[發(fā)明專利]一種熱固性樹脂基復(fù)合材料表面防冰陣列結(jié)構(gòu)的成型方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010748135.1
• 申請(qǐng)日: 2020-07-30
• 公開（公告）號(hào): CN111907090A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉森云;郭奇靈;陳圓圓;魏龍濤;楊升科;趙獻(xiàn)禮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心低速空氣動(dòng)力研究所
• 主分類號(hào): B29C70/42
• 分類號(hào): B29C70/42;B29C70/54;B29C33/42;B29C33/38
• 代理公司: 北京勁創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11589
• 代理人: 王鴻

本發(fā)明的一種熱固性樹脂基復(fù)合材料表面防冰陣列結(jié)構(gòu)的成型方法，通過(guò)設(shè)計(jì)陽(yáng)極氧化鋁模板結(jié)構(gòu)和調(diào)整復(fù)合材料成型參數(shù)，實(shí)現(xiàn)熱固性樹脂基復(fù)合材料表面防冰陣列的制備。有益效果在于：本發(fā)明的一種熱固性樹脂基復(fù)合材料表面防冰陣列結(jié)構(gòu)的成型方法制作過(guò)程簡(jiǎn)單，制得的復(fù)合材料表面微納結(jié)構(gòu)完整、尺寸穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)一致性高，對(duì)液態(tài)水具有超疏水特性，可以顯著延長(zhǎng)過(guò)冷液滴結(jié)冰時(shí)間，使過(guò)冷液滴有足夠時(shí)間脫離表面；具有極低的冰粘附強(qiáng)度，覆冰能在自然風(fēng)力或重力作用下從表面脫落；可用于飛行器和風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片等暴露在極端環(huán)境中機(jī)器外表面，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)、新型高速鐵路動(dòng)車組及飛機(jī)等裝備的防除冰技術(shù)，尤其是被動(dòng)防除冰技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料表面加工技術(shù)及表面改性技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種熱固性樹脂基復(fù)合材料表面防冰陣列結(jié)構(gòu)的成型方法。

背景技術(shù)

熱固性樹脂基復(fù)合材料一般指連續(xù)纖維/短纖維增強(qiáng)的熱固性樹脂基復(fù)合材料，具有輕量、高強(qiáng)度、高剛度的特性，已廣泛應(yīng)用在國(guó)防和民生領(lǐng)域。如美國(guó)將玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料用于制作火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、燃料用的高壓容器和直升機(jī)旋翼槳葉等。國(guó)內(nèi)C919飛機(jī)蒙皮使用大量環(huán)氧樹脂復(fù)合材料層板。

高空無(wú)人機(jī)、載人客機(jī)等飛行器表面結(jié)冰會(huì)影響飛行器飛行中的空氣動(dòng)力學(xué)條件，引起能耗增大，大幅降低飛行器有效續(xù)航時(shí)間，關(guān)鍵部位結(jié)冰可引發(fā)空中姿態(tài)不穩(wěn)定、偏航、動(dòng)力失效等風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片表面結(jié)冰使葉片形貌及質(zhì)量分布發(fā)生變化，引起發(fā)電效率不穩(wěn)定，偏心旋轉(zhuǎn)等問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致發(fā)電系統(tǒng)過(guò)載、機(jī)軸磨損甚至斷裂的情況。因此，針對(duì)以上領(lǐng)域關(guān)鍵材料防除冰技術(shù)的研究具有重要意義。

區(qū)別于電加熱、機(jī)械振動(dòng)等主動(dòng)除冰技術(shù)，被動(dòng)防冰技術(shù)是一種新興的利用材料本征屬性阻礙或延遲材料表面結(jié)/覆冰的技術(shù)。提升材料的防冰性能主要有兩種思路：1)通過(guò)構(gòu)建分級(jí)微納結(jié)構(gòu)和低表面能修飾的方法，提高材料表面的超疏水性，延緩過(guò)冷液滴的凍結(jié)和降低材料的冰點(diǎn)，使過(guò)冷液滴在凍結(jié)前能夠及時(shí)依靠風(fēng)力、自身重力等外力作用離開飛行器表面；2)通過(guò)調(diào)控基體材料表面硬度、彈性模量等力學(xué)特性，利用基體與冰層界面韌性的不匹配效應(yīng)，引起超低冰粘附的現(xiàn)象，使冰層在生長(zhǎng)初期就因風(fēng)力、自身重力等外力作用斷裂脫離材料表面。

現(xiàn)有在復(fù)合材料上集成防冰功能方法的技術(shù)路線多為先制備復(fù)合材料，后在復(fù)合材料上通過(guò)減材法構(gòu)筑防覆冰結(jié)構(gòu)。如專利CN105504324A一種具有超疏水仿生表面的樹脂基復(fù)合材料及其制備方法中，其制備方法需要對(duì)成型好的復(fù)合材料清洗打磨，隨后還需要激光加工微結(jié)構(gòu)和噴涂疏水涂層等程序，具有步驟繁瑣、微結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。

CN109822950B公開了一種具有防覆冰功能的聚合物材料及其一體化成型方法，采用具有微米級(jí)特殊形狀的金屬模具一體成型，制備的材料結(jié)構(gòu)成型性好，微結(jié)構(gòu)分布均勻，疏水性好。但是該方法使用的模具具有微米結(jié)構(gòu)，高分子材料在微米結(jié)構(gòu)內(nèi)部成型，脫模困難，并且脫模后存在飛邊毛刺等需要額外打理，實(shí)際制備出來(lái)的復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)形貌并不理想，脫模時(shí)形貌容易被破壞。

因此，需要開發(fā)一種制備步驟簡(jiǎn)單、脫模容易、微結(jié)構(gòu)完整、穩(wěn)定，可以應(yīng)用在高空無(wú)人機(jī)、載人客機(jī)等航空飛行器及新型高速鐵路動(dòng)車組、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等地面裝備領(lǐng)域的具有防冰功能的復(fù)合材料及其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種熱固性樹脂基復(fù)合材料表面防冰陣列結(jié)構(gòu)的成型方法，以解決當(dāng)前技術(shù)在制備具有防冰功能的復(fù)合材料時(shí)步驟復(fù)雜、脫模困難、微結(jié)構(gòu)不完整、不穩(wěn)定的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明提供了一種熱固性樹脂基復(fù)合材料表面防冰陣列結(jié)構(gòu)的成型方法，包括以下步驟：

(1)準(zhǔn)備模具和預(yù)成型體，清洗備用；

(2)將潔凈的具有微/納米陣列結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極氧化鋁模板貼合在所述模具內(nèi)腔中需要構(gòu)筑微納結(jié)構(gòu)的部位；

(3)將所述預(yù)成型體置于所述模具中的合適位置，合模形成閉合模具；