專利名稱：聚氨酯除冰裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及飛機除冰裝置，特別涉及一種改進的具有聚氨酯外殼的除冰裝置。
眾所周知，飛機的機翼和其它結構件在飛行中結冰是非常危險的。在此術語“結構件”指的是飛機在飛行中任何易于結冰的飛機表面，包括機翼，穩(wěn)定器、發(fā)動機進氣口、轉子等。自飛行的早期時代起，人們就一直嘗試著解決飛行結冰問題。盡管人們已經(jīng)提出了許多種用于飛機在飛行中除冰的技術，但這些技術卻具有各種缺點，使得人們?nèi)栽谶@方面繼續(xù)不斷地進行探索和研究。為防止和/或除去飛機結冰所進行的努力現(xiàn)已產(chǎn)生了三種主要通用的除冰方式或稱除冰方法。
一種常用的除冰方法是將化學劑作用于飛機的全部或部分構件表面，以降低冰在飛機上的附著力，或者降低聚積在飛機表面上的水的冰點溫度。
另一種常用的除冰方法是機構除冰。在可供商業(yè)性使用的主要機械除冰裝置中，氣動除冰裝置是其中一種。在這種裝置中，飛機的機翼或支桿部件的迎風前緣部分由若干可膨脹的、大致成管形的構件覆蓋，該構件可以用加壓流體(一般是空氣)而漲大。當該管狀構件漲大時，它趨于使機翼或支桿部件的迎風前緣部分產(chǎn)生實質性的膨脹，從而使結在這些部分上的冰碎裂并分散在吹過這些部分上的氣流中。用于起除冰作用的其它機械裝置包括電動機械錘擊裝置，這樣的裝置可見如諸如Levin等人的美國專利3，549，964、Haslim等人的美國專利4，690，353、Adams等人的美國專利4，875，644和Brisco等人的美國專利4，706，911。
再一種常用的除冰方法是熱除冰，其中，飛機的迎風部分受到加熱防止結冰或者使已結的冰松散。已松散的冰則由吹過飛機的氣流吹離迎風部分。
在一種熱除冰方式中，加熱是通過將具有加熱元件的電熱板設置在飛機的迎風面上或者通過將加熱元件置入飛機結構件之中實現(xiàn)的。在此，供于每個加熱元件的電能是由一臺或多臺航空發(fā)動機驅動的發(fā)電機所提供的?？蓴嗬m(xù)或持續(xù)地供給電能，以便產(chǎn)生足夠的熱量防止結冰或使已結的冰松散。
在某些常用的熱除冰裝置中，加熱元件是可以置于柔性背襯上的帶狀元件，它由相互連接的鏈段狀導體元件構成。這些鏈段狀導體元件彼此間由間隙即鏈段間隙隔開，并且每個帶狀元件可以由一對接觸片提供電能。當這些鏈段狀導體元件設置在機翼或其它翼形表面時，它們被設置在沿機翼的翼展方向或沿翼形表面的繩索方向延伸的條狀區(qū)域中。電熱除冰板的一種最簡單的形式是由一個夾在兩絕緣層之間并被粘到待除冰表面或結構上的電表面加熱元件構成。使用時，當該電熱除冰板上有一定量的結冰時，向該板通電，當足夠的熱量被傳遞到板/冰結合面時便消除了板-冰之間的附著力，由此可允許空氣動力或離心力除去已由除冰板融化了的結冰。
當前，由橡膠或其它彈性材料構成的柔性包皮已用作機械和熱除冰裝置的外皮。然而，這些橡膠包皮當用在高速飛行的飛機時，一般會受到飛機所撞上的砂粒、雨滴、冰雹和小冰粒對其產(chǎn)生的有害的碗狀磨蝕、腐蝕，和割裂作用。另外，現(xiàn)有的電熱型柔性橡膠或其他彈性材料包皮，由于具有植入其橡膠之中的加熱元件且該加熱元件由具有圓形截面的實心金屬線或紋合金屬線構成，因此可能受到電熱金屬線的破壞并且當飛機高速飛行時也可能受到雨滴和類似物的有害磨蝕、腐蝕和切割作用。
飛機制造業(yè)的一個目標就是增加上述除冰裝置的使用壽命。改進這種裝置的努力已經(jīng)使得它們的適應性，實用性，效率和可靠性得到了持續(xù)不斷的發(fā)展。
按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種翼面除冰裝置，它包括一個置于一聚氨酯頂層和一底層之間的除冰層，并且所說的頂層和底層固化成一整體結構。
按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造翼面防冰裝置的方法，其包括如下步驟a)設置一聚氨酯頂層；b)設置一除冰層；c)設置一底層；d)將所說聚氨酯層、除冰層和底層固化成一個整體。


