RU2217320C1 - Multilayer lightning-protective coating - Google Patents

Abstract

FIELD: production of lightning-protective coating for aircrafts. SUBSTANCE: invention presents a multilayer lightning-protective coating consisting of a dielectric layer made of a polymeric hardened die and a current- conducting layer made on the basis of high-strength carbon fibers. At that the current-conducting layer is made of two or more layers of a carbon fabric, located at an angle to each other. A polymeric binding substance with temperature of destruction equal to ≥ 250 C is injected in the interfiber space of the carbon fabric and the layers of the carbon fabric are connected to each other by the members providing heightened electrical conductivity between them. EFFECT: The given coating has heightened operational performances and is characterized by absence of corrosion. 6 cl, 1 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано для защиты от поражения молнией конструкций летательных аппаратов, выходящих на внешний контур и выполненных из проводящих полимерных композиционных материалов (ПКМ), в частности из углепластиков. The invention relates to aeronautical engineering and can be used to protect aircraft structures that are exposed to lightning from external conductors and are made of conductive polymer composite materials (PCM), in particular carbon fiber, from lightning damage.

В процессе полета наблюдается ориентирование разрядов молнии на углепластиковые конструкции летательных аппаратов, подобное ориентированию на конструкции из металлов. Поскольку углепластики являются "плохими" проводниками (их сопротивление на 3-4 порядка выше, чем у металлов), незащищенные углепластиковые конструкции внешнего контура получают повреждения, недопустимые по эксплуатационным и ресурсным требованиям. During the flight, orientation of lightning discharges to carbon fiber structures of aircraft is observed, similar to orientation to structures made of metals. Since carbon-fiber reinforced plastics are “bad” conductors (their resistance is 3-4 orders of magnitude higher than that of metals), unprotected carbon-fiber structures of the external contour receive damage that is unacceptable by operational and resource requirements.

При поражении молниевым разрядом углепластик получает повреждения в виде сквозного пробоя, расщепления на десятки сантиметров от канала разряда, расслоения материала и, как следствие, отрыва слоев в потоке воздуха при полете. Такой характер разрушения объясняется термической природой процесса, обуславливающей взрыв материала продуктами деструкции связующего. When struck by a lightning strike, CFRP receives damage in the form of through breakdown, splitting by tens of centimeters from the discharge channel, delamination of the material and, as a result, separation of layers in the air stream during flight. This nature of the destruction is explained by the thermal nature of the process, causing the explosion of the material by degradation products of the binder.

Так как распределение заряда при прохождении через углепластик происходит недостаточно быстро, существующие системы молниезащиты заключаются в обеспечении близких к металлическим конструкциям величин поверхностной электро- и теплопроводности. Достигается это путем нанесения на поверхность углепластиковых конструкций, выходящих на внешний контур, например, обшивок, специальных покрытий, обладающих высокими значениями проводящих характеристик (электро- и теплопроводности), например, в виде сплошных или дискретных металлических слоев. Такие высокопроводящие слои, функциональное назначение которых определяется как молниезащитное, принимают на себя основную нагрузку молниевого заряда, отделены от материала несущей конструкции слоем диэлектрика, обладающего высокой электрической прочностью. При воздействии молниевого разряда на углепластиковую конструкцию разрушения происходят в молниезащитном покрытии с сохранением эксплуатационных характеристик несущей конструкции. Since the charge distribution when passing through carbon fiber is not fast enough, existing lightning protection systems consist in providing surface electrical and thermal conductivity values close to metal structures. This is achieved by applying carbon-fiber structures to the surface that extend to the external circuit, for example, skins, special coatings with high values of conductive characteristics (electrical and thermal conductivity), for example, in the form of continuous or discrete metal layers. Such highly conductive layers, the functional purpose of which is defined as lightning protection, take on the main load of the lightning charge, separated from the material of the supporting structure by a dielectric layer having high electrical strength. When a lightning discharge acts on a carbon-fiber construction, destruction occurs in a lightning protection coating while maintaining the operational characteristics of the supporting structure.

Таким образом, молниезащитное покрытие представляет собой систему, состоящую из нескольких слоев:
а) основного токопроводящего слоя, обеспечивающего отвод и рассеивание электрической и тепловой энергии заряда молнии;
б) диэлектрического слоя, препятствующего распространению электрического заряда в материал несущей конструкции.Thus, lightning protection coating is a system consisting of several layers:
a) the main conductive layer, which provides the removal and dissipation of electrical and thermal energy of the lightning charge;
b) a dielectric layer that prevents the spread of electric charge in the material of the supporting structure.

