碳纤维增强复合材料（FRP/CFRP）已经大量应用于航空飞行器，但其导电性能不足，遭遇雷击时极易出现烧蚀、分层损伤。美国高校团队研发出柔性可披覆混合纤维增强聚合物复合材料，以织物形式构建类法拉第笼导电防护层，大幅降低雷击带来的材料烧蚀损耗，兼顾复杂曲面适配能力，为航空防雷提供全新技术路线。
随着航空领域减重需求提升，纤维增强聚合物（FRP）复合材料在飞机机身、机翼结构中应用占比持续走高。但碳纤维复合材料导电能力有限，雷电击中机体表面时，雷电流能量集中于雷击点，局部急剧升温，造成树脂汽化、纤维烧蚀、材料分层等严重损伤，是航空雷电防护领域亟待解决的痛点。传统航空防雷依靠金属箔、铜网等方案，存在曲面贴合难度大、雷击后易引发层间剥离等短板。
近日，美国威斯康星大学麦迪逊分校工程研究团队开发出一款柔性可披覆（drapable）混合纤维增强聚合物复合材料防护毯。该技术将不锈钢纱线直接编织进碳纤维织物内部，多层金属织物正交排布，在复合材料表层构建类似法拉第笼的导电网络，能够快速将雷击产生的大电流向四周疏散扩散，降低雷击点位局部热积聚，以此削弱雷电对机体结构的破坏作用。
实验室团队利用织机将金属“纱线”织成碳纤维织物。这种新型材料可以覆盖在飞机机身上，并且比标准的碳纤维增强聚合物复合材料更能有效地分散雷击产生的电荷。图片来源：威斯康星大学麦迪逊分校
研究团队开展模拟雷击对比试验，测试结果数据表现亮眼：采用不锈钢纱线混杂编织的新型复合材料样品，遭受模拟雷击后的重量损失仅0.03%；作为对照组、未做金属纱线杂交处理的碳纤维复合材料，同等雷击条件下重量损失高达3%，新型材料将雷击造成的烧蚀质量损失降低了两个数量级，防护效果提升显著。
该织物状复合材料具备良好的曲面贴合能力，应用方式十分灵活，既可以在新机制造阶段直接内置到飞机复合材料结构当中，也能够通过粘接工艺，对已经服役的飞机开展后期改装与损伤修复；除大型民航客机之外，该材料同样适配无人机、电动垂直起降飞行器等新型航空装备复杂异形构件的防雷防护场景。
团队透露，现阶段采用的是不锈钢纱线，后续还计划开展铜纱线版本的迭代测试。铜具备更加优异导电性能，有望进一步优化整套复合材料的雷电泄放能力。
当前航空复合材料防雷多采用外置金属网、金属箔方案，该新型织物化防护材料把导电纱线和碳纤维基材一体化编织，跳出了传统 “表面贴附金属层” 思路。不过该技术目前仍处于实验室研究阶段，后续还需要完成疲劳、环境老化、航空适航等一系列验证，距离大规模装机使用仍有较长的工程化周期。
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