Проводящий слой молниезащитного покрытия для полимерных композитов
CONDUCTIVE LAYER OF LIGHTNING PROTECTION COATING FOR POLYMER COMPOSITES

Изобретение относится к области самолетостроения и ветроэнергетики, в частности к молниезащитным покрытиям элементов конструкций из полимерных композиционных материалов и предназначено для токоотвода электрических зарядов молний и предотвращения разрушения композитов.
Из уровня техники известен молниезащитный слой внешней поверхности летательного аппарата, содержащий вязаную сетку, изготовленную из электропроводящей проволоки из материала, электрически совместимого с металлической конструкцией летательного аппарата, к которому он должен быть прикреплен. Вязаная проволочная сетка образует молниезащитный слой и поверхностный барьер для ограничения глубины поражения разрядом молнии (патент US 3755713, B64D 45/02, H05F 3/02, 28.08.1973).
Недостатком известного молниезащитного слоя является то, что, несмотря на свою эластичность сетка используется как электропроводящий слой для соединения с металлоконструкцией самолета лишь в нескольких местах (через крепежные винты) и не является защитным слоем для всей поверхности самолета, что ставит под сомнение надежность ее защиты от удара молнии.
Из уровня техники известна молниезащита с использованием легких электропроводящих покрытий, содержащих медную металлическую сетку (патент US 6432507, МПК В32В 15/08, В32В 3/12, В64С 1/00, B64D 45/02, 13.08.2002). Согласно этому патенту в качестве медной сетки предлагается применить металлотрикотажное полотно с поверхностной плотностью 70-105 г/кв.м и электропроводимостью 220-350 См (симменс). Недостатком этого технического решения является относительно низкая проводимость. Сочетание низкой весовой характеристики и электропроводности может быть реализовано в некоторых металлотрикотажных полотнах кулирных переплетений.
Увеличение количества проволок (проводников) в местах попадания молнии может привести к нежелательному для авиационных конструкций увеличению поверхностной плотности сетки. Поэтому важным для подобных легких покрытий является применить сопутствующие молниеотводу процессы, предотвращающие эффекты разрушения, которые достигаются использованием в сетках медных проволок, покрытых легкоплавкими припоями и пайкой проволочных петель. Под воздействием молнии происходит испарение припоя и распайка петель, что способствует диссипации энергии молнии и релаксации внутренних напряжений. В свою очередь, эти процессы предотвращают чрезмерное разрушение композита в месте привязки молнии.
Из уровня техники известно молниезащитное покрытие, содержащее проводящий слой из металлического трикотажного сетчатого полотна, изготовленного из одиночной тонкой медной проволоки, покрытой легкоплавким припоем (патент UA 64651, МПК- B64D 45/02, B21D 53/92, 15.02.2004) - прототип.
Недостатком данного покрытия является то, что проводящий слой, выполненный кулирным переплетением трикотажного полотна, как-то «ластик» или «кулирная гладь», или «фанг» имеет излишнюю частоту вертикальных столбиков, что увеличивает поверхностную плотность и вес полотна, а следовательно, вес покрытия, не обеспечивая выигрыш в удельной электропроводности.
Задачей заявленного изобретения является усовершенствование структуры трикотажного полотна проводящего слоя.
Технический результат при использовании заявленного изобретения состоит в снижении поверхностной плотности проводящего слоя при одновременном обеспечении оптимальной удельной электропроводности.
Указанный технический результат достигается тем, что в проводящем слое молниезащитного покрытия полимерных композитов, состоящем из металлической трикотажной сетки, изготовленной из одиночной тонкой медной проволоки, покрытой припоем, согласно изобретению, трикотажная сетка изготовлена переплетением производный ластик, при этом в каждом петельном ряду после каждой четной петли выполнена удлиненная протяжка, длина которой составляет, по меньшей мере, один петельный шаг.
Кроме того, одиночная медная проволока имеет диаметр 0,08-0,12 мм.
Изобретение иллюстрируется фотографиями, где
на фиг. 1 изображен проводящий слой молниезащитного покрытия прототипа по пат. UA 64651;
на фиг. 2 изображен заявленный проводящий слой молниезащитного покрытия.
