本發(fā)明提供一種電加熱防冰涂層及其制備方法。傳統(tǒng)的加熱防除冰方式為在基板內(nèi)側(cè)布置電阻絲加熱以達(dá)到防除冰的目的，本發(fā)明采用新型電加熱防冰涂層及其制備方法，通過在基板外側(cè)噴涂電加熱涂層，使加熱更加均勻，達(dá)到防冰的效果，屬于化學(xué)化工中功能涂料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
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電加熱涂層防除冰是一種新型的防除冰方式，是指依靠在機翼、發(fā)動機唇口等表面構(gòu)建加熱涂層，利用涂層電加熱的方式防止飛機基板表面積冰以達(dá)到防除冰目的。傳統(tǒng)的電加熱方式是通過在基板內(nèi)側(cè)布置電阻絲，電阻絲產(chǎn)生的熱通過機體材料傳遞到外表面，能量利用率低，同時造成材料內(nèi)外溫差比較大，在防冰表面需要維持一定溫度的前提下造成內(nèi)部溫度過高，對材料本身提出較高的耐溫要求。另外，部分位置(如機翼骨架)無法布加熱電阻絲，因而無法直接加熱防冰。

相比傳統(tǒng)電加熱方式，電加熱涂層由于分布于機體外表面，更接近積冰層；且在隔熱涂層作用下，大部分熱量向外傳遞用于加熱除冰，大大提高了加熱效率且降低了材料本身的耐溫要求，滿足無人機等的復(fù)合材料耐溫要求。傳統(tǒng)的電阻絲加熱為線式加熱，在電阻絲附近溫度較高，電阻絲間隔區(qū)域溫度較低，導(dǎo)致加熱不勻，加熱涂層變線式加熱為面式加熱，熱量分布更加均勻，可以對任意部位進行加熱防冰，擴展了飛機加熱防冰的應(yīng)用范圍。

新型電加熱防冰涂層，無需對飛行器做大規(guī)模的改動，只需在現(xiàn)有保護涂層基礎(chǔ)上增涂一種加熱涂層，不會讓飛行器增重太多，相比傳統(tǒng)方式，加熱更加均勻，而且可以高效的節(jié)能。本發(fā)明提供一種新型電加熱防冰涂層的制備方式，是一種相對比較便捷的防除冰方式。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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1.目的：本發(fā)明的主要目的是提供一種新型的電加熱防冰涂層及其制備方法，為了解決傳統(tǒng)電阻絲加熱不均勻、內(nèi)部加熱傳熱效率低，能耗大的問題，變線式加熱為面式加熱，提高了涂層加熱均勻性和加熱效率，是一種高效節(jié)能的防除冰方式。

2.技術(shù)方案：

為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明采取新型的加熱涂層防除冰的方式。傳統(tǒng)的電加熱方式是通過在基板內(nèi)側(cè)布置電阻絲，電阻絲產(chǎn)生的熱通過機體材料傳遞到外表面，能量利用率低，同時造成材料內(nèi)外溫差比較大，在防冰表面需要維持一定溫度的前提下造成內(nèi)部溫度過高，對材料本身提出較高的耐溫要求。

本發(fā)明一種電加熱防冰涂層，其結(jié)構(gòu)組成如下：首先在基板上噴涂一層絕緣涂層，起到和基板絕緣和絕熱的作用；第二，在絕緣涂層上制作新型的電極，能使加熱更加均勻；第三，在電極上噴涂電加熱涂料；最后在最外層噴涂保護涂層，起到保護的作用。

本發(fā)明則將加熱涂層噴涂在基體外表面，更接近積冰層。且在隔熱涂層作用下，大部分熱量向外傳遞用于加熱除冰，大大提高了加熱效率且降低了材料本身的耐溫要求，滿足無人機等的復(fù)合材料耐溫要求。同時，本發(fā)明采用新型的電極布置方式，使加熱涂層加熱更加均勻。

傳統(tǒng)的金屬絲加熱防冰的方式，金屬絲分布在基板的內(nèi)側(cè)，能力利用率低，而本發(fā)明的加熱涂層可噴涂在基板外側(cè)。此方式大大提高了加熱效率。

