阅读说明：本技术 一种飞机防除冰复合材料及其制备方法 (Aircraft anti-icing and deicing composite material and preparation method thereof ) 是由 刘洪� 黄小彬 孔维梁 于 2019-10-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种防除冰复合材料及其制备方法,该复合材料为多层结构,多层结构自上而下依次为基材、片材、永磁体；基材由阳极氧化铝单通多孔材料吸附磁流体组成,片材为聚甲基丙烯酸甲酯板或铝板中的一种,基材底面与片材通过粘连剂粘连,永磁体与片材底面通过粘连剂粘连。本发明提供的复合材料防冰性能优异,冰几乎不会与基底发生粘附,结冰后冰极易从表面脱除,而且防冰寿命长,足以应对近70次的结冰除冰循环,而且具有复合方法简单便捷,成本低,实用性强等优点,可有效、长效的应用在飞机上,防止由于结冰事故发生。(The invention discloses an anti-icing and deicing composite material and a preparation method thereof, wherein the composite material is of a multilayer structure, and the multilayer structure comprises a base material, a sheet material and a permanent magnet from top to bottom in sequence; the base material is composed of an anodic alumina single-pass porous material adsorption magnetic fluid, the sheet material is one of a polymethyl methacrylate plate or an aluminum plate, the bottom surface of the base material is adhered to the sheet material through an adhesive, and the permanent magnet is adhered to the bottom surface of the sheet material through the adhesive. The composite material provided by the invention has excellent anti-icing performance, ice can hardly adhere to a substrate, the ice is very easy to remove from the surface after being frozen, the anti-icing service life is long, and the anti-icing material can be used for meeting freezing and deicing cycles of nearly 70 times, has the advantages of simple and convenient composite method, low cost, strong practicability and the like, can be effectively and long-term applied to an airplane, and prevents the occurrence of freezing accidents.)

一种飞机防除冰复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及航空化学领域，尤其涉及一种飞机防除冰复合材料及其制备方法。

背景技术

结冰是自然界的普遍现象，除少数情况外，人们经受的更多是结冰带来的各类危害。在风力发电领域，建设于寒冷、潮湿地区的风力发电场，在风力发电机叶片与机组表面的结冰问题也造成诸多不利影响。叶片表面的结冰现象会导致叶片载荷增大甚至变形，降低叶片使用寿命，还会影响到风力发电机组的平衡性，降低发电效率，对机组造成损害。有报道表明，因风力发电机叶片表面结冰会导致机组年发电率下降高达50％。在户外输电设施与通讯线路方面，结冰现象同样能造成不可忽视的危害。2008年，我国南方地区遭遇了罕见的冰灾。持续低温引起的降水和结冰造成大范围、长时间的输电网络与通讯线路的瘫痪以及公路、铁路等运输大动脉的中断。对于安全系数要求更高的飞机来说，由于常在云层中飞行或穿越，因而即使不是处于常冰冻的冬季也会经常在空中碰到低温、高湿度的过冷环境，结冰现象对其的危害也最为直接和明显。据资料统计，由于结冰而导致空难事故的概率超过了15％。2006年6月3日，我国空军一架军用运输机执行任务中，在安徽某地失事坠毁，机上40人全部遇难，后经查证造成这起事故的直接原因是由于曾多次穿越结冰区域，飞机空中结冰而失控坠毁。因此，飞机对于高效的防除冰材料的需求十分紧迫。

例如公开号为CN106521465A、公开号为CN106520074A的中国专利，均公开了一种飞机上使用的防除冰材料，但是在大过冷度和结霜的条件下防冰性能堪忧，绝对寿命还是不尽人意，尤其在反复的结冰除冰循环后很难保证表面的微纳结构不被破坏，无法实现长效的防除冰效果，应用在飞机上还有很大的不足。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种可以运用在飞机上的，可高效、长效防除冰的材料。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的是目前运用在飞机上的防除冰材料在长期反复使用后性能不佳的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种飞机防除冰复合材料，所述复合材料为多层结构，所述多层结构自上而下依次为基材、片材、永磁体；所述基材由阳极氧化铝单通多孔材料吸附磁流体组成，所述片材为聚甲基丙烯酸甲酯板或铝板中的一种，所述基材底面与所述片材通过粘连剂粘连，所述永磁体与所述片材底面通过粘连剂粘连。

