[发明专利]一种具有红外隐身及防雷击性能的高导电性碳纳米管纸复合材料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有红外隐身及防雷击性能的高导电性碳纳米管纸复合材料的制备方法及其应用，并测试了其红外隐身及防雷击性能，可用于国防领域。

背景介绍

随着国防科技的不断发展，用于发现目标的侦查、探测手段日益先进。为了防止军事目标和武器装备被发现摧毁，使用隐身材料提高其生存能力和突防能力。常采用隐身方式是在武器装备的表面涂覆红外隐身材料。国外对红外隐身材料的研究较早并且已有很大的进展，例如，美国空军在1967年就委托霍尼威尔公司开展了漫反射型红外涂料的研究。为了减轻红外制导导弹对直升机的威胁，美国陆军空中机动研究发展实验室委托陆军阿拉伯丁研究发展中心的涂料和化学实验室研究直升机的红外吸收涂料。80年代，欧洲许多国家开始着手对红外隐身涂料的研究。其中主要有德国、英国、发过、日本、加拿大等国家，此外澳大利亚也有相应的报到并且在1984年发表过相应的文章得到了世界各国的广泛的关注。

红外线辐射在大气中传播遵循可见光的折射、反射、吸收和散射定律。它在大气中的投射能力与大气中水和二氧化碳的含量有关。物体向外发射红外辐射时，大气中的二氧化碳和水可以吸收一定波顿的辐射，而使此波段的额红外辐射信号衰减。不被吸收的波段无衰减的穿过大气，这样的波段被称为大气窗口。大气窗口有3个波段：1～2.5um,3～5um和8～14um。红外在这3个波段是不透明的,其中3～5um和8～14um来自于目标和背景背身所引起的热辐射，红外探测器主要就是探测这三个波段的红外辐射从而对目标进行监测的，因为目标和背景本身温度能够引起热辐射差别。

根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律:

M＝εσT⁴

M---物质的辐射出射度

ε---物质的表面发射率

σ---玻尔兹曼常数

T---物体表面温度

可以看出降低目标表面发射率和控制目标表面温度可实现红外隐身。而红外隐身材料本身具有低发射率或较强温控能力，这可一降低背景和目标的表面温差不同所造成的辐射率不同，从而达到隐身的目的。

红外技术包括以下三个方面：一是降低武器装备的红外辐射特性，使得武器表面的热辐射与环境热辐射特性相接近，降低被探测器发现的可能性。二是改变飞行器的红外辐射特性，即改变武器装备表面的各处的辐射率分布。三是改变物体红外辐射的传播途径。要到上述的目的可以从以下几个方面解决：一是改变辐射体的外形结构，其次是研发新型的结构型红外吸收材料，或者是研制新型的功能型红外吸收材料。相比结构型红外吸收材料而言，功能性红外吸收材料制备加工均比较方便、成本低廉、可控性强。

目前研究较多的并应用于军事用途的红外隐身材料主要由吸收剂和粘结剂组成。其中吸收剂能够使探测设备得到的反射信号强度大大降低，粘结剂的作用主要是与吸收剂混合成膜，便于涂覆在军事设备表面。目前研究较多并部分应用与军事用途的吸收剂主要包括金属颜料，着色颜料，半导体颜料。金属颜料具有较高的红外反射率是红外隐身涂料中最常用的颜料，应用较多的金属颜料主要有Al、Zn、Sn、Au、Cu等。而实际中常常使用的是性能优良并且廉价的Al粉。着色颜料主要是满足与可见光伪装兼容的要求并没有降低发射率的功能，常用的着色颜料包括金属氧化物和氢氧化物，金属硫化物，金属硒化物，无机盐颜料以及有机颜料。半导体颜料主要为掺杂氧化物半导体，如氧化铟锡，掺锑氧化锡等。

随着树脂基复合材料在飞行器上的大量使用，其具有高的比强度、比模量疲劳性能好、耐腐蚀、可设计性强等许多优异特性。使得飞行器能够大幅度降低重量提高飞行器的飞行距离和灵敏性。但这种材料的导电性较金属材料差,当雷电闪击复合材料部件时。部件很难再短时间内将电流导走，从而导致温度急剧升高，使得材料的产生分层甚至是严重的烧蚀影响材料的力学性能。因此必须对复合材料进行防雷击防护。国外针对复合材料的防雷击问题已经进行了大量的研究，而国内对于这一领域的研究尚处于初级阶段。目前最简单有效的避雷方法分为三种方式：一是采用许多从机身或机翼伸出的避雷针放点。二是采用两导体把机壳不良导体的部分进行连接，以疏导电流，降低对复合材料的损伤。三是对于复合材料构件在其表面喷涂上金属粒子或用金属网编织入复合材料纤维蒙皮。

主要的实施方式为以下几种方式：

1.箔网保护法

该方法是将铝或或铜网贴合在结构试件的最外层或者最外层的下面。据报道，波音公司采用的金属网为Dexmet公司的Microgrid金属网，其参数如下表所示：