氟化改性硅树脂制备的超疏水涂层防覆冰性能

研究具有超疏水表面特性的疏水涂层实际防覆冰效果.首先理论分析了水滴在固体表面浸润性影响因素,利用不同硅烷水解缩合反应制备出低表面能的含氟硅树脂,之后引入分形理论在含氟硅树脂中添加二氧化硅微粒制备疏水涂层.观察掺杂微粒的涂层表面微观结构,并测试水滴在不同涂层表面的接触角;为直观分析涂层防覆冰效果,将不同涂层涂覆试验件后在结冰风洞中进行覆冰测试.结果显示掺混不同量级微粒的疏水涂层表面形成复合粗糙结构,有着更好的粗糙度;含氟硅树脂表面水滴接触角较普通硅树脂提升10°,含有不同量级粒径微粒的涂层表面水滴接触角较单一粒径微粒掺混的涂层提升近20°,达到超疏水表面效果;具有复合微观结构的疏水涂层涂覆的试验件在5 m·s-1和15 m·s-1的风速下较无涂层表面覆冰减少率分别达到35.6％和25.9％,较只有一级粗糙结构的表面有效防覆冰时间长,具有较好的防覆冰能力.结果表明本文设计的超疏水涂层达到超疏水表面效果,且具有较好的防覆冰性能.     

大气压脉冲级联放电快速制备超疏水耐久涂层

通过大气压脉冲级联放电(APPCD)等离子体的聚合交联作用，在涤纶织物表面快速制备兼具耐久性和自修复能力的超疏水涂层。深入研究不同等离子体放电源对涂层表面疏水性、耐久性及稳定性的影响。结果表明：APPCD等离子体制备的超疏水涂层表面水接触角可达163.2°,滚动角低至8.4°,样品经600次摩擦或250次水洗后仍可保持超疏水性；超疏水涂层表面弹性模量的变化是影响涂层机械牢度的主要原因；制备的超疏水涂层具有良好的可修复性，加热修复可使出现一定磨损的织物恢复疏水性。研究可为超疏水涂层的工业推广提供试验基础和技术支持。     

用于输电线路的铝基超疏水表面抗覆冰研究

输电线路覆冰灾害危害及其预防现已成为一个迫切需要解决的问题.本文就铝基超疏水表面抗冰特性进行了研究,在铝片和输电铝线表面涂覆本文制备的硅基超疏水溶液,使铝基表面疏水角达到154.5°.具有超疏水性的铝基能有效防止水珠滞留在表面形成覆冰.通过恒湿恒温室模拟覆冰过程,观察并测量涂覆溶液前后表面的覆冰面积以及输电铝线脱冰力大小来反映抗覆冰特性,实验结果显示超疏水铝片表面的覆冰面积比普通铝片表面覆冰减少了40%并且具有超疏水表面的输电线上脱冰力减少了11N.实验结果对输电线路结冰问题的解决提供了新的思路.     

改性环氧丙烯酸树脂/SiO2超疏水涂层的制备

为了制备一种超疏水涂层,先用六亚甲基二异氰酸酯(HDI)与羟基硅油(PDMS)反应合成了中间体H-PDMS,再让H-PDMS和环氧丙烯酸树酯(EA)反应,得到PDMS改性的环氧丙烯酸树脂(PEA),之后与疏水型nmSiO_2共混涂膜,UV固化可制备出一种超疏水涂层。采用红外光谱、接触角测量仪、场发射扫描电子显微镜、百格测试仪等表征了接枝材料的化学结构,涂层的疏水性、附着力等。结果表明:硅烷链段成功地接枝到EA的侧链上,当H-PDMS添加量为80wt%,nm SiO_2添加量为30wt%时,制备的涂层表面具有明显的微纳二级粗糙结构,接触角可达155°,滚动角小于3°,且在铝片上具有优异的附着力和自清洁性能。     

无氟环保PDVB/PDMS涂层超疏水超亲油棉织物的制备

为了制备环保无氟的超疏水超亲油棉织物,先采用聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)对棉织物进行预处理,再喷涂纳米多孔聚二乙烯基苯(polydivinylbenzene,PDVB)分散液,得到PDVB/PDMS超疏水涂层棉织物,并对涂层织物的表面形态、接触角、化学组成及耐久性进行测试.结果表...     

