DE3030453A1

DE3030453A1 - Antistatische beschichtung und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE3030453A1
Application number: DE19803030453
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Jacques Puteaux Levy
Original assignee: Avions Marcel Dassault Breguet Aviation SA; Dassault Aviation SA
Current assignee: Dassault Aviation SA
Priority date: 1979-08-14
Filing date: 1980-08-12
Publication date: 1981-03-26
Also published as: US4382881A; DE3030453C2; GB2059291B; GB2059291A; FR2469441A1; FR2469441B1

Description

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Beschreibung

Bei modernen Luftfahrzeugen wird die erreichbare Geschwindigkeit und auch die äußere Oberfläche immer größer. Das metallische Gerippe dieser Luftfahrzeuge stellt einen elektrisch-leitenden Weg dar, auf welchem elektrostatische Ladungen fließen können, welche durch Reibungselektrizität, durch die Ionisierung der von den Triebwerken ausgestoßenen Gase oder durch den Einfluß eines elektrischen Feldes erzeugt werden. Elektrisch nicht-leitende Teile des Luftfahrzeuges, z.B. Klappen, Strömungshilfen oder Radome (für elektromagnetische Wellen, insbesondere Radarwellen durchlässige Abdeckungen von Radareinrichtungen des Luftfahrzeuges), welche elektrisch-isolierende Kunststoffasern aufweisen, die in Harz eingebettet sind, das dann zur Polymerisation gebracht wird, behindern jedoch derartige Ströme, und auf ihren Oberflächen bilden sich leicht elektrische Ladungsansammlungen.

Gleiches gilt für die aus metallischem Material gefertigten Oberflächen, welche mit einer isolierenden Farbe oder einem isolierenden Lack überzogen sind. Derartige Lacke wirken nämlich wie ein geringe Dicke aufweisender elektrischer Isolator.

Die sich auf den Oberflächen dieser elektrisch nicht-leitenden Elemente ansammelnden elektrischen Ladungen führen dazu, daß diese Oberflächen ein von dem metallischen Gerippe des Luftfahrzeuges verschiedenes elektrisches Potential erhalten. Dieser Potentialunterschied wächst mehr oder weniger rasch an, bis die Durchbruchsspannung erreicht wird. Man erhält dann eine Aufeinanderfolge elektrischer Entladungen, und die bei diesen umgesetzte Energie

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stört das ordnungsgemäße Arbeiten der Bordgeräte, da bei den Entladungen elektrische Störsignale mit Radiofrequenzen erzeugt werden. Dieser Effekt tritt noch schneller und in noch intensiverem Maße ein, wenn schlechtes Wetter herrscht.

Damit man diese Störungen ausräumen kann, welche das Arbeiten der Navigationshi1fen und die Wirksamkeit der Punkeinrichtungen des Luftfahrzeuges erheblich beeinträchtigen, muß man die Oberfläche des Luftfahrzeuges zu einer Äquipotentialfläche machen, indem man auf diese elektrisch-isolierenden Oberflächen geeignete Beschichtungen aufbringt, durch welche diese Oberflächen elektrisch-leitend oder antistatisch gemacht werden.

Nun gibt es aber nicht-metallische Teile eines Luftfahrzeuges, welche über dessen Oberfläche verteilt sind, insbesondere die Radome, welche die Antennen schützen, welche man nicht zu gut leitend machen darf, wenn man sie nicht zugleich für die elektromagnetischen Wellen opak machen will und ihre Durchlässigkeit für elektrische Signale bei Radiofrequenzen ändern will.

Man muß also im Falle dieser Radome einen Lack bzw. eine Farbe verwenden, welche zwar elektrisch-leitend ist, jedoch keine metallischen Partikel enthält, die einen sehr großen Störfaktor darstellen. Bei Verwendung einer derartigen Farbe bzw. eines derartigen Lackes, der kein Metall enthält, müßte man einerseits ebenfalls für die Möglichkeit eines Abfließens elektrostatischer Ladungen sorgen, zugleich aber auch den elektrischen Oberflächenwiderstand sehr sorgfältig so einstellen, daß die Durchlässigkeit des Radoms für elektrische Signale bei Radiofrequenzen nicht verändert wird.

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Darüber hinaus müßte eine solche Farbe bzw. ein solcher Lack nach dem Aushärten seine Eigenschaften unabhängig vom Ausmaß der verstrichenen Zeit beibehalten, da ganz allgemein das natürliche Altern derartiger Beschichtungen dazu führt, daß die Beschichtung eine größere Leitfähigkeit erhält, so daß sie schließlich bessere Leiter werden, als dies erwünscht ist. Anstatt das Arbeiten des Radoms zu verbessern, würden sie dies dann eher verschlechtern.

