雷击防护系统的制作方法

雷击防护系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种防护系统，包括具有彼此相对的第一表面和第二表面并具有厚度的材料，其中所述第一表面具有低电阻，并且所述第二表面具有高于所述低电阻表面的电阻的高电阻，并且所述材料将电荷从所述第一表面通过所述厚度传导至所述第二表面。该防护系统可以双层结构提供，其中具有低电阻率的第一保护层设置在具有高电阻率的第二保护层上。该防护系统在消散电荷方面是特别有益的，例如作为复合材料飞行器的雷击防护系统。
【专利说明】雷击防护系统
[0001] 相关专利申请的交叉引用
[0002] 本专利申请要求2011年8月25日提交的名称为"BILAYER LAMINATE FOR LIGHTNING STRIKE PROTECTION"（用于雷击防护的双层层压材料）的美国临时申请 No. No. 61/527, 146的优先权，这里通过引用的方式将其全部内容并入本申请中。

【技术领域】
[0003] 本发明涉及复合层压材料，特别是涉及包括结构层以及设置在结构层上以保护所 述结构层的一层或多层非结构层的复合层压材料。

【背景技术】
[0004] 由于复合材料强度和重量的绝佳组合，复合材料越来越多的在飞机结构中替代 铝。虽然其显著地提高了燃料效率和/或提供更大的有效负载能力，但是不利地是飞机结 构更容易受到雷击破坏。这种易损性的增加根源于复合材料比铝金属的电导率差，所述复 合材料例如为基于碳纤维强化材料的那些材料。自然地，由于电阻加热机制，材料电导率越 差，其吸收的能量越多。已经报道，与相同质量的铝相比，碳纤维复合材料可以吸收的来自 雷击的能量是几乎是其2000倍。吸收的能量的增加导致"直接"和"间接"效应增加。
[0005] 直接效应与承重结构的物理或"直接"损害有关，最差的损害类型是通过复合层压 板的严重穿孔。"间接"作用与由雷电大规模电磁场引起的电涌（electirc surge)有关。 这些电涌能够干扰航空电子设备，从而损害飞行员控制飞行器的能力。近年来，由于飞行器 控制越来越多地朝着有线遥控驾驶系统发展，间接作用受到更多的关注。这就是大量的盒 子、垫片、金属箔和金属网、粘合剂、金属护套等形式的电磁干扰（EMI)屏蔽材料用于屏蔽电 气元件、电线和连接的原因。
[0006] 为了保护复合材料免受前述效应的影响，飞行器设计师力求通过在复合材料结构 表面集成高电导率外壳来保持飞行器外表面的强电流。已经做出和/或提出了无数次的尝 试，以试图制备这样的雷击防护（LSP)外壳，每种尝试都有不同程度的成功。例如，基于诸 如铜（copper)、错或青铜（bronze)等的金属丝网和膨胀金属箔（EMF)已被包埋在表(或粘 合)膜中并与下面的复合材料预浸料坯（pr印reg)共固化。可选地，将每根丝线与碳纤维交 织在一起制备混合预浸料坯。类似地，已经采用金属沉积技术来包被原有形式或织物形式 的碳纤维或其他强化纤维。除了金属化纤维，火焰喷涂是另一种所用的LSP方法，其包括在 基材上沉积熔融金属，通常是铝。
[0007] 近来，导电膜和粘合剂得到推广，这是由于其能在减轻重量、成本的同时提供雷击 防护，并且更容易安装和维修。这些材料在美国专利申请公开No. 2011/0014356中进行了 讨论。
[0008] 所有前述的LSP系统均试图在将重量和成本降到最低的同时最大程度地保护基 材。


【发明内容】

[0009] 在本发明的一个方面中，提供了一种防护系统，包括具有彼此相对的第一表面和 第二表面并具有厚度的材料，其中所述第一表面具有低电阻，并且所述第二表面具有高于 所述低电阻表面的电阻的高电阻，并且所述材料将电荷从所述第一表面通过所述厚度传导 到所述第二表面。
[0010] 在本发明的一个实施方案中，当所述材料的厚度在10微米和100微米之间时，所 述材料lcm 2面积的Z轴电阻在lxlCT60hms-cm至lxl040hms-cm之间。在本发明的另一个实 施方案中，所述材料在Z轴方向具有这样的电阻，该电阻从所述第一表面至所述第二表面 梯度变化。
[0011] 在本发明的又一个实施方案中，所述材料包括设置在具有高电阻率层的第二保护 层上的具有低电阻率层的第一保护层，其中所述低电阻率层的电阻率低于所述高电阻率层 的电阻率。在本发明的另一个实施方案中，所述防护系统还包括设置在所述第一保护层和 所述第二保护层之间的至少一个附加层，所述附加层的电阻率高于所述低电阻率层的电阻 率并且低于所述高电阻率层的电阻率。
[0012] 在本发明的另一个实施方案中，所述第一层和第二层中的至少一者包含填充有导 电颗粒的聚合物，并且优选其中所述第一层和第二层中的至少一者包含自组装的非匀质复 合材料。在本发明的又一个实施方案中，所述第一层和第二层中的至少一者不包含自组装 的非匀质复合材料。
[0013] 在本发明的一个优选的实施方案中，所述第一保护层的电阻率不高于 lxl(T30hm-cm，并且所述第二保护层的电阻率至少为lxl(T30hm-cm。在本发明的另一个实施 方案中，第二保护层的电阻率在lxl(T 3〇hm-cm和lxl060hm_cm之间，并且更优选地，第二保 护层的电阻率在lxl(T 3〇hm-cm和lxl040hm-cm之间。在本发明的另一个实施方案中，低电 阻率层的电阻率与高电阻率层的电阻率的比值至少为10,优选为至少100。
[0014] 在本发明的另一个实施方案中，所述防护系统还在第一层中、在第二层中或这两 层之间的至少一者设置支撑介质。另外，在本发明的另一个实施方案中，第一层的Z轴厚度 与第二层的Z轴厚度不同。
[0015] 在本发明的又一个方面中，提供了一种包括防护系统的复合材料，所述防护系统 包括具有低电阻率的第一表面和具有高电阻率的第二表面，其中所述防护系统以这样的方 式设置在结构层上，该方式使得第二层沿着结构层设置并与所述结构层接触。在本发明的 一个实施方案中，所述防护系统包括设置在具有高电阻率层的第二保护层上的具有低电阻 率层的第一保护层，其中所述低电阻率层的电阻率低于所述高电阻率层的电阻率。
[0016] 在本发明的一个实施方案中，所述结构层包含至少一层树脂浸渍的碳纤维。在本 发明的另一个实施方案中，所述结构层包含玻璃纤维材料、热塑性材料、热固性材料和陶瓷 材料中的至少一者。
