CN111070806A - 一种电加热中空织物复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电加热中空织物复合材料，包括一块中空夹层复合板、分布在中空夹层复合板绒经层空腔内的多个加热模块、贴在每个加热模块上的至少一个温度传感器和位于本材料外部的一个电控箱；中空夹层复合板的绒经层空腔连续，多个加热模块并排设置在中空夹层复合板绒经结构层空腔内，加热模块由并排分布的多条电阻丝组成，多条电阻丝并联，并在两端通过导线连接电控箱，温度传感器粘贴在电阻丝上且信号线连接电控箱。本发明还公开一种电加热中空织物复合材料制备方法。优点，通过中空织物的结构优势和力学性能优势，在其空腔内布置加热线，实现结构、加热保温等功能的集成化和一体化。
Description
技术领域
本发明属于复合材料制备领域，主要涉及一种电加热中空织物复合材料及其制备方法。
背景技术
寒冷天气中设备表面的冰雪会影响设备的正常运转，并对结构的刚强度提出了更高的要求，尤其对于天线罩，由于冰雪介质的存在，增加了电磁损耗，大大降低了天线罩的透波性能，而且冰雪载荷和自重的叠加会造成天线罩的应力增加，在一定程度上损伤天线罩的结构，因此设计加热装置实现除冰融雪，保证通讯设备正常运行。
传统的人工除冰雪，操作环境恶劣，且作业难度系数大。目前在工程应用上，常采用金属加热片或碳纤维加热片与复合材料融为一体，利用通电加热的特性实现复合材料的加热除冰融雪功能。然而，金属加热片密度大，碳纤维加热片价格昂贵，不利于复合材料结构部件的轻量化和低成本化目标；金属加热片或碳纤维加热片预埋在复合材料中间无法更换，加热温度单一；金属材质和碳纤维材质的加热片的导电特性使其无法应用在透波领域。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对背景技术中提及的现有技术中的加热复合材料结构重量重、成本高、不可更换、加热温度单一、无法实现透波的技术问题。
本发明的目的在于提供一种电加热中空织物复合材料及其制备方法，采用的技术方案是：
一种电加热中空织物复合材料，包括一块中空夹层复合板、分布在中空夹层复合板绒经层空腔内的多个加热模块、贴在每个加热模块上的至少一个温度传感器和位于本材料外部的一个电控箱；中空夹层复合板的绒经层空腔连续，多个加热模块并排设置在中空夹层复合板绒经结构层空腔内，所述加热模块由并排分布的多条电阻丝组成，多条电阻丝并联，并在两端通过导线连接电控箱，温度传感器粘贴在中空夹层复合板的内表面上且信号线连接电控箱。
对本发明技术方案的优选，中空夹层复合板由中空织物复合材料制成，中空夹层复合板的厚度为5～50mm。
对本发明技术方案的优选，中空夹层复合板由中空织物复合材料和位于中空织物复合材料的上表面或下表面的功能化面层组成；功能化面层的纤维增强材料为中空织物、玻璃纤维布、石英纤维布、芳纶纤维、短切毡等织物；中空夹层复合板的厚度为5～50mm。
对本发明技术方案的优选，中空织物绒经层的截面形状可以为“8”型、“V”型、“O”型、“Ⅱ”型或“Ⅹ”型。
对本发明技术方案的优选，相邻两条电阻丝之间的间距为20mm～200mm。
对本发明技术方案的优选，加热模块最大加热温度为200℃。
本发明的一种电加热中空织物复合材料内的中空织物复合材料由中空织物上面层，中空织物绒经层和中空织物下面层构成。这里所涉及的中空复合材料的中空织物为玻璃纤维或石英纤维等高性能纤维通过立体编织一体成型具有层间高度的三维增强材料，与树脂通过一定的工艺成型后成为中空织物复合材料，为一体化整体结构不存在界面性，具有轻质高强、抗分层、抗冲击的优良性能，以及良好的保温、隔热、隔音效果。
本发明提出一种电加热中空织物复合材料制备方法，包括根据下步骤：
步骤1)中空夹层复合板制备：在模具表面依次铺放纤维织物和中空织物复合材料，并浸渍树脂进行固化；
步骤2)中空夹层复合板裁剪：将步骤1中的中空夹层复合板边缘按照需要的尺寸进行裁剪，露出完整连续的空腔；
步骤3)布置加热模块：根据步骤2中中空夹层复合板的长宽高布置加热模块(2)的数量，相邻两个加热模块之间按照一定间距在中空夹层复合板绒经层空腔内并排布置，加热模块内的电阻丝并联设置，电阻丝两端通过接线端子并联在一根总线上，并接入电控箱；
