CN208733012U - 多区域防除冰薄膜 - Google Patents

Abstract

一种多区域防除冰薄膜，包括柔性基底、电热材料层及压电材料层，所述柔性基底包括第一区域及第二区域，所述电热材料层设置于所述第一区域上，所述压电材料层设置于所述第二区域上。该多区域防除冰薄膜能够较好地防止冰层的产生，并能够在冰层产生后较好地对冰层进行去除。

Description

多区域防除冰薄膜

技术领域

本实用新型涉及防除冰领域，尤其是一种多区域防除冰薄膜。

背景技术

结冰是一种非常常见的天气现象。是指在低温环境中，水汽等液体在物体表面上聚集凝固从而形成固态冰层的过程。这种通常为人所常见的物理现象却对日常的交通输运，生活保障产生了重大的安全隐患。

举例来说，飞机就饱受结冰现象的困扰。我们知道民航客机或者是军用飞机日常的飞行高度在6000米以上，甚至也有可能到10000米以上。而在这种高度环境下，周围的环境温度通常在低于零下30度，这远远低于水汽的凝固点0度，因而飞机在飞行时，大气中的过冷水滴撞击到飞机部件后非常容易在其表面形成结冰层。而这种冰层的形成是造成飞行安全事故的主要隐患之一，尤其是在在机翼、尾翼、旋翼、进气道、风挡玻璃、天线罩、仪表传感器等部件表面发生结冰现象。如在机翼上表面的结冰将直接导致飞机空气动力学性能的恶化，这种重量的增加和气动外形的破坏降低了飞机的安全性和操纵性，附着于机翼表面且粗糙度较大的冰霜层能够改变绕流流场，破坏气动性能，可造成最大升力降低32％，阻力增加40％的后果，并会引起飞机失速迎角减少，造成在发出失速报警前提前失速，对飞行安全造成了很大的威胁。因结冰而引发的飞行事故屡见不鲜，严重的结冰甚至可以导致机毁人亡。

而另一个重要的例子就是高压电输电导线表面的防除冰需求。我们知道高压输电线路通常是由近10cm外径的高纯铜、铝、钢芯铝绞线外裹厚实绝缘橡胶制成的，其重量非常大，如12/21KV规格的高压电缆，其重量达到了3.81t/km。而为了保证不对人们的正常生活产生影响，通常又需要搭建数十米的输电铁塔进行承载。这种悬空的高压输电策略对电缆的整体质量是非常敏感的。比如在2108年，我国南方的严重雪灾导致高压输电线路的积雪结冰，造成大量的导线的断裂和塔架倒塌，对人们的日常工作生活和生命财产安全造成了巨大的威胁。所以对于高压电缆来说，其表面的防除冰也是一个非常重要且迫切的问题。

因此，进行防冰、除冰研究，具有非常重要的现实意义。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种多区域防除冰薄膜，该多区域防除冰薄膜能够较好地防止冰层的产生，并能够在冰层产生后较好地对冰层进行去除。

本实用新型提供了一种多区域防除冰薄膜，包括柔性基底、电热材料层及压电材料层，所述柔性基底包括第一区域及第二区域，所述电热材料层设置于所述第一区域上，所述压电材料层设置于所述第二区域上。

进一步地，所述电热材料层包括多个电热材料条，所述电热材料条的两端设置有电热导线，所述电热导线与第一电源相连；所述压电材料层包括多个压电材料条，所述压电材料条的两端设置有压电导线，所述压电导线与第二电源线相连。

进一步地，所述电热材料层包括多个电热材料条，所述电热材料条的两端设置有电热导线，所述压电材料层包括多个压电材料条，所述压电材料条的两端设置有压电导线，所述电热材料条与所述压电材料条均与同一电源相连。

进一步地，在所述电热导线上设置有第一开关，在所述压电导线上设置有第二开关。

进一步地，所述电热导线及所述压电导线分别设置于所述电热材料及所述压电材料的表面上，并分别与所述电热材料及所述压电材料电气相连。

进一步地，所述柔性基底上设置有容置槽，所述电热材料条及所述压电材料条设置于所述容置槽内。

进一步地，所述电热导线及所述压电导线设置于所述柔性基底的侧面上，并分别与所述电热材料条与所述压电材料条电气相连。

进一步地，在柔性基底上，电热导线及压电导线均为电极贴片并分别与电热材料条及压电材料条相连。

进一步地，所述多区域防除冰薄膜包括疏水蒙皮，所述电热材料层及所述压电材料层设置于所述疏水蒙皮及所述柔性基底之间。

进一步地，所述多区域防除冰薄膜包括粘合层，所述粘合层设置于所述柔性基底远离所述疏水蒙皮的一侧。

进一步地，所述电热材料层因通电而发热，所述电热材料层为由导电银胶、碳纳米管导电材料、石墨烯导电材料、导电炭黑材料、银纳米线导电材料、铜纳米线导电材料或导电高分子材料形成的电热材料层。

