【正文】 來達(dá)到防冰效果外，表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是一種很有效的方法。眾所周知，在自然界中，荷葉就是具有超疏水表面的典型例子。在 荷葉表面存在許多 大小約 10微米的微小乳突，其平均間距約 12微米。而每個(gè)乳突上又有許多直徑為 200納米左右的突起。在這些突起間的凹陷部份充滿著空氣，從而使葉面表面布滿了空氣層。尺寸上遠(yuǎn)大于這種結(jié)構(gòu)的灰塵、雨水降落后，只能 5 同葉面上的凸起部分形成幾個(gè)點(diǎn)接觸。在自身表面張力作用下液滴形成球狀而滾動(dòng)，并攜帶走表面的灰塵。 因此，運(yùn)用仿生學(xué)原理，本項(xiàng)目 根據(jù)荷葉表面 具有 的 復(fù)雜多重納米和微米級(jí)的超微 凹凸 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 來 設(shè)計(jì)智能抗冰涂料 體系， 可獲得性能卓越的抗冰涂料， 在滿足涂料表面力學(xué)性能的同時(shí)，達(dá)到超疏水性能。 具體的技術(shù)路線和方案如下： 1. 技術(shù)路線 通過物理 、 化學(xué)基本原理進(jìn)行涂料分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和體系配方設(shè)計(jì)，制備相應(yīng)的智能型抗冰涂料體系，并優(yōu)化施工工藝。 （ 1）基體樹脂的 選擇 ：以 天津燈塔和上涂所的飛機(jī) 蒙皮涂料 為基本體系，通過化學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 對(duì)之進(jìn)行 改性 。例如上涂所的 STL7770系列蒙皮涂料（以環(huán)氧樹脂涂料作為防腐蝕底漆， 聚氨酯 樹脂作為保護(hù)性磁漆），可分別對(duì)底漆和面漆進(jìn)行改性，進(jìn)一步提高環(huán)氧底漆與金屬 、 蒙皮的結(jié)合力，并 通過化學(xué)鍵將 有機(jī)硅樹脂引入聚 氨酯 面漆 ，在 保 持面漆力學(xué)性能的前提下增加其憎水能力，此外還需提高樹脂基體與抗冰添加劑之間的結(jié)合能力， 充分發(fā)揮抗冰添加劑的效能，達(dá)到最佳的抗冰效果 。 （ 2） 主要 添加劑的 制備 ： 僅靠基體樹脂單方面的作用難以達(dá)到很好的抗冰效果，應(yīng) 在 基體樹脂改性的 基礎(chǔ)上， 添加 納米二氧化硅 等抗冰助 劑 。重點(diǎn)在于 通過物理 、 化學(xué)基本原理 對(duì)抗冰添加劑 進(jìn)行表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制備具有微納 米 復(fù)合結(jié)構(gòu)的改性 型抗冰 添加劑，使之在 涂料基體 樹脂中形成微觀相分離結(jié)構(gòu)，構(gòu)造表面微凹凸形貌，制造仿荷葉效應(yīng)表面，從而提高水在其表面的接觸角，降低滾動(dòng)角。 同時(shí)， 為了保證添加劑在涂料基體樹脂中的穩(wěn)定性與耐久性， 也 需對(duì)添加劑進(jìn)行表面處理以提高添加劑與基體樹脂的結(jié)合力，提高涂 料持久抗冰的能力。 （ 3）配方體系研究 ：在滿足 復(fù)合涂料的 抗冰特性、力學(xué)性能的同時(shí)，通過 改變基體樹脂中有機(jī)硅的含量、固化劑的用量以及抗冰添加劑的含量等手段 ， 考察涂料 產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系， 篩選具有最佳綜合性能的抗冰涂料配方體系。 （ 4）施工工藝參數(shù)的選擇與優(yōu)化 ： 涂料的施工方法和技術(shù)對(duì)涂料的最終性能有著不可忽視的影響， 針對(duì)本課題組獨(dú)特的涂料體系 ，結(jié)合底漆、面漆的特點(diǎn)，在保證涂層性能的前提下尋找方便高效的施 工 工 藝 條件 ， 改進(jìn)溶劑組成，調(diào)節(jié)涂料黏度與固含量， 并針對(duì)其在無人機(jī)上應(yīng)用的特點(diǎn)，優(yōu)化施工工藝參數(shù)。 （ 5）性能 測試 ： 采用一系列分析測試手段， 對(duì)涂料的化學(xué)結(jié)構(gòu)、表面形貌、力學(xué)性能、抗冰性能進(jìn)行表征和測試，提供完全滿足要求的產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)。 2. 技術(shù)方案 （ 1）基體樹脂改性 ： 以天津燈塔和上涂所的飛機(jī)蒙皮涂料為基本體系，通過 嵌段或接枝方法， 將有機(jī)硅樹脂 引入蒙皮涂料基體樹脂， 利用有機(jī)硅表面張力弱、表面能低的特性，提高基體樹脂的憎水能力，并考察用不同結(jié)構(gòu)和 不同 分子鏈長度的有機(jī)硅對(duì)基體樹脂改性的效果，制 得 一 系列 具有優(yōu)異力學(xué)性能的 有機(jī)硅改性基體 樹脂 ； （ 2） 抗冰 助劑的合成： 具有微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的抗冰添加劑的主要成份為納米二 6 氧化硅 等 ，通過 原位合成等 表面處理手段 ，制備表面具有分形結(jié)構(gòu)特征的抗冰添加劑， 使添加劑 既 能夠與樹脂基體牢固地結(jié)合， 又 能夠 在涂料基體樹脂中形成微觀相分離結(jié)構(gòu)，構(gòu)造表面微凹凸形貌，制造仿荷葉效應(yīng)表面，從而提高水在涂料表面的接觸角，降低其滾動(dòng)角。 （ 3）配方 的選擇與工藝優(yōu)化 ： 在滿足復(fù)合涂料的抗冰特性、力學(xué)性能的同時(shí)，調(diào)節(jié) 基體 樹脂與 抗冰 助劑的配方 ，以獲得具有最佳綜合性能的抗冰涂料配方體系 ，并結(jié)合該涂料體系的特點(diǎn)，尋找最佳施工工藝參數(shù)。 3. 技術(shù)關(guān)鍵及解決措施 本項(xiàng)目的核心技術(shù)或稱技術(shù)關(guān)鍵就在于 微觀凹凸表面形貌的構(gòu)筑 。解 決措施：采用物理 、 化學(xué)原理 來制備抗冰添加劑 ， 并 通過分子設(shè)計(jì)，在基體樹脂與抗冰添加劑間搭橋，保證添加劑與基體樹脂間具有較強(qiáng)的相互作用力，從而 使制得的抗冰涂料 既具有優(yōu)異的抗冰能力， 又具有 優(yōu)良的力學(xué)性能。 4. 風(fēng)險(xiǎn)分析 盡管目前市場上有多種疏水涂料和自潔涂料，具有較大的接觸角，但與飛機(jī)抗冰涂層要求相比，還存在著水的接觸角偏小、滾動(dòng)角過大、冰層附著力過高等缺點(diǎn) 。根據(jù)荷葉效應(yīng)來設(shè)計(jì)涂層，不僅要 對(duì)涂料的樹脂化學(xué)結(jié)構(gòu) 進(jìn)行設(shè)計(jì)，更要設(shè)計(jì)涂料體系的配方及施工工藝參數(shù)， 因此 還 有相當(dāng) 多的技術(shù)關(guān)鍵需要解決 ，其中最 主要的 風(fēng)險(xiǎn) 來自于 表面凹凸結(jié)構(gòu)與表面力學(xué)性能間的矛盾 。 科學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)， 荷葉效應(yīng)的關(guān)鍵是表面凹凸結(jié)構(gòu)。一般涂料中添加納米粉體時(shí)，由于 基體與納米顆粒 間靠分子間 作用 力 相 結(jié)合，相互作用較弱，因此， 若在涂層 表面形成凹凸結(jié)構(gòu) ，滿足 了 荷葉效應(yīng)卻 經(jīng)不起碰擦，容易粉化而剝落 ，表面力學(xué)性能較差；反之，若提高表面力學(xué)性能，則表面 又變得 平整，起不到疏水抗冰性能，失去了作為抗冰涂料的意義。 反觀荷葉表面的乳突和小的突起都是植物自身生長出來的部分，與基底間作用強(qiáng)。因此 ，研究 抗冰涂料時(shí) ，需要通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，變?nèi)跸嗷プ饔脼閺?qiáng)相互作用 。 