CN1113475A - 聚氨酯除冰装置 - Google Patents
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Abstract
一种改进的除冰装置8，包括一聚氨酯顶层10、
一除冰层12和一底层14，它们在一起固化成一整
体。其中，底层可以是聚氨酯或氯丁二烯，除冰层可
以是热、气动或电磁除冰装置。
Description
本发明涉及飞机除冰装置，特别涉及一种改进的具有聚氨酯外壳的除冰装置。
众所周知，飞机的机翼和其它结构件在飞行中结冰是非常危险的。在此术语“结构件”指的是飞机在飞行中任何易于结冰的飞机表面，包括机翼，稳定器、发动机进气口、转子等。自飞行的早期时代起，人们就一直尝试着解决飞行结冰问题。尽管人们已经提出了许多种用于飞机在飞行中除冰的技术，但这些技术却具有各种缺点，使得人们仍在这方面继续不断地进行探索和研究。为防止和/或除去飞机结冰所进行的努力现已产生了三种主要通用的除冰方式或称除冰方法。
一种常用的除冰方法是将化学剂作用于飞机的全部或部分构件表面，以降低冰在飞机上的附着力，或者降低聚积在飞机表面上的水的冰点温度。
另一种常用的除冰方法是机构除冰。在可供商业性使用的主要机械除冰装置中，气动除冰装置是其中一种。在这种装置中，飞机的机翼或支杆部件的迎风前缘部分由若干可膨胀的、大致成管形的构件覆盖，该构件可以用加压流体（一般是空气）而涨大。当该管状构件涨大时，它趋于使机翼或支杆部件的迎风前缘部分产生实质性的膨胀，从而使结在这些部分上的冰碎裂并分散在吹过这些部分上的气流中。用于起除冰作用的其它机械装置包括电动机械锤击装置，这样的装置可见如诸如Levin等人的美国专利3，549，964、Haslim等人的美国专利4，690，353、Adams等人的美国专利4，875，644和Brisco等人的美国专利4，706，911。
再一种常用的除冰方法是热除冰，其中，飞机的迎风部分受到加热防止结冰或者使已结的冰松散。已松散的冰则由吹过飞机的气流吹离迎风部分。
在一种热除冰方式中，加热是通过将具有加热元件的电热板设置在飞机的迎风面上或者通过将加热元件置入飞机结构件之中实现的。在此，供于每个加热元件的电能是由一台或多台航空发动机驱动的发电机所提供的。可断续或持续地供给电能，以便产生足够的热量防止结冰或使已结的冰松散。
在某些常用的热除冰装置中，加热元件是可以置于柔性背衬上的带状元件，它由相互连接的链段状导体元件构成。这些链段状导体元件彼此间由间隙即链段间隙隔开，并且每个带状元件可以由一对接触片提供电能。当这些链段状导体元件设置在机翼或其它翼形表面时，它们被设置在沿机翼的翼展方向或沿翼形表面的绳索方向延伸的条状区域中。电热除冰板的一种最简单的形式是由一个夹在两绝缘层之间并被粘到待除冰表面或结构上的电表面加热元件构成。使用时，当该电热除冰板上有一定量的结冰时，向该板通电，当足够的热量被传递到板/冰结合面时便消除了板-冰之间的附着力，由此可允许空气动力或离心力除去已由除冰板融化了的结冰。
当前，由橡胶或其它弹性材料构成的柔性***已用作机械和热除冰装置的外皮。然而，这些橡胶***当用在高速飞行的飞机时，一般会受到飞机所撞上的砂粒、雨滴、冰雹和小冰粒对其产生的有害的碗状磨蚀、腐蚀，和割裂作用。另外，现有的电热型柔性橡胶或其他弹性材料***，由于具有植入其橡胶之中的加热元件且该加热元件由具有圆形截面的实心金属线或纹合金属线构成，因此可能受到电热金属线的破坏并且当飞机高速飞行时也可能受到雨滴和类似物的有害磨蚀、腐蚀和切割作用。
飞机制造业的一个目标就是增加上述除冰装置的使用寿命。改进这种装置的努力已经使得它们的适应性，实用性，效率和可靠性得到了持续不断的发展。
按照本发明的一个方面，提供了一种翼面除冰装置，它包括一个置于一聚氨酯顶层和一底层之间的除冰层，并且所说的顶层和底层固化成一整体结构。
