專利名稱：用于制造集成雷擊防護材料的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供用于制造集成雷擊防護材料的系統(tǒng)和方法。更具體地說，本發(fā)明提供 用于將集成的金屬樹脂雷擊防護材料在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上的自動敷設(shè)制造的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
航空器和航天器結(jié)構(gòu)的制作開始越來越多地使用復(fù)合材料，例如碳纖維增強塑料 (CERP)，而不是使用先前的鋁合金和類似的金屬材料，這很大程度上是因為復(fù)合材料改進 了結(jié)構(gòu)性能，提供了良好的強度和剛度特性，并降低了飛行器重量。但是，復(fù)合材料導(dǎo)電能 力不如金屬材料，并且抗雷擊能力不如金屬。復(fù)合材料不能像金屬材料那樣將來自于雷擊 的電流和熱迅速地分散開，在50，000伏時該電流通?？蛇_約100，000安培。為了給復(fù)合材 料結(jié)構(gòu)(例如航空器和航天器結(jié)構(gòu))提供雷擊防護，發(fā)展出一些已知的系統(tǒng)和方法。有些 已知的系統(tǒng)和方法將金屬導(dǎo)體附加于或者將不同結(jié)構(gòu)的金屬箔系統(tǒng)結(jié)合于航空器的復(fù)合 材料外表面，例如機翼和機身上的蒙皮板上，以提供改進的導(dǎo)電性能，并將電流從飛行關(guān)鍵 區(qū)域和下層飛機部件上分散和轉(zhuǎn)移出去，以此最小化來自于雷擊事件的物理損害。金屬導(dǎo) 體附加物可以包括基于貼面的系統(tǒng)(appliqu6-baSed system)，所述基于貼面的系統(tǒng)使用 施加于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)表面并且用粘合劑固定到表面上的交替的絕緣材料層和導(dǎo)電材料層。 這將下層飛機部件從雷擊中隔離出來，并為快速分散和耗散雷電電流和熱量提供了傳導(dǎo)通 路。金屬箔系統(tǒng)的結(jié)合可以包括銅箔或者鋁箔的使用，銅箔或者鋁箔既可以是實心形式的 也可以是板網(wǎng)(expanded mesh)形式的，它們被層壓入復(fù)合材料或者與復(fù)合材料一起被固 化(co-cured)。這一系統(tǒng)為雷電電流的轉(zhuǎn)移和分散提供了傳導(dǎo)通路，結(jié)合特殊緊固件和其 它特征，為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)提供了一定程度的雷擊防護。但是，這類已知的系統(tǒng)和方法經(jīng)常包 含手工的、繁瑣的并且耗時的多種材料部件敷設(shè)工作，這些敷設(shè)工作對于雷擊防護系統(tǒng)的 有效集成是必需的。此外，用于雷擊防護的已知系統(tǒng)和方法通常通過下面的方式制作分別鋪設(shè)表面 修整頂層，其為后續(xù)的頂涂層完成系統(tǒng)提供一光滑的表面；鋪設(shè)傳導(dǎo)雷電電流的金屬箔層； 和鋪設(shè)可選的隔離層，其通常為樹脂增強纖維玻璃板，以防止電偶腐蝕并改善導(dǎo)致油漆開 裂和層間開裂的熱膨脹失配。例如，在美國專利US_5，225，265中公開的用于復(fù)合材料結(jié)構(gòu) 的雷擊防護材料，其中，環(huán)氧樹脂層和金屬箔層并不是集成的，而是分別被鋪設(shè)于彼此的頂 部。但是，這些已知的多層系統(tǒng)的分層鋪設(shè)耗時而且勞動強度高。此外，隨著材料起皺、污 染和處理不當(dāng)會出現(xiàn)一些問題。當(dāng)材料被分別施加時，材料對工具或者對復(fù)合材料基材如 何附著也是一個挑戰(zhàn)。有些材料供應(yīng)商提供了集成的延展金屬箔和環(huán)氧基薄膜，它們最低限度地改善 了制造流程的耗時和處理。例如，美國專利US 5，470，413公開了一種已知的(防)雷擊 復(fù)合材料的加工過程，其提供了一種多層復(fù)合材料，所述多層復(fù)合材料包括延展金屬箔層， 單獨的環(huán)氧基樹脂薄膜層和載體層。