Проводящий слой молниезащитного покрытия, изображенный на фиг. 1, представляет собой трикотажное полотно, выполненное переплетением ластик 1+1. Это переплетение с одинаковой лицевой и изнаночной стороной; в ластичном переплетении чередуются столбики петельных палочек со столбиками петельных дуг, а трикотаж называют двухлицевым. Такой трикотаж имеет высокую поверхностную плотность.
2
Заявленный проводящий слой молниезащитного покрытия, изображенный на фиг. 2, представляет собой трикотажное полотно, выполненное переплетением производный ластик, которое содержит на обеих сторонах полотна только лицевые петли с удлиненными протяжками, а именно: в каждом петельном ряду после каждой четной петли выполнена удлиненная протяжка, длина которой составляет, по меньшей мере, один петельный шаг. Поверхностная плотность заявленного проводящего слоя снижена на 7-15%, а также снижен расход медной проволоки и, соответственно, вес 1 м вязаного трикотажного полотна при обеспечении оптимальной удельной электропроводности и молниестойкости покрытия полимерных композитов.
Примеры исполнения изобретения.
Молниезащитные покрытия с проводящим слоем в виде вязаных сеток из медных проволок диаметром 0,08 мм, 0,10 мм и 0,12 мм были испытаны следующим образом. На образцы вязаных сеток шириной 350 мм в одинаковых условиях был нанесен оловянно-свинцовый припой ПОС-61, которым была произведена пайка сетки в местах соприкосновения прилегающих петель.
Образцы трикотажных полотен содержали первый тип вязаной сетки, изготовленной по прототипу (по пат. UA 64651) переплетением ластик 1+1; образцы второго типа - в соответствии с предложенным изобретением.
Изготовленные образцы вязаных сеток подвергались измерениям поверхностной плотности и удельного электросопротивления.
Удельное поверхностное электросопротивление количественно равняется электросопротивлению квадрата ее поверхности. Величина, обратная этому значению, определяется как удельная поверхностная электропроводность.
Поскольку электропроводность сетки связана с электросопротивлением сетчатого полотна обратно пропорциональной зависимостью, при ее измерений удобно пользоваться величиной среднего удельного кругового поверхностного электросопротивления и доступными приборами миллиомметрами при неразрушающем контроле изготовленного полотна.
Электропроводность сетчатого вязано-паяного полотна определяли методом неразрушающего контроля 4-зондовым методом на специальном приспособлении, в котором на диэлектрическом основании из текстолитового диска расположены токоподводы токовых и потенциальных электродов в виде трех концентрических проводящих (медных) колец вокруг центрального (осевого) токового электрода в виде медного стержня. Текстолитовый диск приспособления укладывается на сетку и своим весом обеспечивает плотный контакт электродов с сеткой. Токоотводы от токовых и потенциальных электродов в приспособлении выведены на цифровой прибор - миллиомметр марки SEW 4338 mo, заводской номер №1922505. Класс точности прибора в режиме измерения сопротивления составляет 0,1.
Как следует из представленной таблицы, использование проводящего слоя молниезащитного покрытия в соответствии с изобретением позволяет снизить поверхностную плотность вязаной сетки. Это достигается как в результате прямого снижения расхода медной проволоки в структуре переплетения производный ластик, так и за счет уменьшения количества применяемого припоя при пайке сетки.
Для определения молниестойкости углепластиковых панелей, покрытых вязано-паяной сеткой, изготовленной согласно изобретению и по прототипу, были изготовлены углепластиковые панели, которые подвергли испытанию разрядом имитированной молнии на сертифицированном разрядном стенде по режиму испытаний зоны 1А самолета. Стендовые испытания показали высокую молниестойкость панелей; молниезащитные покрытия
предотвратили сквозной пробой, а глубина кратера поражения ударом молнии при весьма высокой молниевой нагрузке в 200 кА, характерной для зоны поражения 1А, оказалась невысокой - до 0,25 мм на фронтальной поверхности панелей.