埃洛石微膠囊功能化防冰涂層的制備與性能

李洪彥 2, ，李 棋，劉洪麗，劉 彤，張鵬宇，王冬梅

(1. 天津市建筑材料集團(tuán)(控股)有限公司，天津 300051；2. 天津大學(xué) 化工學(xué)院，天津 300192； 3. 天津城建大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300384；4. 天津市建筑材料科學(xué)研究院，天津 300381)

結(jié)冰和結(jié)霜是一種非常普遍的自然現(xiàn)象，但是過于厚重的冰的累積會(huì)給人們的生活、工作和生產(chǎn)造成嚴(yán)重的影響﹒例如，路面上的積冰會(huì)給行人出行帶來極大不便，室外風(fēng)機(jī)和電力線路上的積冰會(huì)造成電力損耗并直接帶來經(jīng)濟(jì)損失，飛機(jī)機(jī)身上的覆冰會(huì)增大飛機(jī)負(fù)荷，容易導(dǎo)致事故的發(fā)生﹒因此，開發(fā)出一種合適的防冰涂層成為了人們關(guān)注的熱點(diǎn)﹒涂層的防冰性能一般表現(xiàn)在以下2 個(gè)方面：一是延長(zhǎng)液體在表面的結(jié)冰時(shí)間；二是降低冰粘附強(qiáng)度﹒目前研究出的防冰涂層通常分為4 類：1)超疏水防冰涂層[1]；2)犧牲性防冰涂層[2]；3)油潤(rùn)滑層防冰涂料[3]；4)水潤(rùn)滑層防冰涂料(SLIP)[4]，但其存在不同的優(yōu)勢(shì)與缺點(diǎn)﹒超疏水防冰涂層是防冰材料的一個(gè)重要組成，一般具有粗糙的表面形貌，當(dāng)水滴滴在粗糙表面時(shí)，空氣會(huì)被截留在表面的溝槽或溝谷之中，減小了水滴與表面之間的液固接觸面積，從而降低冰粘附強(qiáng)度﹒隨著溫度的降低，甚至低于0 ℃時(shí)，涂層是否仍可保持超疏水性是一個(gè)需要考慮的問題，并且當(dāng)過冷度過大或機(jī)械攪拌時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，液滴會(huì)滲透在粗糙結(jié)構(gòu)之間，覆蓋整個(gè)表面，液滴的Cassie 狀態(tài)轉(zhuǎn)化為更加穩(wěn)定的Wenzel 狀態(tài)[5]，此時(shí)的冰粘附強(qiáng)度反而增大﹒美國(guó)哈佛大學(xué)的Aizenberg 研究小組報(bào)道了一種濕滑液體注入多孔表面(SLIP)的材料[6]，該材料具有多孔結(jié)構(gòu)，將潤(rùn)滑液填充到氣囊或氣孔中可使表面光滑，當(dāng)水滴滴在光滑多孔表面上時(shí)，顯示了良好的流動(dòng)性而使表面具有拒水能力和防止結(jié)冰的能力，但是 相對(duì)來說，其耐候性和機(jī)械性能較差﹒犧牲性涂料常用于飛機(jī)表面，防冰性能較好，但在使用過程中，會(huì)釋放小分子低聚物，造成環(huán)境污染[7]﹒因此，從工業(yè)化的角度來看，將現(xiàn)有的涂層投入到實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中仍存在許多問題﹒

近年來，具有生物相容性和低細(xì)胞毒性[8]的埃洛石引起了研究人員廣泛的研究興趣﹒埃洛石納米管(HNTs)是一種天然存在的、具有中空腔的鋁硅酸鹽黏土[9]，價(jià)格低廉、儲(chǔ)量豐富，可輕松滿足大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用[10]﹒埃洛石特殊的管狀結(jié)構(gòu)與較大的孔徑[11]，使它可以負(fù)載大尺寸分子，其內(nèi)外表面都具有一定的化學(xué)修飾活性[12]﹒根據(jù)外表面的Si-O-Si 基團(tuán)和內(nèi)表面Al-OH 基團(tuán)之間的反應(yīng)性差異，可以對(duì)埃洛石進(jìn)行選擇性修飾，這為埃洛石的功能化提供了更大的可能性﹒

