一种除冰气囊及其制备方法与流程

本发明涉及橡胶，具体为一种除冰气囊及其制备方法。

背景技术：

1、目前，飞机采用的除冰方式主要包括：电热除冰、发动机引气除冰和气囊除冰。螺旋桨类固定翼飞机受限于发动机功率低，引气量不够，发电频率小，不适用于电热除冰及发动机引气防冰，较为理想的是采用气囊除冰方式，气囊除冰是时间最短、效率最高、能耗最低的除冰方式。当机翼表面有积冰时，气囊通过迅速鼓起和瘪下的反复动作来破碎表面的冰层，在离心力或高速气流的作用下，碎冰脱离机翼表面。

2、目前，国内军用和民用的螺旋桨飞机在机翼、尾翼等部位均安装美国goodrich和法国aerazur公司的除冰气囊。除冰气囊属于多层橡胶、增强织物复合的薄壁气囊。其结构由封闭边、主歧管和充气嘴组成，具有异形、超薄及高强度等特点。

3、专利cn113459613a公开了一种用于涡浆飞机的橡胶除冰气囊，第一，该专利中层胶的主体胶料为天然橡胶和氯丁橡胶，而两种极性不同的橡胶导致中层胶与复合骨架层的尼龙织物粘合性能变差，即层间粘合性能变差，这将导致囊体多层材料复合的整体性变差，由于气囊长期处于充气和放气状态下的循环，整体性差将极大程度上影响产品的疲劳寿命。第二，该专利所述气道结构为端部连通气道，见附图1，这种气道一方面导致充气膨胀响应速度慢，影响除冰效果，另一方面该结构导致囊体应力集中点多，历经反复充气放弃的循环工作，加速气囊损坏，严重影响气囊的使用寿命。第三，该专利胶料所用导电剂为导电炭黑，导电炭黑粒径小，且导电机理为“点-点接触”，因此，为达到所需的抗静电能力，通常需要较大的添加量。导电炭黑添加量大时进一步增加了其在橡胶中的分散难度，同时，导电炭黑对湿度和温度较为敏感，在过高或过低的温度下导电性能都会受到影响，并不适用于除冰气囊长期暴露在低温的室外环境。另一方面，根据研究发现，带有导电炭黑的胶料导电性与最终成品导电性具有较大差距，主要是由于导电炭黑提供的导电性能随着成品制作过程中所经历的胶料返炼、压延等工艺而逐件衰减，这更增加了导电炭黑添加量的不确定性以及导致了最终制品导电性能的不稳定性。因此尚缺乏一种综合性能优异且长寿命的国产除冰气囊。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种除冰气囊及其制备方法，用以解决背景技术中提出的技术问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的具体方案为：

3、一种除冰气囊包括第一导电外胶层、第一导电中胶层、第一涂覆织物层、隔离布层、第二涂覆织物层、第二导电中胶层、第二导电外胶层以及气嘴；第一涂覆织物层、隔离布层与第二涂覆织物层采用弹性缝线根据设计轨迹缝合，形成气道；气道通过气嘴与充气系统连接。

4、一种除冰气囊的制备方法

5、步骤一：将氯丁橡胶和天然橡胶投入密炼机塑炼，时间1～2min；将氧化镁、防老剂、防霉剂投入密炼机，时间1～2min；将补强剂、导电剂，增塑剂投入密炼机，时间3～5min；排胶得到母炼胶，控制排胶温度不高于120℃；母炼胶停放8h以上，热炼后使用滤胶机2层40目×60目网过滤，机头温度：60～70℃，机身温度40～50℃；在开炼机上加入氧化锌、促进剂，经薄通、下片、冷却制成第一导电外胶层混炼胶；第一导电外胶层混炼胶热炼后，用压延机将第一导电外胶层混炼胶压延成厚度为0.3～0.5mm的胶片，得到第一导电外胶层和第二导电外胶层，控制上辊温度：35～45℃，中辊温度：40～50℃，下辊温度：35～45℃。

6、步骤二：将天然橡胶投入密炼机塑炼，时间1～2min；将氧化锌、防老剂投入密炼机，时间1～2min；将补强剂、导电剂，增塑剂投入密炼机，时间3～5min；排胶得到母炼胶，控制排胶温度不高于140℃；母炼胶停放8h以上，热炼后使用滤胶机2层60目×80目网过滤，机头温度：70～80℃，机身温度60～65℃；在开炼机上加入促进剂、硫磺，经薄通、下片、冷却制成第一导电中胶层混炼胶，前辊温度50～60℃，后辊温度45～55℃；第一导电中胶层混炼胶热炼后，用压延机将第一导电中胶层混炼胶压延成厚度为0.3～0.6mm的胶片，得到第一导电中胶层和第二导电中胶层，控制上辊温度：35～45℃，中辊温度：40～50℃，下辊温度：35～45℃。

