碳納米管紙（Buckypaper,BP）,亦稱為碳納米管薄膜,其作為宏觀的碳納米管（Carbon Nanotube,CNT）材料,不但具有輕質(zhì)、耐腐蝕及優(yōu)異的導(dǎo)電性等特性,還具有碳納米管粉末所不具備的易于操作及易于與樹脂基材料復(fù)合等優(yōu)點(diǎn),因此,碳納米管紙及其復(fù)合材料近年來備受科研人員的關(guān)注。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,由于柔性的碳納米管紙及其復(fù)合材料具有諸多優(yōu)異的特性,其在飛行器的雷電防護(hù)領(lǐng)域極具研究價(jià)值。本文為提高基于碳納米管紙的防護(hù)結(jié)構(gòu)的雷電防護(hù)性能,研究并制備了不同種類的改性碳納米管紙及其復(fù)合材料,通過結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì),制備了一系列的基于碳納米管紙的雷電防護(hù)復(fù)合材料,并驗(yàn)證了將其應(yīng)用于雷電防護(hù)領(lǐng)域的可能性。本文采用碳納米管懸濁液抽濾法所制備的碳納米管紙,去除殘余分散劑后,其電導(dǎo)率略有提高,使得其在Ku波段具有34.3-42.9 d B的電磁屏蔽效能。為提高碳納米管紙的力學(xué)性能,向碳納米管紙中引入聚丙烯腈（Polyacrylonitrile,PAN）靜電紡絲纖維,制備出了碳納米管/聚丙烯腈復(fù)合薄膜（CNT/PAN）,與碳納米管紙相比,其力學(xué)性能在一定程度上有所提升。由于滲入了CNT的PAN層存在大量... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：171 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

飛機(jī)遭遇雷擊后的損傷情況a)天線罩及b)垂尾部分[2,5]

時(shí)間不超過500us；B電流波形代表初始回?fù)艋蛟儆|發(fā)的中間電流，其平均幅值在2kA左右，且持續(xù)時(shí)間不超過5ms，此過程中傳導(dǎo)的電荷量在10C左右（±10%）；C波形代表長時(shí)間電流作用產(chǎn)生的雷電回?fù)簦诉^程中傳導(dǎo)的電荷量為200C（±20%），其電流波形的幅值為400A，持續(xù)時(shí)間在0.25~1s之間；D波形則代表隨后的回?fù)綦娏鞣至�，其幅值峰值�?00kA（±10%），其持續(xù)時(shí)間不超過500us。四類電流的波形參數(shù)如圖1-2b)所示[5,21]。四類電流波形的組合通過沖擊電流發(fā)生器施加在待測(cè)試樣上，用于測(cè)試及分析雷電防護(hù)復(fù)合材料的防護(hù)性能。圖1-2a)SAEARP5414標(biāo)準(zhǔn)中介紹的雷擊能量區(qū)域在一架飛機(jī)上的分布[23,24]；b)SAEARP5412標(biāo)準(zhǔn)中介紹的模擬雷擊測(cè)試所使用的四個(gè)電流波形[5,21]Fig.1-2a)LightningstrikingzoneareasforanaircraftaccordingtoSAEARP5414[23,24];b)FourcurrentwaveformsusedinsimulatedlightningtestsaccordingtoSAEARP5412[5,21]1.2.2復(fù)合材料的雷擊損傷研究與金屬材料相比，CFRP材料的導(dǎo)電性能相對(duì)較差，在雷擊能量的作用下容易造成較為嚴(yán)重的損傷，會(huì)大幅降低其力學(xué)性能，嚴(yán)重影響飛行安全[25]。通過對(duì)飛機(jī)遭受的雷擊過程進(jìn)行的長期研究，科研人員發(fā)現(xiàn)雷擊電流對(duì)飛機(jī)的影響主要包括直接影響和間接影響[26]，而對(duì)復(fù)合材料的損傷主要源自雷擊電流產(chǎn)生的直接影響。雷電作用是一個(gè)多物理場(chǎng)的耦合作用，由于此過程過于復(fù)雜，現(xiàn)階段在雷擊前，無法準(zhǔn)確的通過計(jì)算來預(yù)測(cè)材料的雷擊損傷情況。目前對(duì)于CFRP材料雷擊后的破壞現(xiàn)象的研究主要局限于定性描述[27]，僅能通過數(shù)值模擬及模擬雷擊試驗(yàn)的結(jié)果以定性的研究CFRP材料的失效機(jī)理[28-30]，即雷擊電流瞬間通過放電通道導(dǎo)入復(fù)合材料，根據(jù)焦耳定律，雷擊電流產(chǎn)生的巨大能量

