Protección electrostática térmicamente aislante.

Composición antiestática térmicamente aislante que comprende un elastómero de silicona, una carga antiestática que comprende al menos dos compuestos minerales de densidades diferentes, siendo al menos uno de los compuestos minerales conductor de la electricidad y permitiendo los otros compuestos minerales ajustar la resistividad superficial de la composición a un valor determinado, y un agente de homogeneización que permite homogeneizar la distribución de los al menos dos compuestos minerales dentro de la carga antiestática, caracterizada porque la carga antiestática comprende 14 partes en peso

(+ o - 3%) de un primer compuesto mineral y 16 partes en peso (+ o - 3%) de un segundo compuesto mineral mezcladas de manera homogénea en 20 partes (+ o - 3%) en peso del agente de homogeneización y porque los compuestos minerales primero y segundo están seleccionados de entre óxidos de estaño, óxidos de antimonio y sus mezclas.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2006/064478.

Solicitante: CRYOSPACE L'AIR LIQUIDE AEROSPATIALE.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 66 route de Verneuil 78130 Les Mureaux FRANCIA.

Inventor/es: CARGNELLO, REMO, MARION,YAËL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COLORANTES; PINTURAS; PULIMENTOS; RESINAS NATURALES;... > COMPOSICIONES DE REVESTIMIENTO, p. ej. PINTURAS,... > Composiciones de revestimiento, p. ej. pinturas,... > C09D5/24 (Pinturas eléctricamente conductoras)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COLORANTES; PINTURAS; PULIMENTOS; RESINAS NATURALES;... > COMPOSICIONES DE REVESTIMIENTO, p. ej. PINTURAS,... > Composiciones de revestimiento, p. ej. pinturas,... > C09D5/18 (Pinturas ignífugas)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COLORANTES; PINTURAS; PULIMENTOS; RESINAS NATURALES;... > SUSTANCIAS PARA APLICACIONES NO PREVISTAS EN OTRO... > Sustancias no cubiertas en otro lugar > C09K3/16 (Sustancias antiestáticas)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > AERONAVES; AVIACION; ASTRONAUTICA > ASTRONAUTICA; VEHICULOS O EQUIPOS A ESTE EFECTO (aparatos... > Vehículos espaciales > B64G1/22 (Partes de vehículos espaciales o equipos especialmente adaptados para ser instalados en, o acoplados a, vehículos espaciales)

PDF original: ES-2471954_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Protecciïn electrostïtica tïrmicamente aislante

Campo tïcnico La presente invenciïn se refiere a un revestimiento que permite garantizar una protecciïn electrostïtica de una estructura que se someterï a temperaturas elevadas. En particular, la invenciïn se refiere a un revestimiento tïrmicamente aislante y antiestïtico.

Mïs exactamente, la invenciïn se refiere a una composiciïn antiestïtica tïrmicamente aislante que comprende una carga homogïnea de varios compuestos minerales incorporada en un elastïmero de silicona y un revestimiento tïrmicamente aislante de protecciïn electrostïtica obtenido a partir de esta composiciïn.

Una aplicaciïn preferida de la invenciïn se refiere a la producciïn de un revestimiento tïrmicamente aislante para la protecciïn electrostïtica de materiales no conductores de la electricidad utilizados en los campos aeronïutico y espacial, siendo el revestimiento para proteger a estructuras sometidas a flujos aerotïrmicos.

Estado de la tïcnica anterior

La utilizaciïn de materiales dielïctricos tales como los materiales compuestos o los plïsticos favorece la acumulaciïn de cargas electrostïticas en la superficie de estos materiales por efecto triboelïctrico. El efecto triboelïctrico es un fenïmeno de electricidad estïtica corriente, que se produce cuando dos cuerpos con carga diferente entran en contacto. Cuando la cantidad de cargas electrostïticas acumuladas es demasiado grande,

entonces se produce un reequilibrado brusco de las cargas, provocando una descarga elïctrica. Ahora bien, las descargas elïctricas pueden daïar los aparatos elïctricos y a los usuarios de estos aparatos. Ademïs, las descargas elïctricas pueden generar perturbaciones electromagnïticas que son susceptibles de provocar un fallo de estos aparatos y de aparatos situados en las proximidades, como por ejemplo un instrumento de navegaciïn en un aviïn.

