美国橡树岭国家实验室开发CFRP防雷击新材料

 

       CFRP是理想的轻量化材料，常被用于航空飞行器的外饰件。尽管在轻量化方面CFRP优势明显，但它也有明显的缺点，即导电性和耐热性较差，这使该材料更易遭遇雷击。因此，雷击对CFRP的破坏往往是灾难性的。

 

       常用的雷击防护（LSP）技术是在复合材料结构顶部覆盖金属箔或薄膜。该技术的突出缺点包括重量增加、电偶腐蚀和昂贵的集成/维修成本。在ORNL的研究中，研究者开发了一种易于应用的全聚合物雷击防护新材料。该材料是在热固性交联聚合物二乙烯基苯（DVB）中添加聚苯胺（PANI）等本征导电聚合物，制成的厚度为0.25-0.4 mm的粘接层。实验中，CFRP结构表面涂覆一层PANI基雷击防护层，当模拟雷击电流为100 kA时，样品实现了有效的电流耗散，而样品结构本身保持100%安全。PANI因为具有自组装性能，而拥有形成三维导电网络结构的能力，这使它与碳/金属纳米填料的雷击防护技术相比更具优势。同时，该研究还证明，含有PANI保护层的CFRP结构的剩余强度接近100%。

 

        “我们采用3D打印技术，在CFRP表面涂覆一层易于操作的粘接材料，”ORNL的Vipin Kumar表示。“特殊的聚合物链段结构使得该材料导电性更强、热处理时的强度更高。”在该研究中，研究者对有、无聚合物保护的CFRP材料进行了模拟雷击的对照试验。“经目测，有聚合物保护的CFRP试样表现出了极小的损伤，且散热更加均匀，”Kumar介绍说。“实验结果表明，聚合物层为雷击电流的导出提供了有效且连续的路径。”

 

       相关研究内容发表在Composites Science and Technology, Volume 172, 1 March 2019，49-57。