Результат интеллектуальной деятельности: Проводящий слой молниезащитного покрытия для полимерных композитов

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.

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 м² 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.