[发明专利]用于制造耐久的低冰粘附涂层的组合物和方法

说明书

本发明提供了耐久的低冰粘附涂层，所述低冰粘附涂层在冰粘附降低方面具有优异的性能。一些变体提供了一种低冰粘附涂层，所述低冰粘附涂层包含具有第一材料相和第二材料相的微结构，所述第一材料相和所述第二材料相以从1微米至100微米的相不均匀性的平均长度尺度微相分离。一些变体提供了一种低冰粘附材料，所述低冰粘附材料包含含有第一组分的连续基质；和多种含有第二组分的离散夹杂物，其中所述夹杂物分散在所述基质内以形成相分离的微结构，所述微结构以从1微米至100微米的平均长度尺度不均匀，其中所述第一组分或所述第二组分之一是低表面能聚合物，并且另一个是吸湿材料。这些涂层的特征在于高达100或更高的AMIL离心机冰粘附降低因子。这些涂层对于航空航天表面和其他应用是有用的。

优先权数据

本国际专利申请要求于2016年6月3日提交的美国临时专利申请号62/345,250以及于2017年5月30日提交的美国专利申请号15/608,975的优先权，这些专利中的每个通过引用特此结合在此。

技术领域

本发明总体上涉及低冰粘附涂层。

背景技术

涂层和材料可能由于撞击表面的碎屑(颗粒、昆虫、油等)以及表面上形成的冰而被污染。碎屑和冰影响表面上方的气流。

在航空中，结冰条件是那些可以导致在飞机表面上形成水冰、或在发动机内如化油器结冰的大气条件。入口结冰是另一种与发动机相关的危险，经常发生在喷气式飞机中。当空气含有过冷液态水滴时，存在结冰条件。当被冰污染时，机翼将通常以更低的迎角失速，并且因此空速更高。

如果在起飞之前飞机上存在冰，则必须从关键表面去除冰。去除可以采取许多形式，包括机械装置、除冰液、热水、或红外线加热。这些技术可以去除现有的污染，但在空中结冰条件下不提供实际保护。除冰液可能抵抗雪和雨的影响持续一些时间，但旨在在起飞过程中剪切离开飞机，并且因此不提供飞行保护。

为了保护飞机免遭飞行中的结冰，使用各种形式的防冰或除冰。一些飞机配备有将积聚在表面上的冰分散的气动除冰器(deicing boot)。可以使用漏液翼系统(weepingwing system)，其具有许多小孔，这些小孔根据需要释放防冰液以防止冰的积聚。电加热可以用于保护飞机和部件(包括螺旋桨)免遭结冰。现代商用飞机经常采用位于机翼前缘后面的中空管，引导热发动机引气通过该中空管来融化并释放冰。

几十年来，被动的耐久的防冰涂层已被确定为航空航天领域中的需要。然而，先前的解决方案在冰粘附降低、足够的长期耐久性、或这两者方面缺乏所需的性能水平。用于降低冰粘附的最有效涂层中的一些依赖于具有有限的有用寿命并需要定期重新施用的牺牲油或润滑脂。目前，用于固定机翼和旋翼飞机上的暴露区域(如机翼或转子叶片的前缘)的耐久涂层包括使用膜粘合剂或结合到涂层自身中的活化粘合剂背衬粘合到飞行器表面的热塑性弹性体。然而，现有组合物在降低冰粘附方面不提供任何益处。

仍渴望在飞机外部(和其他航空航天相关表面)上的涂层，以便被动地抑制在飞行器上的关键点(如转子叶片边缘、机翼前缘、或发动机入口)附近的冰生长。还需要以在航空航天结构的实际使用过程中保持涂层功能的方式制造的高性能涂层材料。

AMIL是位于加拿大魁北克希库蒂米的魁北克大学希库蒂米校区(UniversitéduQuébecàChicoutimi in Chicoutimi,Quebec,Canada)的防冰材料国际实验室。涂层的疏冰(icephobic)特征可以通过测量候选涂层与未涂覆表面相比的冰粘附降低效果来评估。AMIL可以在许多不同的大气条件(风和温度)下用由模拟冻降水获得的雨淞或霜淞堆积的冰评估疏冰涂层。