一种耐深低温电加热涂层及其制备方法和应用

本发明涉及防除冰，尤其涉及一种耐深低温电加热涂层及其制备方法和应用。

背景技术：

1、表面结冰一直是航空航天等领域困扰的问题，结冰会导致机器运转效率降低，甚至对生产安全造成不良影响。飞机结冰使翼型失真，引起抖动、操纵失灵、设备损坏等问题，积冰严重甚至会造成机毁人亡的事故。

2、为了解决积冰严重的问题，研究人员在防除冰领域进行了许多尝试。其中电加热涂层、电加热膜作为一种主动式的防除冰技术因其稳定可靠、热响应迅速、传热效率高等优点受到广泛关注。然而目前对于电加热涂层、电加热膜的研究还仅限于结冰环境(-20℃至0℃)，但在实际应用过程中，飞行器在起降过程中表面还存在较大的温差(-50℃至120℃)、高纬度以及高海拔地区设备的除冰也需要应对极低温的环境条件(-90℃至-50℃)、航空领域内的某些低温风洞测试的环境温度达到了深低温(-170℃至-110℃)。

3、综上，目前对于电热防除冰技术的研究还只关注于结冰环境，电热涂层、电热膜的应用性能测试也只停留在常温的性能验证，在低温环境下容易发生硬化、开裂、翘曲、表面脱粘等失效形式，从而导致机械性能和电加热性能显著恶化。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种耐深低温电加热涂层及其制备方法和应用。本发明提供的电加热涂层在深低温条件下(低至-196℃)依旧能保持良好的机械性能与均匀加热性能。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种耐深低温电加热涂层，包括耐深低温聚合物基体和分散在所述耐深低温聚合物基体中的纳米导电材料，所述耐深低温聚合物基体由包括第一聚合物材料和第二聚合物材料的聚合物材料固化而成，所述第一聚合物材料包括通用型聚氨酯胶粘剂、耐黄变型聚氨酯胶粘剂、聚酰亚胺树脂和丙烯酸酯树脂中的一种或几种，所述第二聚合物材料包括spu聚氨酯涂料、tdi水性聚氨酯和双酚a环氧乙烯基酯树脂中的一种或几种。

4、优选地，所述第一聚合物材料和第二聚合物材料的质量比为1:(0.2～5)。

5、优选地，所述纳米导电材料包括碳纳米管、碳粉、石墨粉、石墨烯和金属材料中的一种或几种。

6、优选地，所述纳米导电材料的粒径为1～1000nm。

7、优选地，所述耐深低温聚合物基体与纳米导电材料的质量比为1:(0.05～0.2)。

8、本发明提供了以上技术方案所述耐深低温电加热涂层的制备方法，包括以下步骤：

9、将包括第一聚合物材料和第二聚合物材料的聚合物材料、纳米导电材料以及稀释剂混合，得到导电分散液；

10、将所述导电分散液沉积到基板上，经固化得到所述耐深低温电加热涂层。

11、优选地，所述稀释剂包括甲苯、二甲苯、丙酮、乙酸乙酯、乙醇和水中的一种或几种。

12、优选地，所述聚合物材料和稀释剂的质量比为1:(3～20)。

13、优选地，所述沉积的方式包括喷涂、刮涂、辊涂或浇筑。

14、本发明提供了以上技术方案所述耐深低温电加热涂层或以上技术方案所述制备方法得到的耐深低温电加热涂层在航空领域的应用。

15、本发明提供了一种耐深低温电加热涂层，包括耐深低温聚合物基体和分散在所述耐深低温聚合物基体中的纳米导电材料，所述耐深低温聚合物基体由包括第一聚合物材料和第二聚合物材料的聚合物材料固化而成，所述第一聚合物材料包括通用型聚氨酯胶粘剂、耐黄变型聚氨酯胶粘剂、聚酰亚胺树脂和丙烯酸酯树脂中的一种或几种，所述第二聚合物材料包括spu聚氨酯涂料、tdi水性聚氨酯和双酚a环氧乙烯基酯树脂中的一种或几种。本发明将改善柔韧性的第一聚合材料和加强附着性的第二聚合物材料进行互掺，使得涂层的耐低温性能优异，所形成的耐深低温聚合物基体作为涂层的主体材料，提供强度、黏附力等机械性能；纳米导电材料在所述耐深低温聚合物基体材料内部均匀分散，赋予涂层优良的导电性。本发明实现了电加热涂层的耐深低温兼容设计，所提供的耐深低温电加热涂层在深低温条件下(低至-196℃)依旧能保持良好机械性能与均匀加热性能。

技术特征：

1.一种耐深低温电加热涂层，其特征在于，包括耐深低温聚合物基体和分散在所述耐深低温聚合物基体中的纳米导电材料，所述耐深低温聚合物基体由包括第一聚合物材料和第二聚合物材料的聚合物材料固化而成，所述第一聚合物材料包括通用型聚氨酯胶粘剂、耐黄变型聚氨酯胶粘剂、聚酰亚胺树脂和丙烯酸酯树脂中的一种或几种，所述第二聚合物材料包括spu聚氨酯涂料、tdi水性聚氨酯和双酚a环氧乙烯基酯树脂中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的耐深低温电加热涂层，其特征在于，所述第一聚合物材料和第二聚合物材料的质量比为1:(0.2～5)。

3.根据权利要求1所述的耐深低温电加热涂层，其特征在于，所述纳米导电材料包括碳纳米管、碳粉、石墨粉、石墨烯和金属材料中的一种或几种。

4.根据权利要求1或3所述的耐深低温电加热涂层，其特征在于，所述纳米导电材料的粒径为1～1000nm。

5.根据权利要求1～3任意一项所述的耐深低温电加热涂层，其特征在于，所述耐深低温聚合物基体与纳米导电材料的质量比为1:(0.05～0.2)。

6.权利要求1～5任意一项所述耐深低温电加热涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述稀释剂包括甲苯、二甲苯、丙酮、乙酸乙酯、乙醇和水中的一种或几种。

8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物材料和稀释剂的质量比为1:(3～20)。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述沉积的方式包括喷涂、刮涂、辊涂或浇筑。

10.权利要求1～5任意一项所述耐深低温电加热涂层或权利要求6～9任意一项所述制备方法得到的耐深低温电加热涂层在航空领域的应用。

技术总结
本发明提供了一种耐深低温电加热涂层及其制备方法和应用，涉及防除冰技术领域。本发明提供的耐深低温电加热涂层，包括耐深低温聚合物基体和分散在所述耐深低温聚合物基体中的纳米导电材料，所述耐深低温聚合物基体由包括第一聚合物材料和第二聚合物材料的聚合物材料固化而成，所述第一聚合物材料包括通用型聚氨酯胶粘剂、耐黄变型聚氨酯胶粘剂、聚酰亚胺树脂和丙烯酸酯树脂中的一种或几种，所述第二聚合物材料包括SPU聚氨酯涂料、TDI水性聚氨酯和双酚A环氧乙烯基酯树脂中的一种或几种。本发明实现了电加热涂层的耐深低温兼容设计，所提供的耐深低温电加热涂层在深低温条件下(低至‑196℃)依旧能保持良好机械性能与均匀加热性能。

技术研发人员：陈华伟,刘晓林,白岩,赵泽辉,王泽林澜,陈憬唐,陈圆圆
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15