CN115674801A - 层压件结构 - Google Patents

层压件结构 Download PDF

Info

Publication number
CN115674801A
CN115674801A CN202210897511.2A CN202210897511A CN115674801A CN 115674801 A CN115674801 A CN 115674801A CN 202210897511 A CN202210897511 A CN 202210897511A CN 115674801 A CN115674801 A CN 115674801A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laminate
carbon
doped
stack
base material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210897511.2A
Other languages
English (en)
Inventor
保罗·若热·特谢拉·拉格
尼古拉斯·莱奥·韦瑟比
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Haider Composite Solutions Co ltd
Airbus Operations GmbH
Original Assignee
Haider Composite Solutions Co ltd
Airbus Operations GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Haider Composite Solutions Co ltd, Airbus Operations GmbH filed Critical Haider Composite Solutions Co ltd
Publication of CN115674801A publication Critical patent/CN115674801A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D45/00—Aircraft indicators or protectors not otherwise provided for
    • B64D45/02—Lightning protectors; Static dischargers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/005—Reinforced macromolecular compounds with nanosized materials, e.g. nanoparticles, nanofibres, nanotubes, nanowires, nanorods or nanolayered materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/02—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising combinations of reinforcements, e.g. non-specified reinforcements, fibrous reinforcing inserts and fillers, e.g. particulate fillers, incorporated in matrix material, forming one or more layers and with or without non-reinforced or non-filled layers
    • B29C70/021—Combinations of fibrous reinforcement and non-fibrous material
    • B29C70/025—Combinations of fibrous reinforcement and non-fibrous material with particular filler
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/88—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts characterised primarily by possessing specific properties, e.g. electrically conductive or locally reinforced
    • B29C70/882—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts characterised primarily by possessing specific properties, e.g. electrically conductive or locally reinforced partly or totally electrically conductive, e.g. for EMI shielding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/06—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B27/08—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/12—Layered products comprising a layer of synthetic resin next to a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B38/00—Ancillary operations in connection with laminating processes
    • B32B38/18—Handling of layers or the laminate
    • B32B38/1808—Handling of layers or the laminate characterised by the laying up of the layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/022—Non-woven fabric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/06—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer characterised by a fibrous or filamentary layer mechanically connected, e.g. by needling to another layer, e.g. of fibres, of paper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/08—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer the fibres or filaments of a layer being of different substances, e.g. conjugate fibres, mixture of different fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/14—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by a layer differing constitutionally or physically in different parts, e.g. denser near its faces
    • B32B5/145—Variation across the thickness of the layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/16—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by features of a layer formed of particles, e.g. chips, powder or granules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/26—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it also being fibrous or filamentary
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/28—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer impregnated with or embedded in a plastic substance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/30—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being formed of particles, e.g. chips, granules, powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/04—Interconnection of layers
    • B32B7/12—Interconnection of layers using interposed adhesives or interposed materials with bonding properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/005—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising one layer of ceramic material, e.g. porcelain, ceramic tile
    • B32B9/007—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising one layer of ceramic material, e.g. porcelain, ceramic tile comprising carbon, e.g. graphite, composite carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/04—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B9/045—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/0405—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres
    • C08J5/042—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres with carbon fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/12—Bonding of a preformed macromolecular material to the same or other solid material such as metal, glass, leather, e.g. using adhesives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/24—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/24—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
    • C08J5/241—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs using inorganic fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/16—Fillers
    • B29K2105/165—Hollow fillers, e.g. microballoons or expanded particles
    • B29K2105/167—Nanotubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00—Layers arrangement
    • B32B2250/02—2 layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00—Layers arrangement
    • B32B2250/05—5 or more layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00—Layers arrangement
    • B32B2250/40—Symmetrical or sandwich layers, e.g. ABA, ABCBA, ABCCBA
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/106—Carbon fibres, e.g. graphite fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/12—Conjugate fibres, e.g. core/sheath or side-by-side
    • B32B2262/124—Non-woven fabric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2264/00—Composition or properties of particles which form a particulate layer or are present as additives
    • B32B2264/10—Inorganic particles
    • B32B2264/107—Ceramic
    • B32B2264/108—Carbon, e.g. graphite particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2264/00—Composition or properties of particles which form a particulate layer or are present as additives
    • B32B2264/50—Particles characterised by their position or distribution in a layer
    • B32B2264/503—Particles characterised by their position or distribution in a layer distributed in a predetermined pattern in a thickness direction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/20—Properties of the layers or laminate having particular electrical or magnetic properties, e.g. piezoelectric
    • B32B2307/202—Conductive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/732—Dimensional properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2313/00—Elements other than metals
    • B32B2313/04—Carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2605/00—Vehicles
    • B32B2605/18—Aircraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

本发明涉及一种层压件结构，其包括：纤维层压件，该纤维层压件被层压件基体材料浸渍；以及碳纳米管纱片，该碳纳米管纱片被纱片基体材料浸渍。层压件基体材料和纱片基体材料掺杂有碳颗粒。纱片提供雷电冲击保护。通过使层压件基体材料和纱片基体材料共固化以将碳纳米管纱片结合至纤维层压件来制造该结构。

