CN110784946A - 电加热膜结构以及形成电加热膜结构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电加热膜结构(100)，该电加热膜结构包括绝缘基体层(A)和形成于所述绝缘基体层上的电加热膜(B)，该电加热膜结构还包括设置在绝缘基体层和所述电加热膜上的封孔层(C)，封孔层构造成能封闭电加热膜中的至少部分孔隙。此外，本发明还涉及一种形成电加热膜结构的方法。借助上述电加热膜结构和成型方法，可以显著提高电加热膜与绝缘基体之间的牢固度以及提高电加热膜自身的结构强度。

Description

电加热膜结构以及形成电加热膜结构的方法

技术领域

本发明涉及一种电加热膜、尤其是一种高强度防冰除冰的电加热膜。此外，本发明还涉及一种形成电加热膜结构的方法、主要是一种工艺成型方法。

背景技术

通常，飞机在飞行过程中可能会受到气象环境和飞行状态的影响，因而可能在飞机的某些表面，例如风挡玻璃、机翼前缘、进气道口等表面出现结冰结雾现象，这会严重威胁飞行安全。特别是，风挡玻璃的结冰结雾现象在很大程度上会影响飞行员的视野和视觉舒适度。长期在结冰结雾状态下飞行，会引起视觉疲劳判断失误等问题。为改善这一现象，在风挡玻璃内侧涂覆有电加热膜可以有效去除结冰和结雾现象，同时又不影响风挡玻璃可见光透过率，提高飞行安全性能。

已知飞机的传统风挡玻璃防冰防雾技术采用气热和防冰液等。然而，气热采用发动机尾气进行加热，结构复杂效率低，防冰液仅限于地面除冰使用。而电加热方式如果为简单的氧化铟锡单层膜或电阻丝网，则在电加热的均匀性和方块电阻上存在一定局限，同时对风挡玻璃的节能性能等辅助功能并无明显提高。

近年来，在飞机的防冰除冰领域中，采用电加热膜是一个理想的选项。尤其是对于飞机电防/除冰系统中的关键部件进行电加热，目前比较成熟的是在复合材料结构内部内嵌有电加热膜，形成一种一体化的结构功能件。电加热功能单元进行电加热时，在每块加热区域内部均能大致均匀加热。

在复合材料内部内嵌电加热膜时，一般采用金属热喷涂的方式加工。而适合热喷涂加工电加热膜的金属材料种类较少，一般需要质软金属材料才可与基体材料紧密结合。因此，电加热膜主要是指在基体、主要是绝缘的基体结构层的表面上施加、尤其是喷涂的电加热膜涂层、特别是金属类合金材料的涂层。

然而，由于喷涂的绝缘基体是例如玻璃纤维复合层或PEEK等高分子材料层之类的结构，而喷涂的电加热膜涂层是金属类合金，两种材料的热膨胀系数存在巨大差异，而不同材料属性的这种差异又增大了涂层与绝缘基体分层、乃至断裂的风险。

另外，通过喷涂形成的电加热膜层通常存在一定的孔隙率，这种孔隙的存在增加了电加热膜内部的断裂风险。此外，由于电加热膜通常位于结构夹层的内部，反复的加热循环也容易导致这种结构发生分层现象，从而造成飞机安全隐患。

因此，在电加热领域、尤其是飞机上的关键部件的电加热领域中，始终存在对提高电加热膜与绝缘基体之间的牢固度以及提高电加热膜自身的结构强度的需求。

发明内容

本发明提供一种电加热膜结构，所述电加热膜结构包括绝缘基体层和形成于所述绝缘基体层上的电加热膜，所述电加热膜结构还包括设置在所述绝缘基体层和所述电加热膜上的封孔层，所述封孔层构造成能封闭所述电加热膜中的至少部分孔隙。