[0017] 在本发明的又一个实施方案中，所述防护系统为所述结构层提供雷击防护，并且 在又一个实施方案中，所述结构层包含6层树脂浸渍的碳纤维，并且所述防护系统能够消 散来自至少区域1A (Zone 1A)雷击的能量，从而在与所述防护系统相对的碳纤维一侧没有 出现损坏。
[0018] 在本发明的另一个实施方案中，与在没有所述防护系统的辅助下冲击结构层的电 磁能的量相比，当能量穿过所述防护系统时，能够穿过并冲击结构层的电磁能的量降低至 少50%。并且在本发明的又一个实施方案中，所述复合材料还包括设置在所述低电阻率层上 的至少一个漆层。
[0019] 在本发明的另一个方面中，提供了一种组装复合材料的方法，包括：（a)提供基 材；（b)使所述基材与高电阻率层和低电阻率层配合，使得所述高电阻率层与所述基材接 触从而形成复合材料。在本发明的一个实施方案中，所述基材包含碳纤维预浸料坯。
[0020] 在本发明的另一个实施方案中，所述高电阻率层喷涂在所述基材上，而在又一个 实施方案中，所述低电阻率层喷涂在所述高电阻率层上。在本发明的又一个实施方案中，所 述低电阻率层和高电阻率层是预形成的单个膜，然后与所述基材配合。在另一个实施方案 中，将预形成的单个膜在与所述基材配合之前预烘干然后B阶化。在又一个实施方案中，预 形成的单个膜是通过在贴面膜上喷涂低电阻率层，然后在所述低电阻率层上喷涂高电阻率 层组装的。
[0021] 在本发明的另一个实施方案中，所述方法还包括固化所述复合材料的步骤（c)。在 本发明的一个可选的实施方案中，所述基材是预固化的，并且所述低电阻率层和高电阻率 层在设置到预固化的基材上后发生固化。
[0022] 在本发明的又一个实施方案中，高电阻率层作为阻挡层以阻止所述低电阻率层和 所述基材之间的接触。在本发明的又一个实施方案中，将预形成的膜设置在模具上，然后向 所述模具中加入多孔基材形式的基材材料，然后向所述模具中导入树脂以填充所述多孔基 材并将所述基材粘结到预形成的膜上。
[0023] 本领域技术人员将能够认识到，本发明的雷击防护系统的许多不同的实施方案是 可能的。本发明的其他应用、目的、优点和新特性在以下具体的说明书中陈述，并且本领域 技术人员检验或实施本发明后将会更显而易见。
[0024] 因此，宽泛地概述了本发明更重要的特征，从而使得下述具体的说明更容易被理 解，并且使得本发明对现有技术的贡献更容易被理解。显然，下面将描述本发明的其他特 征，并且它们将形成随附的权利要求的主题。在这一方面，在详细阐释本发明的几个实施方 案之前，应当理解本发明不仅限于其应用的具体细节和结构，也不仅限于下述说明书描述 或者附图示出的组件的构造。本发明能用于其它实施方案中，并且能以各种方式实施或进 行。
[0025] 也应当理解的是，本文中的措辞和术语是出于描述的目的，不应被视为在任何方 面是限制性的。本领域技术人员将能够理解本公开所依据的概念，并且它们可以容易地被 用作用于指定其他结构、方法和系统的基础，从而实现本发明的若干目的。重要的是，只要 它们不脱离本发明的精神和范围，权利要求应被视为包括这种等同构造。
[0026] 为了获得并且详细地理解本发明上述的特征、优点和目的，以及将变得更显而易 见的其它方面，可以通过参照在附图中示出的实施方案对上面简要总结的本发明进行更具 体的描述，其中附图构成说明书的一部分，并且其中类似的附图标记标示相似的部件。然 而，应当指出的是，附图仅示出了本发明优选的和可选的实施方案，因此不应认为限制本发 明的范围，因为本发明可允许其他的等效实施方案。
[0027] 附图简要说明
[0028] 图1示出了各种电防护层的图，1 (a)为现有技术的单层防护系统，并且1 (b)-(d) 为根据本发明的实施方案的各种双层防护系统。
[0029] 图2为示出了根据本发明的一个实施方案的多层复合材料结构。
[0030] 图3为示出了在碳纤维基材上的现有防护系统在遭受雷击后的正面（a)和背面 (b)示意图。
[0031] 图4为示出了在碳纤维基材上的本发明的一个实施方案的防护系统在遭受雷击 后的正面（a)和背面（b)示意图。
[0032] 图5为示出了根据现有技术以及本发明的一些实施方案的各种防护系统的损坏 结果的图。
[0033] 图6为示出了根据现有技术以及本发明的各种材料的体积电阻率的图。
[0034] 发明详述
[0035] 在本发明的第一个实施方案中，提供了一种防护系统，包括具有彼此相对的第一 表面和第二表面并具有厚度的材料，其中所述第一表面具有低电阻，并且所述第二表面具 有高于所述低电阻表面的电阻的高电阻，并且所述材料将电荷从所述第一表面通过所述厚 度传导至所述第二表面。在本发明的一个实施方案中，所述材料在所述Z轴方向具有可变 电阻，该电阻从所述第一表面至所述第二表面梯度变化。
[0036] 在本发明的另一个实施方案中，提供了一种防护系统，包括设置在高电阻率层上 的低电阻率层，从而使得所述低电阻率层的电阻低于所述高电阻率层的电阻。
[0037] 该系统的潜在应用包括保护各种表面和基材免受雷击、电磁干扰、静电荷积累、或 电磁脉冲的影响。与现有系统相比，本发明各个实施方案的系统能够为碳纤维增强基材提 供大幅改善的防护作用，即使所述基材具有涂层也是如此。此外，由于本发明的系统降低了 贵金属的含量，因此其显著降低了重量和成本。
[0038] 对于本发明的目的，表面电阻（sheet resistance)描述的是电流通过材料时的阻 抗，特别是在材料表面测定的表面电阻，并且其通常以〇hm/m2 (欧/平方米）单位表示。在 本发明全文中，使用配备有共线4点探针的Keithley580微欧姆计（Micro-Ohmmeter)测量 所得板材的电阻。材料电阻率(也称为电阻系数或体积电阻率)不依赖于该材料的大小或形 状，并且允许在相等的基础上对材料进行直接比较，通常用Ohm-cm (欧-厘米）单位表示。 电阻率通过以下数学式与电阻相关：P=(A/L)*R，其中P为体积电阻率，A为截面面积，L 为长度并且R为电阻。低电阻率表示材料容易允许电荷的迁移。
[0039] 因此，为了本发明的目的，在讨论各种层时，更精确地用电阻率对防护系统进行描 述，从而使其不依赖于层的厚度。然而，当讨论到与各层有关的具体材料或一般概念时，可 使用表面电阻。
