一種具有紅外隱身及防雷擊性能的高導(dǎo)電性碳納米管紙復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】一種具有紅外隱身及防雷擊性能的高導(dǎo)電性碳納米管紙復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用，它涉及一種具有紅外隱身及防雷擊性能的高導(dǎo)電性碳納米管紙復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用，該納米紙采用市售的多壁或單壁納米管經(jīng)一系列分散方法分散后經(jīng)減壓吸濾制備而成。通過(guò)將納米紙?jiān)诓煌瑵舛鹊南跛徙y溶液中浸泡。由于納米管的比表面積較大，對(duì)于硝酸銀有吸附作用。當(dāng)達(dá)到吸附平衡后，將吸附后的納米紙烘干。而后將納米紙?jiān)谌展鉄粝抡丈涫沟梦降南跛徙y分解產(chǎn)生銀顆粒，從而提高納米紙的電導(dǎo)率，高的導(dǎo)電性有利于對(duì)紅外波段的光進(jìn)行吸收，同時(shí)高的導(dǎo)電率能夠作為導(dǎo)電體，提高瞬間電流的導(dǎo)通速率。
【專利說(shuō)明】一種具有紅外隱身及防雷擊性能的高導(dǎo)電性碳納米管紙復(fù) 合材料的制備方法及其應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有紅外隱身及防雷擊性能的高導(dǎo)電性碳納米管紙復(fù)合材料的 制備方法及其應(yīng)用，并測(cè)試了其紅外隱身及防雷擊性能，可用于國(guó)防領(lǐng)域。
[0002] 背景介紹
[0003] 隨著國(guó)防科技的不斷發(fā)展，用于發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的偵查、探測(cè)手段日益先進(jìn)。為了防止軍 事目標(biāo)和武器裝備被發(fā)現(xiàn)摧毀，使用隱身材料提高其生存能力和突防能力。常采用隱身方 式是在武器裝備的表面涂覆紅外隱身材料。國(guó)外對(duì)紅外隱身材料的研究較早并且已有很大 的進(jìn)展，例如，美國(guó)空軍在1967年就委托霍尼威爾公司開(kāi)展了漫反射型紅外涂料的研究。 為了減輕紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈對(duì)直升機(jī)的威脅，美國(guó)陸軍空中機(jī)動(dòng)研究發(fā)展實(shí)驗(yàn)室委托陸軍阿拉 伯丁研究發(fā)展中心的涂料和化學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究直升機(jī)的紅外吸收涂料。80年代，歐洲許多國(guó) 家開(kāi)始著手對(duì)紅外隱身涂料的研究。其中主要有德國(guó)、英國(guó)、發(fā)過(guò)、日本、加拿大等國(guó)家，此 外澳大利亞也有相應(yīng)的報(bào)到并且在1984年發(fā)表過(guò)相應(yīng)的文章得到了世界各國(guó)的廣泛的關(guān) 注。
[0004] 紅外線福射在大氣中傳播遵循可見(jiàn)光的折射、反射、吸收和散射定律。它在大氣中 的投射能力與大氣中水和二氧化碳的含量有關(guān)。物體向外發(fā)射紅外輻射時(shí)，大氣中的二氧 化碳和水可以吸收一定波頓的輻射，而使此波段的額紅外輻射信號(hào)衰減。不被吸收的波段 無(wú)衰減的穿過(guò)大氣，這樣的波段被稱為大氣窗口。大氣窗口有3個(gè)波段：1?2. 5um，3?5um 和8?14um。紅外在這3個(gè)波段是不透明的，其中3?5um和8?14um來(lái)自于目標(biāo)和背 景背身所引起的熱輻射，紅外探測(cè)器主要就是探測(cè)這三個(gè)波段的紅外輻射從而對(duì)目標(biāo)進(jìn)行 監(jiān)測(cè)的，因?yàn)槟繕?biāo)和背景本身溫度能夠引起熱輻射差別。
[0005] 根據(jù)斯蒂芬-玻爾茲曼定律：
[0006] M= ε σ T4
[0007] M物質(zhì)的輻射出射度
[0008] ε---物質(zhì)的表面發(fā)射率