本研究將埃洛石制成微膠囊并對(duì)其改性﹒先利用溶膠-凝膠法制備埃洛石微膠囊防冰涂層，因埃洛石納米管提供納米級(jí)棒狀結(jié)構(gòu)，故所制備埃洛石微膠囊是由一定數(shù)量的埃洛石納米管團(tuán)聚在一起形成的微米級(jí)球形結(jié)構(gòu)；再在制備涂層的過程中加入低表面能物質(zhì)使微膠囊能夠浮在涂層表面形成具有高粗糙度的微納米凹凸結(jié)構(gòu)，埃洛石微膠囊豐富的微孔和介孔孔隙，更是后續(xù)相變組分、功能組分等負(fù)載的理想空間；最后對(duì)涂層進(jìn)行紅外、熱重等測(cè)試，并且利用掃描電鏡觀察涂層的表面微觀形貌，以及對(duì)涂層的防冰、疏水和硬度等相關(guān)性能進(jìn)行研究，為HNTs 在防冰領(lǐng)域的應(yīng)用和擴(kuò)展積累數(shù)據(jù)﹒

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

實(shí)驗(yàn)基體為埃洛石(工業(yè)級(jí)，購(gòu)自靈壽縣騰巖礦產(chǎn)品加工廠)；試樣制備所用全氟辛基三乙氧基硅烷、乙烯基磺酸鈉、過氧化二苯甲酰、十二烷基硫酸鈉、四乙基硅酸酯和3-縮水甘油氧丙基三甲氧基硅烷均為分析純，購(gòu)自天津市江天統(tǒng)一科技有限公司﹒

實(shí)驗(yàn)所用儀器包括電子天平(AL104，梅特勒- 托利多儀器有限公司)、電熱恒溫水浴鍋(DZKW-4，北京市中興偉業(yè)儀器有限公司)、超聲清洗器(KH-250DE，昆山市超聲儀器有限公司)、離心機(jī)(H1850，湘儀離心機(jī)儀器有限公司)、電熱鼓風(fēng)干燥箱(DGG-101-0B，天津市天宇實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)、恒溫磁力攪拌器(85-2，上海司樂儀器有限公司)、掃描電子顯微鏡(JEM-7800，日本電子株式會(huì)社)、傅里葉變換紅外光譜儀(NICOLET 380，美國(guó)Thermo)、熱重分析儀(DTU-2B，北京博淵精準(zhǔn)科技發(fā)展有限公司)、接觸角測(cè)量?jī)x(JC2000DE，上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司)和冰粘附強(qiáng)度測(cè)試儀(自制)﹒

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

1.2.1 埃洛石納米管的改性

將1 g HNTs 分散于50 ml 乙醇和水的1︰1溶液中，均勻攪拌后加入2 ml 全氟辛基三乙氧基硅烷；取埃洛石納米管和全氟辛基三乙氧基硅烷的分散液，緩慢加入至真空抽濾瓶中，超聲分散1 h，保證埃洛石納米管均勻分散于混合液中；開啟真空泵，持續(xù)10 min之后保持體系密封20 min；將真空抽濾瓶?jī)?nèi)混合液轉(zhuǎn)移至離心管，用去離子水反復(fù)洗滌、離心，再用去離子水將所得埃洛石納米管分散；將所得改性埃洛石納米管(F-HNTs)在60 ℃真空干燥箱中烘干﹒

1.2.2 埃洛石微膠囊(HAs)的制備

埃洛石微膠囊的制備方法參考本課題組已發(fā)表的論文[13]﹒稱取0.1 g 埃洛石納米管加入到去離子水和乙醇的混合液中，超聲分散使埃洛石納米管分散均勻；稱取1.05 g 乙烯基磺酸鈉，0.02 g BPO，50 ml 去離子水和乙醇1︰1 混合液，將乙烯基磺酸鈉、BPO 在燒杯中溶解于混合液后滴加少量苯基乙烯基硅油，磁力攪拌10 min，使它們?cè)隗w系中充分溶解，再轉(zhuǎn)移至真空抽濾瓶；多個(gè)負(fù)載周期后，將真空抽濾瓶?jī)?nèi)混合液轉(zhuǎn)移至離心管，用去離子水反復(fù)洗滌、離心，之后再用去離子水將所得埃洛石納米管分散；將上述混合液置于75 ℃的水浴條件下進(jìn)行預(yù)聚合40 min，之后取出并放入50 ℃的恒溫水浴中聚合成型；將聚合成型的埃洛石納米管分散液在80，90 和100 ℃的恒溫水浴中分別水浴加熱2 h，使聚合反應(yīng)充分進(jìn)行；將反應(yīng)后的混合液轉(zhuǎn)移至離心管，用去離子水反復(fù)洗滌、離心；取30 ml 去離子水、一定量的十二烷基硫酸鈉和0.05 g 改性完并離心洗滌的埃洛石納米管加入燒杯中，在30 ℃下超聲分散20 min；然后將一定量的環(huán)己烷加入到分散液中，繼續(xù)超聲分散30 min；將通過最佳配比制備出的乳液水浴加熱到50 ℃，進(jìn)行預(yù)乳化，30 min后在乳液中加入0.1 g BPO，迅速升溫至75 ℃，恒溫恒速攪拌8 h 后停止反應(yīng)；將所得產(chǎn)物冷凍24 h 制得埃洛石微膠囊(HAs)﹒