[0040] 参照附图，图1 (a)示出了现有技术的单层雷击防护涂层10,如美国专利申请公 开No. 2011/0014356所述。图1 (b)示出了根据本发明的一个实施方案的双层系统，包括 设置在高电阻率层14上的低电阻率层12。以这种方式，诸如来自雷击的电荷等相对容易地 传导通过电阻率层12并沿着低电阻率层12传导，其中较少部分的电荷迁移通过高电阻率 层14并通过高电阻率层14消散。
[0041] 图1 (C)示出了根据本发明的一个实施方案，包括设置在高电阻率层16上的低电 阻率层12。当用作雷击防护系统、或是其他用于消散电荷的设备中时，据信允许一些电荷从 低电阻率层12穿过高电阻率层16至底部基材消散，有利于使电荷更快地消散，从而防止电 荷累积(其能够导致系统和基材灾难性地破坏)。这在底部基材(如碳纤维预浸料坯)导电性 较小时是特别有利的。
[0042] 图1 (d)示出了根据本发明的另一个实施方案，其中低电阻率层12设置在高电阻 率层18上，其中高电阻率层在Z轴由合适的填料20提供导电性，所述填料20提供了通过 层18的电通路。该高电阻率层18可选地在平面X和Y轴方向上不具有导电性。对于特定 的应用，X和Y轴方向上的导电性看起来不能增强对系统的总体保护能力。如上所述，允许 一些电荷通过Z轴方向从低电阻率层通过高电阻率层到达基材消散似乎使得本发明系统 所观察到的效力大大增加。
[0043] 图2示出了示出了并入常规飞行器复合材料的本发明的一个实施方案的防护系 统的剖面。图2 (a)示出了基材30、靠近基材的高电阻率层32、设置在高电阻率层32上的 低电阻率层34、设置在低电阻率层34上的底漆36、以及设置在底漆36上的漆层38的分解 图。各个层形成后，完整的系统如图2 (b)所示。虽然有多种方法可以形成图2的复合材 料，但是通常层34和32在防粘膜上形成(通常是通过喷涂膜或流延膜形成)，然后将所述层 与基材30配合。通常，当采用高压釜时，将形成的层放置在高压釜中，使高电阻率层32朝 夕卜，然后将基材放在高压釜中，将基材30靠近高电阻率层32放置。然后所有三个部件30、 32和34经热压处理固化，然后粘结在一起形成粘结组件。然后在所述粘结组件上涂上底漆 层26,最后是漆层38。其他的组装方法可以是依赖于材料的，并且将在下文中更详细的讨 论。
[0044] 在本发明的一个优选的实施方案中，防护系统的至少一部分包含树脂材料，该树 脂材料包含非匀质树脂/填料技术，如美国专利申请公开No. 2011/0014356所述，这里通过 引用的方式并入本文中。
[0045] 在本发明的第一个实施方案中，防护系统中采用的材料包括填充有传导性填料的 可固化材料，所述传导性填料在固化过程中能够自组装形成导电通路。在聚合物基质固化 时，所述传导性填料自组装形成导电通路，从而为导电材料提供比类似填充的匀质体系更 低的电阻。
[0046] 通过对构成材料进行适当的选择并且遵守特定的处理条件获得自组装的机制和 结构形成。在本发明的一个实施方案中，填料组分包含传导性填料(导热、导电或两者都 有)，并且有机化合物包含单体以及可选的固化剂。在有机材料的反应过程中，富含填料的 区域的形成允许填料-填料颗粒直接接触。在热的存在下，所述颗粒也可能进一步烧结在 一起。烧结除去了之前未烧结填料颗粒之间的接触电阻，从而实质性改善了复合材料的导 热性和/或导电性。
[0047] 尽管尚未完全理解并且不期望受到理论的束缚，据信自组装、区域构成和烧结对 固化时对有机材料施加的固化温度、固化时间和压力水平敏感。换言之，区域构成和烧结是 热力学驱动的过程。在又一个实施方案中，样品加热的温度分布会影响区域构成和烧结的 程度。总之，可调节该处理条件以获得在最小填料负载量下具有最佳性能组合的导电粘合 齐U，这通常意味着更低的成本，并且提供了利用受到更高填料负载量不利影响的其它特性 的机会。在一些情况下，当在不能承受高的烧结温度的应用中采用所述材料时，可以使用高 压或非常规烧结技术来获得异常低的电阻。
[0048] 对填料组分和反应性有机化合物进行选择，从而在混合时产生均质混合物。然而， 在固化期间，据信由有机化合物形成的聚合物与填料有排斥作用，从而允许组合物自组装 成具有富含填料区域的非匀质复合物，其中所述填料组成比本体填料浓度显著更高。因此， 当复合物中的总体(本体）填料浓度不改变时，填料颗粒和有机组分原位自组装成相应的高 浓度区域。该现象可以导致由下列混合物原位形成的互连填料颗粒的自组装网络，其中所 述混合物具有非常少(如果有的话）的初始填料-填料接触。
[0049] 可采用许多方法在填料组分和有机化合物之间产生排斥作用。然而，在本发明的 优选的实施方案中，这是通过在填料颗粒上涂敷非极性涂层，并将该经涂敷的填料在反应 性有机化合物中混合，所述反应性有机化合物包含相对非极性的树脂和极性固化剂。在未 固化状态下，树脂、固化剂和填料形成相对匀质的混合物，其中所述经涂敷的填料和树脂彼 此相容并且形成相对匀质的混合物。然而，在施加热时，固化剂与树脂反应形成具有极性基 团的聚合物，导致填料上的非极性涂层和聚合物中的极性部分之间的排斥作用。该排斥作 用导致富含聚合物的区域和富含填料的区域自组装，其对应的浓度分别显著高于聚合物和 填料的本体浓度。此外，广泛的区域形成能够产生连续的富含填料的区域，其中在大部分填 料颗粒之间发生实质的颗粒与颗粒之间的接触。
[0050] 能够在有机化合物固化时，在填料的存在下产生排斥作用的其他类型的相互作用 可以包括，但不限于：静电相互作用、氢键相互作用、偶极-偶极相互作用、诱导偶极相互作 用、疏水亲水相互作用、范德华相互作用和金属相互作用（如在有机金属化合物和金属填料 的情况下发生的那样)。其他形式的排斥作用可以来自熵相关的作用，如由有机化合物形成 的聚合物中的分子量差异。另外，排斥作用可能是由于外部刺激(如电场）的结果。
[0051] 在填料的存在下，有机化合物固化后形成的区域产生富含填料的区域(其具有比 本体(平均）填料浓度更高的浓度)，以及富含有机物的区域(其具有比本体(平均）填料浓度 更低的浓度)。浓度高于平均填料浓度的区域可以形成传导性填料材料的半连续或连续性 通路，其在整个经固化的组合物本体内延伸。这些通路提供了电子和/或热声子可以迁移 的低阻力路径。换言之，通路或通道允许导热性或导电性极大增强。该传导性通路可通过 将填料颗粒烧结在一起而进一步增强。这种高传导性的通路对诸如雷击防护等应用是特别 有益的，因为在雷击事件中必须消散大量的电流和热。