[0009] 〇 ---玻爾茲曼常數(shù) [0010] T---物體表面溫度
[0011] 可以看出降低目標(biāo)表面發(fā)射率和控制目標(biāo)表面溫度可實(shí)現(xiàn)紅外隱身。而紅外隱身 材料本身具有低發(fā)射率或較強(qiáng)溫控能力，這可一降低背景和目標(biāo)的表面溫差不同所造成的 輻射率不同，從而達(dá)到隱身的目的。
[0012] 紅外技術(shù)包括以下三個(gè)方面：一是降低武器裝備的紅外輻射特性，使得武器表面 的熱輻射與環(huán)境熱輻射特性相接近，降低被探測(cè)器發(fā)現(xiàn)的可能性。二是改變飛行器的紅外 輻射特性，即改變武器裝備表面的各處的輻射率分布。三是改變物體紅外輻射的傳播途徑。 要到上述的目的可以從以下幾個(gè)方面解決：一是改變輻射體的外形結(jié)構(gòu)，其次是研發(fā)新型 的結(jié)構(gòu)型紅外吸收材料，或者是研制新型的功能型紅外吸收材料。相比結(jié)構(gòu)型紅外吸收材 料而言，功能性紅外吸收材料制備加工均比較方便、成本低廉、可控性強(qiáng)。
[0013] 目前研究較多的并應(yīng)用于軍事用途的紅外隱身材料主要由吸收劑和粘結(jié)劑組成。 其中吸收劑能夠使探測(cè)設(shè)備得到的反射信號(hào)強(qiáng)度大大降低，粘結(jié)劑的作用主要是與吸收劑 混合成膜，便于涂覆在軍事設(shè)備表面。目前研究較多并部分應(yīng)用與軍事用途的吸收劑主要 包括金屬顏料，著色顏料，半導(dǎo)體顏料。金屬顏料具有較高的紅外反射率是紅外隱身涂料中 最常用的顏料，應(yīng)用較多的金屬顏料主要有Al、Zn、Sn、Au、Cu等。而實(shí)際中常常使用的是 性能優(yōu)良并且廉價(jià)的Al粉。著色顏料主要是滿足與可見(jiàn)光偽裝兼容的要求并沒(méi)有降低發(fā) 射率的功能，常用的著色顏料包括金屬氧化物和氫氧化物，金屬硫化物，金屬硒化物，無(wú)機(jī) 鹽顏料以及有機(jī)顏料。半導(dǎo)體顏料主要為摻雜氧化物半導(dǎo)體，如氧化銦錫，摻銻氧化錫等。
[0014] 隨著樹(shù)脂基復(fù)合材料在飛行器上的大量使用，其具有高的比強(qiáng)度、比模量疲勞性 能好、耐腐蝕、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等許多優(yōu)異特性。使得飛行器能夠大幅度降低重量提高飛行器的 飛行距離和靈敏性。但這種材料的導(dǎo)電性較金屬材料差，當(dāng)雷電閃擊復(fù)合材料部件時(shí)。部 件很難再短時(shí)間內(nèi)將電流導(dǎo)走，從而導(dǎo)致溫度急劇升高，使得材料的產(chǎn)生分層甚至是嚴(yán)重 的燒蝕影響材料的力學(xué)性能。因此必須對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行防雷擊防護(hù)。國(guó)外針對(duì)復(fù)合材料的 防雷擊問(wèn)題已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，而國(guó)內(nèi)對(duì)于這一領(lǐng)域的研究尚處于初級(jí)階段。目前最 簡(jiǎn)單有效的避雷方法分為三種方式：一是采用許多從機(jī)身或機(jī)翼伸出的避雷針?lè)劈c(diǎn)。二是 采用兩導(dǎo)體把機(jī)殼不良導(dǎo)體的部分進(jìn)行連接，以疏導(dǎo)電流，降低對(duì)復(fù)合材料的損傷。三是對(duì) 于復(fù)合材料構(gòu)件在其表面噴涂上金屬粒子或用金屬網(wǎng)編織入復(fù)合材料纖維蒙皮。
[0015] 主要的實(shí)施方式為以下幾種方式：
[0016] 1.箔網(wǎng)保護(hù)法
[0017] 該方法是將鋁或或銅網(wǎng)貼合在結(jié)構(gòu)試件的最外層或者最外層的下面。據(jù)報(bào)道，波 音公司采用的金屬網(wǎng)為Dexmet公司的Microgrid金屬網(wǎng)，其參數(shù)如下表所示：

【權(quán)利要求】
