[发明专利]一种基于隔热和绝缘机理的雷电防护复合材料的制备方法

说明书

本发明公开一种基于隔热和绝缘机理的雷电防护复合材料的制备方法，属于复合材料技术领域。该方法是制备碳纳米管薄膜；利用纺丝机制备热塑性聚酰亚胺静电纺丝薄膜；制备碳纤维增强树脂预浸料板，再将热塑性聚酰亚胺薄膜和碳纳米管薄膜依次铺设在预浸料板上，进行真空热压，冷却至室温得到碳纳米管薄膜‑热塑性聚酰亚胺薄膜‑碳纤维增强树脂雷电防护复合材料。本发明相对于碳纤维增强树脂复合材料，电导率有显著地提升，有益于提高复合材料的雷电防护性能。适用于制备雷电防护材料。

技术领域

本发明涉及一种基于隔热和绝缘机理的雷电防护复合材料的制备方法，属于雷电防护复合材料技术领域。

背景技术

复合材料因其具有比强度高、比模量高、抗疲劳、耐腐蚀以及结构可设计性等特点在航空工业领域被广泛地应用。而且因有减重、一体化、复合效应、可设计以及多功能等方面需求，复合材料在先进飞机结构上的应用也越来越广泛。但与传统的金属材料如铝合金、钛合金等相比，复合材料导电性能差，因此导致飞机结构的电磁屏蔽性能缺失，从而使得复合材料飞机结构在雷电等极端环境中容易出现严重损伤，甚至造成灾难性悲剧的发生。因为每架飞机平均飞行3000小时就有1次遭遇雷击的机会，因雷击造成飞机坠毁的案例数量也在与日俱增。目前主要雷击防护方法包括喷涂金属、粘贴金属箔和金属网等，此类方法虽然在一定程度上降低了雷电能量对飞机结构的损害，但其缺点主要有：易腐蚀、与树脂相容性差、密度大从而增加飞机油耗、对雷击电流产生的焦耳热防护效果差等问题。

聚酰亚胺薄膜是聚酰亚胺最早的商品之一，由于其具有较好耐热、耐电晕和强绝缘等性能，基于聚酰亚胺的绝缘性，其常被用于电机的槽绝缘及电缆绕包材料领域，目前，聚酰亚胺薄膜的主要产品有杜邦Kapton，宇部兴产的Upilex系列和钟渊Apical；另外，基于聚酰亚胺的耐热性，聚酰亚胺的纤维薄膜在火力发电部门可以用于热气体的过滤；聚酰亚胺作为树脂基体的先进复合材料，被广泛用于航天、航空器及火箭的部件，是最耐高温的结构材料之一。例如美国的超音速客机计划所设计的速度为2.4M，飞行时表面温度为177℃，要求使用寿命为60000h，据报道已确定50％的结构材料为以热塑性聚酰亚胺为基体树脂的碳纤维增强复合材料，每架飞机的用量约为30t。

碳纳米管具有优异的力学、电学和热学性能，虽然在诸多领域有潜在的应用，但是由于这些卓越性能仅是对于单根纳米管而言的，且尚未被大规模应用，而将微观的碳纳米管制备成宏观尺度的材料方能发挥出碳纳米管的应用价值。近二十几年来，各国科学家对宏观的碳纳米管材料进行了广泛研究，初期的相关研究主要集中于制备碳纳米管/树脂基的复合材料，并对碳纳米管/树脂复合材料的力学性能、电性能及热性能等进行研究。但是，当碳纳米管的添加量较大时，复合材料在提高了某些性能的同时，会相应的降低其力学性能。而碳纳米管在树脂的分散性和相容性等问题也是导致碳纳米管在树脂基复合材料中表现较差的重要原因。然而近年来，发展起来的碳纳米管薄膜及碳纳米管薄膜的复合材料克服了这一系列难题。碳纳米管薄膜由于其具有优异的导电性、耐腐蚀、多孔结构和轻质等特性引起了广泛的关注，并在雷击防护领域具有巨大的潜在应用。但是在碳纳米管薄膜-热塑性聚酰亚胺静电纺丝薄膜-碳纤维增强树脂雷电防护复合材料中碳纳米管薄膜在雷击过程中作为导电和导热层，但其对于强大电流和焦耳热的不仅仅在碳纳米管薄膜内，也有部分电流和焦耳热向碳纤维增强树脂层侵蚀，并对碳纤维增强树脂层造成一定的伤害。

现有技术中未见将热塑性聚酰亚胺薄膜与碳纳米管薄膜和碳纤维增强树脂的复合材料。

发明内容

为解决常见的金属雷电防护方法存在的易腐蚀、与树脂相容性差、密度大从而增加飞机油耗以及碳纳米管薄膜在雷击过程中作为导电和导热层，但其对于强大电流和焦耳热的不仅仅在碳纳米管薄膜内，也有部分电流和焦耳热向碳纤维增强树脂层侵蚀，会对碳纤维增强树脂层造成一定的伤害等问题，本发明提供了一种基于隔热和绝缘机理的雷电防护复合材料的制备方法，采用的技术方案如下：

本发明的目的在于提供一种基于隔热和绝缘机理的雷电防护复合材料的制备方法，该方法是包括如下步骤：

1)制备碳纳米管薄膜；