一种具有红外隐身及防雷击性能的高导电性碳纳米管纸复合材料的制备方法及其应用的制作方法
【专利摘要】一种具有红外隐身及防雷击性能的高导电性碳纳米管纸复合材料的制备方法及其应用，它涉及一种具有红外隐身及防雷击性能的高导电性碳纳米管纸复合材料的制备方法及其应用，该纳米纸采用市售的多壁或单壁纳米管经一系列分散方法分散后经减压吸滤制备而成。通过将纳米纸在不同浓度的硝酸银溶液中浸泡。由于纳米管的比表面积较大，对于硝酸银有吸附作用。当达到吸附平衡后，将吸附后的纳米纸烘干。而后将纳米纸在日光灯下照射使得吸附的硝酸银分解产生银颗粒，从而提高纳米纸的电导率，高的导电性有利于对红外波段的光进行吸收，同时高的导电率能够作为导电体，提高瞬间电流的导通速率。
【专利说明】一种具有红外隐身及防雷击性能的高导电性碳纳米管纸复 合材料的制备方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有红外隐身及防雷击性能的高导电性碳纳米管纸复合材料的 制备方法及其应用，并测试了其红外隐身及防雷击性能，可用于国防领域。
[0002] 背景介绍
[0003] 随着国防科技的不断发展，用于发现目标的侦查、探测手段日益先进。为了防止军 事目标和武器装备被发现摧毁，使用隐身材料提高其生存能力和突防能力。常采用隐身方 式是在武器装备的表面涂覆红外隐身材料。国外对红外隐身材料的研究较早并且已有很大 的进展，例如，美国空军在1967年就委托霍尼威尔公司开展了漫反射型红外涂料的研究。 为了减轻红外制导导弹对直升机的威胁，美国陆军空中机动研究发展实验室委托陆军阿拉 伯丁研究发展中心的涂料和化学实验室研究直升机的红外吸收涂料。80年代，欧洲许多国 家开始着手对红外隐身涂料的研究。其中主要有德国、英国、发过、日本、加拿大等国家，此 外澳大利亚也有相应的报到并且在1984年发表过相应的文章得到了世界各国的广泛的关 注。
[0004] 红外线福射在大气中传播遵循可见光的折射、反射、吸收和散射定律。它在大气中 的投射能力与大气中水和二氧化碳的含量有关。物体向外发射红外辐射时，大气中的二氧 化碳和水可以吸收一定波顿的辐射，而使此波段的额红外辐射信号衰减。不被吸收的波段 无衰减的穿过大气，这样的波段被称为大气窗口。大气窗口有3个波段：1?2. 5um，3?5um 和8?14um。红外在这3个波段是不透明的，其中3?5um和8?14um来自于目标和背 景背身所引起的热辐射，红外探测器主要就是探测这三个波段的红外辐射从而对目标进行 监测的，因为目标和背景本身温度能够引起热辐射差别。
[0005] 根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律：
[0006] M= ε σ T4
[0007] M物质的辐射出射度
[0008] ε---物质的表面发射率
[0009] 〇 ---玻尔兹曼常数 [0010] T---物体表面温度
[0011] 可以看出降低目标表面发射率和控制目标表面温度可实现红外隐身。而红外隐身 材料本身具有低发射率或较强温控能力，这可一降低背景和目标的表面温差不同所造成的 辐射率不同，从而达到隐身的目的。
[0012] 红外技术包括以下三个方面：一是降低武器装备的红外辐射特性，使得武器表面 的热辐射与环境热辐射特性相接近，降低被探测器发现的可能性。二是改变飞行器的红外 辐射特性，即改变武器装备表面的各处的辐射率分布。三是改变物体红外辐射的传播途径。 要到上述的目的可以从以下几个方面解决：一是改变辐射体的外形结构，其次是研发新型 的结构型红外吸收材料，或者是研制新型的功能型红外吸收材料。相比结构型红外吸收材 料而言，功能性红外吸收材料制备加工均比较方便、成本低廉、可控性强。
[0013] 目前研究较多的并应用于军事用途的红外隐身材料主要由吸收剂和粘结剂组成。 其中吸收剂能够使探测设备得到的反射信号强度大大降低，粘结剂的作用主要是与吸收剂 混合成膜，便于涂覆在军事设备表面。目前研究较多并部分应用与军事用途的吸收剂主要 包括金属颜料，着色颜料，半导体颜料。金属颜料具有较高的红外反射率是红外隐身涂料中 最常用的颜料，应用较多的金属颜料主要有Al、Zn、Sn、Au、Cu等。而实际中常常使用的是 性能优良并且廉价的Al粉。着色颜料主要是满足与可见光伪装兼容的要求并没有降低发 射率的功能，常用的着色颜料包括金属氧化物和氢氧化物，金属硫化物，金属硒化物，无机 盐颜料以及有机颜料。半导体颜料主要为掺杂氧化物半导体，如氧化铟锡，掺锑氧化锡等。
