具有仿生根-土互锁结构的防结霜换热器翅片及构筑方法

本发明属于空调换热器翅片加工，更具体地，涉及具有仿生根-土互锁结构的防结霜换热器翅片及构筑方法。

背景技术：

1、铜管翅片式换热器为小型家用空调及风冷式商用空调最常用的换热器形式，其管内为制冷剂、管外翅片一侧为空气。由于蒸发器空气侧存在强制对流过程，且空气中含有一定量的气态水，随着时间的推移，温度低于水的露点和三相点时，空气中的水分会逐渐凝结在蒸发器的翅片上，形成霜层，导致蒸发器换热效果恶化，最终堵塞翅片间的缝隙，使换热器失效。在这种工况条件下，空调会启动化霜程序，利用制冷剂冷凝放热融化换热器表面霜层，但周期性的化霜循环及空调器频繁的启停机过程，在很大程度上影响了热泵的效率，并且增加了能耗。此外，当热泵蒸发器经历过一次结化霜循环后，化霜水不能彻底地排出换热器，残留水会在第二个结霜循环中凝固成冰，导致热泵蒸发器结霜周期缩短，化霜程序提前启动。超疏水表面具有防水、防冰、防雾、自清洁等特性，更为关键的是，冷凝的微小水滴在超疏水表面展现出高效的合并自移除行为，因此，开发超疏水型凝结水自移除换热器翅片对于降低翅片表面水凝结、提高空调运转效率、降低能耗、延长空调使用寿命至关重要。

2、通过超疏水材料来抑制结霜有着广阔的应用前景，然而，当前超疏水材料的制备普遍具有稳定性和耐久性不高，易受损害，疏水性能不够理想等问题。当前的换热器翅片超疏水涂层也存在涂层硬度过高、有效区域不均匀、不耐冲压等问题。中国专利cn104499024a公开了一种阳极氧化法构建防腐蚀性超疏水铝表面的方法，但这种方法工艺繁琐，制备流程长，不易实现规模化生产和产业化应用；中国专利cn106399986a利用化学刻蚀法，制备超疏水材料，然而通过这种方法制备的超疏水材料耐久性和稳定性明显不足，在长期使用后，会失去其防结霜性能；中国专利cn104947116a公开了一种利用超短脉冲激光制备铝合金超疏水自清洁表面的方法，然而这种方法对设备要求高，成本极高，且对人体和环境有危害，不适宜进行大规模生产。因此，研制一种具有良好的耐久性和稳定性的超疏水材料应用于空调翅片从而使翅片能够防止结霜和自清洁有着重要的意义。

技术实现思路

1、针对当前空调换热器翅片疏水性弱、防霜性能差，以及疏水涂层耐久性低等问题，本发明通过化学法、物理法、或者物理和化学结合的方法在金属表面来构建微纳米复合结构稳固超疏水功能涂层从而增强翅片的耐久度和稳定性，同时借助聚合物弹性体的良好延展性，优化超疏水功能涂层的工艺配方，实现表面的超疏水性能，并使涂层与翅片一体化成型。

2、根据本发明第一方面，提供了一种具有根-土互锁结构的防结霜换热器翅片的构筑方法，包括如下步骤：

3、(1)在铝箔表面构筑根状微纳结构，得到具有仿生根状微纳结构的铝箔；

4、(2)将超疏水填料和聚合物弹性体加入到溶剂中，得到超疏水功能涂料；将所述超疏水功能涂料喷涂、浸涂或旋涂到仿生根状微纳结构表面，固化后得到土状结构的功能涂层，并且铝箔表面的仿生根状微纳结构与所述土状结构的功能涂层相互嵌固形成根-土互锁结构，得到具有仿生根-土互锁结构的防结霜换热器翅片。

