一种基于石墨烯的高强度柔性电热膜防除冰元件制造技术

本发明专利技术公开的一种基于石墨烯的高强度柔性电热膜防除冰元件，包括层合板结构，所述层合板结构包括发热层、粘合层，所述发热层包括两层石墨烯与包裹在所述两层石墨烯内的碳纤维丝，所述粘合层包括抗拉伸层和基层，所述基层与所述抗拉伸层通过改性形成一体化结构。所述碳纤维丝为弓型结构，本发明专利技术结合碳纤维管与碳纤维丝制备出了一种柔性电加热膜，所述发热层为弓型布质并且单元排布的碳纤维束丝以及两层石墨烯，通过实验证明这样的方式能取得良好的韧性。本发明专利技术采用石墨烯作为加热原材料，经实验证明升温速率比传统金属丝升温快20％。经实验证明升温速率比传统金属丝升温快20％。经实验证明升温速率比传统金属丝升温快20％。

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯的高强度柔性电热膜防除冰元件


[0001]本专利技术公开一种基于石墨烯的高强度柔性电热膜防除冰元件，涉及飞行器防除冰
，尤其涉及石墨烯柔性电加热膜防除冰


技术介绍

[0002]飞机在云、雾、雨或雪气象条件下飞行时，由于水滴冻结或水汽凝结容易在飞机的机翼、机身、发动机进气道、螺旋桨、直升机旋翼、机外传感器等表面聚积成冰层。飞机结冰破坏了飞机的气动外形，导致阻力增加，临界攻角减小，飞机操作性、稳定性下降，严重威胁飞行安全。国内外研究目前比较成熟的防除冰方式主要包括：机械防/除冰系统、化学防除冰系统、热气防除冰系统和电热防除冰系统。
[0003]现有研究表明，电热防除冰系统中应用石墨烯材料为电加热元件具备加热稳定均匀的优点，碳纳米管增韧聚酰亚胺作为粘结胶具有良好的导热性能与韧性，结合二者可以获得更优良的综合性能，现有技术中结合石墨烯
‑
碳纳米管
‑
聚酰亚胺提高相关性能的文献有专利(CN109862637A)、(CN110816854A)等，或者部分研究通过应用碳纤维材料以提高导热性能，例如(CN109532138B)、(CN 111995781A)。
[0004]综上所述，为了提高防除冰性能常对几类材料叠加应用。则关于提高热防除冰系统导热性能与韧性相关技术研究，如何在现有技术的基础上研究出一种新的叠加应用方式是需要解决的问题。
[0005]本
技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于，提供一种基于石墨烯的高强度柔性电热膜防除冰元件，解决现有技术中电热防除冰系统导热性能与韧性不佳的问题。
[0007]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，专利技术是通过以下技术方案实现：
[0008]一种基于石墨烯的高强度柔性电热膜防除冰元件，包括：层合板结构，所述层合板结构包括发热层、粘合层，所述发热层包括两层石墨烯与包裹在所述两层石墨烯内的碳纤维丝，所述粘合层包括抗拉伸层和基层，所述基层与所述抗拉伸层通过改性形成一体化结构。
[0009]进一步的，所述抗拉伸层为碳纳米管增韧聚酰亚胺，所述基层为所述层合板结构保护对象的表面。
[0010]进一步的，所述碳纤维丝为弓型，所述弓型结构以250X360mm为一单元均匀布置在两层所述石墨烯内。
[0011]进一步的，所述层合板结构还包括外表蒙皮层，所述外表蒙皮层为聚偏氟乙烯(PVDF)。
[0012]进一步的，所述层合板结构还包括导热层，所述导热层为导热硅胶。
[0013]进一步的，所述层合板结构还包括隔热层，所述导热层为聚氨酯硬质泡沫。
[0014]进一步的，所述层合板结构还包括电极，所述电极为导电金属。
[0015]进一步的，所述外表蒙皮层、导热层、发热层、隔热层、结构层、粘合剂依次层叠布
置，所述发热层厚度小于2mm，所述层合板结构总厚度小于20mm。
[0016]有益效果：
[0017]本专利技术结合碳纤维管与碳纤维丝制备出了一种柔性电加热膜，所述发热层为弓型布置并且单元排布的碳纤维束丝以及两层石墨烯，通过实验证明这样的方式能取得良好的韧性。并且本专利技术采用石墨烯作为加热原材料，经实验证明升温速率比传统金属丝升温快20％；其独特的层合板设计，厚度相比传统加热原件更薄，非常适合在高空中的飞机防除冰上使用。
[0018]此外本专利技术将加热元件铺设在机翼上方表面时，聚酰亚胺成型后仍然具有部分柔性，其可以更好包裹住飞机机翼表面，达到防/除冰功效。