借助上述电加热膜结构、尤其是加入了封孔层，可以显著提高电加热膜与绝缘基体之间的牢固度以及提高电加热膜自身的结构强度。

本发明还提供一种形成电加热膜结构的方法，所述电加热膜结构包括绝缘基体层和形成于所述绝缘基体层上的电加热膜，所述方法包括如下相继各步骤：M)将具有第一含量的封孔剂施加于所述绝缘基体层和所述电加热膜上，以形成第一封孔层；N)将具有比所述第一含量高的第二含量的封孔剂施加于所述第一封孔层上，以形成第二封孔层；O)待封孔剂完全固化后，形成所述电加热膜结构，其中，所述第一和第二封孔层构造成封闭所述电加热膜中的孔隙。

借助上述工艺方法，可以通过设置至少两层封孔层来提高封孔效果，减小电加热膜中的孔隙率，增强了电加热膜结构的强度和可靠性，降低电加热膜的断裂风险。

例如，有第一含量的封孔剂可以为经稀释的封孔剂，而具有第二含量的封孔剂可以为未经稀释的封孔剂。如此封孔剂浓度不同的两种封孔剂可以确保封孔效果更佳，进一步降低电加热膜的孔隙率。

优选地，在步骤M)之前包括清洗步骤L)，在该清洗步骤L)中，用表面清洗剂来清洗所述绝缘基体层和所述电加热膜的表面。由此，使得电加热膜的表面处于适于进行封孔的状态下，从而提高封孔效率。

有利地，在步骤M)之前、并在清洗步骤L)之后包括使经清洗的所述绝缘基体层和所述电加热膜的表面干燥的干燥步骤，和/或可以在步骤M)和步骤N)之间加入使所述电加热膜结构的表面干燥的干燥步骤，由此可以使得封孔时干燥的表面方便封孔剂的涂抹和如有可能的渗透。

特别是，在步骤M)和N)中，利用刷子涂刷封孔剂，以形成所述第一和第二封孔层，其中，在用刷子涂刷时，可以使得刷子的移动方向与所述电加热膜的长度方向是一致的。当方向一致时，封孔剂的涂抹效率最高，且封孔效果也最佳。

此外，在步骤O)之后还可选地包括喷砂步骤P)，以使得所述电加热膜结构的表面粗糙化，从而确保在封孔层的表面状态被满足后能进行各种所需的后续加工工艺。

特别有利的是，在步骤M)中，将封孔剂与稀释剂以1：1的比例进行均匀混合。这种混合比例的封孔剂适于渗透到电加热膜的孔隙之中，以提高封孔效率。

另外，无论是第一封孔层还是第二封孔层都可以是反复涂抹多次封孔剂，以达到期望的封孔效果，并且可以实现期望的平坦的电加热膜结构的最终表面。

附图说明

图1示意地示出根据本发明的一个实施例的电加热膜结构的立体图；以及

图2示意地示出根据本发明的一个优选实施例的工艺流程图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

首先，本发明含义下的电加热膜是指通过通电/供电而能发热以实现加热其它部件的一种膜状部件。术语“膜/膜状部件”包括但不限于是一层或多层结构，但这种层通常具有非常小的厚度(与其长度和宽度相比，不在一个数量级上)。

其次，本发明含义下的电加热膜/电加热膜结构主要用于对飞机上的一些部件、尤其是关键部件进行加热以例如达到除冰防冰的效果，但不限于这种应用，例如也可以用于需要加热的任何实际场合之中。

再者，本发明含义下的电加热膜结构还可以与其它结构、尤其是层状结构进行结合/接合，或者直接内嵌于其它结构之中，以达到飞机上部件集成度高的效果。

根据本发明的电加热膜结构包括绝缘基体层A。术语“绝缘基体层”是指层状结构，但不限于此也可以是指块状结构或者其它不规则形状结构，只要符合飞机部件所需的强度和刚度、尤其是向位于其上的其它各层提供足够的支承度即可。

绝缘基体层A例如可以是单一材料或多种材料加工而成的一层或多层结构。但可以理解到绝缘基体层A一般是绝缘材料、例如玻璃纤维复合材料、聚合物材料等构成的，即、它并不能导电。但应注意到，在本发明中，绝缘基体只要其待喷涂的表面为绝缘的即可，无须整个绝缘基体块/层全部由绝缘材料构成。

