碳纤维复合材料中隔离层增强雷击防护 马耀涵翻译

马耀涵翻译制作

第一作者：云李果，永政墟，连章句，秀亭圩，七东，小颐，虞西家

研究亮点：

碳纤维复合材料中为了加强雷击防护，采用玻璃纤维作为隔离层

成果摘要：

因此，小组研究了防腐用玻璃纤维隔离层对碳纤维增强塑料雷击防护的影响。 实验表明，玻璃纤维隔离层提高了碳纤维增强塑料的最小二乘效率。 玻璃纤维固有的电绝缘、隔热、耐火特性，可以构建隔离层，抑制闪电的电热进入下面的碳纤维增强塑料，防止碳纤维增强塑料被内部焦耳热和外部热烧蚀。

最小二乘法：数学优化技术。 通过最小化误差的平方和来寻找数据的最佳函数匹配。

要点1 :碳纤维复合材料中采用玻璃纤维作为阻挡层的原理

为了消除金属材料的电蚀，通常建议在金属材料层与碳纤维增强塑料基板之间插入隔离层，其中玻璃纤维通常首选[ 13 ]。 由于玻璃纤维是电绝缘的，对消除电蚀的影响是明显的。

重点2 :实验研究了玻璃纤维隔离层对碳纤维复合材料最小二乘性能的影响。

由不具有玻璃纤维阻挡层的膨胀金属箔保护的碳纤维复合材料层压板和瓦状制造，标准化的雷电流波形(波形c和波形d )。 然后通过目视、超声扫描、剩余强度试验评估雷击后损伤。 最后，讨论了玻璃纤维隔离层的潜在最小二乘原理。

重点3 :实验结果和讨论

1 .采用波形c进行雷击测试

图1碰撞前，碳纤维增强材料和ECF受到波形c.( )； 罢工中； 罢工之后。 是用每秒25帧的视频拍摄的。

图2波形c.(a1-e1 )接受满量程样品目视检测； ( a2-e2 )损伤区域的扩大。

本研究将波形c设定为400，为满足200库仑的电荷转移，持续0.5 s。 闪电袭来时，耀眼的闪光和巨响立即出现，火花、火焰、烟雾接踵而至(图1 )。 发现蒸发的金属飞散散乱，显示了波形c的修复热烧蚀效果。

在波形c下的ECF组( CC1和CC1G1 ) )中，玻璃纤维隔离层的LSP能力似乎更明显。 CC1中碳纤维增强塑料层积体最外层严重损伤，表现为45平行条纹，其中部分碳纤维成束剥落。 但是，在CC1G1(图2 e2 )中，可以避免损伤的纤维条。 CC1G1完整的玻璃纤维表面表明基础碳纤维增强塑料保持了完整性。 因此，再次证明了玻璃纤维阻挡层显著的LSP效应。

2 .使用波形d的雷击测试

波形d的闪电现象与波形c相似，但其声音(冲击波)大于波形c，火花、火焰、烟雾弱于波形c。

波形d的结果再次确认了玻璃纤维隔离层的最小二乘效应。 值得注意的是，在波形c和d下，玻璃纤维的最小二乘效应在ECF组比电弧炉组更为明显。 这意味着碳纤维布的最小二乘层越弱，或者碳纤维布遇到的闪电越重，玻璃纤维隔离层的作用越大。 因此，隔离层是碳纤维增强材料的最后一道防线。

3 .闪电后试样剩余强度试验

图3 ) a )样品中样品的位置； ) b )试样上部的压缩破坏) c )试样下部有拉伸破坏

为了进一步验证玻璃纤维阻挡层的LSP效应，根据美国材料试验标准D 7264，采用三点弯曲技术评估雷击后的剩余强度。 弯曲试验使用的试料( 100mm40mm )是从闪电后试料最严重的损伤区域切出的(图3a )。 闪电损伤的一侧朝下，样品放置在两个支架上(跨度为60毫米)。 样品的上侧受到压缩破坏(图9b )，下侧受到拉伸破坏)图3c。 相应的未碰撞优惠券( A1、A1G1、C1、C1G1 )测试剩余强度和模量作为参考。

根据表2的残留强度和模量的数据，具有玻璃纤维的试样( CA1G1、CC1G1、DA1G1和DC1G1) )比不具有玻璃纤维的对应的试样( CA1、CC1、DA1和DC1 ) )的残留强度和模数高侧向强度和模量的提高表明，玻璃纤维隔离层在不导电的情况下，插在LSP层与碳纤维增强塑料之间具有明显的LSP效应。

要点4 :结论

本研究利用标准闪电波形研究了玻璃纤维隔离层对碳纤维复合材料的LSP效应。 实验结果证明了玻璃纤维的LSP效应，尽管玻璃纤维原本是为消除膨胀金属箔的电蚀而设计的。 玻璃纤维的LSP效应基于“隔离”机制，这可以用其电绝缘、隔热、耐火性能来解释。 作为一种电绝缘体，玻璃纤维可以防止闪电(电弧、电流等)向下穿透到下面的碳纤维增强塑料，避免碳纤维增强塑料因自身内部焦耳热而烧蚀。 玻璃纤维作为隔热材料，能阻止雷弧、火花热和低熔点玻璃纤维层的焦耳热传到下层碳纤维增强塑料中，抑制外部热对碳纤维增强塑料的烧蚀。 耐火性能可以抑制碳纤维燃烧，延长玻璃纤维寿命，阻隔更多的雷电流和热量。