圖1A是一橫截面剖視圖，表示了按照本發(fā)明的固化前的防冰裝置。
圖1B是一橫截面剖視圖，表示了按照本發(fā)明的固化后的除冰裝置。
圖2是按照本發(fā)明的除冰裝置之頂視圖。
圖3是按照本發(fā)明的除冰裝置安裝在翼面上的等軸截面剖視局部視圖。
參照圖1A，按照本發(fā)明的除冰裝置或稱保護罩8包括一聚氨酯混合物的頂層或稱包層10、一直接置于頂層10之下的除冰保護件12和一置于除冰元件12另一側的底層或稱包層14。全部這些部分構成一整體式結構。除冰元件12是除冰裝置8的這樣一部分，即，該部分既可以防止冰的形成，也可以除去形成的冰，該部分可以通過一從除冰裝置8中引出的控制線10而受到控制。底層14可以由任何易彎曲的、使除冰裝置8可以很方便地安裝在曲線型機翼表面并且可以與頂層10交聯(lián)在一起的材料構成，但是，最好由與頂層10一樣的材料構成或最好主要由氯丁二烯材料構成。用于頂層10和底層14的材料將在下面作進一步詳細地描述。
現(xiàn)在參照圖1B，頂層10和底層14被固化在一起形成一整體以完全包圍著除冰元件層12，從而構成一整體式除冰保護罩8。
現(xiàn)參照圖2，除冰保護罩8具有一頂層10、一置于頂層10之下的除冰層12和一控制線16。
現(xiàn)參照圖3，本發(fā)明的防冰裝置8設置在一機翼20上，由一設置于頂層10和底層14之內(nèi)的除冰層12構成，而該頂層和底層固化在一起構成一整體裝置，并且在固化后，這兩層不能被輕易地區(qū)分開來。
圖1A、1B所示的頂層10是一種用過氧化物固化的交聯(lián)熱固性抗磨蝕聚氨酯，它由一種混合物構成，混合物中各材料的組成見表Ⅰ。
組分 份數(shù)/100橡膠脂族氨基甲酸乙酯 75.00芳香族氨基甲酸乙酯 25.00炭黑 1.00紫外線保護劑 3.00有機過氧化物固化劑 5.00鄰苯二酰胺加速劑 2.50亞硝基二胺防焦劑 0.25總計111.75優(yōu)選的過氧化物固化劑是ATO化學公司的LUPERCO 130XL(2，5二甲基-2，5-雙(t-丁基-過氧)hexme-3)固化劑。依據(jù)所需的固化溫度，其它的過氧化物也可以用于本發(fā)明。
優(yōu)選的鄰苯二酰胺加速劑可選用E.I.Dupont deNemours&Company的HVA-2(n，n-亞苯基-雙-鄰苯二酰胺)加速劑。優(yōu)選的亞硝基二胺防焦劑可選用Prochemie，Inc的NITROSO防焦劑。HVA-2和NITROSO共同作用可以防止焦化并不會停止固化過程的進行。這些物質的使用對于天然橡膠和EPDM彈性體領域的普通技術人員而言是公知的。優(yōu)選的炭黑可選用任何一家制造商諸如Cabot公司或AKZO化學公司生產(chǎn)的N-774。優(yōu)選的脂族氨基甲酸乙酯可選用MortonInternational的聚酯型熱塑性聚氨酯MORTHANE PN3429，這是一種由4，4′-二苯甲烷-異氰酸酯，4，4′-環(huán)已烷-二甲醇和脂族二元酸諸如已二酸得到的聚合物的一種享有獨占權的混合物，這種聚氨酯最好具有表Ⅱ所列的物理特性。有關這些聚氨酯更進一步的描述可見美國專利5203181和美國專利5001208。
表Ⅱ脂族氨基甲酸乙酯物理性能的要求硬度 85-90A拉抗強度(PSI) 10，000300%模量(PSI) 5，600延伸度(%) 450比重 1.19優(yōu)選的芳香族氨基甲酸乙酯是B.F.Goodrich Company的以MDI為基本材料的聚酯聚氨酯熱塑性ESTANE 5703P，這種物質可由一種使用MDI和1，4-丁二醇的聚酯中間體制成，它應具有表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拉抗強度(PSI) 5，300300%模量(PSI) 450延伸度(%) 730比重 1.21
