CN208739441U - 防除冰复合薄膜 - Google Patents

Abstract

一种防除冰复合薄膜，包括柔性基底、疏水蒙皮、电热材料层及压电材料层，所述电热材料层及所述压电材料层设置于所述柔性基底上，所述疏水蒙皮盖设于所述柔性基底、所述电热材料层及所述压电材料层外。该防除冰复合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

防除冰复合薄膜

技术领域

本实用新型涉及防除冰领域，尤其是一种防除冰复合薄膜。

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。这种通常为人所孰知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零下30度以上，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2008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防除冰复合薄膜，该防除冰复合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防除冰复合薄膜，包括柔性基底、疏水蒙皮、电热材料层及压电材料层，所述电热材料层及所述压电材料层设置于所述柔性基底上，所述疏水蒙皮盖设于所述柔性基底、所述电热材料层及所述压电材料层外。

进一步地，所述电热材料层及所述压电材料层分别设置于所述柔性基底的两个侧面上。

进一步地，所述电热材料层及压电材料层的其中之一设置于所述疏水蒙皮与所述柔性基底之间，所述电热材料层及压电材料层的其中另一设置于所述柔性基底远离所述疏水蒙皮的一侧。

进一步地，所述电热材料层及所述压电材料层均设置于所述柔性基底的同一侧，在所述电热材料层及所述压电材料层之间设置有绝缘层。

进一步地，所述电热材料层包括多个电热材料条，所述压电材料层包括多个压电材料条，所述电热材料条的两端均设置有电热导线，所述电热导线与所述电热材料条相连，所述压电材料条两端均设置有压电导线，所述压电导线与所述压电材料条相连。

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，所述电热导线设置于所述柔性基底的电热材料层所在的一侧的表面上，并盖设于所述电热材料条的端部上，所述压电导线设置于所述柔性基底的压电材料层所在的一侧的表面上，并盖设于所述压电材料条的端部上。

进一步地，所述压电导线与电热导线均与电源相连，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，所述电热导线与第一电源相连，在所述电热导线上设置有第一开关，所述压电导线与所述第二电源相连，在所述压电导线上设置有第二开关。

进一步地，所述电热材料层包括多个电热材料条，所述压电材料层包括多个压电材料条，所述电热材料条及所述压电材料条沿不同方向延伸，所述绝缘层形成于所述电热材料条及所述压电材料条的相交处。

进一步地，所述疏水蒙皮为经由疏水高分子处理、疏水金属氧化物处理和表面粗糙化处理中的一种或多种处理方法制备而成的疏水蒙皮。

进一步地，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、导电高分子材料中的一种或多种材料形成的电热材料层。

进一步地，所述压电材料层为由无机压电晶体、压电陶瓷和/或有机压电材料形成的压电材料层。

进一步地，所述防除冰复合薄膜包括粘合层，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。

在本实用新型中，通过疏水蒙皮的设置，水在落到防除冰复合薄膜上时能够较为容易地从疏水蒙皮上脱离，水不容易在防除冰复合薄膜上聚集；通过电热材料的设置将疏水蒙皮、电热材料层及压电材料层同时设置于柔性基底上，当防除冰复合薄膜铺设于电缆、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，这能够提高防除冰复合薄膜的温度，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及振动，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；通过柔性基底的设置，能够使得防除冰复合薄膜较为容易地贴附于待防护部件的表面上，且能够方便压电材料的变形及振动。也即，在本实施例中，通过将柔性基底、疏水蒙皮、电热材料及压电材料集成于一体，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。

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防除冰复合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所示为本实用新型第二实施例提供的防除冰复合薄膜的截面结构示意图。

图4所示为图3中防除冰复合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防除冰复合薄膜，该防除冰复合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防除冰复合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，本实用新型提供的防除冰复合薄膜包括柔性基底10(见图2)、疏水蒙皮20(见图 2)、因通电而发热的电热材料层31及因通电而变形的压电材料层41，电热材料层31及压电材料层41设置于柔性基底10上，疏水蒙皮20盖设于柔性基底10、电热材料层31及压电材料层41外。

在本实施例中，通过疏水蒙皮20的设置，水在落到防除冰复合薄膜上时能够较为容易地从疏水蒙皮20上脱离，水不容易在防除冰复合薄膜上聚集；将疏水蒙皮20、电热材料层31及压电材料层41同时设置于柔性基底10上，当防除冰复合薄膜铺设于电缆、机翼等待防护部件的表面时，通过对电热材料层31通电，电热材料层31能够产生热量，这能够提高防除冰复合薄膜的温度，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41的通电，压电材料层41能够产生变形及振动，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；通过柔性基底10的设置，能够使得防除冰复合薄膜较为容易地贴附于待防护部件的表面上，且能够方便压电材料的变形及振动。也即，在本实施例中，通过将柔性基底10、疏水蒙皮20、电热材料层31及压电材料层41集成于一体，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。