根据本发明的电加热膜结构还包括电加热膜B，该电加热膜B可直接施加于绝缘基体层A上、尤其是喷涂到绝缘基体层A上。电加热膜B一般为导电材料构成的膜状部件。例如，电加热膜B是含金属材料层或合金材料层。电加热膜B在通电后可产生热量，其发热量的大小通过材料选择、电加热膜B的形状和尺寸的设计、以及加热电压等因素来确定。

在本发明中，电加热膜B可以例如为条状的，即电加热条。这种电加热条通常具有一个纵长方向或者长度方向，即该方向上的尺寸远大于其它方向上的尺寸。应理解到，当电加热条具有特定图案时，其长度方向可能并不是一个固定的方向，而是经转折的多种方向，但因沿电加热条的长度观察，因此也计入其长度方向。

根据本发明的电加热膜结构100还包括封孔层C。封孔层C的一个重要目的是可以至少部分地封闭电加热膜B中的孔隙。由于电加热膜B可以喷涂在绝缘基体层A上形成，因此喷涂工艺会使得电加热膜B存在一定的孔隙率。例如，孔隙率会在5％-10％左右，但不限于此。

封孔剂例如可以为热塑性材料或树脂，当施加于具有一定孔隙率的电加热膜B上时，封孔剂优选地会迁移到该电加热膜B的孔隙之中、甚至迁移经过整个电加热膜B、到达位于电加热膜B下方的绝缘基体层A的表面上。但这并不是必须的，封孔剂也可以仅停留在电加热膜B的表面以及绝缘基体层A的表面上，而没有任何渗透。此时，电加热膜B的孔隙仅为盖住，而未被封孔剂填充。

有利地，封孔层C均匀覆盖在绝缘基体层A和电加热膜B的表面上。通常，封孔材料需与绝缘基体层A的材料相兼容。同时，封孔层C的固化温度应高于电加热膜B工作时的加热温度。

但可以理解到，封孔层C可为绝缘材料或非绝缘材料。封孔层C无须与绝缘基体层A和电加热膜B发生任何化学反应，也不会改变绝缘基体层A和电加热膜B本身的物理和化学特性。

如下文将详细阐释的，本发明的封孔层C可以由施加于绝缘基体层A和电加热膜B上的封孔剂固化后形成。

另外，封孔层C也可以为多层结构，例如至少包括第一封孔层和第二封孔层。各层封孔层中的封孔剂的含量优选是彼此不同的。例如，多层结构中的第一封孔层可以由经稀释的封孔剂形成，而多层结构中的第二封孔层则可以由未经稀释的封孔剂形成。通常，未经稀释的或者封孔剂含量高的封孔层(例如，第二封孔层)位于经稀释的或者封孔剂含量低的封孔层(例如，第一封孔层)之上。

应理解到，第一封孔层和第二封孔层分别可以不只是一层，而是由相同成分的封孔剂所产生的封孔层。例如，由经稀释的封孔剂涂抹多遍以后形成的封孔层都归入第一封孔层，并且可以此类推。

接下来，根据图1-2来进一步阐释根据本发明的用于形成电加热膜结构100的方法。该形成方法可以包括如下各步骤，下述这些步骤通常是彼此相继发生的。

在电加热膜B已经形成于、尤其是喷涂于绝缘基体层A上之后(鉴于这并不是本发明的重点，在此不再赘述)，将封孔剂施加于绝缘基体层A和电加热膜B上，以形成封孔层C，即构造成可以至少部分地封闭电加热膜B中的孔隙。

在一个实施例中，先将具有第一含量的封孔剂、例如经稀释的封孔剂施加于绝缘基体层A和电加热膜B上，以形成第一封孔层。优选的是，经稀释的封孔剂是指将封孔剂与稀释剂以1：1的比例进行混合。封孔剂可以为树脂类，例如酚醛树脂、乙烯树脂，而稀释剂可以例如为无水乙醇、甲酮。更优选的是，在绝缘基体层A和电加热膜B的表面上均匀涂抹一层之后，使其干燥、例如将其风干2小时以上，待表面完全干燥再进入下一个步骤。可选地，可用经稀释的封孔剂重复施加、例如涂抹多遍。

