一種防結冰覆膜的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種防結冰覆膜，是由基底層、中間溶液泡罩層和外蒙皮表面層粘合而成，中間溶液泡罩層是由中間層填充材料、低冰點溶液和泡罩構成，數個泡罩鑲嵌在中間層填充材料中，低冰點溶液填充在泡罩中，外蒙皮表面層與中間層填充材料粘接在一起。泡罩內的溶液凝固點略低于水的冰點。泡罩內低冰點溶液的相變膨脹引起的應力應變作用在外部蒙皮上，由于蒙皮受到的泡罩膨脹的應力不是均勻連續的面應力，所以蒙皮作用在外部結冰凍結界面，使得凍結界面受到不均勻應力直至產生缺陷；最后凍結界面的不穩定性導致結冰破裂或降低結冰附著強度，使得結冰開裂脫落或方便除冰，便于對結冰進行清理。
【專利說明】一種防結冰覆膜
【技術領域】
[0001]本發明屬于冰凍防范【技術領域】，特別涉及一種防結冰覆膜。
【背景技術】
[0002]材料表面的結冰現象廣泛存在于日常生活和工業領域中，如電力、航空、交通、工程等行業領域都存在結冰問題。儀器設備結冰會影響設備的工作狀態，降低其工作效率。飛機機身結冰會影響其飛行狀態，嚴重會產生飛行安全事故，造成人員傷亡。電力塔架覆冰會引起電力輸送問題，嚴重造成斷線倒塔，電力系統癱瘓和巨大的經濟損失。動車組底盤懸掛系統的結冰會影響車輛的正常運行，嚴重造成交通事故。
[0003]目前對于結冰所產生的危害主要有兩個處理措施。一是進行后期除冰處理，如加熱融冰，化學融冰(如列車丙二醇噴淋)，機械除冰等方法；二是利用低能物質在材料表面進行修飾的防結冰處理，其中典型的是表面涂層法或直接在材料表面進行結構加工等手段，如在材料表面涂覆防疏水涂層或是緩釋融雪劑。但是兩種措施都有一定的缺點和不足，化學融冰由于使用化學物質融冰，故對環境有一定的污染性；而加熱融冰和機械除冰方法耗能耗時，經濟性不好。并且結冰完畢后期進行除冰的處理會造成一定的隱患，器械極有可能受結冰產生作用力的影響已經發生了嚴重的不可恢復的后果，或者已經產生嚴重事故。表面涂層法的缺點是使用效果不長久，涂層壽命短且部分疏水材料也不易制備；利用低能物質在材料表面進行修飾的方法也具有很大的局限性，如專利CN102492945A公開了一種仿生微納米復合結構防覆冰表面及其制備方法，通過在微米結構上添加納米結構進行防覆冰。該制備過程程序復雜繁瑣且實現的溫度和時間的跨度有很大的局限性。
【發明內容】
[0004]本發明提供一種防結冰覆膜，用于車輛底盤、電力輸變線塔架、航空航天器機身等需要防范結冰的附著的場合，實現預防或降低結冰的發生帶來的危害。發明裝置通過膠粘在工作部件表面上使用，實現外部附著冰層的自動剝離或降低結冰附著強度，便于對結冰進行清理。
[0005]本發明是由基底層、中間溶液泡罩層和外蒙皮表面層粘合而成，中間溶液泡罩層是由中間層填充材料、低冰點溶液和泡罩構成，數個泡罩鑲嵌在中間層填充材料中，低冰點溶液填充在泡罩中，外蒙皮表面層與中間層填充材料粘接在一起。
[0006]所述泡罩的形狀為球形泡或柱狀泡或半球形泡。
[0007]所述的低冰點溶液為氯化物溶液或是多元醇類混合溶液。
[0008]本發明是以液/固的相變所產生的相變膨脹現象為基礎，通過液體凝固點(冰點)差異，延緩泡罩內的低冰點溶液的相變膨脹發生時機，利用低冰點溶液的相變膨脹產生的應力應變進行防結冰的。其工作過程如下:
[0009]1、當外部由于濺水、積雪等原因形成的水在部件表面凝聚結冰時，最初由于結冰時過冷狀態的存在，溫度并沒有達到泡罩內低冰點溶液的相變溫度，低冰點溶液仍保持液體狀態，外蒙皮表面層不會發生大的變形，直至覆膜外表面水凍結成冰。
[0010]2、當外蒙皮表面層上結冰完成后，附著的結冰冰和泡罩內溶液的溫度才能繼續下降，當溫度下降到泡罩內低冰點溶液的相變溫度時，會使泡罩內低冰點液體開始進入過冷狀態直至發生相變。泡罩內液體的相變膨脹引起的應力應變作用在外部蒙皮上，由于蒙皮受到的泡罩膨脹的應力不是均勻連續的面應力，所以蒙皮作用在外部結冰凍結界面，使得凍結界面受到不均勻應力直至產生缺陷；最后凍結界面的不穩定性導致結冰破裂或降低結冰附著強度。