另一已知的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)雷擊防護系統(tǒng)在美國專利 US7, 277, 266中被公開，所述系統(tǒng)涉及一種雷電防護貼面。但是，這一已知系統(tǒng)使用了非共同固化的貼面，并且使用了壓敏粘合劑。而且，這些已知的系統(tǒng)不允許應(yīng)用支持大批量生成 過程的自動制造過程，特別是自動處理、切割和敷設(shè)過程。此外，已知的集成系統(tǒng)還需要附 加的鋪面層或表面修整層，例如環(huán)氧鋪面層，以提供足夠的修整、密封和光滑性來滿足宇航 應(yīng)用的環(huán)境要求。而有些已知系統(tǒng)可以被設(shè)計為滿足環(huán)境要求，它們在自動化能力和最小 重量的限制方面沒有被優(yōu)化。為雷擊防護和/或環(huán)境耐久性而設(shè)計的集成系統(tǒng)在制造時沒 有考慮撓性和附著性的要求。它們的兩側(cè)均沒有粘性(tack)，所以它們不能容易地被安放 于曲面形狀的表面上。此外，為將材料穩(wěn)定地盤繞于自動敷設(shè)系統(tǒng)上，在兩側(cè)上均有粘性是 必需的。如果有些次要的集成系統(tǒng)，其可以僅在一側(cè)有粘性。由此可見，需要一種制造集成雷擊防護材料的系統(tǒng)和方法，其沒有那些與已知系 統(tǒng)和方法相關(guān)聯(lián)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
對制造集成的雷擊防護材料的系統(tǒng)和方法的需求通過本發(fā)明得以滿足，本發(fā)明的 方法和系統(tǒng)沒有與已知系統(tǒng)和方法相關(guān)聯(lián)的問題，同時又是獨特、非顯而易見和先進的系 統(tǒng)和方法。沒有已知的系統(tǒng)和方法提供了在這里討論的全部多種優(yōu)點。不同于已知的系統(tǒng) 和方法，本發(fā)明提供了下列優(yōu)點中的一個或者多于一個所述系統(tǒng)和方法提供了對通常是 環(huán)氧基的樹脂薄膜、延展金屬箔和在紙基載體紙上的附著層的集成，以使得其能夠在各種 不同的自動敷設(shè)機上被加工，以對大批量加工過程，例如處理、切割和敷設(shè)提供支持，并支 持雷電防護復(fù)合材料蒙皮系統(tǒng)的大批量鋪設(shè)；所述系統(tǒng)和方法提供將延展金屬和通常是環(huán) 氧基的樹脂薄膜材料部件集成為一單獨的集成產(chǎn)品，其可與現(xiàn)有的復(fù)合材料帶和織物自動 敷設(shè)機一起使用，以用于快速和有效地在扁平和有曲面的復(fù)合材料蒙皮結(jié)構(gòu)上的材料敷設(shè) 或安置，以提供對諸如雷擊等電磁影響的防護；所述系統(tǒng)和方法提供了一種兩側(cè)帶有粘性 的材料，所述粘性對于穩(wěn)定地盤繞材料是必需的；所述系統(tǒng)和方法提供了一種集成的材料， 其既是環(huán)境耐久性的，又是能夠無縫地與曲面料帶鋪設(shè)機、真空輔助整體敷設(shè)或安置系統(tǒng) 和其它自動敷設(shè)機配合工作的；所述系統(tǒng)和方法提供了改善的制造流程耗時、改善的材料 一致性、減少的勞動工時和資源以及最小化的處理和污染關(guān)注；所述系統(tǒng)和方法提供了作 為獨立系統(tǒng)的自動化，該自動化使獨立系統(tǒng)能夠滿足應(yīng)對電磁影響、防護和環(huán)境性能要求 而不需要附加額外的表面、額外的隔離層或者額外的金屬；所述系統(tǒng)和方法提供具有改善 的撓性的材料，該撓性使得在χ-y平面內(nèi)彎曲或者在ζ平面內(nèi)彎曲更容易；所述系統(tǒng)和方法 提供了來自于錯誤處理、污染、起皺或者其它制造缺陷的廢棄零件或者材料的數(shù)量的減少； 所述系統(tǒng)和方法沒有或者只有最低限度的對于將材料敷設(shè)于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上所需的附加 設(shè)備的開發(fā)要求；并且，所述系統(tǒng)和方法提供了在外觀和潛在缺陷和不規(guī)則的數(shù)量方面的 全面改進的復(fù)合材料零件，同時提供了改進了的對雷擊和電磁影響的防護，和改進了的使 用壽命期間的環(huán)境耐久性。在本發(fā)明一實施例中，提供適于在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上進行自動敷設(shè)的集成的雷擊防 護系統(tǒng)，其包括由有機聚合物樹脂組成的鋪面層、延展金屬箔導(dǎo)電層、隔離層和載體紙層。在本發(fā)明另一實施例中，提供了集成的雷擊防護系統(tǒng)，其包括集成的雷擊防護材 料，所述材料由安置于載體紙上的封裝在有機聚合物樹脂中的延展金屬箔構(gòu)成；自動敷設(shè) 機，其適于將材料敷設(shè)于航空器復(fù)合材料零件上，以保護復(fù)合材料零件免受雷擊的影響。
