[發明專利]一種可貼式自阻加熱/超疏水一體化梯度薄膜材料

有效

• 申請號: 201910760711.1
• 申請日: 2019-08-16
• 公開（公告）號: CN110510102B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 沈一洲;陶杰;王禎;吳正維;何兆儒
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B64C1/12
• 分類號: B64C1/12;B64D15/12
• 代理公司: 西安瀚匯專利代理事務所(普通合伙) 61279
• 代理人: 汪重慶

本發明公開了一種可貼式自阻加熱/超疏水一體化梯度薄膜材料，該薄膜材料由粘接樹脂、絕緣隔熱樹脂、導熱導電填料和導熱絕緣填料制成，其中，粘接樹脂和絕緣隔熱樹脂分別形成粘接層和基體，二者粘接在一起，導熱導電填料和導熱絕緣填料分別添加于基體的中間層和上層，將基體由上至下分成3個梯度區域，其中，最上區域的表面構筑有超疏水結構。本發明的有益之處在于：(1)主體部分僅使用一種絕緣隔熱樹脂，在保證結構中不存在不同材料層與層的界面影響的同時，實現了不同區域的功能化，顯著提升了力學性能，且不易發生分層現象；(2)將防冰與除冰集于一體，既可有效延遲結冰時間，又可實現低能耗電加熱除冰，最終可提高飛機的能源利用效率。

技術領域

本發明涉及一種薄膜材料，具體涉及一種可貼式自阻加熱/超疏水一體化梯度薄膜材料，屬于航空航天防除冰技術領域。

背景技術

飛機在高空過冷環境下的積冰現象，會增加飛行阻力，降低飛機穩定性，進而引發嚴重的飛行問題，因而飛機裝備的防除冰系統是保障飛機安全飛行的重要措施，是飛機上不可或缺的重要部分。飛機上目前使用最廣泛的除冰系統是電加熱除冰系統，傳統的電加熱除冰系統通常使用金屬材料作為除冰系統的電熱元件，并在需要防護的縫翼前緣對稱地布置若干加熱單元，對飛機易結冰部位進行加熱，例如波音787飛機機翼前緣采用在玻璃纖維表面噴涂金屬粉末制成GKN電熱內襯進行電加熱除冰。雖然傳統電加熱除冰系統具有除冰效率高的優點，但也存在一系列明顯的缺點，例如：

1、電熱元件分布于飛機蒙皮內部，每個電熱元件都由復雜的電子控制器和繁瑣的邏輯程序控制，安裝維修成本極高；

2、電熱元件主要采用金屬導電導熱材料，大大增加了飛機的自重，提高了飛機油耗量，使飛行成本升高。

由于除冰過程是在飛機機身覆冰的情況下進行的，具有一定的局限性，因此有人將注意力投入到結冰過程的研究，希望通過延遲結冰時間實現飛機機身的有效防冰，防冰手段中最有效的途徑是在具有低表面能的物質表面構建超疏水結構。常用的低表面能涂層存在本身導熱系數低的缺點，如果直接涂于機身，會限制飛機內部電熱元件的傳熱效率，所以低表面能涂層并未廣泛的應用到服役的飛機機身。另外，超疏水結構屬于微納米結構，在飛機高速飛行時產生的氣動力作用下，微納米結構易被破壞，使防冰效果無法達到理想狀態，而傳統涂層的微納米結構不易修復，所以當前服役的飛機也很少應用超疏水結構涂層進行機身表面處理。

鑒于以上電加熱除冰和超疏水結構防冰手段存在的不足，中國專利CN108454816A提出了一種新型微納結構表面防除冰蒙皮，其明確記載了：超疏水層與電加熱層通過高溫膜壓或粘接劑連接，超疏水層通過超疏水薄膜貼覆獲得。可見，該新型蒙皮簡單的耦合了電加熱層和超疏水結構，通過粘接劑粘接各層屬于層板技術領域的設計方法，層板存在的殘余應力以及電加熱層通電時產生的熱應力會明顯削弱界面粘接力，影響蒙皮壽命，最終蒙皮會出現分層現象。另外，該新型蒙皮的超疏水層是由低導熱的聚酰亞胺制備而成的，背膠選用的是導熱絕緣粘接劑，所以電加熱層產生的熱無法定向傳導至新型蒙皮的表面。

因此，開發一種不存在界面問題、力學性能好、重量輕、粘貼便捷、傳熱效率高、成本低、超疏水結構可修復的薄膜材料是十分必要的。

發明內容

為解決現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種可貼式自阻加熱/超疏水一體化梯度薄膜材料。

為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：

一種可貼式自阻加熱/超疏水一體化梯度薄膜材料，其特征在于，該薄膜材料由粘接樹脂、絕緣隔熱樹脂、導熱導電填料和導熱絕緣填料制成，其中：

前述粘接樹脂和絕緣隔熱樹脂分別形成粘接層和基體，二者粘接在一起，粘接層在下、基體在上；

前述導熱導電填料和導熱絕緣填料分別添加于基體的中間層和上層，將基體由上至下分成3個梯度區域：絕緣導熱區域、導電導熱區域、絕緣隔熱區域，其中，絕緣導熱區域的表面構筑有超疏水結構。