步骤4)安装温度传感器，温度传感器粘贴在每个加热模块内的电阻丝之间的中空夹层复合板的内表面上，温度传感器的信号线接入电控箱；
步骤5)中空织物复合板后处理：将步骤4中的中空织物复合板进行封边。
对本发明方法的进一步优选，步骤1中纤维织物位于中空织物复合材料的上表面或下表面，纤维织物为玻璃纤维、石英纤维、芳纶纤维、碳纤维、中空织物或表面毡，纤维织物的厚度为0.1～10mm。
对本发明方法的进一步优选，树脂为酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂或双马来酰亚胺树脂中的一种；在树脂中添加固化剂、稀释剂、促进剂、引发剂和填料。
对本发明方法的进一步优选，步骤5中中空织物复合板的封边具体为：将位于边缘的加热线段均匀涂抹脱模剂或脱模腊，用热熔胶将外露的加热线点固定在中空复合板的边缘，用结构胶或填充胶将中空夹层复合板的边缘孔隙的空间进行填充实现封边的效果。
对本发明方法的进一步优选，所述步骤1中，可根据复合材料部件要求在中空织物复合材料的上表面和下表面铺设纤维织物，如在中空织物复合材料上表面和下表面各铺放一层100g/㎡玻璃纤维布。如果采用环氧树脂体系，则固化温度为30-100℃，固化时间为2-8小时，如环氧树脂E-51、LT-5089等。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：
(1)整体性能优异：本发明所涉及的中空复合材料的中空织物为玻璃纤维或石英纤维等高性能纤维通过立体编织一体成型具有层间高度的三维增强材料，与树脂通过一定的工艺成型后成为中空织物复合材料，为一体化整体结构不存在界面性，具有轻质高强、抗分层、抗冲击的优良性能，以及良好的保温、隔热、隔音效果。
(2)可设计性强：中空织物复合板可以根据实际需求，设计不同的铺层结构。
(3)模块化工作：通过分区设计多个加热模块，可实现模块化工作以及分区梯度温度控制。
(4)结构功能一体化：通过中空织物复合板的结构优势和力学性能优势，在其绒经层空腔内布置加热线，实现结构、加热保温等功能的集成化和一体化。
附图说明
图1是本发明电加热中空织物复合材料的截面图。
图2是本发明材料的电控线路图。
图中：1为中空夹层复合板，1-1为中空织物上面层，1-2为中空织物绒经层，1-3为中空织物下面层，1-4为上面层，1-5为下面层，2为加热模块，2-1为电阻丝。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
为使本发明的内容更加明显易懂，以下结合附图1-2和具体实施方式做进一步的描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
提供一种电加热中空织物复合材料，包括一块中空夹层复合板1、分布在中空夹层复合板绒经层空腔内的多个加热模块2、贴在每个加热模块上的至少一个温度传感器3和位于本材料外部的一个电控箱4；中空夹层复合板1的绒经层空腔连续，多个加热模块2并排设置在中空夹层复合板绒经结构层空腔内，所述加热模块2由并排分布的多条电阻丝2-1组成，多条电阻丝2-1并联，并在两端通过导线连接电控箱4，温度传感器3粘贴在中空夹层复合板的内表面上且信号线连接电控箱4。
电控箱4的作用是控制加热模块2的温度，电控箱4和温度传感器3之间的信号反馈能有效地监测电加热中空织物复合材料的温度。本电控箱4内还设置时间继电器、旋转开关、功率模块、智能仪表等部件。电控箱4与加热模块2之间设置控制软件为公知常识。
加热模块2的数量根据中空夹层复合板1的规格尺寸选择1个或者多个，加热模块2的数量设置，可实现模块化工作以及分区梯度温度控制。
中空夹层复合板1由中空织物复合材料制成，中空夹层复合板1的厚度为5～50mm。
中空夹层复合板1由中空织物复合材料和位于中空织物复合材料的上表面或下表面的功能化面层组成；功能化面层的纤维增强材料为中空织物、玻璃纤维布、石英纤维布、芳纶纤维、短切毡等织物；中空夹层复合板1的厚度为5～50mm。举例为：中空夹层复合板的由中空织物复合材料(中空织物上面层1-1，中空织物绒经层1-2，中空织物下面层1-3)和位于中空织物复合材料的上表面或下表面的功能化面层(上面层1-4，下面层1-5)组成。具体实施方式中，实施例1中，功能化面层为2层200g/㎡玻璃纤维布，与树脂复合成型后的厚度为10.4mm，能够有效保证中空复合板的刚强度。