[0052] 如本领域所知，烧结是一种表面熔融现象，其中颗粒在低于材料的本体熔化温度 的温度下融合在一起。这种行为由于材料松弛为更低的能量状态的趋势产生。这样，填料类 型、大小和形状的选择可能极大地影响填料颗粒的烧结性能。诸如薄、宽、扁平、板状的颗粒 等某些颗粒通常通过各种磨制过程剪切大颗粒形成。该过程除了产生大量的表面积之外， 还赋予大量的内应力。当对颗粒施加一定的热量时，它们有熔化并且融合在一起的趋势，从 而减轻内应力，并且降低颗粒的总表面能。由于这样的原因，用于本发明的优选的填料颗粒 是具有一定程度的导热性或导电性并容易烧结的那些填料颗粒。在本发明的又一个实施方 案中，优选的填料包含金属颗粒，所述金属颗粒经过冷加工赋予填料结构应力并进一步能 使其烧结。
[0053] 烧结温度根据选择作为填料的材料、以及填料颗粒的几何结构的不同而不同。然 而，在本发明的优选的实施方案中，有益的是使有机化合物的固化和填料的烧结之间平衡 从而使得它们同时进行。在该实施方案中，选择固化温度和分布（profile)使其与填料的烧 结温度一致，从而有机化合物排斥填料，使得填料颗粒被迫结合在一起，一旦颗粒与颗粒的 接触形成，单独的填料颗粒可以烧结。据信，这是在整体完全固化的组合物中形成观察到的 连续填料结构的原因。在本发明的一个优选的实施方案中，对于银片状填料，烧结温度至少 为约50°C，更优选为约100°C，并且还更优选为大于100°C。
[0054] 在本发明的实施方案中，自组装组合物可在没有加热的条件下固化。然而，在本发 明的优选的实施方案中，所述组合物是通过向组合物施加热而固化的。热固化通常在固化 炉(例如对流式烤炉或高压釜）中完成，由此热空气或热辐射用于提高组合物的温度。在本 发明的可选的实施方案中，也可采用其它固化方法，例如在电磁场中诱发固化、微波固化、 红外固化、电子束固化、紫外固化、以及通过可见光固化。另外，固化反应可以通过使用放热 固化反应自加速。非加热固化可能是有利的，例如当组合物涂敷在温度敏感性基材上，例如 低Tg热塑性基材上时。
[0055] 在本发明的另一个实施方案中，低温固化可能是有利的。例如，将可固化组合物施 加在热敏性基材或太大而不能放入烤炉或高压釜的基材上，例如将所述材料喷涂在飞行器 机翼上。在这些实施方案中，可调制固化剂和固化机制以获得在低于50°C的温度以及可选 地低于室温（20_25°C)时固化、自组装的材料。在本发明的烧结不在固化步骤中发生的实 施方案中，例如在低温固化环境中，颗粒可开始形成不烧结的自组装通路。稍后可增加烧结 步骤。后加的烧结步骤可包括对所述自组装材料进行加热，这通过环境加热、或是通过诸如 雷击等电感应加热来实现。
[0056] 在本发明的一个实施方案中，所述填料包含无机填料。可用的填料包括：纯金属， 如铝、铁、钴、镍、铜、锌、钯、银、镉、铟、锡、锑、钼、金、钛、铅、钨；金属氧化物和陶瓷，如氧化 铝、氮化铝、氮化硅、氮化硼、碳化硅、氧化锌等。含碳填料可包括石墨、石墨烯、炭黑、碳纳米 管和碳纤维。合适的填料还包括合金和前述填料的组合。其它填料包括无机氧化物粉末， 如熔凝二氧化硅粉末、氧化铝和钛氧化物；以及铝、钛、硅和钨的硝酸盐。颗粒材料包括具有 在几纳米到几十微米的范围的颗粒尺寸的形式。
[0057] 在本发明的一个实施方案中，填料的含量占已固化组合物总体积的约40体积％或 更低。在本发明的一个更优选的实施方案中，填料的含量占已固化组合物总体积的约30体 积％或更低。在本发明的最优选的实施方案中，填料的含量占已固化组合物总体积的约15 体积％或更低。填料的精确量通常由所需的应用以及该材料是用作低电阻层还是高电阻 层、以及填料自身的导电率（电阻率）来确定。
[0058] 在本发明的一个优选的实施方案中，填料包含具有导电性、导热性、或两者皆有的 材料。虽然金属和金属合金在本发明的一些实施方案中是优选的，但是所述填料可包括导 电的可烧结的非金属材料。在本发明的可选的实施方案中，填料可以包括混合颗粒，其中一 种类型的填料(例如是非传导性填料）上涂有导电的可烧结的材料(如银)。以这种方式，可 以在保持填料颗粒的烧结性和烧结材料的导电性的同时降低所用的银的总量。
[0059] 在本发明的一个实施方案中，填料组分必须能与有机化合物相互作用，以对成品 材料赋予非匀质结构。在如上所述的本发明的一个优选的实施方案中，这是通过极性有机 化合物与非极性填料的相互作用来实现的。对于优选的填料材料(如金属)，该填料涂敷有 具有期望的极性程度的材料。在本发明的一个优选的实施方案中，所述填料的涂料包括非 极性脂肪酸涂料，如硬脂酸、油酸、亚油酸和棕榈酸。在本发明的又一个实施方案中，该填料 的涂料包含若干种非极性材料中的至少一种，如烷烃、链烷烃、饱和或不饱和脂肪酸、烯烃、 脂肪酯，蜡涂料、或低聚物和共聚物。在本发明的另外的实施方案中，非极性涂料包括具有 疏水性尾的有机钦酸醋，或基于娃的涂料，如含有疏水性尾或官能化娃氧烧的娃烧。
[0060] 在本发明的又一个实施方案中，在颗粒掺入可固化组合物之前，将所述涂料(或表 面活性剂、偶联剂、表面改性剂等等）涂布到填料颗粒上。涂布方法的例子是，但不限于，在 水溶液中沉积、在原填料上大量沉积(例如使用喷洒溶液和锥形混合器，将涂料和颗粒在研 磨机或磨碎机中混合)、以及气相沉积。在又一个实施方案中，在有机化合物之间（即树脂和 固化剂）发生反应之前，将所述涂料施加到组合物上以处理所述填料。
[0061] 在本发明的可选的实施方案中，填料/涂料与聚合物的极性是相反的，其中填料/ 涂料包含极性部分并且有机化合物包括非极性聚合物。类似地，在本发明的一个实施方案 中，其中采用排斥作用而非极性来驱动自组装，该填料和有机组分的活性性质是可以互换 的。
[0062] 在本发明的一个优选实施方案中，有机化合物包括环氧树脂和固化剂。在本实施 方案中，有机化合物占总组合物的大约60体积％到约100体积％。在该实施方案中，有机化 合物包含约70-85重量％的双酚化合物(例如双酚F)的二缩水甘油醚、和15至30重量％ 的固化剂(如基于邻苯二甲酸酐和二乙撑三胺的反应的多胺酐加合物)。
