述覆蓋層的應(yīng)用不受防結(jié)冰部件表面形態(tài)的限制，且柔性基底3的覆蓋還將對部件起到保溫的作用。

所述絨毛覆層由通過植毛工藝固定連接在覆層基底上表面的絨毛2構(gòu)成，根據(jù)實際使用的需要，可變化絨毛覆層的密度，即絨毛2在覆層基底表面的分布密度，以降低所述覆蓋層的使用成本，所述絨毛覆層中的絨毛2可采用的材料有：

一、abs樹脂、聚氯乙稀、含氟化合物或含氟聚合物等低表面能纖維，或動物絨毛，進而使絨毛覆層具有疏水特性；

二、普通纖維材料當采用普通纖維材料制備絨毛2時，在絨毛2的表面附著氟硅烷、有機硅、氟碳型等疏水性溶液，進而使絨毛覆層獲得疏水特性。

本發(fā)明還提供了上述基于耦合仿生的防結(jié)冰覆蓋層的制備方法，具體過程如下：

第一步：制備覆層基底和絨毛：

采用硅膠膜、聚丙烯或其他新型柔性復(fù)合材料制成柔性基底3，作為覆層基底；

采用abs樹脂、聚氯乙稀、含氟化合物或含氟聚合物等低表面能纖維，或動物絨毛，或普通纖維制備絨毛；

第二步：制備絨毛覆層：

通過三軸數(shù)控植毛機將絨毛通過植毛工藝連接于覆層基底的表面，使覆層基底的表面呈現(xiàn)突出密集分布的絨毛，進而形成絨毛覆層；

步驟三：當所述絨毛是采用普通纖維制得時，通過涂摸、噴灑或浸潤等工藝對絨毛覆層表面進行處理，以使覆層表面具有疏水特性；當所述絨毛是采用abs樹脂、聚氯乙稀、含氟化合物或含氟聚合物等低表面能纖維，或動物絨毛制得時，可忽略本步驟；

此外，通過上述步驟制得的防結(jié)冰覆蓋層，當其絨毛是采用普通纖維制得時，需要不斷地通過涂摸、噴灑或浸潤等工藝對絨毛覆層表面進行處理，以使絨毛覆層的表面始終保持疏水特性，當所述絨毛是采用abs樹脂、聚氯乙稀、含氟化合物或含氟聚合物等低表面能纖維，或動物絨毛制得時，則無需本處理過程。

本發(fā)明通過具有脫附減粘功能的柔性結(jié)構(gòu)，并結(jié)合動植物表面的疏水特性，耦合仿生形成一種防結(jié)冰覆蓋層，防結(jié)冰覆蓋層利用其覆層基底的柔性特征直接附著并固定在部件的表面，對部件起到保溫作用，延緩表面水的凍結(jié)時間；更關(guān)鍵的是，防結(jié)冰覆蓋層的絨毛覆層具有疏水特性和柔性顫動特性，可以在初期利用絨毛覆層的疏水特性及其柔性顫動，降低表面水的附著量，又可利用柔性顫動減小末期水分的凍結(jié)結(jié)冰量。因此，粘貼本發(fā)明所述耦合仿生的防結(jié)冰覆層對提高防結(jié)冰部件表面的主動除冰性能起到了雙重作用。

本發(fā)明所述基于耦合仿生的防結(jié)冰覆蓋層的工作過程如下：

水分在絨毛覆層的絨毛表面凝聚時，由于覆蓋層表面具有疏水特性，耦合利用絨毛的柔性顫動，降低表面水的附著量，減小部件表面的積冰量。同時利用冰的自身重量及絨毛的柔性顫動，使覆冰自動剝離脫落，提升部件的主動防冰性能。結(jié)合圖1、圖2a和圖2b，部件表面4粘貼具有柔性和超疏水特性的防結(jié)冰覆蓋層，所述防結(jié)冰覆蓋層對防結(jié)冰部件起到了保溫作用，延緩了表面附著水滴1的凍結(jié)時間。水滴1附著在密集分布的絨毛2所構(gòu)成的絨毛覆層表面上時，由于絨毛覆層的表面具有超疏水特性，水滴1在其表面自動滑落，降低了表面的附著水分。同時利用絨毛2的柔性顫動，進一步促使表面水滴1滑落，附著水量降低。剩余的表面水分在低溫環(huán)境下于絨毛覆層的絨毛2表面凍結(jié)成冰，耦合利用冰的自身重量及絨毛2的柔性顫動，使積冰發(fā)生自動剝離。

如前所述，本發(fā)明所述防結(jié)冰覆蓋層的應(yīng)用不受防結(jié)冰部件表面形態(tài)的限制，其應(yīng)用十分廣泛，具體應(yīng)用過程如下：

實施例一：

將通過前述方法制得的防結(jié)冰覆蓋層應(yīng)用于平面部件的表面時，如圖1所示，柔性基底3的底部通過環(huán)氧樹脂等粘結(jié)劑粘貼于平面部件5的部件表面4，所述部件表面4為部件的長結(jié)冰區(qū)域。

實施例二：

將通過前述方法制得的防結(jié)冰覆蓋層應(yīng)用于汽車、高速動車等車輛底盤表面時，如圖1和圖4所示，將所述防結(jié)冰覆蓋層利用粘結(jié)劑或螺紋固定等固定方式，使該防結(jié)冰覆層能穩(wěn)定的附著在車輛底盤等平整或起伏的表面，所述防結(jié)冰覆蓋層對還底盤零部件起到了保溫作用。車輛在行駛過程中，所述防結(jié)冰覆蓋層抑制外界的水滴黏附在底盤表面，避免了外界水滴在冰層表面的不斷積聚，使車輛底盤關(guān)鍵部件正常工作，提高了車輛的安全性。

實施例三:

將通過前述方法制得的防結(jié)冰覆蓋層應(yīng)用于輸電線纜、車輛傳動軸或轉(zhuǎn)向架等軸類零部件的表面時，將所述防結(jié)冰覆蓋層通過粘結(jié)劑或捆綁等固定方式，如圖3所示，將所述防結(jié)冰覆蓋層包覆軸類零部件，減小表面的黏附水量，實現(xiàn)防結(jié)冰功能。