【摘要】：導(dǎo)電能力不足是目前碳航空用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料最迫切需要解決的問(wèn)題之一。傳統(tǒng)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料存在嚴(yán)重的各向異性,同時(shí)其中各組分的選材及其組合形成主要為滿足結(jié)構(gòu)要求而設(shè)計(jì),較少考慮到其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和導(dǎo)電性能的兼容統(tǒng)一。在現(xiàn)行的飛機(jī)設(shè)計(jì)中,相關(guān)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電問(wèn)題一般通過(guò)附加額外的材料和裝置來(lái)解決,但此類(lèi)額外系統(tǒng)大量消耗了現(xiàn)代飛機(jī)本已不足的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裕度,提高了相關(guān)結(jié)構(gòu)的材料和制造成本,降低了整機(jī)的工作效率。因此,復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)-導(dǎo)電一體化是當(dāng)前航空復(fù)合材料發(fā)展的重要方向和研究目標(biāo)。針對(duì)上述研究目標(biāo),本文開(kāi)展了結(jié)構(gòu)-導(dǎo)電復(fù)合材料的制備及其導(dǎo)電性能研究,本文主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:(1)結(jié)構(gòu)-中等導(dǎo)電(電阻1~100Ω/□)一體化復(fù)合材料的研究:選用碳納米管作為導(dǎo)電填料,并通過(guò)BET吸附法、X射線光電子能譜法、和拉曼光譜法等手段對(duì)碳碳納米管進(jìn)行優(yōu)選;通過(guò)對(duì)超聲空化和高剪切分散工藝的優(yōu)化,研究碳納米管在環(huán)氧樹(shù)脂的均勻分散方法;研究碳納米管增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)和導(dǎo)電性能的原理,揭示環(huán)氧樹(shù)脂中碳納米管添加量與復(fù)合材料力學(xué)和導(dǎo)電性能的變化規(guī)律,研究結(jié)構(gòu)-中等導(dǎo)電一體化復(fù)合材料的制備方法;設(shè)計(jì)相關(guān)試驗(yàn)研究結(jié)構(gòu)-導(dǎo)電復(fù)合材料在抗靜電和電磁屏蔽場(chǎng)景中的應(yīng)用效果,討論復(fù)合材料電導(dǎo)率與其抗靜電性能和電磁屏蔽效能的對(duì)應(yīng)關(guān)系。(2)結(jié)構(gòu)-導(dǎo)電膠膜的研究:選擇復(fù)相環(huán)氧樹(shù)脂中的連續(xù)增韌結(jié)構(gòu),探索對(duì)其進(jìn)行導(dǎo)電改性的可能方案,建立并改進(jìn)輕質(zhì)高分子材料的化學(xué)鍍方法,并用導(dǎo)電增韌織物替代環(huán)氧樹(shù)脂中原有的增韌體系,開(kāi)展高分子的結(jié)構(gòu)-高導(dǎo)電(電阻≤1Ω/□)一體化研究,制備一種兼具粘接強(qiáng)度和導(dǎo)電性能的結(jié)構(gòu)-導(dǎo)電膠膜;針對(duì)膠接結(jié)構(gòu)界面導(dǎo)電能力降低的問(wèn)題,研究導(dǎo)電膠和被粘物的界面導(dǎo)電強(qiáng)化方法,將結(jié)構(gòu)-導(dǎo)電一體化膠膜的強(qiáng)度與導(dǎo)電性能分別與結(jié)構(gòu)膠黏劑和導(dǎo)電膠黏劑對(duì)比,表征其綜合性能,分析結(jié)構(gòu)-導(dǎo)電膠接接頭中電通路的建立方式。(3)結(jié)構(gòu)-高導(dǎo)電復(fù)合材料的研究:研究、改進(jìn)環(huán)氧樹(shù)脂基和雙馬樹(shù)脂基復(fù)合材料的插層增韌和導(dǎo)電改性方法,分別將輕質(zhì)的導(dǎo)電增韌織物和導(dǎo)電碳纖維織物分別用于上兩種復(fù)合材料的改性,提出一種結(jié)構(gòu)-高導(dǎo)電一體化復(fù)合材料的制備方法,分析導(dǎo)電增韌織物的連續(xù)結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合材料層間斷裂韌性的增強(qiáng)原理和層間區(qū)樹(shù)脂導(dǎo)電改性對(duì)復(fù)合材料整體導(dǎo)電性能的影響規(guī)律,通過(guò)復(fù)合材料的直接雷擊效應(yīng)試驗(yàn)和結(jié)構(gòu)-高導(dǎo)電復(fù)合材料的雷擊防護(hù)效能研究,研究復(fù)合材料層間導(dǎo)電性能提升對(duì)復(fù)合材料整體雷擊防護(hù)效能的影響原理。(4)導(dǎo)電導(dǎo)熱/絕熱多功能復(fù)合材料雷擊防護(hù)膜研究:分析雷電直接效應(yīng)中熱輻射與大電流注入等不同破壞因素對(duì)復(fù)合材料的損傷形式的影響規(guī)律,在增韌劑高導(dǎo)電、熱固性樹(shù)脂均勻?qū)щ姀?qiáng)化的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)雷電防護(hù)材料進(jìn)行熱防護(hù)改性,研究以高分子和碳材料為主體的輕質(zhì)多功能雷擊防護(hù)膜對(duì)復(fù)合材料的雷擊防護(hù)效能,并與現(xiàn)行的通用雷擊防護(hù)材料進(jìn)行綜合性能比較�；谏鲜鲂鹿に嚭托吕碚�,本文成功制備了碳納米管改性,厚度方向中等導(dǎo)電強(qiáng)化的結(jié)構(gòu)-中等導(dǎo)電一體化復(fù)合材料,材料壓縮強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度得到了顯著提高(29%和17%),厚度方向電導(dǎo)率達(dá)到16.4 S/m,電磁屏蔽效能達(dá)到約68dB,1h試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)最大油面電位低于7V;金屬/高分子纖維/碳纖維多元無(wú)紡布改性,厚度方向高導(dǎo)電的結(jié)構(gòu)-高導(dǎo)電一體化復(fù)合材料,其厚度方向?qū)щ娦阅苓_(dá)到了27.9 S/m,比改性前提高了約60倍;和結(jié)構(gòu)膠膜,膠膜單搭接剪切強(qiáng)度達(dá)到26.8MPa,浮輥剝離強(qiáng)度達(dá)到4.2N/mm,電導(dǎo)率達(dá)到1700S/cm;以及導(dǎo)電導(dǎo)熱層/絕熱層疊層的多功能雷擊防護(hù)膠膜,膠膜防護(hù)雷擊損傷深度僅有0.24mm,雷擊后剩余強(qiáng)度達(dá)到401MPa,同時(shí)質(zhì)量較銅網(wǎng)輕約37%。三種材料的綜合表現(xiàn)均優(yōu)于現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)材料/附加系統(tǒng)導(dǎo)電解決方案。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TB332
【圖文】：

