[发明专利]碳纳米管膜电热防除冰的复合材料蒙皮结构及其制备方法

说明书

本发明是一种碳纳米管膜电热防除冰的复合材料蒙皮结构及其制备方法，该结构是将电加热件固化在飞机蒙皮内部，位于外蒙皮(1)和内蒙皮(2)之间，该电加热件为层状“三明治”结构，由两侧的绝缘层(3)和中间的导电加热层(4)构成，该绝缘层(3)是一种聚酰亚胺、聚酰胺或聚砜非对称膜，包括致密皮层(5)和多孔支撑层(6)，该绝缘层(3)是用沉浸凝胶法制备的，该技术方案以碳纳米管膜为电加热层，以具有致密皮层和多孔支撑结构的非对称聚合物膜为绝缘层，通过热压罐成型的方式与蒙皮固化在一起。既能保证牢固的连接，又可以避免树脂渗入碳纳米管膜影响电加热性能。

技术领域

本发明是一种碳纳米管膜电热防除冰的复合材料蒙皮结构及其制备方法，属于飞机机翼蒙皮防除冰技术领域。

背景技术

飞机在结冰气象条件下容易产生结冰现象。积冰存在于飞机机翼、发动机进气道、雷达天线等重要部位时，会不同程度地影响飞机的飞行安全，严重时可致机毁人亡。因此飞机的防除冰技术一直是重要的研究议题。电热防除冰系统是飞机防除冰的常见系统，具有除冰方式灵活便捷的优点。

传统的电加热元件材料多选用电阻丝、可喷涂的金属层等，但这些材料存在着电热转化效率低、加热速率慢等不足，且金属材料不易弯曲，与复合材料不能很好地贴合。目前，石墨烯、碳纳米管等柔性膜材料在规模化制备及高性能化方面取得了重大进展，有望替代传统的金属材料应用于复合材料的电热防除冰，具有加热瞬时响应、覆形性好、加热均匀等特点。

对于金属电加热材料，可将回路或网状结构的金属铺贴于或热喷涂于玻纤织物表面，然后与复合材料共固化成型。而碳纳米材料薄膜较少与复合材料共固化，因为浸润在碳纳米材料薄膜中的树脂会影响导电通路，进而影响其电热性能。通常，将碳纳米材料薄膜电加热层夹在两层绝缘层之间，然后通过铆接或者粘接的方式固定在飞机蒙皮表面。但这种连接方式不牢固，若固定在在外表面还会影响飞机的气动外形。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种碳纳米管膜电热防除冰的复合材料蒙皮结构及其制备方法，其目的是得到一种具有优异的电热防除冰性能和机械性能的碳纳米管/复合材料蒙皮结构。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供了一种碳纳米管膜电热防除冰的复合材料蒙皮结构，该结构是将电加热件固化在飞机蒙皮内部，位于外蒙皮1和内蒙皮2之间，该电加热件为层状“三明治”结构，由两侧的绝缘层3和中间的导电加热层4构成，该绝缘层3是一种聚酰亚胺、聚酰胺或聚砜非对称膜，包括致密皮层5和多孔支撑层6，该绝缘层3是用沉浸凝胶法制备的，其制备步骤如下：

步骤一、将聚酰亚胺、聚酰胺或聚砜溶于N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺溶剂中，配置成质量百分比浓度为25～40％的聚合物溶液；

步骤二、将聚合物溶液刮涂在洁净的玻璃板上，刮涂的聚合物溶液的厚度为50～1000μm，并在室温下，相对湿度为0～40％的空气中静置5～300s；

步骤三、将刮涂有聚合物溶液的玻璃板浸入5～70℃的非溶剂浴中，非溶剂是水、乙醇或二者的混合溶液。于是，非溶剂和溶剂将在聚合物溶液与凝胶浴的界面处相互扩散，使聚合物溶液发生相分离，从而固化成膜。将固化后的膜从玻璃板上揭下来，置于流动水中除去残余溶剂，干燥处理后即得到绝缘层3。该绝缘层3沿厚度方向与玻璃板接触面形成多孔支撑层6，该绝缘层3沿厚度方向与凝胶浴接触面形成致密层5。

在实施时，所述导电加热层4为碳纳米管薄膜，两端连接电极。

进一步，所述碳纳米管薄膜的厚度为5-50μm，所述电极为铜电极，并用导电银浆粘连碳纳米管薄膜与铜电极。

在实施时，所述绝缘层3的面密度为5～100g/m²，厚度为50～5000μm。

在实施时，所述绝缘层3的致密皮层5的厚度为0.01～100μm。