我們通過 化學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在涂層與微納顆粒間通過化學(xué)結(jié)合形成表面凹凸結(jié)構(gòu)，克服一般涂料的缺陷，形成既滿足表面抗冰作用，又滿足相應(yīng)的表面力學(xué)性能的特種抗冰涂料 ，性能滿足美軍標(biāo) MILC83286和 MILC85285。 前期產(chǎn)品已與南京十四所進(jìn)行了多次洽談，有望在雷達(dá)罩上進(jìn)行噴涂 5. 任務(wù)總 要求指標(biāo)與可達(dá)到的具體技術(shù)指標(biāo)對(duì)比 （ 1）技術(shù)參數(shù)對(duì)比 表 1 是任務(wù)總要求指標(biāo)與可達(dá)到的具體技術(shù)指標(biāo)對(duì)比?？梢钥闯觯?***尚難滿足要求外，其他技術(shù)指標(biāo)均能達(dá)到要求。 表 1 任務(wù)總要求指標(biāo)與可達(dá)到的具體技術(shù)指標(biāo)對(duì)比 7 序號(hào) 試驗(yàn)項(xiàng)目 技術(shù)要求 可達(dá)到的具體技術(shù)指標(biāo) 1 容器中狀態(tài) 允許分層，易攪起，無機(jī)械雜質(zhì)，無結(jié)塊、結(jié)皮 允許分層，易攪起，無機(jī)械雜質(zhì)，無結(jié)塊、結(jié)皮 2 漆膜顏色與外觀 漆膜顏色可調(diào)，固化后的涂層表面平整、無粗顆粒、無氣泡、無針孔或其他缺陷 漆膜顏色可調(diào)，固化后的涂層表面平整、無粗顆粒、無氣泡、無針孔或其他缺陷 3 干燥時(shí)間， h 表干 實(shí)干 ≤1 ≤8 ≤1 ≤8 4 柔韌性， mm ≤1 ≤1 5 沖擊強(qiáng)度， cm ≥50 ≥50 6 附著力（劃格法），級(jí) 1 1 7 耐低溫性（ 55177。2） ℃ ，4h 漆膜不開裂，不剝落 漆膜不開裂，不剝落 8 耐熱性（ 120177。2） ℃ ， 4h 外觀 沖擊性， cm 附著力（劃格法），級(jí) 允許輕微變色 ≥50 1 允許輕微變色 ≥50 1 9 耐水性（ 23177。2） ℃ ， 96h 外觀 附著力（劃格法），級(jí) 不起泡，允許輕微失光 1 不起泡，允許輕微失光 1 10 耐濕熱 10 個(gè)周期 外觀 附著力（劃格法），級(jí) 1 級(jí) 1 1 級(jí) 1 11 耐鹽霧（ 35177。1℃ 、5%NaCl， 500h） 不起泡，不脫落 不起泡，不脫落 12 耐 航 空 洗 滌 汽 油（ 23177。2） ℃ ， 24h 外觀 附著力 漆膜不起皺、不起泡、不剝落，允許輕微失光 1 漆膜不起皺、不起泡、不剝落，允許輕微失光 1 13 耐人工加速老化， 1000h 粉化，級(jí) 開裂，級(jí) 0 0 0 0 14 與蒙皮面漆配套性 無咬起，膠帶附著力≤1級(jí) 無咬起，膠帶附著力≤1級(jí) 8 15 與冰層的結(jié)合力 剪切強(qiáng)度降低， % 拉脫強(qiáng)度降低， % ≥95 ≥95 ≥95 ≥95 16 水接觸角， 176。（室溫、5℃ ） ≥120 ≥120 17 滾動(dòng)角， 176。（室溫、 5℃ ） ≤15 ≤15 （ 2）測試及參考標(biāo)準(zhǔn) 力學(xué)性 能 GB/T 17281979 漆膜、膩?zhàn)痈稍飼r(shí)間測定法 GB/T 17311993 漆膜柔韌性測定法 GB/T 17321993 漆膜耐沖擊測定法 GB/T 17351979 漆膜耐熱性測定法 GJB 軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法 沖擊試驗(yàn) GJB 150[1].386 軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法 高溫試驗(yàn) MILC83286 MILC85285 穩(wěn)定性 GB/T 17331993 漆膜耐水性測定法 GB/T 18651997 色漆和清漆 人工氣候老化和人工輻射暴露 GB/T 9274