防止基底被雷击的方法技术

本发明专利技术提供了一种防止基底被雷击的方法，该方法包括向所述基底提供雷击防护剂组合物。所述雷击防护剂组合物包含反应性有机成分和传导性填料，能够在有机成分固化过程中自组装成非均相结构，该非均相结构包含位于(连续或半连续)聚合物富集域中的金属的连续三维网络。所得组合物具有异常高的导热性和导电性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及导电聚合物材料，更具体而言，本专利技术涉及用于雷击防护(LSP)的导电组合物。
技术介绍
由于强度与重量的良好结合，复合材料越来越多地被用于取代飞行器结构中的铝。虽然这使飞行器的燃料效率显著提高以及/或者使有效负载能力更大，但不幸的是，飞行器结构变得更易遭受雷击损害。这种更易受损的弱点的根源在于相对于铝金属而言，复合材料(例如基于碳纤维强化材料的那些)具有较差的导电性。自然，由于阻热机理，导电性越差，材料吸收的能量就越多。已经报道，与相同质量的铝相比，碳纤维复合材料能够从雷击中吸收的能量的量大约是前者的2，000倍。所吸收的能量的增加导致“直接”和“间接”影响的增加。直接影响涉及到对承重结构的物理或“直接”损坏，最严重类型的损害是剧烈穿透复合叠层体。“间接”影响涉及到由闪电的大的电磁场引起的电涌(electrical surge)。这些电涌能够破坏航空控制系统，进而危及飞行员控制飞行器的能力。最近，间接影响甚至受到更多关注，因为飞行器越来越朝向电传操纵系统(fly-by-wire)发展。这正是为何使用大量盒子、衬垫、金属箔和网、粘合剂、金属套等形式的电磁干扰(EMI)屏蔽材料来屏蔽电气部件、线路和连接件的原因。为了防止复合材料免遭上述影响，飞行器设计者试图通过在复合结构中整合高度传导性表层，从而将强电流保持在飞行器外表面上。已经进行和/或提出了大量制备这种雷击防护(LSP)表层的尝试，每种尝试都取得了不同程度的成功。例如，已经将基于金属(例如铜、招或青铜)的金属线网和多孔金属箔(expanded metal foil,EMF)嵌入表面(或粘合剂)膜，并与底层的复合预浸料还(composite prepreg)共固化。或者，已经将单根的电线与碳纤维交织在一起来制备混杂预浸料坯。类似的，已经使用金属沉积技术来包覆处于原始形式或织造形式的碳纤维或其他强化纤维。除了金属化纤维外，使用的另一种LSP方法是火焰喷射，其涉及将熔融金属(通常为铝)沉积在基底上。已经进行了更新的尝试来克服纤维预浸料坯以及上述网、EMF、混杂物和金属化纤维中缺乏Z-传导性的问题；这涉及将诸如碳纳米管(或纳米纤维)、石墨烯或纳米绳等高长径比的传导性填料掺入用作独立粘合剂膜的树脂中、或者掺入与碳纤维或碳纤维预浸料坯共同使用的树脂中。类似地，为了相同的目的，已经使用了低长径比颗粒或它们与高长径比颗粒的组合。相对于填充了大量填料的树脂，上述这些方法虽然更有效地提高了传导性，但是，它们仍然缺乏在LSP应用中所需的最佳传导性和载流能力。已经尝试了其他方法通过用固有传导性聚合物取代非传导性树脂来减轻这一问题。不幸的是，这些材料以及上述材料仍然存在下列问题雷击防护作用有限、重量显著增加、制造上存在问题和/或诸如导热性和导电性、载流能力、粘度(或处理性能)和/或机械特性等基本性质的局限性。在文献中提及的不同体系中，基于金属箔(特别是EMF)的那些体系在实际应用中是最成功的。尽管EMF存在于大多数固定翼和旋翼飞行器中，但EMF具有很多不希望的特征。例如，EMF体系由于在有限的频率范围内提供屏蔽作用而表现出有限的“间接保护”作用。EMF体系已经表现出在等于或高于约IGHz范围的频率下非常易受影响。因此，飞行器设计者常常向飞行器添加额外的或更耐用的屏蔽材料来防护其在电通讯中受到破坏，而这增加了相当大的重量。EMF体系在制造或修复过程中还存在处理性能方面的问题。具体而言，EMF必须在供应者或原始设备制造者(OEM)处与粘合剂膜一体化，这既复杂又耗费成本。