Por lo tanto, es importante tener en cuenta este efecto triboelïctrico, particularmente durante la fabricaciïn de vehïculos aïreos o espaciales, en los que el menor fallo de un aparato puede tener consecuencias dramïticas.

Para evitar la acumulaciïn de cargas en la superficie de los aparatos y la apariciïn de descargas elïctricas, la superficie externa de los aparatos estï provista de un revestimiento de protecciïn electrostïtica que debe garantizar, por un lado, el flujo de circulaciïn de las cargas electrostïticas acumuladas sin crear interferencias electromagnïticas y, por otro lado, una equipotencialidad de la superficie sean cuales sean los materiales subyacentes.

Los revestimientos que permiten la evacuaciïn de las cargas electrostïticas en la superficie de un soporte se obtienen con una resistencia superficial (Rs) adecuada. Esta resistividad, regulando la velocidad de flujo de circulaciïn de las cargas en superficie, evita las acumulaciones elïctricas y, por consiguiente, las descargas de alta tensiïn capaces de deteriorar diversos equipos. En el caso particular de los vehïculos espaciales, por ejemplo para la lanzadera ARIANE V, es necesario utilizar un revestimiento que tenga una resistividad superficial comprendida 45 entre 105 y 109 Ω/cuadro y cuya resistividad superficial es capaz de mantenerse en esta horquilla hasta una altitud de 15 km despuïs del despegue de la lanzadera.

Este requisito sobre la altitud genera dos requisitos mïs en vuelo, que deben ser tenidas en cuenta:

- un requisito tïrmico, ya que hay un aumento de la temperatura de la superficie externa de la lanzadera durante su ascenso en altitud, que puede alcanzar mïs de 100ïC,

- un requisito de presiïn, cayendo esta ïltima en efecto hasta alcanzar un valor de 120 mbares absolutos.

Actualmente, para obtener una resistividad superficial comprendida entre 105 y 109 Ω/cuadro, se utilizan pinturas de poliuretano formuladas especialmente para la industria espacial y cuya funcionalidad antiestïtica estï garantizada principalmente por una carga antiestïtica compuesta por diïxido de titanio. No obstante, a pesar de sus buenas caracterïsticas elïctricas, estas pinturas presentan inconvenientes.

Por un lado, sus caracterïsticas elïctricas se degradan bajo el calor provocado por la rïfaga caliente (que presenta una temperatura instantïnea de aproximadamente 400ïC) debido al ascenso de los chorros de los propulsores de polvo. Esta rïfaga caliente afecta a diferentes piezas de la lanzadera, como el soporte del motor y el depïsito criotïcnico a una altura de aproximadamente 10 metros, asï como la parte baja de los propulsores de polvo. La resistencia de la superficie despuïs de esta agresiïn tïrmica estï comprendida entre 12 y 15 GΩ/cuadro, y ya no 65 estï comprendida en el intervalo de valores requeridos. Mïs particularmente, las pinturas de poliuretano que sirven de revestimientos antiestïticos se denominan “fuera de tolerancia”, es decir fuera del intervalo de 105 a 109

Ω/cuadro, a partir de una temperatura de 180-200ïC y se carbonizan a partir de 300ïC. De este modo, para el soporte del motor, que estï sometido a flujos tïrmicos importantes desde la igniciïn, la degradaciïn de la resistencia de la superficie de los revestimientos antiestïticos es rïpida y la resistencia superficial de los revestimientos se vuelve rïpidamente fuera de tolerancia y ya no desempeïa su papel de protecciïn.

Por otro lado, como se ha visto anteriormente, tambiïn se produce un proceso de carbonizaciïn del revestimiento antiestïtico bajo el efecto del calor. Este proceso de carbonizaciïn puede ser favorable a la protecciïn antiestïtica de un material. En efecto, la carbonizaciïn de un material puede garantizar el correcto flujo de circulaciïn de las cargas por la superficie de este material. En el presente caso, la carbonizaciïn es ventajosa a condiciïn de que el revestimiento antiestïtico que se carboniza sea adherente a los materiales no conductores de la electricidad que protege o, si el revestimiento antiestïtico carbonizado no se adhiere al soporte, que el soporte, que ya no estï protegido, sea tambiïn carbonizado en superficie. Ahora bien, teniendo en cuenta los esfuerzos aerodinïmicos que se producen en vuelo, es poco probable que un revestimiento antiestïtico carbonizado siga siendo adherente al soporte que protege hasta una altitud de 15 km.