Description

层压件结构
技术领域
本发明涉及层压件结构以及制造层压件结构的方法。通常但非排他性地，该层压件结构是飞行器的一部分并且被设计成保护飞行器免受雷电冲击损坏。
背景技术
飞行器雷电冲击频繁发生，并且飞行器雷电冲击能够产生高的力和温度，高的力和温度可能导致结构损坏和系统中断。
在碳纤维增强聚合物(CFRP)结构中嵌入金属是一种已知的保护方法：金属箔使雷电的局部高能量分散，从而减少结构损坏并避免可能损害飞行器安全的二次效应。
自2011至2013年以来所完成的工作以及参考文献1(Yang等人)和参考文献2(Tang等人)等所发表的工作表明，对不同的碳同素异形体进行组合将提高CFRP层压件的面内及贯穿厚度的电导率。参考文献3解释了将不同的碳同素异形体进行混合所产生的协同效应(Karch等人，2016年)。根据参考文献3，一些研究已经报道了同时使用CNT和石墨烯片材的混合物示出了石墨烯片材与MWCNT之间的协同效应。然而，参考文献3指出，有效电导率对于作为独立的雷电保护措施的应用而言仍然是不足的。
在参考文献4(Karch等人，2019年)中，通过将ECF(膨胀铜箔)与CNT非织造垫结合来保护常规的(非纳米掺杂的)CFRP层压件。
US2017/291386公开了一种特别用于飞行器、航天器或火箭的结构部件，该结构部件具有纤维增强聚合物的层片；第一碳纳米管垫；以及金属层。碳纳米管垫和金属层布置在纤维增强聚合物的层片上，以形成混合雷电冲击保护层。非织造碳纳米管垫能够例如通过气相催化反应制造，从而产生非常长的碳纳米管的致密云状物。这些碳纳米管可以被收集起来，例如围绕鼓状物旋转，以形成非织造垫。这样的非织造碳纳米管垫由例如以色列的Tortech纳米纤维有限公司或美国的Nanocomp技术公司制造。
US2016/0031569公开了一种具有第一层状物和第二层状物的雷电保护层。第二层状物沿着连接表面联接至第一层状物。第一层状物具有金属箔，并且第二层状物具有碳同素异形体。
参考文献5(Logakis等人)研究了多壁碳纳米管(MWNT)对碳纤维的雷电冲击性能的影响。使用MWNT对高温航空航天级环氧树脂进行改性。生产了下述各者的面板：碳纤维/环氧树脂、具有保护性铜网层的碳纤维/环氧树脂、具有MWNT改性环氧树脂的碳纤维以及具有铜保护和MWNT改性环氧树脂的碳纤维。
发明内容
本发明的第一方面提供了一种层压件结构，该层压件结构包括：纤维层压件，所述纤维层压件被层压件基体材料浸渍；以及碳纳米管纱片，所述碳纳米管纱片被纱片基体材料浸渍；其中，层压件基体材料和纱片基体材料掺杂有碳颗粒。
可选地，碳纳米管纱片不结合至金属雷电冲击保护层。
可选地，层压件结构不包括金属雷电冲击保护层。
可选地，碳纳米管纱片结合至纤维层压件。
可选地，碳纳米管纱片通过共固化接合部结合至纤维层压件。
可选地，碳纳米管纱片嵌入纤维层压件内。碳纳米管纱片可以嵌入纤维层压件的外部复合层内，或者嵌入纤维层压件的复合层片之间。
碳纳米管纱片可以嵌入基体材料的表面层下方，其中，基体材料的表面层掺杂有碳颗粒。
可选地，碳纳米管纱片通过纱片基体材料和/或通过掺杂有碳颗粒的结合层而结合至纤维层压件。
可选地，碳颗粒的浓度在纤维层压件的厚度方向上随着远离纱片而降低。
可选地，与浸渍碳纳米管纱片的纱片基体材料相比，层压件基体材料掺杂有较低平均浓度的碳颗粒。
可选地，纤维层压件包括结合至碳纳米管纱片并掺杂有碳颗粒的外部复合层片。
可选地，外部复合层片掺杂有第一平均浓度的碳颗粒；并且纱片基体材料掺杂有不同于第一浓度的第二平均浓度的碳颗粒。
可选地，纤维层压件包括复合层片的第一子堆叠件，该第一子堆叠件结合至碳纳米管纱片；以及复合层片的第二子堆叠件；其中，浸渍复合层片的第二堆叠件的层压件基体材料未掺杂碳颗粒，或者掺杂的碳颗粒的平均浓度低于浸渍复合层片的第一子堆叠件的层压件基体材料。在这两种情况下，碳颗粒的浓度在纤维层压件的厚度方向上随着远离纱片而降低，并且与浸渍复合层片的第一子堆叠件的纱片基体材料相比，浸渍第二子堆叠件的层压件基体材料掺杂有较低平均浓度的碳颗粒(并且可选地具有零浓度)。
可选地，复合层片的第一子堆叠件共固化至复合层片的第二子堆叠件。
可选地，复合层片的第一子堆叠件的厚度小于复合层片的第二子堆叠件的厚度。
可选地，复合层片的第一子堆叠件的复合层片数量少于复合层片的第二子堆叠件的复合层片数量。
可选地，层压件结构具有外表面和内表面；并且碳纳米管纱片比内表面更靠近外表面。
可选地，碳颗粒包括石墨烯颗粒和/或碳纳米管。
可选地，碳纳米管纱片包括碳纳米管的非织造网络。
可选地，纤维层压件为碳纤维层压件。
本发明的另一方面提供了一种飞行器，该飞行器包括根据第一方面所述的层压件结构。
可选地，该飞行器包括：根据第一方面的第一层压件结构，第一层压件结构定位在飞行器的第一区中；以及根据第一方面的第二层压件结构，第二层压件结构定位在飞行器的第二区中；其中，与第二层压件结构的层压件基体材料相比，第一层压件结构的层压件基体材料掺杂有更高平均浓度的碳颗粒。
可选地，第一层压件结构在纤维层压件的整个厚度上被经掺杂的层压件基体材料浸渍。
本发明的另一方面提供了一种制造层压件结构的方法，该方法包括：提供纤维层压件，该纤维层压件被层压件基体材料浸渍；以及提供碳纳米管纱片，该碳纳米管纱片被纱片基体材料浸渍，其中，层压件基体材料和纱片基体材料掺杂有碳颗粒，该方法还包括：使层压件基体材料与纱片基体材料共固化，以将碳纳米管纱片结合至纤维层压件。
可选地，通过铺设预浸料层片的堆叠件来提供纤维层压件，每个预浸料层片包括被层压件基体材料预浸渍的一个或更多个纤维层。
可选地，将碳纳米管纱片作为干纱片而与预浸料层片的堆叠件一起铺设，并且纱片基体材料通过从预浸料层片的堆叠件流动到干纱片中来浸渍碳纳米管纱片。
可选地，将碳纳米管纱片作为被纱片基体材料预浸渍的预浸料纱片而与预浸料层片的堆叠件一起铺设。
可选地，当铺设预浸料纱片时，纱片基体材料未掺杂碳颗粒，并且纱片基体材料通过碳颗粒从预浸料层片的堆叠件流动到预浸料纱片中而被掺杂。
可选地，通过铺设预浸料层片的第一子堆叠件并铺设预浸料层片的第二子堆叠件来提供纤维层压件，第一子堆叠件的每个预浸料层片包括被层压件基体材料预浸渍的一个或更多个纤维层，第二子堆叠件的每个预浸料层片包括被层压件基体材料预浸渍的一个或更多个纤维层，其中，浸渍第二子堆叠件的层压件基体材料未掺杂碳颗粒。
可选地，通过共灌注纤维层压件和碳纳米管纱片来提供层压件基体材料和纱片基体材料。
附图说明
现将参照附图对本发明的实施方式进行描述，在附图中：
图1示出了飞行器；
图2以横截面示出了完全掺杂的机翼蒙皮面板；
图3A以横截面示出了部分掺杂的机身蒙皮面板；
图3B以横截面示出了具有变化的纳米颗粒浓度梯度的机身蒙皮面板；
图4以横截面示出了在制造图2的面板或图3A的面板的方法的第一步骤中的干燥纱片和未固化预浸料部件；
图5以横截面示出了由图4的预浸料方法产生的固化的层压部件，其中，纱片完全嵌入结构层片中；
图6以横截面示出了由图4的预浸料方法产生的固化的层压部件，其中，纱片仅部分地嵌入结构层片中；
图7以横截面示出了在制造图2的面板或图3A的面板的另一种方法的第一步骤中的未固化的预浸料部件；以及
图8以横截面示出了由图7的预浸料方法产生的固化的层压部件，其中，纱片与纤维层压件共固化，但未嵌入。
具体实施方式
图1中所示出的飞行器1具有各种雷电冲击区，在SAE航空航天推荐规程(ARP)5414中被限定为区1至区3。一些区比其他区更容易遭受雷电冲击。区1中的区域最容易发生雷电冲击，区3中的区域最不容易发生雷电冲击。举例来说，机翼、水平尾翼平面的梢部和机头大部分位于区1中，而机身的大部分位于区2中。