[0063] 在本发明的又一个实施方案中，合适的有机化合物包括：单体；反应性低聚物；或 以下类型反应性聚合物：硅氧烷、酚醛树脂、酚醛清漆、丙烯酸酯(或丙烯酸类物质)、聚氨 酯、脲、酰亚胺、乙烯基酯、聚酯、马来酰亚胺树脂、氰酸酯、聚酰亚胺、聚脲类、氰基丙烯酸 酯、苯并噁嗪、不饱和的二烯聚合物、以及它们的组合。固化化学取决于在有机化合物中使 用的聚合物或树脂。例如，硅氧烷基质可以包含其它的反应可固化基质、缩合反应可固化基 质、过氧化物反应可固化基质、或它们的组合。固化剂的选择取决于如上所述的填料组分的 选择和加工条件，以使得填料颗粒根据需要自组装成导电路径。
[0064] 此外，未固化(A阶化或B阶化，但不是C阶化)的自组装组合物具有所需的加工特 性，并且容易适应各种应用形式。在本发明的一个实施方案中，自组装性组合物包含可流动 的粘合剂剂(例如，液体或糊状)，其在有机化合物的固化过程中能够粘结到反应性或非反 应性的基材上。因此，自组装的组合物具有粘合优点，从而增强某些应用的技术，并允许与 基材形成更强的机械连接，而这又提高了基材与粘合剂内导电性网络之间的导电连接。 [0065] 在本发明的又一个实施方案中，自组装性组合物以两部分体系的方式提供，其中 可固化的有机组分存在于"A-侧"并且固化剂存在于"B侧"，这样在混合时，固化反应即开 始。填料和任何其他可选组分可存在于A侧、B侧、或这两侧。
[0066] 在另一个实施方案中，该组合物是在复合材料应用中通常使用的B阶化膜粘合剂 的形式。此外，该膜粘合剂具有可选的载体织物(例如非织造面网），以提高加工性能。在又 一实施方案中，面网可以是导电的，以进一步提高该材料的导电性。
[0067] 在本发明的另一个实施方案中，可以通过向组合物中加入溶剂，将该组合物以喷 剂的形式施加到基材上。在本发明的一个优选的实施方案中，溶剂包括适合溶解(全部或部 分)有机化合物的结构，同时能够在与复合材料结构共同的加工条件下蒸发。在本发明的一 个优选的实施方案(其中使用了环氧树脂）中，溶剂包括但不限于：丙酮、甲基乙基酮、甲苯、 二甲苯、苄醇、乙酸丁酯、环己酮、二甲氧基乙烷、三氯乙烯、二醇醚以及它们的混合物。此 夕卜，溶剂的选择也由所使用的固化剂决定。在一个优选的实施方案中，理想的是选择这样一 种化学试剂(如丙酮)，其作用为环氧树脂的溶剂和聚胺酐加合物的非溶剂。在本发明的一 个优选的实施方案中，所述溶剂包含0. 25重量份-1. 5重量份的非溶剂组分。
[0068] 在本发明的一个优选的实施方案中，低电阻层和高电阻层都包含本文所述的非匀 质材料。然而，在本发明的可选的实施方案中，所述层中的一层或两层可以包括用于提供 传导性的不同手段。用于提供传导性的不同手段的例子包括但不限于，传统的填充的热塑 性或热固性聚合物、固体金属箔、膨胀金属箔、金属化纤维，金属化的织造纤维、交织的金 属-碳面网、金属化非织造面网、导电聚合物、或金属-碳纤维共织物。在本发明的又一个 实施方案中，在同一层中可以采用提供传导性的多种手段。
[0069] 在本发明的一个实施方案中，填料的用量取决于具体的层的期望电阻率以及填料 的密度和形状。在本发明的包括至少两层的优选实施方案(其中两层都包含非匀质传导性 材料，并且该传导性填料包括银片）中，低电阻率层包含约50重量％至约86重量％的传导 性填料，并且高电阻率层包含约5重量％至约30重量％的传导性填料。当然，正如本领域 技术人员认识到的那样，对于任意单层中的指定填料类型和期望的电阻率，可以优化填料 的相对量。
[0070] 在本发明的一个优选的实施方案中，低电阻率层的电阻率不大于1x10 3〇hm_cm，并 且优选地不大于lxl(r4〇hm-cm，并且最优选地不大于lxl(T 50hm-cm。在本发明的另一个实施 方案中，高电阻率层的电阻率至少为lxK^Ohm-cm，并且优选地至少为lxl(T 20hm-cm。在本 发明的另一个实施方案中，高电阻率层的电阻率优选地不大于lxl〇6〇hm-cm，并且优选地不 大于lxl0 40hm-cm，并且最优选地不大于lxl020hm-cm。
[0071] 在本发明的另一个实施方案中，上述的最广泛的优选范围意味着表面积为1cm2的 高电阻率层，在10微米的厚度时Z轴电阻为lxl0_ 60hm至lxl030hm，并且在100微米的厚度 时Z轴电阻为lxl0_50hm至lxl0 40hm ;表面积为lcm2的低电阻率层，在10微米的厚度时Z 轴电阻不大于lxl(T6〇hm，并且在100微米的厚度时Z轴电阻不大于lxl0_50hm。类似地，这 意味着高电阻率层的表面电阻在10微米的厚度时为l〇hm/m 2至lxl090hm/m2,并且在100微 米的厚度为lxK^Ohm/m 2至lxl080hm/m2 ;而低电阻率层的表面电阻在10微米的厚度时不 大于10hm/m2,并且在100微米的厚度时不大于ΙχΚ^ΟΙιηι/ηι 2。
[0072] 在本发明的采用填充的聚合物层或填充的层的实施方案中，本发明不依赖于工 艺，并且可以进行调整以提供各种不同的制造方法。例如，该填充聚合物体系可在施加在基 材上最终固化之前通过喷涂或薄膜技术形成，并且可以任选地被B阶化。例如防护系统可 以B阶化的形式施加到碳纤维预浸料坯基材上，然后使所述层与碳纤维基材共固化。在本 发明的另一个实施方案中，填充的聚合物可为可流动的粘合剂(例如液体或糊状）或喷剂， 其直接施加到基材上或贴面膜上。
[0073] 在本发明的一个实施方案中，用于形成防护系统的优选的方法包括那些允许材料 直接粘结到基材上，从而提高层和基材之间的电接触的方法。这些应用技术允许与基材之 间的更强的机械连接，而这又提高了基材与层内的导电网络之间的电连接。实际上，拒信， 在高压釜工艺中具有各层之间、以及各层与基材之间材料的分隔。以在这种方式，成品包括 层间的边界区域，其中有来自各相邻层材料的混合物。
[0074] 本发明实施方案中的材料、系统和方法可以为各种基材、部件、机械、交通工具和 装置提供雷击防护或其它电荷耗散功能。在本发明的一个优选的实施方案中，采用本发明 的方法和材料为交通工具(包括飞行器、海上和地面交通工具）以及结构体(如天线、雷达和 风力涡轮机）提供保护。