5、优选地，步骤(1)中，采用化学法、物理法或者化学法与物理法相结合的方法，在铝箔表面构筑根状微纳结构。

6、优选地，所述化学法为化学刻蚀法；

7、所述物理法为物理喷砂法或者物理辊压法。

8、优选地，所述根状微纳结构的形状为锥形、柱形、塔形或纤维网状。

9、优选地，所述根状微纳结构的深度为0.1～100μm，深宽比为0.1～10。

10、优选地，所述根状微纳结构的深度为20～50μm，深宽比为0.1～1。

11、优选地，所述聚合物弹性体为热塑性聚氨酯弹性体、聚二甲硅氧烷、聚烯烃类热塑性弹性体、苯乙烯系热塑性弹性体、多孔硅、聚氨酯中的一种或多种；

12、所述超疏水填料为二氧化硅、经疏水改性的二氧化锆、经疏水改性的二氧化钛、经疏水改性的碳纳米管、经疏水改性的石墨烯和经疏水改性的mxene中的一种或多种。

13、优选地，所述功能涂料中还包括导热填料；

14、优选地，所述导热填料为氮化铝、氮化硼、碳化硅、氧化镁、氧化铝中的一种或多种；

15、优选地，所述功能涂料中还包括粘接剂；

16、优选地，所述粘接剂为纤维素酯、烯类聚合物、环氧树脂、酚醛树脂、有机硅树脂、氯丁橡胶、丁苯橡胶、酚醛-丁腈胶中的一种或多种。

17、根据本发明另一方面，提供了任意一项方法制备得到的具有根-土互锁结构的防结霜换热器翅片。

18、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

19、(1)本防结霜换热器翅片表面的仿生根-土互锁结构使得涂层与翅片牢牢嵌固，本发明具有仿生根-土互锁结构的防结霜换热器翅片表面涂层和表面微纳结构之间具有优异的根-土互锁效应，增强了防结霜的稳定性和耐久性，有效保护防结霜换热器翅片免受外界物理、化学和机械损害，从而具有长效的服役性能。

20、(2)本发明具有仿生根-土互锁结构的防结霜换热器翅片能够有效延迟翅片表面结霜时间，避免空调化霜循环频繁启动，有利于降低空调能耗、延长空调使用寿命。

21、(3)本具有仿生根-土互锁结构的防结霜换热器翅片施工工艺简单、制造周期短，易实现规模化生产和产业化应用。

22、(4)本发明优选地，在功能涂料中加入有导热材料，可以有效提高翅片热导率，进而提高换热效率，降低能源消耗。

23、(5)本发明优选地，在功能涂料中加入有粘接剂，可以有效提高涂层物理稳定性和耐久性，从而提高翅片的防霜性能和服役性能。

技术特征：

1.一种具有根-土互锁结构的防结霜换热器翅片的构筑方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的具有根-土互锁结构的防结霜换热器翅片的构筑方法，其特征在于，步骤(1)中，采用化学法、物理法或者化学法与物理法相结合的方法，在铝箔表面构筑根状微纳结构。

3.如权利要求1所述的具有根-土互锁结构的防结霜换热器翅片的构筑方法，其特征在于，所述化学法为化学刻蚀法；

4.如权利要求1所述的具有根-土互锁结构的防结霜换热器翅片的构筑方法，其特征在于，所述根状微纳结构的形状为锥形、柱形、塔形或纤维网状。

5.如权利要求1或4所述的具有根-土互锁结构的防结霜换热器翅片的构筑方法，其特征在于，所述根状微纳结构的深度为0.1～100μm，深宽比为0.1～10。

6.如权利要求5所述的具有根-土互锁结构的防结霜换热器翅片的构筑方法，其特征在于，所述根状微纳结构的深度为20～50μm，深宽比为0.1～1。

7.如权利要求1所述的具有根-土互锁结构的防结霜换热器翅片的构筑方法，其特征在于，所述聚合物弹性体为热塑性聚氨酯弹性体、聚二甲硅氧烷、聚烯烃类热塑性弹性体、苯乙烯系热塑性弹性体、多孔硅、聚氨酯中的一种或多种；

8.如权利要求1所述的具有根-土互锁结构的防结霜换热器翅片的构筑方法，其特征在于，所述功能涂料中还包括导热填料；

9.如权利要求1所述的具有根-土互锁结构的防结霜换热器翅片的构筑方法，其特征在于，所述功能涂料中还包括粘接剂；

10.如权利要求1-9任意一项方法制备得到的具有根-土互锁结构的防结霜换热器翅片。

技术总结本发明涉及具有仿生根‑土互锁结构的防结霜换热器翅片及构筑方法，属于空调换热器翅片加工技术领域。首先在铝箔表面构建微纳米复合结构，得到具有仿生根状结构的铝箔，将聚合物弹性体、超疏水填料等加入到溶剂中混合均匀，得到具有超疏水性和良好延展性的超疏水功能涂料，再将涂料喷涂、浸涂或旋涂到上述铝箔表面，形成根‑土互锁结构，从而获得具有微纳结构与涂层结合的根‑土互锁结构的防结霜换热器翅片。本发明的翅片具有优异的稳定性、耐久性和长效的服役性能，同时防结霜性能优秀，能够有效降低空调能耗，延长空调使用寿命，本发明还具有工艺简单、制造周期短等特点，具有广阔的应用前景。技术研发人员：谢恒,吴婷,赵粤,杜宇,刘文卓受保护的技术使用者：华中科技大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9