进一步地，所述磁流体由基液和悬浮磁性颗粒组成，所述基液由重量百分比为80％的石蜡油和重量百分比为20％的Ⅲ级清洁环保航空煤油组成，所述悬浮磁性颗粒为经表面活性剂处理过的球形四氧化三铁。

上述基液可从市场上购置得到，本申请中对此不做赘述。

进一步地，所述球形四氧化三铁的直径为5-20nm，所述表面活性剂为油酸钠或平均分子量为2000的聚乙二醇(Polyethylene Glycol 2000，PEG2000)。

进一步地，所述阳极氧化铝单通多孔材料表面由若干个六角形柱体氧化铝原胞组成，所述阳极氧化铝单通多孔材料表面为蜂窝状结构，所述原胞内部设置有圆形孔，所述圆形孔下端设置有半圆形的阻挡层，所述阻挡层下方为铝层。

进一步地，所述圆形孔的孔径为40-200nm，孔深30-80um，孔间距300-500nm。

进一步地，所述片材的厚度为2-5mm。

进一步地，所述基材、所述片材、所述永磁体的面积相同。

进一步地，所述永磁体为N55型钕铁硼磁体或EP-B型钕铁硼磁体或钐钴永磁体中的一种。

本发明另一方面提供了一种飞机防除冰复合材料的制备方法，由以下步骤组成：

步骤1：利用粘连剂将所述基材底面与片材粘连，所述基材为阳极氧化铝单通多孔材料，所述片材为聚甲基丙烯酸甲酯板或铝板中的一种；

步骤2：在所述片材下方通过粘连剂粘连永磁体；

步骤3：向所述阳极氧化铝单通多孔表面添充磁流体，直至所述磁流体恰好不从所述阳极氧化铝单通多孔表面溢出，得到所述防除冰复合材料。

进一步地，步骤3中，包括：

步骤3.1：使用表面活性剂处理悬浮磁性颗粒，其中，所述悬浮磁性颗粒为球形四氧化三铁，表面活性剂为油酸钠或平均分子量为2000的聚乙二醇；

步骤3.2：将步骤3.1得到的所述悬浮磁性颗粒和基液混合，得到磁流体，所述基液由重量百分比为80％的石蜡油和重量百分比为20％的Ⅲ级清洁环保航空煤油组成。

其中，粘连剂可选为AB胶，主要为粘连作用，本发明不做具体限制。

本发明公开了一种飞机防除冰复合材料，该复合材料防冰性能优异，冰几乎不会与基底发生粘附，结冰后冰极易从表面脱除，而且防冰寿命长，足以应对近70次的结冰除冰循环，而且具有复合方法简单便捷，成本低，实用性强等优点，可有效、长效的应用在飞机上，防止由于结冰事故发生。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的阳极氧化铝单通多孔材料的SEM图；

图2是本发明的一个实施例的防除冰复合材料在一定条件下的冰附着力随结冰-除冰循环次数变化关系图；

图3是本发明的另一个实施例的阳极氧化铝单通多孔材料的SEM图；

图4是本发明的另一个实施例的防除冰复合材料一定条件下的的冰附着力随结冰-除冰循环次数变化关系图；

图5是本发明的又一个较佳实施例的防除冰复合材料一定条件下的的冰附着力随结冰-除冰循环次数变化关系图；

图6是本发明的对比例的防除冰复合材料一定条件下的冰附着力随结冰-除冰循环次数变化关系图；

图7是本发明的又一对比例的防除冰复合材料一定条件下的冰附着力随结冰-除冰循环次数变化关系图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

