低温救生艇舱门电热除冰装置及制作方法与流程

本发明涉及一种船艇的除冰装置，更具体的说，本发明涉及一种可用于加热低温救生艇舱门的碳纤维电热装置及其制作方法，属于船舶工程技术领域。

背景技

目前，用于低温救生艇舱门的防冰除冰方式主要为机械除冰和热能除冰，这两种除冰方式存在着效率低、成本高、需要额外增加辅助机构等缺点，不利于推广。碳纤维复合材料是目前最先进的复合材料之一，它以轻质、高强、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点广泛用作结构材料及耐高温电热材料。将碳纤维与其他材料混合制成复合材料，利用碳纤维通电产生的焦耳热来给复合材料加热以达到除冰目的，同时该结构还具有足够的力学强度，满足结构使用要求，但是，碳纤维电热装置还没有应用在低温救生艇上。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种低温救生艇舱门电热除冰装置及制作方法，用于加热低温救生艇舱门，使得救生艇在低温水域航行舱门结冰后还能正常打开。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种低温救生艇舱门电热除冰装置，包括分别固定在救生艇舱门的门框四边上结构相同的两根横向碳纤维电热条和两根纵向碳纤维电热条，所述横向碳纤维电热条和纵向碳纤维电热条的外侧面朝向救生艇舱门的内侧面，k型橡胶密封条分别粘接固定在横向碳纤维电热条和纵向碳纤维电热条的外侧面所对应的舱门上；碳纤维电热条包括多层间隔设置、从3k碳纤维布裁剪而成的碳纤维布条，各层碳纤维布条之间通过环氧树脂胶粘接，首层和末层碳纤维布条的外侧均涂刷环氧树脂胶，从而形成了多层环氧树脂胶层和多层碳纤维布条交错相隔复合的碳纤维电热条；数层带有电极的碳纤维布条作为中间层夹在多层间隔设置的碳纤维布条中，带有电极的碳纤维布条两端分别设有横置的铜箔胶带,并且同一端的数层铜箔胶带通过粘接方式并联连接；平行设置在救生艇舱门门框上的两根纵向碳纤维电热条两端和两根横向碳纤维电热条两端的铜箔胶带分别通过导线与对应的开关、温控器串联连接。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。

进一步的，所述带有电极的碳纤维布条两端分别双面涂覆了导电银浆，铜箔胶带一端通过导电银浆分别与碳纤维布条两端垂直固定连接并在铜箔胶带的外侧面涂覆导电银浆，铜箔胶带另一端端头伸出碳纤维布条。

进一步的，伸出碳纤维布条另一端端头的铜箔长度a=4.5～5.5cm；所述温控器的温控范围8℃～16℃；碳纤维布条的宽度b与低温救生艇舱门的门框平板加热区域的宽度b之比：b/b=0.87～0.89。

一种低温救生艇舱门电热除冰装置的制作方法，包括以下制作碳纤维电热条步骤a和后续的在低温救生艇舱门上安装电热除冰装置步骤b：

a制作碳纤维电热条

1）裁剪碳纤维布制作碳纤维布条

在3k碳纤维布上，按照低温救生艇舱门纵横向的直线部分长度与宽度分别裁剪出多条对应的碳纤维布条，所述碳纤维布条的纵向两侧和横向两侧分别留出了纵向修剪余量a和横向修剪余量b；

2）制作带有电极的碳纤维布条

取出数条碳纤维布条，分别在其两端上下侧面涂覆导电银浆；涂覆导电银浆边界距碳纤维布条端头留有横向修剪余量b，然后将铜箔胶带一端分别垂直粘接固定在碳纤维布条两端的导电银浆处，使其平整紧密地贴在导电银浆表面，铜箔胶带另一端沿着碳纤维布条宽度方向引出c=4.5～5.5cm的铜箔，并将导电银浆涂覆在铜箔胶带上，使其被导电银浆完整包裹，制成带有电极的碳纤维布条；

3）加热固化涂覆好导电银浆的碳纤维布条

将两端涂覆好导电银浆的数条碳纤维布条置于真空加热箱中，加热至150℃并固化30min后取出，用砂纸打磨已固化的导电银浆使其平整光滑；

4）准备铺设模具和配制环氧树脂胶

清洁平板状且面积大于碳纤维布条的铺设模具表面，然后在铺设模具的铺设碳纤维布条的区域均匀涂刷2至4层脱膜剂，便于铺设好的碳纤维电热条脱离铺设模具；配制环氧树脂与促进剂的质量比为100:25的环氧树脂胶，并搅拌均匀备用；

5）铺设多层碳纤维布条和带有电极的碳纤维布条

在铺设模具上先刷一层环氧树脂胶，再铺设一层碳纤维布条，然后按照刷一层环氧树脂胶和一层碳纤维布条的交错铺设方式，在每一层碳纤维布条之间涂刷一层环氧树脂胶，形成环氧树脂胶层夹在相邻的两层碳纤维布条之间复合结构的碳纤维电热条，且最下一层和最上一层均为环氧树脂胶层；其中，夹在中间的数层碳纤维布条为带有电极的碳纤维布条，在最上一层环氧树脂胶上平铺一层玻璃纸；