其中，所述的“在基板上噴涂一層絕緣涂層”，該絕緣涂層采用市場上現(xiàn)有的納米絕緣涂層，起到隔熱和絕緣的作用；其中，所述的“在絕緣涂層上制作新型的電極”，該新型的電極為自己制作，有多種制作方法，可采用導(dǎo)電銀膠或者細(xì)銅絲制作，具體制作方式如下所述；其中，所述的“在電極上噴涂電加熱涂料”，該電加熱涂料是采用納米加熱填料和有機的基體混合制備，加熱涂料的具制作方法如下所述。

本發(fā)明一種電加熱防冰涂層的制備方法，其實施作法如下：

1.電加熱涂料的制作

步驟一：向PH值為13的NaOH乙醇溶液中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為20％的KH550或其他的偶聯(lián)劑，并放在搖床上水解，得到水解液；把適量的加熱涂層填料(納米導(dǎo)電炭黑、碳納米管、石墨烯等)加入到的水解液中，浸泡2-4小時改性，放置于50攝氏度真空干燥箱中，烘干2-4小時；將烘干的加熱涂層填料分散到甲苯中，進行多次真空抽濾，最后將抽濾后的加熱涂層填料放入真空干燥箱中，120攝氏度處理兩個小時，就可得到改性加熱涂料填料；所述的“偶聯(lián)劑”是指硅烷偶聯(lián)劑，是市場現(xiàn)有產(chǎn)品。

步驟二：加熱涂料的基體可選用多種材料，如環(huán)氧樹脂、硅橡膠、SBS樹脂、聚氨酯等；將質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為20％-30％的加熱涂層基體材料放入燒杯中，用二甲苯稀釋(環(huán)氧樹脂可用丙酮稀釋)，并加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為2％-5％的連本三酚或水楊酸等分散劑，用玻璃棒攪拌均勻并放入超聲清洗機中超聲分散十分鐘，得到加熱涂料基體稀釋液。

步驟三：根據(jù)所需加熱涂料導(dǎo)電性能的要求，可將適量的步驟一中的改性的加熱涂料填料加入到步驟二中的加熱涂料基體稀釋液中，比例可根據(jù)所需加熱涂層導(dǎo)電性能作調(diào)整，并用玻璃棒攪拌均勻放入超聲清洗機中超聲分散十五分鐘，可得到所需的電加熱涂料。

2.加熱電極改進的幾種方式及詳細(xì)說明

由于電加熱涂層噴涂厚度較薄，傳統(tǒng)的銅箔電極比較厚，不能把涂層做的十分平整；而且大面積的電加熱涂層的電阻比較大，容易出現(xiàn)加熱不均勻的問題；因而需要對加熱電極做一些改進，讓整體涂層的電阻變得更小，便于電加熱涂層加熱更加均勻；

加熱電極改進的方式一：首先利用機械加工等方式制作出梳齒或其他形狀(如半圓形、異形等)的模板；將模板貼在將要噴涂電加熱涂層的基板上；利用磁控濺射機、化學(xué)鍍、電鍍或者直接涂抹銀膠的方式，將貼有模板的基板表面鍍上一層銀或其他金屬；最后將模板揭下，便可得到梳齒形或其他形狀的新型電極薄層；加熱電極改進的方式二：可采用預(yù)埋金屬絲的方式制作電極，在基板上涂上薄薄的一層膠，將細(xì)銅絲或銀絲等金屬絲截成長度相等的小段，并平行粘結(jié)在基板上，隔一根選擇一根細(xì)金屬絲并把他們固定起來；

