CN108454816A - 一种新型微纳结构表面防除冰蒙皮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型微纳结构表面防除冰蒙皮，属于飞机防除冰领域。该蒙皮包括连接在一起的表层超疏水层和电加热层，所述表面超疏水层带有微纳结构表面的聚酰亚胺PI层，且微纳结构上修饰低表面能物质。本发明表面超疏水层由微加工获得，与传统表面疏水处理方式相比，使用寿命极大提高，本发明为独立模块，与飞机表面适配性好，产品薄，具有柔性，贴覆容易，表层破坏后，替换方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型微纳结构表面防除冰蒙皮，属于飞机防除冰领域。
背景技术
飞机在飞行过程中可能会发生结冰情况，飞机结冰对飞机的飞行危害很大，轻者，造成飞机飞行性能的降低；重者，会导致机毁人亡的严重事故。因此对于易结冰的关键部位需进行防除冰防护。
现有的飞机防除冰方法包括膨胀管除冰，普通电热防除冰，气热防除冰，防冻液防除冰等方法，但随之带来影响气动外形，能量耗损巨大，污染环境等新问题。
对于飞机关键部位，如进行超疏水处理，使过冷水滴收集系数有效减小，则相应防除冰所需能量会显著降低。从而能节约飞机飞行的宝贵电能，达到能源的高效利用。
发明内容
对于能源相对紧张的飞机，本发明提出一种适用于机翼前缘的低功耗防除冰电热蒙皮，以解决现有防除冰方式的缺点。
本发明采用的技术方案如下：
一种新型微纳结构表面防除冰蒙皮，其特征在于，包括连接在一起的表层超疏水层和电加热层，所述表面超疏水层带有微纳结构表面的聚酰亚胺PI层，且微纳结构上修饰低表面能物质。
进一步地，优选的结构是，所述电加热层通过焊点与电源线相连接，电源线连接至机载电源上。
进一步地，优选的结构是，所述新型防除冰电热蒙皮的厚度约0.3mm，其中超疏水层约0.1mm，电加热层约0.2mm。
进一步地，优选的结构是，所述超疏水层与电加热层通过高温膜压或粘接剂连接。
进一步地，优选的结构是，所述新型防除冰电热蒙皮通过背胶粘接在飞机表面，背胶为耐高温、导热、绝缘的粘结剂。
进一步地，优选的结构是，所述超疏水层通过超疏水薄膜贴覆获得。
进一步地，优选的结构是，所述新型蒙皮为多片，多片蒙皮的电加热层通过并联连接。
进一步地，优选的结构中，所述低表面能物质为含氟化合物，例如全氟丁酸、氟氯戊酸、含氟烷基磺酸钠、全氟氧杂酰胺基季铵盐等。
本发明采取上述方案以后，超疏水层能尽量减少和避免水滴在表层附着使得水滴在表层不易累积，或是在未结冰之前就已从表层借助于重力、风力或者其他外力的作用滑落，从而减少了冰在其表面形成的机会；对于未及时滑落的水滴，其低表面能和粗糙结构能有效减少水滴与表面的接触面积，延缓水滴在表层的结冰。电加热层产生的热量能使表层保持一定温度，在延缓滞留水滴结冰的基础上避免水滴的结冰。
本发明表面超疏水层通过在构筑的微纳结构表面修饰低表面能物质获得。利用聚酰亚胺刻蚀工艺技术，在聚酰亚胺薄膜上加工形成微结构，然后利用等离子纳米沉积技术，降低材料表面能，从而达到超疏水性能。传统疏水表面通过喷涂疏水涂层获得，在飞行过程中，由于环境条件恶劣，高低温交替、振动、强光、风力及液滴撞击等，涂层易发生破坏，失去疏水性能，寿命有限；破坏后的裸露表面不可直接二次喷涂，修复成本高。本发明表面超疏水层由微加工获得，与传统表面疏水处理方式相比，使用寿命极大提高，本发明为独立模块，与飞机表面适配性好，产品薄，具有柔性，贴覆容易，表层破坏后，替换方便。
本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
下面利用附图来对本发明进行进一步的说明，但是附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
图1是本申请一种新型微纳结构表面防除冰蒙皮的适用范围；