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文8孔徑需在1um以下，以便于濾出溶劑及分散劑，并將CNT留在濾膜上。圖1-3CNT懸濁液抽濾法制備碳納米管紙的制備工藝流程示意圖及碳納米管紙的形貌Fig.1-3SchematicdiagramandmorphologyoftheBPpreparedviaCNTsuspensionfiltrationmethod由于CNT懸濁液抽濾法的易操作性，近年來科研人員對(duì)改進(jìn)CNT懸濁液抽濾法工藝和提高此方法制備的碳納米管紙的性能給予關(guān)注。Zhang等人[51]設(shè)計(jì)將CNT間作用較弱的范德華力轉(zhuǎn)化成較強(qiáng)的氫鍵作用，從而提高碳納米管紙的力學(xué)性能。因此，利用酸處理后的單壁碳納米管（Single-WalledCarbonNanotube,SWCNT）作為原料制備碳納米管紙，相比于普通的碳納米管紙，其拉伸強(qiáng)度和模量分別提高了5.3和4.8倍。Chen等人[52]將已制備的碳納米管紙置于濃硝酸中進(jìn)行功能化后，再將其轉(zhuǎn)移至10,12-二十五碳二炔-1-醇的四氫呋喃溶液中，在紫外輻照的作用下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，使CNT間形成作用力較強(qiáng)的化學(xué)鍵，進(jìn)一步提高碳納米管紙的力學(xué)性能，其反應(yīng)機(jī)理，如圖1-4所示。雖然，由交聯(lián)法制備的交聯(lián)碳納米管紙具有較好的力學(xué)性能，但由于交聯(lián)劑多為有機(jī)物，相當(dāng)于向CNT間引入了絕緣體，所以會(huì)導(dǎo)致碳納米管紙的電導(dǎo)率大幅降低。圖1-4紫外輻照條件下碳納米管發(fā)生共軛交聯(lián)的反應(yīng)機(jī)理示意圖[52]Fig.1-4SchematicillustrationofCNTconjugationalcross-linkingprocessduringUVirradiation[52]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Evaluation of numerical ablation model for charring composites[J]. LI Wei,ZHANG Jun,FANG GuoDong,LI WeiJie,LIANG Jun,MENG SongHe.  Science China（Technological Sciences）. 2019(08)
[2]靜電紡絲法制備聚酰亞胺/碳化硅復(fù)合納米纖維[J]. 劉飛燕,任園園,曹睿,黃靜,張暢,周敏,劉繼延,劉學(xué)清.  化學(xué)與生物工程. 2018(11)
[3]低密度燒蝕材料研究進(jìn)展[J]. 程海明,洪長青,張幸紅.  哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2018(05)
[4]單向碳纖維/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料熱解特性[J]. 徐艷英,楊揚(yáng),張穎,王志.  復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2018(09)
[5]空天飛行器用熱防護(hù)陶瓷材料[J]. 陳玉峰,洪長青,胡成龍,胡平,李伶,劉家臣,劉玲,龍東輝,邱海鵬,湯素芳,張幸紅,周長靈,周延春,朱時(shí)珍.  現(xiàn)代技術(shù)陶瓷. 2017(05)
[6]熱防護(hù)用輕質(zhì)燒蝕材料現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 薛華飛,姚秀榮,程海明,張幸紅,劉兆晶.  哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2017(01)
[7]聚酰亞胺/氧化鋁復(fù)合薄膜在電暈放電下的老化過程及擊穿特點(diǎn)[J]. 張明玉,劉立柱,翁凌,崔巍巍,田豐,王誠.  高電壓技術(shù). 2016(12)
[8]酚醛泡沫在空氣中的熱解特性研究[J]. 沈紫晨,黃路路,徐強(qiáng).  塑料科技. 2016(04)
[9]航空器雷電附著區(qū)劃分研究[J]. 滕向如,劉光斌,余志勇,趙玉龍,莊信武.  微波學(xué)報(bào). 2014(04)
[10]復(fù)合材料層合板雷擊燒蝕損傷影響因素分析[J]. 丁寧,趙彬.  材料熱處理學(xué)報(bào). 2014(02)

博士論文
[1]低介電常數(shù)聚酰亞胺/純硅沸石雜化膜的制備[D]. 黃臻洵.華南理工大學(xué) 2013

碩士論文
[1]碳纖維復(fù)合材料雷電損傷特性研究[D]. 劉輝平.合肥工業(yè)大學(xué) 2016
[2]低密度碳/酚醛復(fù)合材料燒蝕條件下的熱—化學(xué)耦合分析[D]. 許陽陽.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[3]碳纖維復(fù)合材料雷擊損傷實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬[D]. 董琪.山東大學(xué) 2015
[4]石墨烯及其復(fù)合陰極的制備與場(chǎng)發(fā)射性能研究[D]. 顏敏.福州大學(xué) 2014
[5]碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料雷擊損傷的研究[D]. 郭云力.山東大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3347606