頂層10的制造過程如下所述。上述組分在一般的輥式混煉機中得到混合，其中，低粘滯性的ESTANE氨基甲酸乙酯首先被混煉；接著按照相應的次序添加下列組分CYASORB UV24；N-774炭黑；HVA-2；和NITROSO。這些材料的交叉混煉應至少進行六次。接著添加LUPERCO130XL并通過交叉混煉至少六次而得到完全的混合，將其制成片并冷卻。接著MORTHANE在在混煉機中被混煉，并且它一旦熔化，由上述Estene為主的配料便慢慢地加入，以防止其在混煉機中分解和膨脹。這種新的混合物應當通過交叉混煉至少6次以完全混合。這種混合物然后被制成片并冷卻。
底層14可以由一種氯丁二烯混合物構成。在此情況下，該氯丁二烯可以由具有表Ⅳ所列組成的混合物形成。
表Ⅳ組分 份數(shù)/100橡膠氯丁二烯 100.00巰基咪唑啉 1.00炭黑 23.75聚乙烯 4.00硬脂酸 0.50鄰苯二酰胺加速劑 0.75氧化鋅 5.00氧化鎂 6.00油酸-N丁酯 4.00
油 5.00二苯胺抗氧化劑 4.00總計 154.00優(yōu)選的氯丁二烯可選用E.I.DuPont denemours&Company的NEOPRENE WRT。優(yōu)選的巰基咪唑啉可選用Wyrough & Loser的END75，NA22。優(yōu)選的炭黑可選用任何一家制造商諸如Cabot公司或AKZO化學公司的N330。優(yōu)選的聚乙烯可選用Allied Signal的低分子量聚乙烯AC1702。優(yōu)選的鄰苯二酰胺加速劑可選用E.I.DuPontdeNenemours & Company的HVA-2(n，n-亞苯基-雙-鄰苯二酰胺)加速劑。所使用的硬脂酸和氧化鋅可選用任何一種本專業(yè)普通技術人員所熟知公司的產(chǎn)品。優(yōu)選的氧化鎂可選用Basic化學公司的產(chǎn)品。優(yōu)選的油可選用Seaboard Industries的Superior 160。優(yōu)選的二苯胺抗氧化劑可選用Uniroyal Corp的BLE25。
用于底層14的氯丁二烯的制造方法如下。首先，氯丁二烯樹脂在混煉機中混合，接著，將表Ⅳ所列的組分按幀各自相應的次序加入。當混合被完全交叉混合后，混合物被制成片并被冷卻。
除冰元件12可以是任一既可以除去機翼上的冰又可以防止冰在機翼上形成的元件。例如除冰層12可以是諸如Hoffman的美國專利2992，317中所公開的熱除冰器，該文獻被結合于此以作參考。除冰層12也可以是一氣動型除冰器，諸如Wiesend Jr等人和Wiesend的美國專利5，112，011和4，494，715中所公開的除冰器，這些文獻也結合于此以作參考。除冰層12還可以是一電一磁裝置，諸如Adams等人的美國專利5，152，480，5，129，598和5，142，767中所公開的裝置，這些文獻也結合于此以作參考。
本發(fā)明的除冰裝置的制造方法如下所述。首先，將聚氨酯頂層10置于結構定位裝置上，并仔細除去任何所困住的空氣，使聚氨酯層保持平整。然后，將相應的粘合水泥(諸如Lord公司生產(chǎn)的CHEMLOK233)涂覆在頂層10上以及除冰層12的頂面，并將除冰層12放置在頂層10上。接著，將一種建筑水泥涂覆在除冰層12的底面并將底層14放置在除冰層12上，仔細除去任何所困住的空氣，在此，建筑水泥最好是一種氯丁二烯水泥，諸如B.F.Goodrich公司粘合劑營業(yè)部的水泥，商業(yè)編號A1551B。接著，將一種表面水泥涂覆在本發(fā)明的裝置上，除去皺折、氣泡、抽真空，并在壓力為40-60psi、溫度為310°F的蒸汽釜中固化約40分鐘，在此，所用的表面水泥例如可以是3M DuPont或Bostik的以氯丁二烯為主要成份的水泥。
如果底層14是氯丁二烯，那么在把它放置在除冰層12之前，必須首先用增粘溶劑諸如乙酸丁酯增粘。
聚氨酯頂層10和底層14，無論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。
本發(fā)明通過設置一層比現(xiàn)有除冰裝置的頂層更具抗腐蝕性的頂層而延長了除冰裝置的壽命。本發(fā)明還具有較佳的熱傳導性，可以減少防冰裝置的總厚度，制造容易，并可減少除冰裝置的成本和重量，使用方便，可以給出先前技術不能提供的各種顏色。本發(fā)明也還可以改善飛行過程中的流體阻力，這種改善以前是由合成雙酯發(fā)動機潤滑油或類似物實現(xiàn)的。