6）加热保温固化碳纤维电热条

将铺设好的碳纤维电热条连同其底部下的铺设模具在常温下初步固化12h，确认碳纤维电热条具有一定强度后放入真空加热箱内；从室温开始将加热至80℃，保温2h，再升温至120℃，保温6h后固化，冷却至室温制成碳纤维电热条；

7）脱模及后续处理

脱去碳纤维电热条上侧的玻璃纸和下侧的模具；裁切碳纤维电热条四周的纵向修剪余量a和横向修剪余量b，再打磨成型，完成碳纤维电热条的制作。

b安装电热除冰装置

1）碳纤维电热条固定在救生艇舱门门框上

将长度分别与低温救生艇舱门的门框纵向长度、门框横向长度匹配的碳纤维电热条分别粘接固定在门框纵边及门框横边上，再在碳纤维电热条外侧所对应的舱门上分别用胶粘接固定k型橡胶密封条；

2）连接温控器和开关

将分别固定在低温救生艇舱门的门框纵边及门框横边上的两根纵向碳纤维电热条两端的铜箔胶带和两根横向碳纤维电热条两端的铜箔胶带通过导线与对应的开关、温控器并联，完成电热除冰装置的安装。

本发明的有益效果在于：

本发明的碳纤维电热条结构简单，采用多层碳纤维布条和多层环氧树脂胶层的复合结构，并将数层带有电极的碳纤维布条作为中间层夹在多层间隔设置的碳纤维布条中，将碳纤维电热条作为加热元件固定在门框上使用时，可使低温救生艇舱门通过碳纤维电热装置的加热融冰后能正常打开，确保低温救生艇的安全使用。本发明充分利用碳纤维质轻的优点，比现有的除冰加热装置减重很多。碳纤维具有接近100%的高电热转换率，发热效果显著，有利于降低本发明使用时的电能消耗。本发明利用碳纤维具有高强高模的特点，碳纤维布条与环氧树脂胶层间隔制成的碳纤维电热条具有良好的力学性能，既能满足低温救生艇除冰的使用条件，也延长了电热除冰装置的使用寿命。本发明的制作方法简单实用，解决了碳纤维电热条的制作难题。

本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。

附图说明

图1是低温救生艇舱门的主视图；

图2是图1的a-a剖面图；

图3是图2的b-b剖视图；

图4是图2的ⅰ部放大图。

图5是带有电极的碳纤维布条端部的局部放大视图。

具体实施方式

下面结合附图和5m低温救生艇舱门的实施例对本发明作进一步说明。

5m低温救生艇的舱门如图1所示，其门框纵边101的直线部分长度l1=1030mm，门框横边102的直线部分长度l2=730mm。

如图2～图5所示，本发明的低温救生艇舱门电热除冰装置包括分别固定在救生艇舱门10的门框纵边101和门框横边102上结构相同的两根横向碳纤维电热条和两根纵向碳纤维电热条，横向碳纤维电热条和纵向碳纤维电热条的外侧面朝向救生艇舱门10的内侧面，k型橡胶密封条20分别粘接固定在横向碳纤维电热条和纵向碳纤维电热条的外侧面所对应的舱门10上。

碳纤维电热条1包括5层间隔设置、从3k碳纤维布裁剪而成的碳纤维布条11，3k碳纤维布是指编织平纹碳纤维布的经线和纬线的碳纤维束含有3000根碳纤维丝。如图4所示，5层碳纤维布条11之间通过环氧树脂胶粘接，首层和末层碳纤维布条11的外侧均涂刷环氧树脂胶，从而形成了6层环氧树脂胶层12和5层碳纤维布条交错相隔复合的碳纤维电热条1。在5层碳纤维布条11中，有3层带有电极的碳纤维布条111作为中间层夹在5层间隔设置的碳纤维布条11中，即3层带有电极的碳纤维布条111夹在首末两层碳纤维布条11中。带有电极的碳纤维布条12两端分别设有横置的铜箔胶带14，并且同一端的数层铜箔胶带通过粘接方式并联连接。如图3所示，平行设置在救生艇舱门门框上的两根纵向碳纤维电热条两端和两根横向碳纤维电热条两端的铜箔胶带14分别通过导线2与对应的开关3、温控器4串联连接。

带有电极的碳纤维布条12两端分别双面涂覆了导电银浆13，铜箔胶带14一端通过导电银浆13分别与碳纤维布条11两端垂直固定连接并在铜箔胶带的外侧面涂覆导电银浆13，铜箔胶带14另一端端头伸出碳纤维布条11，其长度a=5cm，便于焊接导线2。温控器4的温控范围8℃～16℃。本实施例碳纤维布条11的宽度b与低温救生艇舱门10的门框平板加热区域的宽度b之比：b/b=0.88。碳纤维布条11的宽度b小于低温救生艇舱门10的门框平板宽度b，使得碳纤维布条11能完全粘接固定在门框101上，防止其脱落。