加熱電極改進的方式三：直接用銅箔或者鋁箔等加工成梳齒形或其他形狀，并把他們粘貼在基板上；

3.加熱涂層的制作方式

步驟1：在基板上噴涂絕緣/隔熱涂層；

步驟2：選擇加熱電極改進方式中的任一方式在上述步驟1的基板上制作出電極；

步驟3：將上述電加熱涂料制作中制作得到的電加熱涂料噴涂在做出電極的基板上,涂層可厚可薄，以使涂層電阻不同，適用于不同的加熱條件；

步驟4：可在加熱涂料上面噴涂保護涂層，增強電加熱涂層的機械性能及耐候性；

本電加熱涂層可以通過改變涂層噴涂的厚薄以及選用不同的加熱涂層填料配比來得到不同電阻值的涂層，進而得到涂層不同的加熱功率；

通過以上作法，可以制備出電加熱防冰涂料，可以制備新型的電極，最終可制作出新型電加熱防冰涂層，此涂層能耗較低，并且加熱比較均勻，能達(dá)到無人機防除冰的目的。

本發(fā)明一種電加熱防冰涂層制備方法，其制作出來的新型電加熱防冰涂層的特點：

1.傳統(tǒng)電阻絲加熱防冰的方式，電阻絲布置在基板內(nèi)側(cè)，能量利用率低，且加熱不是很均勻。本發(fā)明的電加熱涂層則是噴涂在基板外側(cè)，能量利用率高，大大節(jié)省了飛機除冰所消耗的能量；同時，復(fù)合相應(yīng)結(jié)構(gòu)的電極，可使涂層加熱更加均勻，是一種高效新型的防除冰方式。

2.改性的加熱涂層填料(納米導(dǎo)電炭黑、碳納米管、石墨烯等)在連本三酚、水揚酸等分散劑的分散下能充分均勻地分散到丙酮或者二甲苯等溶劑中，加入一些粘結(jié)相以及添加劑，通過噴涂的方式即可自組裝形成平整均勻的電加熱防冰涂層，工藝簡單，可適應(yīng)多種基材表面的大規(guī)模應(yīng)用。

3.所配置的納米碳材料分散液能與多種樹脂橡膠材料配合使用，如環(huán)氧樹脂、硅橡膠、SBS樹脂、聚氨酯等，能夠得到分散比較好、加熱比較均勻、柔韌性比較好、粘結(jié)性比較強的電加熱涂層。

4.電加熱涂層有一定的熱穩(wěn)定性，在加熱過程中不會氧化，電阻穩(wěn)定。涂料可以用有機溶劑稀釋，可以通過控制加熱涂層填料的質(zhì)量比和噴涂涂層的厚度來改變涂層的電阻，得到不同加熱效果的涂層。電加熱涂層加熱效率比較高。

5.所設(shè)計的新型電極布局，采用涂抹導(dǎo)電銀膠、電鍍、化學(xué)鍍或者磁控濺射等方式把傳統(tǒng)的正負(fù)極做成多種形狀，如梳齒形、半圓形等，還可以通過預(yù)埋細(xì)金屬絲，如銅絲、銀絲做電極。這種方式縮短了電源正負(fù)極之間的距離，同時由于電極排布比較密集，有利于加強涂層的加熱均勻性。

6.此電加熱涂層制備方法，一次能制備出大量的加熱涂料，制備方法相對簡單，制作周期短，適用于大規(guī)模的生產(chǎn)；采用噴涂的方式，可噴涂于各種復(fù)雜形狀的表面，如弧形、翼形等；噴涂后表面相對平整，涂層厚度比較薄，加熱效果更加均勻，加熱效率比較高；復(fù)合加熱電極后，能明顯降低加熱涂層的電阻，可適用于各種電源條件。是一種高效的防除冰方式。

附圖說明：

圖1：新型電加熱防冰涂層示意圖。

圖2：電加熱涂層剖面示意圖。

圖3：本發(fā)明所述方法流程圖。

圖4：電極制作示意圖。

圖5：金屬絲電極涂層示意圖。

圖6：電加熱涂料噴涂示意圖。

具體實施方式：

(一)本發(fā)明一種電加熱防冰涂層，見圖2所示，其結(jié)構(gòu)組成如下：首先在基板上噴涂一層絕緣涂層，起到和基板絕緣和絕熱的作用；第二，在絕緣涂層上制作新型的電極，能使加熱更加均勻；第三，在電極上噴涂電加熱涂料；最后在最外層噴涂保護涂層，起到保護的作用。

本發(fā)明則將加熱涂層噴涂在基體外表面，更接近積冰層。且在隔熱涂層作用下，大部分熱量向外傳遞用于加熱除冰，大大提高了加熱效率且降低了材料本身的耐溫要求，滿足無人機等的復(fù)合材料耐溫要求。同時，本發(fā)明采用新型的電極布置方式，使加熱涂層加熱更加均勻。

傳統(tǒng)的金屬絲加熱防冰的方式，金屬絲分布在基板的內(nèi)側(cè)，能力利用率低，而本發(fā)明的加熱涂層可噴涂在基板外側(cè)。此方式大大提高了加熱效率。

