由纳米微晶纤维素配制的飞行器防冰流体制造技术

本发明专利技术提供了一种飞行器防冰组合物，其包含冰点降低剂和含有纳米微晶纤维素的增稠剂。还提供了一种包含纳米微晶纤维素的增稠组合物。此外，还公开了纳米微晶纤维素在制造防冰组合物中的用途及在增稠组合物中的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及由纳米微晶纤维素配制的飞行器防冰流体及其应用。
技术介绍
由美国联邦航空管理局(FAA)、加拿大交通部和其他国际同行制定的法规禁止任何飞行器在飞行器机翼、螺旋桨或操纵面上附有霜、冰或雪时起飞。该法规同时禁止当有理由预期霜、冰或雪会附于飞行器上时的任何时候起飞，除非操作人员具有经批准的除冰或防冰程序。北美和欧洲航空团体发展出的通常做法是，在起飞前对积雪和其它冻降水进行除冰，随后进行飞行器防冰。飞行器除冰和防冰的目的是，在起飞之前及起飞时保持飞行器机翼和其他空气动力学敏感区域的清洁。通过采用加热的飞行器除冰流体进行飞行器除冰，以清理已累积有冻降水的飞行器表面。商用除冰流体一般是二醇溶液，例如乙二醇或丙二醇与水的混合物，其用作冰点降低剂。飞行器防冰是一种预防程序，其对处理过的飞行器表面提供保护，以防止在飞行器表面上不断形成霜或冰以及堆积雪或雪泥。在飞行器被除冰后，通过应用飞行器防冰流体(AAF)进行飞行器的防冰。防冰流体通常为由水溶性聚合物增稠的二醇溶液。在AAF中二醇溶液和水溶性聚合物的典型浓度按重量计分别为40-95%和0. 1-0. 5%0 AAF通常不加热使用，以在飞行器表面形成临时保护层。该AAF层具有比冻降水更低的冰点，冻降水在与防冰流体接触时融化。水溶性聚合物增稠剂防止防冰流体从倾斜的飞行器表面流下。这对于当飞行器等待起飞时免受降水影响而言很重要，从而不必反复应用防冰流体。然而，往往当流体层被融化的降水稀释时，其粘度下降，并且防冰流体层变得更薄且效果变低，而冻降水开始累积。相反，太厚的防冰流体即使在高剪切速率下(例如起飞过程中出现的剪切速率) 也会粘附在飞行器表面。这会导致气动力不稳定，并对飞行器提升和平衡产生不利的影响。因此，开发一种用于飞行器防冰流体的增稠剂是非常重要的，该飞行器防冰流体在低剪切条件(例如在滑行和等待过程中的剪切条件)下保持厚度和粘度，但在高剪切条件下(即在起飞时)也能被很容易地剪切除去。这样的非牛顿流体应当在不同剪切条件下有利地改变粘度。
技术实现思路
本专利技术提供了一种包含冰点降低剂和含有纳米微晶纤维素的增稠剂的飞行器防冰组合物。本专利技术还提供了一种包含水溶性聚合物增稠剂和纳米微晶纤维素的增稠组合物。本专利技术进一步提供了纳米微晶纤维素在制造防冰组合物中的应用。本专利技术此外还提供了纳米微晶纤维素在增稠组合物中的应用。附图说明现将通过参照以下附图进一步详细描述本专利技术，其中图1是涂覆有防冰流体的飞行器机翼的横截面图，示出了机翼表面上由防冰流体形成的保护层；图2是制作本专利技术的纳米微晶纤维素的两个优选方法的示意图；和图3是示出单独的羟乙基纤维素(HEC)、HEC与0. 5%的纳米微晶纤维素(NCC) — 起、HEC与0. 5%的胶态微晶(MCC) —起、2% NCC及2% MCC的粘度对剪切速率的图表。具体实施例方式在描述本专利技术时，本文中未定义的所有术语具有其通常的领域内公认的含义。在本文中使用时，术语“约”指的是正或负10%的余量，或在适当的测量设备或仪器的容差内。在飞行器防冰流体的评估中，有两个重要的性能特性，即针对即将到来的冻降水的保护时间或持续时间，以及在起飞时在飞行器表面上的防冰流体的空气动力学影响。这些在下文中进一步详述探讨。SAE标准对防冰性能规定了两个要求水喷淋持久试验(WSET)和高湿持久试验 (HHET)，它们可在人工气候试验室中进行。在WSET中降水速度通常为5g/dm2h，其中空气和表面温度被设置在_5. 0°C。