1. 一種具有紅外隱身及防雷擊性能的高導(dǎo)電性碳納米管紙復(fù)合材料的制備方法，其特 征在于它是按照以下步驟進(jìn)行的： 一、 將納米管與聚乙二醇對(duì)異辛基苯基醚按照質(zhì)量比為1:5?30的比例混合，然后經(jīng) 采用三輥剪切分散的方法進(jìn)行分散20?30min ;得到糊狀混合物； 二、 將步驟一得到的糊狀混合物溶于去離子水中，使納米管的濃度為50mg/L?500mg/ L，得納米管水溶液；將納米管水溶液通過(guò)超聲破碎儀進(jìn)行循環(huán)超聲分散2h ; 三、 將步驟二超聲分散后的溶液進(jìn)行減壓吸濾，然后過(guò)濾膜，將濾膜置于吸濾紙上，然 后置于兩玻璃板之間，在90°C的烘箱內(nèi)烘干10h，將烘干后的沉積在濾膜上的納米紙剝離； 四、 將步驟三剝離后的納米紙?jiān)?10°C的馬弗爐中高溫?zé)Y(jié)3h ; 五、 將步驟四高溫?zé)Y(jié)后的納米紙?jiān)跐舛葹?. 1?0. 5mol/L的硝酸銀溶液中，避光浸 泡3?10h，然后在50°C下烘干5h ; 六、 將步驟五烘干后的納米紙?jiān)谌展庀抡丈??10h，然后將日照后的納米紙與玻璃纖 維預(yù)浸料或碳纖維預(yù)浸料經(jīng)真空熱壓后，即得到所述的復(fù)合材料； 其中，三個(gè)高低速滾輪的剪切速度比為1:3:9,滾輪間的間隙分別為20?30um、10? 20um和5um ;所述的納米管為多壁或者單壁納米管。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有紅外隱身及防雷擊性能的高導(dǎo)電性碳納米管紙復(fù) 合材料的制備方法，其特征在于步驟一中納米管與聚乙二醇對(duì)異辛基苯基醚的質(zhì)量比為 1:10 ?20。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有紅外隱身及防雷擊性能的高導(dǎo)電性碳納米管紙復(fù) 合材料的制備方法，其特征在于步驟二中納米管的濃度為l〇〇mg/L?400mg/L。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有紅外隱身及防雷擊性能的高導(dǎo)電性碳納米管紙復(fù) 合材料的制備方法，其特征在于步驟二中超聲破碎儀的功率為750W，放大倍率為40%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有紅外隱身及防雷擊性能的高導(dǎo)電性碳納米管紙復(fù) 合材料的制備方法，其特征在于步驟三中濾膜為20 μ m的濾膜。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有紅外隱身及防雷擊性能的高導(dǎo)電性碳納米管紙復(fù) 合材料的制備方法，其特征在于步驟五中硝酸銀溶液的濃度為〇. 2?0. 4mol/L。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種具有紅外隱身及防雷擊性能的高導(dǎo)電性碳納米管紙復(fù) 合材料的制備方法，其特征在于步驟五中硝酸銀溶液的濃度為〇. 3mol/L。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有紅外隱身及防雷擊性能的高導(dǎo)電性碳納米管紙復(fù) 合材料的制備方法，其特征在于步驟五中避光浸泡4?9h。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種具有紅外隱身及防雷擊性能的高導(dǎo)電性碳納米管紙復(fù) 合材料的制備方法，其特征在于步驟五中避光浸泡5?7h。
10. -種具有紅外隱身及防雷擊性能的高導(dǎo)電性碳納米管紙復(fù)合材料的應(yīng)用，其特征 在于它用于制備紅外隱身和防雷擊復(fù)合材料。
【文檔編號(hào)】B32B38/08GK104260514SQ201410465629
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】冷勁松, 劉彥菊, 楚合濤, 張志春 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)