[发明专利]一种利用热喷涂技术制备憎水涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热喷涂涂层制备技术，特别是一种利用热喷涂技术制备憎水涂层的方法。

背景技术

在高空、低温、云层的环境下，飞行器外表面（如机翼、机尾）、发动机进气口前端等其它部位上会产生水分积聚冻结成冰的现象。机尾/翼结冰，会损坏其流线外形，致使飞机丧失抬升力；进气口结冰，可能丧失发动机之发动能力，以上危害均可发生重大事故。

防止结冰的一个有效方法是在容易结冰的表面制备憎水涂层，该涂层能防止水滴铺展，而使之聚集成大的水滴，随外力的作用脱离基体表面。这就避免了水滴在物体表面富集，从而降低了结冰的可能性，达到防冰的效果。

憎水涂层的制作可以有两种途径，一种是直接使用低表面能材料，所使用的材料主要是氟碳化合物，硅树脂以及其它的一些低表面能有机化合物。近年来已报道用于制备憎水表面的低表面能材料有氟硅烷(FAS)、氟化聚合物，有机聚合物系列，含氟化学物及石蜡等等。由于氟硅烷及其他含氟材料具备某些优良性能，例如：极低的表面能，优秀的耐热性、耐候性、耐化学腐蚀性等，因而一直受到人们的关注。但单纯使用地表面能材料获得的憎水效果有限，因此还需要同时进行另外的方法以改善涂层的憎水效果。

另一种方法就是通过对具有高表面能基底材料如金属，金属氧化物，无机材料等表面进行粗糙化，然后修饰低表面能的物质如氟硅烷，这种方式丰富了憎水表面的制作方法，拓宽了憎水应用范围。不管哪种途径，构筑表面粗糙结构是制作憎水最为关键的一步。表面粗糙化的结构中最具有代表性的是荷叶表面的“乳突”结构。人们通过对荷叶、水稻叶等植物叶表面及其他生物体表面微结构的深入研究表明荷叶憎水效果明显不仅仅是因为表面有一层蜡质物质，更重要的是荷叶表面形成了的“乳突”结构。这种“乳突”结构是一种多重纳米和微米级的复合结构。纳米颗粒分布在微米级颗粒的表面，形成微纳米复合结构。经分析，荷叶表面上乳突的平均大小约为10微米，平均间距约12微米。而每个乳突上有许多直径为100～200纳米左右的凸起组成的。接触角的大小是衡量固体表面浸润性最为常用的标准。对于光滑平整的理想固体表面，水滴在其表面上的形状是由固体、液体和气体三相接触线的界面张力来决定的，水滴的接触角θ的大小受固/液，固/气及液/气的表面张力决定，即Young’s 方程：cosθ= (γ_sg - γ_sl ) /γ_lg ，其中γ_sg 、γ_sl 、γ_lg分别为固气、固液、气液间的界面张力。而对于粗糙表面而对于粗糙的固体表面，则必须考虑粗糙度对疏水性能的影响。Wenzel 于1936 年提出Wenzel 方程：cosθ_r＝r cosθ，式中r 为粗糙度，表示实际的固－液界面接触面积与表观固－液界面接触面积之比，θ_r是Wenzel 状态下粗糙表面的接触角。从Wenzel 方程可以看出，粗糙的固体表面使实际上的固－液的接触面大于表观集合上观察到的面积。当θ小于90°时，θr 随着表面粗糙度的增加而降低，即增加表面的亲液性；而θ大于90°时，θr 随着表面粗糙度的增加而增大，表面就更加的疏液（赵宁，卢晓英，张晓艳，等。超疏水表面的研究进展，化学进展，2007，19（6），860-871）。乳突结构可以明显的提高表面的粗糙度。因此含有“乳突”结构的粗糙表面施加一层有机憎水物质后比光滑表面施加同样的有机憎水物质具有更好的表面憎水效果。

目前用于憎水表面制作的粗糙化技术主要可以归为以下几类：a、刻蚀法，通过自上面下的加工过程赋予材料表面粗糙结构。目前用于憎水表面制作的刻蚀技术主要包括化学腐蚀，激光刻蚀，等离子刻蚀以及平板印刷术等；b、沉积法，主要通过物理气相沉积、水热生长、电化学、层层电解质组装沉积等在基底材料的表面形成一层具有微纳结构的物质，如纳米纤维、纳米线、纳米棒、纳米粒子等；c、纳米颗粒法，是以既有的纳米颗粒为原料，通过物理或者化学键的相互作用，将纳米粒子固定在基底材料表面，以构筑材料表面的结构；另外还有模板法、溶胶凝胶法、相分离法、静电纺丝法等方法。