Известно молниезащитное покрытие для конструкций из проводящих ПКМ, состоящее из внешнего металлического слоя (например, перфорированной фольги) и слоя диэлектрика под ним с высокой электрической прочностью. Защитное покрытие служит для отвода тока молнии с обшивки на металлические конструктивные элементы, что позволяет снизить разрушения при прямых и смещающихся разрядах молнии (Патент США 3755713, кл. H 05 F 1/02, 1973). Known lightning protection coating for structures made of conductive PCM, consisting of an external metal layer (for example, perforated foil) and a dielectric layer under it with high electric strength. The protective coating serves to drain the lightning current from the sheathing onto metal structural elements, which allows to reduce damage in direct and displaced lightning discharges (US Patent 3,755,713, class H 05 F 1/02, 1973).

Известны молниезащитное покрытие для конструкций из ПКМ, на поверхности которого располагается алюминиевая проволочная сетка, отводящая токи молниевого разряда (ЕПВ заявка 0302811, кл. В 32 В 31/16, 31/20, 1994), а также молниезащитное покрытие, в котором между диэлектрическими слоями стеклопластика размещена металлическая сетка из бронзового сплава (Патент Франции 2582987, В 29 С 67/12, 1987). Known lightning protection coatings for structures made of PCM, on the surface of which there is an aluminum wire mesh that discharges lightning currents (EPO application 0302811, class B 32 V 31/16, 31/20, 1994), as well as a lightning protection coating in which between dielectric fiberglass layers placed a metal mesh of a bronze alloy (French Patent 2582987, 29 C 67/12, 1987).

Недостатками таких покрытий, использующих различные металлические конструктивные элементы, являются большая масса, большой удельный привес защищаемой конструкции (до 400 г/м²), короткий срок службы из-за проявления коррозии.The disadvantages of such coatings using various metal structural elements are the large mass, large specific weight gain of the protected structure (up to 400 g / m ² ), short service life due to corrosion.

Наиболее близким по технической сущности и назначению к заявляемому изобретению является многослойное молниезащитное покрытие, состоящее из диэлектрического слоя, выполненного из полимерной (например, эпоксидной) отвержденной матрицы, и токопроводящего слоя, состоящего из никелевой проволоки или высокопрочных углеродных, арамидных, стеклянных или борных волокон, с нанесенным на них никелевым слоем. Покрытия получают методом спиральной намотки под углом от -30 до +60^o к оси вращения, причем никелевые или покрытые никелем волокна располагают на внешней поверхности конструкции и хотя бы частично погружают в поверхность пропитывающей смолы (Патент США 5132168, кл. 428/251, 1992).The closest in technical essence and purpose to the claimed invention is a multilayer lightning protection coating consisting of a dielectric layer made of a polymer (e.g. epoxy) cured matrix and a conductive layer consisting of nickel wire or high-strength carbon, aramid, glass or boron fibers, with a nickel layer applied to them. Coatings are obtained by spiral winding at an angle from -30 to +60 ^o to the axis of rotation, moreover, nickel or nickel-coated fibers are placed on the outer surface of the structure and at least partially immersed in the surface of the impregnating resin (US Patent 5132168, class 428/251, 1992 )

Недостатком этого покрытия являются недостаточно высокая молниестойкость, явление коррозии из-за используемого в покрытии никеля, а также возможность применения только в конструкциях, представляющих собой тела вращения, высокая трудоемкость и низкая технологичность вследствие применения метода спиральной намотки. The disadvantage of this coating is insufficiently high lightning resistance, the phenomenon of corrosion due to nickel used in the coating, as well as the possibility of use only in structures that are bodies of revolution, high labor intensity and low manufacturability due to the use of the spiral winding method.

Технической задачей изобретения является создание многослойного молниезащитного покрытия, обладающего повышенной молниестойкостью, отсутствием коррозии, которое получают по упрощенной технологии. An object of the invention is the creation of a multilayer lightning protection coating having increased lightning resistance, the absence of corrosion, which is obtained by simplified technology.