图2为飞行器的在区1中的层压件结构的横截面图，在这种情况下，该层压件结构为机翼中的一个机翼的蒙皮的面板10。
面板10具有外表面11和内表面12，外表面11定位成使得外表面11暴露于雷电冲击16。
面板10为下述层压件结构：该层压件结构包括纤维层压件13和碳纳米管纱片15。纤维层压件13是复合层片的堆叠件，该堆叠件中的每个复合层片包括被层压件基体材料浸渍的纤维层。可选地，堆叠件中的每个纤维层是碳纤维层，但是其他纤维材料也是可能的。可选地，层压件基体材料包括环氧树脂，但是其他基体材料也是可能的。
浸渍纤维层压件13的层压件基体材料掺杂有碳颗粒。由于所有的复合层片都进行掺杂，因此层压件基体材料在纤维层压件13的整个厚度T上进行掺杂。
碳颗粒由碳的同素异形体形成。这些颗粒可以为90wt.％的碳、至少92wt.％的碳、或至少95wt.％的碳，这由元素分析确定。
优选地，碳颗粒为碳纳米颗粒。
碳纳米颗粒可以具有至少一个小于500nm的尺寸，或更典型地，至少一个小于100nm的尺寸。最通常地，碳纳米颗粒具有至少一个在1nm与500nm之间或者在1nm与100nm之间的尺寸。这些尺寸可以通过显微镜、例如通过扫描电子显微镜来确定。
为避免疑问，本领域技术人员理解的是，除了纤维层压件的任何碳纤维之外以及除了碳纳米管纱片的碳纳米管之外，还存在碳颗粒。
如本文中所使用的术语“掺杂”用于指将颗粒例如通过混合而结合到基体材料中。在颗粒是碳纳米颗粒的情况下，掺杂可以被称为“纳米掺杂”。
碳颗粒可以是，例如，石墨烯颗粒、碳纳米管或这些组分的混合物。
适合地，碳颗粒相对于彼此分散在层压件基体材料和/或纱片基体材料中。这应当与碳纳米管纱片形成对比，在碳纳米管纱片中，碳纳米管纱片是关联的/聚集的，而不是分散的。优选地，碳颗粒与其他碳颗粒或与层压件结构的其他组分之间没有聚附和聚集或者有最小水平的聚附和聚集。有利的是，确保碳颗粒相对于彼此分散有助于降低由碳颗粒形成导电网络所需的浓度。将碳颗粒掺杂到基体材料中能够允许在三个维度中形成颗粒的导电网络，这有助于消散雷电冲击。此外，将碳颗粒掺杂到基体材料中提供了相对简单的制造途径。
可选地，碳颗粒可以为表面官能化的碳颗粒。例如，表面官能化的碳颗粒可以在其表面处引入官能团，以辅助在基体材料中的分散。替代性地或附加地，碳颗粒可以结合减少或避免碳颗粒附聚物形成的官能团。例如，碳颗粒可以是羟基官能化的、羧基官能化的、羰基官能化的、氨基官能化的、酰胺官能化的或卤素官能化的。例如，根据WO2010/142953和WO2012/076853中教导的方法，可以实现碳颗粒的这些类型的表面官能化。
优选地，碳颗粒是石墨烯颗粒。石墨烯颗粒的高电导率(该电导率例如高于炭黑和石墨的电导率)意味着当使用石墨烯颗粒时，可以使用相对低的颗粒负载来建立导电网络。
适合地，石墨烯颗粒具有高纵横比。有利地，具有高纵横比的石墨烯颗粒可以在相对低的负载水平处形成导电路径。
石墨烯颗粒可以采取单层石墨烯(即单层碳)或多层石墨烯(即由多个堆叠的石墨烯层构成的颗粒)的颗粒形式。多层石墨烯颗粒可以具有例如每个颗粒平均2个至100个石墨烯层。当石墨烯颗粒具有每个颗粒2个至5个石墨烯层时，这些石墨烯颗粒可以被称为“少层石墨烯(few-layer graphene)”颗粒(FLG)。层数可以通过扫描电子显微镜来确定。
石墨烯颗粒可以采取多层石墨烯材料的板/薄片/片/带的形式，在本文中被称为“石墨烯纳米片材”(“纳米”前缀表示薄度，而不是横向尺寸)。
石墨烯颗粒可以采取厚度小于100nm且主要尺寸(长度或宽度)垂直于厚度的片材形式。片材厚度优选地小于70nm、优选地小于50nm、优选地小于30nm、优选地小于20nm、优选地小于10nm、优选地小于5nm(这是基于>90％的具有这些性质的颗粒，通过ZetasizerUltra使用光散射来测量)。主要尺寸优选地为厚度的至少10倍、更优选地至少100倍、更优选至少1000倍、更优选至少10000倍。长度可以是宽度的至少1倍、至少2倍、至少3倍、至少5倍或至少10倍。
石墨烯颗粒基于主体优选地为至少90wt.％的碳(通过元素分析确定)、更优选地至少92wt.％的碳、最优选地至少95wt.％的碳。
在优选实施方式中，碳颗粒可以是可选地与MWCNT(多壁碳纳米管)结合的GNP(石墨烯纳米片材)或FLG(少层石墨烯)。
层压件结构中的碳颗粒负载可以为例如0.1wt.％或更多、0.2wt.％或更多、0.25wt.％或更多、0.4wt.％或更多、0.5wt.％或更多、1wt.％或更多、2wt.％或更多、5wt.％或更多、10wt.％或更多。层压件结构中的碳颗粒负载的上限可以为例如1wt.％、2wt.％、5wt.％、10wt.％。优选地，碳颗粒负载在下述范围内：该范围例如为0.25wt.％至10wt.％、或0.5wt.％至10wt.％、或0.5wt.％至5wt.％。
层压件结构中的碳颗粒负载可以为例如0.1vol.％或更多、0.2vol.％或更多、0.25vol.％或更多、0.4vol.％或更多、0.5vol.％或更多、1vol.％或更多、2vol.％或更多、5vol.％或更多、10vol.％或更多。层压件结构中的碳颗粒负载的上限可以为例如1vol.％、2vol.％、5vol.％、10vol.％。优选地，碳颗粒负载在下述范围内：该范围例如为0.25vol.％至10vol.％、0.5vol.％至10vol.％、或0.5vol.％至5vol.％。体积百分比(vol.％)可以通过贯穿层压件结构截取的横截面切片且通过尺寸排阻显微镜(size exclusionmicroscopy)进行检查来确定。
可选地，在层压件结构的厚度上存在碳颗粒负载的梯度。优选地，该梯度从层压件结构的外表面至层压件结构的内表面减小。例如，至少50％的碳颗粒可以存在于层压件结构厚度的顶部50％中、层压件结构厚度的顶部40％中、层压件结构厚度的顶部30％中、层压件结构厚度的顶部20％中(结构的“顶部”是外表面)。可选地，100％的碳颗粒可以存在于层压件结构厚度的顶部50％中、层压件结构厚度的顶部40％中、层压件结构厚度的顶部30％中、或层压件结构厚度的顶部20％中。碳颗粒的浓度可以通过在扫描电子显微镜下对层压件结构的横截面切片进行检查来确定。
复合层片的堆叠件包括外层片14，该外层片与纤维层压件13中的其他层片一起掺杂有碳颗粒。
碳纳米管的纱片15结合至纤维层压件的外层片14。纱片15构造成向面板10提供雷电冲击保护。纱片15可以是具有基本上随机的取向的混合碳纳米管的非织造网络。
纱片15的碳纳米管可以为多壁纳米管(MWNT)、单壁纳米管(SWNT)或其混合物。
纱片15的碳纳米管中的至少一些碳纳米管可以具有大于1000:1、大于5000:1或大于10000:1的纵横比。
通常，纱片15的厚度小于100微米(100*10-6m)或小于50微米(50*10-6m)。最优选地，纱片15的厚度小于30微米(30*10-6m)。替代性地，纱片15的厚度可以大于100微米(100*10-6m)。
纱片15比内表面12更靠近外表面11。图2示出了如形成外表面的纱片15，但是替代性地，纱片可以嵌入外层片14内，使得外层片14和嵌入的纱片15一起形成面板10的外表面11。指出的是，外层片14和嵌入的纱片15可以覆盖有一个或更多个表面层、比如涂料。
碳纳米管的纱片15被纱片基体材料浸渍，该纱片基体材料还掺杂有碳颗粒。碳颗粒为如上面所描述的。
可选地，纱片基体材料包括环氧树脂，但是其他树脂材料也是可能的。在这种情况下，纱片基体材料是与浸渍纤维层压件13的层压件基体材料相同类型的材料(例如相同类型的环氧树脂)。