实施例1：

将孔径为40nm，孔深30um，孔间距300nm的阳极氧化铝单通多孔材料粘附在具有相同面积且厚度为2mm的铝板上，有孔的一面向上。在铝板下面粘连相同面积的N55型钕铁硼磁体，然后将悬浮磁性颗粒为5-10nm球形四氧化三铁,经油酸钠表面处理后溶于基液中得到磁流体，基液主要由重量百分比为80％的石蜡油和重量百分比为20％的Ⅲ级清洁环保航空煤油组成，可由市场上购得。将磁流体添加到阳极氧化铝单通多孔材料表面，直到不从阳极氧化铝单通多孔材料表面溢出，即得防除冰复合材料。

如图1所示，为阳极氧化铝单通多孔材料的SEM图。

将上述制备得到的防除冰复合材料的防除冰性能采用冰附着力测试进行评估，测力计采用山度SH-500，夹具为铝材料制成，温度为-24.0℃。如图2所示，防冰表面冰附着力仅10KPa，经循环结冰60次后，冰附着力未有明显增加。

实施例2：

将孔径为200nm，孔深80um，孔间距500nm的阳极氧化铝单通多孔材料粘附在具有相同面积且厚度为4mm的聚甲基丙烯酸甲酯板上，有孔的一面向上。在铝板下面粘连相同面积的EP-B型钕铁硼磁体，然后将悬浮磁性颗粒为10-20nm球形四氧化三铁，并经PEG2000进行表面处理后溶于基液中得到磁流体，将磁流体添加到阳极氧化铝单通多孔材料表面，直到不从阳极氧化铝单通多孔材料表面溢出，即得防除冰复合材料。

如图3所示，为阳极氧化铝单通多孔材料的SEM图。

复合材料防除冰性能采用冰附着力测试进行评估，测力计采用山度SH-500，夹具为铝材料制成，温度为-24.0℃。如图4所示，防冰表面冰附着力仅8KPa左右，经循环结冰70次后，冰附着力仍不到30KPa。

实施例3：

将孔径为100nm，孔深60um，孔间距400nm的阳极氧化铝单通多孔材料粘附在具有相同面积且厚度为3mm的聚甲基丙烯酸甲酯板上，有孔的一面向上。在铝板下面粘连相同面积的钐钴永磁体，然后将悬浮磁性颗粒为15-20nm球形四氧化三铁，并经平均分子量为2000的聚乙二醇(PEG2000)进行表面处理后溶于基液中得到磁流体，将磁流体添加到阳极氧化铝单通多孔材料表面，直到不从阳极氧化铝单通多孔材料表面溢出，即得防除冰复合材料。

如图5所示，复合材料防除冰性能采用冰附着力测试进行评估，测力计采用山度SH-500，夹具为铝材料制成，温度为-24.0℃。防冰表面冰附着力仅6KPa左右，经循环结冰70次后，冰附着力仍不到20KPa。

对比例1：

仅使用厚度为2mm的阳极氧化铝板作为防除冰材料。如图6所示，防除冰性能同样采用冰附着力测试进行评估，测力计采用山度SH-500，夹具为铝材料制成，温度为-24.0℃，防冰表面冰附着力持续约为360KPa。

对比例2：

在厚度为2mm的阳极氧化铝板下面粘连相同面积的N55型钕铁硼磁体，然后将悬浮磁性颗粒为5-10nm球形四氧化三铁,经油酸钠表面处理后溶于基液中得到磁流体，并将磁流体添加到阳极氧化铝表面，直到不从阳极氧化铝表面溢出，即得对比例2防冰材料。如图7所示，防除冰性能采用冰附着力测试进行评估，测力计采用山度SH-500，夹具为铝材料制成，温度为-24.0℃。防冰表面起始冰附着力约10KPa，但冰附着力随结冰循环次数增加而迅速增加，20次后其冰附着力已与对比例1相同。

通过本申请公开的复合材料，其防冰性能优异，冰几乎不会与基底发生粘附，结冰后冰极易从表面脱除，而且防冰寿命长，足以应对近70次的结冰除冰循环，而且具有复合方法简单便捷，成本低，实用性强等优点，可有效、长效的应用在飞机上，防止由于结冰事故发生。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。