1.2.3 埃洛石微膠囊的改性

將全氟辛基三乙氧基硅烷在乙醇中溶解1 h，制得全氟辛基三乙氧基硅烷溶液；將埃洛石微膠囊浸泡在全氟辛基三乙氧基硅烷溶液中，浸泡1 h后進(jìn)行干燥，制得改性埃洛石微膠囊(F-HAs)﹒

1.2.4 防冰涂層的制備

制備四乙基硅酸酯(TEOS)和3-縮水甘油氧丙基三甲氧基硅烷(GLYMO)溶膠，磁力攪拌4 h，溶膠含有100 ml 甲醇，0.01 mol TEOS，0.052 mol GLYMO 和50 ml 去離子水，用衣康酸對(duì)溶膠進(jìn)行酸化，使其pH 值達(dá)到3～4；將HNTs 和2 mol/L的埃洛石微膠囊分別在25 ml 甲醇中進(jìn)行超聲分散；再將F-HNTs 和F-HAs(質(zhì)量比1︰1，1︰1.5，1︰2，1︰2.5 和1︰3 分別對(duì)應(yīng)涂層AC-1，AC-2，AC-3，AC-4 和AC-5)加入溶膠基體中，置于超聲波浴中15 min，然后以500 rpm 的速度磁力攪拌2 h；將載玻片在乙醇中超聲清洗10 min，再用去離子水沖洗5 min；將所得溶膠噴涂于玻片上，最后將制備好的樣品在110 ℃的烘箱中干燥2 h﹒

1.3 性能表征

使用北京博淵精準(zhǔn)科技發(fā)展有限公司的DTU-2B 型熱重分析儀分析埃洛石微膠囊在加熱過程中質(zhì)量隨溫度的變化：將5～10 mg 樣品放入坩堝中以20 ℃·min?1的速度升溫至800 ℃，測(cè)試氣氛為空氣，觀察試樣的質(zhì)量變化曲線﹒紅外分析使用美國(guó)Thermo 公司的NICOLET 380 型FTIR 光譜儀對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試，其波長(zhǎng)范圍設(shè)置為4 000～400 cm?1，得到試樣的FTIR 譜圖﹒取適量樣品粉末放置在導(dǎo)電膠上，使用日本電子株式會(huì)社的JEM-F7800型掃描電鏡對(duì)試樣的表面微觀形貌進(jìn)行觀察﹒水接觸角測(cè)試用上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司的JC2000DE 型接觸角測(cè)量?jī)x，將10 μL 的水滴滴在樣品涂布均勻的玻片上，拍攝液滴圖像并測(cè)量接觸角﹒冰粘附強(qiáng)度通過自制的儀器在?10 ℃的環(huán)境中對(duì)樣品進(jìn)行冰粘附強(qiáng)度的測(cè)試，該儀器由氣體壓縮機(jī)、氣缸和測(cè)力計(jì)組成，測(cè)力計(jì)通過活塞與氣缸鏈接：將冰放入特制模具中放置在樣品臺(tái)上，模具具有一個(gè)較小的傾斜角度以消除模具表面摩擦力對(duì)冰粘附強(qiáng)度造成的誤差；在測(cè)力計(jì)接觸到模具之前以一定速度勻速前進(jìn)，當(dāng)接觸到樣品時(shí)，推力以12.5 N/s 的速率增加直至將冰推掉，測(cè)得冰在不同涂層上的粘附力﹒由于在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)當(dāng)F-HNTs 和F-HAs 的添加量比為1︰3(AC-5)時(shí)的防冰效果最好，所以選取空白玻片與AC-5 涂層為對(duì)照組，在2 個(gè)玻片上滴加相同體積的水，經(jīng)過除冰實(shí)驗(yàn)后玻片上會(huì)留有殘余冰碴，通過觀察對(duì)比AC-5 和空白玻片的冰碴形貌及其剩余量對(duì)涂層的防冰性能進(jìn)行表征﹒最后，利用鉛筆劃痕實(shí)驗(yàn)對(duì)涂層的機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)文獻(xiàn)[13]中的ASTM D3363 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試法，測(cè)得涂層硬度﹒