超滑表面防冰与疏冰机理研究

为解决高湿度条件下超疏水表面防冰失效问题,提出了一种新型多孔超滑表面。基于自组装技术,提出新型超滑表面(HPO-SLIP)涂层表面制备方法,即通过构建超疏水粗糙多孔基底进而涂覆润滑油制备获得超滑表面,并对其润湿特性和微观形貌进行表征,最后对其防冰与疏冰特性进行实验研究。实验结果表明:与超疏水表面相比,超滑表面冷凝液滴孤立冻结,无"冰桥"扩展,结冰扩散速度慢;超滑表面与冷凝冻结液滴接触属于固-油-固接触模型,油膜动态迁移分布影响成核结冰;对于疏冰特性,超滑表面冰黏附剪切强度比亲水表面低一个数量级。综合分析发现,与亲水表面、超疏水纳米草表面、超疏水微纳复合表面相比,超滑表面具有最优的防冰传播特性与疏冰性能,可以有效减少冰积累量。     

柔性有机硅疏水涂层的制备及其抑菌活性

为了提高有机硅材料(PDMS)的表面抑菌活性,通过在其表面共价键合富含巯基的二氧化硅微球,并利用巯基的还原性原位生长纳米银,实现在有机硅表面自组装纳米银二氧化硅微球的疏水涂层(WCA=90.33°)。选用大肠杆菌(革兰氏阴性菌)和枯草芽孢杆菌(革兰氏阳性菌)作为测试菌种,通过菌落计数法和活/死细菌染色法研究疏水涂层对细菌的抑制作用。研究结果表明:SiO2@AgNPs与PDMS的复合材料可以有效抑制细菌生长,并不抑制人类细胞的生长。     

PDMS真空紫外光表面亲水改性研究

PDMS用作人体植入材料和医疗制品已获得广泛应用,但疏水性表面会降低其生物相容性并引起并发症,而亲水改性后的表面,亲水性也会逐渐变差.采用172 nm真空紫外光对PDMS进行表面亲水改性处理后,亲水性在较长时间内得以保持.用红外光谱、X射线光电子能谱和水接触角测试对改性前后材料表面化学组成和亲水性变化进行检测,结果表明:真空紫外光照后,PDMS表面由疏水性转变为亲水性,且表面形成的类玻璃物质大大延缓了其疏水性的恢复.     

PDMS氧等离子体表面改性工艺参数优化

聚二甲基硅氧烷(PDMS)是目前常用的微流控芯片结构材料,用氧等离子体对PDMS表面进行处理可以改善固化后的PDMS表面浸润性。该文用3因素3水平正交试验研究了改性时间、射频功率、氧气流量对PDMS表面氧等离子体改性效果的影响,并基于有限的实验数据运用基于误差反向传播算法的人工神经网络(BP神经网络)预测了所有27种参数组合的改性效果,找出了最优工艺参数组合。结果表明,射频功率对短时改性效果和改性效果保持性均影响最大。最佳实验结果为:亲水改性后1 h内最小接触角小于2°,1周后最小接触角小于53°。     

在辉光放电电解等离子体处理的铜基表面上接枝硬脂酸制备超疏水材料

利用辉光放电电解等离子体技术对铜基底表面进行活化,再经硬脂酸修饰,得到铜基底超疏水性材料.考查了Na2SO4浓度、放电电压、放电时间、硬脂酸-甲醇溶液浓度、接枝时间以及接枝温度对超疏水表面性能的影响.用接触角仪、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、红外光谱(FTIR)对铜表面的润湿性、表面元素组成及结构进行了表征和分析.结果表明,经修饰的铜基底表面具有良好的疏水性,接触角高达155.30°,滚动角小于5°,且稳定性良好.     