雖然本發(fā)明在此通過了其舉例性實施例進行了展示和描述，但本專業(yè)的普通技術人員應當知道，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前題下，本發(fā)明包括上述的及其它在技術特征上有所變化、有所增減的技術方案。
權利要求
1.一種除冰裝置，它具有一設置在一聚氨酯頂層和一底層之間的除冰元件，所說的頂層和底層被固化成一整體結構。
2.一種如權利要求1所述的除冰裝置，其特征在于，所說的聚氨酯層在固化前的厚度大于0.008英寸。
3.一種如權利要求1所述的除冰裝置，其特征在于，所說的頂層是由脂族和芳香族氨基甲酸乙酯構成。
4.一種如權利要求3所述的除冰裝置，其特征在于，所說的頂層進一步地由亞硝基二胺構成。
5.一種如權利要求1所述的除冰裝置，其特征在于，所說的底層是由聚氨酯構成。
6.一種如權利要求1所述的除冰裝置，其特征在于，所說的底層是由氯丁二烯構成。
7.一種如權利要求1所述的除冰裝置，其特征在于，所說的除冰層由熱除冰裝置構成。
8.一種如權利要求1所述的除冰裝置，其特征在于，所說的除冰層由氣動除冰裝置構成。
9.一種如權利要求1所述的除冰裝置，其特征在于，所說的除冰層由電磁除冰裝置構成。
10.一種用于制造除冰裝置的方法，它包括如下步驟a)設置一聚氨酯頂層；b)設置一除冰層；c)設置一底層；并且d)將所說的聚氨酯頂層、除冰層和底層固化成一整體結構。
11.一種如權利要求10所述的用于制造除冰裝置的方法，其特征在于，所說的聚氨酯頂層在固化前其厚度大于0.008英寸。
12.一種如權利要求10所述的用于制造除冰裝置的方法，其特征在于，所說的頂層由脂族和芳香族氨基甲酸乙酯構成。
13.一種如權利要求12所述的用于制造除冰裝置的方法，其特征在于，所說的頂層進一步地由亞硝基二胺構成。
14.一種如權利要求10所述的用于制造除冰裝置的方法，其特征在于，所說的底層由聚氨酯構成。
15.一種如權利要求10所述的用于制造除冰裝置的方法，其特征在于，所說的底層由氯丁二烯構成。
16.一種如權利要求10所述的用于制造除冰裝置的方法，其特征在于，所說的除冰層由熱除冰裝置構成。
17.一種如權利要求10所述的用于制造除冰裝置的方法，其特征在于，所說的除冰層由氣動除冰裝置構成。
18.一種如權利要求10所述的用于制造除冰裝置的方法，其特征在于，所說的除冰層由電磁除冰裝置構成。
19.一種用于制造除冰裝置的方法，它包括如下步驟a)碾混一聚氨酯混合物，以便提供一頂層；b)設置一除冰層；c)設置一個由第一材料構成的底層，并且d)將所說的頂層、除冰層和底層固化成一整體結構。
20.一種如權利要求19所述的用于制造除冰裝置的方法，其特征在于，所說的頂層在固化前，其厚度大于0.008英寸。
21.一種如權利要求19所述的用于制造除冰裝置的方法，其特征在于，所說的聚氨酯混合物由脂族和芳香族氨基甲酸乙酯構成。
22.一種如權利要求21所述的用于制造除冰裝置的方法，其特征在于，所說的聚氨酯混合物進一步由亞硝基二胺構成。
23.一種如權利要求19所述的用于制造除冰裝置的方法，其特征在于，所說的第一材料由聚氨酯構成。
24.一種如權利要求19所述的用于制造除冰裝置的方法，其特征在于，所說的第一材料由氯丁二烯構成。
25.一種如權利要求19所述的用于制造除冰裝置的方法，其特征在于，所說的除冰層由熱除冰裝置構成。
26.一種如權利要求19所述的用于制造除冰裝置的方法，其特征在于，所說的除冰層由氣動除冰裝置構成。
27.一種如權利要求19所述的用于制造除冰裝置的方法，其特征在于，所說的除冰層由電磁除冰裝置構成。
全文摘要
一種改進的除冰裝置8，包括一聚氨酯頂層10、一除冰層12和一底層14，它們在一起固化成一整體。其中，底層可以是聚氨酯或氯丁二烯，除冰層可以是熱、氣動或電磁除冰裝置。
文檔編號B64D15/00GK1113475SQ9411788
公開日1995年12月20日 申請日期1994年9月30日 優(yōu)先權日1993年10月1日
發(fā)明者M·C·加馬迪, R·W·瑞, T·L·思魯斯 申請人:B·F·谷德里奇公司