用于制造集成雷击防护材料的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及适于自动敷设在复合材料结构上的集成的雷击防护系统，该系统包括由有机聚合物树脂构成的铺面层、延展金属箔的导电层、隔离／附着层和载体纸层。在本发明专利技术另一实施例中，提供集成的雷击防护系统，其包括集成的雷击防护材料，所述材料由安置于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，其适于将所述材料敷设于航空器的复合材料零件上以保护该复合材料零件免于雷击影响。在本发明专利技术另一实施例中，提供用于制造具有雷击防护能力的复合材料结构的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术提供。更具体地说，本专利技术提供 用于将集成的金属树脂雷击防护材料在复合材料结构上的自动敷设制造的系统和方法。
技术介绍
航空器和航天器结构的制作开始越来越多地使用复合材料，例如碳纤维增强塑料 (CERP)，而不是使用先前的铝合金和类似的金属材料，这很大程度上是因为复合材料改进 了结构性能，提供了良好的强度和刚度特性，并降低了飞行器重量。但是，复合材料导电能 力不如金属材料，并且抗雷击能力不如金属。复合材料不能像金属材料那样将来自于雷击 的电流和热迅速地分散开，在50，000伏时该电流通常可达约100，000安培。为了给复合材 料结构(例如航空器和航天器结构)提供雷击防护，发展出一些已知的系统和方法。有些 已知的系统和方法将金属导体附加于或者将不同结构的金属箔系统结合于航空器的复合 材料外表面，例如机翼和机身上的蒙皮板上，以提供改进的导电性能，并将电流从飞行关键 区域和下层飞机部件上分散和转移出去，以此最小化来自于雷击事件的物理损害。金属导 体附加物可以包括基于贴面的系统(appliqu6-baSed system)，所述基于贴面的系统使用 施加于复合材料结构表面并且用粘合剂固定到表面上的交替的绝缘材料层和导电材料层。 这将下层飞机部件从雷击中隔离出来，并为快速分散和耗散雷电电流和热量提供了传导通 路。金属箔系统的结合可以包括铜箔或者铝箔的使用，铜箔或者铝箔既可以是实心形式的 也可以是板网(expanded mesh)形式的，它们被层压入复合材料或者与复合材料一起被固 化(co-cured)。这一系统为雷电电流的转移和分散提供了传导通路，结合特殊紧固件和其 它特征，为复合材料结构提供了一定程度的雷击防护。但是，这类已知的系统和方法经常包 含手工的、繁琐的并且耗时的多种材料部件敷设工作，这些敷设工作对于雷击防护系统的 有效集成是必需的。此外，用于雷击防护的已知系统和方法通常通过下面的方式制作分别铺设表面 修整顶层，其为后续的顶涂层完成系统提供一光滑的表面；铺设传导雷电电流的金属箔层； 和铺设可选的隔离层，其通常为树脂增强纤维玻璃板，以防止电偶腐蚀并改善导致油漆开 裂和层间开裂的热膨胀失配。例如，在美国专利US_5，225，265中公开的用于复合材料结构 的雷击防护材料，其中，环氧树脂层和金属箔层并不是集成的，而是分别被铺设于彼此的顶 部。但是，这些已知的多层系统的分层铺设耗时而且劳动强度高。此外，随着材料起皱、污 染和处理不当会出现一些问题。当材料被分别施加时，材料对工具或者对复合材料基材如 何附着也是一个挑战。有些材料供应商提供了集成的延展金属箔和环氧基薄膜，它们最低限度地改善 了制造流程的耗时和处理。例如，美国专利US 5，470，413公开了一种已知的(防)雷击 复合材料的加工过程，其提供了一种多层复合材料，所述多层复合材料包括延展金属箔层， 单独的环氧基树脂薄膜层和载体层。另一已知的复合材料结构雷击防护系统在美国专利 US7, 277, 266中被公开，所述系统涉及一种雷电防护贴面。但是，这一已知系统使用了非共同固化的贴面，并且使用了压敏粘合剂。而且，这些已知的系统不允许应用支持大批量生成 过程的自动制造过程，特别是自动处理、切割和敷设过程。此外，已知的集成系统还需要附 加的铺面层或表面修整层，例如环氧铺面层，以提供足够的修整、密封和光滑性来满足宇航 应用的环境要求。而有些已知系统可以被设计为满足环境要求，它们在自动化能力和最小 重量的限制方面没有被优化。为雷击防护和/或环境耐久性而设计的集成系统在制造时没 有考虑挠性和附着性的要求。它们的两侧均没有粘性(tack)，所以它们不能容易地被安放 于曲面形状的表面上。此外，为将材料稳定地盘绕于自动敷设系统上，在两侧上均有粘性是 必需的。如果有些次要的集成系统，其可以仅在一侧有粘性。由此可见，需要一种制造集成雷击防护材料的系统和方法，其没有那些与已知系 统和方法相关联的问题。