图3A为飞行器的在区2中的层压件结构的横截面图，该层压件结构在这种情况下为机身上的蒙皮的面板10a。
面板10a的某些元件在面板10中具有等同物。这些元件被赋予相同的附图标记并附加字母“a”。在元件相同的地方，将不再描述这些元件。
面板10a为包括纤维层压件13a和碳纳米管纱片15a的层压件结构。纤维层压件13a包括复合层片的第一子堆叠件16和复合层片的第二子堆叠件17。第一子堆叠件16被共固化至第二子堆叠件17并固化至碳纳米管纱片15a。
浸渍第一子堆叠件16的层压件基体材料掺杂有碳颗粒，而浸渍第二子堆叠件17的层压件基体材料未掺杂碳颗粒。
因此，面板10a的复合层片中的仅有一些复合层片被掺杂，使得纤维层压件13a仅在部分厚度T1上被掺杂。
第一子堆叠件16(包括外层14a)中的所有复合层片的层压件基体材料都掺杂有碳颗粒。
层压件基体材料可以掺杂有石墨烯颗粒、碳纳米管或者石墨烯颗粒和碳纳米管的混合物。
有利地，面板10a可以由预浸料制造成，如下文参照稍后将描述的图4至图8详细描述的。
可以位于飞行器的区2中的另一面板10b在图3B中示出。面板10b的某些元件在面板10a中具有等同物。这些元件被赋予相同的附图标记并且附加字母“b”。在元件相同的地方，将不再描述这些元件。
面板10a与面板10b之间仅有的区别在于，浸渍面板10b中的第二子堆叠件18的层压件基体材料掺杂有与第一子堆叠件16b相同的碳颗粒，但碳颗粒的平均浓度低于浸渍第一子堆叠件16b的层压件基体材料的平均浓度。
在一个示例中，第二子堆叠件18可以具有相对低且均匀的碳颗粒浓度。
在另一示例中，碳颗粒的浓度在第二子堆叠件18中沿纤维层压件的厚度方向随着远离纱片15b而连续降低。因此，碳颗粒浓度在纱片15b和第一子堆叠件16b中是相对高的，但是穿过第二子堆叠件18连续降低，在第二子堆叠件18的底部处可能降低至零浓度。这种浓度梯度可以通过树脂共灌注来制造面板10b而实现，如下文更详细地描述的。
与高度掺杂的面板10相比，面板10a、10b能够更便宜地制造，这是因为需要较少的碳颗粒(指出的是，诸如石墨烯等的碳颗粒可能是昂贵的)。
第一子堆叠件16、16b是堆叠件的外部部分，其定位在纱片15a、15b与第二子堆叠件17、18之间。
第一子堆叠件16、16b的堆叠厚度T1可以小于第二子堆叠件17、18的堆叠厚度T2。
与第二子堆叠件17、18相比，第一子堆叠件16、16b可以具有较小数目的复合层片。
作为非限制性，厚度T1可以为约2mm(约10个至20个层片)，并且厚度T2可以为约20mm(约100至200个层片)。替代性地，厚度T1可以小得多，可能小至单个层片。
面板10的纤维层压件13可以在比第一子堆叠件16、16b的厚度T1大的厚度T上由掺杂的层压件基体材料浸渍。与面板10a、10b相比，这给予面板10增强的雷电冲击保护。
面板10可以定位在飞行器的区1(如SAE航空航天推荐规程(ARP)5414中所限定的)中，并且面板10a、10b可以定位在区2(如SAE航空航天推荐规程(ARP)5414中所限定的)中。面板10的纤维层压件在其整个厚度T上由掺杂的层压件基体材料浸渍，而面板10a、10b的纤维层压件可以仅在其厚度的一部分上由掺杂的层压件基体材料浸渍。
在图3A和图3B两者中，碳颗粒的浓度在纤维层压件的厚度方向上随着远离纱片而降低。在图3A的情况下，浓度在第一子堆叠件16与第二子堆叠件17相接的地方逐步降低至零。在图3B的情况下，浓度在第二子堆叠件17的厚度上连续降低。
在图3A和图3B两者中，与浸渍第一子堆叠件16、16b的纱片基体材料相比，浸渍第二子堆叠件17、18的层压件基体材料掺杂有较低平均浓度的碳颗粒。在图3A的情况下，第二子堆叠件17的浓度为零。
与图3A或图3B的第二层压件结构(面板10a或10b)的层压件基体材料相比，图2的第一层压件结构(面板10)的层压件基体材料掺杂有较高平均浓度的碳颗粒。
制造面板10、10a的各种预浸料方法在图4至图8中示出。
首先参照图4，将碳纳米管的干燥纱片15’置于模具工具的模具工具表面18上。干燥纱片15’可以通过各种制造方法获得。一种方法包括注射前体，然后在反应器中在非常高的温度下使CNT成核。直径均匀(0.5米至1米)的“袜状件”形成并卷绕在鼓状物上。“袜状件”的壁由长的混合CNT制成并且具有随机取向，但是被朝向提取方向偏置。
源自反应器的CNT以湍流流送。湍流本质上是随机的，并且当CNT以这样的流动流送时，CNT会混合在一起，类似于细面条或煮熟的意大利面条。
参考文献6(Wang等人)概述了该制造工艺的变型。
制造干燥纱片15’的另一方法是在基材上生长CNT的“森林”，然后对该“森林”进行处理，使CNT沿随机方向倾斜，以形成平坦层。作为示例，可以通过下述压延工艺使CNT平坦化：该压延工艺随机地使2D基材上的CNT“森林”平坦化。CNT并不是完全竖向且彼此平行的，并且这些CNT沿它们倾斜的方向“下落”。
然后将纤维层压件13、13a作为预浸料层片的堆叠件铺设在干纱片15’的顶部上，每个预浸料层片包括一个或更多个纤维层，所述一个或更多个纤维层被用经掺杂的层压件基体材料或未经掺杂的层压板基体材料(即未掺杂碳颗粒的基体材料)预浸渍。在面板10的情况下，所有预浸料层片都被掺杂；在面板10a的情况下，仅下部的预浸料层片(即第一子堆叠件16的层片)被掺杂，而其他层片未经掺杂。
图4示出了堆叠件中的外部预浸料层片14’和紧邻的预浸料层片27’。每个预浸料层片包括被层压件基体材料预浸渍的一个或更多个单向碳纤维层。例如，外部预浸料层片14’包括单向碳纤维层20，单向碳纤维层20被经掺杂的层压件基体材料21预浸渍；并且紧邻的预浸料层片27’包括单向碳纤维层22，单向碳纤维层22被经掺杂的层压件基体材料23预浸渍。如所示的，预浸料层片14’、27’彼此接触地铺设。外部预浸料层片14’与干燥纱片15’接触。
单向碳纤维的方向可以在预浸料层片的堆叠件中在层片与层片之间变化，并且每层片也可以具有多于一个的取向。
然后将预浸料层片的堆叠件通过真空袋进行压缩/加固，并且然后在数巴压力下在高压釜中进行固化。预浸料层片在与干燥纱片15’接触时被热固化，使得干燥纱片15’被灌注并结合至复合层片的堆叠件，以形成固化和浸渍的纱片15或15a。更具体地说，热固性经掺杂的层压件基体材料被加热、软化、熔化、并且部分地从预浸料层片14’、27’的堆叠件流动到碳纳米管的干燥纱片15’中、在预浸料层片之间的接合面处聚结、并且然后共固化以将预浸料层片结合在一起、并且将浸渍的纱片15结合至堆叠件的外部层片14，如图5中所示出的。
图5示出了与图2和图3A相对应的处于其被浸渍及固化状态的各部分、即纱片15、15a、堆叠件中的外部复合层片14、14a和紧邻的复合层片27。图4示出了处于其干燥或未固化状态的各部分、即干燥纱片15’、未固化的外部预浸料层片14’和未固化的预浸料层片27’。
在图5的固化结构中，碳纤维层20、22通过共固化接合部结合在一起，该共固化接合部包括经掺杂层压件基体材料的固化层24。在固化过程期间，可以将干燥的纤维纱片15’完全嵌入外部层片14中。在这种情况下，图5的固化结构中的纱片15、15a通过浸渍纱片15、15a的固化纱片基体材料和浸渍碳纤维层20的固化层压件基体材料结合至纤维层压件13、13a。
纱片15、15a也在位于纱片15、15a与模具工具表面18之间的固化经掺杂基体材料的表面层25下方嵌入纤维层压件中。
因此，纱片15、15a通过纱片15、15a与碳纤维层20之间的共固化接合部以及纱片与表面层25之间的共固化接合部而结合至纤维层压件的外部层片14。
