【技术实现步骤摘要】
本申请涉及飞机表面防/除冰领域，具体涉及一种复合电热单元的制备方法。
技术介绍
1、当飞机穿越过冷云层时，大量的过冷水滴会迅速在飞机表面冻结成冰，降低了飞机的操控性，严重影响飞行安全。目前，电热防除冰系统得益于其可控性强，反馈系统完备的优点在飞机防除冰领域展现出良好的应用前景。然而，传统电热防除冰系统主要采用在基板内侧布置电热丝作为发热元件，该系统通常存在重量大、高能耗、制作工艺困难等难题，严重制约了其应用。
2、近年来，通过直接在蒙皮表面涂覆电热涂层替代传统电热丝进行飞机防除冰获得了广泛关注。空气喷涂法作为一种经济高效的涂层制备手段，有着快速制备、规模化生产、适用于各种构型和涂层厚度可控等一系列优点，这为未来在飞机表面大面积构建自阻可控的电热防除冰涂层体系提供了可行制备手段。碳纳米管(cnt)具有优异的力学、电学和化学性能，因此在树脂中掺杂cnt作为导电填料所制备的电加热涂层同时具有优异的电/热学性能和轻量化的优点，如中国专利cn106366884a，该专利提供了一种水性碳纳米电热涂层液及其制备方法。考虑到现有飞机机身65％以上为金属基材料，并且为了进一步降低电热防除冰系统能耗，亟需研制一种具有绝缘体系且有定向传热能力的电热防除冰单元。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的上述不足，本申请的目的在于提供一种复合电热单元的制备方法。
2、为实现以上目的，本申请采用如下技术方案：
3、一种复合电热单元的制备方法，包括如下步骤：
4、s1
5、s2.将电热层的喷涂浆料喷涂在所述绝缘隔热层上，固化后得到电热层；
6、s3.将聚氨酯混合液均匀喷涂在电热层表面，固化后得到复合电热单元所述绝缘隔热层的喷涂材料为聚氨酯-sio2混合溶液。
7、优选的，所述电热层厚度为100μm～250μm。
8、优选的，所述聚氨酯-sio2混合溶液包括sio2含量为5wt％聚氨酯-sio2混合溶液和sio2含量为7.5wt％聚氨酯-sio2混合溶液，先后在基底上分别喷涂5wt％和7.5wt％含量的聚氨酯-sio2溶液并进行固化，得到喷涂有绝缘隔热层的基底。
9、优选的，所述聚氨酯-sio2混合溶液通过如下方法制备得到：
10、1).将无水乙醇溶剂、聚氨酯树脂和固化剂以31:20:1的质量比混合，搅拌后获得聚氨酯混合液；
11、2).在聚氨酯混合液中加入纳米二氧化硅颗粒，并搅拌，制成sio2含量分别5wt％和7.5wt％的pu-sio2混合溶液。
12、优选的，所述电热层的喷涂浆料是由导电填料与成膜物质分别以适当比例溶于有机溶剂后经处理后混合得到均匀的浆料，所述导电填料为碳纳米管(cnt)，所述成膜物质为聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)和聚氨酯(pu)，所述有机溶剂为n-n二甲基甲酰胺(dmf)。
13、优选的，所述碳纳米管、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚氨酯和n-n二甲基甲酰胺的质量百分比为0:10:2:100～12:10:2:100。
14、优选的，所述电热层的喷涂浆料通过如下方法制备得到：
15、1)将碳纳米管溶于n-n二甲基甲酰胺后室温下超声振动，得到碳纳米管悬浮液；将聚偏氟乙烯-六氟丙烯和聚氨酯溶于n-n二甲基甲酰胺后再搅拌，得到树脂混合液；
16、2)将所述碳纳米管悬浮液和所述树脂混合液混合后，搅拌制得。
17、优选的，所述绝缘导热层的喷涂材料是通过如下方法制备得到：
18、将无水乙醇溶剂、聚氨酯树脂和固化剂以31:20:1的质量比混合，搅拌后得到聚氨酯混合液，即得。
19、优选的，所述复合电热单元的厚度为150μm～300μm。
20、优选的，所述复合电热单元的尺寸大小为10cm×10cm。
21、本申请通过在聚氨酯溶液中添加导热性能极差的纳米二氧化硅颗粒实现绝缘隔热层的设计；以导电性能极好的碳纳米管作为导电填料完成高性能电热层的设计；在预处理过的铝合金基底上通过全过程喷涂自下而上依次完成绝缘隔热层、电热层和绝缘导热层的制备。并且采用本申请方法通过对电热层厚度调控，能够实现电加热除冰单元自阻可控。
22、与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：
