疏水憎冰涂层及具有该涂层的弹翼结构的制作方法

1.本申请涉及一种疏水憎冰涂层及其制备方法，以及具有该涂层的弹翼结构。


背景技术：

2.弹翼是连接在弹体上的主要翼面，其主要功能是产生空气升力，托举弹体，并起到稳定操控的作用。若在飞行过程中附着水汽后，由于高空气温较低会出现结冰现象，冰层的出现会影响弹翼的气动外形以及操控稳定性，导致升力变化，对飞行产生不利影响。
3.超疏水涂层是一种理想的疏水防覆冰方法，具有零耗能、无复杂的控制系统等优点，相比于电热除冰法不在翼体内增设其他结构；超疏水涂层主要利用涂层的低表面能和微纳结构，减小水滴在涂层表面附着，使水滴在结冰前脱离表面，即使出现结冰现象在震动下冰层也较易脱落。
4.本申请提供一种疏水憎冰涂层的制备方法，其获得的涂层具有较高的疏水、憎冰性能，并且与弹翼表面具有较高的膜基结合力。


技术实现要素：

5.在弹翼碳纤维增强预浸布蒙皮表面制备得到疏水防覆冰涂层，主要思路为：第一步弹翼预处理，采用低压室温等离子体改性预浸布表面，在其表面产生活性含碳官能团；第二步，采用pecvd（plasma enhance chemical vapor deposition 、等离子体增强化学气相沉积）技术制备al
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dlc（al掺杂 diamond like carbon al、掺杂类金刚石）疏水防覆冰涂层，随后对制备得到的具有涂层的弹翼进行静态接触角、覆冰结合力等测试。
6.第一步，首先对弹翼整体进行超声水洗清洁，采用电介质阻挡放电反应器中进行常温等离子体改性，在反应腔室电极间通入高纯乙炔、氧气混合气体，通气流速为30
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50ml/min，乙炔氧气体积比为1:1，保持腔室内含碳气氛，在电介质阻挡放电反应器中施加10khz、20
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25kv的交流电源产生常温含碳等离子体，对样品施加处理1
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2min。
7.第二步，在pecvd设备中，沉积温度50
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80℃，偏压2000
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3000v，沉积时间1
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2h，气压0.01
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0.2pa，甲烷与三甲基铝的流速比为(5
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7):1。
8.通过第一步对弹翼改性在其表面得到含碳的活性官能团，能够提高后续疏水憎冰涂层与基体的结合性，避免涂层在复杂工况下性能降低，随后通过等离子体增强化学气相沉积方法制备得到铝掺杂的类金刚石涂层，通过对制备参数的调整得到含铝碳化物微纳结构表面，最终提高弹翼的疏水憎冰性能。
9.复合弹翼包括主翼及副翼，二者之间通过高强纤维编织布连接。
附图说明
10.图1为复合弹翼结构示意图；图中：1、主翼；2、高强纤维编织布；3、副翼；4、泡沫；5、纤维增强缠绕层；6、碳纤维增强预浸布蒙皮。
具体实施方式
11.实施例1在弹翼碳纤维增强预浸布蒙皮表面制备得到疏水防覆冰涂层。首先对弹翼整体进行超声水洗清洁，采用电介质阻挡放电反应器中进行常温等离子体改性，在反应腔室电极间通入高纯乙炔、氧气混合气体，通气流速为40ml/min，乙炔氧气体积比为1:1，保持腔室内含碳气氛，在电介质阻挡放电反应器中施加10khz、20kv的交流电源产生常温含碳等离子体。对样品施加处理1min，得到表面改性的弹翼。
12.第二步，在pecvd设备中制备掺杂al的dlc疏水憎冰涂层，沉积温度50℃，偏压2kv，沉积时间1h，气压0.01pa，甲烷与三甲基铝的流速比为5:1。
13.实施例2
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5实施例2
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5制备步骤与实施例1相同，具体参数参见表1和表2。
14.制备得到的涂层进行膜基结合强度测试。接触角测试采用gb/t24368
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2009测试标准进行，冰粘附力测试方法为，在透明比色皿中装入1ml去离子水，其开口一端与样品紧密贴紧，倒置后放入冰箱内低温冷冻1h，取出后迅速测试，采用测量最大推力值，结合实际接触面积得到冰粘附力。测试得到的数据参见表3，可见得到的涂层具有较高的疏水憎冰性能。
15.表1.实施例1
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5第一步改性处理参数表2.实施例1
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5第二步沉积处理参数表3.实施例1
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5测试性能参数
对比例1
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4对比例1
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4制备步骤与实施例1相同，调整第一步改性处理参数，具体数据参见表4。通过膜基结合力测试，实施例1
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5结合力均大于30n，对比例1中未通入含碳气体，导致无法得到预期的活性官能团，其膜基结合力不足20n，仅为18n；对比例2中处理时间不足，通气速率改变也会导致膜基结合力无法达到30n，为22n；对比例3和对比例4中对通气速率调整，其会影响产生的活性官能团种类和数量，最终导致膜基结合力不足。
16.表4.对比例1
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4第一步改性处理参数对比例5
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8对比例5
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8制备步骤与实施例1相同，调整第二步涂层制备工艺，具体参数参见表5。通过对前驱体比例的调整，发现其显著影响疏水憎冰性能，前驱体调整会影响碳化物微纳米结构的形貌，而微纳米结构特别是其结构产生的表面空隙密度、空隙大小的变化，会导致水滴的浸润和冰附着状态的变化。
17.表5.对比例5
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8第二步制备参数
实施例6如图1所示的复合弹翼结构示意图，复合弹翼包括主翼1及副翼3，二者之间通过高强纤维编织布2连接，主翼1和副翼3主体为泡沫4，通过纤维增强缠绕层5包覆泡沫4，再在其上设置碳纤维增强预浸布蒙皮6结构，随后通过实施例1中的方法，在弹翼蒙皮表面制备得到疏水防覆冰涂层。


