本發(fā)明屬于材料表面防結冰技術領域，廣范應用于汽車、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冰覆蓋層及制備方法。

背景技術：

結冰現象在自然界及低溫領域中普遍存在。結冰有許多危害，如飛機機翼表面的結冰，影響飛機的安全操作性、穩(wěn)定性；電力傳輸線纜的結冰，增加輸電設備的載荷，甚至導致電塔倒塌、輸電線纜的斷裂，造成電網的大面積停電，經濟損失嚴重；車輛底盤結冰，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、化學等傳統(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)的復雜性及不安全性，而且會導致能耗的增加以及環(huán)境的污染。

自然界中的絕大多數生物，均會遇到粘附問題。這些生物經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、脫附的柔性體表結構，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)明一種廣泛應用的防結冰覆蓋層，將實現材料表面的主動防、除冰特性，相關技術在現有的技術方案中并沒有體現。

技術實現要素：

針對上述背景技術中存在的不足，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冰覆蓋層及制備方法，實現材料表面的主動防、除冰過程。結合說明書附圖，本發(fā)明的技術方案如下：

一種基于耦合仿生的防結冰覆蓋層，所述防結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有黏貼層。

一種基于耦合仿生的防結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突出密集分布的絨毛覆層，進而形成所述的防結冰覆蓋層。

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。

與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于：

1、本發(fā)明所述防結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，進而實現主動防、除冰效果。

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

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

4、本發(fā)明所述防結冰覆蓋層通過粘貼或捆綁等方式直接固定在待防結冰部件表面，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)明所述防結冰覆蓋層的絨毛覆層的制備方法簡單，經濟成本低，應用范圍廣。

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冰覆蓋層的絨毛靜止時的結構示意圖；

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

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)明的技術方案，結合說明書附圖，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)明所述覆蓋層的應用不受防結冰部件表面形態(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構成，根據實際使用的需要，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構，并結合動植物表面的疏水特性，耦合仿生形成一種防結冰覆蓋層，防結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，延緩表面水的凍結時間；更關鍵的是，防結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結冰量。因此，粘貼本發(fā)明所述耦合仿生的防結冰覆層對提高防結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冰覆蓋層，所述防結冰覆蓋層對防結冰部件起到了保溫作用，延緩了表面附著水滴1的凍結時間。水滴1附著在密集分布的絨毛2所構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)明所述防結冰覆蓋層的應用不受防結冰部件表面形態(tài)的限制，其應用十分廣泛，具體應用過程如下：

實施例一：

將通過前述方法制得的防結冰覆蓋層應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為部件的長結冰區(qū)域。

實施例二：

將通過前述方法制得的防結冰覆蓋層應用于汽車、高速動車等車輛底盤表面時，如圖1和圖4所示，將所述防結冰覆蓋層利用粘結劑或螺紋固定等固定方式，使該防結冰覆層能穩(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冰覆蓋層應用于輸電線纜、車輛傳動軸或轉向架等軸類零部件的表面時，將所述防結冰覆蓋層通過粘結劑或捆綁等固定方式，如圖3所示，將所述防結冰覆蓋層包覆軸類零部件，減小表面的黏附水量，實現防結冰功能。