Для решения поставленной задачи предлагается многослойное молниезащитное покрытие, состоящее из диэлектрического слоя, выполненного из полимерной отвержденной матрицы, и токопроводящего слоя на основе высокопрочных углеродных волокон, отличающееся тем, что токопроводящий слой выполнен из двух или более слоев углеродной ткани, расположенных под углом друг к другу, в межволоконное пространство которой введено полимерное связующее с температурой деструкции ≥250^oС, причем слои углеродной ткани соединены между собой элементами, обеспечивающими повышение контактной электропроводности между ними.To solve this problem, a multilayer lightning protection coating is proposed, consisting of a dielectric layer made of a polymer cured matrix and a conductive layer based on high-strength carbon fibers, characterized in that the conductive layer is made of two or more layers of carbon fabric located at an angle to each other in interfiber space which is incorporated with a polymeric binder degradation temperature ≥250 ^o C, the carbon fabric layers interconnected elements, provide vayuschimi increase the electrical conductivity of the contact between them.

Для более быстрого отвода энергии электрического заряда при воздействии молнии применяют специальное ориентирование слоев углеродной ткани в токопроводящем слое под углом -30 - +60^o друг относительно друга.For faster removal of the energy of an electric charge when exposed to lightning, a special orientation of the layers of carbon fabric in the conductive layer at an angle of -30 - +60 ^o relative to each other is used.

Между слоями углеродной ткани располагают трансверсальноармирующие углеродные волокна, связывающие отдельные слои путем многослойного ткачества или прошивкой, причем количество трансверсальноармирующих волокон составляет 1 - 5 на 1 см².Between the layers of carbon fabric are transversely reinforcing carbon fibers that bind the individual layers by multilayer weaving or stitching, and the number of transversely reinforcing fibers is 1 - 5 per 1 cm ² .

В качестве высокопрочных углеродных волокон тканой структуры в токопроводящем слое используют ткани саржевого, сатинового или других видов плетения из высокопрочных углеродных жгутов диаметром от 1 К до 6 К, причем суммарная толщина одного слоя ткани составляет от 0,2 до 0,5 мм, где К - единица измерения, равная одному килофиламенту, что равно 1000 филаментов в жгутике, см. ТУ 1916-146-05763346-96 (нити углеродные). As high-strength carbon fibers of the woven structure in the conductive layer, twill, satin or other types of weaving fabrics from high-strength carbon tows with a diameter of 1 K to 6 K are used, the total thickness of one fabric layer being from 0.2 to 0.5 mm, where K - a unit of measure equal to one kilo filament, which is equal to 1000 filaments in the flagellum, see TU 1916-146-05763346-96 (carbon filaments).

Для повышения контактной электропроводности между отдельными слоями углеродной ткани в полимерное связующее токопроводящего слоя вводят углеродные наномодификаторы (фуллерены и их производные) в количестве 3-25 вес.%. To increase contact electrical conductivity between individual layers of carbon fabric, carbon nanomodifiers (fullerenes and their derivatives) are introduced into the polymer binder of the conductive layer in an amount of 3-25 wt.%.

На чертеже схематически представлено многослойное молниезащитное покрытие, защищающее углепластиковую конструкцию внешнего контура летательных аппаратов от смещающихся разрядов молнии, где 1 - углеродные наномодификаторы, 2 - углеродные волокна токопроводящего слоя, 3 - трансверсальноармирующие углеродные волокна, 4 - полимерная матрица токопроводящего слоя, 5 - диэлектрический слой - полимерная матрица углепластиковой конструкции, 6 - углепластиковая конструкция. The drawing schematically shows a multilayer lightning protection coating that protects the carbon fiber structure of the outer contour of aircraft from shifting lightning discharges, where 1 is carbon nanomodifiers, 2 is carbon fiber of the conductive layer, 3 is transversely reinforcing carbon fiber, 4 is a polymer matrix of the conductive layer, 5 is a dielectric layer - a polymeric matrix of a carbon-plastic construction; 6 - a carbon-plastic construction.

