[發明專利]一種基于碳納米管薄膜的雷電防護復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810768951.1
• 申請日: 2018-07-13
• 公開（公告）號: CN110713693B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發明（設計）人: 冷勁松;夏乾善;張志春;劉彥菊;梅浩
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K9/02;C08K3/04;C08K7/06
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 鄧宇

一種基于碳納米管薄膜的雷電防護復合材料及其制備方法，屬于納米材料和工程應用領域。本發明針對目前飛機使用的金屬雷電防護材料易腐蝕、與樹脂相容性差、密度大從而增加飛機油耗的問題，提供了一種經電鍍銀修飾后的碳納米管薄膜與碳纖維增強樹脂復合后制備獲得的雷電防護復合材料。本發明適用于雷電防護領域。

技術領域

本發明屬于納米材料和工程應用領域，具體涉及一種基于碳納米管薄膜的雷電防護復合材料及其制備方法。

背景技術

一般來說，1架飛機平均每3000飛行小時就有1次遭雷擊的機會，因雷擊使得飛機墜毀的案例數量也在與日俱增。復合材料因其具有比強度高、比模量高、抗疲勞、耐腐蝕以及可設計性等特點在航空工業領域得到了廣泛應用。而且因對減重、一體化、復合效應、可設計以及多功能等方面具有需求，復合材料在先進飛機結構上的應用越來越廣泛。但與傳統的金屬材料如鋁合金、鈦合金等相比，復合材料導電性能差，因此導致飛機結構電磁屏蔽性能缺失，從而使得復合材料飛機結構在雷電等極端環境中容易出現嚴重損傷，甚至造成災難性悲劇的發生。目前主要的雷擊防護方法包括噴涂金屬、粘貼金屬箔和金屬網等方法，此類方法雖然在一定程度上降低雷電能量對飛機結構的損害，但其缺點主要有：易腐蝕、與樹脂相容性差、密度大從而增加飛機油耗等問題。

碳納米管具有優異的力學、電學和熱學性能，雖然在諸多領域有潛在的應用，但是由于這些卓越性能僅是對于單根納米管而言的，而尚未被大規模應用，因此，將微觀的碳納米管制備成宏觀尺度的材料方能發揮出碳納米管的應用價值。近二十幾年，各國科學家對宏觀的碳納米管材料進行了廣泛研究，初期的相關研究主要集中于制備碳納米管/樹脂基的復合材料，例如，復合材料的力學性能、電性能及熱性能等研究，但由于碳納米管的添加量的限制，碳納米管的添加在提高復合材料材料某些性能的同時，會相應的降低復合材料的力學性能。而碳納米管在樹脂的分散性和相容性等問題也是導致碳納米管在樹脂基復合材料中表現較差的重要原因。

發明內容

針對目前飛機使用的金屬雷電防護材料易腐蝕、與樹脂相容性差、密度大從而增加飛機油耗的問題，本發明提供一種基于碳納米管薄膜的雷電防護復合材料，利用真空抽濾碳納米管均勻溶液的便捷方法制備的碳納米管薄膜，經過電鍍銀技術提高碳納米管薄膜的導電率，再與碳纖維增強樹脂工程材料制備復合材料，研究其在雷電防護領域的應用。

本發明所述的復合材料是將電鍍銀修飾后的碳納米管薄膜與碳纖維增強樹脂復合后制備獲得的。

所述基于碳納米管薄膜的雷電防護復合材料的制備方法，包括如下步驟：

1)將碳納米管與表面活性劑的水溶液混合，所述碳納米管與表面活性劑的質量之比為(1:1)-(1:15)，獲得碳納米管溶液；

2)所述碳納米管溶液依次經抽濾、干燥后形成碳納米管薄膜；

3)配制硝酸銀和硝酸鎂的混合溶液，所述混合溶液中硝酸銀和硝酸鎂的質量比為(10:1)-(30:1)；將步驟2)中制備的碳納米管薄膜加上電極置于硝酸銀和硝酸鎂混合溶液中，再將帶有另一電極的石墨板也置于溶液中，并對兩者通直流電，對碳納米管薄膜進行電鍍銀修飾，所述直流電電壓為5V-50V，通電時間為5-900秒；

4)將上述得到的電鍍銀碳納米管薄膜在50-100℃下，真空干燥10-24小時，得到銀修飾的碳納米管薄膜；

5)將碳纖維增強樹脂預浸料鋪設成碳纖維增強樹脂預浸料板，再將銀修飾的碳納米管薄膜鋪設在預浸料板上，經熱壓后冷卻至室溫，得到雷電防護復合材料。

優選地，步驟1)所述的碳納米管與表面活性劑的質量之比為碳納米管：表面活性劑＝1:1.5。

進一步地限定，步驟1)所述水溶液中表面活性劑的質量濃度為50～1000mg/L，所述表面活性劑為曲拉通、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉中的一種。