一种高透波防除冰材料及制备方法与流程

本发明属于防除冰复合材料，具体是涉及一种高透波防除冰材料及制备方法。

背景技术：

1、在未来的高技术战争条件下，制信息权是赢得战争的首要条件，飞机典型部位需要搭载雷达设备，从而使飞机具备灵敏的实时感知探测能力，同时，飞机飞行穿越高空冷水云层时，前缘等部位易积冰并危及飞行安全，因而翼面蒙皮、天线罩等部位需使用可透射电磁波的防/除冰组件。在保证有效结冰防护的前提下，防/除冰组件透波率越高，机载雷达灵敏度越高、感知探测能力越强，从而先发制敌。

2、目前高透波防/除冰材料缺失，现有的透波电加热材料通过减薄厚度和降低电导率的方式来透射电磁波，电磁波透波率较低，这是因为三维块体材料厚度下限高，不可减薄至分子/原子量级，而电导率降低导致防/除冰功率不足和能耗增加，制约着电磁透波率的提高。

3、现有中国发明专利申请“一种透波电加热膜及制备方法”(cn202211701776.7)将非金属导电填料分散于树脂基体中，得到的电加热膜在2-18ghz电磁波透过率低于-1db；“一种兼具隐身和防冰功能的复合结构及其制备方法”(cn202211243164.8)将碳纳米管分散于树脂中刮膜制备电热膜，2-18ghz介电常数为2.3，介电损耗为0.008-0.009，为保证电加热除冰效果透波率均无法进一步提高。中国发明专利申请“一种兼容隐身和防覆冰功能的柔性贴片及制备方法”(cn202310007429.2)采用t i n膜作为电加热层，厚度不可低于300nm且未提及透波率数据；“一种透波防除冰功能复合结构”(cn202211703406.7)在石英纤维表面生长石墨烯作为电加热层，厚度不可低于数十微米量级，也未提及透波率数据。现有中国发明专利申请“一种兼容隐身防覆冰的电加热膜”(cn202310707285.1)需制备图案化结构，制备过程繁琐且在2-18ghz频段，透波率迅速衰减为-1.95db。

4、综上所述，现有透波防/除冰材料在保证电加热功率的前提下，因选材及方案的固有不足，均无法实现高透波。为提高防/除冰电加热膜的电磁波透过率，需在保证电路通路的前提下减薄电加热层厚度。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、本发明主要针对以上问题，提出了一种高透波防除冰材料及制备方法，其目的是解决高透波电加热材料缺失及高能耗问题。

3、(二)技术方案

4、为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种高透波防除冰材料，所述材料包括：

5、透波保护层；

6、电加热膜，其上开设有阵列孔，所述电加热膜位于所述透波保护层下方，包括使用二维六方氮化硼作为导热层和使用石墨烯作为电热层，其中，所述导热层位于所述电热层之上；

7、柔性电极，位于所述电加热膜下方，与所述电热层接触；

8、透波绝缘绝热层，位于所述柔性电极下方；

9、透波承载层，位于所述透波绝缘绝热层下方；

10、树脂基体，将所述透波保护层、所述电加热膜、所述柔性电极、所述透波绝缘绝热层、所述透波承载层包覆在内。

11、进一步地，所述透波保护层包括第一纤维层和第一高分子膜层；所述透波绝缘绝热层包括第二纤维层和第二高分子膜层，其中，所述第一纤维层和所述第二纤维层均为玻璃纤维层，所述第一高分子膜层和所述第二高分子膜层由聚乙烯和聚酰亚胺的高分子膜组成。

12、进一步地，所述透波承载层为玻璃纤维层。

13、进一步地，所述柔性电极由铜或银金属层构成，并通过导线连接至直流电源。

14、进一步地，所述树脂基体为环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂中的一种。

15、进一步地，所述阵列孔的孔形选自圆形、三角形、方形、六边形中的一种或多种。

16、进一步地，所述阵列孔的开孔密度随结冰防护部位的曲率半径增大而增加，相邻阵列孔中心间距的最大值为阵列孔孔半径的1.5倍，曲率半径最小的结冰防护部位不开孔。

17、进一步地，所述柔性电极布置于透波窗口之外，沿翼面结冰防护部位弦向平行布置。

18、为实现上述目的，本发明第二方面提供了一种高透波防除冰材料的制备方法，该制备方法包括：

19、s100、将金属基膜卷绕成型后，放置于化学气相沉积管式炉的恒温区域内；通过通入载气，使石墨烯沉积在金属基膜上，形成金属基单层石墨烯薄膜；

20、s200、重复上述沉积过程，在已形成的金属基单层石墨烯薄膜上更换气源沉积二维六方氮化硼薄膜，得到含有石墨烯薄膜和二维六方氮化硼薄膜的金属基层状复合膜；

21、s300、通过卷对卷转移技术，将步骤s200中金属基层状复合膜上的二维六方氮化硼薄膜、石墨烯薄膜先转移至聚乙烯、聚酰亚胺高分子柔性基材表面，再转移步骤s100中金属基单层石墨烯薄膜上的单层石墨烯薄膜，得到包含多层石墨烯薄膜和一层六方氮化硼薄膜的高分子基卷材；