在本發(fā)明另一實施例中，提供制造具有雷擊防護功能的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的方法，其 包括將集成的雷擊防護材料裝入自動層壓機，其中雷擊防護材料包括安置于載體紙上的 封裝在有機聚合物樹脂中的延展金屬箔；和，將材料層壓在復(fù)合材料蒙皮的暴露表面上，以 形成具有雷擊防護功能的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。


前述的和其它的優(yōu)點和特征以及實現(xiàn)它們的方式，在考慮結(jié)合了介紹優(yōu)選和示例 性實施例的附圖的下面的詳細描述后，將變得顯而易見，但是所述附圖不是必需按照比例 繪制，其中圖1是顯示航空器上不同雷擊區(qū)域的航空器頂視圖；圖2是顯示本發(fā)明的多層雷擊防護材料系統(tǒng)的示意圖；圖3是顯示前體材料的示意圖，該前體材料被轉(zhuǎn)換成本發(fā)明的多層雷擊防護材料 系統(tǒng)集成產(chǎn)品；圖4是曲面料帶鋪設(shè)機的后視透視圖，該曲面料帶鋪設(shè)機將本發(fā)明的集成雷擊防 護材料系統(tǒng)鋪設(shè)于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上；圖5是圖4中曲面料帶鋪設(shè)機的側(cè)視透視圖，該曲面料帶鋪設(shè)機將本發(fā)明的集成 雷擊防護材料系統(tǒng)鋪設(shè)于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上；圖6是圖4中曲面料帶鋪設(shè)機的前視透視圖，該曲面料帶鋪設(shè)機將本發(fā)明的集成 雷擊防護材料系統(tǒng)鋪設(shè)于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上；圖7是本發(fā)明的集成雷擊防護材料系統(tǒng)在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上最終或完成敷設(shè)的前 視透視圖；圖8是本發(fā)明的兩個集成雷擊防護材料系統(tǒng)在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上完成敷設(shè)的前視 透視圖。
具體實施例方式參考附圖，本發(fā)明的實施例將在下面被充分描述，在附圖中，本發(fā)明實施例被示 出，但并未被全部示出。事實上，可以提供一些不同的實施例，并且不應(yīng)認為本發(fā)明僅限于 此處所列的實施例。確切地說，提供這些實施例以使得本公開徹底和完整，并且將向本領(lǐng)域 技術(shù)人員充分地傳遞關(guān)于本發(fā)明范圍的信息。本發(fā)明涉及雷擊防護系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法適于在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)或者零件 上的自動敷設(shè)或者層壓，例如在航空器和航天器的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)或者零件上的自動敷設(shè)或 者層壓?，F(xiàn)參考附圖，圖1是顯示航空器上不同雷擊區(qū)域的航空器10的頂視圖。航空器10 上這些有高直接雷擊概率的區(qū)域可以包括機翼區(qū)域12、翼尖區(qū)域14、機鼻區(qū)域16、機身區(qū) 域18和機尾區(qū)域20。圖2是顯示本發(fā)明的集成的多層雷擊防護系統(tǒng)的示意圖，所述系統(tǒng)適于自動敷設(shè) 在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上，例如航空器機翼區(qū)域、翼尖區(qū)域、機身區(qū)域、機尾區(qū)域或者機鼻區(qū)域上。 