一种低界面韧性涂层耦合电脉冲的低能耗除冰材料及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种低界面韧性涂层耦合电脉冲的低能耗除冰材料及制备方法；该材料包括自上而下依次组成的低界面韧性涂层、基底材料层和电脉冲线圈。本发明专利技术结合了主动除冰和被动除冰的特点，同时利用低界面韧性涂层低的固

【技术实现步骤摘要】
一种低界面韧性涂层耦合电脉冲的低能耗除冰材料及制备方法


[0001]本专利技术涉及除冰材料
；尤其涉及一种低界面韧性涂层耦合电脉冲的低能耗除冰材料及制备方法。

技术介绍

[0002]云层中含有的过冷液滴会迅速在飞机表面冻结成冰，使得飞机的气动外形受到严重破坏，引起周围气流紊乱，降低飞机升阻比，同时也降低了飞机的操控性，严重影响了飞行安全。
[0003]目前，飞机防/除冰系统可以具体分为主动除冰系统和被动防冰系统。主动除冰技术是在结冰后进行除冰，即允许少量的结冰并周期性地去除，如热力除冰技术和机械除冰技术。而被动防冰技术则是在结冰前防止结冰，即飞行过程中不允许出现结冰现象，如超疏水表面防冰技术和低界面韧性表面防冰技术。热力除冰包括气热除冰、电热除冰等，主要通过传递热量使冰层融化而被除去；机械除冰包括电脉冲除冰、电脉冲除冰等，通过电脉冲线圈或电脉冲线圈等元件产生机械振动实现冰层脱落；超疏水表面具有较大的接触角和较小的滚动角，能有效降低冰粘附力和延迟结冰时间；低界面韧性涂层通过诱导材料表面形成固冰界面微裂纹来降低界面断裂韧性，使微裂纹在较低的除冰外力作用下迅速扩展，在应对大面结构除冰过程中可以显著降低除冰外力。
[0004]电脉冲除冰是基于涡流原理，当电容器进行放电时，飞机蒙皮会在通电线圈的感应下产生涡流，由于放电时间短，线圈内部会快速通过极大的电流，根据电磁感应定律，蒙皮与脉冲线圈之间会因此产生电磁力，该电磁力作用在蒙皮上会使其发生一小段位移，但由于瞬时加速度很大，表面冰层会被振碎，最终在气流的作用下可以实现冰层脱离表面。
[0005]目前主动除冰与被动防冰相结合的除冰研究相对较少，电脉冲除冰由于能耗较低、除冰效率高、结构简单、易维修等优势广泛应用于结冰部件的除冰，但除冰能耗的存在仍是一个不可忽略的问题，尤其是不利于大面积结构除冰，而低界面韧性涂层具有低的固
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冰界面断裂韧性，能诱发裂纹的萌生与扩展进行除冰，但仍需要一定的外力使冰层脱落。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供了一种低界面韧性涂层耦合电脉冲的低能耗除冰材料及制备方法。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0008]本专利技术涉及一种低界面韧性涂层耦合电脉冲的低能耗除冰材料，包括：自上而下依次组成的低界面韧性涂层、基底材料层和电脉冲线圈。
[0009]优选的，所述低界面韧性涂层为PTFE、多孔PDMS或PDMA等任一低界面韧性材料。
[0010]优选的，所述基底材料层为铝合金材料基板。
[0011]优选的，所述电脉冲线圈的电容为1500μF。
[0012]优选的，所述电脉冲线圈与基底材料层的间距为0mm、1mm或2mm。
[0013]优选的，所述电脉冲线圈的尺寸为内径4mm、外径60mm或内径4mm、外径80mm。
[0014]本专利技术还涉及前述的低界面韧性涂层耦合电脉冲的低能耗除冰材料的制备方法，包括如下步骤：
[0015]步骤1，将基底预处理：对基底材料进行喷砂、阳极氧化处理和粗糙化处理，清洁后烘干备用；
[0016]步骤2，将低界面韧性涂层聚合物前驱体、粘结剂与助剂混合，并配置成基料，搅拌；
[0017]步骤3，将步骤2配置好的基料喷涂于步骤1预处理后的基底材料表面上，最后进行固化，冷却后即得到覆有低界面韧性涂层的基底材料层；
[0018]步骤4，将电脉冲线圈固定于覆有低界面韧性涂层的基底材料层底部。
[0019]优选的，步骤1中，采用砂纸除去氧化皮，用丙酮除去油污，超声波清洗20min，最后用蒸馏水和无水乙醇清洁，低温烘干。
[0020]优选的，步骤2中，所述聚合物前驱体、粘结剂与助剂的质量比为6:6:1。
[0021]优选的，步骤2中，所述粘结剂为纯度40％的磷酸二氢铝。
[0022]优选的，步骤3中，所述喷涂的压力为0.25MPa，所述固化的温度为350℃，所述喷涂处理为利用喷嘴直径为2mm的喷枪，在距离基底材料层的表面10cm位置进行喷涂。