[0075] 虽然本发明已经结合具体的实施方案进行了描述，但应认识到，这些实施方案仅 用于说明本发明的原理。本领域的普通技术人员将认识到，本发明的组合物、装置和方法可 以按照其他方式和实施方案构造并实施。因此，本文的描述不应被理解为限制本发明，其它 实施方式也落入由所附权利要求书所限定的本发明的范围内。
[0076] 例子
[0077] 以下三个部分描述了常见的材料、制备方法，以及用于评价下述例子中不同类型 雷击膜的测试方案。与这些膜有关的数据总结在表1中，并对膜1和6的雷击损坏示于图 3和4中，并且对所有膜的区域1A模拟雷击的数据在图5中示出。
[0078] 图6示出了根据本发明制备的一些的高电阻率层和低电阻率层的电阻率，对于本 发明的一个优选的实施方案的优选的最小电阻率和最大电阻率，以及一些常见材料的比较 电阻率。应当指出的是，橡胶、空气和特氟龙（Teflon)测得的电阻率均远高于所述图的最 大值(如箭头所示)。
[0079] 膜的制备
[0080] 为了证明双层概念的可行性，制备了单层和双层膜，其总结在表1中并在图1中示 出。单层膜和所有双层膜的顶层基于共同的配制物，包含双酚F的二缩水甘油醚（DGEBF)、 环氧树脂、如表1所述的银片、胺固化剂和各种添加剂。该配制物已被证实在固化过程中产 生非匀质形态，并且能够保护基材免受雷击，这在美国专利申请公开No. 2011/0014356中 更全面地指出。使用相同的配制物，仅改变填料类型和含量来制备双层膜的底层。
[0081] 按照基础配制物(含有10体积％或15体积％的涂布银片）制得总共三个单层膜 (见表1)，其面积为61cm X 61cm。使用Hauschild (双重作用离心混合器）混合配制物组 分。为了降低体系的粘度并在混合时最大程度地减少过度加热，将大约15重量％水平的甲 基乙基酮（MEK)加入到混合物中。将得到的混合物进一步用MEK稀释，以使得最终溶剂浓度 为约45重量％的MEK。将得到的材料在Hauschild中进一步混合，以获得匀质的分散液。
[0082] 为了制备膜，使用标准HVLP喷枪（?30psi空气，1. 4mm尖端直径)，将混合配制物 喷涂在硅酮涂布的聚酯防粘衬垫上。对于所有的膜，均进行多个道次的喷涂，以使得期望面 积干重达到190g/m 2(gsm)，除了膜3的目标重量为llOgsm之外。喷涂后，然后将所得的湿 膜放置在预热的烘箱中（设定点=50°C)30分钟，以除去任何残余的MEK。接着，用手将非织 造的聚酯载体(面积重量=12gsm)滚压成膜。第二片防粘衬垫放置在得到的膜上。然后将 组件置于两大张铝片之间，并放置在真空袋中。使用真空泵从真空袋中除去空气。然后将 组件置于预热炉(设定点=80°C)中约15分钟。将膜从烘箱中取出并测量其面积重量。
[0083] 在双层膜(膜4-7)的情况下，导电顶涂层首先施加到硅酮涂布的聚酯防粘衬垫 上，然后喷涂施加隔离或半导电性的底层。每个双层的目标面积干重为190gsm膜(顶层为 llOgsm、底层为68gsm、以及12gsm的聚酯面网）。用于制造膜的剩余步骤与上述的后续步骤 相同。
[0084] 除了前述的膜制品，在用于制造单层和双层膜的基础配制物上进行电阻率测量。 使用鸟棒型（bird bar-style)涂布工艺，将样品浇铸在氟化防粘膜上，得到固化的、膜厚 度为表1中所列的膜。在对流式烤炉中在下列条件下将膜固化：温度斜坡（Temp Ramp): 2. 8°C /min (?56min达到峰值温度)、峰值温度保持：177°C下120分钟，60分钟冷却至室 温。按照ASTM F1711，使用配备有共线4点探针的Keithley580微欧姆计（Micro-Ohmmeter) 测量所得板材的表面电阻。使用NIST可追踪表面电阻标准对四点探针进行校准。导电膜 的体积电阻率（〇hm-cm)由表面电阻（ohm/m 2)和膜厚度（cm)获得。在膜7的情况下，其高 电阻需要使用配备有分离的独立式单点探针的Keithley610C电位计测量。
[0085] 在膜7的半导性底层也进行电阻率测量，以评价其法向或Z轴方向传导电 荷的能力。这是使用ASTM D2739的修改版本进行的。具体地，将半导性材料喷涂在 15. 2cmX 10. 2cm的0. 81mm厚的钢板一侧，并如前所述B阶化。最终固化前，将第二片钢板 放置在粘合剂层的暴露面，从而将粘合剂夹在两个钢基材之间。将C型夹用到所述基材上 并且如前所述将组件固化。使用配备有2点电探针的Keithley580微欧姆计测量合并的组 件的贯通电阻（through resistance),将两个探针施加在所述夹层结构的顶面和底面。
[0086] 雷击测试面板准备
[0087] 将上述膜最终在8层碳纤维增强的环氧树脂层压板上共固化。该过程涉及以下 通用程序：首先切割60.9〇11160.9〇11平方的1^?膜和具有1771：(350 °?)固化温度的 3k-70-PW碳纤维-环氧树脂预浸料坯。然后将LSP膜施加到抛光、防粘涂敷的铝工具表面 上，随后施加碳纤维预浸料坯层。以如下的彼此相对的角度施加各个层：90° |45° |90° 45° ||45° |90° |45° |90°，从而提供机械平衡和对称的层压板。LSP-碳层压组件是 放置在真空袋中的组件，并允许压实约30分钟以帮助出去任何空气和进一步强化层压板。 然后，在高压釜中在下列条件下使组件固化：温度斜坡：1-2. 75°C/min (2-5 °F/min)(? 56min-120min达到峰值温度）；峰值温度保持：177±5. 5°C (350±10° F)下120分钟；压 力：50psi;冷却：最大 3.3°C (6°F/min)至 26.6°C (80°F) (45-60min)，在静态真空下空 气冷却过夜。
[0088] 按照ASTM F1711所述，使用配备有共线4点探针的Keithley580微欧姆计 (Micro-Ohmmeter)测量所得板材的表面电阻。使用NIST可追踪表面电阻标准对四点探针 进行校准。导电膜的体积电阻率（〇hm-cm)由表面电阻（ohm/m 2)和膜厚度（cm)获得。在此 步骤之后，将面板用打磨性表面底漆（sandable surfacing primer)处理以除去任意表面 缺陷。所述打磨性表面底漆之后加入航天级环氧树脂底漆和聚氨酯面漆。这些材料的总厚 度为大约175微米(打磨性底漆=50mil，底漆=25mil，面漆=100mil)。图2示出上述的雷击 测试面板的常规截面。
