CN104191682A

CN104191682A - 一种防结冰覆膜

Info

Publication number: CN104191682A
Application number: CN201410456599.XA
Authority: CN
Inventors: 金敬福; 韩丽曼; 曹敏; 齐迎春; 丛茜
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2014-09-10
Filing date: 2014-09-10
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2034-09-10
Also published as: CN104191682B

Abstract

本发明公开了一种防结冰覆膜，是由基底层、中间溶液泡罩层和外蒙皮表面层粘合而成，中间溶液泡罩层是由中间层填充材料、低冰点溶液和泡罩构成，数个泡罩镶嵌在中间层填充材料中，低冰点溶液填充在泡罩中，外蒙皮表面层与中间层填充材料粘接在一起。泡罩内的溶液凝固点略低于水的冰点。泡罩内低冰点溶液的相变膨胀引起的应力应变作用在外部蒙皮上，由于蒙皮受到的泡罩膨胀的应力不是均匀连续的面应力，所以蒙皮作用在外部结冰冻结界面，使得冻结界面受到不均匀应力直至产生缺陷；最后冻结界面的不稳定性导致结冰破裂或降低结冰附着强度，使得结冰开裂脱落或方便除冰，便于对结冰进行清理。

Description

一种防结冰覆膜

技术领域

本发明属于冰冻防范技术领域，特别涉及一种防结冰覆膜。

背景技术

材料表面的结冰现象广泛存在于日常生活和工业领域中，如电力、航空、交通、工程等行业领域都存在结冰问题。仪器设备结冰会影响设备的工作状态，降低其工作效率。飞机机身结冰会影响其飞行状态，严重会产生飞行安全事故，造成人员伤亡。电力塔架覆冰会引起电力输送问题，严重造成断线倒塔，电力系统瘫痪和巨大的经济损失。动车组底盘悬挂系统的结冰会影响车辆的正常运行，严重造成交通事故。

目前对于结冰所产生的危害主要有两个处理措施。一是进行后期除冰处理，如加热融冰，化学融冰(如列车丙二醇喷淋)，机械除冰等方法；二是利用低能物质在材料表面进行修饰的防结冰处理，其中典型的是表面涂层法或直接在材料表面进行结构加工等手段，如在材料表面涂覆防疏水涂层或是缓释融雪剂。但是两种措施都有一定的缺点和不足，化学融冰由于使用化学物质融冰，故对环境有一定的污染性；而加热融冰和机械除冰方法耗能耗时，经济性不好。并且结冰完毕后期进行除冰的处理会造成一定的隐患，器械极有可能受结冰产生作用力的影响已经发生了严重的不可恢复的后果，或者已经产生严重事故。表面涂层法的缺点是使用效果不长久，涂层寿命短且部分疏水材料也不易制备；利用低能物质在材料表面进行修饰的方法也具有很大的局限性，如专利CN102492945A公开了一种仿生微纳米复合结构防覆冰表面及其制备方法，通过在微米结构上添加纳米结构进行防覆冰。该制备过程程序复杂繁琐且实现的温度和时间的跨度有很大的局限性。

发明内容

本发明提供一种防结冰覆膜，用于车辆底盘、电力输变线塔架、航空航天器机身等需要防范结冰的附着的场合，实现预防或降低结冰的发生带来的危害。发明装置通过胶粘在工作部件表面上使用，实现外部附着冰层的自动剥离或降低结冰附着强度，便于对结冰进行清理。

本发明是由基底层、中间溶液泡罩层和外蒙皮表面层粘合而成，中间溶液泡罩层是由中间层填充材料、低冰点溶液和泡罩构成，数个泡罩镶嵌在中间层填充材料中，低冰点溶液填充在泡罩中，外蒙皮表面层与中间层填充材料粘接在一起。

所述泡罩的形状为球形泡或柱状泡或半球形泡。

所述的低冰点溶液为氯化物溶液或是多元醇类混合溶液。

本发明是以液/固的相变所产生的相变膨胀现象为基础，通过液体凝固点(冰点)差异，延缓泡罩内的低冰点溶液的相变膨胀发生时机，利用低冰点溶液的相变膨胀产生的应力应变进行防结冰的。其工作过程如下：

1、当外部由于溅水、积雪等原因形成的水在部件表面凝聚结冰时，最初由于结冰时过冷状态的存在，温度并没有达到泡罩内低冰点溶液的相变温度，低冰点溶液仍保持液体状态，外蒙皮表面层不会发生大的变形，直至覆膜外表面水冻结成冰。