本发明的低温救生艇舱门电热除冰装置的制作方法，包括以下制作碳纤维电热条步骤a和后续的在低温救生艇舱门10上安装电热除冰装置步骤：

a制作碳纤维电热条

1）裁剪碳纤维布制作碳纤维布条11

在3k碳纤维布上，按照低温救生艇舱门纵横向的直线部分长度与宽度分别裁剪出10条宽度为7cm、长度为104cm的碳纤维布条，用于制作固定在门框纵边101上的2条碳纤维电热条1。10条宽度为7cm、长度为74cm的碳纤维布条，用于制作固定在门框横边102上的2条碳纤维电热条，每条碳纤维布条11纵向两侧和横向两侧分别留出了纵向修剪余量a=2cm和横向修剪余量b=0.5cm。这是因为碳纤维布材质柔软、易变形，容易脱落，需留有余量，待成型后才容易处理；同时也为了给导电银浆13的涂覆留有一定的空间。

2）制作带有电极的碳纤维布条12

在两种长度的碳纤维布条中，各取出6条，分别在其两端上下侧面涂覆导电银浆13，可将分散的碳纤维丝束粘结在一起，使其成为一个整体；另一方面导电银浆13包裹住铜箔可以防止其氧化。涂覆导电银浆13边界距碳纤维布条11端头留有横向修剪余量b=0.5cm，然后将铜箔胶带14一端分别垂直粘接固定在碳纤维布条11两端的导电银浆13处，使其平整紧密地贴在导电银浆13表面，铜箔胶带14另一端沿着碳纤维布条11宽度方向引出c=5.0cm的铜箔，并将导电银浆13涂覆在铜箔胶带14上，使其被导电银浆14完整包裹，制成带有电极的碳纤维布条12。

3）加热固化涂覆好导电银浆13的碳纤维布条

将两端涂覆好导电银浆的数条碳纤维布条置于真空加热箱中，加热至150℃并固化30min后取出，用砂纸打磨已固化的导电银浆13使其平整光滑。

4）准备铺设模具和配制环氧树脂胶

清洁平板状且面积大于碳纤维布条11的铺设模具表面，然后在铺设模具的铺设碳纤维布条的区域均匀涂刷2至4层脱膜剂，便于铺设好的碳纤维电热条1脱离铺设模具。本实施例选用华东理工大学华昌聚合物公司生产的merican3196a/3196b专用碳纤维树脂体系，其中3196a为环氧树脂，3196b为促进剂。按该体系3196a：3196b组分=100:25（质量比）的比例混合搅拌均匀，再进行手工涂刷。

5）铺设2层碳纤维布条11和3层带有电极的碳纤维布条12

在铺设模具5上先刷一层环氧树脂胶，再铺设一层碳纤维布条11，然后按照刷一层环氧树脂胶和一层碳纤维布条11的交错铺设方式，在每一层碳纤维布条11之间涂刷一层环氧树脂胶，形成环氧树脂胶层12夹在相邻的两层碳纤维布条11之间复合结构的碳纤维电热条1，且最下一层和最上一层均为环氧树脂胶层12。其中，夹在中间的3层碳纤维布条为带有电极的碳纤维布条12，在最上一层环氧树脂胶上平铺一层玻璃纸。

6）加热保温固化碳纤维电热条

将铺设好的碳纤维电热条1连同其底部下的铺设模具在常温下初步固化12h，确认碳纤维电热条1具有一定强度后放入真空加热箱内。从室温开始将加热至80℃，保温2h，再升温至120℃，保温6h后固化，冷却至室温制成碳纤维电热条1。

7）脱模及后续处理

脱去碳纤维电热条1上侧的玻璃纸和下侧的铺设模具，裁切碳纤维电热条四周的纵向修剪余量a和横向修剪余量b，再打磨成型，完成碳纤维电热条1的制作。

b安装电热除冰装置

1）碳纤维电热条1固定在救生艇舱门门框上

将长度分别与低温救生艇舱门的门框纵边101长度、门框横边102长度匹配的碳纤维电热条1分别粘接固定在门框纵边101及门框横边102上，再在碳纤维电热条1外侧所对应的舱门上分别用胶粘接固定k型橡胶密封条20。

2）连接温控器和开关

将分别固定在低温救生艇舱门的门框纵边101及门框横边102上的两根纵向碳纤维电热条两端和两根横向碳纤维电热条两端的铜箔胶带121分别通过导线2与对应的开关3、温控器4串联，完成电热除冰装置的安装。

本发明的碳纤维布条11和带有电极的碳纤维布条12的层数可以根据实际使用环境所需要的加热功率确定，可合理增加带电极碳纤维布12的层数，以获得较好的加热效果。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。