本發(fā)明包含了集成的金屬樹脂雷擊防護材料系統(tǒng)，所述系統(tǒng)由幾個部件組成，其中每一部 件均對理想的雷電防護、環(huán)境性能以及自動化制造進行了具體優(yōu)化。系統(tǒng)包括由有機聚合 物樹脂構(gòu)成的鋪面層或表面修整層22。優(yōu)選地，有機聚合物樹脂包括部分固化的酚醛環(huán)氧樹脂，例如可從馬里蘭州Havre de Grace的西塔克工程材料公司(Cytec Engineered Materials, Inc.)得到的 Cytec Metlbond 1515-3 或者 Cytec SurfaceMaster 905。但是， 其它合適的有機聚合物樹脂也可被采用。優(yōu)選地，鋪面層是環(huán)氧基的并且其被設(shè)計成封裝 導(dǎo)電層24并對導(dǎo)電層24的環(huán)境加以保護，如下所述，并且其可被設(shè)計作為表面準備和噴漆 系統(tǒng)施加的犧牲層和提供犧牲層。優(yōu)選地，鋪面層的厚度在0. 002英寸到0. 075英寸范圍 內(nèi)。優(yōu)選地，鋪面層的重量在0.015磅每平方英尺(psf)到0.070psf范圍內(nèi)。
如圖2所示，集成的多層雷擊防護系統(tǒng)進一步包括與鋪面層22相鄰的導(dǎo)電層24。 所述導(dǎo)電層包括延展的箔。導(dǎo)電層24引導(dǎo)雷電電流離開連接點，和/或保護電子/電氣系 統(tǒng)不受干擾信號影響。優(yōu)選地，導(dǎo)電層的延展金屬箔包括銅、鋁、鈦、鎳、青銅、金、銀和它們 的合金或者其它導(dǎo)電金屬。優(yōu)選地，導(dǎo)電層的厚度在0.0015英寸到0.006英寸范圍內(nèi)。優(yōu) 選地，導(dǎo)電層的重量在0.086psf到0. IOOpsf范圍內(nèi)。延展金屬箔優(yōu)選地是實心金屬箔，因 為它們重量輕并且由于它們在x_y平面及ζ平面上的屈伸能力從而提供自動化性的潛力。如圖2所述，集成的多層雷擊防護系統(tǒng)進一步包括一隔離或者附著層或粘接層 26，以便在需要時將導(dǎo)電層從下層的碳纖維增強塑料層壓板流電隔離開(即，鋁合金)。隔 離或者附著層與導(dǎo)電層相鄰。優(yōu)選地，隔離或者附著層包括環(huán)氧基樹脂材料、玻璃纖維環(huán) 氧預(yù)浸材料、薄粘接材料或者其它有機聚合物樹脂。隔離或者附著層上的粘合劑提供了粘 性，所以隔離或者附著層可以粘在載體紙層28的一側(cè)，并且能夠改善相鄰的碳纖維增強塑 料層的施加。在特定實施例中，隔離或者附著層可以與鋪面層有相同的成分。優(yōu)選地，隔離 或者附著層的厚度在0. 0015英寸到0. 005英寸范圍內(nèi)。優(yōu)選地，隔離或者附著層的重量在 0. 015psf 到 0. 060psf 范圍內(nèi)。如圖2所示，集成的多層雷擊防護系統(tǒng)進一步包括與隔離或者附著層相鄰的載體 紙層28。優(yōu)選地，載體紙層包括帶有可變粘性的合適的紙。更為優(yōu)選地，載體紙層有低的或 者中等的粘性。優(yōu)選地，載體紙層具有有機硅脫離劑。有機硅提供了光滑的表面以從紙上 移除雷擊防護材料。優(yōu)選地，載體紙層的厚度在0.004英寸到0.008英寸范圍內(nèi)。當(dāng)材料 被敷設(shè)在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上時，載體紙層優(yōu)選地被移除和丟棄。這樣，當(dāng)載體紙層被從隔離或 者附著層上移除時，當(dāng)材料被敷設(shè)或者鋪設(shè)在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上時，隔離或者附著層的暴露 出的粘性側(cè)被貼在了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的表面。盡管撓性是使得可自動化性成為可能的主導(dǎo)特性，整個系統(tǒng)的厚度、材料粘性以 及載體紙粘性和厚度也是重要的。有些實施例會要求非常特定的紙張?zhí)匦?。例如，較薄的 箔-樹脂薄膜系統(tǒng)要求較厚的載體紙。