美國橡樹嶺國家實驗室開發CFRP防雷擊新材料

 

       CFRP是理想的輕量化材料，常被用于航空飛行器的外飾件。盡管在輕量化方面CFRP優勢明顯，但它也有明顯的缺點，即導電性和耐熱性較差，這使該材料更易遭遇雷擊。因此，雷擊對CFRP的破壞往往是災難性的。

 

       常用的雷擊防護（LSP）技術是在復合材料結構頂部覆蓋金屬箔或薄膜。該技術的突出缺點包括重量增加、電偶腐蝕和昂貴的集成/維修成本。在ORNL的研究中，研究者開發了一種易于應用的全聚合物雷擊防護新材料。該材料是在熱固性交聯聚合物二乙烯基苯（DVB）中添加聚苯胺（PANI）等本征導電聚合物，制成的厚度為0.25-0.4 mm的粘接層。實驗中，CFRP結構表面涂覆一層PANI基雷擊防護層，當模擬雷擊電流為100 kA時，樣品實現了有效的電流耗散，而樣品結構本身保持100%安全。PANI因為具有自組裝性能，而擁有形成三維導電網絡結構的能力，這使它與碳/金屬納米填料的雷擊防護技術相比更具優勢。同時，該研究還證明，含有PANI保護層的CFRP結構的剩余強度接近100%。

 

        “我們采用3D打印技術，在CFRP表面涂覆一層易于操作的粘接材料，”ORNL的Vipin Kumar表示。“特殊的聚合物鏈段結構使得該材料導電性更強、熱處理時的強度更高。”在該研究中，研究者對有、無聚合物保護的CFRP材料進行了模擬雷擊的對照試驗。“經目測，有聚合物保護的CFRP試樣表現出了極小的損傷，且散熱更加均勻，”Kumar介紹說。“實驗結果表明，聚合物層為雷擊電流的導出提供了有效且連續的路徑。”

 

       相關研究內容發表在Composites Science and Technology, Volume 172, 1 March 2019，49-57。