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哈工大赫曉東、矯維成團隊 CEJ：具有靜態平米級除冰和動態防冰性能的耐久型聚脲防冰涂層

2023-11-21 來源：高分子科技

結冰是造成許多安全事故的重要原因，其危害體現在航空航天、電力系統、地面交通等方面。目前應用最廣的主動防/除冰技術存在耗能大、效率低、易對環境造成污染等問題。相較之下，被動防/除冰材料利用材料的本征屬性，能夠在一定條件下實現延緩結冰、降低冰與基底粘附力的目標，達到能防冰、易除冰的目的，具有無能耗、環保的優點。然而，耐久性問題制約著被動防/除冰材料在實際工程中的應用。涂層耐久性的不足將導致除冰所需的成本增加，或需要頻繁維護，使得被動防/除冰技術相對于主動防/除冰技術的相對優勢喪失。如何設計同時具有優異防冰性能和耐久性的防冰涂層仍然存在較大的挑戰。

哈爾濱工業大學航天學院復合材料與結構研究所赫曉東教授、矯維成教授在防/除冰材料設計理論、涂層可控制備、防/除冰性能測試評價等方面深耕多年，積累了豐富的研究成果和經驗。近日，該團隊報道了一種新型的具有優異耐久性的聚脲防冰涂層。該研究通過精密的分子結構設計，合理設計聚脲基體中硬段與軟段的種類和含量。聚脲基體的獨特結構不僅保證了優異的耐久性及內聚強度，緩解了低彈性模量聚合物材料用于防冰時耐久性差的普遍問題，還降低了自身的交聯密度及表面能，帶來較低的冰粘附。將增塑劑引入聚脲基體中，調控在冰-涂層界面行為，增塑劑在外部載荷作用下，具有足夠的流動性，進一步降低冰粘附（圖1）。合理的材料設計最大限度地發揮了涂層中每個組分的優勢，聚脲防冰涂層實現低冰粘附強度（~23.7 kPa）的同時，還具有優異的耐久性和化學穩定性（圖2）。經過50次結冰/除冰循環、5000次Taber磨損、酸堿浸泡、回收后仍然能保持優異的防冰性能。聚脲防冰涂層施工操作簡單，可采用噴涂、刷涂等工藝成型，將其大面積應用于基材表面，可實現平米級冰層自重除冰。此外，聚脲防冰涂層表現出優異的動態防冰性能，與未涂覆涂層的表面相比，涂覆防冰涂層的表面具有更少的積冰量和更長的結冰時間（圖3）。將本研究成果應用到飛機、風電葉片、斜拉橋等易受結冰影響的領域，降低傳統防/除冰裝置的能源消耗，提高設備使用的安全性能，提升防御結冰災害的應對能力，強化應對結冰條件下的科技支撐，對國防軍工、工業生產、日常生活等具有重要意義。

圖1 聚脲防冰涂層的設計制備及大面積實物圖

圖2 聚脲防冰涂層的耐久性及可回收性

圖3 大面積冰層自重除冰及動態防冰結果

目前，該研究以“Robust polyurea icephobic coatings with static large-scale de-icing and dynamic anti-icing performance”為題發表于《Chemical Engineering Journal》上。本文的通訊作者為哈爾濱工業大學矯維成教授，第一作者為博士研究生李君。該研究工作得到國家重點研發計劃課題和中央高校基本科研業務費專項資金資助（哈工大點子基金）等經費資助。

原文鏈接https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894723060709

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（責任編輯：xu）

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