雷击保护材料和结构制造技术

提出了一种雷击保护材料，其包含基材(12)，该基材承载金属层(14)，以及在该金属层上的铜

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】雷击保护材料和结构


[0001]本专利技术总体上涉及一种雷击保护材料，具体地涉及一种包含金属
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纳米碳复合材料的雷击保护材料。专利技术背景
[0002]复合材料，例如，碳纤维增强聚合物(CFRP)，越来越多地被各种行业使用，例如，飞机和航天工业，风力涡轮机、储气罐、汽车、或其他车辆的制造商等，在某些应用中代替铝和其他金属。复合材料提供同等或改进的结构性能、材料强度和刚度，同时减轻飞机重量。CFRP包含嵌入基体中的碳纤维增强材料，基体通常是聚合物树脂(例如，环氧树脂、聚酯、尼龙等)，将增强材料粘合在一起。
[0003]这种发展的一个缺点是飞机机体(机身、机翼、尾翼)或其他
中包含大量复合材料的结构材料需要额外的防雷击保护。事实上，复合材料的导电性不如金属，并且因此提供更少的对雷击的内在保护。
[0004]因此，已经开发了系统和材料为复合结构提供雷击保护，例如，飞机蒙皮和/或结构。如由Kumar,Yadav Khagendra.(2018),“Aircraft and Lightning strike[飞机和雷击]”,10.13140/RG.2.2.17145.52326报道的，波音787和空客A350的特点是复合材料超过50％(按重量计)。两家制造商都在他们的飞机上采用LSP(雷击保护)解决方案(在波音787上将丝网层压到复合元件中，在空中客车A350上将金属箔嵌入到复合结构部件中)。
[0005]US 2012/145319A1报道了各种配置的金属导体或金属箔系统可以被集成到飞机的复合外部表面中，以提供改进的导电性，并将电流从飞行关键区域和下层的飞机组件分散和转移出去。基于贴面(Applique)的系统使用施加在复合结构表面并且用粘合剂固定到表面的交替的介电材料层和导电材料层，使下层飞机组件免受雷击影响并为雷电流和热量的快速分散和消散提供传导路径。然而，US 2012/145319A1批评此类系统经常涉及人工、繁琐且耗时地敷设有效集成雷击保护系统所需的多种材料组件，并提出了适于自动敷设在复合结构上的集成的雷击保护系统，该复合结构具有由有机聚合物树脂组成的表面层、延展金属箔的导电层、隔离/附着层、和载体纸层。在US 2012/145319A1的专利技术的另一个实施例中，提供了集成的雷击保护系统，其具有集成的雷击保护材料，该材料由安装在载体纸上的、封装在有机聚合物树脂中的延展金属箔构成，以及自动敷设机，其适于将材料敷设在飞机复合部件上以保护复合部件免受雷击。
[0006]US 2004/246651A1公开由低导电性复合材料制成的用于飞机油箱的雷击保护系统。该系统包括导电细丝网，其覆盖由复合材料制成的箱体外蒙皮的整个外部表面，以及与该网重叠的粗金属丝网，该丝网与将所述外蒙皮连接到复合材料或金属材料的一个内部部件的一排紧固件的两侧相距最小50mm。两个金属网通过它们的安装/组装、以及借助于连接到结合点并设置到紧固件与外蒙皮之间存在的间隙的金属沉头垫圈来保持电接触。
[0007]US 2013/105190A1涉及多层雷击保护材料。多层雷击保护材料被配置为至少部分地毗连待保护的物体并且包含介电层和导电层，其中该材料包含第二介电层，该导电层介于介电层之间并且至少一个介电层的厚度d不小于0.1mm。
[0008]US 2016/340518A1公开了雷击保护组合物。一种用于为复合结构提供免受放电(例如，包括雷击)保护的组合物包含能够材料结构分散在其中并附着到基材表面的粘合剂材料，以及分散在粘合剂材料中的多种颜料结构。颜料结构包括包含导电材料的中心层以及形成在中心层上的外层，其中外层包含光吸收材料或介电材料。当该组合物附着到基材上时，它提供导电路径以传输来自数千安培放电的电流。

技术实现思路

[0009]本专利技术提出一种基于金属
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纳米碳复合材料的雷击保护材料。
[0010]根据本专利技术的第一方面，雷击保护材料包含基材(例如，碳纤维增强聚合物)，基材承载金属层(优选铜层或铝层)，以及金属层上的铜
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纳米碳复合层，该铜
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纳米碳复合层包含由碳纳米管(CNT)和/或石墨烯片组成的纳米碳缠结，该纳米碳缠结嵌入铜相内并分布在整个铜
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纳米碳复合层中。
[0011]本文的表述“纳米碳缠结”是指通常呈无序排列的CNT和/或石墨烯片(也称为薄片)的三维团簇。优选地，缠结的CNT和/或石墨烯片是随机取向的，使得纳米碳缠结类似于灌木丛，但是应当注意，CNT和/或石墨烯片的取向的完全随机性(意味着各向同性)不是必须的。CNT可以是单壁和/或多壁CNT。本文使用的术语“石墨烯片”旨在涵盖呈各种构造的石墨烯单层、双层、或多层，例如，扁平的、扭曲的、卷曲的、条状的、带状的等。
[0012]在本专利技术的上下文中，表述“金属层”旨在表示基本上金属的层。金属层可以由铜制成，条件是它不含有纳米碳缠结或其他大量纳米碳(可能存在杂质)，并且因此不符合铜
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纳米碳复合层的条件。铜
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纳米碳复合层的铜相中的铜，并且如果金属层为铜层或包含铜层，那么金属层中的铜优选为电解韧(ETP)铜(CW004A或ASTM名称C11040)。
[0013]在所提出的方法的上下文中使用的CNT和/或石墨烯片优选地包含亲水涂层。可以最初以纳米碳组织的形式(以干燥形式或在液体介质中包装)提供纳米碳缠结。可替代地，CNT和/或石墨烯片的亲水化可以是该过程的一部分。亲水涂层优选地包含多酚或聚(儿茶酚胺)。更优选地，亲水涂层包含交联多酚或聚(儿茶酚胺)和/或被多酚或聚(儿茶酚胺)螯合的金属离子。多酚和聚(儿茶酚胺)的实例分别是鞣酸和聚多巴胺。多酚和聚(儿茶酚胺)是亲水的并且具有氧化还原活性(即，能够还原金属离子)。具体而言，它们能够与金属离子螯合和/或交联。在本专利技术的上下文中，使这些物质感兴趣的另一个特性是它们由于π
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π相互作用而涂覆CNT或石墨烯的能力。
[0014]如果CNT和/或石墨烯的亲水化是该过程的一部分，那么CNT和/或石墨烯的涂覆优选地在含有酚和/或儿茶酚胺部分的溶液中进行，最初未涂覆的CNT和/或石墨烯片被分散在其中。优选地，该溶液还含有一定量的能够交联酚和/或儿茶酚胺部分和/或与它们形成螯合物的金属离子。CNT和/或石墨烯的涂覆可以在声处理下，例如在超声处理下，和/或在搅拌下进行。溶液可以进一步包含一种或多种催化剂、缓冲剂等。CNT和/或石墨烯片优选地在被分散在含有酚和/或儿茶酚胺部分的溶液中之前被氧化。
[0015]铜
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纳米碳复合层优选地如WO 2020/043590A1中所公开的那样制造，其通过引用以其全文并入本文。在此上下文中，值得注意的是，当实施该公开的方法时，该公开中使用的CNT可以部分或全部由石墨烯片代替。
[0016]应当理解，雷击保护材料可以是待保护结构(例如，飞机蒙皮、风力涡轮机叶片材
料、储气罐蒙皮等)的组成部分，或者应用在这本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种雷击保护材料，其包含基材，所述基材承载金属层，以及在所述金属层上的铜
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纳米碳复合层，所述铜
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纳米碳复合层包含由碳纳米管和/或石墨烯片组成的纳米碳缠结，所述纳米碳缠结嵌入铜相内并分布在整个所述铜
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纳米碳复合层中。2.如权利要求1所述的雷击保护材料，其中，所述铜
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纳米碳复合层用作牺牲保护层，其在受到雷击时容易被局部破坏。3.如权利要求1或2所述的雷击保护材料，其中，所述金属层具有在从0.5μm至50μm范围内的厚度。4.如权利要求1至3中任一项所述的雷击保护材料，其中，所述铜
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纳米碳复合层具有在从0.5μm至50μm范围内的厚度。5.如权利要求1至4中任一项所述的雷击保护材料，其中，所述金属层包含平面层。6.如权利要求1至5中任一项所述的雷击保护材料，其中，所述金属层包含网层。7.如权利要求1至6中任一项所述的雷击保护材料，其中，所述铜
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纳米碳复合层包含平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：安托万，
申请(专利权)人：卢森堡科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：