Диэлектрический слой молниезащитного покрытия 5 выполнен из непроводящей отвержденной матрицы из связующего углепластиковой конструкции. Токопроводящий слой состоит из высокопрочных углеродных волокон тканой структуры 2, что позволяет включить многослойное молниезащитное покрытие в расчетную схему углепластиковой конструкции 6 и снизить общий удельный привес защищаемой конструкции, трансверсальноармирующих углеродных волокон 3 и полимерной матрицы 4 с температурой деструкции ≥250^oС с введенными в нее 3-25 вес.% углеродных наномодификаторов 1. Это повышает контактную электропроводность между слоями углеродной ткани с 5 до 60 Ом^-1см^-1.The dielectric layer of lightning protection coating 5 is made of a non-conductive cured matrix of a carbon-fiber binder structure. The conductive layer consists of high-strength carbon fibers of a woven structure 2, which allows you to include a multilayer lightning protection coating in the design scheme of the carbon fiber structure 6 and reduce the total specific weight gain of the structure to be protected, transversely reinforced carbon fibers 3 and polymer matrix 4 with a temperature of destruction ≥250 ^o С with introduced into it 3-25 wt.% Carbon nanomodifiers 1. This increases the contact conductivity between the layers of carbon fabric from 5 to 60 Ohm ^-1 cm ^-1 .

Соединение токопроводящего и диэлектрического слоев с защищаемой углепластиковой конструкцией может производиться как в едином технологическом цикле, так и путем напрессовки токопроводящего слоя с использованием препрегов на основе углеродных наполнителей. The connection of the conductive and dielectric layers with the protected carbon fiber construction can be carried out both in a single technological cycle, and by pressing the conductive layer using prepregs based on carbon fillers.

При использовании предложенной защиты ток молнии в значительной степени отводится токопроводящим слоем, где протекает по его объему, в первую очередь вдоль углеродных волокон ткани и трансверсальноармирующих волокон, а также частично по полимерной матрице токопроводящего слоя, содержащей углеродные наномодификаторы. Расположение слоев углеродной ткани друг относительно друга под углом -30 - +60^o способствует большей степени рассеивания электрического тока. Высокая термостойкость полимерной матрицы токопроводящего слоя, в том числе с введенными углеродными наномодификаторами, определяющаяся температурой деструкции ≥250^oС, определяет работоспособность токопроводящего слоя как конструкционного материала при воздействии высоких тепловых энергий, выделяющихся в процессе прохождения электрического тока молнии, и тем самым увеличивает степень сохранения молниезащитного покрытия. В результате прохождения тока молнии по токопроводящему слою плотность его снижается в 3-4 раза, а удельное энерговыделение - в 4-5 раз. Это значительно снижает локальное разрушение молниезащитного покрытия, наблюдается лишь незначительное распушение углеродных волокон токопроводящего слоя, углепластиковые конструкции не разрушаются.When using the proposed protection, the lightning current is largely diverted by the conductive layer, where it flows along its volume, primarily along the carbon fibers of the fabric and transversely reinforcing fibers, and also partially along the polymer matrix of the conductive layer containing carbon nanomodifiers. The location of the layers of carbon fabric relative to each other at an angle of -30 - +60 ^o contributes to a greater degree of dissipation of electric current. High heat resistance of the polymer matrix of the conductive layer, including those with carbon nanomodifiers introduced, determined by a temperature of destruction ≥250 ^o С, determines the operability of the conductive layer as a structural material when exposed to high thermal energies released during the passage of the lightning electric current, and thereby increases the degree of conservation lightning protection coating. As a result of the passage of the lightning current through the conductive layer, its density decreases by 3-4 times, and the specific energy release - by 4-5 times. This significantly reduces the local destruction of the lightning protection coating, there is only a slight swelling of the carbon fibers of the conductive layer, carbon fiber structures are not destroyed.

Существенными отличительными признаками изобретения являются: применение в токопроводящем слое молниезащитного покрытия двух или более слоев ткани из высокопрочных углеродных волокон со специальной укладкой и термостойкой (с температурой деструкции ≥250^oС) полимерной матрицей. Увеличение контактной электропроводности между слоями углеродной ткани в токопроводящем слое молниезащитного покрытия достигается применением трансверсальноармирующих элементов из углеродного волокна, а также введением в полимерную матрицу углеродных наномодификаторов - фуллеренов и их производных. Это позволяет увеличить число направлений рассеивания энергии электрического разряда, при этом токопроводящий слой выполняет кроме молниезащитной несущую функцию и включается в расчетную схему углепластиковой конструкции, причем формование и соединение токопроводящего слоя углепластиковой конструкции может производиться как в едином технологическом цикле, так и напрессовкой токопроводящего слоя.The salient features of the invention are: the use in the conductive layer of lightning protection of two or more layers of fabric made of high-strength carbon fibers with special styling and a heat-resistant (with a temperature of destruction ≥250 ^o С) polymer matrix. An increase in contact conductivity between the layers of carbon fabric in the conductive layer of lightning protection coating is achieved by using transversely reinforcing elements made of carbon fiber, as well as by introducing carbon nanomodifiers - fullerenes and their derivatives into the polymer matrix. This allows you to increase the number of directions of dissipation of energy of the electric discharge, while the conductive layer performs, in addition to lightning protection, a bearing function and is included in the design scheme of the carbon fiber structure, moreover, the molding and connection of the conductive layer of the carbon fiber structure can be performed both in a single technological cycle and by pressing on the conductive layer.