[0023]进一步地，使用本专利技术低界面韧性涂层耦合电脉冲的低能耗除冰材料时，优选调节电脉冲线圈中电容器充电电压的大小为300V、400V、500V等。
[0024]本专利技术所提供的低界面韧性涂层，是采用前述的任意一种低界面韧性涂层材料制备的，即属于低界面韧性涂层材料就满足要求。
[0025]本专利技术所涉及的低界面韧性涂层，不但拥有超疏水表面降低冰黏附强度和延迟结冰时间的特性，该涂层还因其低的固
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冰界面断裂韧性，可以诱导微裂纹的产生，在较低的除冰外力作用下微裂纹便可以实现快速扩展，同时研究发现，随着除冰面积的增加，在一定范围内除冰外力保持不变，不受面积变化的影响，可见低界面韧性涂层对于大面积结构除冰展现出独特的优势。
[0026]对于电脉冲除冰而言，是依靠固定在基底材料层下部的电脉冲线圈的冲击，引起基底材料产生振动，对于基底材料层而言，振动的大小和效果会受到电脉冲线圈的尺寸、线圈与基底材料层间距的影响，振动的程度会直接影响除冰效果的好坏。因此，为了达到更好的除冰效果，本专利技术设计了合理的电脉冲线圈尺寸和基底材料层(铝合金材料基板)间距。此外，利用电脉冲除冰，需要电源对电容器进行充电，为了满足低能耗的要求，需要调节合理的充电电压大小。
[0027]本专利技术从主动除冰与被动防冰相结合应用的角度出发，利用低界面韧性涂层耦合电脉冲除冰，可以有效解决主动除冰能耗高以及被动防冰结束在大面积结构除冰涉及的除冰外力问题，从而实现大面积、低能耗、高效除冰的目的。
[0028]本专利技术具有以下优点：
[0029](1)本专利技术低界面韧性涂层耦合电脉冲的低能耗除冰方法，综合了电脉冲除冰效率高、结构简单的特点和低界面韧性涂层对于大面积结构除冰的优势，将主动除冰与被动防冰技术结合起来，可以实现低能耗、高效、大面积除冰，有效降低了除冰外力，且操作简
单。
[0030](2)本专利技术在除冰表面应用低界面韧性涂层，由于其低的固
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冰界面断裂韧性，可以诱导微裂纹的产生和快速扩展，随着除冰面积的增加，在一定范围内除冰外力不受面积的影响，因此在应对大面积除冰时，依靠低界面韧性涂层可以显著降低除冰外力，再结合电脉冲除冰，通过电脉冲线圈与基底板之间产生的强大电磁力使基底板产生振动，从而大大降低除去表面冰层的外力，具有更明显的优势。
[0031](3)本专利技术利用电脉冲除冰具有较低的能耗，而结合低界面韧性涂层，能够更加显著的降低能耗，无论是相较于电热除冰还是单纯的电脉冲除冰，都具有更低的能耗，能够满足飞机表面低能耗除冰的需求，且有效提高了除冰效率，可以适应于多变复杂的飞行环境，对低能高效、大面积表面除冰的技术发展具有重要意义。
附图说明
[0032]图1为本专利技术所涉及的一种低界面韧性涂层耦合电脉冲的低能耗除冰方法的工艺流程示意图；
[0033]图2为本专利技术所涉及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低界面韧性涂层耦合电脉冲的低能耗除冰材料，其特征在于，包括：自上而下依次组成的低界面韧性涂层、基底材料层和电脉冲线圈。2.如要求1所述低界面韧性涂层耦合电脉冲的低能耗除冰材料，其特征在于，所述低界面韧性涂层为PTFE、多孔PDMS或PDMA任一低界面韧性材料。3.如根据权利要求1所述低界面韧性涂层耦合电脉冲的低能耗除冰材料，其特征在于，所述基底材料层为铝合金材料基板。4.如权利要求1所述低界面韧性涂层耦合电脉冲的低能耗除冰材料，其特征在于，所述电脉冲线圈的电容为1500μF。5.如权利要求1所述低界面韧性涂层耦合电脉冲的低能耗除冰材料，其特征在于，所述电脉冲线圈与基底材料层的间距为0mm、1mm或2mm。6.如根据权利要求1所述低界面韧性涂层耦合电脉冲的低能耗除冰材料，其特征在于，所述电脉冲线圈的尺寸为：内径4mm、外径60mm或内径4mm、外径80mm。7.一种如权利要求1
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6任一项中所述的低界面韧性涂层耦合电脉冲的低能耗除冰材料的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈一洲，贺俊健，吴炳泉，王喆，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：