[0019]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例所述的碳纤维丝束布置图；
[0021]图2为本专利技术实施例所述的复合层结构示意图；
[0022]图3为本专利技术实施例所述的复合层结构另一视角图；
[0023]图4为本专利技术实施例所述的复合层结构另一视角图；
[0024]图5为本专利技术实施例所述的复合层结构的局部图；
[0025]附图中：
[0026]1‑
外表蒙皮层，2
‑
导热层，3
‑
绝缘层，4
‑
石墨烯，5
‑
碳纤维丝束，6
‑
石墨烯，7
‑
绝缘层，8
‑
隔热层，9
‑
抗拉伸层，10
‑
基层，11
‑
电极，12
‑
加热层；
具体实施方式
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将结合附图对实施例对本专利技术进行详细说明。
[0028]实施例1
[0029]飞行器表面结冰是一个严重的问题。根据美国安全顾问在1990
‑
2020年间的数据统计，由于飞机结冰导致的飞行事故总计388起，占所有飞行事故的12％。我国也发生了多起因飞机结冰造成的飞行事故。1993年，一架MD
‑
82客机因防冰系统问题在乌鲁木齐坠毁；2001年我国空军两架军用运输机因平尾结冰相继坠毁；2004年东方航空公司一架飞机因表面结冰严重坠毁在内蒙古包头机场附近；2006年一架空军预警机因结冰原因坠毁于安徽广德县；2008年一架准备由广州飞往大阪的飞机由于前舱玻璃结冰紧急备降上海虹桥机场。
[0030]因此，在本实施例中，申请人结合现有技术，针对飞行器表面结冰的问题公开一种具备高导热性能、高韧性的电热元件。本实施例所述的一种基于石墨烯4/6的高强度柔性电热膜防除冰元件，包括：层合板结构，所述层合板结构包括发热层、粘合层，所述发热层包括两层石墨烯4/6与包裹在所述两层石墨烯4/6内的碳纤维丝，所述粘合层包括抗拉伸层9和基层10，所述基层10与所述抗拉伸层9通过改性形成一体化结构。
[0031]所述发热层以碳纳米纤维素(C
‑
CNF)嵌入石墨烯4/6纳米片层中，与石墨烯4/6结合形成均匀的导电结构。同时，将碳纤维丝束也加入发热层中带来更好加热效果。
[0032]在本实施例中，所述抗拉伸层9为碳纳米管增韧聚酰亚胺，所述基层10为所述层合
板结构保护对象的表面。
[0033]则本实施例专利技术基于目前加热膜材料普遍存在的柔性有限、韧性不足、抗拉伸强度不够的问题，以聚偏氟乙烯(PVDF)材料为成膜基底，以碳纳米管增韧聚酰亚胺作为粘结胶，制备一种发热稳定的、快速响应的、极高柔性的、可与基体材料一体化的新型电加热防除冰元件。
[0034]具体而言，所述抗拉伸层9和基层10两部分，使电加热膜有更好的发热性能与力学性能。由粘接为一体的玻璃纤维层和聚酰亚胺薄膜(PI膜)构成。
[0035]实施例2
[0036]基于碳纳米管(CNT)有着长径比大、比表面积高、稳定性好以及力学性能和电学性能优异的特点，应用在复合材料增韧与增加稳定的理想材料之一。目前已有多种方法将CNT融入到复本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯的高强度柔性电热膜防除冰元件，其特征在于，包括：层合板结构，所述层合板结构包括发热层、粘合层，所述发热层包括两层石墨烯与包裹在所述两层石墨烯内的碳纤维丝，所述粘合层包括抗拉伸层和基层，所述基层与所述抗拉伸层通过改性形成一体化结构。2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的高强度柔性电热膜防除冰元件，其特征在于，所述抗拉伸层为碳纳米管增韧聚酰亚胺，所述基层为所述层合板结构保护对象的表面。3.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯的高强度柔性电热膜防除冰元件，其特征在于，所述碳纤维丝为弓型，所述弓型结构以250X360mm为一单元均匀布质在两层所述石墨烯内。4.根据权利要求3所述的一种基于石墨烯的高强度柔性电热膜防除冰元件，其特征在于，所述层合板结构还...

【专利技术属性】
技术研发人员：石建军，吴文鑫，刘一凡，王曦瑶，罗康荣，谢浩，陈涛，魏王程，王文泽，黄勇，杨晋栋，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：