Пример 1
Многослойное молниезащитное покрытие состоит из диэлектрического слоя из эпоксидного отвержденного связующего ЭДТ-69Н и токопроводящего слоя на основе высокопрочных углеродных волокон диаметром 2,5 К тканой структуры полотняного плетения, образующих 3 монослоя толщиной 0,23 мм каждый, соединенных между собой трансверсальноармирующими элементами из углеродных волокон путем ткачества в количестве 5 на 1 см². В межволоконное пространство углеродных волокон введено эпоксидное связующее ВС-2526к с температурой деструкции 260^oС, содержащее 15 вес.% углеродного наномодификатора - фуллерена С60. Токопроводящий слой молниезащитного покрытия напрессован на поверхность углепластиковой детали методом прямого прессования или автоклавного формования.Example 1
The multilayer lightning protection coating consists of a dielectric layer of cured binder EDT-69N and a conductive layer based on high-strength carbon fibers with a diameter of 2.5 K woven linen fabric, forming 3 monolayers 0.23 mm thick each, interconnected by transversely reinforcing elements of carbon fibers by weaving in an amount of 5 per 1 cm ² . An VS-2526k epoxy binder with a degradation temperature of 260 ^° C was introduced into the interfiber space of carbon fibers, containing 15 wt.% Of carbon nanomodifier - C60 fullerene. The conductive layer of lightning protection coating is pressed onto the surface of the carbon fiber part by direct compression or autoclave molding.

Пример 2
Многослойное молниезащитное покрытие состоит из диэлектрического слоя из полиимидного отвержденного связующего СП-97С и токопроводящего слоя на основе высокопрочных углеродных волокон диаметром 6 К тканой структуры саржевого плетения, образующих 2 монослоя, толщиной 0,5 мм каждый, расположенных под углом ±45^o друг к другу, соединенных между собой трансверсальноармирующими элементами из углеродных волокон путем прошивки в количестве 1 на 1 см². В межволоконное пространство углеродных волокон введено полиимидное связующее СП-97С с температурой деструкции 390^oС, содержащее 3% углеродного наномодификатора - фуллерена С60. Диэлектрический и токопроводящий слои молниезащитного покрытия изготовлены в едином технологическом цикле с углепластиковой деталью методом прямого прессования.Example 2
The multilayer lightning protection coating consists of a dielectric layer of SP-97C polyimide cured binder and a conductive layer based on high-strength carbon fibers with a diameter of 6 K woven twill structure, forming 2 monolayers, 0.5 mm thick each, located at an angle of ± 45 ^{o to} each other interconnected by transversely reinforcing elements of carbon fibers by flashing in an amount of 1 per 1 cm ² . A SP-97C polyimide binder with a degradation temperature of 390 ^° C containing 3% carbon nanomodifier - C60 fullerene was introduced into the interfiber space of carbon fibers. The dielectric and conductive layers of lightning protection coatings are made in a single technological cycle with a carbon plastic part by direct pressing.

Пример 3
Многослойное молниезащитное покрытие состоит из диэлектрического слоя из эпоксидного связующего ВС-2526к и токопроводящего слоя на основе высокопрочных углеродных волокон диаметром 1 К тканой структуры саржевого плетения, образующих 2 монослоя толщиной 0,2 мм каждый, расположенных под углом ±45^o друг к другу, соединенных между собой трансверсальноармирующими элементами из углеродных волокон путем прошивки в количестве 4 на 1 см². В межволоконное пространство углеродных волокон введено эпоксидное связующее ВС-2526к с температурой деструкции 260^oС, содержащее 20 вес.% углеродного наномодификатора - астралена. Диэлектрический и токопроводящий слои молниезащитного покрытия изготовлены в едином технологическом цикле с углепластиковой деталью методом прямого прессования или автоклавного формования.Example 3
The multilayer lightning protection coating consists of a dielectric layer of VS-2526k epoxy binder and a conductive layer based on high-strength carbon fibers with a diameter of 1 K woven twill structure, forming 2 monolayers 0.2 mm thick each, located at an angle of ± 45 ^{o to} each other, connected between themselves transversely reinforcing elements of carbon fibers by flashing in an amount of 4 per 1 cm ² . An VS-2526k epoxy binder with a degradation temperature of 260 ^° C, containing 20 wt.% Carbon nanomodifier Astralen, was introduced into the interfiber space of carbon fibers. The dielectric and conductive layers of lightning protection coatings are made in a single technological cycle with a carbon plastic part by direct compression or autoclave molding.