中空织物绒经层1-2的截面形状可以为“8”型、“V”型、“O”型、“Ⅱ”型或“Ⅹ”型。具体实施方式中，实施例1中，中空织物绒经层1-2的截面形状为“8”字形，厚度为10mm，其绒经层能保证有连续贯穿的空腔，便于加热线的布置。
具体实施方式中，实施例1中，加热模块数量为2个，并排分布在中空夹层复合材料绒经层空腔中，相邻两条电阻丝2-1之间的间距为100mm，电阻丝加热温度为90℃。
一种电加热中空织物复合材料制备方法，包括根据下步骤：
步骤1)中空夹层复合板制备：在模具表面依次铺放纤维织物和中空织物复合材料，并浸渍树脂进行固化。此步骤中纤维织物位于中空织物复合材料的上表面或下表面，纤维织物为玻璃纤维、石英纤维、芳纶纤维、碳纤维、中空织物或表面毡，纤维织物的厚度为0.1-10mm。此步骤树脂为酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂或双马来酰亚胺树脂中的一种；在树脂中添加固化剂、稀释剂、促进剂、引发剂和填料。
此步骤中所述的复合材料成型工艺为现有技术中公开的一种常规工艺方法，其工艺步骤具体包括：模具处理、织物裁剪、织物及辅助材料铺层、配胶、树脂润湿/浸渍、织物限位定型、复合材料整体固化和后加工。
举例如下：步骤1中，可根据复合材料部件要求在中空织物复合材料的上表面和下表面铺设纤维织物，如在中空织物复合材料上表面和下表面各铺放一层200g/㎡玻璃纤维布。如果采用环氧树脂体系，则固化温度为30-100℃，固化时间为2-8小时，如环氧树脂E-51、LT-5089等。
步骤2)中空夹层复合板裁剪：将步骤1中的中空夹层复合板边缘按照需要的尺寸进行裁剪，露出完整连续的空腔；
步骤3)布置加热模块2：根据步骤2中中空夹层复合板的长宽高布置加热模块2的数量，相邻两个加热模块2之间按照一定间距在中空夹层复合板绒经层空腔内并排布置，加热模块2内的电阻丝2-1并联设置，电阻丝两端通过接线端子并联在一根总线上，并接入电控箱4；
步骤4)安装温度传感器3，温度传感器3粘贴在每个加热模块2内的电阻丝2-1之间的中空夹层复合板的内表面上，温度传感器3的信号线接入电控箱4；
步骤5)中空织物复合板后处理：将步骤4中的中空织物复合板进行封边，具体为：将位于边缘的加热线段均匀涂抹脱模剂或脱模腊，用热熔胶将外露的加热线点固定在中空复合板的边缘，用结构胶或填充胶将中空夹层复合板的边缘孔隙的空间进行填充实现封边的效果。
实施例1
一种电加热复合材料，中空夹层复合板的由中空织物复合材料(中空织物上面层1-1，中空织物绒经层1-2，中空织物下面层1-3)和位于中空织物复合材料的上表面或下表面的功能化面层(上面层1-4，下面层1-5)组成。具体实施方式中，实施例1中，功能化面层为2层200g/㎡玻璃纤维布，与树脂复合成型后的厚度为10.4mm，能够有效保证中空复合板的刚强度。
中空织物绒经层1-2的截面形状为“8”字形，厚度为10mm，其绒经层能能保证有连续贯穿的空腔，便于加热线的布置。
加热模块数量为2个，并排分布在中空夹层复合材料绒经层空腔中，相邻两条电阻丝2-1之间的间距为100mm，电阻丝加热温度为90℃。
实施例1的具体实施方式的一种电加热复合材料材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1)中空夹层复合板制备：在模具表面依次铺放2层200g/㎡玻璃纤维布、10mm中空织物、2层200g/㎡玻璃纤维布，并浸渍环氧树脂E-51进行加热固化，固化条件为80℃4小时，制备成中空夹层复合板；
步骤2)中空夹层复合板裁剪：将中空夹层复合板边缘按照需要裁剪，本实施例中裁减尺寸为1000mm×1500mm，露出完整连续的空腔；
步骤3)布置加热模块2：在中空夹层复合板1000mm宽度方向上按照100mm的间距在绒经层的空腔内并排贯穿布置8根电阻丝2-1，其中4根电阻丝为一个加热模块2，分别为加热模块A和加热模块B，将加热线两端通过接线端子并联在一根总线上，并接入电控箱4；
步骤4)安装温度传感器3：在加热模块A和加热模块B区域的内腔内各安装一个温度传感器3，并通过航空插头并联至电控箱4，实现温度信号的传输；
