[发明专利]一种高效柔性的电热防/除冰复层材料

说明书

本发明涉及一种高效柔性电热防/除冰复层材料，以柔性高介电高分子材料为连续基体构造的模糊界面复层式结构，包括内蒙皮、柔性高介电高分子的底部绝缘隔热层、以碳纳米三维结构网络为发热体，柔性高介电高分子材料为基体的中部电热功能层、以高热导率、高介电系数的导热功能材料为增强体的顶部绝缘导热层和外蒙皮组成。与现有技术相比，本发明具有理想电阻率的超轻质、柔性电热功能体等优点，可以应用于航空器防/除冰构件。

技术领域

本发明涉及航空器防/除冰技术领域，尤其是涉及一种高效柔性的电热防/除冰复层材料。

背景技术

当飞机在结冰气象条件下飞行时，机翼、进气道、风挡玻璃、天线罩、仪表传感器等部件的迎风面会因大气中的过冷水滴撞击、积聚或者水蒸汽凝华而结冰。结冰不仅增加了飞机重量，更严重的是破坏了气动外形、影响了气动力特征，将造成机翼升力下降、发动机推力损失、操纵性与稳定性等气动品质恶化，对飞行安全产生严重威胁，甚至直接导致坠机。为保证飞行安全，飞机上通常需要设计防/除冰系统。

飞机的结冰防护技术可分为防冰技术与除冰技术两类。防冰技术的功能是防止冰在飞机表面的形核与集聚，主要方法包括：在地面喷洒化学试剂，以降低表面水冻结点的化学方法；加热提高防冰面温度，以阻碍过冷水滴冻结的电热方法。除冰技术的功能是通过加热融化或者结构形变破坏冰层与机体表面之间的附着状态，使冰层破碎并在气动力或离心力作用下移除，主要方法包括：通过气囊元件充气膨胀破坏冰层的气动方法；通过电热、发动机排放热空气或地面的红外装置加热融化冰层(尤其是冰层附着部分)的热力方法。

地面喷洒化学试剂不仅对环境有一定的污染，而且只能在地面实施，有一定的局限性；气囊除冰容易破坏空气动力形状并增加阻力，且不彻底；通过发动机引气除冰增加了发动机负担；电热防除冰兼具防冰、除冰功能，能耗低、除冰效果好且便于控制，已成为防/除冰系统重要发展趋势。电热防/除冰技术是将电热装置安装于外蒙皮之内，通电加热后热量“由内而外”进行传输，将融化冰层附着于机体表面的部分，使之产生“脱附”。同时，该技术可通过同一套装置实现防冰、除冰功能的一体化。

航空器电加热防/除冰系统的物理机制是电热体材料在通电状态下的焦耳热效应，其核心元件是电热体。目前公开的专利201720077351.1和201720078408.X普遍采用的电热体材料大都是金属合金、热敏陶瓷和导电纤维。金属电加热体与绝缘层等机体结构存在膨胀系数的差异及较高的界面热阻，易产生较高的热应力及结构热失配；热敏陶瓷脆性高，加工性能不佳，难以满足航空材料对抗冲击性能和耐疲劳性能的需求；导电纤维有较好的柔韧性，但其均匀性难以控制，且易产生局部过热影响温度操控。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高效柔性的电热防/除冰复层材料。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种高效柔性电热防/除冰复层材料，以柔性高介电高分子材料为连续基体构造的模糊界面复层式结构，包括底部绝缘隔热层、中部电热功能层、顶部绝缘导热层，三层结构均以同体系柔性高介电高分子材料为基体。

进一步地，所述的底部绝缘隔热层是一种采用有机硅与固化剂制成的柔性高介电高分子材料。

进一步地，所述的底部绝缘隔热层的制作方法如下：将有机硅与其固化剂以一定的比例混合搅拌均匀，放入真空干燥箱，抽真空除气泡，在80-160℃下固化1-8 h，即制得底部绝缘隔热层。一般而言有机硅与其固化剂的用量，根据有机硅的种类选择对应的固化剂，并确定相应的用量，在本发明中选择本领域常用的有机硅及其对应的固化剂进行混合即可。

进一步地，所述的中部电热功能层是以碳纳米三维结构网络为发热体，柔性高介电高分子材料为基体。