Прототип
Многослойное молниезащитное покрытие состоит из диэлектрического слоя из эпоксидного отвержденного связующего Dexter-Hysol FA 9101 с вязкостью 2000 сПз при 185^oF, токопроводящего слоя на основе никелевой проволоки диаметром 0,005 дюйма, образующих 2 слоя на поверхности конструкции из углеродных волокон, причем в межволоконное пространство токопроводящего слоя из никелевой проволоки введено эпоксидное связующее, используемое при изготовлении основной конструкции методом спиральной намотки в едином технологическом цикле.Prototype
The multilayer lightning protection coating consists of a dielectric layer of a Dexter-Hysol FA 9101 epoxy cured binder with a viscosity of 2000 cPs at 185 ^° F, a conductive layer based on nickel wire with a diameter of 0.005 inches, forming 2 layers on the surface of the carbon fiber structure, and into the interfiber space of the conductive an epoxy binder is introduced into the nickel wire layer, which is used in the manufacture of the main structure by the method of spiral winding in a single technological cycle.

Результаты испытаний образцов углепластиковых конструкций с различными вариантами многослойного молниезащитного покрытия в условиях смещающихся разрядов молнии (А+С, I=200 кА, Q=20 Кл) представлены в таблице 1 и таблице 2. The test results of samples of carbon fiber structures with various versions of a multilayer lightning protection coating under conditions of shifting lightning discharges (A + C, I = 200 kA, Q = 20 C) are presented in Table 1 and Table 2.

Испытания на молниестойкость проводились в соответствии с методиками и нормами, принятыми в РФ, и международными испытательными нормами FAR на базе МЭИ с параметрами разряда А+С, где А - импульс главного разряда, С - постоянная составляющая тока, максимальное значение тока I=200 кА, переносимый заряд Q=20 Кл, длительность импульса 50 мкс. Tests for lightning resistance were carried out in accordance with the methods and standards adopted in the Russian Federation and international FAR test standards based on MPEI with discharge parameters A + C, where A is the main discharge pulse, C is the constant current component, and the maximum current value is I = 200 kA , transferred charge Q = 20 C, pulse duration 50 μs.

Из приведенных примеров видно, что предлагаемое многослойное молниезащитное покрытие эффективно защищает углепластиковые конструкции внешнего контура летательных аппаратов от воздействия смещающихся разрядов молнии с максимальным значением тока I=200 кА и зарядом Q=20 Кл, наблюдается разрушение токопроводящего слоя с явлениями разрыва отдельных волокон верхнего слоя углеродной ткани токопроводящего слоя молниезащитного покрытия размером не более 20 мм, причем нижележащие слои ткани полностью сохранены, а также распушение углеродных жгутов, отслоение, обессмоливание и изменение цвета токопроводящего слоя. Целостность конструкции из углепластика внешнего контура сохраняется. О незначительных размерах повреждения молниезащитного слоя свидетельствуют данные по сохранению прочности токопроводящего слоя в зависимости от удаления от центра удара. В центре удара прочность токопроводящего слоя составляет не менее 70% и восстанавливается при удалении от центра на 60 мм. It can be seen from the above examples that the proposed multilayer lightning protection coating effectively protects the carbon fiber structures of the aircraft outer contour from the effects of displaced lightning discharges with a maximum current value of I = 200 kA and a charge of Q = 20 C, a destruction of the conductive layer with the phenomena of rupture of individual fibers of the upper carbon layer fabric of a conductive layer of lightning protection coating with a size of not more than 20 mm, and the underlying fabric layers are fully preserved, as well as the fluffing of carbon Utov, delamination, degumming and discoloration of the conductive layer. The integrity of the carbon fiber outer contour structure is maintained. Insignificant damage to the lightning protection layer is evidenced by data on the preservation of the strength of the conductive layer depending on the distance from the center of the impact. In the center of the impact, the strength of the conductive layer is at least 70% and is restored at a distance of 60 mm from the center.