[0089] 雷击测试
[0090] 根据SAE ARP5412 (ZonelA和Zone2A规格）对经涂漆的面板进行雷击测试。注 意，面板首先在Zone 2A (区域2A)条件下被雷击，然后在ZonelA的条件下雷击面板的不同 的部分。目视检测经雷击的面板的损坏情况。记录面板中任何裂缝或穿孔的存在和大小、 雷击穿过的碳层数、碳预浸料坯分层的程度以及漆层损坏。
[0091] 比较膜1-3
[0092] 根据前述工序，由单片膜制备三片雷击用面板。根据它们的分类，即"单层"，每片 LSP膜由得自一种配制物的高导电的单层构成，如图1(a)所示。如表1所示，所用的三片单 层膜在总面积重量和/或含银量方面彼此不同。膜1和2具有的标称面积重量为190gsm， 但每种配制物所用的银的浓度不同，即分别为10体积％和15体积％。膜3具有与膜2相当 的银浓度；然而，其面积重量小大约33%。膜1表现出在膜2和3之间的表面电阻，这反映 了制备膜1时使用了较低的含银量。膜3的表面电阻大约是膜2的两倍，这主要与其小? 33%的面积重量有关。关于雷击的表现，在ZonelA和Zone2A条件下，膜1不能防止雷击穿 过所有8层面板(见表1)。对膜1的损坏在图3中示出，其中图3 (a)中正面损坏明显并且 图3 (b)中背面损坏明显。另一方面，在使用ZonelA和Zone2A的测试条件下，基于膜2的 LSP面板仅分别有2个和1个的碳层被击穿。然而，降低该LSP膜的面积重量约33% (即膜 3)导致在两种测试条件下雷击穿均增加。具体而言，在ZonelA的条件下测试时，所有8层 被击穿，并且在Zone2A的条件下测试时，3层被击穿。
[0093] 膜 4
[0094] 为了试图将雷击与碳基材隔离，由具有分离的双层构造但是不能将电荷导流通过 底层的LSP膜制备面板。所述分离的双层是通过首先施加 112gsm、高导电性的顶层防粘膜， 然后施加 68gsm的绝缘层形成的。（注意，高导电性顶层与单层膜3的组成相同并且单位面 积重量类似。）在所述面板固化前，在得到的双层膜上靠近碳基材处施加绝缘层。与膜3相 反，并入绝缘层导致对抗雷击穿的防护效果增强，即膜4相对膜3而言。值得注意的是，在 ZonelA和Zone2A的测试条件下，基于膜4的面板中被击穿的层数分别为7和2。尽管固化 膜的电阻率与不含绝缘层的膜3相当，但是实现了性能的改善。这些结果与膜1的比较表 明，能够以显著更低的总含银量提供实质性更好的防护能力。
[0095] 膜 5
[0096] 按照与分离双层膜(膜4)相同的方式(如以上实施例2所述）来制备所述膜(表1 中记为膜5);但是，底层填充有10体积％的合成石墨粉末以使所述层具有适度的阻抗。如 前所述，当单独固化时配制物的体积电阻率为4. 5xl020hm-cm (如图6所示)，这比高导电性 顶层的阻抗高大约6个数量级。如表1所示，虽然膜的电阻率在中间，但是这种半导电性双 层结构出乎预料地使得雷击防护产生较大的改善。S卩，在ZonelA和Zone2A的条件下测试 时，基于膜5的面板仅分别有2层和1层击穿深度，而使用分离的双层膜构造(膜4)则分别 为7层和2层。此外，保护水平分别类似于和优于基于膜1和2的面板(其中每个面板均具 有更低的表面电阻和相对较高的银总浓度)。
[0097] 膜 6
[0098] 按照与实施例2所述的分离膜相同的方式来制备所述膜(表1中记为膜6);但是， 在底层中填充有2. 5体积％的银片以使所述层具有适当的阻抗。如前所述，当单独固化时 配制物的体积电阻率为4. 9xl(T20hm-cm (如图6所示)，这比高导电性顶层的阻抗高大约2 个数量级。与前述例子类似，这种半导电性LSP结构(膜6)导致了相对膜4而言实质性降 低了碳层损坏(见表1 )。值得注意的是，在ZonelA条件下测试时，膜6中仅有4层碳层被击 穿，而膜4中有7层碳层被击穿。此外，尽管膜6具有较差的表面电阻和略高的含银量，但 是膜6比基于单层构造的膜1显示出改善的性能。这通过比较图3 (a)和图3 (b)与图4 (a)和图4 (b)可以示出，其中图3 (a)和图3 (b)分别示出膜1的材料的正面损坏和背 面损坏，图4 (a)和图4 (b)分别示出膜6的材料的正面损坏和背面损坏。将图3 (a)与 4 (a)比较时，虽然膜6正面的漆层损坏略多，但是如图4 (b)显示膜6背面无损坏。
[0099] 膜 7
[0100] 按照与实施例2所述的分离膜相同的方式来制备所述膜(表1中记为膜7);但是， 在底层填充有10体积％的雾化的球状银粉。考虑到颗粒将作为其中电流可以沿着Z轴方 向迁移通过(从高导电性顶层至底部碳基材）的桥连或垂直互连，选择了平均粒径大约为36 微米的粉末。对底层配制物的体积电阻率的测量提供了对该层各向异性的认识。在X-Y方 向测量体积电阻率得到非常高的电阻率，即?l Xl〇lcl〇hm-Cm，这意味着通过膜的X-Y平面的 导电性较差；然而，Z轴电阻率测量得到大约2. 9X1040hm-cm的体积电阻率，表明在与膜垂 直的方向上传导电荷的能力更高。对于雷击性能，与基于膜4的面板相比，Z导电性膜7的 构造使得碳层损坏实质性减少(见表1)，正如在前述两个半导性构造中所见。具体而言，在 ZonelA条件下测试时，基于膜7的面板显示出的击穿深度为2个碳层，而基于膜4的面板的 击穿深度为7个碳层。此外，尽管膜7的表面电阻高出大约70%，但是膜7的防护水平类似 于具有相似面积重量的基于单层的膜2的防护水平。
[0101] 表1:单层和双层膜、电阻率、以及在模拟飞行器面板上的雷击数据的总结。

【权利要求】
1. 一种防护系统，包含具有彼此相对的第一表面和第二表面并具有厚度的材料，其中 所述第一表面具有低电阻，并且所述第二表面具有高于所述低电阻表面的电阻的高电阻， 并且所述材料将电荷从所述第一表面通过所述厚度传导至所述第二表面。
2. 权利要求1所述的防护系统，其中当所述材料的厚度在10微米和100微米之间时， 所述材料lcm2面积的Z轴电阻在1x10 60hm-cm和lxl040hm-cm之间。
3. 权利要求1所述的防护系统，其中所述材料在Z轴方向具有这样的电阻，该电阻从所 述第一表面至所述第二表面梯度变化。