图2是本申请一种新型微纳结构表面防除冰蒙皮的剖面结构示意图；
具体实施方式
如图2所示，一种柔性新型微纳结构表面防除冰蒙皮，包括有多层复合结构。
其中，Ⅰ层为表层超疏水层，由超疏水薄膜贴覆获得。表面超疏水层通过在构筑的微纳结构表面修饰低表面能物质获得。本实施例中，表面修饰低表面能物质为全氟丁酸。本实施例利用聚酰亚胺刻蚀工艺技术，在聚酰亚胺薄膜上加工形成微结构，然后利用等离子纳米沉积技术，降低材料表面能，从而达到超疏水性能。疏水性能设计的基本要求为：接触角大于145°，接触角滞后小于10°。与电加热层兼容性的基本要求为：薄膜材料应与电热薄膜材料相同或类似，加热后疏水性能基本保持不变，具有稳定的超疏水性能；厚度应小于超疏水电热蒙皮总厚度的50％，与电热薄膜可实现良好的粘结复合。该薄膜以航空航天较为常用的聚酰亚胺薄膜为基底材料，通过制备方柱微结构及表面改性可获得柔性超疏水聚酰亚胺薄膜。
Ⅱ层为电加热层，电加热层主要由加热材料与绝缘材料组成。加热材料可采用电阻率高、导热率高的金属。康铜是一种具有高电阻率的合金金属，通常电阻率为4.8×10-7Ωm,导热系数为21W/mK，是含有40％镍，1.5％锰的铜合金，比铜、铝、银等金属导电率高一个数量级，具有低的电阻率温度系数，可在较宽的温度范围内使用。同时具有较好的加工性能。因此，本方案采用康铜作为加热材料。典型绝缘材料主要由聚四氟乙烯(PTFE)，聚氨酯(PU)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)等，其中聚酰亚胺(PI)是综合性能优异的有机高分子薄膜材料之一，具有耐高温达400℃以上、耐低温至-200℃、耐辐射、优异的绝缘性等特点，由于其性能及合成制备具有明显优势，常作为结构材料或功能性材料应用于航空、航天、微电子等领域。另外，PI薄膜具有良好的机械性能，20℃时拉伸强度可达200MPa,薄膜厚度可低至25um,非常适用于柔性基底材料。因此，电热薄膜的绝缘材料选用聚酰亚胺薄膜。
Ⅲ层为耐高温、导热、绝缘的粘结剂。薄膜粘结，常用有溶剂型粘合剂和合成高分子粘合剂，可利用环氧树脂类粘合剂，或3M薄膜双面胶实现背胶，应在保证粘结可靠地基础上最大限度的减小粘结层厚度，另外，还要避免粘结层带入的气泡，影响黏附的可靠性。
本发明设计的防除冰电热蒙皮，其可以有效地满足飞机机翼、尾翼、舵面的贴覆，且具有施工便捷，使用方便，寿命良好等特点。
Claims (8)
1.一种新型微纳结构表面防除冰蒙皮，其特征在于，包括连接在一起的表层超疏水层和电加热层，所述表面超疏水层带有微纳结构表面的聚酰亚胺PI层，且微纳结构上修饰低表面能物质。
2.一种权利要求1所述的新型微纳结构表面防除冰蒙皮，其特征在于，所述电加热层通过焊点与电源线相连接，电源线连接至机载电源上。
3.一种权利要求1所述的新型微纳结构表面防除冰蒙皮，其特征在于，所述新型防除冰电热蒙皮的厚度约0.3mm，其中超疏水层约0.1mm，电加热层约0.2mm。
4.一种权利要求1所述的新型微纳结构表面防除冰蒙皮，其特征在于，所述超疏水层与电加热层通过高温膜压或粘接剂连接。
5.一种权利要求1所述的新型微纳结构表面防除冰蒙皮，其特征在于，所述新型防除冰电热蒙皮通过背胶粘接在飞机表面，背胶为耐高温、导热、绝缘的粘结剂。
6.一种权利要求1所述的新型微纳结构表面防除冰蒙皮，其特征在于，所述超疏水层通过超疏水薄膜贴覆获得。
7.一种权利要求1所述的新型微纳结构表面防除冰蒙皮，其特征在于，所述新型蒙皮为多片，多片蒙皮的电加热层通过并联连接。
8.一种权利要求1所述的新型微纳结构表面防除冰蒙皮，其特征在于，所述低表面能物质为含氟化合物。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180828 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |