超薄防除冰膜的制作方法

本实用新型涉及防除冰领域，尤其是一种超薄防除冰膜。

背景技术：

结冰是一种非常常见的天气现象。是指在低温环境中，水汽等液体在物体表面上聚集凝固从而形成固态冰层的过程。这种通常为人所常见的物理现象却对日常的交通输运，生活保障产生了重大的安全隐患。

举例来说，飞机就饱受结冰现象的困扰。我们知道民航客机或者是军用飞机日常的飞行高度在6000米以上，甚至也有可能到10000米以上。而在这种高度环境下，周围的环境温度通常在零下30度以上，这远远低于水汽的凝固点0度，因而飞机在飞行时，大气中的过冷水滴撞击到飞机部件后非常容易在其表面形成结冰层。而这种冰层的形成是造成飞行安全事故的主要隐患之一，尤其是在在机翼、尾翼、旋翼、进气道、风挡玻璃、天线罩、仪表传感器等部件表面发生结冰现象。如在机翼上表面的结冰将直接导致飞机空气动力学性能的恶化，这种重量的增加和气动外形的破坏降低了飞机的安全性和操纵性，附着于机翼表面且粗糙度较大的冰霜层能够改变绕流流场，破坏气动性能，可造成最大升力降低32％，阻力增加40％的后果，并会引起飞机失速迎角减少，造成在发出失速报警前提前失速，对飞行安全造成了很大的威胁。因结冰而引发的飞行事故屡见不鲜，严重的结冰甚至可以导致机毁人亡。

而另一个重要的例子就是高压电输电导线表面的防除冰需求。我们知道高压输电线路通常是由近10cm外径的高纯铜、铝、钢芯铝绞线外裹厚实绝缘橡胶制成的，其重量非常大，如12/21KV规格的高压电缆，其重量达到了3.81t/km。而为了保证不对人们的正常生活产生影响，通常又需要搭建数十米的输电铁塔进行承载。这种悬空的高压输电策略对电缆的整体质量是非常敏感的。比如在2008年，我国南方的严重雪灾导致高压输电线路的积雪结冰，造成大量的导线的断裂和塔架倒塌，对人们的日常工作生活和生命财产安全造成了巨大的威胁。所以对于高压电缆来说，其表面的防除冰也是一个非常重要且迫切的问题。

因此，进行防冰、除冰研究，具有非常重要的现实意义。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种超薄防除冰膜，该超薄防除冰膜能够较好地防止冰层的产生，并能够在冰层产生后较好地对冰层进行去除。

本实用新型提供了一种超薄防除冰膜，包括柔性基底、电热材料层及压电材料层，所述柔性基底上设置有电热材料容置槽及压电材料容置槽，所述电热材料层的电热材料设置于所述电热材料容置槽内，所述压电材料层的压电材料设置于所述压电材料容置槽内。

进一步地，所述超薄防除冰膜还包括疏水蒙皮，所述疏水蒙皮覆盖于所述柔性基底、所述电热材料层及所述压电材料层外。

进一步地，所述电热材料层包括多个电热材料条，所述压电材料层包括多个压电材料条，所述电热材料条设置于所述电热材料容置槽内，所述压电材料条设置于所述压电材料容置槽内。

进一步地，所述电热材料条的两端均设置有电热导线，所述电热导线与第一电源相连，所述压电材料条的两端设置有压电导线，所述压电导线与所述第二电源相连。

进一步地，所述电热材料条的两端均设置有电热导线，所述压电材料条的两端均设置有压电导线，所述电热导线及所述压电导线均与电源相连。

进一步地，所述电热材料容置槽及所述压电材料容置槽分别设置于所述柔性基底的两个侧面上。

进一步地，所述疏水蒙皮、所述电热材料层、所述柔性基底及所述压电材料层依次层叠设置。

进一步地，所述电热材料条及所述压电材料条的延伸方向相互垂直。

进一步地，所述电热材料条与所述压电材料条的延伸方向相同，所述电热材料条朝向所述压电材料条所在方向的投影与与所述压电材料条交错设置。

进一步地，所述电热导线及所述压电导线分别设置于所述柔性基底的侧面上，并分别与所述电热材料条及所述压电材料条电气相连。

进一步地，所述电热导线设置于所述柔性基底的电热材料层所在的表面上，并盖设于所述电热材料条的端部；所述压电导线设置于所述柔性基底的压电材料层的表面上，并盖设于所述压电材料条的端部。

进一步地，所述超薄防除冰膜包括粘合层，所述粘合层设置于所述柔性基底远离所述压电材料层及电热材料层的一侧。

综上所述，在本实用新型中，通过电热材料层的设置，当超薄防除冰膜铺设于电缆、机翼等待防护部件的表面时，通过对电热材料层通电，电热材料层能够产生热量，这能够提高超薄防除冰膜的温度，防止冰层产生，或者在冰层产生后，使冰层融化；通过压电材料层的设置，当对压电材料层的通电时，压电材料层能够产生变形及振动，使冰层破裂，通过二者的综合作用，可以较为容易地防止冰层的产生，以及对冰层进行清除；通过柔性基底的设置，能够使得超薄防除冰膜较为容易地贴附于待防护部件的表面上，且能够方便压电材料的变形及振动；通过在柔性基底上形成电热材料容置槽及压电材料容置槽，并将电热材料条及压电材料条分别形成于电热材料容置槽及压电材料容置槽内，电热材料容置槽及压电材料容置槽能够对电热材料条及压电材料条进行保护，同时防止二者在通电时的横向刺穿，保证超薄防除冰膜的稳定性。也即，该超薄防除冰膜能够较好地防止冰层的产生，并能够在冰层产生后较好地对冰层进行去除。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1所示为本实用新型第一实施例提供的超薄防除冰膜的俯视结构示意图。

图2所示为图1中II-II方向的截面结构示意图。

图3为本实用新型第二实施例提供的超薄防除冰膜的截面结构示意图。

图4为本实用新型第三实施例提供的超薄防除冰膜的主视结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，详细说明如下。

本实用新型提供了一种超薄防除冰膜，该超薄防除冰膜能够较好地防止冰层的产生，并能够在冰层产生后较好地对冰层进行去除。

图1所示为本实用新型第一实施例提供的超薄防除冰膜的俯视结构示意图，图2所示为图1中II-II方向的截面结构示意图，本实用新型提供的超薄防除冰膜包括柔性基底10、因通电而发热的电热材料层21及因通电而变形的压电材料层31，柔性基底10上设置有电热材料容置槽11及压电材料容置槽12，电热材料层21内的电热材料设置于电热材料容置槽11内，压电材料层31内的压电材料设置于压电材料容置槽12内。

在本实施例中，通过电热材料层21的设置，当超薄防除冰膜铺设于电缆、机翼等待防护部件的表面时，通过对电热材料层21通电，电热材料层21能够产生热量，这能够提高超薄防除冰膜的温度，防止冰层产生，或者在冰层产生后，使冰层融化；通过压电材料层31的设置，当对压电材料层31的通电时，压电材料层31能够产生变形及振动，使冰层破裂，通过二者的综合作用，可以较为容易地防止冰层的产生，以及对冰层进行清除；通过柔性基底10的设置，能够使得超薄防除冰膜较为容易地贴附于待防护部件的表面上，且能够方便压电材料的变形及振动；通过在柔性基底10上形成电热材料容置槽11及压电材料容置槽12，并将电热材料及压电材料分别形成于电热材料容置槽11及压电材料容置槽12内，电热材料容置槽11及压电材料容置槽12能够对电热材料及压电材料进行保护，同时防止二者在通电时的横向刺穿，保证超薄防除冰膜的稳定性。也即，该超薄防除冰膜能够较好地防止冰层的产生，并能够在冰层产生后较好地对冰层进行去除。

更为具体地，该电热材料层21包括多个电热材料条，压电材料层31包括多个压电材料条，电热材料条设置于上述的电热材料容置槽11内，压电材料条设置于上述的压电材料容置槽12内。

进一步地，本实施例提供的超薄防除冰膜还包括疏水蒙皮40，疏水蒙皮40包覆于柔性基底10、电热材料层21及压电材料层31外。当水落于疏水蒙皮40上时，能够较快的从疏水蒙皮40上脱离。

在本实施例中，为了防止电热材料层21及压电材料层31之间的相互影响，在本实施例中，电热材料容置槽11及压电材料容置槽12分别设置于柔性基底10的两个侧面上，也即，电热材料层21及压电材料层31分别设置于柔性基底10的两个侧面上(在图1中，为了表示超薄防除冰膜的整体情况，将位于下层的压电材料层31用虚线表示)。优选地，疏水蒙皮40盖设于电热材料层21上，也即，电热材料层21设置于疏水蒙皮40与柔性基底10之间，压电材料层31设置于柔性基底10远离疏水蒙皮40的一侧，电热材料层21朝向压电材料层31方向的投影，落于压电材料层31上，电热材料层21与压电材料层31重合设置，且分别设置于柔性基底10的两侧，换句话说，疏水蒙皮40、电热材料层21、柔性基底10及压电材料层31依次层叠设置。

电热材料条的两端均设置有电热导线22，电热导线22与第一电源23相连，通过第一电源23为电热材料条提供电能，压电材料条的两端均设置有压电导线32，压电导线32与第二电源33相连，通过第二电源33为压电材料提供电能。在电热导线22上还设置有第一开关24，在压电导线32上还设置有第二开关34，通过第一开关24及第二开关34对电热材料层21及压电材料层31进行控制。

可以理解地，在其它实施例中，电热导线22及压电导线32均可以与同一个电源相连，在电热导线22上设置有第一开关24，在压电导线32上设置有第二开关34，以分别对电热材料条及压电材料条进行控制。

为了便于电热导线22及压电导线32分别与电热材料条及压电材料条的连接，以及保证连接的稳定性，在本实施例中，电热导线22及压电导线32在柔性基底10上的部分均可以为电极贴片，由于电极贴片呈片状，这能够使得贴片与电热材料条或压电材料条的连接方式从点接触变为面接触，增加连接的稳定性。

在本实施例中，电热材料条及压电材料条的延伸方向相互垂直，以便在压电材料条发生形变及振动时，电热材料条能够在整体上随着压电材料条的变形而运动，防止对电热材料条造成损坏，电热导线22及压电导线32均设置于柔性基底10的侧面上，并分别与电热材料条及压电材料条电气相连，以免相互干扰。进一步地，在电热导线22及压电导线32的交界处还设置有绝缘体13。

更为具体地，电热材料容置槽11及压电材料容置槽12可以通过激光或离子束在掩膜板上刻蚀而得到，电热材料容置槽11及压电材料容置槽12的截面形状可以但不限于矩形或圆形，其宽度为1-20cm，优选为1-5cm。为了防止电热材料及压电材料之间不会发生横向刺穿，在本实施例中，电热材料条的底部至压电材料条的底部之间的厚度大于1cm。

进一步地，在本实施例中，超薄防除冰膜还包括粘合层50，粘合层50设置于柔性基底10远离压电材料层31及电热材料层21的一侧，以便于超薄防除冰膜直接贴附于待防护部件上。

柔性基底10可以为热塑性聚合物薄膜。这种薄膜材料可以由聚对苯二甲酸乙二醇酯材料、聚苯乙烯薄膜材料、聚乙烯材料、聚丙烯薄膜材料、聚氯乙烯材料和/或聚酞胺材料制成的薄膜。

电热材料层21可以为导电银胶、碳纳米管导电材料、石墨烯导电材料、导电炭黑材料、银纳米线导电材料、铜纳米线导电材料、导电高分子材料中的一种或多种形成的电热材料层21。上述的材料可以通过丝网印刷、卷对卷印刷、喷墨打印或贴附等方式固定于柔性基底10上。

压电材料层31可以为无机压电晶体、压电陶瓷，如石英、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛、铌酸锂、钽酸锂，或者有机压电材料，如柔性压电纤维、聚偏氟乙烯等材料中的种或多种形成的压电材料层31。上述的材料可以通过丝网印刷、卷对卷印刷、喷墨打印或贴附等方式固定于柔性基底10上。

电热导线22及压电导线32均为金属薄片或者金属导线，电热导线22及压电导线32通过粘合胶粘合于柔性基底10上。

疏水蒙皮40为经由疏水高分子处理、疏水金属氧化物处理和表面粗糙化处理中的一种或多种处理方法制备而成的疏水蒙皮40，当进行疏水高分子处理时，疏水高分子材料包括聚乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷和/或玻璃纤维等。当进行疏水金属氧化物处理时，疏水金属氧化物包括氧化锌和/或氧化铝等。

粘合层50的表面可以经过功能化处理和粗糙化处理中的一种或两种，功能化处理包括表面氧化处理、表面特定基团高分子涂覆处理等；粗糙化处理包括表面磨砂处理等，以提高粘合层50表面的粗糙度，提高与待防护器件表面的结合强度。

以下以将本实用新型提供的超薄防除冰膜应用于飞机表面的情形为例，来说明本实用新型的防除冰效果。

在本实施例中，选用表面沉积氧化锌纳米结构的聚酰亚胺作为疏水蒙皮40，以石墨烯导电材料作为电热材料层21，以压电陶瓷材料作为压电材料层31形成一超薄防除冰膜，将多个超薄防除冰膜并列固定于飞机的表面，疏水蒙皮40的表面对于水滴来说具有很大的接触角(121度以上)，很小的滚动角(5度以内)。因而飞机在爬升过程中，过冷水滴撞击到机翼上时很难立即冻结，而在惯性和外部气流的作用很容易往后侧滑出，从而有效降低了冻结速率，减轻了机翼表面的冻结程度。而聚酰亚胺高强度的机械性能、耐高温、耐磨性、低热膨胀系数及高绝缘性等特性保证了在正常飞行过程中机翼蒙皮的完整性以及内部加热除冰功能和机械除冰功能的正常运行。

当飞机运行一段时间以后，或是即将穿越易结冰区域，又或是返回机场检修发现机翼已经结冰时。可以对本超薄防除冰膜进行可控式通电，有选择地使用电热材料层21及压电材料层31对待防护部件进行防冰及除冰保护。比如，当超薄防除冰膜处于较低温度环境或刚开始结冰时，可以仅对电热材料层21间进行通电，通过电热材料层21对疏水蒙皮40进行加热；当超薄防除冰膜中的冰层厚度增加时，可以仅对压电材料层31进行通电，通过压电材料层31的形变及振动使冰层破裂；当超薄防除冰膜中的冰层厚度超过一定程度时，可以同时对电热材料层2131及压电材料层3141进行通电，以二者的共同作用对冰层进行处理。

图3为本实用新型第二实施例提供的超薄防除冰膜的截面结构示意图，如图3所示，本实用新型第二实施例提供的超薄防除冰膜与第一实施例基本相同，其不同之处在于，在本实施例中，电热材料条与压电材料条的延伸方向相同，电热材料条朝向压电材料条方向的投影与压电材料条交错设置，这样的设置，电热材料条的底部与压电材料条底部之间的距离可以不再需要进行限制，这能够在防止电热材料条及压电材料条横向刺穿的同时，还能够减少柔性基底10的厚度。

图4为本实用新型第三实施例提供的超薄防除冰膜的主视结构示意图，如图4所示，本实用新型第三实施例提供的超薄防除冰膜与第二实施例提供的基本相同，其不同之处在于，在本实施例中，电热导线22与压电导线32不再设置于柔性基底10的侧边上，电热导线22设置于柔性基底10的电热材料层21所在的表面上，并盖设于电热材料条的端部；压电导线32设置于柔性基底10的压电材料层31的表面上，并盖设于压电材料条的端部，这样的设置能够防止电热导线22与压电导线32之间的相互影响。

综上所述，在本实用新型中，通过电热材料层21的设置，当超薄防除冰膜铺设于电缆、机翼等待防护部件的表面时，通过对电热材料层21通电，电热材料层21能够产生热量，这能够提高超薄防除冰膜的温度，防止冰层产生，或者在冰层产生后，使冰层融化；通过压电材料层31的设置，当对压电材料层31的通电时，压电材料层31能够产生变形及振动，使冰层破裂，通过二者的综合作用，可以较为容易地防止冰层的产生，以及对冰层进行清除；通过柔性基底10的设置，能够使得超薄防除冰膜较为容易地贴附于待防护部件的表面上，且能够方便压电材料的变形及振动；通过在柔性基底10上形成电热材料容置槽11及压电材料容置槽12，并将电热材料条及压电材料条分别形成于电热材料容置槽11及压电材料容置槽12内，电热材料容置槽11及压电材料容置槽12能够对电热材料条及压电材料条进行保护，同时防止二者在通电时的横向刺穿，保证超薄防除冰膜的稳定性。也即，该超薄防除冰膜能够较好地防止冰层的产生，并能够在冰层产生后较好地对冰层进行去除。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。