一种飞机环氧复材防冰涂层及其构筑方法技术

本发明专利技术公开了一种飞机环氧复材防冰涂层，涉及飞机防冰技术领域，该涂层为纳米粒子改性的涂层，基体复合材料为碳纤维增强环氧树脂复合材料，纳米粒子选择为具有疏水性能三维枝状结构的气相二氧化硅纳米颗粒。本发明专利技术还公开了一种飞机环氧复材防冰涂层的构筑方法，包括纳米粒子与PTFE涂料的混合、分散、喷涂和固化等步骤。本发明专利技术基于气相二氧化硅三维枝状结构和PTFE涂料疏水性能形成三维枝状疏水结构，构建了一种新的抑制飞机环氧复材表面结冰的策略，解决了环氧树脂表面容易产生水附着和冰的堆积的易结冰特性问题以及环氧复材表面与冰之间机械连锁作用大导致除冰困难的问题，为碳纤维增强环氧树脂基飞机材料高效防冰表面的构筑提供了新的解决方案。筑提供了新的解决方案。筑提供了新的解决方案。

【技术实现步骤摘要】
一种飞机环氧复材防冰涂层及其构筑方法


[0001]本专利技术涉及飞机防冰
，尤其涉及一种飞机环氧复材防冰涂层及其构筑方法。

技术介绍

[0002]碳纤维增强复合材料是由碳纤维增强的树脂基复合材料，不仅在结构方面具有明显的各向异性和可设计性，即通过纤维方向、数量、层数和铺层顺序等进行设计，可以提高结构效率、减轻重量，进而减少能耗、提升燃油效率，同时在性能方面，表现出高比强度、高比模量、抗疲劳、抗振动、化学性质稳定、耐湿、耐腐蚀等独特优势，已广泛运用于火箭，导弹，飞机和人造卫星的结构部件上。但是，碳纤维增强环氧树脂作为飞机机翼材料时，不可避免会遇到结冰问题，结冰会增大机翼表面的粗糙程度，改变飞机的气动构型，进而影响飞机周围的流场，导致阻力的增加、升力的减小、失速特性的变化、稳定性和可控性的下降，甚至会导致事故的发生。如：1994年的Roselawn空难，机型为ATR
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72
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202的美鹰航空班机因结冰导致飞机失控，在罗斯兰附近坠落。对于纤维增强环氧树脂材料的机翼防冰面临难题，一是环氧树脂是亲水型树脂，其疏水角低于90
°
，导致环氧树脂表面容易产生水的附着以及冰的堆积。二是碳纤维增强材料的热导率(0.5
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3.2W/mK)远低于合金的热导率(铝合金～150W/mK)，导致主动防除冰技术的热能利用效率极低。
[0003]因此，本领域的技术人员致力于开发一种飞机环氧复材防冰涂层及其构筑方法，以解决使用纤维增强环氧树脂材料的机翼防冰的技术问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何解决碳纤维增强环氧树脂材料易结冰的问题。为实现该目的，本专利技术提供了一种飞机环氧复材防冰涂层，所述涂层为纳米粒子改性的涂层，基体复合材料为碳纤维增强环氧树脂复合材料。
[0005]进一步地，所述纳米粒子改性的涂层由纳米粒子和涂料经固化形成，所述纳米粒子的质量百分比为5
‑
15％，所述涂料的质量百分比为85
‑
95％。
[0006]进一步地，所述纳米粒子为气相二氧化硅，所述涂料为PTFE涂料。
[0007]进一步地，所述涂层的厚度为20
‑
30μm。
[0008]进一步地，所述气相二氧化硅为通过气相合成法制成的三维枝状结构的纳米颗粒，平均粒径为15nm。
[0009]进一步地，所述飞机环氧复材防冰涂层为固化后的PTFE在具有三维枝状结构二氧化硅上形成三维枝状疏水微纳结构的环氧复材表面防冰涂层。
[0010]本专利技术还提供了一种飞机环氧复材防冰涂层的构筑方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1、向烧杯中加入纳米粒子，质量百分比为5
‑
15％；
[0012]步骤2、向烧杯中加入PTFE涂料，质量百分比为85
‑
95％；
[0013]步骤3、搅拌，使所述纳米粒子和所述PTFE涂料混合均匀；
[0014]步骤4、将所述纳米粒子和所述PTFE涂料进行超声分散得到纳米粒子/PTFE涂料；
[0015]步骤5、将所述纳米粒子/PTFE涂料通过喷枪喷涂在碳纤维增强环氧树脂复合材料表面；
[0016]步骤6、将所述步骤5中制得的样品置于常温常压下干燥固化，最终制得所述飞机环氧复材防冰涂层。
[0017]进一步地，所述纳米粒子为气相二氧化硅，由气相合成法制成，具有三维枝状结构，平均粒径为15nm。
[0018]进一步地，所述步骤3中所述搅拌为磁力搅拌方式，所述搅拌的时间为30
‑
40min，所述搅拌的转速为1000r/min，所述步骤4中所述超声分散的时间为30
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40min，所述步骤6中的所述干燥固化时间为20
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24小时。
[0019]进一步地，所述步骤5中的所述喷涂工艺为将所述步骤4中得到的所述纳米粒子/PTFE涂料以薄雾喷涂、反复多次的方式喷涂到外观无明显缺陷。
[0020]在本专利技术的较佳实施方式中，在基体复合材料表面构筑具有防冰特性的功能材料，构筑的防冰表面气相二氧化硅/PTFE涂料具有物理形态稳定、无分层等优点，制备工艺具有操作简单、实用性强等特点。
