一种用于冰射流清洗设备料仓的防覆冰滑移涂层及其制备方法

本发明属于材料表面处理，涉及一种用于冰射流清洗设备料仓的防覆冰滑移涂层及其制备方法。

背景技术：

1、冰射流清洗设备因其成本低、绿色环保、清洗效率高等特点，被广泛用于航空航天、汽车工业等领域的零部件清洗。由于冰射流清洗设备常使用零下78.5摄氏度的干冰或零下数十摄氏度的水冰作为原料，过低温度的冰粒常会粘附堆积在料仓底部，进而堵塞配送器进冰口，导致冰粒无法被喷射出，造成停机维修。目前，料仓材料主要为不锈钢板，由于不锈钢板的表面能较高，很容易覆冰，因此其粘冰现象极其严重。因此，有必要研发一种可降低不锈钢表面覆冰粘附力的涂层，进而实现防覆冰效果。

2、滑移涂层因对冰具有较低粘附力而被广泛研究，如专利号zl202111002123.5公开了一种用于制备超滑移涂层的涂料及其应用，其将纳米二氧化硅颗粒、硅油/全氟聚醚硅油/杜邦krytox、硅烷偶联剂、乙酸乙酯/丙酮等混合搅拌，涂覆基体表面固化后形成滑移涂层，然而，该涂料的制备过程中需添加硅油等惰性润滑剂，这导致涂料无法实现完全固化，表面有一层油膜存在，影响了其在实际生活中的应用，且需要分别配置a液和b液，生产效率低下。文献(langmuir2020,36,15403-15409)报道了通过飞秒激光刻蚀和全氟癸基三甲氧基硅烷修饰，再灌注润滑液的方法在环氧树脂上制备出滑移表面，但是其激光制备过程成本高，氟硅烷修饰过程拓展性差，多仅适用于小体积样品，限制了其在工业中的规模化应用。文献(langmuir 2020,36,14145-14154)报道了采用通过沉积多层聚电解质和纳米颗粒、修饰氟硅烷、旋涂润滑油的方法来制备出滑移表面，但是其制备过程步骤多，生产效率低。文献(chemical engineering journal2021,416,127809)报道了以sio2、四乙氧基硅烷、乙醇、nh4oh等为原材料，通过溶胶-凝胶法构建纳米粗糙结构，再通过灌注润滑油获得滑移表面，但是溶胶凝胶过程耗时严重，生产效率低。专利cn112457738a公开了将硼改性酚醛树脂液体粘结剂与润滑粉末混合制成涂料，均匀刷涂在基底表面，采用1000℃以上高温烧结方式得到固态滑移表面，但是其高温烧结过程能耗高，拓展性差，难以在实际中推广应用。

3、综上所述，现有的滑移涂层存在制备过程复杂、制备成本高、基体材料受限、润滑剂易损耗等缺点，使其难以应用于冰射流清洗设备料仓。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种制备过程简单、制备成本低、无需使用润滑剂、可应用于冰射流清洗设备料仓的防覆冰滑移涂层及其制备方法。

2、为了达到以上目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种用于冰射流清洗设备料仓的防覆冰滑移涂层的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤(1)涂料配置：室温下将0.1～0.2质量份低表面能修饰剂和5～8质量份聚硅氮烷加入到10～20质量份有机溶剂中搅拌得到涂料，其中搅拌时间不小于5分钟。

5、进一步的，步骤(1)中：所述低表面能修饰剂为全氟辛基三氯硅烷、全氟葵基三甲氧基硅烷、全氟己基三氯硅烷等；所述聚硅氮烷为有机聚硅氮烷或全氢聚硅氮烷；所述有机溶剂为丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯等。

6、步骤(2)涂覆处理：将步骤(1)中获得涂料通过一步浸涂工艺涂覆于基底上。涂覆完成后，将基底倾斜、静置，使固体表面形成均匀的涂层。

7、进一步的，步骤(2)中：所述的倾斜角度为0°～90°。所述涂覆方式包括但不限于浸涂、喷涂、旋涂、刷涂、辊涂等。所述的基底包括但不限于不锈钢、铝合金、帆布、玻璃、硅、松木、碳纤维等。