根據(jù)對金屬系統(tǒng)和自動敷設(shè)機的適當(dāng)性和兼容性 來選擇隔離或者附著層，該金屬系統(tǒng)為該自動敷設(shè)機或貼片機而設(shè)計。優(yōu)選地，延展金屬 箔被樹脂封裝，并被安置于載體紙上，并按自動敷設(shè)機要求的寬度被卷在一芯軸上。所用 的箔和樹脂的類型取決于雷擊和耐久性要求。為使得系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動化，如粘性和撓性 等這些參數(shù)被優(yōu)化。集成材料優(yōu)選地被通過在樹脂被制成薄膜的同時將延展金屬箔同步 (in-line)地嵌入聚合物樹脂中而制成，或者，用后加工的方式制成，其中部分固化的樹脂 已經(jīng)被制成薄膜而延展金屬箔被夾在樹脂薄膜層和隔離或者附著層之間，或者樹脂薄膜層 和樹脂薄膜層之間圖3是顯示前體材料“A”的示意圖，所述前體材料“A”包括鋪面層22以及纖維增 強材料層30，例如稀織品載體，其通常包括玻璃纖維或者碳增強纖維、織席或者針織聚酯纖維。前體材料“Α”進一步包括導(dǎo)電層24、隔離或者附著層26和載體紙層28。前體材料被 組合并集成以形成一集成的產(chǎn)品“B”，B包括由鋪面層22與纖維增強材料層30、導(dǎo)電層24 和隔離或者附著層26集成的多層，隔離或者附著層26被鋪設(shè)于載體紙層28上。優(yōu)選地，集成的多層雷擊防護系統(tǒng)在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上的自動敷設(shè)通過自動敷設(shè) 或者層壓機執(zhí)行，例如通過曲面料帶鋪設(shè)機或者真空輔助整體敷設(shè)系統(tǒng)執(zhí)行。優(yōu)選地，本 發(fā)明所使用的曲面料帶鋪設(shè)機可從俄亥俄州辛辛那提的MAG Cincinnati、法國圖盧茲的 Forest-Line或者西班牙潘普洛納的M. Torres獲得。優(yōu)選地，曲面料帶鋪設(shè)機能夠以高速 率將復(fù)合材料料帶鋪設(shè)于大型曲面零件上并且通?？扇菁{寬度為6英寸或者12英寸的雷 擊防護材料。真空輔助整體敷設(shè)系統(tǒng)具有較大的表面面積并能夠容納寬度達48英寸的雷 電防護材料。雷擊防護系統(tǒng)被裝載于自動敷設(shè)機上，并且自動敷設(shè)機將雷擊防護系統(tǒng)鋪設(shè) 或者層壓于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)或者工具上。具有集成的雷擊保護材料的被層壓加工的復(fù)合材料 結(jié)構(gòu)或者零件稍后可被裝配在航空器中。圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的集成的雷擊防護材料32，其通過傳統(tǒng)的曲面 料帶鋪設(shè)機或靠模料帶鋪設(shè)機(contour tape laying machine) 36被敷設(shè)或者鋪設(shè)在復(fù)合 材料蒙皮34的暴露表面上。圖4顯示沿方向40鋪設(shè)材料32的曲面料帶鋪設(shè)機或靠模料 帶鋪設(shè)機36的后端38的后視透視圖。圖5是圖4中的沿方向40將本發(fā)明的集成的雷擊 防護材料32鋪設(shè)于復(fù)合材料蒙皮34之上的曲面料帶鋪設(shè)機36的側(cè)面42的側(cè)視透視圖。 圖6是圖4中的沿方向40將本發(fā)明的集成雷擊防護材料32鋪設(shè)于復(fù)合材料蒙皮34之上 的曲面料帶鋪設(shè)機36的前端44的前視透視圖。圖7是通過曲面料帶鋪設(shè)機將兩片本發(fā)明 的集成雷擊防護材料32最終敷設(shè)或者層壓在復(fù)合材料蒙皮34之上的前視透視圖。最終或 完成敷設(shè)或者層壓材料32具有開始端48，在此處，材料32中一片的開始端48輕微地與材 料32中另一片的開始端相重疊。最終敷設(shè)材料32中的每一片均具有以微小角度鋪設(shè)的間 隔開的側(cè)端50。最終敷設(shè)材料32中的每一片都具有結(jié)束端52，在此處，材料32中一片的 結(jié)束端52與材料32中另一片的結(jié)束端52形成一小的縫隙46。通過本發(fā)明能夠精確地控 制在何處和如何將材料敷設(shè)或者鋪設(shè)在復(fù)合材料蒙皮上或者工具上。
