一种适用于复合材料构件的电热网格薄膜激光辅助制备方法技术

一种适用于复合材料构件的电热网格薄膜激光辅助制备方法，其特征是所述的方法主要包括：以金属电热丝为材料，通过3D打印方式铺放电热网格经线和纬线；然后对电热丝之间的交点、电热丝与边界的交点、电热丝与引电板的搭接处进行激光照射熔融，同时利用压力板对激光照射处辅以一定压力，使得交点处的厚度与电热丝直径相当。然后在电热网格两侧贴敷树脂薄膜形成电热网格薄膜。本发明专利技术使用合金电热丝材作为原材料，利用激光熔融方式连接电热丝的交点，工艺简单，对环境没有负面影响，柔性化程度高，同时适于单件、小批量、大批量生产，可以制备出平整度好、厚度较薄的电热网格薄膜，电热丝交点处连接稳固。丝交点处连接稳固。丝交点处连接稳固。

A laser assisted preparation method of electrothermal grid thin films for composite components

【技术实现步骤摘要】
一种适用于复合材料构件的电热网格薄膜激光辅助制备方法


[0001]本专利技术属于复合材料构件防除冰
，尤其是一种防除冰电加热薄膜的制备方法，具体地说是一种适用于纤维增强复合材料构件的电热网格薄膜激光辅助制备技术。

技术介绍

[0002]纤维增强树脂基复合材料因具有优异的物理化学性能，在航空航天领域得到广泛应用。在飞行器制造方面，纤维增强树脂基复合材料已被用于制作垂尾、平尾、机翼、机身等承力构件。飞行器上关键部位结冰是飞行实践中一种广泛存在的物理现象，它会导致飞行阻力提高、平衡性下降、重心偏移等问题，是造成飞行事故的主要原因之一。因此，纤维增强树脂基复合材料构件表面防除冰技术应运而生。这其中，电热防除冰是利用发热元件产生的焦耳热使复材构件表面温度升至冰点以上从而实现破坏冰层、防止结冰，该方法电热转化效率高、易于控制且不会损伤除冰表面。
[0003]目前，一种主流的复材构件防除冰加热技术是：采用电热合金网格作为加热元件，在电热网格表面贴覆薄膜后形成电热网格薄膜，将电热网格薄膜贴覆在复材构件外表面，再在其上覆盖金属保护层。采用电热网格作为加热元件的优势在于：可以对复材构件表面进行均匀加热；且一旦电热网格局部遭受冲击等外力破坏时，不会导致电热网格整体加热功能的失效。这其中，电热合金网格往往采用化学刻蚀、丝材编织、或者铣削加工等方式制作。采用化学刻蚀方法制备电热网格时，其网格电阻线路宽度较容易控制，但是工艺步骤复杂、且化学刻蚀液具有腐蚀性，环保性不好，不适于小批量或者单件生产。采用编织方法制备电热网格时，利用现有金属加热丝作为原材料，网格交点处的厚度至少是丝材直径的2倍，会造成电热网格薄膜厚度较大，与此同时需要确保网格交点处的两股电热丝的粘结具有一定的稳固性。还有一种方法制作电热网格，即采用铣削方式加工电热网格箔片（见专利技术专利申请号：202110384706 .2），这种方法适于加工多孔状电热箔片，电热网格图形无法进行复杂设计、网格电阻线路宽度无法实现精细化，导致电热网格加热均匀性不好，也不利于电热网格薄膜的轻量化。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有的各种电热网格制作方法存在的环保性差、工艺步骤复杂、厚度较大、网格线路无法精细化及轻量化等问题，专利技术一种适用于复合材料构件的电热网格薄膜激光辅助制备方法，所制备出的电热网格薄膜既可放置于纤维增强树脂基复合材料构件表面，也可以采用热压成型的方式嵌入到复材构件当中，从而实现复材构件的电热防除冰功能。所述方法柔性化程度高，既可用于单件或者小批量生产，也可用于大批量生产。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种适用于复合材料构件的电热网格薄膜激光辅助制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）选择微细直径（0.1毫米以下）的合金电热丝8作为加热丝原料，在耐高温材质基板1上布置第一引电箔片和第二引电箔片，所述第一引电箔片和第二引电箔片的厚度小于合金电热丝8的直径；在基板1上布置加热丝作为网格边界4和5（与第一引电箔片和第二引电箔片垂直、相互平行的两侧边）；基板1材质的熔点高于合金电热丝8的熔点。第一引电箔片和第二引电箔片的材质与合金电热丝8的材质一致。
[0006]（2）采用3D打印方式将合金电热丝8铺放成电热网格经线阵列6，部分经线的端点与第一引电箔片或者第二引电箔片搭接，部分经线的端点与网格边界4和5搭接；（3）采用3D打印方式在经线上铺放纬线阵列9，部分纬线的端点与第一引电箔2或第二引箔片3搭接，部分纬线的端点与电热网格边界4和5搭接，经线阵列6与纬线阵列9形成交点阵列。
[0007]（4）采用激光依次照射每个交点，控制激光束能量使得交点处的合金电热丝材料达到熔融温度；在激光照射交点时，采用压力板12对交点处施加一定的压力，使得交点处的经线与纬线融合连接，使得交点处的高度与合金电热丝直径相当。
