一种防雷击复合板材及其制备方法、用途与流程

本技术涉及材料领域，具体涉及一种防雷击复合板材及其制备方法、用途。

背景技术：

1、纤维增强树脂基复合材料因其质轻高强，结构可设计性好，易于实现结构功能一体化成型等优点在航空航天领域得到了广泛的应用。增强纤维和树脂是组成树脂基复合材料的两个重要的方面。通常情况下，有机材质的树脂基体具有绝缘特性，而除碳纤维等少数增强纤维外，多数增强纤维也是电流的不良导体。这就导致树脂基复合材料整体导电性能较差。然而飞行器在服役过程中易遭遇雷击等恶劣环境，若不能对电荷进行有效导出，则会对复合材料表面产生严重的热烧蚀破坏。影响复合材料制件的结构刚度和强度，从而危及飞行器的运行安全。

2、传统改善飞行器用复合材料导电性能的方法有在复合材料制件表面铺覆金属导电网、喷覆导电涂层等。但铺覆金属导电网的方法会导致飞行器结构重量增加，降低飞行器的机动性和经济性。而导电涂层与复合材料界面粘接不良引起服役过程中涂层剥离问题，也是制约导电涂层应用的关键因素。现阶段在隐身战机封严结构中，复合材料部件需经受长周期大偏转变形的疲劳工况，这会导致刚性金属导电网络折断，加剧活动部位表面导电涂层的脱落。此外，封严复合材料结构活动端面的摩擦损耗也会引起复合材料上下表面导电通路的不连续性，阻碍受雷击外表面的电荷导出。

3、为此，提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提高一种防雷击复合板材及其制备方法、用途，解决了飞行器中的复合板材因运行中的偏转、摩擦等磨蚀原因导致导电通路开路的问题。

2、为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案。

3、本发明的第一方面提供了一种防雷击复合板材，其包括基板，所述基板具有相对设置的第一端和第二端，所述基板的第二端内预埋有至少一个导电件；

4、所述基板具有相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面都分别从所述第一端延伸至所述第二端，所述导电件从所述第一表面贯穿至所述第二表面；

5、所述第一表面的至少部分区域和第二表面的至少部分区域都覆盖有导电橡胶层，并且所述第一表面覆盖的导电橡胶层至少从所述第一端延伸至所述第二端，所述第二表面覆盖的导电橡胶层至少从所述第一端延伸至所述第二端。

6、由此，本发明通过在基板的第二端内嵌入金属件，这一端可以作为板材的活动摩擦端，这样可以实现复合板材的两个表面(第一表面和第二表面)导电回路的连通，从而保证复合板材外表面受雷击等电载荷作用时，电荷能顺利由导电回路导出，有效防止活动摩擦端面处导电橡胶层磨蚀后引起的导电通路开路的问题。

7、在一些实施方式中，包括多个导电件；

8、由所述第一端至所述第二端为所述基板的宽度方向，由所述第一表面至所述第二表面为所述基板的厚度方向，垂直于所述第一方向和所述第二方向的方向为所述基板的长度方向，所述多个导电件沿所述长度方向等间距分布。

9、多个导电件等间距分布既能满足基板两面电路导通的要求，又能达到减重效果，同时复合板材各处的导电性能均匀分布，利于延长使用寿命。

10、在一些实施方式中，所述导电件沿所述宽度方向的边长为所述基板的宽度的5％～20％。

11、由于通常导电件密度大于基板，因此，导电件尺寸无需过大，只要能满足有效导通电路的目的即可，通常其宽度达到基板宽度的5％～20％，即可以满足以上要求。

12、出于同样目的考虑，在一些实施方式中，所有所述导电件沿所述长度方向的边长的总和为所述基板的长度的5％～20％。

13、在一些实施方式中，所有所述导电件相对的两个表面分别与所述第一表面和第二表面齐平。

14、导电件与基板表面齐平，可以减小风阻，保持材料的外形的规则度。

15、在一些实施方式中，所述导电件为方块状。

16、在一些实施方式中，所有导电件的形状和尺寸相同。

17、在一些实施方式中，所述第一表面和第二表面的导电橡胶层都包含橡胶和导电填料；

18、所述橡胶包括天然橡胶、合成橡胶或天然橡胶与合成橡胶的并用胶；所述合成橡胶包括丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、丁基橡胶、氯醚橡胶、聚硫橡胶、氟硅橡胶、硅橡胶或氟橡胶的一种或几种并用橡胶；所述导电填料包括碳纤维、碳纳米管、石墨烯、炭黑、石墨、银粉、镍粉、铝粉、铁粉、铜粉、金粉中的一种或几种的混合物。

19、以上导电填料和橡胶组合的材料具有高弹性、高导电、高耐候性、质轻、高耐磨性、高延伸率、高耐劳性、有减振效果等优异特点。

20、在一些实施方式中，所述基板优选纤维增强树脂材料。纤维增强树脂材料作为板材的主体材料，具有质轻、耐疲劳、高强度等优点。

21、在一些实施方式中，所述纤维增强树脂材料所用的增强纤维包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、氧化铝纤维或碳化硅纤维中的一种或几种，增强纤维的结构形式可以为织物或者单向带。