然后，在由具有第一含量的封孔剂、例如经稀释的封孔剂形成第一封孔层之后(尤其是在其完全干燥之后)，将具有第二含量的封孔剂、例如未经稀释的封孔剂施加于所述第一封孔层上(也就是绝缘基体层A和电加热膜B之上)，以形成第二封孔层。第二含量通常高于第一含量，即封孔剂浓度更高。

在特别有利的实施例中，在表面均匀涂抹上一层第二封孔层之后进行干燥，例如风干4小时以上，待表面完全干燥，再放置8小时。待封孔剂完全固化，形成根据本发明的电加热膜结构100，其中，第一封孔层和第二封孔层构造成可以封闭电加热膜B中的孔隙。可选地，可用具有第二含量的封孔剂、例如未经稀释的封孔剂重复施加、例如涂抹多遍。

通过上述封孔层C，可以至少部分减小或者电加热膜B的孔隙率或者孔隙大小(当完全封闭时，则孔隙率接近零)，以降低电加热膜B本身断裂的风险，并且减小电加热膜B在加热后由于孔隙率高而在结构层内部起泡、翘曲或以其它方式变形的风险。

另外，如果使得封孔剂(例如热塑性材料或树脂)迁移到或穿过电加热膜B(即、金属涂层)，则可以实现后续面层与电加热膜B、绝缘基体层A与电加热膜B、后续面层与绝缘基体层A之间的更牢固的结合，例如由此可以形成一个整体，增强了电加热膜结构100的强度和可靠性，降低电加热膜B的断裂风险。

此外，由于施加了封孔剂以形成封孔层C，还可以使得由于喷涂电加热膜B而导致电加热膜B实际上在平坦的绝缘基体层A上高出或突出变得平缓或不那么突出，例如最终获得一个表面大致仍平坦的结构。

有利地，在开始封孔步骤前，可以加入清洗步骤。例如，可以使用表面清洗剂之类的液体来清洗绝缘基体层A和电加热膜B的表面，并且例如可以在室温下风干15到30分钟，待其表面完全干燥后再进入后续的封孔步骤。表面清洗剂除可例如使用丙酮等溶剂完成，但该溶剂需对绝缘基体层A和电加热膜B均无损害。

优选地，在封孔步骤之后还包括喷砂步骤，以使得电加热膜结构100的表面粗糙化，从而确保在封孔层C的表面状态被满足后能进行各种所需的后续加工工艺，包括但不限于是与附连有其它层。

在一个更优选的实施例中，可采用自动的喷砂设备，诸如虹吸式循环回收喷砂设备，使用80～100目的白刚玉对表面进行毛化，使得表面粗糙度达到Ra8-12级别。但对各种喷砂设备本身、喷砂压力、喷砂介质、喷砂方式的选择皆在本发明的范围内。

在较佳的实施例中，在封孔步骤中，可以使用刷子、例如毛刷涂刷的方式对绝缘基体层A和电加热膜B的表面进行封孔。最佳的是，在用刷子进行涂刷时，该毛刷的移动方向与电加热膜B、例如电加热条的前面定义的长度方向保持一致，以提高封孔效果。

在本发明中，封孔层C可为任何适当的材料、尤其是热塑性材料，但该材料需与绝缘基体层A的材料相容，且固化温度应高于、最好明显高于电加热膜B的加热温度，同时该材料需能够呈现液体或者喷雾的形式，以便于涂抹或喷涂在绝缘基体层A和电加热膜B的表面上。

此外，大批量生产时，可采用自动作业，使用喷雾的形式将稀释后的封孔剂喷在绝缘基体层A和电加热膜B的表面上。

可选地，为了加速干燥过程，可在烘箱内完成干燥步骤，但应注意温度控制，并保持一定的通风量。

尽管参照飞机上需要电加热的部件来描述了本发明的各种实施例，但应当理解到，本发明的范围内的实施例可应用至具有相似结构和/或功能的需要电加热的其它设备上等。

前面的描述已经给出了许多特征和优点，包括各种替代的实施方式，以及装置和方法的结构和功能的细节。本文的意图是示例性的，并不是穷尽性的或限制性的。对于本领域的技术人员来说显然可对由所附权利要求所表达的术语的宽泛上位含义所指示的全部范围内做出各种改型，尤其是在结构、材料、元素、部件、形状、尺寸和部件的布置方面，包括这些方面在此处所描述的原理范围内的结合。在这些各种改型未偏离所附权利要求的精神和范围的程度内，意味着它们也包含于此。