吸水性涂层在霜层生长初期的抑霜

研究吸水性涂层对霜层生长过程的影响,以寻求抑制结霜的有效方法.通过自行设计的试验设备对吸水性涂层表面上霜层生长特性进行试验研究,获取了不同时段霜层的显微图片,采用数字图像处理方法对其分析,与无涂层的铜表面进行对比.结果表明,吸水性涂层使得结霜时间推迟,霜层高度下降,冰晶体分布稀疏.此外霜层生长初期冰晶体的结构发生了变化,晶体呈倒立状,在某个时段内持续这种状态.对列固含率的分析表明,吸水性涂层的表面在初期有些位置冰晶体含量较高,但有些位置则接近于零,这样的霜层在生长初期甚至加强了热传递.最后通过对比不同表面霜层高度随时间的变化规律发现:吸水性涂层在初期抑霜效果最好,随着时间的推移其抑霜能力逐渐下降.     

表面改性ZSM-5分子筛填充PDMS/PEI复合膜的气体分离性能研究

通过对ZSM-5分子筛颗粒表面改性的方法,使之与聚二甲基硅氧烷(PDMS)形成更好的接触面结构,再将其涂覆在聚醚酰亚胺(PEI)基膜上,制备了表面改性ZSM-5分子筛填充的PDMS/PEI复合膜。将复合膜用于CO2/CH4体系与O2/N2体系的气体分离研究,实验结果表明:填充经过表面改性的ZSM-5分子筛的复合膜与填充未改性分子筛的复合膜相比,改性后分子筛在聚合物中的分散更加均匀,分子筛与聚合物基体之间的联结更加紧密,这都增强了分子筛的筛分作用;填充改性后分子筛的复合膜对气体的渗透能力略有增大,改性分子筛填充量(质量分数)为20%的复合膜对两种体系的分离效果最佳,CO2/CH4体系的分离系数提升23.8%,O2/N2体系提升28.6%。     

基于改性碳纳米材料的SF6放电分解气敏特性研究

为了解决本征碳纳米管在SF₆气体传感检测方面存在局限性的问题,研究了基于空气等离子体改性的本征碳纳米管气体传感器对SF₆分解气体中重要特征组分的气敏特性。利用空气等离子体对本征碳纳米管进行改性,引入空气等离子体预处理碳纳米管表面,研究改性碳纳米管在检测SF₆气体分解组分时的气体传感响应特性。结果表明：与本征碳纳米管相比,经空气等离子体改性的碳纳米管气体传感器对H₂S气体的电阻变化具有较高的灵敏度,响应时间短,并具有良好的重复性和稳定性;经空气等离子体改性的碳纳米管对SO₂气体电阻变化率的敏感性明显降低;不同掺杂比例的碳纳米管气体传感器对SOF₂和SO₂F₂的敏感性不同。因此,基于空气等离子体改性的本征碳纳米管气体传感器能准确反映SF₆气体的放电分解情况,可为准确检测SF₆气体的分解成分提供依据。     

仿鲨鱼皮微沟槽结构疏水机理实验研究

从理论分析和实验测量两个方面对鲨鱼皮微沟槽结构的疏水性进行了研究.首先,利用扫描电子显微镜和表面轮廓仪对鲨鱼皮的微观结构进行研究,并结合基本的疏水理论,建立了Cassie修正模型,Cassie修正模型从理论上揭示了鲨鱼皮微沟槽结构的疏水机理.其次,采用对比实验,利用液滴形状测量仪分别对真空浇铸法制备的硅橡胶仿鲨鱼皮表面和光滑硅橡胶表面的接触角进行了测量.研究发现,硅橡胶仿鲨鱼皮表面具有明显的疏水性,同时,仿鲨鱼皮表面接触角的实际测量值与Cassie修正模型计算的理论值之间的误差仅为3.1%,也证明了所提出的Cassie修正模型的正确性和有效性.     

疏水冷面霜晶生长的有限扩散凝聚模型

为了深入了解霜晶的动态生长过程,以有限扩散凝聚模型为基础建立了疏水冷面霜晶二维生长模型.通过在表面上设置不同冰珠数量来模拟冷面不同疏水性能,无涂层金属表面则布满冰珠;采用粒子在网格节点上随机移动来描述水蒸气分子的运动,粒子沿各方向移动的概率相同.数值结果表明,霜晶动态生长的可视化结果与实验图像在形态上保持一致;树枝状霜晶具有分形特征,相应的分形维数为1.44～1.78,与实验值相近.疏水冷面霜晶生长缓慢且分布稀疏;采用疏水效果不好的冷面的结霜情况与金属表面相似.     

碳氟等离子体处理聚合物的表面动力学（Ⅰ）──静态接触角法和变角XPS法研究表面动力学

利用碳氟等离子体处理ＰＥＴ，用变角ＸＰＳ和接触角进行了改性的表面分析，表明碳氟等离子体的处理可以改善ＰＥＴ表面的憎水性，而且ＣＦ４／ＣＨ４混合气体等离子体的效果更好．改性后的样品浸水后会使等离子体的处理效果很快下降，其主要原因是由于含氟基团在水的作用下翻转到ＰＥＴ的体相之中，但混合气体的等离子体的处理更有助于保持憎水的处理效果．     

叶片覆冰对支撑结构抗冰性能的影响分析

海上风能资源作为清洁能源具有较大发展潜力。在我国黄渤海地区,风力机叶片表面在寒冷潮湿环境下易出现覆冰现象,覆冰不均匀可能会改变风机支撑结构的整体力学性能。在结冰海域,海冰会造成风电基础结构强烈的冰激振动。叶片覆冰后不仅会降低风电机组的发电效率,还会影响支撑结构的冰振特性。本文首先通过FENSAP-ICE对叶片覆冰过程进行研究,明确了不同环境条件下的风机叶片覆冰特性;其次,采用增加质量和改变质心位置的等效质量分布方法,建立风机叶片覆冰后支撑结构的冰振响应分析方法。最后,选取某单桩式海上风电基础结构,对不同的风机叶片覆冰情况下支撑结构的力学性能进行分析,并讨论叶片覆冰对支撑结构的抗冰性能影响。     

端羟基聚硅氧烷改性非离子型水性聚氨酯表面活性剂的合成

以蓖麻油、聚乙二醇-1000(PEG-1000)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和端羟基聚二甲基硅氧烷(PDMS)等为反应原料,得到了PDMS改性非离子型水性聚氨酯表面活性剂(WPUS).采用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1 H NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)、粒径分布测试等对改性前后WPUS的结构进行了表征,并测定了改性前后WPUS的表面张力、临界胶束浓度(CMC)及浊点等性能.结果表明:改性WPUS水溶液的最低表面张力为28.05mN·m-1,浊点为94.0℃,临界胶束浓度为27.5g·L-1;中位粒径为193.48nm,数均分子量为2986,重均分子量为9677,分散系数为3.24.PDMS改性非离子型WPUS的综合性能优异.     

纳米TiO2改性环氧富锌涂料的防腐性能

将纳米TiO2以机械搅拌的方式加入到环氧富锌涂料中,制备纳米TiO2改性环氧富锌涂料。采用喷涂法将纳米TiO2改性环氧富锌涂料和未改性的环氧富锌涂料分别涂覆到耐候钢电极表面上,在NaCl电解质溶液中测量电化学极化曲线,并通过金相显微镜观察样品湿热试验后的表面形貌。实验结果表明,纳米TiO2的光电转换作用提高了环氧富锌涂层防腐性能,耐候钢表面涂覆纳米TiO2改性环氧富锌涂料后,其自腐蚀电流减小,表面腐蚀程度减轻。