按照本发明的另一方面，提供了一种制造翼面防冰装置的方法，其包括如下步骤：
a）设置一聚氨酯顶层；
b）设置一除冰层；
c）设置一底层；
d）将所说聚氨酯层、除冰层和底层固化成一个整体。
图1A是一横截面剖视图，表示了按照本发明的固化前的防冰装置。
图1B是一横截面剖视图，表示了按照本发明的固化后的除冰装置。
图2是按照本发明的除冰装置之顶视图。
图3是按照本发明的除冰装置安装在翼面上的等轴截面剖视局部视图。
参照图1A，按照本发明的除冰装置或称保护罩8包括一聚氨酯混合物的顶层或称包层10、一直接置于顶层10之下的除冰保护件12和一置于除冰元件12另一侧的底层或称包层14。全部这些部分构成一整体式结构。除冰元件12是除冰装置8的这样一部分，即，该部分既可以防止冰的形成，也可以除去形成的冰，该部分可以通过一从除冰装置8中引出的控制线10而受到控制。底层14可以由任何易弯曲的、使除冰装置8可以很方便地安装在曲线型机翼表面并且可以与顶层10交联在一起的材料构成，但是，最好由与顶层10一样的材料构成或最好主要由氯丁二烯材料构成。用于顶层10和底层14的材料将在下面作进一步详细地描述。
现在参照图1B，顶层10和底层14被固化在一起形成一整体以完全包围着除冰元件层12，从而构成一整体式除冰保护罩8。
现参照图2，除冰保护罩8具有一顶层10、一置于顶层10之下的除冰层12和一控制线16。
现参照图3，本发明的防冰装置8设置在一机翼20上，由一设置于顶层10和底层14之内的除冰层12构成，而该顶层和底层固化在一起构成一整体装置，并且在固化后，这两层不能被轻易地区分开来。
图1A、1B所示的顶层10是一种用过氧化物固化的交联热固性抗磨蚀聚氨酯，它由一种混合物构成，混合物中各材料的组成见表Ⅰ。
组分 份数/100橡胶
脂族氨基甲酸乙酯 75.00
芳香族氨基甲酸乙酯 25.00
炭黑 1.00
紫外线保护剂 3.00
有机过氧化物固化剂 5.00
邻苯二酰胺加速剂 2.50
亚硝基二胺防焦剂 0.25
总计111.75
优选的过氧化物固化剂是ATO化学公司的LUPERCO 130XL（2，5二甲基-2，5-双（t-丁基-过氧）hexme-3）固化剂。依据所需的固化温度，其它的过氧化物也可以用于本发明。
优选的邻苯二酰胺加速剂可选用E.I.Dupont deNemours&Company的HVA-2（n，n-亚苯基-双-邻苯二酰胺）加速剂。优选的亚硝基二胺防焦剂可选用Prochemie，Inc的NITROSO防焦剂。HVA-2和NITROSO共同作用可以防止焦化并不会停止固化过程的进行。这些物质的使用对于天然橡胶和EPDM弹性体领域的普通技术人员而言是公知的。优选的炭黑可选用任何一家制造商诸如Cabot公司或AKZO化学公司生产的N-774。优选的脂族氨基甲酸乙酯可选用MortonInternational的聚酯型热塑性聚氨酯MORTHANE PN3429，这是一种由4，4′-二苯甲烷-异氰酸酯，4，4′-环已烷-二甲醇和脂族二元酸诸如已二酸得到的聚合物的一种享有独占权的混合物，这种聚氨酯最好具有表Ⅱ所列的物理特性。有关这些聚氨酯更进一步的描述可见美国专利5203181和美国专利5001208。
表Ⅱ
脂族氨基甲酸乙酯物理性能的要求
硬度 85-90A
拉抗强度（PSI） 10，000
300%模量（PSI） 5，600
延伸度（%） 450
比重 1.19
优选的芳香族氨基甲酸乙酯是B.F.Goodrich Company的以MDI为基本材料的聚酯聚氨酯热塑性ESTANE 5703P，这种物质可由一种使用MDI和1，4-丁二醇的聚酯中间体制成，它应具有表Ⅲ所列的物理性能。
表Ⅲ
芳香族氨基甲酸乙酯的物理性能要求
硬度 70A
拉抗强度（PSI） 5，300
300%模量（PSI） 450
延伸度（%） 730
比重 1.21