Por otro lado, para proteger a una estructura de un ataque tïrmico, se la recubre con un material tïrmicamente aislante que es, generalmente, un material formado por un aglutinante elastïmero a base de silicona y cargado de sïlice. Dicho material estï bien adaptado a la protecciïn tïrmica de las estructuras espaciales, pero no garantiza el papel de protecciïn antiestïtica. Como para los otros materiales utilizados, es preciso, por lo tanto, tambiïn recubrir las protecciones tïrmicas con una protecciïn antiestïtica, en este caso con una pintura de poliuretano. Ahora bien, las pinturas de poliuretano son incompatibles con las bases de silicona. En efecto, las adherencias de las pinturas antiestïticas de poliuretano sobre materiales a base de silicona son exactamente suficientes. Desde su carbonizaciïn, en general hacia 300ïC, las pinturas antiestïticas de poliuretano ya no se adhieren al soporte al menor esfuerzo, dejando aparecer las protecciones tïrmicas subyacentes prïcticamente intactas (no carbonizadas)

que resisten en superficie al flujo de circulaciïn de cargas del orden de varias decenas de giga ohmios (GΩ) .

Puede seleccionarse limitar el depïsito de las protecciones tïrmicas ïnicamente sobre las partes de una estructura (por ejemplo una lanzadera) mïs sometidas a la rïfaga caliente y a los flujos tïrmicos importantes desde la igniciïn, y recubrir a continuaciïn... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Composiciïn antiestïtica tïrmicamente aislante que comprende un elastïmero de silicona, una carga antiestïtica que comprende al menos dos compuestos minerales de densidades diferentes, siendo al menos uno de los 5 compuestos minerales conductor de la electricidad y permitiendo los otros compuestos minerales ajustar la resistividad superficial de la composiciïn a un valor determinado, y un agente de homogeneizaciïn que permite homogeneizar la distribuciïn de los al menos dos compuestos minerales dentro de la carga antiestïtica, caracterizada porque la carga antiestïtica comprende 14 partes en peso (+ o - 3%) de un primer compuesto mineral y 16 partes en peso (+ o - 3%) de un segundo compuesto mineral mezcladas de manera homogïnea en 20 partes (+

o - 3%) en peso del agente de homogeneizaciïn y porque los compuestos minerales primero y segundo estïn seleccionados de entre ïxidos de estaïo, ïxidos de antimonio y sus mezclas.

2. Composiciïn antiestïtica tïrmicamente aislante que comprende un elastïmero de silicona, una carga antiestïtica que comprende al menos dos compuestos minerales de densidades diferentes, siendo al menos uno de los 15 compuestos minerales conductor de la electricidad y permitiendo los otros compuestos minerales ajustar la resistividad superficial de la composiciïn a un valor determinado, y un agente de homogeneizaciïn que permite homogeneizar la distribuciïn de los al menos dos compuestos minerales dentro de la carga antiestïtica, caracterizada porque la carga antiestïtica comprende 140 partes en peso (+ o - 3%) de un primer compuesto mineral y 100 partes en peso (+ o - 3%) de un segundo compuesto mineral mezcladas de manera homogïnea en 350 partes en peso (+ o - 3%) del agente de homogeneizaciïn y porque los compuestos minerales primero y segundo estïn seleccionados de entre ïxidos de estaïo, ïxidos de antimonio y sus mezclas.

3. Composiciïn antiestïtica tïrmicamente aislante segïn la reivindicaciïn 1 ï 2, caracterizada porque el primer

compuesto mineral es ïxido de estaïo y el segundo compuesto mineral es ïxido de antimonio. 25

4. Composiciïn antiestïtica tïrmicamente aislante segïn una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el agente de homogeneizaciïn es agua.

5. Composiciïn antiestïtica tïrmicamente aislante segïn una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, 30 caracterizada porque el elastïmero de silicona es monocomponente y se vulcaniza a temperatura ambiente.

6. Composiciïn antiestïtica tïrmicamente aislante segïn una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el agente de homogeneizaciïn representa un cuarto del peso de la composiciïn.

7. Composiciïn antiestïtica tïrmicamente aislante segïn una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque comprende 100 partes en peso (+ 1% o - 3%) del elastïmero de silicona y 100 partes en peso (+ o - 3%) de la carga antiestïtica.

