CN208324394U - 含闪电防护层的复合材料 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种含闪电防护层的复合材料，该含闪电防护层的复合材料包括：复合材料层，石墨烯纸层，该石墨烯纸层粘结于所述复合材料层的表面，构成闪电防护层，其上分布有通孔，以及胶层，该胶层分布于所述通孔中及所述石墨烯纸层表面，从而将石墨烯纸有效地结合在复合材料表面，避免石墨烯纸本体片层层间结合力小而容易出现两者分层的问题，从而使复合材料具备闪电防护的功能。

Description

含闪电防护层的复合材料

技术领域

本实用新型涉及复合材料应用领域，具体涉及一种含闪电防护层的复合材料。

背景技术

目前，在工程应用层面，广泛应用于飞机复合材料结构的闪电防护层的主体材料是铜网，其特点是在铺贴预浸料过程中，将含铜网的胶膜铺贴在预浸料铺层表面，固化后，铜网与复合材料本体融为一体，利用铜网的高电导率的特性，从而实现复合材料结构的闪电防护；虽然采用铜网是复合材料闪电防护有效可靠的方案，但是铜网面密度大，普通铜网面密度约为200g/m²，加强铜网面密度约为800g/m²，对于大型飞机复合材料机翼及机身表面铺贴铜网，其质量增加上百公斤，对民机结构设计的减重指标带来不利影响。

在实验研究层面，为促进石墨烯在树脂基复合材料闪电防护方面的应用，一方面将石墨烯粉体均匀分散在树脂基体中，尝试通过改善树脂导电性达到闪电防护的可行性；另一方面探索石墨烯膜或大面积整体化石墨烯纸在复合材料结构闪电防护的可行性。

在第一方面，采用将石墨烯粉体均匀分散在树脂基体后而制成的复合材料，其复合材料的力学性能、导电、导热性能得到一定的提高，但树脂基体中石墨烯重量含量仅为0.5％～2％，因此其复合材料的导电性能远不及石墨烯本体材料，难以实现对复合材料闪电防护的功能；同样，采用石墨烯膜由于其厚度很小，方阻大，无法达到复合材料闪电防护对方阻的要求，另外，因石墨烯膜很薄，结构极易损坏，通常附着在基材上，而基材与复合材料无法兼容，成型难度大。

在第二方面，石墨烯纸是大量石墨烯片层聚集的结构，而石墨烯片层之间仅依靠范德华力连接，采用大面积整体化石墨烯纸与复合材料进行胶接，表面上看两者已粘接成一个整体，然而实际上石墨烯纸片层之间的范德华力较弱，容易导致两者从石墨烯纸片层间分离，整个结构的稳定性很差，为长期安全使用埋下隐患。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种含闪电防护层的复合材料，从而将石墨烯纸有效地结合在复合材料表面，避免石墨烯纸本体片层层间结合力小而容易出现两者分层的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种含闪电防护层的复合材料，包括：复合材料层，石墨烯纸层，该石墨烯纸层粘结于所述复合材料层的表面，构成闪电防护层，其上分布有通孔，以及胶层，该胶层分布于所述通孔中及所述石墨烯纸层表面，该石墨烯纸层是整体的一层，其可以制成不同的厚度；所述通孔直径越小越好，从而可以有效保证石墨烯纸的导电率，确保闪电防护效果。

优选地，所述通孔在所述石墨烯纸层上均匀分布。

优选地，所述胶层所使用的材料选自环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂以及双马来酰亚胺树脂中的一种。

优选地，所述复合材料层所使用的材料为纤维增强树脂基复合材料。

本实用新型还提供了一种含闪电防护层的复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)铺贴：将胶膜铺贴在模具表面，然后将分布有通孔的石墨烯纸铺贴在胶膜上，然后铺贴复合材料预浸料；(2)固化成型：在外加压力的作用下，胶膜及复合材料预浸料中的胶液流动并填充通孔，胶膜中的胶液及复合材料预浸料的树脂分子结构兼容，固化后形成一体的胶层，将石墨烯纸层粘结在复合材料层的表面，以制备出上述含闪电防护层的复合材料。