在图5的完全嵌入的情况下，在该固化结构中，纱片15、15a的一些碳纳米管与单向碳纤维层20接触，并且纱片15、15a的一些碳纳米管与混合在经掺杂纱片基体材料中的碳颗粒接触。
碳纳米管的纱片15、15a被嵌入基体材料的表面层25下方，并且基体材料的表面层25掺杂有碳颗粒。因此，纱片15的一些碳纳米管与混合在表面层25内的碳颗粒接触。
指出的是，图4和图5中的层是示意性地图示的，并且并非按比例绘制。纱片15、15a通常比每个预浸料层片14’、27’薄得多。作为示例，每个预浸料层片14’、17’在其已固化后可以具有大约0.1mm至0.5mm(100微米至500微米)的厚度，并且纱片15、15a在其已固化后可以具有小于30微米的厚度。
在图6中所示出的替代性方案中，在固化过程期间，干燥纱片15’仅部分地嵌入外部层片14中，使得固化结构中的纱片15、15a不与单向碳纤维层20接触。在图6的情况下，纱片15、15a通过共固化接合部结合至纤维层压件，该共固化接合部包括经掺杂层压件基体材料的固化结合层26。
在另一替代性方案(未示出)中，图6的部分嵌入的干燥纱片15’可以嵌入经掺杂基体材料的表面层、如图5的表面层25下方，同时通过固化结合层26与层20保持分离。
浸渍图5或图6的固化结构中的纱片15、15a的纱片基体材料从预浸料层片14’、27’的堆叠件流动到干燥纱片15’中。因此，纱片基体材料掺杂有与浸渍纤维层压件13、13a的层压件基体材料相似浓度的碳颗粒。
在图7中所示出的替代性预浸料制造方法中，将纱片作为预浸料纱片15”铺设在工具18上，预浸料纱片15”被用纱片基体材料预浸渍。预浸料纱片15”中的纱片基体材料可以掺杂有与纤维层压件13、13a的预浸料相同的碳颗粒，或者预浸料纱片15”中的纱片基体材料可以是未经掺杂的，即未掺杂碳颗粒。
优选使用预浸料纱片15”，这是因为预浸料纱片15”比干燥纱片15’更容易处理。
在共固化过程期间，预浸料纱片15”可以被完全嵌入外部层片14中(因此固化结构中的纱片15、15a与单向碳纤维层20接触，如图5中所示出的)；预浸料纱片15”可以被部分地嵌入外部层片14中(因此，固化结构中的纱片15、15a不接触单向碳纤维层20，而是被嵌入在基体材料的表面层下方)；或者预浸料纱片15”可以根本没有被嵌入(如图8中所示出的)。
如果预浸料纱片15”中的纱片基体材料未经掺杂，则对固化结构中的纱片15、15a进行浸渍的固化纱片基体材料将包含一些碳颗粒，这些碳颗粒源于外部预浸料层片14’的经掺杂的基体材料21、并流动或扩散到纱片15、15a中。
如果预浸料纱片15”中的纱片基体材料未经掺杂，并且纱片如图5中所示出的那样完全地嵌入、或者部分地嵌入，则表面层25的基体材料可以未经掺杂，或者表面层25的基体材料可以包含碳颗粒，这些碳颗粒源于外部预浸料层片14a的经掺杂的基体材料21、并且流动或扩散穿过预浸料纱片15”并进入到表面层25中。
在图8的固化结构中，在共固化过程期间，预浸料纱片15”不会嵌入外部层片14中，因此固化结构中的纱片15、15a不与单向碳纤维层20接触，并且也不嵌入表面层下方。在这种情况下，纱片15通过下述共固化接合部结合至纤维层压件的外部层片14：该共固化接合部包括经掺杂层压件基体材料的固化结合层28。
如果预浸料纱片15”中的纱片基体材料是未经掺杂的，则固化结合层28的基体材料将包含源于外部预浸料层片14’的经掺杂基体材料21的碳颗粒。
图8中对纱片进行浸渍的固化纱片基体材料也将包含一些碳颗粒，这些碳颗粒从外部预浸料层片14’的经掺杂基体材料21流动或扩散到纱片中。
图4至图8的预浸料方法非常适用于制造图3A的面板10a。在这种情况下，通过铺设预浸料层片的第一子堆叠件并铺设预浸料层片的第二子堆叠件来提供纤维层压件13a，第一子堆叠件的每个预浸料层片包括被用经掺杂的层压件基体材料预浸渍的一个或更多个纤维层，第二子堆叠件的每个预浸料层片包括被用未经掺杂的层压件基体材料预浸渍的一个或更多个纤维层。对第二子堆叠件的预浸料层片进行浸渍的未掺杂的层压件基体材料未掺杂碳颗粒。
在上述的预浸料方法中的一些方法中，当铺设预浸料纱片15”时，纱片基体材料是未经掺杂的，并且纱片基体材料被从预浸料层片的堆叠件流动到预浸料纱片15”中的碳颗粒掺杂。在这种情况下，平均而言，固化的纱片基体材料中的碳颗粒浓度可能低于固化的层压件基体材料中的碳颗粒浓度。令人惊讶的是，尽管平均浓度较低，但是已经发现，与从干燥纱片15’开始相比，从具有未经掺杂纱片基体材料的预浸料纱片15”开始会导致更好的雷电冲击性能。不受理论的束缚，据推测，这种改进的性能可能是由于碳颗粒扩散至纱片15、15a的外表面、可选地扩散到表面层、比如表面层25中而产生的。经掺杂的层压件基体材料将具有比预浸料纱片15”中的未经掺杂纱片基体材料略高的密度。这使得碳颗粒能够容易地从外部预浸料层片14’迁移至预浸料纱片15”的外表面。这可能导致固化的层压件结构中的表面层具有的碳颗粒浓度比纱片15、15a的本体内高。该表面层可以提供改进的“法拉第笼”，从而导致观察到的更好的雷电冲击性能。例如，在图5的情况下，层压件结构可以包括基体材料的表面层25，表面层25的碳颗粒浓度比纱片15、15a内的纱片基体材料的碳颗粒浓度高。
制造图3B的面板10b的优选方法是共灌注。在共灌注方法中，将纤维层压件13b作为多孔干燥纤维预成型件的堆叠件、连同类似于干燥纱片15’的碳纳米管干燥纱片一起铺设。然后，使用液体经掺杂基体材料对干燥纤维预成型件和干燥纱片进行共灌注，该液体经掺杂基体材料然后固化，以将各个部分共固化在一起。
经掺杂基体材料穿过干燥纱片流动到第一子堆叠件16b中，然后从第一子堆叠件流动到第二子堆叠件18中。该纱片提供了过滤效果，过滤效果使得碳颗粒积聚在该纱片内部和第一子堆叠件16b中，其中，相对少的碳颗粒到达第二子堆叠件18。这在固化结构中产生了浓度梯度，碳颗粒的浓度在层压件结构的厚度方向上随着远离纱片15b而降低。
在上述的所有方法中，纤维层压件包括外部复合层片14、14a、14b，外部复合层片14、14a、14b结合至碳纳米管纱片15、15a、15b并掺杂有碳颗粒。外部复合层片14、14a、14b掺杂有第一平均浓度的碳颗粒；并且纱片基体材料掺杂有第二平均浓度的碳颗粒。在一些情况下，第一平均浓度和第二平均浓度可以是相同的，例如在以干燥纱片15’或经掺杂的预浸料纱片15”开始的预浸料过程中。在其他情况下，第一平均浓度和第二平均浓度可以彼此不同。例如，从未经掺杂的预浸料纱片15”开始，可以在纱片中产生较低的第二平均浓度，而共灌注方法可以在纱片中产生较高的第二平均浓度。
将不同的碳颗粒混合到基体材料中可以遵循众所周知的工艺，这些工艺包括进行两辊或三辊研磨以及/或者使用超声波焊极进行声透射以将超声波能量输送到环氧树脂母料中。然后，在预浸料线中(用以生产预浸料14’、27’、15”)或者在灌注混合-定量装置中(在上述的共灌注工艺的情况下)，使用主树脂彻底稀释该经掺杂的母料。
有效的雷电冲击保护与碳纤维增强聚合物(CFRP)层压材料的在平面中所测量的电导率之间存在良好的相关性。直到最近，这些测量都是使用接触探针进行的，接触探针需要仔细的试样制备(银/金涂覆探针接触区域)。对于CFRP来说，这是一种不可靠的方法，并且因此开发了一种非接触式的、更精确的方法(“Gobin”方法)，并且现在正在使用该Gobin方法。Gobin方法依赖于当将CFRP面板放置在两个探针之间时所测量的电磁场衰减，然后该电磁场衰减与来自参照试样的具有已知值的电导率相关联。