进一步地，所述压电材料层因通电而产生变形，所述压电材料层为由无机压电晶体、压电陶瓷或有机压电材料形成的压电材料层。

综上所述，在本实用新型中，通过将柔性基板分成第一区域及第二区域，并在第一区域上设置电热材料层，在第二区域上设置压电材料层，当多区域防除冰薄膜铺设于电缆、机翼等待防护部件的表面时，通过对电热材料层通电，电热材料层能够产生热量，这能够提高多区域防除冰薄膜的温度，防止冰层产生，或者在冰层产生后，使冰层融化，通过对压电材料层的通电，压电材料层能够产生变形，使冰层破裂，通过二者的综合作用，可以较为容易地防止冰层的产生，以及对冰层进行清除。

进一步地，通过容置槽的设置，能够降低多区域防除冰薄膜的厚度，以及防止电热材料层与压电材料层之间相互影响。

进一步地，通过使电热材料层与压电材料层之间的延伸方向不同，能够更容易地对冰层进行去除。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1所示为本实用新型第一实施例提供的多区域防除冰薄膜的俯视结构示意图。

图2所示为图1中II-II方向的截面结构示意图。

图3所示为图1中III-III方向的截面结构示意图。

图4所示为本实用新型第二实施例提供的多区域防除冰薄膜的截面结构示意图。

图5所示为本实用新型第三实施例提供的多区域防除冰薄膜的俯视结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，详细说明如下。

本实用新型提供了一种多区域防除冰薄膜，该多区域防除冰薄膜能够较好地防止冰层的产生，并能够在冰层产生后较好地对冰层进行去除。

图1所示为本实用新型第一实施例提供的多区域防除冰薄膜的俯视结构示意图，图2所示为图1中II-II方向的截面结构示意图，图3所示为图1中III-III方向的截面结构示意图。如图1至图3所示，本实用新型第一实施例提供的多区域防除冰薄膜包括柔性基底10(见图2)、电热材料层21及压电材料层31，柔性基板包括第一区域11及第二区域12，电热材料层21设置于柔性基板的第一区域11上，压电材料层31设置于柔性基底10的第二区域12上，电热材料层21能够因通电而发热，压电材料层31能够因通电而产生变形，这能够破坏多区域防除冰薄膜表面的冰层，通过二者的结合作用，能够较好地达到防除冰的效果。

在本实施例中，通过将柔性基板分成第一区域11及第二区域12，并在第一区域11上设置电热材料层21，在第二区域12上设置压电材料层31，当多区域防除冰薄膜铺设于电缆、机翼等待防护部件的表面时，通过对电热材料层21通电，电热材料层21能够产生热量，这能够提高多区域防除冰薄膜的温度，防止冰层产生，或者在冰层产生后，使冰层融化，通过对压电材料层31的通电，压电材料层31能够产生变形，使冰层破裂，通过二者的综合作用，可以较为容易地防止冰层的产生，以及对冰层进行清除。

进一步地，在本实施例中，电热材料层21包括多个电热材料条，而压电材料层31包括多个压电材料条，电热材料条的两端均设置有电热导线22，电热导线22与第一电源23相连，通过第一电源23为电热材料条提供电能，压电材料条的两端均设置有压电导线32，压电导线 32与第二电源33相连，通过第二电源33为压电材料提供电能。在电热导线22上还设置有第一开关24，在压电导线32上还设置有第二开关 34，通过第一开关24及第二开关34对电热材料层21及压电材料层31 进行控制。

可以理解地，在其它实施例中，电热材料条及压电材料条均可以与同一的电源相连，并分别通过第一开关24及第二开关34来对电热材料层21及压电材料层31进行控制。

在本实施例中，电热材料条及压电材料条沿同一方向平行设置，电热导线22及压电导线32平行设置，并分别设置于电热材料条与压电材料条的两端。

为了便于电热材料条及压电材料条与电热导线及压电导线的接触，在本实施例中，在柔性基底10上，电热导线22及压电导线32均为电极贴片并分别与电热材料条及压电材料条相连。

柔性基底10可以为热塑性聚合物薄膜。这种薄膜材料可以由聚对苯二甲酸乙二醇酯材料、聚苯乙烯薄膜材料、聚乙烯材料、聚丙烯薄膜材料、聚氯乙烯材料和/或聚酞胺材料制成的薄膜。

电热材料层21可以为导电银胶、碳纳米管导电材料、石墨烯导电材料、导电炭黑材料、银纳米线导电材料、铜纳米线导电材料、导电高分子材料中的一种或多种形成的电热材料层21。上述的材料可以通过丝网印刷、卷对卷印刷、喷墨打印或贴附等方式固定于柔性基底10上。