步骤5)中空织物复合材料后处理：将中空夹层复合板进行封边，步骤5中中空织物复合板的封边具体为：将位于边缘的加热线段均匀涂抹脱模剂或脱模腊，用热熔胶将外露的加热线点固定在中空复合板的边缘，用结构胶或填充胶将中空夹层复合板的边缘孔隙的空间进行填充实现封边的效果。
采用该电加热中空织物复合材料，以环境温度3℃，交流电压220V，表面覆盖3.5mm厚的积雪为例进行融雪试验。在电控箱上设定温控温度后通电试验，用远红外温度测试仪检测电加热中空织物复合材料的发热及升温情况，加热5min后表面积雪开始出现融化状态，加热20min，表面电阻丝区域积雪全部融化，加热30min，复合板表面的积雪全部融化变成水。
根据上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (10)
1.一种电加热中空织物复合材料，其特征在于，包括一块中空夹层复合板(1)、分布在中空夹层复合板绒经层空腔内的多个加热模块(2)、贴在每个加热模块上的至少一个温度传感器(3)和位于本材料外部的一个电控箱(4)；中空夹层复合板(1)的绒经层空腔连续，多个加热模块(2)并排设置在中空夹层复合板绒经结构层空腔内，所述加热模块(2)由并排分布的多条电阻丝(2-1)组成，多条电阻丝(2-1)并联，并在两端通过导线连接电控箱(4)，温度传感器(3)粘贴在中空夹层复合板的内表面上且信号线连接电控箱(4)。
2.根据权利要求1所述的电加热中空织物复合材料，其特征在于，中空夹层复合板(1)由中空织物复合材料制成，中空夹层复合板(1)的厚度为5～50mm。
3.根据权利要求1所述的电加热中空织物复合材料，其特征在于，中空夹层复合板(1)由中空织物复合材料和位于中空织物复合材料的上表面或下表面的功能化面层组成；功能化面层的纤维增强材料为中空织物、玻璃纤维布、石英纤维布、芳纶纤维、短切毡等织物；中空夹层复合板(1)的厚度为5～50mm。
4.根据权利要求1所述的电加热中空织物复合材料，其特征在于，中空织物绒经层(1-2)的截面形状可以为“8”型、“V”型、“O”型、“Ⅱ”型或“Ⅹ”型。
5.根据权利要求1所述的电加热中空织物复合材料，其特征在于，相邻两条电阻丝(2-1)之间的间距为20mm～200mm。
6.根据权利要求1所述的电加热中空织物复合材料，其特征在于，加热模块最大加热温度为200℃。
7.根据权利要求1-6所述的电加热中空织物复合材料制备方法，其特征在于，包括根据下步骤：
步骤1)中空夹层复合板制备：在模具表面依次铺放纤维织物和中空织物复合材料，并浸渍树脂进行固化；
步骤2)中空夹层复合板裁剪：将步骤1中的中空夹层复合板边缘按照需要的尺寸进行裁剪，露出完整连续的空腔；
步骤3)布置加热模块(2)：根据步骤2中中空夹层复合板的长宽高布置加热模块(2)的数量，相邻两个加热模块(2)之间按照一定间距在中空夹层复合板绒经层空腔内并排布置，加热模块(2)内的电阻丝(2-1)并联设置，电阻丝两端通过接线端子并联在一根总线上，并接入电控箱(4)；
步骤4)安装温度传感器(3)，温度传感器(3)粘贴在每个加热模块(2)内的电阻丝(2-1)之间的中空夹层复合板的内表面上，温度传感器(3)的信号线接入电控箱(4)；
步骤5)中空织物复合板后处理：将步骤4中的中空织物复合板进行封边。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤1中纤维织物位于中空织物复合材料的上表面或下表面，纤维织物为玻璃纤维、石英纤维、芳纶纤维、碳纤维、中空织物或表面毡，纤维织物的厚度为0.1～10mm。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，树脂为酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂或双马来酰亚胺树脂中的一种；在树脂中添加固化剂、稀释剂、促进剂、引发剂和填料。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤5中中空织物复合板的封边具体为：将位于边缘的加热线段均匀涂抹脱模剂或脱模腊，用热熔胶将外露的加热线点固定在中空复合板的边缘，用结构胶或填充胶将中空夹层复合板的边缘孔隙的空间进行填充实现封边的效果。
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