[0008]（5）重复步骤（4），将所有经线与纬线的交点进行熔融连接，同时将经线及纬线与第一引电箔片和第二引电箔片的搭接处也进行熔融连接，将经线及纬线与网格边界4和5的搭接处也进行熔融连接，形成电热网格14。
[0009]（6）将电热网格14的一侧贴覆第一树脂薄膜15，在第一引电箔片和第二引电箔片上分别放置第一引电导线和第二引电导线；（7）在电热网格14的另一侧贴覆第二树脂薄膜18，形成电热网格薄膜19；树脂薄膜起到绝缘和传热的作用。
[0010]（8）在电热网格薄膜应用中，有两种方案可供选择：其一，在树脂基复合材料构件铺料过程中，将电热网格薄膜19嵌入其中，最终送入热压罐或者热压机成型，将电热网格薄膜19嵌入到复合材料构件之中；其二，先成型复合材料构件，然后将电热网格薄膜19贴覆在复合材料构件表面，在电热网格薄膜19之上再放置一层防护层。在使用电热功能时，将第一导线和第二导线接入加热电源，即可对树脂基复合材料构件进行加热，达到防除冰的目的。
[0011]所述的树脂薄膜15和18的材质与复合材料构件树脂基材种类一致；所述的激光加工头10上装有耐高温压力板12；所述的耐高温压力板采用透光材料制作，激光束11可以透过压力板12照射到合金电热丝交点13上；所采用的激光器输出的光束波长可以透射压力板12。在激光束照射合金电热丝交点13时，压力板12持续给合金电热丝交点13施加一定的压力，待合金电热丝交点13处材料熔融向下塌陷时，压力板12也向下移动至交点处下部电热丝。
[0012]本专利技术的有益效果是：1.工艺简单，对环境没有负面影响；2.可以制备平整度好、厚度较薄的电热网格薄膜，所制备的电热网格电热丝交点连接稳固；3.可以嵌入到树脂复合材料铺层中，并与其他纤维预浸料一同热压成型，形成具有防除冰功能的电热复合材料构件；4.可以铺放在复合材料构件表面，再辅以保护层，实现复合材料构件的电热防除冰功能。
附图说明
[0013]图1是本专利技术所述的3D打印方式铺放电热网格经线阵列示意图。
[0014]图2是本专利技术所述的电热网格经线与电热网格纬线铺放完成的示意图。
[0015]图3是本专利技术所述的激光熔融交点的示意图。
[0016]图4是本专利技术所述的合金加热丝交点处熔融连接状态示意图。
[0017]图5是本专利技术所述的激光辅助制备的电热网格示意图。
[0018]图6是本专利技术所述的电热网格薄膜示意图。
[0019]图7是本专利技术所述的电热网格薄膜嵌入复合材料构件中的示意图。
[0020]图中：1、基板；2、第一引电箔片；3、第二引电箔片；4和5、网格边界；6、径线阵列；7、3D打印头；8、电热丝；9、纬线阵列；10、激光加工头；11、激光束；12、压力板；13、电热丝交点；14、电热网格；15、第一树脂薄膜；16、第一导线；17、第二导线；18、第二树脂薄膜；19、电热网格薄膜；20、复合材料铺层组；21、加热电源。
具体实施方式
[0021]下面结合附图和具体实例对本专利技术做进一步的说明。
[0022]如图1至图7所示。
[0023]一种适用于复本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于复合材料构件的电热网格薄膜激光辅助制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）选择微细直径的合金电热丝（8）作为加热丝原料，在耐高温材质基板（1）上布置第一引电箔片（2）和第二引电箔片（3），所述第一引电箔片和第二引电箔片的厚度小于合金电热丝（8）的直径；在基板（1）上布置加热丝作为网格边界（4，5）；基板（1）材质的熔点高于合金电热丝（8）的熔点。2.第一引电箔片和第二引电箔片的材质与合金电热丝8的材质一致；（2）采用3D打印方式将合金电热丝（8）铺放成电热网格经线阵列（6），部分经线的端点与第一引电箔片或者第二引电箔片搭接，部分经线的端点与网格边界（4，5）搭接；（3）采用3D打印方式在经线上铺放纬线阵列（9），部分纬线的端点与第一引电箔（2）或第二引箔片（3）搭接，部分纬线的端点与电热网格边界（4，5）搭接，经线阵列（6）与纬线阵列（9）形成交点阵列；（4）采用激光照射经线阵列（6）与纬线阵列（9）相交的交点，控制激光束能量使得交点处的合金电热丝材料达到熔融温度；在激光照射交点时，采用压力板（12）对交点处施加一定的压力，使得交点处的经线与纬线融合连接，使得交点处的高度与合金电热丝直径相当；（5）重复步骤（4），将所有经线与纬线的交点进行熔融连接，同时将经线及纬线与第一引电箔片和第二引电箔片的搭接处也进行熔融连接，将经线及纬线与网格边界（4，5）的搭接处也进行熔融连接，形成电热网格（14）；（6）将电热网格（14）的一面贴覆第一树脂薄膜（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘壮，高长水，肖立军，张伟康，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：