压电材料层31可以为无机压电晶体、压电陶瓷，如石英、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛、铌酸锂、钽酸锂，或者有机压电材料，如柔性压电纤维、聚偏氟乙烯等材料中的种或多种形成的压电材料层31。上述的材料可以通过丝网印刷、卷对卷印刷、喷墨打印或贴附等方式固定于柔性基底10上。

在柔性基底10上，电热导线22及压电导线32均为金属薄片或者金属导线，电热导线22及压电导线32通过粘合胶粘合于柔性基底10 上，具体为粘合与电热材料条及压电材料条的表面上，以保证线路连接的稳定。

进一步地，在本实施例中，多区域防除冰薄膜还包括疏水蒙皮40，疏水蒙皮40盖设于柔性基底10上，通过疏水蒙皮40的设置，当雨水或凝结水附着于疏水蒙皮40上时，雨水或凝结水能够较快地从疏水蒙皮40上脱落，防止水分在疏水蒙皮40上留存，减少水分在疏水蒙皮40 上结冰的可能。

疏水蒙皮40为由疏水高分子处理、疏水金属氧化物处理和表面粗糙化处理中的一种或多种制备而成的疏水蒙皮40，当进行疏水高分子处理时，疏水高分子材料包括聚乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷和/或玻璃纤维等。当进行疏水金属氧化物处理时，疏水金属氧化物包括氧化锌和/或氧化铝等。

为了能够使电热材料层21及压电材料层31更容易对疏水蒙皮40 进行作用，在本实施例中，如图2所示，电热材料层21及压电材料层 31设置于柔性基底10朝向疏水蒙皮40的一侧的表面上，也即，其二者设置于疏水蒙皮40与柔性基底10之间。

为了便于多区域防除冰薄膜的固定，在多区域防除冰薄膜上还设置有粘合层50，粘合层50设置于柔性基底10远离疏水蒙皮40的一侧，当使用时，可以将多区域防除冰薄膜通过粘合层50直接贴附于待防护器件的表面，作为待防护器件的蒙皮使用。

进一步地，粘合层50的表面可以经过功能化处理和粗糙化处理中的一种或两种，功能化处理包括表面氧化处理、表面特定基团高分子涂覆处理等；粗糙化处理包括表面磨砂处理等，以提高粘合层50表面的粗糙度，提高与待防护器件表面的结合强度。

以下以将本实用新型提供的多区域防除冰薄膜应用于飞机表面的情形为例，来说明本实用新型的防除冰效果。

在本实施例中，选用表面沉积氧化锌纳米结构的聚酰亚胺作为疏水蒙皮40，以石墨烯导电材料作为电热材料层21，以压电陶瓷材料作为压电材料层31形成一多区域防除冰薄膜，将多个多区域防除冰薄膜并列固定于飞机的表面，疏水蒙皮40的表面对于水滴来说具有很大的接触角(121度以上)，很小的滚动角(5度以内)。因而飞机在爬升过程中，过冷水滴撞击到机翼上时很难立即冻结，而在惯性和外部气流的作用很容易往后侧滑出，从而有效降低了冻结速率，减轻了机翼表面的冻结程度。而聚酰亚胺高强度的机械性能、耐高温、耐磨性、低热膨胀系数及高绝缘性等特性保证了在正常飞行过程中机翼蒙皮的完整性以及内部加热除冰功能和机械除冰功能的正常运行。

当飞机运行一段时间以后，或是即将穿越易结冰区域，又或是返回机场检修发现机翼已经结冰时。可以对本蒙皮进行可控式通电，有选择性地分区块使用加热除冰功能和机械除冰功能。例如，当A区结冰层比较薄时，控制A区内多数的电热材料层21进行工作，并由选择地控制 A区内少量的压电材料层31进行工作，也即以加热除冰为主，辅以短时间的机械振动除冰；而在同一时间B区的结冰层比较厚，或者冰层裂纹较多时，控制B区内多数的压电材料层31进行工作，并有选择地控制B 区内少量的电热材料层21进行工作，也即主要通过机械除冰先将冰层破碎，辅以加热除冰。从而实现对结冰层不同区域结冰程度的不同有针对性地除冰。进一步提高除冰效率，降低能耗，同时这种多区块多功能的独立并联运行特性使得这种导电薄膜的后续故障检修变得更为容易，也使得这种薄膜的整体失效概率降到了最低。

图4所示为本实用新型第二实施例提供的多区域防除冰薄膜的截面结构示意图。如图4所示，本实用新型第二实施例提供的多区域防除冰薄膜与第一实施例基本相同，其不同之处在于，在本实施例中，在柔性基底10上形成有多个容置槽13，电热材料条及压电材料条均形成于容置槽13内，通过容置槽13的设置，可以减少多区域防除冰薄膜的厚度，同时也能够防止各电热材料条及压电材料条之间相互影响。