技术实现思路
对制造集成的雷击防护材料的系统和方法的需求通过本专利技术得以满足，本专利技术的 方法和系统没有与已知系统和方法相关联的问题，同时又是独特、非显而易见和先进的系 统和方法。没有已知的系统和方法提供了在这里讨论的全部多种优点。不同于已知的系统 和方法，本专利技术提供了下列优点中的一个或者多于一个所述系统和方法提供了对通常是 环氧基的树脂薄膜、延展金属箔和在纸基载体纸上的附着层的集成，以使得其能够在各种 不同的自动敷设机上被加工，以对大批量加工过程，例如处理、切割和敷设提供支持，并支 持雷电防护复合材料蒙皮系统的大批量铺设；所述系统和方法提供将延展金属和通常是环 氧基的树脂薄膜材料部件集成为一单独的集成产品，其可与现有的复合材料带和织物自动 敷设机一起使用，以用于快速和有效地在扁平和有曲面的复合材料蒙皮结构上的材料敷设 或安置，以提供对诸如雷击等电磁影响的防护；所述系统和方法提供了一种两侧带有粘性 的材料，所述粘性对于稳定地盘绕材料是必需的；所述系统和方法提供了一种集成的材料， 其既是环境耐久性的，又是能够无缝地与曲面料带铺设机、真空辅助整体敷设或安置系统 和其它自动敷设机配合工作的；所述系统和方法提供了改善的制造流程耗时、改善的材料 一致性、减少的劳动工时和资源以及最小化的处理和污染关注；所述系统和方法提供了作 为独立系统的自动化，该自动化使独立系统能够满足应对电磁影响、防护和环境性能要求 而不需要附加额外的表面、额外的隔离层或者额外的金属；所述系统和方法提供具有改善 的挠性的材料，该挠性使得在χ-y平面内弯曲或者在ζ平面内弯曲更容易；所述系统和方法 提供了来自于错误处理、污染、起皱或者其它制造缺陷的废弃零件或者材料的数量的减少； 所述系统和方法没有或者只有最低限度的对于将材料敷设于复合材料结构上所需的附加 设备的开发要求；并且，所述系统和方法提供了在外观和潜在缺陷和不规则的数量方面的 全面改进的复合材料零件，同时提供了改进了的对雷击和电磁影响的防护，和改进了的使 用寿命期间的环境耐久性。在本专利技术一实施例中，提供适于在复合材料结构上进行自动敷设的集成的雷击防 护系统，其包括由有机聚合物树脂组成的铺面层、延展金属箔导电层、隔离层和载体纸层。在本专利技术另一实施例中，提供了集成的雷击防护系统，其包括集成的雷击防护材 料，所述材料由安置于载体纸上的封装在有机聚合物树脂中的延展金属箔构成；自动敷设 机，其适于将材料敷设于航空器复合材料零件上，以保护复合材料零件免受雷击的影响。在本专利技术另一实施例中，提供制造具有雷击防护功能的复合材料结构的方法，其 包括将集成的雷击防护材料装入自动层压机，其中雷击防护材料包括安置于载体纸上的 封装在有机聚合物树脂中的延展金属箔；和，将材料层压在复合材料蒙皮的暴露表面上，以 形成具有雷击防护功能的复合材料结构。附图说明前述的和其它的优点和特征以及实现它们的方式，在考虑结合了介绍优选和示例 性实施例的附图的下面的详细描述后，将变得显而易见，但是所述附图不是必需按照比例 绘制，其中图1是显示航空器上不同雷击区域的航空器顶视图；图2是显示本专利技术的多层雷击防护材料系统的示意图；图3是显示前体材料的示意图，该前体材料被转换成本专利技术的多层雷击防护材料 系统集成产品本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成的雷击防护系统，其适于自动敷设在复合材料结构上，包括：　　铺面层，其由有机聚合物树脂构成；　　延展金属箔的导电层；　　隔离层；和　　载体纸层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：AO沙夫，AH源，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]