一种防雷击用导电层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种防雷击用导电层及其制备方法。这种防雷击用导电层的结构特征包含了三维连续的多孔多层的由微细的金属纤维构成的金属网络，并且金属网络中还可以包含导热介质如VGCF、短切碳纤维、碳纳米管、微米或纳米尺寸的石墨片等，或者可以包含树脂胶黏剂适用于直接铺贴粘接用。其制备特征为利用三维连续的金属泡沫均匀压缩制备。这种金属网络的多层多孔性相对于现有防雷击用的铜网具有可附载、粘结牢固、孔隙密度高、具有冲击位置显示等特点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及。这种防雷击用导电层的结构特征包含了三维连续的多孔多层的由微细的金属纤维构成的金属网络，并且金属网络中还可以包含导热介质如VGCF、短切碳纤维、碳纳米管、微米或纳米尺寸的石墨片等，或者可以包含树脂胶黏剂适用于直接铺贴粘接用。其制备特征为利用三维连续的金属泡沫均匀压缩制备。这种金属网络的多层多孔性相对于现有防雷击用的铜网具有可附载、粘结牢固、孔隙密度高、具有冲击位置显示等特点。【专利说明】
本专利技术涉及，属于结构复合材料的
。
技术介绍
连续碳纤维增强树脂基叠层复合材料在现代飞机上应用越来越多，但复合材料的树脂基体具有本征的不导电性，这带来了电磁屏蔽能力不足、易被雷击损坏的问题。在复合材料表面覆盖一层防雷击用导电层是一种最常见的防雷击方法，如铜网、喷涂铝涂层是最被广泛接受的导电层材料。目前一些研究也着力于开发新型的碳材料和聚合物材质的导电层，如参考专利CN102001448A涉及了一种飞机构件的防雷击表面膜，这层表面膜包含衬底和在其表面生长的导电的碳纳米管，W02008048705-A2提出了一种纳米粒子分散的导电性低密度聚合物膜作为防雷击保护层。还有构建导电-结构一体化材料，如US2009140098-A1提出了在复合材料树脂基体中添加碳纳米管以增进导电的方法等，CN201210251285.7提出了一种集成增韧和导电功能的薄层作为复合材料结构-功能一体化材料。但以上方法有各自的缺点，如铜网，虽然在防雷击应用上有着出色的表现，但专为航空提供的铜网属于小众产品，价格较高，此外铜网孔隙较大，导致电磁屏蔽性能不足，属于单层多孔状结构，成型时铺敷性能差且和复合材料基体的粘结性不足。对于喷涂铝涂层，虽然屏蔽性能较好密度较低，但铝属于低熔点易燃金属，且容易和碳纤维形成原电池被腐蚀。对于碳纳米材料和聚合物材质的导电层，则导电性有所不足。对于结构-功能一体化材料，目前尚处于研究阶段，复合材料无论层内还是厚度方向的导电性均较低，可能难以满足防雷击的导电性要求。
技术实现思路
本专利技术的目的:针对现有技术的缺点，本专利技术提出了一种新型的金属网络防雷击导电层及其制备方法。本专利技术的目的通过以下技术方案实现:防雷击用导电层至少包含一层三维连续的金属构成的网络。金属网络微观上为由金属纤维相互连接构成的多孔并且多层的网络结构，厚度在25?400 μ m，单位面积质量在50?400g/m2之间，孔隙率为60%?95%，构成金属网络的纤维直径在5?30 μ m，金属材料为铜或者镍或者银或者镍包铜。制备防雷击用导电层的方法，将金属泡沫在均匀的压力下压缩成薄层，最终厚度为25?400 μ m,控制压缩后的孔隙率为60%?95%。选取的金属泡沫厚度在0.2?5mm，泡沫孔隙率为95%?99.5%，单位面积质量在50?400g/m2之间，构成金属泡沫的纤维直径在5?30 μ m，泡孔平均直径为50?500 μ m。该导电层至少包含一层金属网络和导热介质包括VGCF、短切碳纤维、碳纳米管、石墨烯、微米或纳米尺寸的石墨片的一种或者几种的混合，导热介质填充于导电层的孔隙中，导热介质含量在5?100g/m2,填充体积分数为导电层总体积的5%?40%。制备方法，取上面所述的制备导电层用的金属泡沫，将VGCF、短切碳纤维、碳纳米管、石墨烯、微米或纳米尺寸的石墨片或它们的混合物通过粉末喷洒或气相粉末沉积或液相溶液吸附的方法分散到金属泡沫中，导热介质分散面密度为5?100g/m2，具体分散的量根据最终要制备的导电层的体积控制在导电层总体积的5%?40%，随后将分散了导热介质的金属泡沫在均匀的压力下压缩成薄层，最终厚度为25?400 μ m，控制压缩后构成导电层的金属纤维在导电层中的体积分数5%?40%，即控制压缩后的导电层中空气和导热介质总体积分数为60%?95%。