雷击防护系统技术方案

本发明专利技术提供了一种防护系统，包括具有彼此相对的第一表面和第二表面并具有厚度的材料，其中所述第一表面具有低电阻，并且所述第二表面具有高于所述低电阻表面的电阻的高电阻，并且所述材料将电荷从所述第一表面通过所述厚度传导至所述第二表面。该防护系统可以双层结构提供，其中具有低电阻率的第一保护层设置在具有高电阻率的第二保护层上。该防护系统在消散电荷方面是特别有益的，例如作为复合材料飞行器的雷击防护系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】雷击防护系统 相关专利申请的交叉引用 本专利申请要求2011年8月25日提交的名称为BILAYER LAMINATE FOR LIGHTNING STRIKE PROTECTION（用于雷击防护的双层层压材料）的美国临时申请 No. No. 61/527, 146的优先权，这里通过引用的方式将其全部内容并入本申请中。
本专利技术涉及复合层压材料，特别是涉及包括结构层以及设置在结构层上以保护所 述结构层的一层或多层非结构层的复合层压材料。
技术介绍
由于复合材料强度和重量的绝佳组合，复合材料越来越多的在飞机结构中替代 铝。虽然其显著地提高了燃料效率和/或提供更大的有效负载能力，但是不利地是飞机结 构更容易受到雷击破坏。这种易损性的增加根源于复合材料比铝金属的电导率差，所述复 合材料例如为基于碳纤维强化材料的那些材料。自然地，由于电阻加热机制，材料电导率越 差，其吸收的能量越多。已经报道，与相同质量的铝相比，碳纤维复合材料可以吸收的来自 雷击的能量是几乎是其2000倍。吸收的能量的增加导致直接和间接效应增加。 直接效应与承重结构的物理或直接损害有关，最差的损害类型是通过复合层压 板的严重穿孔。间接作用与由雷电大规模电磁场引起的电涌（electirc surge)有关。 这些电涌能够干扰航空电子设备，从而损害飞行员控制飞行器的能力。近年来，由于飞行器 控制越来越多地朝着有线遥控驾驶系统发展，间接作用受到更多的关注。这就是大量的盒 子、垫片、金属箔和金属网、粘合剂、金属护套等形式的电磁干扰（EMI)屏蔽材料用于屏蔽电 气元件、电线和连接的原因。 为了保护复合材料免受前述效应的影响，飞行器设计师力求通过在复合材料结构 表面集成高电导率外壳来保持飞行器外表面的强电流。已经做出和/或提出了无数次的尝 试，以试图制备这样的雷击防护（LSP)外壳，每种尝试都有不同程度的成功。例如，基于诸 如铜（copper)、错或青铜（bronze)等的金属丝网和膨胀金属箔（EMF)已被包埋在表(或粘 合)膜中并与下面的复合材料预浸料坯（pr印reg)共固化。可选地，将每根丝线与碳纤维交 织在一起制备混合预浸料坯。类似地，已经采用金属沉积技术来包被原有形式或织物形式 的碳纤维或其他强化纤维。除了金属化纤维，火焰喷涂是另一种所用的LSP方法，其包括在 基材上沉积熔融金属，通常是铝。 近来，导电膜和粘合剂得到推广，这是由于其能在减轻重量、成本的同时提供雷击 防护，并且更容易安装和维修。这些材料在美国专利申请公开No. 2011/0014356中进行了 讨论。 所有前述的LSP系统均试图在将重量和成本降到最低的同时最大程度地保护基 材。
技术实现思路
在本专利技术的一个方面中，提供了一种防护系统，包括具有彼此相对的第一表面和 第二表面并具有厚度的材料，其中所述第一表面具有低电阻，并且所述第二表面具有高于 所述低电阻表面的电阻的高电阻，并且所述材料将电荷从所述第一表面通过所述厚度传导 到所述第二表面。 在本专利技术的一个实施方案中，当所述材料的厚度在10微米和100微米之间时，所 述材料lcm 2面积的Z轴电阻在lxlCT60hms-cm至lxl040hms-cm之间。在本专利技术的另一个实 施方案中，所述材料在Z轴方向具有这样的电阻，该电阻从所述第一表面至所述第二表面 梯度变化。 