一种用于桥梁及公路路面的防结冰柔性加热装置的制作方法

本发明主要涉及一种用于桥梁及公路路面的防结冰柔性加热装置，属于公路防结冰技术领域。

背景技术：

冬季公路结冰一直是全世界所面临的重要难题，我国每年由于公路结冰所导致的人员、经济损失超过亿元，如何进行公路的防结冰尤其是一些不能使用融雪剂的桥梁等区域的防结冰是全世界共同面临的难题。

目前公路的防结冰方法主要是喷洒融雪剂，融雪剂的主要成分包括两类，一种以醋酸钾为主要成分的有机融雪剂，该类融雪剂融雪效果好，对钢铁设施基本没有腐蚀损害，但该类融雪剂的价格太高，一般用于机场等重要场所。另一种则是以“氯盐”为主要成分的无机融雪剂，如氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化钾等，通称作‘化冰盐’。该类融雪剂的优点是价格便宜、资源丰富、生产成本低，其成本仅相当于有机类融雪剂的1/10，但是卤素融雪剂对大型公共基础设施有很强的腐蚀作用，而且降低了公路路面的使用寿命。

为了更好的防结冰，在研究融雪剂的同时，公路设计者还在路面上安装了主动式凝冰预警传感器，同时在路面铺筑时添加抗凝冰沥青混合料改性剂的路面，沥青改性剂含有融雪成分，融雪剂具有缓释性，可以延长融雪剂的释放时间，从而有效防止了路面结冰。

公开号cn203411940u，公开的一种机场水泥混凝土道面碳纤维格栅加热系统，碳纤维格栅电热层平铺在路面，而路面需要承载车辆重量，因此该结构的合理性存在质疑，且碳纤维与柏油或混凝土浇筑呈一体，路面的热胀冷缩会牵引碳纤维。

技术实现要素：

本发明针对目前现有技术的不足，提出一种不影响路面结构稳定，同时具有防结冰效果的一种用于桥梁及公路路面的防结冰柔性加热装置。

本发明采用的技术方案是，一种用于桥梁及公路路面的防结冰柔性加热装置，包括钢筋导热骨架、柔性加热体和电源，所述钢筋导热骨架与柔性加热体相固定并与地面呈垂直向离散设置，电源连接柔性加热体为其提供电能，所述柔性加热体包括导电材料和包覆在导电材料外表的绝缘材料，所述导电材料为碳纤维、碳纳米管、石墨粉基导电材料中的任一一种。

进一步说，所述绝缘材料为聚乙烯、聚丙烯、氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚酰胺中的任一一种。

进一步说，包覆在导电材料外表的绝缘材料为若干层，各层的绝缘材料互不相同。

进一步说，离散分布的柔性加热体之间互相并联，所述电源包括太阳能电池板、蓄电池和电源控制器，所述太阳能电池板的电能经电源控制器存储在蓄电池，市电连接电源控制器，柔性加热体连接电源控制器。

进一步说，还包括温度传感器和驱动模块，所述温度传感器连接驱动模块，温度传感器检测温度并将温度信息传递给驱动模块，所述温度传感器为ds18b20，当温度传感器检测的温度低于设定值时，驱动模块驱动电源控制器对柔性加热体导通供电。

进一步说，所述碳纤维外表的绝缘材料为两层，所述两层的绝缘材料包括第一包覆层、第二包覆层，第一包覆层中含有包覆层材料重量0.5％的偶联剂，所述第二包覆层包覆在第一包覆层外，所述第一包覆层和第二包覆层二是同轴结构。

进一步说，所述碳纤维是t300、t700、t800、t1000型号中的任一一种；所述偶联剂为kh550或者kh560。

进一步说，所述第一包覆层和第二包覆层采用拉挤成型，所述拉挤成型包括挤出机和成型模，所述成型模包括前模和后模，所述前模和后模分别设有一锥形圆孔，前模侧壁和后模侧壁分别设有一进料孔，所述前模的锥形圆孔孔径小于后模的锥形圆孔孔径，所述前模和后模同轴设置，所述挤出机对应进料孔，所述碳纤维先穿过前模，再穿过后模。

进一步说，成型第一包覆层和第二包覆层的挤出成型温度高于所选材料的熔点或玻璃化温度20℃以上，同时不超过所选材料的分解温度。

进一步说，所述第一包覆层为聚氯乙烯，第二包覆层为聚乙烯；第一包覆层的外直径为3毫米，第二包覆层的外直径为5毫米，包覆加工过程中，挤出机加压长度为100毫米，对聚氯乙烯的挤出成型温度为120℃，对聚乙烯的挤出成型温度为160℃，挤出后在空气中进行冷却，冷却长度为10米，第一包覆层和第二包覆层的温度低于50℃时，收卷。

本发明相比现有技术所具有的优点：本发明所述钢筋导热骨架和柔性加热体呈竖直向设置，相对平铺方式承压面积减小，可有效应对车辆碾压；在分布上呈离散分布，各柔性加热体之间相对独立，便于安装和维护。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明所述钢筋导热骨架、柔性加热体使用状态下的结构示意图。