此外，EMF难以适应成形工具加工，具有粗缝(tack)问题，并且在正常的处理和切割操作中易于变皱和损坏。此外，在连接、接合和接地操作中保持面板之间的电整体性方面也存在问题。因此，OEM不得不用手铺设这些材料，由此导致要考虑劳动时间和成本。已经进行了大量尝试使EMF的铺设自动化，但是由于这些同样的问题再加上许多接合处的EMF重叠而引起的重量负担，所以几乎都没有成功。除了处理性能之外，基于铝和铜的金属网易受腐蚀，这归因于金属与底层碳之间的伽伐尼电位差。为了克服这一问题，通常在EMF层和碳层之间添加隔离层。不幸的是，添加这些层增加了额外的步骤，增加了工作量、成本并且使飞行器增加了更多的重量。对于EMF体系，修补也是个问题。必须通过打磨以及切割或精整操作将损坏的箔充分除去并用新的EMF材料修补。将新箔接合至现有的箔使得传导性通路对准又成为问题，以及处理由夹带空气引起的孔隙效应也成为问题。考虑以上问题，需要改进LSP材料，使其在Z-方向上具有高的传导性、重量更轻、耐腐蚀、复杂程度降低(即较少的层)，以及在组装和修复复合结构过程中易于施加和一体化，从而能够在制造操作中实现自动化。
技术实现思路
在本专利技术的优选实施方案中，在共同拥有的美国专利申请No. 12/055，789 (于2008年3月26日提交，并且以U. S. 2010/0001237公开，其全部内容以引用方式并入本文)中描述的材料被用作在固化过程中原位形成的传导性基质，并且施加于基底上，以针对雷击提供直接或间接的防护作用。在解决现有LSP体系中的各种问题的尝试中，本专利技术的一个实施方案使用一种雷击防护剂组合物，该组合物包含反应性有机成分和导电填料，能够在有机成分固化过程中自组装成非均相结构，该非均相结构包含位于(连续或半连续)聚合物富集域中的金属的连续三维网络，其导电率在本体金属导电率的几个数量级内。在本专利技术的另一个实施方案中，提供了，该方法包括提供基底；向所述基底提供雷击防护剂组合物，其中所述雷击防护剂包含经填料填充的可固化材料，所述材料能够在固化过程中自组装形成传导性通路。在本专利技术的另一个实施方案中，可固化材料包含可固化有机成分和填料(优选为带涂层的银填料)，并且在有机成分固化过程中，填料和有机成分发生相互作用，所述相互作用使填料自组装成传导性通路。在本专利技术的又一个实施方案中，将所述组合物固化，由此形成穿过所述组合物的传导性通路，并且固化且自组装的组合物的传导率大于具有等量传导性填料的固化但并非自组装的组合物的传导率的100倍。在本专利技术的另一个实施方案中，可固化有机成分包含双酚F 二缩水甘油醚，并且可固化有机成分还包含固化剂，优选包含基于酞酐与二亚乙基三胺之间的反应的聚胺酐加合物。在本专利技术另外的实施方案中，雷击防护剂组合物还对频率在IMHz和20GHz之间的电磁辐射提供屏蔽作用，其中所述屏蔽作用将所述电磁辐射降低至少20分贝。在本专利技术的另一方面中，将雷击防护剂组合物提供至基底的步骤包括以下步骤确认雷击防护体系的损坏部分，该损坏部分包含至少一个不连续的传导性通路；将所述组合物沉积在所述损坏部分上；以及使所沉积的组合物固化，从而提供至少一个自组装传导性通路，从而使损坏部分中的所述至少一个不连续通路变得完整。在本专利技术另外的实施方案中，损坏的雷击防护体系包括传导性多孔金属箔、金属网、碳-金属纤维交织物、金属化碳或经填料填充的传导性聚合物中的至少一者，并且在另一个实施方案中，损坏的雷击防护体系包含可固化材料，该材料能够在固化过程中自组装形成传导性通路。在本专利技术另外的方面中，提供了一种对雷击防护剂(LSP)复合材料进行非破坏性测试的方法，该方法包括提供能够本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞思·B·卡拉瑟斯，尼古拉斯·D·赫夫曼，
申请(专利权)人：洛德公司，
类型：发明
国别省市：