Claims (14)

1.一种电加热膜结构(100)，所述电加热膜结构包括绝缘基体层(A)和形成于所述绝缘基体层上的电加热膜(B)，其特征在于，所述电加热膜结构还包括设置在所述绝缘基体层(A)和所述电加热膜(B)上的封孔层，所述封孔层(C)构造成能封闭所述电加热膜(B)中的至少部分孔隙。

2.如权利要求1所述的电加热膜结构，其特征在于，所述封孔层(C)由施加于所述绝缘基体层和所述电加热膜(B)上的封孔剂固化后形成。

3.如权利要求2所述的电加热膜结构，其特征在于，所述封孔层(C)至少包括第一封孔层和第二封孔层，所述第一封孔层由经稀释的封孔剂形成，而所述第二封孔层由未经稀释的封孔剂形成，且所述第二封孔层位于所述第一封孔层之上。

4.如权利要求1-3中任一项所述的电加热膜结构，其特征在于，所述电加热膜(B)中的孔隙至少部分地填充有封孔剂。

5.一种形成电加热膜结构(100)的方法，所述电加热膜结构包括绝缘基体层(A)和形成于所述绝缘基体层上的电加热膜(B)，其特征在于，所述方法包括如下相继各步骤：

M)将具有第一含量的封孔剂施加于所述绝缘基体层和所述电加热膜上，以形成第一封孔层；

N)将具有比所述第一含量高的第二含量的封孔剂施加于所述第一封孔层上，以形成第二封孔层；

O)待封孔剂完全固化后，形成所述电加热膜结构，其中，所述第一封孔层和所述第二封孔层构造成封闭所述电加热膜中的孔隙。

6.如权利要求5所述的形成电加热膜结构的方法，其特征在于，具有第一含量的封孔剂为经稀释的封孔剂，而具有第二含量的封孔剂为未经稀释的封孔剂。

7.如权利要求5所述的形成电加热膜结构的方法，其特征在于，在步骤M)之前包括清洗步骤L)，在所述清洗步骤L)中，用表面清洗剂来清洗所述绝缘基体层和所述电加热膜的表面。

8.如权利要求7所述的形成电加热膜结构的方法，其特征在于，在步骤M)之前、并在清洗步骤L)之后包括使经清洗的所述绝缘基体层和所述电加热膜的表面干燥的干燥步骤。

9.如权利要求5所述的形成电加热膜结构的方法，其特征在于，在步骤M)和N)中，利用刷子涂刷封孔剂，以形成所述第一和第二封孔层，其中，在用刷子涂刷时，刷子的移动方向与所述电加热膜的长度方向是一致的。

10.如前述权利要求5-9中任一项所述的形成电加热膜结构的方法，其特征在于，在步骤O)之后还包括喷砂步骤P)，以使得所述电加热膜结构(100)的表面粗糙化。

11.如前述权利要求5-9中任一项所述的形成电加热膜结构的方法，其特征在于，在步骤M)中，将封孔剂与稀释剂以1：1的比例进行均匀混合。

12.如前述权利要求5-9中任一项所述的形成电加热膜结构的方法，其特征在于，在步骤M)和步骤N)之间加入使所述电加热膜结构(100)的表面干燥的干燥步骤。

13.如前述权利要求5-9中任一项所述的形成电加热膜结构的方法，其特征在于，在步骤N)之前，重复步骤M)多次。

14.如权利要求10所述的形成电加热膜结构的方法，其特征在于，在所述喷砂步骤P)中，采用80-100目的白刚玉进行，且所述电加热膜结构的表面粗糙度为Ra 8-12。

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