22、在一些实施方式中，所述纤维增强树脂材料所用的基体树脂包括热塑性树脂或热固性树脂。其中：热塑性树脂可以为聚醚酮、聚砜、聚醚砜、热塑性聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚碳酸酯、聚苯醚或聚酰胺中的一种或几种混合树脂；热固性树脂可以为环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、热固性聚酰亚胺树脂、聚苯并噁嗪树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂或不饱和聚酯树脂中的一种或几种混合树脂。

23、以上基板、导电橡胶层材料组合一起可以达到以下效果：一方面发挥了纤维增强树脂材料比强度、比刚度高，结构可设计性好的优点；另一方面，通过包覆导电橡胶层，可以利用橡胶高弹特点提高构件在服役过程中的抗冲击性和阻尼减振特性。

24、在一些实施方式中，所述导电件优选为金属导电件。

25、在一些实施方式中，所述第二表面的导电橡胶层还包括减磨填料，减磨填料包括以下一种或几种的混合物：si基粒子，al基粒子，ti基粒子，zn基粒子，cu基粒子，钼基粒子，铅基粒子，碳基粒子。

26、这些填料都可以大幅提升橡胶的耐磨性，并且取材容易。具体地，通过在橡胶中添加导电填料或同时添加导电及耐磨填料制备的材料具有导电耐磨性能优异、材料拉伸变形大，延伸率好，耐疲劳性能优异等特点，特别适合于对往复疲劳及大变形运动有特殊要求的复杂结构件，避免了传统复合材料件表面喷覆导电、耐磨涂层延伸率低、粘接性能相对较弱引起的表面龟裂等疲劳破坏。

27、其中，si基粒子包括但不限于sio2、si3n4、sic；al基粒子包括但不限于al2o3；ti基粒子包括但不限于tio2、tin；zn基粒子包括但不限于zno；cu基粒子包括但不限于cucl、cucl2、cu2o、cuo、cus；钼基粒子包括但不限于mos2；铅基粒子包括但不限于pb3o4，pbo，pbs；碳基粒子包括但不限于纳米碳纤维、石墨、碳纳米管、石墨烯。

28、在一些实施方式中，所述第一表面的全部区域和第二表面的全部区域都覆盖有导电橡胶层。

29、或者，在一些实施方式中，在宽度方向上，所述第一表面上覆盖的导电橡胶层的宽度为所述基板宽度的5％～100％。

30、同样地，在宽度方向上，所述第二表面上覆盖的导电橡胶层的宽度为所述基板宽度的5％～100％。

31、本发明的第二方面提供了第一方面所述防雷击复合板材的制备方法，其包括：

32、将预埋有所述导电件的基板以及导电橡胶层模压硫化成型，得到所述防雷击复合板材。

33、该方法通过导电件嵌入式复合基板与导电橡胶层的一次性硫化成型，可实现构建的结构、功能一体化制造，减少了传统导电、耐磨复合材料所需要的二次喷涂过程，有利于提高劳动生产效率，减少人力物力投入，节约生产成本。

34、本发明的第三方面提供了第一方面所述防雷击复合板材的用途，所述防雷击复合板材用于制造飞行器机翼主翼、副翼或襟翼之间缝隙的密封件。

35、本发明的第四方面提供了一种飞行器机翼主翼，其主要由第一方面的防雷击复合板材形成。

36、本发明的第五方面提供了一种飞行器机翼副翼，其主要由第一方面的防雷击复合板材形成。

37、本发明的第六方面提供了一种飞行器，其襟翼之间缝隙的密封件包括第一方面的防雷击复合板材。

38、综上，与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：

39、(1)通过在基板的第二端内嵌入金属件，这一端可以作为板材的活动摩擦端，这样可以实现复合板材的两个表面(第一表面和第二表面)导电回路的连通，从而保证复合板材外表面受雷击等电载荷作用时，电荷能顺利由导电回路导出，有效防止活动摩擦端面处导电橡胶层磨蚀后引起的导电通路开路的问题。

40、(2)纤维增强树脂基板、导电橡胶层材料组合一起可以达到以下效果：一方面发挥了纤维增强树脂材料比强度、比刚度高，结构可设计性好的优点；另一方面，通过包覆导电橡胶层，可以利用橡胶高弹特点提高构件在服役过程中的抗冲击性和阻尼减振特性。

41、(3)通过在橡胶中添加导电填料或同时添加导电及耐磨填料制备的材料具有导电耐磨性能优异、材料拉伸变形大，延伸率好，耐疲劳性能优异等特点，特别适合于对往复疲劳及大变形运动有特殊要求的复杂结构件，避免了传统复合材料件表面喷覆导电、耐磨涂层延伸率低、粘接性能相对较弱引起的表面龟裂等疲劳破坏。

42、(4)通过导电件嵌入式复合基板与导电橡胶层的一次性硫化成型，可实现构建的结构、功能一体化制造，减少了传统导电、耐磨复合材料所需要的二次喷涂过程，有利于提高劳动生产效率，减少人力物力投入，节约生产成本。

43、上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。