在本专利技术的又一个实施方案中，所述材料包括设置在具有高电阻率层的第二保护 层上的具有低电阻率层的第一保护层，其中所述低电阻率层的电阻率低于所述高电阻率层 的电阻率。在本专利技术的另一个实施方案中，所述防护系统还包括设置在所述第一保护层和 所述第二保护层之间的至少一个附加层，所述附加层的电阻率高于所述低电阻率层的电阻 率并且低于所述高电阻率层的电阻率。 在本专利技术的另一个实施方案中，所述第一层和第二层中的至少一者包含填充有导 电颗粒的聚合物，并且优选其中所述第一层和第二层中的至少一者包含自组装的非匀质复 合材料。在本专利技术的又一个实施方案中，所述第一层和第二层中的至少一者不包含自组装 的非匀质复合材料。 在本专利技术的一个优选的实施方案中，所述第一保护层的电阻率不高于 lxl(T30hm-cm，并且所述第二保护层的电阻率至少为lxl(T30hm-cm。在本专利技术的另一个实施 方案中，第二保护层的电阻率在lxl(T 3〇hm-cm和lxl060hm_cm之间，并且更优选地，第二保 护层的电阻率在lxl(T 3〇hm-cm和lxl040hm-cm之间。在本专利技术的另一个实施方案中，低电 阻率层的电阻率与高电阻率层的电阻率的比值至少为10,优选为至少100。 在本专利技术的另一个实施方案中，所述防护系统还在第一层中、在第二层中或这两 层之间的至少一者设置支撑介质。另外，在本专利技术的另一个实施方案中，第一层的Z轴厚度 与第二层的Z轴厚度不同。 在本专利技术的又一个方面中，提供了一种包括防护系统的复合材料，所述防护系统 包括具有低电阻率的第一表面和具有高电阻率的第二表面，其中所述防护系统以这样的方 式设置在结构层上，该方式使得第二层沿着结构层设置并与所述结构层接触。在本专利技术的 一个实施方案中，所述防护系统包括设置在具有高电阻率层的第二保护层上的具有低电阻 率层的第一保护层，其中所述低电阻率层的电阻率低于所述高电阻率层的电阻率。 在本专利技术的一个实施方案中，所述结构层包含至少一层树脂浸渍的碳纤维。在本 专利技术的另一个实施方案中，所述结构层包含玻璃纤维材料、热塑性材料、热固性材料和陶瓷 材料中的至少一者。 在本专利技术的又一个实施方案中，所述防护系统为所述结构层提供雷击防护，并且 在又一个实施方案中，所述结构层包含6层树脂浸渍的碳纤维，并且所述防护系统能够消 散来自至少区域1A (Zone 1A)雷击的能量，从而在与所述防护系统相对的碳纤维一侧没有 出现损坏。 在本专利技术的另一个实施方案中，与在没有所述防护系统的辅助下冲击结构层的电 磁能的量相比，当能量穿过所述防护系统时，能够穿过并冲击结构层的电磁能的量降低至 少50%。并且在本专利技术的又一个实施方案中，所述复合材料还包括设置在所述低电阻率层上 的至少一个漆层。 在本专利技术的另一个方面中，提供了一种组装复合材料的方法，包括：（a)提供基 材；（b)使所述基材与高电阻率层和低电阻率层配合，使得所述高电阻率层与所述基材接 触从而形成复合材料。在本专利技术的一个实施方案中，所述基材包含碳纤维预浸料坯。 在本专利技术的另一个实施方案中，所述高电阻率层喷涂在所述基材上，而在又一个 实施方案中，所述低电阻率层喷涂在所述高电阻率层上。在本专利技术的又一个实施方案中，所 述低电阻率层和高电阻率层是预形成的单个膜，然后与所述基材配合。在另一个实施方案 中，将预形成的单个膜在与所述基材配合之前预烘干然后B阶化。在又一个实施方案中，预 形成的单个膜是通过在贴面膜上喷涂低电阻率层，然后在所述低电阻率层上喷涂高电阻率 层组装的。 在本专利技术的另一个实施方案中，所述方法还包括固化所述复合材料的步骤（c)。