进一步地，在本实施例中，为了防止电热材料及压电材料之间相互的影响，在本实施例中，电热材料层31及压电材料层41分别设置于柔性基底10的两个侧面上(在图1中，为了表示防除冰复合薄膜的整体情况，省去了疏水蒙皮20，并将位于下层的压电材料层41用虚线表示)，也即电热材料层31及压电材料层41二者中的其中之一设置于疏水蒙皮 20与柔性基底10之间，电热材料层31及压电材料层41的其中另一设置于柔性基底10远离疏水蒙皮20的一侧。优选地，疏水蒙皮20盖设于电热材料层31上，也即，电热材料层31设置于疏水蒙皮20与柔性基底10之间，压电材料层41设置于柔性基底10远离疏水蒙皮20的一侧，电热材料层31朝向压电材料层41方向的投影，落于压电材料层41 上，电热材料层31与压电材料层41重合设置，且分别设置于柔性基底 10的两侧，换句话说，疏水蒙皮20、电热材料层31、柔性基底10及压电材料层41依次层叠设置。

在本实施例中，电热材料层31包括多个电热材料条，而压电材料层41包括多个压电材料条，使电热材料层31及压电材料层41呈条状，能够使其具有更好的柔性，提高防除冰复合薄膜的形变性能，增加除冰效率。电热材料条的两端均设置有电热导线32，电热导线32与第一电源33相连，通过第一电源33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42，压电导线42与第二电源43相连，通过第二电源43为压电材料提供电能。在电热导线32上还设置有第一开关34，在压电导线42上还设置有第二开关44，通过第一开关34及第二开关44 对电热材料层31及压电材料层41进行控制。

可以理解地，在其它实施例中，压电导线42与电热导线32均与同一个电源(图未示)相连，在电热导线32及压电导线42上分别设置有第一开关34及第二开关44。

为了便于电热导线32及压电导线42分别与电热材料条及压电材料条的连接，以及保证连接的稳定性，在本实施例中，电热导线32及压电导线42在柔性基底10上的部分均可以为电极贴片，由于电极贴片呈片状，这能够使得贴片与电热材料条或压电材料条的连接方式从点接触变为面接触，增加连接的稳定性。

电热材料条及压电材料条的延伸方向相互垂直，电热导线32及压电导线42均设置于柔性基底10的侧面上，并分别与电热材料条及压电材料条电气相连，以免相互干扰。进一步地，在电热导线32及压电导线42的交界处还设置有绝缘体11。

在另一实施例中，电热导线32可以设置于柔性基底10的电热材料层31所在一侧的表面上，并盖设于电热材料条的端部上；压电导线42 可以设置于柔性基底10的压电材料层41所在的一侧的表面上，并盖设于压电材料条的端部上。

进一步地，在本实施例中，防除冰复合薄膜还包括粘合层50，粘合层50设置于柔性基底10远离疏水蒙皮20的一侧，以便于防除冰复合薄膜直接贴附于待防护部件上。

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。

疏水蒙皮20为经由疏水高分子处理、疏水金属氧化物处理和表面粗糙化处理中的一种或多种处理方法制备而成的疏水蒙皮20，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。

电热材料层31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31。因石墨烯导电材料、导电炭黑材料易于获得，具有长效稳定性，故电热材料优选为石墨烯导电材料或导电炭黑材料。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41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41。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。

电热导线32及压电导线42均为金属薄片或者金属导线，电热导线 32及压电导线42通过粘合胶粘合于柔性基底10上。

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防除冰复合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20，以石墨烯导电材料作为电热材料层31，以压电陶瓷材料作为压电材料层41形成一防除冰复合薄膜，将多个防除冰复合薄膜并列固定于飞机的表面，疏水蒙皮20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。可以对本防除冰复合薄膜进行可控式通电，有选择地使用电热材料层31及压电材料层41对待防护部件进行防冰及除冰保护。比如，当防除冰复合薄膜处于较低温度环境或刚开始结冰时，可以仅对电热材料层31间进行通电，通过电热材料层31对疏水蒙皮20进行加热；当防除冰复合薄膜中的冰层厚度增加时，可以仅对压电材料层41进行通电，通过压电材料层41的形变及振动使冰层破裂；当防除冰复合薄膜中的冰层厚度超过一定程度时，可以同时对电热材料层31及压电材料层41进行通电，以二者的共同作用对冰层进行处理。