技术特征：
1.一种疏水憎冰涂层的制备方法，其特征在于：第一步，采用低压室温等离子体以高纯乙炔、氧气混合气体改性基体，在其表面产生活性含碳官能团，所述基体为碳纤维增强预浸布蒙皮；第二步，采用pecvd技术制备al
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dlc疏水憎冰涂层，第二步具体制备方法包括，在pecvd设备中，沉积温度50
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80℃，偏压2000
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3000v，沉积时间1
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2h，气压0.01
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0.2pa，甲烷与三甲基铝的流速比为(5
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7):1。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于第一步具体改性方法包括，首先对弹翼整体进行超声水洗清洁，采用电介质阻挡放电反应器中进行常温等离子体改性，在反应腔室电极间通入高纯乙炔、氧气混合气体，通气流速为30
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50ml/min，乙炔氧气体积比为1:1，保持腔室内含碳气氛，在电介质阻挡放电反应器中施加10khz、20
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25kv的交流电源产生常温含碳等离子体，对样品施加处理1
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2min。3.一种复合弹翼结构，其特征在于蒙皮表面具有如权利要求1
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2任一项所述制备方法制备得到的疏水憎冰涂层，复合弹翼包括主翼及副翼，二者之间通过高强纤维编织布连接。

技术总结
一种疏水憎冰涂层的制备方法以及具有该方法制备得到涂层的复合弹翼结构，第一步对弹翼改性在其表面得到含碳的活性官能团，能够提高后续疏水憎冰涂层与基体的结合性，避免涂层在复杂工况下性能降低，随后通过等离子体增强化学气相沉积方法制备得到铝掺杂的类金刚石涂层，通过对制备参数的调整得到含铝碳化物微纳结构表面，最终提高弹翼的疏水憎冰性能。最终提高弹翼的疏水憎冰性能。最终提高弹翼的疏水憎冰性能。


技术研发人员：杨红娜 蔡风园 修建
受保护的技术使用者：北京航天和兴科技有限公司
技术研发日：2021.08.16
技术公布日：2021/9/13