2、当外蒙皮表面层上结冰完成后，附着的结冰冰和泡罩内溶液的温度才能继续下降，当温度下降到泡罩内低冰点溶液的相变温度时，会使泡罩内低冰点液体开始进入过冷状态直至发生相变。泡罩内液体的相变膨胀引起的应力应变作用在外部蒙皮上，由于蒙皮受到的泡罩膨胀的应力不是均匀连续的面应力，所以蒙皮作用在外部结冰冻结界面，使得冻结界面受到不均匀应力直至产生缺陷；最后冻结界面的不稳定性导致结冰破裂或降低结冰附着强度。

本发明的有益效果：

能实现外部附着冰层的自动剥离或降低结冰附着强度，便于对结冰进行清理。

附图说明

图1本发明的泡罩为球形泡的示意图。

图2本发明的泡罩为柱状泡的示意图。

图3本发明的泡罩为半球型泡的示意图。

图4本发明的工作状态示意图一。

图5本发明的工作状态示意图二。

具体实施方式

如图3所示，本发明是由基底层1、中间溶液泡罩层2和外蒙皮表面层3粘合而成，中间溶液泡罩层2是由中间层填充材料21、低冰点溶液22和泡罩23构成，数个泡罩23镶嵌在中间层填充材料21中，低冰点溶液22填充在泡罩23中，外蒙皮表面层3与中间层填充材料21粘接在一起。

本发明的泡罩可以为各种形状，如图1所示，泡罩23的形状为球形泡；如图2所示，泡罩23的形状为柱状泡；如图3所示，泡罩23的形状为半球形泡。

所述的低冰点溶液22为氯化物溶液或是多元醇类混合溶液。

本发明的工作过程和原理是：

图4所示为温度未达到泡罩23内低冰点溶液22相变温度时的整体形态；图5所示为外部结冰4完成、泡罩23内低冰点溶液22完成相变时的整体形态；

基底层1的表面涂胶，可直接与需要进行防结冰部件表面5进行胶粘；外蒙皮表面层3上覆冰，直接接触结冰4的冻结界面；当外蒙皮表面层3上开始结冰，低冰点溶液22未达到相变温度仍保持液体状态，外蒙皮表面层3不会发生大的变形，其覆膜状态如图4所示；当结冰完成后温度继续下降，当温度下降到溶液的相变温度时使得低冰点溶液22开始进入过冷状态直至发生相变，低冰点溶液22的相变膨胀引起的不均匀连续面应力作用在外蒙皮表面层3上，使得外蒙皮表面层3发生凹凸变形，如图5所示的凹凸变形，外蒙皮表面层3进而把此应力作用在外部结冰冻结界面，使得冻结界面受到不均匀应力直至产生缺陷；最后冻结界面的不稳定性导致结冰4破裂或降低结冰附着强度。

泡罩内低冰点溶液的制备方法：

覆膜泡罩内低冰点溶液可有多种方法获得，如采用多元醇类溶液或氯化物溶液，为适应不同环境，不同条件所引起的结冰，通过对溶液混合比例的调节，获得不同凝固点溶液，实现结冰时机的控制。

以氯化钠为溶液为例说明制备泡罩内低冰点溶液的过程。一般浓度在0％～30％的氯化钠溶液，其相变温度大致可以用如下公式进行计算：

T＝－36.97X²—57.28X+0.1037，单位为℃；

当外部结冰水相变点为-7℃时，制备-12℃左右的氯化钠溶液，盐的摩尔数占总共溶液体积的20％，由于氯化钠的摩尔质量为58.5；因而可以取117g氯化钠盐，此时氯化钠的摩尔数为2mol，把117g的氯化钠放入量杯中，搅拌加入蒸馏水至10L。此时制备的溶液就是含量为20％的低冰点氯化钠溶液，其相变温度在-12℃左右。

Claims

1.一种防结冰覆膜，其特征在于：是由基底层(1)、中间溶液泡罩层(2)和外蒙皮表面层(3)粘合而成，中间溶液泡罩层(2)是由中间层填充材料(21)、低冰点溶液(22)和泡罩(23)构成，数个泡罩(23)镶嵌在中间层填充材料(21)中，低冰点溶液(22)填充在泡罩(23)中，外蒙皮表面层(3)与中间层填充材料(21)粘接在一起。

2.根据权利要求1所述的一种防结冰覆膜，其特征在于：所述的泡罩(23)的形状为球形泡或柱状泡或半球形泡。

3.根据权利要求1所述的一种防结冰覆膜，其特征在于：所述的低冰点溶液(22)为氯化物溶液或多元醇类混合溶液。