8、步骤(3)固化处理：将步骤(2)中获得的涂层置于室温空气氛围中24小时进行固化，即可获得防覆冰滑移涂层。

9、一种用于冰射流清洗设备料仓的防覆冰滑移涂层，采用上述方法制备得到，其中聚硅氮烷树脂是一种具有优异耐热、耐磨和耐化学性的材料，能够通过化学键与底材牢固地锚定，提供稳固的保护层；低表面能修饰剂中的全氟基团(-cf3或-cf2-)是由碳和氟构成的高度疏水性基团，表面能约在18mj/m2，而金属的表面能普遍较高，例如铁的表面能约在2000mj/m2。通过结合聚硅氮烷与低表面能修饰剂各自优势，所提出涂层具有优良的化学稳定性，可显著降低金属表面能，进而降低了冰与涂层表面的相互作用力，可有效减少积冰的粘附，

10、本发明的创新点为：采用一种新型的低表面能修饰剂与聚硅氮烷的组合，通过简单的浸涂工艺实现在基底上的均匀涂覆，避免了传统涂层中润滑剂的使用，从而简化了制备过程并降低了成本。此外，所提出的涂层制备方法不需要高温烧结或复杂昂贵的制备过程，易于大规模生产应用，具有很高的工业应用潜力。

11、本发明与现有的滑移涂层相比具有如下有益效果：

12、(1)该涂料制备过程仅涉及两种液体的室温共混，因聚硅氮烷中si-h键与低表面能修饰剂中甲氧基或氯基可在室温下发生缩聚反应，因而无需昂贵的工业设备。

13、(2)制备过程简单，可在室内外采用浸涂、喷涂、旋涂、刷涂、辊涂等涂覆方式进行施工，易实现大面积制备。

14、(3)因涂料中的聚硅氮烷可在稳定锚固于多种基底材料，因而该涂料基体材料适用范围广，可应用于不锈钢、铝合金、玻璃、硅片、木材、碳纤维等基体材料。

15、(4)因涂料中的聚硅氮烷固化后表面质地坚硬且光滑，同时低表面能修饰剂中的c-f键具有极高的稳定性，因而所制备的涂层具有较好的机械稳定性和耐久性。

16、(5)由于涂料中的聚硅氮烷固化后为透明硬质材料，与低表面能修饰剂均对可见光具有透过性，因而所制备涂层具有优异的透光率，在整个可见光波长范围内为100％。

技术特征：

1.一种用于冰射流清洗设备料仓的防覆冰滑移涂层的制备方法，其特征在于，所述的制备方法首先，通过低表面能修饰剂与聚硅氮烷混合配置涂料；其次，将涂料涂覆于基底表面形成涂层；最后，将涂层进行固化处理得到防覆冰滑移涂层。

2.根据权利要求1所述的一种用于冰射流清洗设备料仓的防覆冰滑移涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种用于冰射流清洗设备料仓的防覆冰滑移涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：所述的低表面能修饰剂为全氟辛基三氯硅烷、全氟葵基三甲氧基硅烷、全氟己基三氯硅烷；所述的聚硅氮烷为有机聚硅氮烷或全氢聚硅氮烷；所述有机溶剂为丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯。

4.根据权利要求2所述的一种用于冰射流清洗设备料仓的防覆冰滑移涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中：所述的倾斜角度为0°～90°；所述涂覆方式包括但不限于浸涂、喷涂、旋涂、刷涂、辊涂；所述的基底包括但不限于不锈钢、铝合金、帆布、玻璃、硅、松木、碳纤维。

5.一种用于冰射流清洗设备料仓的防覆冰滑移涂层，其特征在于，采用权利要求1-4任一所述的制备方法得到。

技术总结本发明提供一种用于冰射流清洗设备料仓的防覆冰滑移涂层及其制备方法，属于材料表面处理技术领域。所述制备方法为：配置防覆冰滑移涂料，将聚硅氮烷，低表面能修饰组分和有机溶剂按照一定比例搅拌获得防覆冰滑移涂料；涂覆处理，将防覆冰滑移涂料采用浸涂、喷涂、旋涂、刷涂、辊涂等方法涂覆在固体表面；涂层固化处理，将涂覆有冰滑移涂料的样品倾斜置于室温下或者采用烘箱加热完成涂层固化处理，得到防覆冰滑移涂层表面。本发明获得的防覆冰滑移涂层，制备过程简单，基体材料适用范围广，具有优良的机械稳定性、耐久性以及透明度。技术研发人员：宋金龙,马骏,张晨受保护的技术使用者：大连理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15