敷設(shè)在復(fù)合材料蒙皮34上的前視透視圖。最終敷設(shè)或者層壓材料32、54具 有開始端56，在此處，材料32的開始端56與材料54的開始端56相重疊。最終敷設(shè)材料 32,54中的每一片均具有結(jié)束端58，在此處，材料32的結(jié)束端58與材料54的結(jié)束端58間 隔開。材料32、54的結(jié)束端58形成曲線60，并且由于從開始到結(jié)束每一片被連續(xù)地鋪設(shè)， 曲率半徑隨著隨后被鋪設(shè)的片而減小。通過本發(fā)明能夠精確地控制在何處和如何將材料敷 設(shè)或者鋪設(shè)在復(fù)合材料蒙皮上或者鋪設(shè)工具上。本發(fā)明的雷電防護材料和系統(tǒng)的優(yōu)點包括 其順應(yīng)曲面的能力和在x_y平面上和ζ平面上彎曲的能力，這是由于在樹脂薄膜間的延展 金屬箔的幾何特性所致。在另一實施例中，本發(fā)明涉及的集成的雷擊防護系統(tǒng)包括集成的雷擊防護材料， 所述材料由安置于載體紙上的封裝在有機聚合物樹脂中的延展金屬箔構(gòu)成，以及自動敷設(shè) 機，其適于將材料敷設(shè)于航空器的復(fù)合材料零件上以保護該復(fù)合材料零件免于雷擊。優(yōu)選 地，自動鋪設(shè)包括曲面料帶鋪設(shè)機。應(yīng)注意到，如上所述并聯(lián)系附圖的與本發(fā)明實施例相關(guān) 的細節(jié)，同樣適用于本發(fā)明這一實施例的細節(jié)。
在另一實施例中，本發(fā)明涉及用于制造具有雷擊防護的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的方法。所 述方法包括將集成雷擊防護材料裝載于自動層壓機中的步驟。優(yōu)選地，雷擊防護材料包括 被安置于載體紙上的封裝在有機聚合物樹脂中的延展金屬箔。所述方法進一步包括將雷擊 防護材料層壓在復(fù)合材料蒙皮的暴露表面上以形成具有雷擊防護能力的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的 步驟。優(yōu)選地，自動層壓機包括曲面料帶鋪設(shè)機。優(yōu)選地，所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)包括航空器機 翼區(qū)域、機身區(qū)域、機尾區(qū)域或者機鼻區(qū)域。優(yōu)選地，所述方法在環(huán)境溫度下進行，并且優(yōu)選 地，取決于要進行層壓的復(fù)合材料的大小，所述方法的執(zhí)行時間能夠以小時為量級。應(yīng)注意 至IJ，如上所述并聯(lián)系附圖的與本發(fā)明實施例相關(guān)的細節(jié)，同樣適用于本發(fā)明這一實施例的 細節(jié)。本發(fā)明提供一種集成的材料，該材料既是環(huán)境耐久的又能夠無縫地與曲面料帶鋪 設(shè)機和其它自動敷設(shè)機配合工作。本發(fā)明所涵蓋的材料系統(tǒng)的設(shè)計有明確的自動化目的， 并且被設(shè)計成為能夠滿足電磁影響防護(例如對雷擊的防護)和環(huán)境防護性能要求的獨 立系統(tǒng)。本發(fā)明提供了改進的制造流程時間、減少的勞力和資源(要求)、最小化的處理和 污染關(guān)注，并且提供了在外觀和潛在缺陷和不規(guī)則的數(shù)量方面而言的改進了的復(fù)合材料零 件，同時提供了改進的雷擊和電磁影響防護以及改進了的使用壽命期間的環(huán)境耐久性。
本發(fā)明的許多改進和其它實施例可被本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所意識到，這些 改進和實施例也具有在前面描述和附圖中所展示的教導(dǎo)所帶來的益處。因此，應(yīng)理解本發(fā) 明不限于所公開的具體實施例，并且改進和其它實施例也意在包括于所附權(quán)利的范圍內(nèi)。 盡管此處用到了具體的術(shù)語，它們僅僅是在一般意義和描述意義上被使用的，并且沒有限 制的目的。
權(quán)利要求