Von der Anmelderin auf diesem Gebiet durchgeführte Forschungsarbeiten haben zu einer sehr genauen Bestimmung des Wertes für den elektrischen Oberflächenwiderstand von Beschichtungen geführt, welche für Radome und entsprechende Oberflächenelemente von Luftfahrzeugen verwendet werden sollen. Dieser elektrische Oberflächenwiderstand, welcher nach der amerikanischen Militärnorm US-MIL-C-7439 gemessen wird und in "Ohm zum Quadrat" (ohms per square) gemessen wird, muß zur Erzielung maximaler Wirksamkeit zwischen 5 und 100 Megohm zum Quadrat liegen und sich in diesem Bereich stabilisieren.

Es zeigt sich jedoch, daß eine derartige Stabilisierung des elektrischen Oberflächenwiderstandes nur sehr schwierig zu erhalten ist, da - wie gesagt - die im Handel erhältlichen antistatischen Beschichtungen durch Alterungseffekte zu besseren elektrischen Leitern werden. Daraus folgt, daß einerseits eine Beschichtung, welche zunächst ein zu guter elektrischer Leiter ist, mit fortschreitender Zeit nicht besser würde, während andererseits eine Beschichtung, die zu Beginn ein zu guter Isolator wäre, nach gewisser Alterung zwar zu einem gewissen Zeitpunkt dann den richtigen Oberflächenwiderstand erreicht, danach jedoch ebenfalls zunehmend

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ein zu guter Leiter wird. Offensichtlich ist es nicht möglich, derartige Produkte mit Vorteil einzusetzen.

Durch die vorliegende Erfindung soll eine von metallischen Partikeln freie Farbe bzw. ein solcher Lack geschaffen werden, der dahingehend verbessert ist, daß sein elektrischer Oberflächenwiderstand, der zunächst zu hoch ist, auf einen Endwert gebracht wird, der bleibend im Bereich von 5 bis 100 Megohm zum Quadrat liegt, wozu die Farbe bzw. der Lack einer beschleunigten Alterungsbehandlung geeigneter Art unterworfen wird, welche äquivalent zu einem natürlichen Altern ist und eine Herabsetzung des elektrischen Oberflächenwiderstandes auf den sonst im Lauf der Zeit asymptotisch erhaltenen Endwert hervorruft.

Vorzugsweise ist die beschleunigte Alterungsbehandlung eine Wärmebehandlung, z.B. ein Aufheizen über mehrere Stunden hinweg auf eine Temperatur von größenordnungsmäßig 90 C.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, bei denen von handelsüblichen chemischen Produkten auf dem Gebiet antistatischer Beschichtungen ausgegangen wird.

BEISPIEL 1:

Man geht aus von einem Produkt auf Polyurethanharzbasis, welches zusammen mit seinem Härter in Frankreich von der Firma PYROLAC unter dem Handelsnamen "Pyroflex" verkauft wird. Genauer gesagt handelt es sich um eine Variante des "Pyroflex", welche die Fabriknummer 7D713-A171 trägt und in welche sehr feiner puderförmiger

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Acetylenruß eingearbeitet ist, welcher den Oberflächenzustand des Produktes im Hinblick auf seine Verwendung als Beschichtung zur Luftfahrzeuge verbessert.

Dieses Produkt soll üblicherweise mit seinem Härter, dem Pyroflex 0651 in den nachstehenden Verhältnissen (Gew.-Teile) gemischt werden:

- elektrisch-leitende schwarze Farbe

Pyroflex 7D713-A171 100 Gew.-Teile

- Härter Pyroflex 0651 34 Gew.-Teile.

Nach einem Trocknen über 24 Stunden hinweg bei Raumtemperatur beträgt der elektrische Oberflächenwiderstand der Beschichtung 0,005 Megohm zum Quadrat. Dieser Wert liegt um einen Faktor 1000 unter dem erforderlichen Minimalwert von 5 Megohm zum Quadrat. Darüber hinaus kann sich dieser eine Verwendung schon ausschließende Unterschied mit einem Altern der Beschichtung nur noch vergrößern.

