结构复合材料的多功能化.pdf

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1、专题sPEC

2、ALToPIc结构复合材料的多功能化MuitifunctionofHigh—PerformanceStructuralComposites翥粼筹嚣嚣嚣言益小苏中航复合材料有限责任公司“【摘要】着重讲解了在飞机用复合材料上应用插层强化技术的新方法，一方面提供了显著的增韧效率，另一方面插层通过其表面附栽的纳米级导电填充物成为强韧而有弹性的导体。通过将表面附载AgNWs薄膜或面纱作为插层放入碳纤维层压板中，断裂强度和导电性同时得到提升一关键词：导电性断裂强度银纳米丝【ABSTRACTlInthispaperweprese

3、ntanewap-proachofapplyinginterlayer—tougheningtechnologyoncompositesforaircraft．Ononehand，itprovidessignifi—canttougheningefficiency,andontheotherhand，itfunc—tionsasatoughandflexibleconductorthroughitssurfaceloadingofnano-sizedelectricalconductivefillers．Theuseofinte

4、rleaffilmsorveilssurface—loadedwithAgNWs，simultaneouslyimprovesfracturetoughnessandelectricalconductivity．Keywords：ElectricalconductivityFracturetoughnessSilvernanowires在飞机复合材料结构的设计中，大家重点关注的一点就是抗撞击损伤，特别是低速撞击带来的损伤。插层强化概念的成功研发，使复合材料通过使用热塑薄膜或面纱提升抗损伤特性。但是随着复合材料被增韧并越来越多地应

5、用于飞机结构，与金属材料相比，属于绝缘体的复合材料便产生了对电磁界面(EMI)防护和雷击保护的需求：1功能化插层技术目前，碳纤维增强(CFRP)和玻璃纤维增强树脂基(GFRP)复合材料结构广泛应用于航空航天、绿色能源、船舶、运动用品和运输行业中。这些材料为制造业提供了性价比更高、替代传统金属合金材料的新选择。但是。现代化的主承力结构也对树脂基复合材料提出了一些特殊的技术挑战，如多功能化问题(如导电和导热)，以及由于基体树脂的脆性，在受到撞击和疲劳加载后发生层间损伤扩散的潜在风险。例如，当飞机遭受雷击时将产生极大的电流，而树脂基复

6、合材料的飞机结构通常116航空制造技术-2014年第15期是一种不良电导体；在干燥条件下，该材料不导电(例如玻璃纤维增强树脂基复合材料的导电性在10‘16[S／m1量级下)，或者其导电性(例如100。103[S／m1)明显低于金属(106107[S／m])。在这里，笔者将详细描述在功能化插层技术(FunctionalizedInterlayerTechnology，FIT)方面的最新研究成果。第一个研究成果是采用多孑L非晶态酚酞聚醚醚酮作为插层⋯，当带有这种插层的热固性基体(如双马来酰亚胺)复合材料层压板被固化，便形成了高韧化、

7、带有相分离和相反转双连续结构的薄中问层。这项技术的关键优势是通过在中间层区域选择性地进行插层，从而显著提升碳纤维增强热固性树脂基复合材料的层间断裂韧性。第二个研究成果是在插层(例如穿孔PEK—C薄膜或聚酰胺面纱)上附载导电银纳米线(AgNWs)，其直径约70nm，长宽比约300～1000。AgNws先分散在异丙醇中制备成料浆，再将PEK—C薄膜或面纱浸入这个料浆中，然后干燥，即获得表面附载有AgNWs的插层材料。采用这种技术制备的AgNWs附载PEK—C薄膜的面密度约1．189／m2，薄膜的导电渗流阈值约为o．39／m2。在这种

8、面纱或薄膜的表面AgNWs紧密相连，形成一个导电网络(如同蜘蛛网，见图1)，贯穿薄膜的厚度方向，并且在薄膜的刺孔边缘上均匀分布。因为面纱及其薄膜多孔，因此在表面附载后，AgNWs)L乎可以覆盖全部表面。因此，在这种复合材料的内部，共存2种不同尺度、但相图1增韧与导电效果提升示意图Fig．1ImprovementofToughnessandConductivity互依赖的网络结构，一方面，I,zm尺度的PEK—C薄膜或聚酰胺面纱的网络结构对复合材料的层间增韧起到关键的作用，显著提高复合材料的层间断裂韧性，G⋯和GⅢ：；另一方面，它

9、们给nm尺度的AgNWs提供了一个可供表面附载的机械载体，由此，一个nm尺度的三维交联AgNWs网络就建筑在整个复合材料内部，它大幅度并且同步地提升了碳纤维复合材料在横向和厚度2个方向的导电性。2插层材料和表面附载此项研究中使用的是宇航级别的碳纤维环氧预浸料。其