[0014] 随着树脂基复合材料在飞行器上的大量使用，其具有高的比强度、比模量疲劳性 能好、耐腐蚀、可设计性强等许多优异特性。使得飞行器能够大幅度降低重量提高飞行器的 飞行距离和灵敏性。但这种材料的导电性较金属材料差，当雷电闪击复合材料部件时。部 件很难再短时间内将电流导走，从而导致温度急剧升高，使得材料的产生分层甚至是严重 的烧蚀影响材料的力学性能。因此必须对复合材料进行防雷击防护。国外针对复合材料的 防雷击问题已经进行了大量的研究，而国内对于这一领域的研究尚处于初级阶段。目前最 简单有效的避雷方法分为三种方式：一是采用许多从机身或机翼伸出的避雷针放点。二是 采用两导体把机壳不良导体的部分进行连接，以疏导电流，降低对复合材料的损伤。三是对 于复合材料构件在其表面喷涂上金属粒子或用金属网编织入复合材料纤维蒙皮。
[0015] 主要的实施方式为以下几种方式：
[0016] 1.箔网保护法
[0017] 该方法是将铝或或铜网贴合在结构试件的最外层或者最外层的下面。据报道，波 音公司采用的金属网为Dexmet公司的Microgrid金属网，其参数如下表所示：
【权利要求】
1. 一种具有红外隐身及防雷击性能的高导电性碳纳米管纸复合材料的制备方法，其特 征在于它是按照以下步骤进行的： 一、 将纳米管与聚乙二醇对异辛基苯基醚按照质量比为1:5?30的比例混合，然后经 采用三辊剪切分散的方法进行分散20?30min ;得到糊状混合物； 二、 将步骤一得到的糊状混合物溶于去离子水中，使纳米管的浓度为50mg/L?500mg/ L，得纳米管水溶液；将纳米管水溶液通过超声破碎仪进行循环超声分散2h ; 三、 将步骤二超声分散后的溶液进行减压吸滤，然后过滤膜，将滤膜置于吸滤纸上，然 后置于两玻璃板之间，在90°C的烘箱内烘干10h，将烘干后的沉积在滤膜上的纳米纸剥离； 四、 将步骤三剥离后的纳米纸在310°C的马弗炉中高温烧结3h ; 五、 将步骤四高温烧结后的纳米纸在浓度为0. 1?0. 5mol/L的硝酸银溶液中，避光浸 泡3?10h，然后在50°C下烘干5h ; 六、 将步骤五烘干后的纳米纸在日光下照射3?10h，然后将日照后的纳米纸与玻璃纤 维预浸料或碳纤维预浸料经真空热压后，即得到所述的复合材料； 其中，三个高低速滚轮的剪切速度比为1:3:9,滚轮间的间隙分别为20?30um、10? 20um和5um ;所述的纳米管为多壁或者单壁纳米管。
2. 根据权利要求1所述的一种具有红外隐身及防雷击性能的高导电性碳纳米管纸复 合材料的制备方法，其特征在于步骤一中纳米管与聚乙二醇对异辛基苯基醚的质量比为 1:10 ?20。
3. 根据权利要求1所述的一种具有红外隐身及防雷击性能的高导电性碳纳米管纸复 合材料的制备方法，其特征在于步骤二中纳米管的浓度为l〇〇mg/L?400mg/L。
4. 根据权利要求1所述的一种具有红外隐身及防雷击性能的高导电性碳纳米管纸复 合材料的制备方法，其特征在于步骤二中超声破碎仪的功率为750W，放大倍率为40%。
5. 根据权利要求1所述的一种具有红外隐身及防雷击性能的高导电性碳纳米管纸复 合材料的制备方法，其特征在于步骤三中滤膜为20 μ m的滤膜。
6. 根据权利要求1所述的一种具有红外隐身及防雷击性能的高导电性碳纳米管纸复 合材料的制备方法，其特征在于步骤五中硝酸银溶液的浓度为〇. 2?0. 4mol/L。
7. 根据权利要求6所述的一种具有红外隐身及防雷击性能的高导电性碳纳米管纸复 合材料的制备方法，其特征在于步骤五中硝酸银溶液的浓度为〇. 3mol/L。
8. 根据权利要求1所述的一种具有红外隐身及防雷击性能的高导电性碳纳米管纸复 合材料的制备方法，其特征在于步骤五中避光浸泡4?9h。
9. 根据权利要求8所述的一种具有红外隐身及防雷击性能的高导电性碳纳米管纸复 合材料的制备方法，其特征在于步骤五中避光浸泡5?7h。
10. -种具有红外隐身及防雷击性能的高导电性碳纳米管纸复合材料的应用，其特征 在于它用于制备红外隐身和防雷击复合材料。
【文档编号】B32B38/08GK104260514SQ201410465629
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】冷劲松, 刘彦菊, 楚合涛, 张志春 申请人:哈尔滨工业大学