22、s400、对所述高分子基卷材进行加工以形成阵列孔，得到阵列孔高分子基卷材；

23、s500、裁剪所述阵列孔高分子基卷材至目标尺寸，并加装柔性电极，得到含柔性电极的阵列孔高分子基卷材；

24、s600、在结构件工装模具表面依次铺设以下材料层：透波承载层、透波绝缘绝热层、含柔性电极的阵列孔高分子基卷材、透波保护层；

25、s700、完成所有材料层的铺设后，根据树脂基体的固化要求进行固化处理，最终组合成为一个整体结构件。

26、进一步地，所述阵列孔的形状为圆形、三角形、方形或六边形，孔密度根据结冰防护部位的曲率半径而定，曲率半径最小的部位不开孔，随结冰防护部位的曲率半径增大，开孔密度增加，开孔密度最大至相邻阵列孔中心间距为孔半径的1.5倍。

27、(三)有益效果

28、与现有技术相比，本发明提供的一种高透波防除冰材料及制备方法，通过使用纳米级厚度的二维材料，如石墨烯和二维六方氮化硼(h-bn)，制备出的电加热膜来解决上述技术问题。这种材料结构能够在极薄的层面上提供足够的电热功率和极高的电磁波透波率(理论上高于99％)。石墨烯作为高透波电热层，具有高热导率和快速电热响应，而h-bn作为绝缘导热层，能进一步提高热效率和保持材料的结构稳定性。此外，通过在这些薄膜上加工具有不同形状和密度的阵列孔，可以根据需要调整电导率，从而优化电热性能，同时保持材料的机械强度和透波特性。这种新的电加热膜显著降低了材料厚度，提高了透波率和电热转化效率，实现了在高透波率的同时保持低能耗的效果。

技术特征：

1.一种高透波防除冰材料，其特征在于，所述材料包括：

2.根据权利要求1所述的一种高透波防除冰材料，其特征在于，所述透波保护层包括第一纤维层和第一高分子膜层；所述透波绝缘绝热层包括第二纤维层和第二高分子膜层，其中，所述第一纤维层和所述第二纤维层均为玻璃纤维层，所述第一高分子膜层和所述第二高分子膜层均由聚乙烯和聚酰亚胺的高分子膜组成。

3.根据权利要求1所述的一种高透波防除冰材料，其特征在于，所述透波承载层为玻璃纤维层。

4.根据权利要求1所述的一种高透波防除冰材料，其特征在于，所述柔性电极由铜或银金属层构成，并通过导线连接至直流电源。

5.根据权利要求1所述的一种高透波防除冰材料，其特征在于，所述树脂基体为环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种高透波防除冰材料，其特征在于，所述阵列孔的孔形选自圆形、三角形、方形、六边形中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的一种高透波防除冰材料，其特征在于，所述阵列孔的开孔密度随结冰防护部位的曲率半径增大而增加，相邻阵列孔中心间距的最大值为阵列孔孔半径的1.5倍，曲率半径最小的结冰防护部位不开孔。

8.根据权利要求1所述的一种高透波防除冰材料，其特征在于，所述柔性电极布置于透波窗口之外，沿翼面结冰防护部位弦向平行布置。

9.一种高透波防除冰材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.一种根据权利要求9所述的一种高透波防除冰材料的制备方法，其特征在于，所述阵列孔的形状为圆形、三角形、方形或六边形，孔密度根据结冰防护部位的曲率半径而定，曲率半径最小的部位不开孔，随结冰防护部位的曲率半径增大，开孔密度增加，开孔密度最大至相邻阵列孔中心间距为孔半径的1.5倍。

技术总结本发明属于防除冰复合材料技术领域，具体是涉及一种高透波防除冰材料及制备方法。所述材料包括透波保护层、电加热膜、柔性电极、透波绝缘绝热层、透波承载层以及树脂基体，电加热膜上开设有阵列孔，电加热膜位于透波保护层下方，包括使用二维六方氮化硼作为导热层和使用石墨烯作为电热层，导热层位于电热层之上；柔性电极位于电加热膜下方，与电热层接触；透波绝缘绝热层位于柔性电极下方；透波承载层位于透波绝缘绝热层下方；树脂基体将各材料包覆在内。该材料颠覆现有技术以三维材料作为电加热膜的定势，将电加热膜厚度减薄至纳米量级并保持低阻抗，基于此突破现有技术瓶颈，实现高透波且低能耗的电加热防/除冰技术。技术研发人员：张博,姜蓓,吕宣德受保护的技术使用者：中国航空制造技术研究院技术研发日：技术公布日：2024/7/25