Towards electrically conductive and interleaf-toughened carbon black-epoxy-carbon fiber laminates with enhanced lightning strike resistance

Titelangaben

Bakis, Gökhan:
Towards electrically conductive and interleaf-toughened carbon black-epoxy-carbon fiber laminates with enhanced lightning strike resistance.
Bayreuth , 2020 . - IX, 158 S.
( Dissertation, 2020 , Universität Bayreuth, Fakultät für Ingenieurwissenschaften)
DOI: https://doi.org/10.15495/EPub_UBT_00004926

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Abstract

Epoxid-Kohlenstofffaser-Prepregs finden in der zivilen Luft- und Raumfahrtindustrie aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen, thermo-mechanischen und thermischen Eigenschaften zunehmend Anwendung zur Herstellung von Strukturverbundbauteilen.
Obwohl Kohlenstofffasern elektrisch leitfähig sind, weisen aus Epoxid-Kohlenstofffaser-Prepreg hergestellte Bauteile aufgrund der isolierenden Natur der Epoxidmatrix oft nur sehr geringe elektrische Leitfähigkeiten in z-Richtung auf. Die verbesserte elektrische Leitfähigkeit in z-Richtung ist jedoch für moderne Verbundanwendungen notwendig, bei denen ein gewisses Maß an elektrostatischer Ableitung, elektromagnetischer Abschirmung oder eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Blitzeinschläge erforderlich ist.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich hauptsächlich mit der Untersuchung des Einflusses leitfähiger Rußnanopartikel auf die elektrische Leitfähigkeit und die Bruchzähigkeit eines für die Luft- und Raumfahrt relevanten Epoxidharzes und seiner unidirektionalen Kohlenstofffaser Prepreg-Laminate. Die Beziehung zwischen dem Faservolumengehalt und der elektrischen Leitfähigkeit der reinen Laminate wurde umfassend charakterisiert. Darüber hinaus wurde der Einfluss eines PA6.6-Vlieses auf die elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Laminate detailliert erforscht. Schließlich wurde die Korrelation zwischen der elektrischen Leitfähigkeit (in z-Richtung) und der Beständigkeit gegen Blitzschlag von mit PA6.6-Vlies modifizierten Laminaten untersucht.

Abstract in weiterer Sprache

Epoxy-carbon fiber prepregs have been used increasingly by civil aerospace industry to manufacture the structural composite parts due to their excellent mechanical, thermo-mechanical and thermal properties at the cured state.
Although carbon fibers are electrically conductive, due to the insulating nature of the epoxy matrix, epoxy-carbon fiber prepreg laminates mostly act as a semi-conductor in the through-thickness direction. Nowadays, an enhanced through-thickness electrical conductivity is as well desired for modern composite applications, where a certain level of electro-static dissipation, electromagnetic shielding or an enhanced lightning strike resistance is necessary.
The scientific scope of this work based mainly on the understanding of the effect of the conductive carbon black nanoparticles on the electrical conductivity and the fracture toughness of an aerospace relevant epoxy resin and its unidirectional carbon fiber prepreg laminates. The relationship between the carbon fiber volume content and the through-thickness electrical conductivity of the neat laminates received a particular attention. Furthermore, the influence of a PA6.6 interleaf fleece on the electrical and mechanical properties of the laminates was studied in a detail. Finally, the correlation between the through-thickness electrical conductivity and the lightning strike resistance of PA 6.6 interleaf fleece modified laminates was investigated.