Такие повреждения молниезащитного слоя практически не влияют на эксплуатационные характеристики углепластиковой конструкции и легко поддаются ремонту. Such damage to the lightning protection layer practically does not affect the operational characteristics of the carbon fiber construction and is easily repairable.

Таким образом, высокие характеристики молниестойкости предлагаемого молниезащитного покрытия, а также высокая механическая прочность токопроводящего слоя, где используются высокопрочные углеродные наполнители, позволяют включить предлагаемое молниезащитное покрытие в расчетную схему углепластиковой конструкции, дает возможность снизить общий удельный привес защищаемой конструкции на 350-400 г/м².Thus, the high lightning resistance characteristics of the proposed lightning protection coating, as well as the high mechanical strength of the conductive layer, where high-strength carbon fillers are used, make it possible to include the proposed lightning protection coating in the design scheme of the carbon-fiber construction, makes it possible to reduce the total specific weight gain of the protected structure by 350-400 g / m ² .

Claims (6)

1. Многослойное молниезащитное покрытие, состоящее из диэлектрического слоя, выполненного из полимерной отвержденной матрицы, и токопроводящего слоя на основе высокопрочных углеродных волокон, отличающееся тем, что токопроводящий слой выполнен из двух или более слоев углеродной ткани, расположенных под углом друг к другу, в межволоконное пространство углеродной ткани введено полимерное связующее с температурой деструкции ≥ 250°С, а слои углеродной ткани соединены между собой элементами, обеспечивающими повышенную контактную электропроводность между ними.1. A multilayer lightning protection coating consisting of a dielectric layer made of a polymer cured matrix and a conductive layer based on high-strength carbon fibers, characterized in that the conductive layer is made of two or more layers of carbon fabric, located at an angle to each other, in the interfiber the space of carbon fabric introduced a polymer binder with a temperature of destruction ≥ 250 ° C, and the layers of carbon fabric are interconnected by elements that provide increased contact electro ovodnost between them. 2. Многослойное молниезащитное покрытие по п.1, отличающееся тем, что в качестве элементов, обеспечивающих повышение контактной электропроводности между слоями углеродной ткани, используют трансверсальноармирующие углеродные волокна, связывающие отдельные слои методом многослойного ткачества или прошивкой.2. The multilayer lightning protection coating according to claim 1, characterized in that transversely reinforcing carbon fibers connecting the individual layers by multilayer weaving or piercing are used as elements providing increased contact conductivity between the layers of carbon fabric. 3. Многослойное молниезащитное покрытие по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что количество трансверсальноармирующих углеродных волокон составляет 1-5 на 1см².3. A multilayer lightning protection coating according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the amount of transversely reinforced carbon fibers is 1-5 per 1 cm ² . 4. Многослойное молниезащитное покрытие по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что в качестве высокопрочных углеродных волокон в токопроводящем слое используют ткани саржевого, сатинового или других видов плетения из высокопрочных углеродных жгутов диаметром от 1K до 6К, причем суммарная толщина одного слоя ткани составляет 0,2-0,5 мм.4. A multilayer lightning protection coating according to any one of claims 1 to 3, characterized in that high-strength carbon fibers in the conductive layer are made of twill, satin or other types of weaving from high-strength carbon bundles with diameters from 1K to 6K, the total thickness of one layer the tissue is 0.2-0.5 mm. 5. Многослойное молниезащитное покрытие по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что между отдельными слоями углеродной ткани в полимерное связующее токопроводящего слоя вводятся углеродные наномодификаторы в количестве 3-25 вес.%.5. A multilayer lightning protection coating according to any one of claims 1 to 4, characterized in that 3 to 25 wt.% Carbon nanomodifiers are introduced into the polymer binder of the conductive layer between the individual layers of the carbon fabric. 6. Многослойное молниезащитное покрытие по п.1, отличающееся тем, что слои углеродной ткани расположены относительно друг друга под углом (-30)÷(+60)°.6. The multilayer lightning protection coating according to claim 1, characterized in that the layers of carbon fabric are located relative to each other at an angle of (-30) ÷ (+60) °.

Images