2 結(jié)果與討論

2.1 熱穩(wěn)定性分析

采用熱重分析對(duì)HNTs，F(xiàn)-HNTs，HAs 和F-HAs 進(jìn)行研究，可以了解埃洛石納米管的改性情況以及微膠囊中有機(jī)物的負(fù)載量，結(jié)果如圖1所示﹒

圖1 HNTs，F(xiàn)-HNTs，HAs 和F-HAs 的TG 曲線

在空氣氛圍中，隨著溫度的升高，HNTs 在440 ℃開始分解，510 ℃結(jié)束分解，曲線出現(xiàn)一個(gè)明顯的失重臺(tái)階，分解結(jié)束后剩余質(zhì)量約為90%，失重率約為10%，原因是埃洛石納米管分子中的脫羥基作用﹒F-HNTs 在500～580 ℃之間出現(xiàn)一個(gè)明顯的失重平臺(tái)，而在失重臺(tái)階出現(xiàn)之前，隨著溫度的上升已經(jīng)產(chǎn)生了約5%的質(zhì)量損失﹒其中，在130 ℃以下產(chǎn)生的質(zhì)量損失可能是由于埃洛石表面吸附水的蒸發(fā)造成的；160 ℃時(shí)會(huì)發(fā)生層間水的脫附﹒在出現(xiàn)失重平臺(tái)之前，溫度低于500 ℃時(shí)，對(duì)埃洛石進(jìn)行表面修飾加入的氟硅烷已經(jīng)發(fā)生了分解，C-F 鍵斷裂，氟硅烷分解為小分子物質(zhì)脫除﹒分解結(jié)束后，F(xiàn)-HNTs 的殘余質(zhì)量約為85%，相比于HNTs 低了5%，由此可知氟硅烷的負(fù)載量約為5%﹒HAs 是用硅氧烷對(duì)HNTs 進(jìn)行改性得到的微膠囊，失重平臺(tái)出現(xiàn)在440～500 ℃﹒當(dāng)溫度低于440 ℃時(shí)產(chǎn)生了約7%的質(zhì)量損失，在溫度較低時(shí)會(huì)發(fā)生吸附水和層間水的脫除，硅氧烷在300 ℃左右發(fā)生熱氧分解，生成小分子物質(zhì)脫除﹒當(dāng)溫度升至800 ℃結(jié)束分解時(shí)，HAs 的殘余質(zhì)量約為83%，失重率為17%，對(duì)比HNTs 可知硅氧烷的接枝率約為7%﹒最后用氟硅烷對(duì)HAs 進(jìn)行表面修飾，F(xiàn)-HAs 的失重平臺(tái)出現(xiàn)在500～580 ℃，分解后的殘余量為76%，失重率為24%﹒與HAs 相比其失重率升高了7%，可推得約有7%的氟硅烷已成功負(fù)載在埃洛石微膠囊上﹒HNTs，F(xiàn)-HNTs，HAs 和F-HAs的熱重曲線均出現(xiàn)了一個(gè)明顯的失重臺(tái)階，而埃洛石的脫羥基作用發(fā)生在400～500 ℃，4 個(gè)失重臺(tái)階出現(xiàn)的原因都是埃洛石分子中的脫羥基作用﹒根據(jù)熱重測(cè)試結(jié)果可知，對(duì)埃洛石進(jìn)行改性加入的負(fù)載物質(zhì)均已成功接枝在埃洛石納米管上﹒