图3是本发明所述碳纤维设置两层绝缘材料的结构示意图。

图4是本发明所述成型模的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1至图4所示，本实施例所述一种用于桥梁及公路路面的防结冰柔性加热装置，包括钢筋导热骨架1、柔性加热体2和电源3，所述钢筋导热骨架1与柔性加热体2相固定并与地面呈垂直向离散设置，所述钢筋导热骨架1是采用碳钢焊接而成的栅格状片材，柔性加热体2沿钢筋导热骨架1横向设置，电源3连接柔性加热体2为其提供电能，所述柔性加热体2包括导电材料和包覆在导电材料外表的绝缘材料，所述导电材料为碳纤维、碳纳米管、石墨粉基导电材料中的任一一种。导电材料外包裹绝缘材料后，可有效防护导电材料，避免发生漏电或者短路事故。

本实施例所述绝缘材料为聚乙烯、聚丙烯、氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚酰胺中的任一一种。上述高分子材料可有效与柔性加热体2结合，具有优异的防护性能。

本实施例所述包覆在导电材料外表的绝缘材料为若干层，各层的绝缘材料互不相同。

本实施例所述离散分布的柔性加热体2之间互相并联，所述电源3包括太阳能电池板31、蓄电池32和电源控制器33，所述太阳能电池板31的电能经电源控制器33存储在蓄电池32，电源控制器33主要由调压电路、滤波电路和逆变电路组装。市电连接电源控制器33作为补充，当蓄电池32电能不足时，市电经电源控制器33转换后为柔性加热体2供电，为保障安全性能，柔性加热体2的供电为低压直流电。

本实施例所述还包括温度传感器34和驱动模块35，所述温度传感器34连接驱动模块35，温度传感器34检测温度并将温度信息传递给驱动模块35，所述温度传感器34为ds18b20，当温度传感器34检测的温度低于设定值时，驱动模块35驱动电源控制器33对柔性加热体2导通供电。

本实施例所述碳纤维13外表的绝缘材料为两层，所述两层的绝缘材料包括第一包覆层11、第二包覆层12，第一包覆层11中含有包覆层材料重量0.5％的偶联剂，所述第二包覆层12包覆在第一包覆层11外，所述第一包覆层11和第二包覆层12二是同轴结构。

本实施例所述碳纤维13是t300、t700、t800、t1000型号中的任一一种；所述偶联剂为kh550或者kh560。

本实施例所述第一包覆层11和第二包覆层12采用拉挤成型，所述拉挤成型包括挤出机和成型模，所述成型模包括前模5和后模6，所述前模5和后模6分别设有一锥形圆孔，前模5侧壁和后模6侧壁分别设有一进料孔，所述前模5的锥形圆孔孔径小于后模6的锥形圆孔孔径，所述前模5和后模6同轴设置，所述挤出机对应进料孔，所述碳纤维13先穿过前模5，再穿过后模6。所述碳纤维13线先穿过前模5因前模5的孔径小，包覆第一包覆层11，而后穿过后模6时包覆第二包覆层12。所述挤出机分别为前模5和后模6送入包覆材料。

本实施例所述成型第一包覆层11和第二包覆层12的挤出成型温度高于所选材料的熔点或玻璃化温度20℃以上，同时不超过所选材料的分解温度。

本实施例所述第一包覆层11为聚氯乙烯，第二包覆层12为聚乙烯；第一包覆层11的外直径为3毫米，第二包覆层12的外直径为5毫米，包覆加工过程中，挤出机加压长度为100毫米，对聚氯乙烯的挤出成型温度为120℃，对聚乙烯的挤出成型温度为160℃，挤出后在空气中进行冷却，冷却长度为10米，第一包覆层11和第二包覆层12的温度低于50℃时，收卷。

实施例2

本实施例所述第一包覆层11为聚氯乙烯，第二包覆层12为聚乙烯；第一包覆层11的内直径为3毫米，第一包覆层11的外直径为5毫米，包覆加工过程中，挤出机加压长度为100毫米，对聚氯乙烯的挤出成型温度为120℃，对聚乙烯的挤出成型温度为160℃，挤出后在空气中进行冷却，冷却长度为10米，第一包覆层11和第二包覆层12的温度低于50℃时，收卷。

实施例3

本实施例所述碳纤维13为t700，第一包覆层11为聚丙烯，第二包覆层12为聚氯乙烯，第一包覆层11的外直径为2毫米，中间为碳纤维13；第二包覆层12的内直径为2毫米，外直径为4毫米；称量第一层树脂重量的0.5％kh560加入第一层树脂中，改善碳纤维13与聚丙烯的结合性能，碳纤维13连续通过挤出机，包覆加工过程中，挤出机加压长度为100毫米，聚氯乙烯的温度为155℃，聚丙烯的温度为180℃。双层挤出后在空气中进行冷却，冷却区长度为10米，为防止中间过程由于垂落导致的结构变形，冷却段安装了旋转托辊。在收卷段，包覆后结构的温度低于50℃。