[發明專利]一種納米線-氟碳復合涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 202011391451.4
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112657805B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 馬學虎;李啟迅;杜賓港;劉淵博;溫榮福;蘭忠
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B05D5/00
• 分類號: B05D5/00;B05D7/14;B05D7/24;B05D1/02;B05D3/02;C25D1/00;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 徐華燊;李洪福

本發明提供一種納米線?氟碳復合涂層及其制備方法。本發明方法，在傳統的氟碳涂料中引入定向排布的高導熱納米線網絡從而制備納米線?氟碳復合涂層。本發明所制備的復合涂層可以顯著提高氟碳涂層的有效導熱性能，最大達到150倍以上，同時，涂層與基底結合強度可以達到0級，表面接觸角增加至～152°，可有效解決傳統換熱器涂層導熱性差、壽命短、容易積灰等問題，可以用于發電，石油化工，海水淡化等工業過程中。

技術領域

本發明涉及功能性材料表面和強化傳熱技術領域，具體而言，尤其涉及一種納米線-氟碳復合涂層及其制備方法。特別涉及：利用高導熱材料對氟碳涂層進行改性，制備復合涂層，可以提高涂層有效導熱性能和疏水性能和與基底的結合力，從而提高換熱器的傳熱性能和防積灰性能。

背景技術

目前，在石油化工、發電、制冷等諸多領域中，換熱器都是必不可少的設備。但是，在應用過程中，大部分設備的冷凝模式為膜狀冷凝，所形成的厚液膜極大的影響了傳熱性能。此外，由于換熱器長期運行后，表面會附著污垢，灰塵等污染物，進而進一步影響換熱器的性能。為了有效提高設備的安全性和經濟性，改性換熱表面并降低其表面能，實現長期穩定的滴狀冷凝，是提高換熱器傳熱性能及防止積灰的關鍵。

當前，在換熱器表面使用較多的涂層主要是環氧樹脂類涂料和氟碳涂料，其中，Teflon PFA氟碳涂料(簡稱PFA)因其具有優異的化學惰性，熱穩定性，良好的抗沾污特性，已廣泛應用于防腐、防粘潤滑處理等方面。由于PFA涂層的表面能較低，本征接觸角可達110°以上，可實現穩定的滴狀冷凝。但是由于PFA屬于有機高分子材料，與導熱性能良好的金屬相比，其導熱系數較低，僅為0.2～0.3W/m·K；并且為了實現長效穩定的滴狀冷凝，采用的涂層一般較厚，帶來的附加熱阻較大。

通常，目前的研究大多采用共混法在氟碳涂料中加入高導熱性能的填料來提高涂層的導熱系數，如金屬顆粒、石墨烯等。專利CN 200510047351.9公開了一種利用鐵、銅等納米顆粒提高氟碳涂層導熱系數的方法，涂層有效導熱系數可提高至0.3～1.5W/m·K。采用共混法時，納米顆粒在涂層中呈現隨機分散分布，無法沿著熱流方向排布形成有效的傳熱通道。并且，當填料含量提高到一定值時，會大大影響涂料的固化成膜性能，導致結合力從0級降低至1～2級；并且所添加的高表面能顆粒會降低氟碳涂層的疏水性，不利于滴狀冷凝的發生。因此，為了更有效的提高涂層的導熱性能，需要開發一種能定向排布的導熱網絡、并且使導熱網絡與基底緊密結合的方法。

發明內容

根據上述提出的現有的強化涂層的導熱的技術中，大多采用共混法，但填料顆粒在涂層中呈隨機分散分布，無法沿著熱流方向排布形成有效的傳熱通道，并且不與基底結合，大大影響復合涂層與基底的結合力；當填料含量提高到一定值時，會大大影響涂料的固化成膜性能，導致結合力從0級降低至1～2級；并且所添加的高表面能顆粒會降低氟碳涂層的疏水性，不利于滴狀冷凝的發生的技術問題，而提供一種納米線-氟碳復合涂層及其制備方法。本發明主要通過將該定向排布的納米線作為導熱網絡預制在基底上，并通過氟碳涂層的成膜工藝，從而構建出納米線-氟碳復合涂層，該納米復合涂層可以顯著提升換熱器的換熱性能，并減緩換熱器的積灰，可應用于煙道氣余熱回收、發電、海水淡化和電子器件熱管理等工業系統中。

本發明采用的技術手段如下：

一種納米線-氟碳復合涂層，所述納米線-氟碳復合涂層是由納米線陣列和氟碳涂層組成的復合結構，氟碳涂層直接噴涂在納米線陣列表面上；

所述納米線陣列為定向排布的高導熱納米線網絡，所述納米線陣列的高度為5～30μm；

所述氟碳涂層的厚度為5～50μm。

進一步地，所述納米線為銅納米線、銀納米線、鐵納米線或鎳納米線。

進一步地，所述氟碳涂層由噴涂氟碳涂料形成，所述氟碳涂料為Teflon-PFA、PTFE涂料或FEVE涂料。