Erfindungsgemäß wird nun das Produkt Pyroflex 7D713-A171 dadurch erheblich modifiziert, daß man eine erhebliche Menge - z.B. etwa die Hälfte - an kompatiblem, elektrisch-isolierendem Harz zugibt, z.B. in Form eines farblosen, elektrisch-isolierenden Polyurethan-Basislackes für Farben Pyroflex 7D713 (Trockenauszug 52 %). Aufgrund systematischer Versuche wird die nachstehende Zusammensetzung erhalten:

- elektrisch-leitende schwarze Farbe

Pyroflex 7D713-A171 100 Gew.-Teile

- farbloser, elektrisch-isolierender
Polyurethan-Basislack für Farben

Pyroflex 7D713 50 Gew.-Teile

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- Härter Pyroflex 0651 65 Gew.-Teile.

Nach einem Trocknen bei Raumtemperatur über 24 Stunden hinweg beträgt der Oberflächenwiderstand der so erhaltenen Beschichtung

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größenordnungsmäßig 10 Megohm zum Quadrat.

Nach einer Wärmebehandlung von mehreren Stunden bei 90 C in einem Heizofen mit Ventilator erreicht der Oberflächenwiderstand einen quasi-asymptotischen Wert, der zwischen 5 und 100 Megohm zum Quadraft liegt, wenn die Dicke der trockenen Beschichtungen zwischen 15 und 80 ,u liegt. Derartig dünne Schichten sind im Flugzeugbau nicht üblich, man erhält hierdurch einen erheblichen Gewichtsgewinn.

BEISPIEL 2;

Man geht von einem Produkt auf Epoxyharzbasis aus, welches in den USA von der Firma DE SOTO als antistatische Farbe unter der Bezeichnung "Super Koropon Antistatic Coating Black 528x306" zusammen mit seinem Härter "Activator 910x464" verkauft wird.

Das Mischen dieser beiden Komponenten erfolgt normalerweise im nachstehenden Verhältnis:

- Super Koropon Antistatic Coating

Black 528x306 100 Gew.-Teile

- Activator 910x464 80 Gew.-Teile.

Man erhält damit eine Beschichtung, welche einen Oberflächenwiderstand von 0,6 Megohm zum Quadrat hat, wenn man die Schicht 24 Stun-

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den bei Raumtemperatur trocknet und die Dicke der trockenen Schicht zwischen 15 und 80,u liegt.

Dieser Oberflächenwiderstand ist erheblich kleiner als das notwendige Minimum von 5 Megohm zum Quadrat. Erfindungsgemäß wird daher das Produkt dadurch modifiziert, daß man zunehmende Menge eines isolierenden Epoxyharzes zufügt, welches von der Firma DE SOTO unter dem Handelsnamen "Clear Coating 520-015" verkauft wird, und zudem eine Menge des entsprechenden Härters (Activator 910x464) hinzufügt, wie sie für die neuen Mischungsverhältnisse geeignet ist.

Aufgrund systematischer Versuche erhält man die nachstehende Zusammensetzung :

- Super Koropon Antistatic Coating

Black 528x306 100 Gew.-Teile

- isolierender Epoxylack mit einem
Trockenauszug von 32 %: Clear

Coating 520-015 20 Gew.-Teile

- Activator 910x464 96 Gew.-Teile.

Nach einem Trocknen über 24 Stunden bei Raumtemperatur liegt der

4 Oberflächenwiderstand dieser Beschichtung bei mehr als 10 Megohm zum Quadrat und erreicht nach einer Wärmebehandlung bei 90 C über mehrere Stunden hinweg einen asymptotischen Endwert, der zwischen 5 und 100 Megohm zum Quadrat liegt, wobei die Dicke der Schichten wieder zwischen 15 und 80,u liegt.

Man erkennt, daß bei den beiden oben beschriebenen Ausführungsbeispielen (Polyurethanlack und Epoxylack) zu den angegebenen handeis-

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üblichen Lacken erhebliche Mengen eines elektrisch-isolierenden Lackes hinzugegeben werden. Auf diese Weise wird der anfängliche Oberflächenwiderstand beträchtlich geändert, und man kann in einem ersten Zeitraum fast elektrisch-isolierende Beschichtungen erhal-

4 ten, deren Oberflächenwiderstand größenordnungsmäßig 10 Megohm zum Quadrat beträgt, wobei diese Beschichtungen dann nach einer ohne großen Aufwand durchführbaren Wärmebehandlung, die einem natürlichen Alterungsproζeß von mehreren Jahren entspricht, einen Oberflächenwiderstand erhält, der sich bei Werten stabilisiert, die zwischen 5 und 100 Megohm zum Quadrat liegen, falls die Schichtdicke 15 bis 8O,u beträgt.

Es versteht sich, daß diese antistatischen Beschichtungen besonders gut ein Fließen elektrostatischer Ladungen auf Radomen (Antennenabdeckungen) ermöglichen, sich jedoch auch gut zum Schutz von anderen elektrisch nicht-leitenden Teilen eines Luftfahrzeuges eignen, die über dessen Oberfläche verteilt sind.

Lacke oder Farben, wie sie anhand der obigen Ausführungsbeispiele näher erläutert wurden, eignen sich auch allgemein zum überziehen oder Lackieren der Oberflächen von Luftfahrzeugen, wodurch dann deren Oberfläche zu einer Äquipotentialfläche gemacht werden kann.

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Claims

Avions Marcel Dassault-Breguet

Aviation S.A. · ■ ■-.·.--

27, rue du Prof. V. Pauchet 9. August 1980

F-92420 Vaucresson Anwaltsakte M-5274

Antistatische Beschichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Patentansprüche

ΐ. Verfahren zum Herstellen einer antistatischen Beschichtung, welche einen alterungsunabhängigen Oberflächenwiderstand vorgegebener Größe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß man zu einem handelsüblichen antistatischen Produkt auf Kunstharzbasis, welches von metallischen Partikeln frei ist und dessen Oberflächenwiderstand nach dem Vermischen mit dem Härter und nach dem Trocknen erheblich kleiner ist als der Oberflächenwiderstand vorgegebener Größe, ein kompatibles isolierendes Harz hinzufügt, durch welches der Oberflächenwiderstand, wiederum gemessen nach dem Mischen mit dem Härter und dem Trocknen, auf einen Wert angehoben wird, welcher erheblich über dem Oberflächenwiderstand vorgegebener Größe liegt, und daß man das so erhaltene Produkt einer beschleunigten Alterungsbehandlung unterwirft, durch welche der Oberflächenwiderstand auf den bei bloßer evolutiver Al-

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terung erreichten asymptotischen Endwert herabgesetzt wird, welcher der vorgegebenen Größe des Oberflächenwiderstandes entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erhaltene Produkt nach einem Trockenvorgang bei Raumtemperatur, welcher über 24 Stunden hinweg durchgeführt werden kann, mehrere Stunden einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von größenordnungsmäßig 90 C unterworfen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Wert für den Oberflächenwiderstand bei geringen Dicken der Beschichtung zwischen etwa 15 und etwa 80,u im Bereich von etwa 5 bis etwa 100 Megohm zum Quadrat (megohms au carre) liegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das handelsübliche antistatische Produkt auf Kunstharzbasis und das ihm zugegebene kompatible isolierende Harz entweder Polyurethanharze oder Epoxyharze sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß a) das handelsübliche antistatische Produkt eine elektrisch-leitende schwarze Farbe auf Polyurethanharzbasis ist, welche unter dem Handelsnamen "Pyroflex" und unter der Fabriknummer 7D713-A171 verkauft wird, daß b) das hiermit kompatible elektrisch-isolierende Harz ein farbloser, elektrisch-isolierender Polyurethanbasislack für Farben mit der Handelsbezeichnung "Pyroflex" und der Fabriknummer 7D713 ist und daß c) der Härter der unter dem

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Handelsnamen "Pyroflex" und der Fabriknummer 0651 erhältliche Härter ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Komponenten a), b) und c) in Verhältnissen zusammengemischt werden, welche etwa dem Verhältnis 100:50:65 in Gewichtsteilen entspricht.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß a) das handelsübliche antistatische Produkt eine elektrisch-leitende Farbe auf Epoxyharzbasis ist, welche unter dem Handelsnamen "Super Koropon Antistatic Coating Black 528x306" verkauft wird, daß b) das hiermit kompatible elektrisch-isolierende Harz ein isolierender Epoxylack ist, welcher unter dem Handelsnamen "Clear Coating 520-015" verkauft wird, und daß c) der Härter ein Härter ist, welcher unter der Handelsbezeichnung "Activator 910x464" verkauft wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Komponenten a), b) und c) in Verhältnissen zusammengemischt werden, welche etwa dem Verhältnis 100:20:96 in Gewichtsteilen entspricht.
9. Antistatische Farbe oder Lack, dadurch gekennzeichnet, daß sie bzw. er nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt ist.
10.Verwendung einer antistatischen Farbe oder eines antistatischen Lackes nach Anspruch 9 als Beschichtung für Radome und andere

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Oberflächenelemente von Luftfahrzeugen und ggf. als generelle Beschichtung für die Oberfläche von Luftfahrzeugen im Hinblick auf die Schaffung von Äquipotentialverhältnissen auf den Oberflächen von Luftfahrzeugen.

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