(二)本發(fā)明一種電加熱防冰涂層的制備方法，其實施作法如下：

傳統(tǒng)的金屬絲加熱防冰的方式，金屬絲分布在基板的內(nèi)側(cè)，能力利用率低，而本發(fā)明的加熱涂層可噴涂在基板外側(cè)，見圖1。此方式大大提高了加熱效率。本電加熱涂層防冰最終的截面圖見圖2。制備過程見圖3。

1.電加熱涂料制作

步驟一：向PH值為13的NaOH乙醇溶液中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為20％的KH550或其他的偶聯(lián)劑，并放在搖床上水解，得到水解液；把適量的加熱涂層填料(納米導(dǎo)電炭黑、碳納米管、石墨烯等)加入到的水解液中，浸泡2-4小時改性，放置于50攝氏度真空干燥箱中，烘干2-4小時；將烘干的加熱涂層填料分散到甲苯中，進行多次真空抽濾，最后將抽濾后的加熱涂層填料放入真空干燥箱中，120攝氏度處理兩個小時，就可得到改性加熱涂料填料。所述的“偶聯(lián)劑”是指硅烷偶聯(lián)劑，是市場現(xiàn)有產(chǎn)品。

步驟二：加熱涂料的基體可選用多種材料，如環(huán)氧樹脂、硅橡膠、SBS樹脂、聚氨酯等。將質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為20％-30％的加熱涂層基體材料放入燒杯中，用二甲苯稀釋(環(huán)氧樹脂可用丙酮稀釋)，并加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為2％-5％的連本三酚或水楊酸等分散劑，用玻璃棒攪拌均勻并放入超聲清洗機中超聲分散十分鐘，得到加熱涂料基體稀釋液。

步驟三：根據(jù)所需加熱涂料導(dǎo)電性能的要求，可將適量的步驟一中的改性的加熱涂料填料加入到步驟二中的加熱涂料基體稀釋液中，比例可根據(jù)所需加熱涂層導(dǎo)電性能作調(diào)整，并用玻璃棒攪拌均勻放入超聲清洗機中超聲分散十五分鐘?？傻玫剿杓訜嵬苛稀?/p>

2.加熱電極改進的幾種方式及詳細(xì)說明

由于電加熱涂層噴涂厚度較薄，傳統(tǒng)的銅箔電極比較厚，不能把涂層做的十分平整。而且大面積的電加熱涂層的電阻比較大，容易出現(xiàn)加熱不均勻的問題。因而需要對電極做一些改進，讓整體涂層的電阻變得更小，便于加熱涂層加熱更加均勻。

加熱電極改進的方式一：首先利用機械加工等方式制作出梳齒或其他形狀(如半圓形、異形等)的模板；將模板貼在將要噴涂電加熱涂層的基板上；利用磁控濺射機、化學(xué)鍍、電鍍或者直接涂抹銀膠的方式，將貼有模板的基板表面鍍上一層銀或其他金屬，見圖4；最后將模板揭下，便可得到梳齒形或其他形狀的新型電極薄層。

加熱電極改進的方式二：可采用預(yù)埋金屬絲的方式制作電極，在基板上涂上薄薄的一層膠，將細(xì)銅絲或銀絲等金屬絲截成長度相等的小段，并平行粘結(jié)在基板上，隔一根選擇一根細(xì)金屬絲并把他們固定起來，電極示意圖見圖5。

加熱電極改進的方式三：直接用銅箔或者鋁箔等加工成梳齒形或其他形狀，并把他們粘貼在基板上。

3.加熱涂層的制作方式

步驟1：在基板上噴涂絕緣/隔熱涂層。

步驟2：選擇加熱電極改進方式中的任一方式在上述步驟1的基板上制作出電極。

步驟3：將上述電加熱涂料制作中制作得到的電加熱涂層漿料噴涂在做出電極的基板上，見圖6，涂層可厚可薄，以使涂層電阻不同，適用于不同的加熱條件。

步驟4：可在加熱涂料上面噴涂保護涂層，增強電加熱涂層的機械性能及耐候性。本電加熱涂層可以通過改變涂層噴涂的厚薄以及選用不同的加熱涂層填料配比來得到不同電阻值的涂層，進而得到涂層不同的加熱功率。