4. 权利要求1所述的防护系统，其中所述材料包括设置在具有高电阻率层的第二保护 层上的具有低电阻率层的第一保护层，其中所述低电阻率层的电阻率低于所述高电阻率层 的电阻率。
5. 权利要求4所述的防护系统，还包括设置在所述第一保护层和所述第二保护层之间 的至少一个附加层，所述附加层的电阻率高于所述低电阻率层的电阻率并且低于所述高电 阻率层的电阻率。
6. 权利要求4所述的防护系统，其中所述第一层和第二层中的至少一者包含填充有导 电颗粒的聚合物。
7. 权利要求4所述的防护系统，其中所述第一层和第二层中的至少一者包含自组装的 非匀质复合材料。
8. 权利要求7所述的防护系统，其中所述第一层和第二层中的至少一者不包含自组装 的非匀质复合材料。
9. 权利要求4所述的防护系统，其中所述第一保护层的电阻率不高于lxl(T3Ohm-Cm。
10. 权利要求4所述的防护系统，其中所述第二保护层的电阻率至少为lxl(T3Ohm-Cm。
11. 权利要求10所述的防护系统，其中所述第二保护层的电阻率在lxl〇_3〇hm-cm和 1X1060hm_cm 之间。
12. 权利要求11所述的防护系统，其中所述第二保护层的电阻率在lxl(T3Ohm-Cm和 1X10 40hm_cm 之间。
13. 权利要求4所述的防护系统，其中所述低电阻率层的电阻率与所述高电阻率层的 电阻率的比值至少为10。
14. 权利要求13所述的防护系统，其中所述电阻率的比值至少为100。
15. 权利要求4所述的防护系统，其中在所述第一层、第二层或这两层中间的至少一者 设置有支撑介质。
16. 权利要求4所述的防护系统，其中所述第一层的Z轴厚度与所述第二层的Z轴厚度 不同。
17. [有意省略]
18. -种复合材料，包括防护系统，所述防护系统包括具有低电阻率的第一表面和具有 高电阻率的第二表面，其中所述防护系统以这样的方式设置在结构层上，该方式使得所述 第二表面沿着所述结构层设置并与所述结构层接触。
19. 权利要求18所述的防护系统，包括设置在具有高电阻率层的第二保护层上的具有 低电阻率层的第一保护层，其中所述低电阻率层的电阻率低于所述高电阻率层的电阻率。
20. 权利要求19所述的复合材料，其中所述第一层和所述第二层中的至少一者包含自 组装的非匀质复合材料。
21. 权利要求20所述的复合材料，其中所述第一层和所述第二层中的至少一者不包含 自组装的非匀质复合材料。
22. 权利要求19所述的防护系统，其中所述第一保护层的电阻率不高于lxl(T3Ohm-Cm。
23. 权利要求19所述的防护系统，其中所述第二保护层的电阻率至少为lxl(T3Ohm-Cm。
24. 权利要求19所述的复合材料，其中所述第二保护层的电阻率在lxl(T3Ohm-Cm和 1X10 60hm_cm 之间。
25. 权利要求24所述的复合材料，其中所述第二保护层的电阻率在lxl(T3Ohm-Cm和 1X10 40hm_cm 之间。
26. 权利要求19所述的防护系统，其中所述低电阻率层的电阻率与所述高电阻率层的 电阻率的比值至少为10。
27. 权利要求26所述的防护系统，其中所述电阻率的比值至少为100。
28. 权利要求18所述的复合材料，其中所述结构层包括至少一层树脂浸渍的碳纤维。
29. 权利要求18所述的复合材料，其中所述结构层包含玻璃纤维材料、热塑性材料、热 固性材料和陶瓷材料中的至少一者。
30. 权利要求18所述的复合材料，其中所述防护系统为所述结构层提供雷击防护。
31. 权利要求18所述的复合材料，其中所述结构层包括6层树脂浸渍的碳纤维，并且所 述防护系统能够消散来自至少区域1A雷击的能量，从而在与所述防护系统相对的所述碳 纤维一侧没有出现损坏。
32. 权利要求18所述的复合材料，其中与在没有所述防护系统的辅助下冲击所述结构 层的电磁能的量相比，当所述能量穿过所述防护系统时，能够穿过并冲击结构层的电磁能 的量降低至少50%。
33. 权利要求18所述的复合材料，还包含设置在所述低电阻率层上的至少一个漆层。
34. [有意省略]
35. -种组装复合材料的方法，包括： (a) 提供基材； (b) 将高电阻率层和低电阻率层与所述基材配合，使得所述高电阻率层与所述基材接 触从而形成复合材料。
36. 权利要求35所述的方法，其中所述基材包含碳纤维预浸料坯。
37. 权利要求35所述的方法，其中所述高电阻率层喷涂在所述基材上。
38. 权利要求37所述的方法，其中所述低电阻率层喷涂在所述高电阻率层上。
39. 权利要求35所述的方法，其中所述高电阻率层的电阻率在lxl(T3Ohm-Cm和 1X10 60hm_cm 之间。
40. 权利要求39所述的方法，其中所述高电阻率层的电阻率在lxl(T3Ohm-cm和 1X1040hm_cm 之间。
41. 权利要求35所述的方法，其中所述低电阻率层的电阻率与所述高电阻率层的电阻 率的比值至少为10。
42. 权利要求41所述的方法，其中所述电阻率的比值至少为100。
43. 权利要求35所述的方法，其中所述低电阻率层和所述高电阻率层预形成为单个 膜，然后与所述基材配合。
44. 权利要求43所述的方法，其中将预形成的所述单个膜在与所述基材配合之前预烘 干然后B阶化。
45. 权利要求44所述的方法，其中预形成的所述单个膜是通过在贴面膜上喷涂所述低 电阻率层，然后在所述低电阻率层上喷涂所述高电阻率层组装的。
46. 权利要求35所述的方法，还包括固化所述复合材料的步骤（c)。
47. 权利要求35所述的方法，其中所述基材是预固化的，并且所述低电阻率层和所述 高电阻率层在设置到所述预固化的基材上后发生固化。
48. 权利要求35所述的方法，其中所述高电阻率层作为阻挡层以阻止所述低电阻率层 和所述基材之间的接触。
49. 权利要求43所述的方法，其中将预形成的膜设置在模具上，然后向所述模具中加 入多孔基材形式的基材材料，然后向所述模具中导入树脂以填充所述多孔基材并将所述基 材粘结到所述预形成的膜上。
【文档编号】C09D5/24GK104115580SQ201280048085
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2012年8月23日 优先权日:2011年8月25日
【发明者】蒂莫西·福恩斯, 塞思·卡拉瑟斯, 克里斯托弗·考克斯 申请人:洛德公司