[发明专利]复合材料的电磁危害防护装置

说明书

技术领域

本发明涉及电磁危害防护装置，具体而言涉及适合在自动铺带叠放设备(automatic tape lay-up apparatus)之中使用的复合材料的防雷击防护装置。

背景技术

复合材料具有诸多经证实优于传统结构材料的优点，特别是以极低的材料密度提供了优异的机械性能。因而，复合材料的使用日益广泛，其应用领域涵盖“工业”及“运动休闲”直至高性能航空部件。

常见的复合材料由夹有树脂层的多个纤维层的层压体构成。尽管碳纤维具有一定的导电性，但夹层的存在意味着仅在层压体所在平面的方向上显现出导电性。在垂直于层压体表面的方向上，即所谓的z方向上导电性低。

通常认为z方向上导电性的缺乏导致复合层压体易受到电磁危害例如雷击的侵害。雷击会对复合材料造成破坏，这种破坏的影响可能十分深远，如果在飞行中发生在飞机构件上这种破坏可能是灾难性的。因而，对于由这种复合材料制成的航空构件而言，此问题尤为突出。

解决所述问题的公知方法是在复合材料外表面处或附近包含有导电部件，例如金属网或金属箔。

这种导电部件的常见施用方式是熟练技工用手将导电部件手动放置于航空构件的塑模的表面上。随后，将通常为预浸料形式的包含结构纤维和热固性树脂的片层的复合材料放置于所述导电部件之上。然而，倾向于通过所谓的自动铺带叠放设备或ATL以自动的方式放置所述结构层。

典型的ATL设备需要卷材，所述卷材装载于心轴之上并经由一系列辊输送至ATL机头(head)。通常，该流程工艺会包括切割步骤和任选的加热步骤。切割步骤确保材料尺寸严格符合要求，因为任何偏差都可能致使产生不合格的最终制品。在ATL机头处，通常有两种施用方法，即ATL的“鞋(shoe)”或者ATL机头的“压辊(compaction roller)”。无论采用哪种方法，均使材料与表面接触并将压力施加于最上面的背衬脱模纸。粘性下表面在压力作用下粘附在一起，并且自动移去背衬片。在该工艺过程中，材料在300mm的典型制品宽度之上经受了极高的张力(50至300N)。

经过叠放工艺之后，使经叠放布置得到的制品经受高温及任选的高压作用而固化，从而制成固化复合层压体。将固化层压体从塑模中取出，导电部件作为航空构件的一部分处于该构件的外部(即该导电部件所形成的外部)。

已成功证实复合材料为航空应用提供了牢固、质轻且可靠的构件。因而，存在使用日益增多并逐渐取代传统金属构件之趋势。因此，正有越来越多的飞机部位由复合材料制造。由此，放置导电部件所需的劳动付出正成为制造所述构件日益增加的成本和时间负担。

理想的是，像放置复合材料那样，自动放置这种导电的电磁危害防护装置，但这充满了困难且还没有已知的令人满意的自动化解决方案。

发明内容

本发明的发明人经研究发现，在使用自动铺带叠放设备过程中，施加于所述电磁危害防护装置的高张力可能造成导电部件的变形、拉伸或再成形。导电部件为金属时，特别是为高延展性金属例如铜时，上述情形尤为突出。

因此，第一方面，本发明涉及可固化柔性抗电磁危害层压体，所述可固化柔性抗电磁危害层压体包括导电金属材料和热固性树脂的层，其中该层压体的外表面包括与树脂接触的可剥离背衬片，该层压体还包括基本上不可再成形的固体材料片。

发现所述抗电磁层压体在自动铺带叠放设备所表现出的高张力下没有拉伸和再成形，因此可令人满意地进行放置而不涉及技巧熟练的手工劳动。

“基本上不可再成形”是指：在将宽2.54cm、长33.0cm的材料带从一端挂起，使500g的质量加载并均匀分布于该材料带的另一端持续1分钟时，材料伸长小于1.0%。优选的是材料伸长小于0.5%。

由于所述层压体为常规复合材料的防护装置并意图与所述复合材料相结合，因而这样的复合构件无需处于所述层压体本身之中。因此，通常所述层压体不含不连续纤维(例如沿单一方向放置在一起的单纱纤维)层或编织形成复合结构层。

为使层压体与背衬片分离并粘附于塑模表面，所述层压体与塑模表面的粘附力必须大于其与背衬片的粘附力。所述层压体在自动叠放过程中还必须保持粘结并结合在一起。

因此，通常所述层压体在未覆盖于背衬片中的外表面之上包括树脂层，以助于在ATL过程中放置所述层压体时所述层压体粘附于塑模表面。优选地，未覆盖于背衬片之中的层压体外表面比覆盖有背衬片的外表面更粘。

此外，所述层压体通常包括贯穿该层压体厚度的连续树脂通道来提供这种粘结性。换言之，所述层压体的上述两种外表面优选经由树脂连通。