通过预测CFRP结构的电导率来确定其保护效果的另一教科书尝试是通过计算CFRP结构的介电弛豫时间；介电弛豫时间与电导率有关，并且本质上是测量带电系统恢复平衡所需的时间；问题在于数学模型仅对于半导体是准确的，对于金属是不准确的。
根据早期基于接触的电导率测量，确认中等重量膨胀铜箔(ECF)的电导率值为4x10^7S/m；CFRP沿着纤维的电导率值为1x10^4S/m；CNT和石墨烯的电导率值估计为<1x10^8S/m。
应用混合规则对体积分数含量为60％的碳纤维和1％的纳米填料+CNT纱片的CFRP层压件进行的理论计算为：0.6(10^4/0.6)+0.4(10^8/0.01)～4x10^9S/m。
该值低于通过接触方法实验测量的预期电导率值，但与最近获得的非接触式测量结果一致。
雷电冲击现象由于其瞬态性质——其中，压力和热在几分之一秒内发生——而尚未被完全理解，并且因此对精确的数学模型提出了重大挑战。
已经确定存在两种主要的雷电冲击损坏效应：热效应和机械力效应。机械力效应本质上是瞬态的，而热效应持续时间相对较长。
热效应不仅涉及来自电弧等离子体通道的传导热，还涉及焦耳加热(电流流经传导材料)和等离子体通道热辐射。这会导致温度引起的材料降解以及由于膨胀/收缩而引起的机械应变。
机械力效应包括磁场压力(流过导电材料的电流)、由于等离子体通道的超音速膨胀产生的冲击波以及还来自化学升华的冲击波。
令人惊讶的是，已经通过测试确定，对CFRP结构的大部分损坏似乎是由机械力效应而非热效应引起的。
在使用膨胀铜箔(ECF)的情况下，如在参考文献4中，瞬态爆炸力通过铜保护箔、树脂和碳纤维的汽化颗粒产生严重的冲击载荷。高度致密的铜颗粒被认为是造成大部分损害的原因。
上面所描述的层压件结构10、10a、10b不具有金属雷电冲击保护层、比如ECF层。据认为，去除高密度(为约9)ECF层，用较低密度、高导电性的碳纳米管纱片15、15a、15b(密度为1.4)来代替，将显著地降低机械力损坏。
此外，据认为，纱片中随机定向的混合碳纳米管在吸收能量方面可能比ECF晶格状层更有效。
此外，据认为，在将经掺杂的纤维层压件与经掺杂的碳纳米管纱片组合时可能存在协同效应。碳纳米管纱片提供了上述优点：碳纳米管纱片由于碳纳米管纱片的低密度和混合结构而降低了机械力效应。使用掺杂有碳颗粒的纱片基体材料浸渍纱片可以进一步改善雷电冲击性能，这是因为纱片的碳纳米管与纱片基体材料中的碳颗粒相互作用，以改善可用于耗散电能的导电网络(增加导电路径的数量)。
在上面的示例中，碳纳米管纱片15、15a、15b通过纱片基体材料以及/或者通过掺杂有碳颗粒的结合层26、28结合至纤维层压件13、13a、13b。这是优选的，但是在替代性的实施方式中，碳纳米管纱片15、15a、15b可以通过未经掺杂的结合层而结合至纤维层压件13、13a、13b。
在上述示例中，碳纳米管纱片15、15a、15b结合至纤维层压件的表面层14、14a、14b，并且可选地还嵌入纤维层压件的表面层14、14a、14b内。在其他实施方式中，碳纳米管纱片15、15a、15b可以在表面层14、14a、14b与紧邻的复合层片27之间嵌入纤维层压件中。在所有这些情况下，碳纳米管纱片15通过共固化接合部结合至纤维层压件13、13a、13b。共固化接合部通常在固化结构中基本上没有接合面。
在其他实施方式中，碳纳米管纱片15、15a、15b可以通过其他结合工艺(比如共结合或二次结合)结合至纤维层压件13、13a、13b。在这种情况下，固化结构中的碳纳米管纱片15、15a、15b将通过另一种类型的粘合接合部、比如共结合的接合部或二次结合的接合部结合至纤维层压件13、13a、13b。
在上述的示例中，机翼蒙皮面板10在其整个厚度上是高度掺杂的，而机身面板10a、10b不被掺杂。其他变型是可能的。例如，飞行器的某些部分(例如在机翼蒙皮内侧沿着每个机翼的翼展延伸的桁条)比其他部分更容易产生边缘辉光。因此，桁条可以在其整个厚度上掺杂有碳颗粒(像面板10)，而不太易于产生边缘辉光的其他部分(例如机翼蒙皮)可以仅在其部分厚度上被高度掺杂(像面板10a或面板10b)。
在出现词语“或”的情况下，这将被理解为是指“和/或”，使得所指的项目不一定相互排斥并且可以以任何适当的组合使用。
尽管上面已经参照一个或更多个优选的实施方式描述了本发明，但将理解的是，在不脱离所附权利要求中所限定的本发明的范围的情况下可以进行各种改变或修改。
参考文献
参考文献1:Yang,Shin-Yi&Lin,Wei-Ning&Huang,Yuan-Li&Tien,Hsi-Wen&Wang,Jeng-Yu&Ma,Chen-Chi&Li,Shin-Ming&Wang,Yu-Sheng.(2011).Synergetic effects ofgraphene platelets and carbon nanotubes on the mechanical and thermalproperties of epoxy composites(石墨烯片和碳纳米管对环氧复合材料的机械性能和热性能的协同作用).Carbon(碳).49.793-803.10.1016/j.carbon.2010.10.014.
参考文献2:Tang,Yong&Gou,Jihua.(2010).Synergistic effect on electricalconductivity of few-layer graphene/multi-walled carbon nanotube paper(对少层石墨烯/多壁碳纳米管纸的电导率的协同作用).Materials Letters(材料快报).64.2513-2516.10.1016/j.matlet.2010.08.035.
参考文献3:Karch,Christian&Metzner,Christian.(2016).LightningProtection of Carbon Fibre Reinforced Plastics(碳纤维增强塑料的雷电防护)–AnOverview(概述)–.10.1109/ICLP.2016.7791441.
参考文献4:Karch,Christian&Alper,Matan&Yeshurun,Yehoshua&Wolfrum,Johannes.(2019).HYBRID LIGHTNING PROTECTION OF CFRP STRUCTURES WITH CNT NON-WOVEN MATS(使用CNT非织造垫对CFRP结构进行混合雷电防护).
参考文献5:Logakis,Emmanuel&Skordos,Alex.(2012).Lightning strikeperformance of carbon nanotube loaded aerospace composites(装载碳纳米管的航空航天复合材料的雷电冲击性能).ECCM 2012-Composites at Venice,Proceedings of the15th European Conference on Composite Materials.
参考文献6:Fabrication of Ultralong and Electrically Uniform Single-Walled Carbon Nanotubes on Clean Substrates(在干净基材上制造超长且电均匀的单壁碳纳米管)；Xueshen Wang,Qunqing Li,Jing Xie,Zhong Jin,Jinyong Wang,Yan Li,Kaili Jiang,and Shoushan Fan；Nano Letters(纳米快报)20099(9),3137-3141；DOI:10.1021/nl901260b.