2.2 紅外光譜分析

HNTs，F(xiàn)-HNTs，HAs、F-HAs 和AC-5 的紅外光譜分析結(jié)果如圖2 所示﹒

在圖2 所示的HNTs 紅外光譜中Al-OH 的特征峰出現(xiàn)在3 695 cm?1和3 620 cm?1[14]，912 cm?1和1 030 cm?1處出現(xiàn)的峰是由于Si-O-Si 鍵的伸縮振動(dòng)，這與HNTs 的分子結(jié)構(gòu)特征相吻合﹒HNTs經(jīng)硅氧烷改性后，除了Al-OH 和Si-O-Si 鍵的特征峰，HAs 出現(xiàn)了新的峰，羥基-OH 在3 300 cm?1出峰，Si-C 鍵的吸收峰出現(xiàn)在775 cm?1，而約在600 cm?1處的峰是由于Si-O-C 鍵的伸縮振動(dòng)﹒所制備微膠囊經(jīng)氟硅烷改性后，F(xiàn)-HAs 在1 273 cm?1處出現(xiàn)新的C-F 鍵的吸收峰[15]，這說明負(fù)載的氟硅烷已經(jīng)成功接枝在埃洛石納米管上﹒C-F 鍵的引入可以降低涂層表面能，提高涂層表面抗?jié)駶?rùn)性﹒在3 100 cm?1處出現(xiàn)C=C 峰，說明在F-HAs中含有不飽和的碳碳雙鍵﹒F-HNTs 是對(duì)HNTs進(jìn)行表面修飾后得到的物質(zhì)，相對(duì)HNTs，F(xiàn)-HNTs在1 273 cm?1處出現(xiàn)C-F 鍵吸收峰，在3 100 cm?1處出現(xiàn)C=C 峰﹒AC-5 在3 695 cm?1和3 620 cm?1處出現(xiàn)Al-OH的特征峰，在912 cm?1和1 030 cm?1處出現(xiàn)Si-O-Si 鍵的吸收峰，在1 100 cm?1附近出現(xiàn)Si-O-Si 和Si-O-C 重疊而產(chǎn)生的峰(Si-O-Si 和Si-O-C 的寬頻段在1 000～1 100 cm?1)，1 739 cm?1處還新出現(xiàn)了由于C-O 鍵伸縮振動(dòng)而產(chǎn)生的峰，-CH3的吸收峰出現(xiàn)在2 879 cm?1，以上結(jié)果與預(yù)期的結(jié)果是一致的﹒

2.3 掃描電鏡分析

利用SEM 觀察AC-5 涂層的表面形貌，其SEM 照片如圖3 所示﹒

從圖3 所顯示AC-5 樣品涂層的表面形貌可以看出，涂層表面凹凸不平，分布均勻，具有一定的粗糙度，并且存在納米孔隙結(jié)構(gòu)﹒

2.4 接觸角測(cè)試

在接觸角測(cè)試中，將10 μL 水滴滴在樣品玻片上，水滴在涂層和空白玻片上的水接觸角測(cè)試結(jié)果如圖4 所示﹒

在室溫條件下，空白玻片的水接觸角數(shù)值極低，為28.68°﹒從圖(4)中a)～c)可知，液滴處于Cassie-Wenzel 共存的狀態(tài)[16]﹒在Cassie 狀態(tài)下，氣體被截留在粗糙表面的溝槽或溝谷之間，被束縛的氣體在凹處，液滴在凸處，減小了液體與表面的接觸面積，呈現(xiàn)出較好的疏水性；在Wenzel狀態(tài)下，液滴可以滲透表層而形成較穩(wěn)定的狀態(tài)，使得液滴較不容易從表面滑落﹒隨著改性埃洛石微膠囊組分的含量增加，表面粗糙度也相對(duì)增加，水接觸角增大，疏水性逐漸增加，此時(shí)Cassie 狀態(tài)占主要地位[17]﹒在接觸角測(cè)試中，圖4e)中樣品接觸角達(dá)到152.37°，顯示超疏水性，結(jié)合紅外光譜圖(見圖2)，相對(duì)空白玻片，C-F 鍵的引入，可以增大表面接觸角，提高抗?jié)駶?rùn)性，這對(duì)于提高涂層的超疏水性起到了促進(jìn)作用﹒由此可以得出結(jié)論，涂層的表面形貌對(duì)于滑動(dòng)行為有很大影響，表面越粗糙，疏水性越強(qiáng)﹒

2.5 冰粘附強(qiáng)度測(cè)試

圖5 顯示了在?10 ℃條件下進(jìn)行的冰粘附強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果﹒