結(jié)構(gòu)-導(dǎo)電一體化復(fù)合材料的發(fā)展概況續(xù)碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料(以下簡(jiǎn)稱(chēng)復(fù)合材料性能可設(shè)計(jì)性強(qiáng)及綜合性能優(yōu)異等特點(diǎn)在航空了普遍重視，并已在航空航天領(lǐng)域得到了極大F22 和 F35 為代表，其復(fù)合材料用量分別達(dá)到了滿足飛機(jī)整體減重，提高載客量的目的，復(fù)合B787 和歐洲 A350 大飛機(jī)為代表，其復(fù)合材料，見(jiàn)圖 1-1[1]。雖然復(fù)合材料已大量取代金屬材要標(biāo)志，但其同時(shí)也是一種典型的各向異性材強(qiáng)度、導(dǎo)電等性能顯著低于沿纖維方向，仍有應(yīng)用時(shí)，通過(guò)將不同纖維取向的復(fù)合材料薄層疊層復(fù)合材料板，進(jìn)而解決復(fù)合材料板在 X、[4]，但其在 Z 方向(板厚度方向)上的力學(xué)性能和場(chǎng)合中全面滿足結(jié)構(gòu)承力、雷擊防護(hù)、以及導(dǎo)電60

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文形式，復(fù)合材料由于熱固性基體樹(shù)脂的脆性特質(zhì)破壞。提高材料沖擊損傷容限的方法是對(duì)基體樹(shù)脂增韌的必要性和原理，已得到的較廣泛的關(guān)注和受樹(shù)脂本征性能主導(dǎo)，第一代復(fù)合材料已經(jīng)具備了固性基體的脆性，其在受到低速?zèng)_擊后，壓縮性改用韌性好的熱塑性樹(shù)脂作為基體樹(shù)脂制造復(fù)合提高復(fù)合材料的損傷容限，但在正常服役狀態(tài)下又不能滿足設(shè)計(jì)要求。為此，復(fù)合材料經(jīng)歷了三次能和層間韌性。未經(jīng)任何改性的復(fù)合材料層合板的(180～220)MPa 之間，將熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料并兼顧材料工藝特性，至今仍是工程化復(fù)合材料500

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文絕緣的熱固性樹(shù)脂基體存在，航空復(fù)合材料導(dǎo)電的問(wèn)題在近，軍機(jī)的電磁波防護(hù)問(wèn)題，見(jiàn)圖 1-3。在電磁干擾下，航電，嚴(yán)重影響了以復(fù)合材料為主要結(jié)構(gòu)的軍機(jī)在自然雷電和人技戰(zhàn)性能的發(fā)揮。研制一種導(dǎo)電的復(fù)合材料已經(jīng)成為軍用先切需求[23]。

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉善國(guó);;國(guó)外飛機(jī)先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)[J];航空制造技術(shù);2014年19期

2 張新建;吳宏亮;陳潔;郭璇;占小紅;辜誠(chéng);魏艷紅;;民用飛機(jī)膠接技術(shù)應(yīng)用分析[J];航空制造技術(shù);2014年17期

3 羅云烽;彭公秋;曹正華;謝富原;;航空用熱壓罐外固化預(yù)浸料復(fù)合材料的應(yīng)用[J];航空制造技術(shù);2012年18期

4 陳祥寶;張寶艷;邢麗英;;先進(jìn)樹(shù)脂基復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀[J];中國(guó)材料進(jìn)展;2009年06期

5 李欣;張曉妮;徐曉沐;;膠接結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料用于航空航天技術(shù)的發(fā)展[J];化學(xué)與黏合;2006年03期

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本文編號(hào)：2753614