顶层10的制造过程如下所述。上述组分在一般的辊式混炼机中得到混合，其中，低粘滞性的ESTANE氨基甲酸乙酯首先被混炼；接着按照相应的次序添加下列组分：CYASORB UV24；N-774炭黑；HVA-2；和NITROSO。这些材料的交叉混炼应至少进行六次。接着添加LUPERCO130XL并通过交叉混炼至少六次而得到完全的混合，将其制成片并冷却。接着MORTHANE在在混炼机中被混炼，并且它一旦熔化，由上述Estene为主的配料便慢慢地加入，以防止其在混炼机中分解和膨胀。这种新的混合物应当通过交叉混炼至少6次以完全混合。这种混合物然后被制成片并冷却。
底层14可以由一种氯丁二烯混合物构成。在此情况下，该氯丁二烯可以由具有表Ⅳ所列组成的混合物形成。
表Ⅳ
组分 份数/100橡胶
氯丁二烯 100.00
巯基咪唑啉 1.00
炭黑 23.75
聚乙烯 4.00
硬脂酸 0.50
邻苯二酰胺加速剂 0.75
氧化锌 5.00
氧化镁 6.00
油酸-N丁酯 4.00
油 5.00
二苯胺抗氧化剂 4.00
总计 154.00
优选的氯丁二烯可选用E.I.DuPont denemours&Company的NEOPRENE WRT。优选的巯基咪唑啉可选用Wyrough & Loser的END75，NA22。优选的炭黑可选用任何一家制造商诸如Cabot公司或AKZO化学公司的N330。优选的聚乙烯可选用Allied Signal的低分子量聚乙烯AC1702。优选的邻苯二酰胺加速剂可选用E.I.DuPontdeNenemours & Company的HVA-2（n，n-亚苯基-双-邻苯二酰胺）加速剂。所使用的硬脂酸和氧化锌可选用任何一种本专业普通技术人员所熟知公司的产品。优选的氧化镁可选用Basic化学公司的产品。优选的油可选用Seaboard Industries的Superior 160。优选的二苯胺抗氧化剂可选用Uniroyal Corp的BLE25。
用于底层14的氯丁二烯的制造方法如下。首先，氯丁二烯树脂在混炼机中混合，接着，将表Ⅳ所列的组分按帧各自相应的次序加入。当混合被完全交叉混合后，混合物被制成片并被冷却。
除冰元件12可以是任一既可以除去机翼上的冰又可以防止冰在机翼上形成的元件。例如除冰层12可以是诸如Hoffman的美国专利2992，317中所公开的热除冰器，该文献被结合于此以作参考。除冰层12也可以是一气动型除冰器，诸如Wiesend Jr等人和Wiesend的美国专利5，112，011和4，494，715中所公开的除冰器，这些文献也结合于此以作参考。除冰层12还可以是一电一磁装置，诸如Adams等人的美国专利5，152，480，5，129，598和5，142，767中所公开的装置，这些文献也结合于此以作参考。
本发明的除冰装置的制造方法如下所述。首先，将聚氨酯顶层10置于结构定位装置上，并仔细除去任何所困住的空气，使聚氨酯层保持平整。然后，将相应的粘合水泥（诸如Lord公司生产的CHEMLOK233）涂覆在顶层10上以及除冰层12的顶面，并将除冰层12放置在顶层10上。接着，将一种建筑水泥涂覆在除冰层12的底面并将底层14放置在除冰层12上，仔细除去任何所困住的空气，在此，建筑水泥最好是一种氯丁二烯水泥，诸如B.F.Goodrich公司粘合剂营业部的水泥，商业编号A1551B。接着，将一种表面水泥涂覆在本发明的装置上，除去皱折、气泡、抽真空，并在压力为40-60psi、温度为310°F的蒸汽釜中固化约40分钟，在此，所用的表面水泥例如可以是3M DuPont或Bostik的以氯丁二烯为主要成份的水泥。
如果底层14是氯丁二烯，那么在把它放置在除冰层12之前，必须首先用增粘溶剂诸如乙酸丁酯增粘。
聚氨酯顶层10和底层14，无论是由聚氨酯制或是由氯丁二烯制成，其厚度最好都大于0.008英寸。