优选地，在步骤(1)中，可利用加热设备加热复合材料预浸料以增加其粘性，随后逐层铺贴复合材料预浸料，直至完成铺贴。

优选地，在步骤(1)中，在将分布有通孔的石墨烯纸铺贴在胶膜后，铺贴第一层复合材料预浸料，然后利用加热设备增加其粘性，逐层铺贴复合材料预浸料，直至完成铺贴。

优选地，所述加热设备包括电吹风机和电熨斗。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

(1)本实用新型所涉及的含闪电防护层的复合材料采用石墨烯纸粘贴在复合材料结构表面，利用其高电导率，实现复合材料闪电防护，相对于石墨烯粉体均匀分散在树脂基体后而制成的复合材料，采用石墨烯纸能有效改善复合材料局部，特别是复合材料表面的导电性能，为解决复合材料防雷击保护提供了有力途径；

(2)由于石墨烯纸层由很多石墨烯本体片层组成，本体片层间结合力小，本实用新型所涉及的石墨烯纸面内分布大量通孔，相对于采用大面积整体化石墨烯纸与复合材料进行胶接的方案，含有大量通孔的石墨烯纸胶膜能有效保证导电性能的前提下，实现石墨烯纸与复合材料有效胶接，避免分层，提高其结构与功能的稳定性；

(3)本实用新型所涉及的含闪电防护层的复合材料相对于传统铜网的方案，该方案能有效降低结构重量；

(4)本实用新型所涉及的含闪电防护层的复合材料的制备方法采用整体一步固化成型，减少后续工序。

附图说明

图1是根据本实用新型的固化前含闪电防护层的复合材料结构示意图；

图2是根据本实用新型的含通孔石墨烯纸层示意图；

图3是根据本实用新型的固化后的含闪电防护层的复合材料结构示意图。

主要附图标记说明：

1：石墨烯纸层，11：通孔，2：胶膜，21：胶层，3：复合材料预浸料， 31：复合材料层，4：模具。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图2和图3所示，根据本实用新型具体实施方式的一种含闪电防护层的复合材料，包括：复合材料层31，石墨烯纸层1，以及胶层21，该石墨烯纸层1粘结于所述复合材料层31的表面，构成闪电防护层，其上分布有通孔 11，该胶层21分布于所述通孔11中及所述石墨烯纸层表面。

作为一种优选实施例，所述通孔11在所述石墨烯纸层1上均匀分布。

作为一种优选实施例，所述胶层21所使用的材料选自环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂以及双马来酰亚胺树脂中的一种。

作为一种优选实施例，所述复合材料层31为纤维增强树脂基复合材料。

如图1、图2和图3所示，根据本实用新型具体实施方式的一种含闪电防护层的复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)铺贴：将胶膜2铺贴在模具4表面，然后将分布有通孔11的石墨烯纸1铺贴在胶膜2上，然后铺贴复合材料预浸料3；(2)固化成型：在外加压力的作用下，胶膜2及复合材料预浸料3中的胶液流动并填充通孔11，胶膜2中的胶液及复合材料预浸料3的树脂分子结构兼容，固化后形成一体的胶层21，将石墨烯纸层1粘结在复合材料层31的表面，以制备出上述含闪电防护层的复合材料。

作为一种优选实施例，在步骤(1)中，可利用加热设备加热复合材料预浸料3以增加其粘性，随后逐层铺贴复合材料预浸料3，直至完成铺贴。

作为一种优选实施例，步骤(1)中，在将分布有通孔11的石墨烯纸1 铺贴在胶膜2后，然后铺贴第一层复合材料预浸料3，然后利用加热设备增加其粘性，逐层铺贴复合材料预浸料3，直至完成铺贴。

作为一种优选实施例，所述加热设备包括电吹风机和电熨斗。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (4)

1.一种含闪电防护层的复合材料，其特征在于，包括：

复合材料层，

石墨烯纸层，该石墨烯纸层粘结于所述复合材料层的表面，构成闪电防护层，其上分布有通孔，以及

胶层，该胶层分布于所述通孔中及所述石墨烯纸层表面。

2.根据权利要求1所述的含闪电防护层的复合材料，其特征在于，所述通孔在所述石墨烯纸层上均匀分布。

3.根据权利要求1所述的含闪电防护层的复合材料，其特征在于，所述胶层所使用的材料选自环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂以及双马来酰亚胺树脂中的一种。

4.根据权利要求1所述的含闪电防护层的复合材料，其特征在于，所述复合材料层为纤维增强树脂基复合材料。