在 本专利技术的一个可选的实施方案中，所述基材是预固化的，并且所述低电阻率层和高电阻率 层在设置到预固化的基材上后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防护系统，包含具有彼此相对的第一表面和第二表面并具有厚度的材料，其中所述第一表面具有低电阻，并且所述第二表面具有高于所述低电阻表面的电阻的高电阻，并且所述材料将电荷从所述第一表面通过所述厚度传导至所述第二表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.08.25 US 61/527,1461. 一种防护系统，包含具有彼此相对的第一表面和第二表面并具有厚度的材料，其中 所述第一表面具有低电阻，并且所述第二表面具有高于所述低电阻表面的电阻的高电阻， 并且所述材料将电荷从所述第一表面通过所述厚度传导至所述第二表面。2. 权利要求1所述的防护系统，其中当所述材料的厚度在10微米和100微米之间时， 所述材料lcm2面积的Z轴电阻在1x10 60hm-cm和lxl040hm-cm之间。3. 权利要求1所述的防护系统，其中所述材料在Z轴方向具有这样的电阻，该电阻从所 述第一表面至所述第二表面梯度变化。4. 权利要求1所述的防护系统，其中所述材料包括设置在具有高电阻率层的第二保护 层上的具有低电阻率层的第一保护层，其中所述低电阻率层的电阻率低于所述高电阻率层 的电阻率。5. 权利要求4所述的防护系统，还包括设置在所述第一保护层和所述第二保护层之间 的至少一个附加层，所述附加层的电阻率高于所述低电阻率层的电阻率并且低于所述高电 阻率层的电阻率。6. 权利要求4所述的防护系统，其中所述第一层和第二层中的至少一者包含填充有导 电颗粒的聚合物。7. 权利要求4所述的防护系统，其中所述第一层和第二层中的至少一者包含自组装的 非匀质复合材料。8. 权利要求7所述的防护系统，其中所述第一层和第二层中的至少一者不包含自组装 的非匀质复合材料。9. 权利要求4所述的防护系统，其中所述第一保护层的电阻率不高于lxl(T3Ohm-Cm。10. 权利要求4所述的防护系统，其中所述第二保护层的电阻率至少为lxl(T3Ohm-Cm。11. 权利要求10所述的防护系统，其中所述第二保护层的电阻率在lxl〇_3〇hm-cm和 1X1060hm_cm 之间。12. 权利要求11所述的防护系统，其中所述第二保护层的电阻率在lxl(T3Ohm-Cm和 1X10 40hm_cm 之间。13. 权利要求4所述的防护系统，其中所述低电阻率层的电阻率与所述高电阻率层的 电阻率的比值至少为10。14. 权利要求13所述的防护系统，其中所述电阻率的比值至少为100。15. 权利要求4所述的防护系统，其中在所述第一层、第二层或这两层中间的至少一者 设置有支撑介质。16. 权利要求4所述的防护系统，其中所述第一层的Z轴厚度与所述第二层的Z轴厚度 不同。17. [有意省略]18. -种复合材料，包括防护系统，所述防护系统包括具有低电阻率的第一表面和具有 高电阻率的第二表面，其中所述防护系统以这样的方式设置在结构层上，该方式使得所述 第二表面沿着所述结构层设置并与所述结构层接触。19. 权利要求18所述的防护系统，包括设置在具有高电阻率层的第二保护层上的具有 低电阻率层的第一保护层，其中所述低电阻率层的电阻率低于所述高电阻率层的电阻率。20. 权利要求19所述的复合材料，其中所述第一层和所述第二层中的至少一者包含自 组装的非匀质复合材料。21. 权利要求20所述的复合材料，其中所述第一层和所述第二层中的至少一者不包含 自组装的非匀质复合材料。22. 权利要求19所述的防护系统，其中所述第一保护层的电阻率不高于lxl(T3Ohm-Cm。23. 权利要求19所述的防护系统，其中所述第二保护层的电阻率至少为l...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂莫西·福恩斯，塞思·卡拉瑟斯，克里斯托弗·考克斯，
申请(专利权)人：洛德公司，
类型：发明
国别省市：美国;US