本发明通过设置一层比现有除冰装置的顶层更具抗腐蚀性的顶层而延长了除冰装置的寿命。本发明还具有较佳的热传导性，可以减少防冰装置的总厚度，制造容易，并可减少除冰装置的成本和重量，使用方便，可以给出先前技术不能提供的各种颜色。本发明也还可以改善飞行过程中的流体阻力，这种改善以前是由合成双酯发动机润滑油或类似物实现的。
虽然本发明在此通过了其举例性实施例进行了展示和描述，但本专业的普通技术人员应当知道，在不脱离本发明的精神和范围的前题下，本发明包括上述的及其它在技术特征上有所变化、有所增减的技术方案。
Claims (27)
1、一种除冰装置，它具有一设置在一聚氨酯顶层和一底层之间的除冰元件，所说的顶层和底层被固化成一整体结构。
2、一种如权利要求1所述的除冰装置，其特征在于，所说的聚氨酯层在固化前的厚度大于0.008英寸。
3、一种如权利要求1所述的除冰装置，其特征在于，所说的顶层是由脂族和芳香族氨基甲酸乙酯构成。
4、一种如权利要求3所述的除冰装置，其特征在于，所说的顶层进一步地由亚硝基二胺构成。
5、一种如权利要求1所述的除冰装置，其特征在于，所说的底层是由聚氨酯构成。
6、一种如权利要求1所述的除冰装置，其特征在于，所说的底层是由氯丁二烯构成。
7、一种如权利要求1所述的除冰装置，其特征在于，所说的除冰层由热除冰装置构成。
8、一种如权利要求1所述的除冰装置，其特征在于，所说的除冰层由气动除冰装置构成。
9、一种如权利要求1所述的除冰装置，其特征在于，所说的除冰层由电磁除冰装置构成。
10、一种用于制造除冰装置的方法，它包括如下步骤：
a）设置一聚氨酯顶层；
b）设置一除冰层；
c）设置一底层；并且
d）将所说的聚氨酯顶层、除冰层和底层固化成一整体结构。
11、一种如权利要求10所述的用于制造除冰装置的方法，其特征在于，所说的聚氨酯顶层在固化前其厚度大于0.008英寸。
12、一种如权利要求10所述的用于制造除冰装置的方法，其特征在于，所说的顶层由脂族和芳香族氨基甲酸乙酯构成。
13、一种如权利要求12所述的用于制造除冰装置的方法，其特征在于，所说的顶层进一步地由亚硝基二胺构成。
14、一种如权利要求10所述的用于制造除冰装置的方法，其特征在于，所说的底层由聚氨酯构成。
15、一种如权利要求10所述的用于制造除冰装置的方法，其特征在于，所说的底层由氯丁二烯构成。
16、一种如权利要求10所述的用于制造除冰装置的方法，其特征在于，所说的除冰层由热除冰装置构成。
17、一种如权利要求10所述的用于制造除冰装置的方法，其特征在于，所说的除冰层由气动除冰装置构成。
18、一种如权利要求10所述的用于制造除冰装置的方法，其特征在于，所说的除冰层由电磁除冰装置构成。
19、一种用于制造除冰装置的方法，它包括如下步骤：
a）碾混一聚氨酯混合物，以便提供一顶层；
b）设置一除冰层；
c）设置一个由第一材料构成的底层，并且
d）将所说的顶层、除冰层和底层固化成一整体结构。
20、一种如权利要求19所述的用于制造除冰装置的方法，其特征在于，所说的顶层在固化前，其厚度大于0.008英寸。
21、一种如权利要求19所述的用于制造除冰装置的方法，其特征在于，所说的聚氨酯混合物由脂族和芳香族氨基甲酸乙酯构成。
22、一种如权利要求21所述的用于制造除冰装置的方法，其特征在于，所说的聚氨酯混合物进一步由亚硝基二胺构成。
23、一种如权利要求19所述的用于制造除冰装置的方法，其特征在于，所说的第一材料由聚氨酯构成。
24、一种如权利要求19所述的用于制造除冰装置的方法，其特征在于，所说的第一材料由氯丁二烯构成。
25、一种如权利要求19所述的用于制造除冰装置的方法，其特征在于，所说的除冰层由热除冰装置构成。
26、一种如权利要求19所述的用于制造除冰装置的方法，其特征在于，所说的除冰层由气动除冰装置构成。
27、一种如权利要求19所述的用于制造除冰装置的方法，其特征在于，所说的除冰层由电磁除冰装置构成。
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