23、(1)通过在电热层上下两端构筑绝缘层，有效地避免了电热涂层通电时短路现象。同时，由于绝缘隔热层与绝缘导热层有着粘附力强、耐磨、耐腐蚀等优点，可使得复合电热单元与基板有着更强的粘附力，进而让绝缘隔热层、电热层和绝缘导热层能够均匀、致密地形成一个整体。
24、(2)配制出了sio2含量不同的pu-sio2混合溶液，先后逐层喷涂在预处理过的基底上，通过让填充相sio2颗粒形成了纵向上的浓度差异，，增强了在不同层之间的界面处对热量传递的阻碍，使得双层结构隔热层拥有更好的隔热性能。从而在一定程度上实现了定向传热，提高了热量的利用效率且增强了电热单元除冰能力。
25、(3)电极片埋覆于绝缘隔热层与电热层之间，由于电热层是以溶液形式喷涂于绝缘隔热层与铜箔电极上，因此固化后与电极之间空隙大大减少，有效减少了电极与加热层间的接触电阻。
26、(4)复合电热单元的三层结构均采用简单喷涂方法制备而成。因此，所制得的复合电热单元可以应用于各种复杂结构，极大地降低了制造难度和后期维护成本。
27、(5)通过对电热层厚度的调控，实现了电加热除冰单元自阻可控，可在额定预留电压条件下，满足飞机不同部件/区域除冰需求，在实现除冰功能同时降低了能耗。
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1.一种复合电热单元的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的复合电热单元的制备方法，其特征在于，所述电热层厚度为100μm～250μm。
3.根据权利要求1所述的复合电热单元的制备方法，其特征在于，所述聚氨酯-SiO2混合溶液包括SiO2含量为5wt％聚氨酯-SiO2混合溶液和SiO2含量为7.5wt％聚氨酯-SiO2混合溶液，先后在基底上分别喷涂5wt％和7.5wt％含量的聚氨酯-SiO2溶液并进行固化，得到喷涂有绝缘隔热层的基底。
4.根据权利要求1所述的复合电热单元的制备方法，其特征在于，所述聚氨酯-SiO2混合溶液通过如下方法制备得到：
5.根据权利要求1所述的复合电热单元的制备方法，其特征在于，所述电热层的喷涂浆料是由导电填料与成膜物质分别以适当比例溶于有机溶剂后经处理后混合得到均匀的浆料，所述导电填料为碳纳米管，所述成膜物质为聚偏氟乙烯-六氟丙烯和聚氨酯，所述有机溶剂为N-N二甲基甲酰胺。
6.根据权利要求5所述的复合电热单元的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、
7.根据权利要求5所述的复合电热单元的制备方法，其特征在于，所述电热层的喷涂浆料通过如下方法制备得到：
8.根据权利要求1所述的复合电热单元的制备方法，其特征在于，所述绝缘导热层的喷涂材料是通过如下方法制备得到：
9.根据权利要求1所述的复合电热单元的制备方法，其特征在于，所述复合电热单元的厚度为150μm～300μm。
10.根据权利要求1所述的复合电热单元的制备方法，其特征在于，所述复合电热单元的尺寸大小为10cm×10cm。
...【技术特征摘要】
1.一种复合电热单元的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的复合电热单元的制备方法，其特征在于，所述电热层厚度为100μm～250μm。
3.根据权利要求1所述的复合电热单元的制备方法，其特征在于，所述聚氨酯-sio2混合溶液包括sio2含量为5wt％聚氨酯-sio2混合溶液和sio2含量为7.5wt％聚氨酯-sio2混合溶液，先后在基底上分别喷涂5wt％和7.5wt％含量的聚氨酯-sio2溶液并进行固化，得到喷涂有绝缘隔热层的基底。
4.根据权利要求1所述的复合电热单元的制备方法，其特征在于，所述聚氨酯-sio2混合溶液通过如下方法制备得到：
5.根据权利要求1所述的复合电热单元的制备方法，其特征在于，所述电热层的喷涂浆料是由导电填料与成膜物质分别以适当比例溶于有机溶剂后经处理后混合得到均匀的浆料，...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈一洲，周祥皇，付旭，赵凌峰，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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