进一步地，在本实施例中，电热导线22及压电导线32可以固定于柔性基底10的侧面，并分别与电热材料条及压电材料条电气相连，以进一步减少多区域防除冰薄膜的厚度。

图5所示为本实用新型第三实施例提供的多区域防除冰薄膜的俯视结构示意图。如图5所示，本实用新型第三实施例提供的多区域防除冰薄膜与第一及第二实施例提供的多区域防除冰薄膜基本相同，其不同之处在于，在本实施例中，电热材料条与压电材料条沿不同的方向延伸，例如电热材料条的延伸方向与压电材料条相互垂直，这样电热材料条对冰层加热后，由于形变方向与加热方向垂直，能够减少压电材料条产生形变时对电热材料条的影响。

进一步地，由于电热材料条与压电材料条沿不同方向延伸，电热导线22与压电导线32的延伸方向同样不同，这能够进一步地防止电热导线22与压电导线32之间相互影响。

综上所述，在本实用新型中，通过将柔性基板分成第一区域11及第二区域12，并在第一区域11上设置电热材料层21，在第二区域12上设置压电材料层31，当多区域防除冰薄膜铺设于电缆、机翼等待防护部件的表面时，通过对电热材料层21通电，电热材料层21能够产生热量，这能够提高多区域防除冰薄膜的温度，防止冰层产生，或者在冰层产生后，使冰层融化，通过对压电材料层31的通电，压电材料层31能够产生变形，使冰层破裂，通过二者的综合作用，可以较为容易地防止冰层的产生，以及对冰层进行清除。

进一步地，通过容置槽13的设置，能够降低多区域防除冰薄膜的厚度，以及防止电热材料层21与压电材料层31之间相互影响。

进一步地，通过使电热材料层21与压电材料层31之间的延伸方向不同，能够更容易地对冰层进行去除。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (12)

1.一种多区域防除冰薄膜，其特征在于：包括柔性基底、电热材料层及压电材料层，所述柔性基底包括第一区域及第二区域，所述电热材料层设置于所述第一区域上，所述压电材料层设置于所述第二区域上。

2.如权利要求1所述的多区域防除冰薄膜，其特征在于：所述电热材料层包括多个电热材料条，所述电热材料条的两端设置有电热导线，所述电热导线与第一电源相连；所述压电材料层包括多个压电材料条，所述压电材料条的两端设置有压电导线，所述压电导线与第二电源线相连。

3.如权利要求1所述的多区域防除冰薄膜，其特征在于：所述电热材料层包括多个电热材料条，所述电热材料条的两端设置有电热导线，所述压电材料层包括多个压电材料条，所述压电材料条的两端设置有压电导线，所述电热材料条与所述压电材料条均与同一电源相连。

4.如权利要求2或3所述的多区域防除冰薄膜，其特征在于：在所述电热导线上设置有第一开关，在所述压电导线上设置有第二开关。

5.如权利要求2所述的多区域防除冰薄膜，其特征在于：所述电热导线及所述压电导线分别设置于所述电热材料及所述压电材料的表面上，并分别与所述电热材料及所述压电材料电气相连。

6.如权利要求2所述的多区域防除冰薄膜，其特征在于：所述柔性基底上设置有容置槽，所述电热材料条及所述压电材料条设置于所述容置槽内。

7.如权利要求6所述的多区域防除冰薄膜，其特征在于：所述电热导线及所述压电导线设置于所述柔性基底的侧面上，并分别与所述电热材料条与所述压电材料条电气相连。

8.如权利要求3所述的多区域防除冰薄膜，其特征在于：在柔性基底上，电热导线及压电导线均为电极贴片并分别与电热材料条及压电材料条相连。

9.如权利要求1所述的多区域防除冰薄膜，其特征在于：所述多区域防除冰薄膜包括疏水蒙皮，所述电热材料层及所述压电材料层设置于所述疏水蒙皮及所述柔性基底之间。

10.如权利要求9所述的多区域防除冰薄膜，其特征在于：所述多区域防除冰薄膜包括粘合层，所述粘合层设置于所述柔性基底远离所述疏水蒙皮的一侧。

11.如权利要求1所述的多区域防除冰薄膜，其特征在于：所述电热材料层因通电而发热，所述电热材料层为由导电银胶、碳纳米管导电材料、石墨烯导电材料、导电炭黑材料、银纳米线导电材料、铜纳米线导电材料或导电高分子材料形成的电热材料层。

12.如权利要求1所述的多区域防除冰薄膜，其特征在于：所述压电材料层因通电而产生变形，所述压电材料层为由无机压电晶体、压电陶瓷或有机压电材料形成的压电材料层。