Joule heating synthesis of carbon fiber/graphene 3D crosslinked structure for lightning strike protection and electromagnetic interference in aerospace composites

材料科学 焦耳加热 复合材料 石墨烯 复合数 雷击 环氧树脂 电磁屏蔽 热导率 电阻率和电导率 导电体 电磁干扰 加热元件 电气工程 纳米技术 接地 工程类
作者
Yansong Zhu,Yueke Ming,Jinru Sun,Shi‐Neng Li,Shu Li,Hong Xiao,Ben Wang,Yugang Duan
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:474: 145583-145583 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.145583
摘要

A lightweight and low-cost protective layer for composites is a future requirement in the aviation industry. However, current methods cannot simultaneously meet the dual requirements for lightning strike protection and electromagnetic interference. Herein, an internally continuous carbon fiber felt/graphene hybrid film with superior electrical and thermal conductivity, as well as enhanced mechanical properties is prepared via the roll-to-roll Joule heating process. Graphene as the conductive bridging medium is introduced into a carbon fiber felt and Joule heated to be covalently bonded with carbon fibers to construct a 3D architectural network. The hybrid film with a graphene content of 19 wt% exhibits optimum conductivity, and the increase in electrical and thermal conductivity after curing with epoxy resin by 5.2 and 1.8 times (2690 S·m−1 vs. 518 S·m−1, 0.49 W·m-1·K−1 vs. 0.27 W·m-1·K−1), respectively. In addition, the hybrid film serves as a protective layer on the composite surface. The damage of the composite after the lightning strike with a peak of 100 kA was significantly reduced, maintaining a level of 98 % of residual strength. Besides, the electromagnetic shielding effectiveness of 51.94 dB was enriched in the X-band, indicating that the prepared hybrid film is a promising material to replace commercial copper meshes.
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