Claims (26)

1.一种层压件结构，包括：
纤维层压件，所述纤维层压件被层压件基体材料浸渍；以及
碳纳米管纱片，所述碳纳米管纱片被纱片基体材料浸渍；
其中，所述层压件基体材料和所述纱片基体材料掺杂有碳颗粒。
2.根据权利要求1所述的层压件结构，其中，所述碳纳米管纱片不结合至金属雷电冲击保护层，或者所述层压件结构不包括金属雷电冲击保护层。
3.根据任一前述权利要求所述的层压件结构，其中，所述碳纳米管纱片结合至所述纤维层压件。
4.根据权利要求3所述的层压件结构，其中，所述碳纳米管纱片通过共固化接合部结合至所述纤维层压件。
5.根据任一前述权利要求所述的层压件结构，其中，所述碳纳米管纱片嵌入所述纤维层压件内。
6.根据权利要求5所述的层压件结构，其中，所述碳纳米管纱片嵌入所述纤维层压件的外部复合层片内。
7.根据权利要求6所述的层压件结构，其中，所述碳纳米管纱片嵌入基体材料的表面层下方，并且所述基体材料的表面层掺杂有碳颗粒。
8.根据任一前述权利要求所述的层压件结构，其中，所述碳纳米管纱片通过所述纱片基体材料以及/或者通过掺杂有碳颗粒的结合层而结合至所述纤维层压件。
9.根据任一前述权利要求所述的层压件结构，其中，所述碳颗粒的浓度在所述纤维层压件的厚度方向上随着远离所述纱片而降低。
10.根据任一前述权利要求所述的层压件结构，其中，与浸渍所述碳纳米管纱片的所述纱片基体材料相比，所述层压件基体材料掺杂有较低平均浓度的碳颗粒。
11.根据任一前述权利要求中所述的层压件结构，其中，所述纤维层压件包括外部复合层片，所述外部复合层片结合至所述碳纳米管纱片并掺杂有碳颗粒。
12.根据权利要求11所述的层压件结构，其中，所述外部复合层片掺杂有第一平均浓度的碳颗粒；并且所述纱片基体材料掺杂有不同于所述第一浓度的第二平均浓度的碳颗粒。
13.根据任一前述权利要求所述的层压件结构，其中，所述纤维层压件包括：复合层片的第一子堆叠件，所述复合层片的第一子堆叠件结合至所述碳纳米管纱片；以及复合层片的第二子堆叠件；其中，浸渍所述复合层片的第二子堆叠件的层压件基体材料未掺杂碳颗粒，或者与浸渍所述复合层片的第一子堆叠件的层压件基体材料相比，所述复合层片的第二子堆叠件掺杂有较低平均浓度的碳颗粒。
14.根据任一前述权利要求所述的层压件结构，其中，所述层压件结构具有外表面和内表面；并且所述碳纳米管纱片比所述内表面更靠近所述外表面。
15.根据任一前述权利要求所述的层压件结构，其中，所述碳颗粒包括石墨烯颗粒和/或碳纳米管或者由石墨烯颗粒和/或碳纳米管构成。
16.根据任一前述权利要求所述的层压件结构，其中，所述碳颗粒是碳纳米颗粒。
17.一种飞行器，所述飞行器包括根据任一前述权利要求所述的层压件结构。
18.根据权利要求17所述的飞行器，包括根据任一前述权利要求所述的第一层压件结构，所述第一层压件结构定位在所述飞行器的第一区中；以及根据任一前述权利要求所述的第二层压件结构，所述第二层压件结构定位在所述飞行器的第二区中；其中，与所述第二层压件结构的层压件基体材料相比，所述第一层压件结构的层压件基体材料掺杂有较高平均浓度的碳颗粒。
19.根据权利要求18所述的飞行器，其中，所述第一层压件结构在所述纤维层压件的整个厚度上被经掺杂的层压件基体材料浸渍。
20.一种制造层压件结构的方法，所述方法包括：
提供纤维层压件，所述纤维层压件被层压件基体材料浸渍；以及
提供碳纳米管纱片，所述碳纳米管纱片被纱片基体材料浸渍，
其中，所述层压件基体材料和所述纱片基体材料掺杂有碳颗粒，所述方法还包括：
使所述层压件基体材料和所述纱片基体材料共固化，以将所述碳纳米管纱片结合至所述纤维层压件。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，通过铺设预浸料层片的堆叠件来提供所述纤维层压件，每个预浸料层片包括被用所述层压件基体材料预浸渍的一个或更多个纤维层。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，将所述碳纳米管纱片作为干燥纱片而与所述预浸料层片的堆叠件一起铺设，并且所述纱片基体材料通过从所述预浸料层片的堆叠件流动到所述干燥纱片中而浸渍所述碳纳米管纱片。
23.根据权利要求21所述的方法，其中，将所述碳纳米管纱片作为被所述纱片基体材料预浸渍的预浸料纱片而与所述预浸料层片的堆叠件一起铺设。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，当铺设所述预浸料纱片时，所述纱片基体材料未掺杂碳颗粒，并且所述纱片基体材料通过碳颗粒从所述预浸料层片的堆叠件流动到所述预浸料纱片中而被掺杂。
25.根据权利要求20至24中的任一项所述的方法，其中，通过铺设预浸料层片的第一子堆叠件并铺设预浸料层片的第二子堆叠件来提供所述纤维层压件，所述第一子堆叠件的每个预浸料层片包括被所述层压件基体材料预浸渍的一个或更多个纤维层，所述第二子堆叠件的每个预浸料层片包括被层压件基体材料预浸渍的一个或更多个纤维层，其中，浸渍所述第二子堆叠件的层压件基体材料未掺杂碳颗粒。
26.根据权利要求20所述的方法，其中，通过共灌注所述纤维层压件和所述碳纳米管纱片来提供所述层压件基体材料和所述纱片基体材料。
CN202210897511.2A 2021-07-29 2022-07-28 层压件结构 Pending CN115674801A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB2110938.4A GB2609421A (en) 2021-07-29 2021-07-29 Laminate structure
GB2110938.4 2021-07-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115674801A true CN115674801A (zh) 2023-02-03