[0021]在本专利技术的另一较佳实施方式中，在
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15℃过冷水滴和
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18℃壁面温度的条件下，喷涂10％气相二氧化硅的PTFE涂料的环氧复材表面的结冰延迟时间增加了5.4倍，即便在
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24℃极端壁面温度的条件下，改性涂层的结冰延迟时间仍然优于在
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18℃壁面温度的未构筑防冰表面的环氧复材表面，表明在更极端的低温条件下喷涂10％气相二氧化硅的PTFE涂料的环氧复材表面仍保持优异的防冰性能。该防冰表面的构筑方法解决了环氧树脂表面容易产生水附着和冰的堆积的易结冰特性问题，以及环氧复材表面与冰之间机械连锁作用大导致除冰困难的问题，为碳纤维增强环氧树脂基飞机材料高效防冰表面的构筑提供了新的解决方案。
[0022]本专利技术基于气相二氧化硅和聚四氟乙烯(PTFE)涂料的飞机环氧复材防冰表面的构筑方法，通过气相二氧化硅三维枝状结构和PTFE涂料疏水性能形成三维枝状疏水结构，提升环氧复材表面的疏水性能和结冰延迟时间，达到飞机环氧复材的防冰效果。本专利技术采用的飞机环氧复材防冰表面的构筑方法与主动防除冰技术相比，不仅具有耗能小，不给飞机带来额外负重，减少环境污染等优点，还能与现有的结冰防护技术结合使用，降低能耗、提高结冰防护体系的效率。
[0023]以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。
附图说明
[0024]图1是本专利技术一个较佳实施例的碳纤维环氧树脂复合材料改性前后的接触角图；
[0025]图2是本专利技术一个较佳实施例在
‑
18℃壁面温度下，
‑
15℃过冷水滴(粒径为(2.1
±
0.1)mm)撞击到构筑不同飞机环氧复材防冰表面的结冰过程图；
[0026]图3是本专利技术一个较佳实施例在
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24℃壁面温度下，
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15℃过冷水滴(粒径为(2.1
±
0.1)mm)撞击到涂层3的飞机环氧复材防冰表面的结冰过程图；
[0027]其中：涂层1
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聚四氟乙烯粉体/PTFE涂层；涂层2
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疏水二氧化硅/PTFE涂层；涂层3
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气相二氧化硅/PTFE涂层。
具体实施方式
[0028]以下参考说明书附图介绍本专利技术的多个优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
[0029]在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞机环氧复材防冰涂层，其特征在于，所述涂层为纳米粒子改性的涂层，基体复合材料为碳纤维增强环氧树脂复合材料。2.如权利要求1所述的飞机环氧复材防冰涂层，其特征在于，所述纳米粒子改性的涂层由纳米粒子和涂料经固化形成，所述纳米粒子的质量百分比为5
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15％，所述涂料的质量百分比为85
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95％。3.如权利要求2所述的飞机环氧复材防冰涂层，其特征在于，所述纳米粒子为气相二氧化硅，所述涂料为PTFE涂料。4.如权利要求1所述的飞机环氧复材防冰涂层，其特征在于，所述涂层的厚度为20
‑
30μm。5.如权利要求3所述的飞机环氧复材防冰涂层，其特征在于，所述气相二氧化硅为通过气相合成方法制成的三维枝状结构的纳米颗粒，平均粒径为15nm。6.如权利要求3所述的飞机环氧复材防冰涂层，其特征在于，所述飞机环氧复材防冰涂层为固化后的PTFE在具有三维枝状结构二氧化硅上形成三维枝状疏水微纳结构的环氧复材表面防冰涂层。7.一种如权利要求1
‑
6中任一项所述飞机环氧复材防冰涂层的构筑方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、向烧杯中加入纳米粒子，质量百分比为5
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15％；步骤2...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄小彬，盛浩强，刘洪，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：