[0011]本發明的有益效果:
[0012]能實現外部附著冰層的自動剝離或降低結冰附著強度，便于對結冰進行清理。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1本發明的泡罩為球形泡的示意圖。
[0014]圖2本發明的泡罩為柱狀泡的示意圖。
[0015]圖3本發明的泡罩為半球型泡的示意圖。
[0016]圖4本發明的工作狀態示意圖一。
[0017]圖5本發明的工作狀態示意圖二。
【具體實施方式】
[0018]如圖3所示，本發明是由基底層1、中間溶液泡罩層2和外蒙皮表面層3粘合而成，中間溶液泡罩層2是由中間層填充材料21、低冰點溶液22和泡罩23構成，數個泡罩23鑲嵌在中間層填充材料21中，低冰點溶液22填充在泡罩23中，外蒙皮表面層3與中間層填充材料21粘接在一起。
[0019]本發明的泡罩可以為各種形狀，如圖1所示，泡罩23的形狀為球形泡；如圖2所示,泡罩23的形狀為柱狀泡；如圖3所示,泡罩23的形狀為半球形泡。
[0020]所述的低冰點溶液22為氯化物溶液或是多元醇類混合溶液。
[0021]本發明的工作過程和原理是:
[0022]圖4所示為溫度未達到泡罩23內低冰點溶液22相變溫度時的整體形態；圖5所示為外部結冰4完成、泡罩23內低冰點溶液22完成相變時的整體形態；
[0023]基底層I的表面涂膠，可直接與需要進行防結冰部件表面5進行膠粘；外蒙皮表面層3上覆冰，直接接觸結冰4的凍結界面；當外蒙皮表面層3上開始結冰，低冰點溶液22未達到相變溫度仍保持液體狀態，外蒙皮表面層3不會發生大的變形，其覆膜狀態如圖4所示；當結冰完成后溫度繼續下降，當溫度下降到溶液的相變溫度時使得低冰點溶液22開始進入過冷狀態直至發生相變，低冰點溶液22的相變膨脹引起的不均勻連續面應力作用在外蒙皮表面層3上，使得外蒙皮表面層3發生凹凸變形，如圖5所示的凹凸變形，外蒙皮表面層3進而把此應力作用在外部結冰凍結界面，使得凍結界面受到不均勻應力直至產生缺陷；最后凍結界面的不穩定性導致結冰4破裂或降低結冰附著強度。
[0024]泡罩內低冰點溶液的制備方法:
[0025]覆膜泡罩內低冰點溶液可有多種方法獲得，如采用多元醇類溶液或氯化物溶液，為適應不同環境，不同條件所引起的結冰，通過對溶液混合比例的調節，獲得不同凝固點溶液，實現結冰時機的控制。
[0026]以氯化鈉為溶液為例說明制備泡罩內低冰點溶液的過程。一般濃度在0%?30%的氯化鈉溶液，其相變溫度大致可以用如下公式進行計算:
[0027]T = - 36.97X2—57.28X+0.1037，單位為。C ；
[0028]當外部結冰水相變點為_7°C時，制備_12°C左右的氯化鈉溶液，鹽的摩爾數占總共溶液體積的20%，由于氯化鈉的摩爾質量為58.5 ;因而可以取117g氯化鈉鹽，此時氯化鈉的摩爾數為2mol，把117g的氯化鈉放入量杯中，攪拌加入蒸餾水至10L。此時制備的溶液就是含量為20%的低冰點氯化鈉溶液，其相變溫度在-12°C左右。
【權利要求】
1.一種防結冰覆膜，其特征在于:是由基底層(I)、中間溶液泡罩層(2)和外蒙皮表面層(3)粘合而成，中間溶液泡罩層(2)是由中間層填充材料(21)、低冰點溶液(22)和泡罩(23)構成，數個泡罩(23)鑲嵌在中間層填充材料(21)中，低冰點溶液(22)填充在泡罩(23)中，外蒙皮表面層(3)與中間層填充材料(21)粘接在一起。
2.根據權利要求1所述的一種防結冰覆膜，其特征在于:所述的泡罩(23)的形狀為球形泡或柱狀泡或半球形泡。
3.根據權利要求1所述的一種防結冰覆膜，其特征在于:所述的低冰點溶液(22)為氯化物溶液或多元醇類混合溶液。
【文檔編號】B32B7/12GK104191682SQ201410456599
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月10日 優先權日:2014年9月10日
【發明者】金敬福, 韓麗曼, 曹敏, 齊迎春, 叢茜 申請人:吉林大學