图3所示为本实用新型第二实施例提供的防除冰复合薄膜的截面结构示意图，图4所示为图3中防除冰复合薄膜的俯视结构示意图。如图 3及图4所示，本实用新型第二实施例提供的防除冰复合薄膜的结构与第一实施例中的基本相同，其不同之处在于，在本实施例中，电热材料层31及压电材料层41均位于柔性基底10的同一侧，优选为位于柔性基底10与疏水蒙皮20之间，在电热材料层31与压电材料层41之间设置有绝缘层60。这样的设置能够使电热材料层31及压电材料层41更靠近结冰面，提高防除冰效果。

进一步地，在本实施例中，电热材料层31及压电材料层41均可以由电热材料条及压电材料条构成，电热材料条及压电材料条沿不同方向延伸，绝缘层60设置于电热材料条及压电材料条的相交处。这样能够减少绝缘层的面积，提高防除冰效果。

综上所述，在本实用新型中，通过疏水蒙皮20的设置，水在落到防除冰复合薄膜上时能够较为容易地从疏水蒙皮20上脱离，水不容易在防除冰复合薄膜上聚集；通过电热材料的设置将疏水蒙皮20、电热材料层31及压电材料层41同时设置于柔性基底10上，当防除冰复合薄膜铺设于电缆、机翼等待防护部件的表面时，通过对电热材料层31通电，电热材料层31能够产生热量，这能够提高防除冰复合薄膜的温度，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41 的通电，压电材料层41能够产生变形及振动，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；通过柔性基底10的设置，能够使得防除冰复合薄膜较为容易地贴附于待防护部件的表面上，且能够方便压电材料的变形及振动。也即，在本实施例中，通过将柔性基底10、疏水蒙皮20、电热材料及压电材料集成于一体，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。

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 (15)

1.一种防除冰复合薄膜，其特征在于：包括柔性基底、疏水蒙皮、电热材料层及压电材料层，所述电热材料层及所述压电材料层设置于所述柔性基底上，所述疏水蒙皮盖设于所述柔性基底、所述电热材料层及所述压电材料层外。

2.如权利要求1所述的防除冰复合薄膜，其特征在于：所述电热材料层及所述压电材料层分别设置于所述柔性基底的两个侧面上。

3.如权利要求2所述的防除冰复合薄膜，其特征在于：所述电热材料层及压电材料层的其中之一设置于所述疏水蒙皮与所述柔性基底之间，所述电热材料层及压电材料层的其中另一设置于所述柔性基底远离所述疏水蒙皮的一侧。

4.如权利要求1所述的防除冰复合薄膜，其特征在于：所述电热材料层及所述压电材料层均设置于所述柔性基底的同一侧，在所述电热材料层及所述压电材料层之间设置有绝缘层。

5.如权利要求3或4所述的防除冰复合薄膜，其特征在于：所述电热材料层包括多个电热材料条，所述压电材料层包括多个压电材料条，所述电热材料条的两端均设置有电热导线，所述电热导线与所述电热材料条相连，所述压电材料条两端均设置有压电导线，所述压电导线与所述压电材料条相连。

6.如权利要求5所述的防除冰复合薄膜，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。

7.如权利要求5所述的防除冰复合薄膜，其特征在于：所述电热材料条及所述压电材料条的延伸方向相互垂直，所述电热导线及所述压电导线均设置于所述柔性基底的侧面上，并分别与所述电热材料条及所述压电材料条电气相连。

8.如权利要求5所述的防除冰复合薄膜，其特征在于：所述电热导线设置于所述柔性基底的电热材料层所在的一侧的表面上，并盖设于所述电热材料条的端部上，所述压电导线设置于所述柔性基底的压电材料层所在的一侧的表面上，并盖设于所述压电材料条的端部上。

9.如权利要求5所述的防除冰复合薄膜，其特征在于：所述压电导线与电热导线均与电源相连，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。

10.如权利要求5所述的防除冰复合薄膜，其特征在于：所述电热导线与第一电源相连，在所述电热导线上设置有第一开关，所述压电导线与第二电源相连，在所述压电导线上设置有第二开关。

11.如权利要求4所述的防除冰复合薄膜，其特征在于：所述电热材料层包括多个电热材料条，所述压电材料层包括多个压电材料条，所述电热材料条及所述压电材料条沿不同方向延伸，所述绝缘层形成于所述电热材料条及所述压电材料条的相交处。

12.如权利要求1所述的防除冰复合薄膜，其特征在于：所述疏水蒙皮为经由疏水高分子处理、疏水金属氧化物处理和表面粗糙化处理中的一种或多种处理方法制备而成的疏水蒙皮。

13.如权利要求1所述的防除冰复合薄膜，其特征在于：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、导电高分子材料中的一种或多种材料形成的电热材料层。

14.如权利要求1所述的防除冰复合薄膜，其特征在于：所述压电材料层为由无机压电晶体、压电陶瓷和/或有机压电材料形成的压电材料层。

15.如权利要求1所述的防除冰复合薄膜，其特征在于：所述防除冰复合薄膜包括粘合层，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。