[发明专利]一种冲击自感应的复合材料飞机蒙皮结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种冲击自感应的复合材料飞机蒙皮结构及其制备方法，其中复合材料飞机蒙皮结构，包括：碳纤维承载层，所述碳纤维承载层的一侧设置有碳纳米感应层，所述碳纤维承载层与所述碳纳米感应层之间设置有柔性电路层，所述柔性电路层与所述碳纳米感应层电性连接；所述碳纤维承载层与所述柔性电路层之间设置有玻璃纤维绝缘层；通过将碳纳米材料薄膜作为感应层，通过柔性电路层的连接，与复合材料结构共固化成一体，在满足承载的同时，具有对外物冲击感应的能力，可以解决碳纳米材料感应层与复合材料飞机蒙皮的集成问题，以及复合材料飞机蒙皮遭受外物冲击后，冲击损伤的感应和识别问题。

技术领域

本发明涉及飞机用复合材料领域，特别涉及一种冲击自感应的复合材料飞机蒙皮结构及其制备方法。

背景技术

先进复合材料因具有比刚度大、比强度高、材料性能可设计等一系列优点，被越来越多地应用在各类飞机结构上，以达到减轻机体结构重量，提高机体结构品质的目的。但复合材料结构层间韧性不足，在外物冲击(如冰雹和砂石撞击、工具跌落等)作用下，极易产生层间分层和基体碎裂等内部损伤(表面痕迹很小，较难通过目视检查发现)，造成的压缩强度下降可达60％-70％，严重威胁结构安全。如果这些冲击损伤不能够被及时发现，将可能导致灾难性的后果。因此迫切需要发展冲击监测和识别技术，及时发现机身和机翼等大面积蒙皮结构受到的外物冲击，保障飞行安全。

随着材料科学的发展，国内外研究者也在探索将碳纳米材料与复合材料结构结合，形成具有损伤自感应的多功能复合材料结构。早期的研究主要以碳纳米管改性树脂基体为主，通过树脂基体导电性能的变化来反映复合材料结构的变形和损伤。近年来研究者越来越多地关注利用碳纳米材料制备的宏观材料和器件，如碳纳米管纤维、碳纳米管薄膜、石墨烯薄膜等，对复合材料结构进行健康监测。但就目前来说，如何将碳纳米材料与复合材料结构进行较好的集成形成多功能复合材料结构是这项技术向飞机实际应用过程中面临的一个难题。与此同时，在复合材料飞机蒙皮遭受外物冲击后，如何对冲击损伤进行快速的感应和准确的识别也是需要重点解决的一个关键问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种能解决碳纳米感应层与复合材料飞机蒙皮的集成问题，以及复合材料飞机蒙皮遭受外物冲击后，冲击损伤的感应和识别问题的复合材料飞机蒙皮结构及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种冲击自感应的复合材料飞机蒙皮结构，包括：碳纤维承载层，所述碳纤维承载层的一侧设置有碳纳米感应层，所述碳纤维承载层与所述碳纳米感应层之间设置有柔性电路层，所述柔性电路层与所述碳纳米感应层电性连接；所述碳纤维承载层与所述柔性电路层之间设置有玻璃纤维绝缘层。

作为优选的一种技术方案，所述柔性电路层包括柔性基底，所述柔性基层上设置有电路，电路与电极连接，所述电路还连接有接口。

作为优选的一种技术方案，所述柔性电路是在覆铜聚酰亚胺薄膜上蚀刻而成的。

作为优选的一种技术方案，所述柔性电路层的电极与所述碳纳米感应层的边界电性连接。

作为优选的一种技术方案，所述碳纳米感应层远离所述柔性电路层的一侧设置有玻璃纤维保护层。

作为优选的一种技术方案，所述碳纳米材料感应层由碳纳米材料制备的薄膜制备而成。

作为优选的一种技术方案，所述碳纤维承载层由多层碳纤维材料制备而成。

另一方面，本发明还提供一种冲击自感应的复合材料飞机蒙皮结构的制备方法，包括：

步骤一：根据作用在飞机蒙皮结构上的外载荷要求，确定碳纤维承载层所需的碳纤维预浸料体系、铺层数、铺层角；

步骤二：根据碳纤维选材结果，确定玻璃纤维绝缘层和保护层所需的玻璃纤维预浸料体系；