圖5 空白玻片和涂層的冰粘附強(qiáng)度

從圖5 中不難發(fā)現(xiàn)，空白玻片的冰粘附強(qiáng)度約為300 kPa﹒將空白玻片與樣品涂層進(jìn)行比較，可以看出水滴在涂層上的冰粘附強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于空白玻片的冰粘附強(qiáng)度，甚至低于空白玻片冰粘附強(qiáng)度的 1/3﹒涂層上的冰粘附強(qiáng)度數(shù)值在60～80 kPa 之間，低于防冰涂層的冰粘附強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)臨界值100 kPa，且低于已被報(bào)道的碳納米管增強(qiáng)復(fù)合材料的冰粘附強(qiáng)度，約為碳納米管復(fù)合材料的1/2[18]﹒Tharajak J 等[19]提出影響冰粘附強(qiáng)度的因素可能有4 個(gè)：1)分子間作用力的影響(比如共價(jià)鍵、靜電力和范德華力等)；2)機(jī)械連鎖效應(yīng)的影響；3)擴(kuò)散作用的影響；4)在冰和基體之間類液層的影響﹒在涂層表面，當(dāng)液滴結(jié)冰時(shí)體積會(huì)發(fā)生膨脹，截留在表面凹凸結(jié)構(gòu)之間的空氣被壓縮而產(chǎn)生一個(gè)反作用力，起到潤(rùn)滑作用，因此冰粘附強(qiáng)度下降﹒在實(shí)驗(yàn)過程中無法排除表面能對(duì)于冰粘附強(qiáng)度的影響，也無法直接得出表面粗糙度對(duì)冰粘附強(qiáng)度的影響程度﹒

2.6 除冰殘留分析

由于在冰粘附強(qiáng)度測(cè)試中樣品AC-5 的冰粘附強(qiáng)度最低，所以選取空白玻片與樣品AC-5 進(jìn)行除冰試驗(yàn)，如圖6 所示﹒

圖6 除冰試驗(yàn)結(jié)果

從圖(6)可知，空白玻片上的冰層很難被清除，并且殘余較多，幾乎布滿整個(gè)表面；涂層表面的冰層較易被清除，可以整塊脫落，并且殘余量很少，只有少量冰碴﹒這是因?yàn)樵诳瞻撞Ｆ希疂B透在表面結(jié)構(gòu)之間，處于Wenzel 狀態(tài)，較為穩(wěn)定，結(jié)冰時(shí)粘附在玻片表面很難被清除；樣品涂層表面的液滴處于Cassie 狀態(tài)，當(dāng)液體結(jié)冰時(shí)，液固接觸面積小，會(huì)直接影響冰粘附強(qiáng)度，所以涂層表面的冰層較易被清除且殘留量很少﹒由此可見，涂層具有良好的防冰性能﹒

2.7 硬度測(cè)試

大多數(shù)防冰涂層都會(huì)存在機(jī)械強(qiáng)度較差的問題，這會(huì)影響它在現(xiàn)實(shí)生活中的廣泛應(yīng)用﹒實(shí)驗(yàn)利用鉛筆劃痕法[20]對(duì)樣品涂層進(jìn)行硬度測(cè)試，結(jié)果如下：AC-1，AC-2，AC-3，AC-4 和AC-5 樣品涂層所對(duì)應(yīng)的鉛筆硬度分別為B，HB，2H，3H和5H；所測(cè)5 個(gè)樣品的硬度值均高于上文所提到的SLIP 膜，這是因?yàn)镾LIP 薄膜的多孔結(jié)構(gòu)會(huì)降低它的機(jī)械強(qiáng)度；AC-5 涂層硬度最高，甚至高于目前較為先進(jìn)的iCVD 膜[21]；隨著改性埃洛石膠囊添加量的增加，涂層的機(jī)械強(qiáng)度也增加﹒由此可以得出結(jié)論，涂層的硬度與加入機(jī)械強(qiáng)度高的HNTs 增強(qiáng)材料有很大關(guān)系﹒

3 結(jié)論

利用埃洛石微膠囊和埃洛石納米管制備出的具有獨(dú)特微納米結(jié)構(gòu)的防冰涂層顯示出了良好的防冰疏水性能﹒隨著F-HAs 組分的增加，涂層表面水接觸角明顯增大，拒水能力隨之提高﹒對(duì)涂層的防冰性能和機(jī)械強(qiáng)度的研究結(jié)果表明：冰粘附強(qiáng)度隨涂層表面粗糙度的增加而顯著降低；隨著埃洛石微膠囊組分的增加，涂層硬度呈上升趨勢(shì)，這是因?yàn)镠NTs 作為增強(qiáng)材料使得涂層具有較高的機(jī)械強(qiáng)度﹒