7、步骤三：在开炼机上将天然橡胶塑炼，时间4～5min；依次加入防老剂、粘合剂rs、补强剂、导电剂、增塑剂，前辊温度：45～55℃，后辊温度：40～50℃，混炼时间22～28min，得到第一涂覆织物层用胶料母炼胶；第一涂覆织物层用胶料母炼胶冷却后热炼，用滤胶机2层60目×80目铜网过滤,机头温度：70～80℃，机身温度50～60℃。在开炼机上加入母炼胶、粘合剂a、促进剂、硫磺，经薄通、下片，制成第一涂覆织物层用胶料；第一涂覆织物层用胶料与汽油以质量比1：2～3.5的比例在搅拌罐中进行搅拌制成。利用涂胶机，在尼龙经编针织布上涂胶，制成第一涂覆织物层，厚度为0.45～0.55mm。

8、步骤四：以尼龙针织布、隔离布和尼龙平纹布的顺序叠放，弹力缝线按缝线轨迹进行缝纫。

9、步骤五：将第一导电中胶层置于复合骨架层针织布外侧，使用手压辊贴合成型；将第二导电中胶层置于复合骨架层平纹布外侧，使用手压辊贴合成型；将第一导电外胶层置于第一导电中胶层外侧，使用手压辊贴合成型；将第二导电外胶层置于第二导电中胶层外侧，使用手压辊贴合成型。

10、步骤六：将成型后的气囊硫化，所使用的硫化设备包括但不限于鼓式硫化机、平板真空硫化机，硫化温度为145～155℃，硫化时间为20～40min，硫化压力为10～15mpa。

11、步骤七：将硫化后的气囊与气嘴进行粘接，得到除冰气囊。

12、本发明的有益效果为：

13、本发明所提出的第一和第二导电中胶层与复合骨架层的粘合性能优异，其粘合强度可达7～9n/m，且试样失效方式为胶层断裂，胶层与织物层未剥离。通过对除冰气囊工作时的受力分析可知，层间粘合性能极大程度上影响了除冰气囊功能性能的实现、产品质量和产品寿命，使用本发明所制备的除冰气囊能在充放气循环6万次后仍然保持良好的一体性，避免了由于粘合性能不足而导致的气囊循环寿命缩短的问题。

14、本发明提出的除冰气囊，气道为平行且端部不连通结构，避免了充气过程中在蛇形气道端部所产生的应力集中点，使除冰气囊在充气过程中受力更合理，提高产品使用寿命，同时还可以实现多行气道的同时受力膨胀，提高了除冰气囊的除冰效率。

15、本发明使用尼龙弹力线进行复合骨架层的缝纫，气囊受力膨胀时，带有弹力的缝线可以减弱其对复合骨架层的牵引、切割和摩擦，提高除冰气囊的疲劳寿命。

16、本发明所制备的除冰气囊胶料，使用碳纳米管作为导电剂，与导电炭黑相比，添加量更少，降低了混炼的难度，且碳纳米管导电性的稳定程度远远高于导电炭黑，避免了添加导电炭黑的橡胶经过多重工艺后导电性能下降的情况。本发明所制备的胶料表面电阻可达3.1×103。

技术特征：

1.一种除冰气囊，其特征在于：包括第一导电外胶层、第一导电中胶层、第一涂覆织物层、隔离布层、第二涂覆织物层、第二导电中胶层、第二导电外胶层以及气嘴；第一涂覆织物层、隔离布层与第二涂覆织物层采用弹性缝线根据设计轨迹缝合，形成气道；气道通过气嘴与充气系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种除冰气囊，其特征在于：所述的第一导电外胶层与第二导电外胶层材料相同，包括质量分数为50～90份的氯丁橡胶、10～50份的天然橡胶，10～15份快压出炭黑，8～15份沉淀白炭黑，0.5～5份的碳纳米管，1～10份活性氧化镁，3～5份氧化锌，0.5～2份硫磺，0.2～1份促进剂na-22，1～3份防老剂4020，0.5～3份防霉剂，5～20份增塑剂。

3.根据权利要求1所述的一种除冰气囊，其特征在于：所述的第一导电中胶层与第二导电中胶层材料相同，包括质量分数为100份的天然橡胶，8～15份沉淀白炭黑，0.5～5份碳纳米管，2～5份氧化锌，5～20份增塑剂，1～3份促进剂cz，0.5～2份硫磺。

4.根据权利要求1所述的一种除冰气囊，其特征在于：所述的气道为互相平行且端部不连通结构，气道宽度为20～40mm。

5.一种除冰气囊的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种除冰气囊及其制备方法，其中所述除冰气囊包括第一导电外胶层、第一导电中胶层、第一涂覆织物层、隔离布层、第二涂覆织物层、第二导电中胶层和第二导电外胶层，第一导电外胶层与第二导电外胶层采用氯丁橡胶并用天然橡胶，第一导电中胶层和第二导电中胶层采用天然橡胶，第一涂覆织物层与隔离布和第二涂覆织物层采用弹力尼龙线缝合，形成多条端部不连通的平行气道，气道通过气嘴与外部连通，实现除冰所需的充、放气过程。本发明的有点在于：(1)多层橡胶材料均具有导电性能，可以传导空气与囊体内部摩擦所产生的静电；(2)橡胶层与涂覆织物层具有良好粘合性能，气囊多层复合的整体性优异。

技术研发人员：王轶,于健,孔波,张硕,胡晓东,王哲
受保护的技术使用者：沈阳橡胶研究设计院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17