1.一種集成的雷擊防護系統(tǒng)，其適于自動敷設(shè)在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上，包括 鋪面層，其由有機聚合物樹脂構(gòu)成；延展金屬箔的導(dǎo)電層； 隔離層；和 載體紙層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述有機聚合物樹脂包括酚醛環(huán)氧樹脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述鋪面層的厚度在0.002英寸到0. 075英寸范 圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述鋪面層的重量在0.015psf到0. 070psf范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述延展金屬箔包括從銅、鋁、鈦、鎳、青銅、金、銀 和它們的合金所組成的組中選擇的金屬。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述導(dǎo)電層的厚度在0.0015英寸到0. 006英寸范 圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述導(dǎo)電層的重量在0.086psf到0. IOOpsf范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述隔離層包括從環(huán)氧基樹脂材料、玻璃纖維環(huán) 氧預(yù)浸材料、薄粘合劑材料和有機聚合物樹脂所組成的組中選擇的材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述隔離層的厚度在0.0015英寸到0. 005英寸范 圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述隔離層的重量在0.015psf到0. 060psf范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述載體紙層包括具有可變粘度的紙。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述載體紙層的厚度在0.004英寸到0. 008英寸 范圍內(nèi)。
13.一種用于制造具有雷擊防護能力的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括將集成的雷擊防護材料裝載于自動層壓機中，其中所述雷擊防護材料包括安置于載體 紙上的封裝在有機聚合物樹脂中的延展金屬箔，和將所述材料層壓在復(fù)合材料蒙皮的暴露表面，以形成具有雷擊防護能力的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述自動層壓機包括曲面料帶鋪設(shè)機。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)包括航空器機翼區(qū)域、翼尖 區(qū)域、機身區(qū)域、機尾區(qū)域或者機鼻區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明涉及適于自動敷設(shè)在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上的集成的雷擊防護系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括由有機聚合物樹脂構(gòu)成的鋪面層、延展金屬箔的導(dǎo)電層、隔離/附著層和載體紙層。在本發(fā)明另一實施例中，提供集成的雷擊防護系統(tǒng)，其包括集成的雷擊防護材料，所述材料由安置于載體紙上的封裝在有機聚合物樹脂中的延展金屬箔構(gòu)成，以及自動敷設(shè)機，其適于將所述材料敷設(shè)于航空器的復(fù)合材料零件上以保護該復(fù)合材料零件免于雷擊影響。在本發(fā)明另一實施例中，提供用于制造具有雷擊防護能力的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的方法。
文檔編號B32B3/24GK102006995SQ200980113022
公開日2011年4月6日 申請日期2009年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月14日
發(fā)明者A·H·源, A·O·沙夫 申請人:波音公司