该导电层至少包含一层防雷击用导电层和树脂胶黏剂，树脂胶黏剂充满导电层的孔隙并覆盖两表面，填充量为导电层孔隙体积的100?150%。制备方法，将树脂胶黏剂熔融涂覆到权利要求1所述的导电层中，涂覆树脂量为导电层孔隙体积的100?150%,冷却到室温。本专利技术的优点和特点是:利用市场上广泛应用于电池领域的批量化生产的低价格的铜、镍等金属泡沫或自制的结构可设计的金属泡沫来制备航空用的防雷击用导电层，制备方法非常简单。且相对于已有的防雷击导电层如铜网，本专利技术得到的防雷击导电层具有多层疏松网孔结构，在复合材料表面粘结牢固。其多层多孔性还具有可附载性，可附载碳材料分散雷击产生热量和提高导电性，得到减少了密度的导电层，并可附载树脂胶黏剂适用于直接铺贴粘接用。本专利技术得到的导电层纤维细小、网络孔隙小且密度高、内连接良好，相对于现有的铜网具有出色的电磁屏蔽性能。【具体实施方式】本专利技术所述的金属泡沫，一般利用聚合物泡沫模板法来制备，通常的方法为:利用化学镀的方法使聚合物泡沫附着一层金属，随后可用电镀方法进一步增厚金属镀层，最后在高温下处理烧去聚合物，并将附着的电镀的金属烧结，使其晶粒变大，最终成为连续化的金属纤维构成的泡沫。由于受到表面张力的限制，这种方法通常得到的组成泡沫的金属纤维直径在I?30 μ m之间，结构特征和密度由聚合物模板的结构、镀层厚度、金属层厚度决定，并且可控，如通常发泡法制备的聚合物泡沫模板泡沫平均孔径大小为50?500 μ m，相应的金属泡沫也具有类似的孔径大小。市场有售的镍泡沫和铜泡沫均属于该方法制备。飞机复合材料防雷击的方法，通常利用金属或其它导体的高导电性，形成法拉第笼保护飞机复合材料结构，同时起到电磁屏蔽效应保护飞机内部仪器仪表的安全，需要兼顾到导电性、屏蔽性能、飞机复合材料结构增重的平衡。本专利技术所述的金属网络构成的导电层是一类新颖的防雷击用导电层材料，兼顾飞机防雷击的各种需求，对其结构特征进行了如下的设计:考虑到导电性问题，需要选择导电性较好的金属，如铜、银、铝等，且需要具有较好的内连接和符合抗雷击要求的极限载流能力。如常用的刻蚀得到的铜网即具有很好的内连接，由金属纤维构成的金属泡沫也具有较好的内连接。金属的面密度和导电性具有正相关，我们发现，针对于不同区域的防雷击要求，对于铜、银等高导电的金属泡沫得到的导电层，面密度至少需要达到50g/m2才能满足防雷击II区的要求，达到120g/m2才能满足防雷击I区的要求，而对于镍等导电性较低的金属泡沫得到的导电层，则需要达到90g/m2和230g/m2以上才能分别达到防雷击II区和I区的要求，防雷I区的可向下兼容防雷II区的需求，考虑到通常的商业化的金属涂层、金属网面密度一般不超过425g/m2，因此本专利技术将金属泡沫得到的导电层的面密度优选为50g/m2?400g/m2。为了保证金属纤维的连续性，所选用的构成导电层的纤维直径为5?30μπι，实验表明金属镀层的颗粒大小约为100nm-500nm左右,烧结后颗粒之间相互连接,但在过低的金属纤维直径情况下，受金属镀层的颗粒大小影响和烧结时的质量迁移，金属连续性较差，导致导电层的载流能力受到了明显限制，同时电阻率较纤维直径较大的迅速提升，因此构成导电层的纤维直径均值优选为5?30 μ m。本专利技术的导电层相对于铜网和铝涂层的一个巨大优点是树脂基体填充了导电层而且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防雷击用导电层，其特征在于：该导电层至少包含一层三维连续的金属构成的网络，金属网络微观上为由金属纤维相互连接构成的多孔并且多层的网络结构，厚度在25～400μm，单位面积质量在50～400g/m2之间，孔隙率为60%～95%，构成金属网络的纤维直径在5～30μm，金属材料为铜或者镍或者银或者镍包铜；制备防雷击用导电层的方法，将金属泡沫在均匀的压力下压缩成薄层，最终厚度为25～400μm，控制压缩后的孔隙率为60%～95%，选取的金属泡沫厚度在0.2～5mm，泡沫孔隙率为95%～99.5%，单位面积质量在50～400g/m2之间，构成金属泡沫的纤维直径在5～30μm，泡孔平均直径为50～500μm。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭妙才，益小苏，
申请(专利权)人：中航复合材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：