8. Composiciïn antiestïtica tïrmicamente aislante segïn una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, 40 caracterizada porque comprende ademïs un diluyente adecuado para disminuir la viscosidad de la composiciïn.

9. Composiciïn antiestïtica tïrmicamente aislante segïn la reivindicaciïn anterior, caracterizada porque el diluyente es n-heptano.

10. Revestimiento de protecciïn electrostïtica tïrmicamente aislante, caracterizado porque estï obtenido mediante aplicaciïn y secado sobre un soporte de al menos una capa de una composiciïn tal como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

11. Revestimiento segïn la reivindicaciïn anterior, caracterizado porque presenta una resistividad superficial 50 comprendida entre 105 y 109 Ω/cuadro.

12. Utilizaciïn de un revestimiento segïn una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11, sobre la superficie de una estructura que se someterï a una agresiïn tïrmica, de modo que el revestimiento facilite el flujo de circulaciïn de las cargas electrostïticas sobre la superficie de dicha estructura.

13. Procedimiento de producciïn de una composiciïn tïrmicamente aislante para revestimiento antiestïtico, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

- formaciïn de al menos una carga antiestïtica adecuada para el flujo de circulaciïn de las cargas elïctricas y que

se incorporarï en un elastïmero de silicona para formar una composiciïn antiestïtica tïrmicamente aislante segïn una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, comprendiendo dicha etapa de formaciïn una etapa de mezcla homogïnea de al menos dos compuestos minerales de densidades diferentes en proporciones determinadas, siendo al menos uno de dichos compuestos minerales conductor de la electricidad, efectuïndose la mezcla en un agente de homogeneizaciïn adecuado para dispersar de manera homogïnea dichos al menos dos compuestos minerales 65 dentro de la carga antiestïtica, - incorporaciïn de manera homogïnea de dicha al menos una carga antiestïtica formada en un elastïmero de silicona.

14. Procedimiento de producciïn de una composiciïn tïrmicamente aislante para revestimiento antiestïtico segïn la reivindicaciïn 13, en el que los compuestos minerales se seleccionan entre ïxidos de estaïo, ïxidos de antimonio y sus mezclas.

15. Procedimiento de producciïn de una composiciïn tïrmicamente aislante para revestimiento antiestïtico segïn la reivindicaciïn 13 ï 14, en el que el agente de homogeneizaciïn es agua. 10

16. Procedimiento de producciïn de una composiciïn tïrmicamente aislante para revestimiento antiestïtico segïn la reivindicaciïn 13, en el que el elastïmero de silicona es monocomponente y se vulcaniza a temperatura ambiente.

17. Procedimiento de producciïn de un revestimiento tïrmicamente aislante de protecciïn antiestïtica sobre un 15 soporte, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

- aplicaciïn de al menos una capa de una composiciïn tïrmicamente aislante para revestimiento antiestïtico sobre la superficie del soporte a proteger, preparïndose dicha composiciïn segïn una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16,

- secado de dicha al menos una capa.

18. Procedimiento de producciïn de un revestimiento tïrmicamente aislante de protecciïn antiestïtica sobre un soporte segïn la reivindicaciïn 17, caracterizado porque la aplicaciïn de dicha al menos una capa sobre el soporte y/o el secado de dicha al menos una capa se efectïa a temperatura ambiente y a una humedad relativa inferior al 60%.

19. Procedimiento de producciïn de un revestimiento tïrmicamente aislante de protecciïn antiestïtica sobre un soporte segïn la reivindicaciïn 17 ï 18, caracterizado porque comprende ademïs, antes de la etapa de aplicaciïn,

una etapa de adiciïn de un diluyente a la composiciïn para rebajar la viscosidad de la composiciïn y facilitar su aplicaciïn sobre el soporte.

20. Procedimiento de producciïn de un revestimiento tïrmicamente aislante de protecciïn antiestïtica sobre un soporte segïn la reivindicaciïn 19, caracterizado porque el diluyente es n-heptano. 35

21. Procedimiento de producciïn de un revestimiento tïrmicamente aislante de protecciïn antiestïtica sobre un soporte segïn una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 20, caracterizado porque el soporte es de un material no conductor de la electricidad.

22. Procedimiento de producciïn de un revestimiento tïrmicamente aislante de protecciïn antiestïtica sobre un soporte segïn una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 21, caracterizado porque el soporte es de un elastïmero de silicona.