[發明專利]一種高效柔性的電熱防/除冰復層材料

有效

• 申請號: 201811527362.0
• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN109532138B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 李華;蔡云麗;劉河洲
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B32B9/00
• 分類號: B32B9/00;B32B9/04;B32B3/12;B32B33/00;B32B37/10;B32B37/12;B32B38/00;C08L83/04;C08K3/04;C08K7/24;C08K3/28;C08K7/04;C08K3/38;C08K3/34
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

本發明涉及一種高效柔性電熱防/除冰復層材料，以柔性高介電高分子材料為連續基體構造的模糊界面復層式結構，包括內蒙皮、柔性高介電高分子的底部絕緣隔熱層、以碳納米三維結構網絡為發熱體，柔性高介電高分子材料為基體的中部電熱功能層、以高熱導率、高介電系數的導熱功能材料為增強體的頂部絕緣導熱層和外蒙皮組成。與現有技術相比，本發明具有理想電阻率的超輕質、柔性電熱功能體等優點，可以應用于航空器防/除冰構件。

技術領域

本發明涉及航空器防/除冰技術領域，尤其是涉及一種高效柔性的電熱防/除冰復層材料。

背景技術

當飛機在結冰氣象條件下飛行時，機翼、進氣道、風擋玻璃、天線罩、儀表傳感器等部件的迎風面會因大氣中的過冷水滴撞擊、積聚或者水蒸汽凝華而結冰。結冰不僅增加了飛機重量，更嚴重的是破壞了氣動外形、影響了氣動力特征，將造成機翼升力下降、發動機推力損失、操縱性與穩定性等氣動品質惡化，對飛行安全產生嚴重威脅，甚至直接導致墜機。為保證飛行安全，飛機上通常需要設計防/除冰系統。

飛機的結冰防護技術可分為防冰技術與除冰技術兩類。防冰技術的功能是防止冰在飛機表面的形核與集聚，主要方法包括：在地面噴灑化學試劑，以降低表面水凍結點的化學方法；加熱提高防冰面溫度，以阻礙過冷水滴凍結的電熱方法。除冰技術的功能是通過加熱融化或者結構形變破壞冰層與機體表面之間的附著狀態，使冰層破碎并在氣動力或離心力作用下移除，主要方法包括：通過氣囊元件充氣膨脹破壞冰層的氣動方法；通過電熱、發動機排放熱空氣或地面的紅外裝置加熱融化冰層(尤其是冰層附著部分)的熱力方法。

地面噴灑化學試劑不僅對環境有一定的污染，而且只能在地面實施，有一定的局限性；氣囊除冰容易破壞空氣動力形狀并增加阻力，且不徹底；通過發動機引氣除冰增加了發動機負擔；電熱防除冰兼具防冰、除冰功能，能耗低、除冰效果好且便于控制，已成為防/除冰系統重要發展趨勢。電熱防/除冰技術是將電熱裝置安裝于外蒙皮之內，通電加熱后熱量“由內而外”進行傳輸，將融化冰層附著于機體表面的部分，使之產生“脫附”。同時，該技術可通過同一套裝置實現防冰、除冰功能的一體化。

航空器電加熱防/除冰系統的物理機制是電熱體材料在通電狀態下的焦耳熱效應，其核心元件是電熱體。目前公開的專利201720077351.1和201720078408.X普遍采用的電熱體材料大都是金屬合金、熱敏陶瓷和導電纖維。金屬電加熱體與絕緣層等機體結構存在膨脹系數的差異及較高的界面熱阻，易產生較高的熱應力及結構熱失配；熱敏陶瓷脆性高，加工性能不佳，難以滿足航空材料對抗沖擊性能和耐疲勞性能的需求；導電纖維有較好的柔韌性，但其均勻性難以控制，且易產生局部過熱影響溫度操控。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種高效柔性的電熱防/除冰復層材料。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種高效柔性電熱防/除冰復層材料，以柔性高介電高分子材料為連續基體構造的模糊界面復層式結構，包括底部絕緣隔熱層、中部電熱功能層、頂部絕緣導熱層，三層結構均以同體系柔性高介電高分子材料為基體。

進一步地，所述的底部絕緣隔熱層是一種采用有機硅與固化劑制成的柔性高介電高分子材料。

進一步地，所述的底部絕緣隔熱層的制作方法如下：將有機硅與其固化劑以一定的比例混合攪拌均勻，放入真空干燥箱，抽真空除氣泡，在80-160℃下固化1-8 h，即制得底部絕緣隔熱層。一般而言有機硅與其固化劑的用量，根據有機硅的種類選擇對應的固化劑，并確定相應的用量，在本發明中選擇本領域常用的有機硅及其對應的固化劑進行混合即可。

進一步地，所述的中部電熱功能層是以碳納米三維結構網絡為發熱體，柔性高介電高分子材料為基體。