高湿度持久性测试(HHET)代表霜累积，通常为通宵停放时的霜累积。在HHET中冰凝结的速度通常为0. 3g/dm2h，其中空气温度被设置在0°C，表面温度被设置在-5. 0°C，并且空气湿度被设置在96%。对于WSET和HHET测试两者而言测试过程相似。采用了防冰流体膜，并且在5分钟的沉降周期之后启动降水以使流体该流体达到稳定的厚度。将冰达到2. 5cm长度所需时间记录作为防冰流体的标准持续时间。图1说明了涂覆有防冰流体层12的飞行器机翼10， 以抵御冻降水14。残留在飞行器机翼表面上的除冰和防冰流体在起飞时必须流走，通常通过气流的剪切作用流走。如果流体粘度高并且在起飞速度下没有被剪切除去，这会对飞行器的空气动力性能及升力损失(lift loss)特征产生不利影响。此外，在较低的大气温度下，流体通常粘度更大，使得流体更难流走。随着飞行器在其起飞滑跑时加速，空气动力剪切力导致流体从飞行器表面流走。 从飞行器上被剪切除去的流体的量取决于在起飞滑跑时达到的速度及达到该速度所需的时间。有两个单独的空气动力学验收标准，一个针对较快转速的飞行器例如涡轮喷气机，而另一个针对较慢转速的飞行器例如涡轮螺桨飞机(turbo prop commuters)。测试的目标是确定最低温度，在该最低温度，除冰或防冰流体在起飞、在地面加速和攀爬过程中从飞行器表面流走时具有可接受的空气动力学特征。除冰和防冰流体的SAE空气动力学验收标准基于对低温风道中平板上的边界层位移厚度(BLDT)的测量。BLDT与飞行器起飞过程中的升力损失直接相关。在该测试中，还测试和记录在测试台(test section floor)中剩余的流体量。除流体在飞行器上的性能特征外，流体还必须具有良好的处理特性，并且流体在被喷到飞行器表面之前及在被喷到飞行器表面期间，在流体处理过程中流体的流动性不应当变差。因此，剪切稳定性和热稳定性是飞行器防冰流体的两个重要的处理特性。飞行器防冰流体从储罐泵入除冰车并且通过喷嘴喷射。这种流动在防冰流体中产生高剪切速率。高分子量聚合物增稠剂对剪切速率具有固有的敏感性，并且常常会降低以及彻底失去其增稠和增粘特征。当然，如果防冰组合物中的聚合物增稠剂降解，则粘度降低并且流体丧失其防冰特性。因此要求防冰流体制剂在可控的测试过程下不丧失超过20%的低剪切速率粘度。防冰流体制剂通常不加热使用，以在飞行器表面上得到最高的涂覆效率。然而，制剂中的聚合物增稠剂在加热时不应分解以及造成永久性粘度下降。本专利技术提供了一种纳米微晶纤维素形式的新型增稠剂及增稠剂组合物。纤维素是天然高分子材料，其与半纤维素和木质素一起构成了木材和农业生物质。它是葡萄糖重复单元的均聚物，所述葡萄糖重复单元由1-4个β-糖苷键连接。该1-4 个糖苷键以线性链形成纤维素，所述线性链通过氢键彼此强有力地相互作用。由于纤维素聚合物的规则结构和强氢键，纤维素聚合物高度结晶和聚集以形成子结构和微纤丝。 微纤丝又聚集形成纤维素纤维。从木材和农业生物质纯化的纤维素可通过细菌方法得以广泛分解或生产。如果纤维素材料由纳米纤维组成，并且该材料的性能由其纳米纤维结构决定，则这些聚合物可被称作纳米纤维素。一般而言，纳米纤维素是长度/直径比为约20至200的杆状纤丝。优选地，纳米纤维素具有小于约60nm的直径以及约150nm至约350nm的长度，更优选，直径在约 4nm至约15nm之间。通常，纳米纤维素的制备可通过两种方法描述，这两种方法都示于图2中。在第一种方法中，纳米纤维素可主要从木材或农业纤维的化学浆制备，通过酸解去除非晶区，然后产生纳米尺寸的纤丝。在末期，通过声处理或穿过高剪切微射流机，在水悬浮液中产生各晶须或微晶并稳定化并。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚曼·波卢克，赵利安，
申请(专利权)人：阿尔伯塔创新技术未来，
类型：发明
国别省市：