Family

ID=77651380

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210897511.2A Pending CN115674801A (zh) 2021-07-29 2022-07-28 层压件结构

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230030800A1 (zh)
EP (1) EP4124444A1 (zh)
CN (1) CN115674801A (zh)
GB (1) GB2609421A (zh)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2754948T3 (es) 2009-06-09 2020-04-21 Haydale Graphene Ind Plc Procedimientos y aparato para el procesamiento de partículas con plasma
PL2649136T3 (pl) 2010-12-08 2016-04-29 Haydale Graphene Ind Plc Materiały rozdrobnione, kompozyty zawierające je oraz ich otrzymywanie i zastosowania
GB201322093D0 (en) * 2013-12-13 2014-01-29 Cytec Ind Inc Compositive materials with electrically conductive and delamination resistant properties
WO2017136806A1 (en) * 2016-02-04 2017-08-10 General Nano Llc Carbon nanotube sheet structure and method for its making
EP2979981B1 (de) 2014-08-01 2017-01-25 Airbus Defence and Space GmbH Blitzschutzschicht für Faserverbund-Strukturen
CN107107537B (zh) * 2014-09-22 2020-03-10 塞特工业公司 具有高的z方向电导率的复合材料
EP3564184B1 (en) 2016-04-08 2023-03-01 Airbus Defence and Space GmbH Structural fibre-reinforced component with lightning strike protection by using carbon nano tube mats and metallic layers

Also Published As

Publication number Publication date
US20230030800A1 (en) 2023-02-02
GB202110938D0 (en) 2021-09-15
EP4124444A1 (en) 2023-02-01
GB2609421A (en) 2023-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Garcia et al. Fabrication and multifunctional properties of a hybrid laminate with aligned carbon nanotubes grown in situ
US10639826B2 (en) Conductive pre-impregnated composite sheet and method for making the same
Wang et al. Structure dependent properties of carbon nanomaterials enabled fiber sensors for in situ monitoring of composites
JP5799021B2 (ja) Ｃｎｔを適合された航空ベース複合材料構造体
CN107107537B (zh) 具有高的z方向电导率的复合材料
Moriche et al. Electrically conductive functionalized-GNP/epoxy based composites: From nanocomposite to multiscale glass fibre composite material
Fan et al. Interlaminar shear strength of glass fiber reinforced epoxy composites enhanced with multi-walled carbon nanotubes
Qu et al. Carbon nanotube film based multifunctional composite materials: an overview
Pandey et al. Carbon nanotube-based multifunctional polymer nanocomposites
Guadagno et al. Correlation between electrical conductivity and manufacturing processes of nanofilled carbon fiber reinforced composites
Quan et al. Improving the electrical conductivity and fracture toughness of carbon fibre/epoxy composites by interleaving MWCNT-doped thermoplastic veils
Yourdkhani et al. Carbon nanotube-reinforced carbon fibre-epoxy composites manufactured by resin film infusion
Zhu et al. Nickel-coated nylon sandwich film for combination of lightning strike protection and electromagnetic interference shielding of CFRP composite
El Sawi et al. Processing and electrical characterization of a unidirectional CFRP composite filled with double walled carbon nanotubes
Wable et al. Engineering the electrospinning of MWCNTs/epoxy nanofiber scaffolds to enhance physical and mechanical properties of CFRPs
Karalis et al. Printed single-wall carbon nanotube-based Joule heating devices integrated as functional laminae in advanced composites
Liu et al. Enhanced electrical conductivity and interlaminar fracture toughness of CF/EP composites via interleaving conductive thermoplastic films
Burkov et al. Hybrid CFRP/SWCNT composites with enhanced electrical conductivity and mechanical properties
Scruggs et al. Characterization of electrical conductivity of a carbon fiber reinforced plastic laminate reinforced with z-aligned carbon nanofibers
Rodríguez-García et al. Industrial manufacturing and characterization of multiscale CFRP laminates made from prepregs containing graphene-related materials
Lee et al. Multifunctional Ni-plated carbon fiber reinforced thermoplastic composite with excellent electrothermal and superhydrophobic properties using MWCNTs and SiO2/Ag microspheres
Doshi et al. Self-sensing carbon nanotube composites: processing and characterization
Topal et al. Multiscale nano-integration in the scarf-bonded patches for enhancing the performance of the repaired secondary load-bearing aircraft composite structures
EP4124444A1 (en) Laminate structure
Aktas et al. Effect of distribution media length and multiwalled carbon nanotubes on the formation of voids in VARTM composites

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication