DE69606843T2 - Funkwellendurchlässige Sonnenschutzfolie und geschützte Gegenstände - Google Patents

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Diese Erfindung betrifft das Abschirmen von Gegenständen bei Weltraumbedingungen und insbesondere ein Abschirmen, durch das eine thermische und eine elektrische Kontrolle ermöglicht ist, die jedoch gegenüber Radiofrequenzenergie durchlässig ist.
• Im Weltraum ist eine Struktur harten Bedingungen bezüglich Erwärmen und Abkühlen, Aufbauen von elektrischen Ladungen, externer Strahlung und Partikelattacken sowie passiver Zwischenmodulation (PIM) ausgesetzt. Diese Faktoren betreffen alle die Oberflächeneigenschaften der Struktur. Die Oberflächeneigenschaften von Materialien, die gute Strukturen ergeben, können jedoch im Hinblick auf diese anderen Betrachtungen nicht optimal sein. Demzufolge ist es bekanntgeworden, einige der Außenflächen der Strukturen mit Schutzstrukturen, allgemein als "Sonnenschutz" bezeichnet, zu versorgen, die diese vor äußeren Angriffen schützen und die außerdem positive Effekte zeigen, einschließlich der Ableitung von statischen Ladungen und einer passiven Wärmekontrolle. Der Sonnenschutz soll einfach an der Struktur, die geschützt werden soll, befestigt werden können, jedoch auf dauerhafte Weise. Bei manchen Raumfahrzeugen, wie beispielsweise Nachrichtensatelliten, muß die Struktur stabil bleiben und einer Veränderung über eine Zeitspanne von Jahren widerstehen.
• Eine Radiofrequenz- oder Radarantennenstruktur eines Raumfahrzeugs verlangt all diese Betrachtungen. Darüber hinaus müssen jegliche Schutzstrukturen für die Antenne gegenüber der Übertragung von Radiofrequenz-(RF-)Energie an die und von der Antenne durchlässig sein. (Der hier verwendete Betriff "Antenne" beinhaltet sowohl das Sende- als auch das Empfangselement und die dazugehörigen Strukturen, wie beispielsweise deren Speisehörner). Die zusätzliche Bedingung der RF-Durchlässigkeit erlegt einem Sonnenschutz eine ernsthafte Beschränkung auf, da, bis zu einem gewissen Grad, die Eigenschaft, das Aufbauen von elektrischen statischen Ladungen zu verhindern und die RF-Durchlässigkeit offensichtlich inkompatibel miteinander sind. Idealerweise sollte der Sonnenschutz elektrisch leitfähig sein, um statische Ladungen abzuleiten; um RF-durchlässig zu sein, sollte er jedoch ein Dielektrikum sein.
• Zahlreiche Ansätze sind bekannt, um zu versuchen, die Abschirmbedingungen für Raumfahrzeugantennen zu erfüllen. Bei einem Ansatz weist ein Polyimidfilm auf einer Seite eine dünne Schicht an Germanium und auf der anderen Seite eine dünne Schicht eines Gitternetzes an im Vakuum abgeschiedenem Aluminium auf. Dieses Material ist RF-durchlässig, es erfüllt aber nicht die Anforderungen bezüglich der Ableitung von elektrostatischen Ladungen und ist aufgrund der Anwesenheit des metallischen Aluminiums eine potentielle Quelle passiver Zwischenmodulationsprobleme. Bei einem anderen Ansatz ist das Spar- Sonnenschutzmaterial aus einer dicken Folie eines Polyimidfilmes gebildet, der an einer Seite einen weißen dielektrischen Farbanstrich und auf der anderen Seite einen schwarzen dielektrischen Farbanstrich aufweist. Keiner der Farbanstriche leitet statische Ladungen ab, daher wird die Seite mit der weißen Farbe üblicherweise mit einem dünnen Film an Indium-Zinn-Oxid (ITO) überschichtet, um statische Ladungen kontrollieren zu können. Dieses Folienmaterial erfüllt die Bedingungen bezüglich der RF-Durchlässigkeit, der Wärme und des PIM, Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß es dazu neigt, exzessive statische Ladungen anzuhäufen. Wird die ITO-Überzugsschicht ausreichend dick gemacht, um statische Ladungen in einer zufriedenstellenden Art und Weise abzuleiten, so neigt diese dazu, die Durchlässigkeit von RF-Signalen zu blockieren:
• Es besteht daher ein Bedarf an einem verbesserten Sonnenschutzmaterial für RF-Antennen von Raumfahrzeugen oder anderen Strukturen, die die gerade diskutierten verschiedenen Bedingungen erfüllen. Die vorliegende Erfindung erfüllt diese Erfordernisse und schafft weitere damit zusammenhängende Vorteile.
ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung schafft eine Sonnenschutzfolie und Gegenstände, die durch die Sonnenschutzfolie geschützt sind, die höchst vorteilhaft bei Antennen von Raumfahrzeugen eingesetzt werden. Die Sonnenschutzfolie entsprechend der Erfindung leitet statische Ladungen ab, ist jedoch gegenüber Radiofrequenz-(RF-)Energie durchlässig und ist daher zum Schutz von Antennen oder anderen Strukturen geeignet, die RF-Energie aussenden und/oder empfangen. Die Sonnenschutzfolie hilft auch bei der Wärmekontrolle an der Oberfläche der Struktur und erfüllt die Erfordernisse bezüglich der passiven Zwischenmodulation. Die Sonnenschutzfolie kann einfach angebracht werden, erfüllt die Erfordernisse von Raumfahrzeugmaterialien, wie die Begrenzungen von Ausgasen, und sie ist bei Weltraumumweltbedingungen über eine ausgedehnte Zeitspanne haltbar.
• Entsprechend der Erfindung weist eine Sonnenschutzfolie ein flächiges Substrat auf, das aus einem Material hergestellt ist, das gegenüber Radiofrequenz-Energie durchlässig ist, wobei das flächige Substrat auf einer ersten Seite eine weiße Beschichtung und auf der zweiten Seite eine schwarze Beschichtung aufweist. Die weiße Beschichtung und die schwarze Beschichtung weisen jeweils einen spezifischen Oberflächenwiderstand von etwa 10&sup8; bis etwa 10&sup9; Ohm auf. Dieser spezifische Oberflächenwiderstand wurde ausgewählt, um einen ausreichend niedrigen Oberflächenwiderstand zu schaffen, damit statische Ladungen abgeleitet werden, jedoch ein ausreichend hoher Oberflächenwiderstand geschaffen wird, um gegenüber Radiofrequenz-Energie durchlässig zu sein.
• Das flächige Substrat ist vorzugsweise ein Polymermaterial. wie beispielsweise eine Polyimidschicht, mit einer Dicke von etwa 0,001 Inch bis etwa 0,003 Inch. Die Beschichtungen bestehen vorzugsweise in Form einer Farbe, die konventionell auf das flächige Substrat aufgebracht wird, durch eine Technik wie beispielsweise durch Sprühen. Die weiße Beschichtung ist vorzugsweise eine Silikon-Polymermatrix, die dotierte Zinkoxidpigmentpartikel verteilt aufweist, wobei die Zinkoxidpgimentpartikel mit einem Element dotiert sind, das flache donatorartige Zustände im Zinkoxid ausbildet. Die weiße Beschichtung weißt vorzugsweise eine Dicke von 0,004 Inch bis etwa 0,006 Inch auf. Die schwarze Beschichtung ist vorzugsweise eine Silikon-Polymermatrix, in der Kohlenstoffpigmentpartikel verteilt sind, und weist eine Dicke von etwa 0,001 Inch bis etwa 0,002 Inch auf.
• Die Sonnenschutzfolie ist bei Weltraumumweltbedingungen stabil. Deren höchst vorzugsweise Verwendung besteht in Strukturkomponenten für Raumfahrzeuge, die Radiofrequenz-Energie aussenden oder empfangen. Ein Beispiel einer solchen Verwendung ist eine Radiofrequenzantenne eines Weltraumfahrzeuges.
• Die vorliegende Lehre schafft eine Sonnenschutzfolienstruktur, die die Bedingungen bezüglich der Ableitung von statischen Ladungen an Raumfahrzeugen, der Wärmesteuerung, der passiven Zwischenmodulation, der Anwendungsgebiete und der Langlebigkeit erfüllt, und diese ist außerdem bezüglich RF- Energie durchlässig. Die Sonnenschutzfolienstruktur ist im Vergleich zu anderen Schutzfilmen, die dazu vorgesehen sind, dieselben Erfordernisse zu erzielen, relativ kostengünstig, da diese die Formulierung und Anwendung von Farben beinhaltet, anstatt ein Abscheiden im Vakuum oder anderen Arten von mehr komplexen Herstellungsverfahren. Weitere Merkmale oder Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung illustrieren. Der Rahmen der Erfindung ist jedoch nicht auf diese bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Fig. 1 ist ein schematischer Schnitt einer erfindungsgemäßen Sonnenschutzfolie;
• Fig. 2 ist ein schematischer Schnitt eines Gegenstandes, der durch eine erfindungsgemäße Sonnenschutzfolie geschützt ist; und
• Fig. 3 ist ein Blockschema eines Verfahrensablaufes, wie er zur Herstellung der Sonnenschutzfolie durchgeführt wird, und deren Anwendung auf einen Gegenstand.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Sonnenschutzfolie 20. Die Sonnenschutzfolie 20 weist ein flächiges Substrat 22 auf, das aus einem Material hergestellt ist, das gegenüber Radiofrequenz-Energie durchlässig ist. (Der Begriff "durchlässig", wie er hier verwendet wird, bedeutet, daß die Energie im wesentlichen keine Dämpfung erfährt, wenn sie ein Bauteil durchdringt. Es ist festzustellen und zu akzeptieren, daß eine gewisse vernachlässigbare, jedoch annehmbar geringe Dämpfung erfolgt.) Ein bevorzugtes Konstruktionsmaterial des flächigen Substrates 22 ist ein Polymermaterial, höchst vorzugsweise eine Polyimidfolie. Das flächige Substrat weist vorzugsweise eine Dicke von 0,001 Inch bis etwa 0,003 Inch auf, höchst vorzugsweise eine Dicke von etwa 0,002 Inch. Eine Polyimidfolie mit einer Dicke von etwa 0,002 Inch ist als DuPont KaptonTM Polyimidfolie im Handel erhältlich. Ein solches flächiges Substrat ist dafür bekannt, gegenüber physikalischem oder chemischem Abbau unter Weltraumumweltbedingungen stabil zu sein, ist zum vorliegenden Zwecke einfach beschichtbar und ist flexibel, um sich der Oberfläche eines zu beschichtenden Gegenstandes anzuformen. Die Dicke des flächigen Substrates 22 wird so ausgewählt, daß es ausreichend dick ist, um den Herstellungs- und Beschichtungsvorgängen standhalten zu können, jedoch ausreichend dünn ist, um sich den Oberflächenformen anpassen zu können, und um kein unnötiges Gewicht oder eine RF-Dämpfung beizubringen. Das flächige Substrat hat eine erste Seite 24 und eine zweite Seite 26.
• Eine weiße Beschichtung 28 überzieht die erste Seite 24 und steht mit dieser in Kontakt. Die weiße Beschichtung 28 weist eine Silikon-Polymermatrix auf, die dotierte Zinkoxidpigmentpartikel verteilt aufweist. Die Zinkoxidpigmentpartikel sind mit einem Element dotiert, das flache donatorartige Zustände im Zinkoxid ausbildet. Zinkoxidpartikel weisen eine weiße Farbe auf und auferlegen diese Farbe der Beschichtung. Es ist bekannt, daß das Dotieren der Partikel mit Elementen, die flache donatorartige Zustände ausbilden, dazu beiträgt, die weiße Farbe aufrechtzuerhalten, wenn diese nachfolgend im Weltraum einer Strahlung ausgesetzt sind, und daß diese außerdem eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit auferlegen, die es der Beschichtung ermöglicht, elektrostatische Ladungen abzuleiten. Siehe dazu J. Cordaro et al., "Molecular Engineering of Pigments for Degradation-Resistant Thermal Control Coatings", AIAA Reprint AIAA-92-2167 of Presentation at AIAA Materials Specialist Conference on Coating Technology for Aerospace Systems; 16. bis 17. April 1992.
• Das bevorzugte Dotiermittel für Zinkoxidpartikel ist Aluminium, es kann jedoch ebenfalls Bor, Gallium, Indium, Zink, Zinn und/oder Wasserstoff verwendet werden. Im höchst bevorzugten Fall wird das Zinkoxid mit etwa 0,35 bis etwa 1,0 Gew.-% Aluminium dotiert und weist eine Partikelgröße von etwa 25 um auf. Diese Dotierungshöhe erzeugt den benötigten spezifischen Oberflächenwiderstand von etwa 10&sup8; bis etwa 10&sup9; Ohm. Die geringe Partikelgröße trägt zu einer glatten Konsistenz des Beschichtungsmaterials in einem Lösungsmittel bei, bevor die Beschichtung getrocknet wird. Das höchst bevorzugte dotierte Pigmentmaterial ist von Union Miniere aus Belgien kommerziell erhältlich.
• Die Silikon-Polymermatrix ist vorzugsweise ein vernetztes und polymerisiertes Dimethylsilikoncopolymer, das flexibel ist und gegenüber Abbau im Ultraviolett-(UV-)Licht widerstandsfähig ist. Das Silikonpolymer zeigt ein gutes Maß an Verformbarkeit, ohne zu brechen, und zwar sowohl wenn das dotierte Zinkoxidpigment in moderaten Anteilen vorhanden ist, als auch wenn es nicht vorhanden ist. Diese Verformbarkeit ermöglicht der abschließenden Beschichtung, sich beim Verbiegen des flächigen Substrates 22 zu verformen. Die Verformbarkeit der Beschichtung verbessert auch die Beständigkeit der Beschichtung gegenüber Brechen aufgrund der Handhabung, des Einbaus, oder von Einwirkungen oder dergleichen während eines Services. Als Matrix können auch andere flexible Polymermaterialien verwendet werden, wie beispielsweise Silikon-modifizierte Epoxy- oder Polyurethanmaterialien. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß das Dimethylsilikoncopolymer die höchste Beständigkeit gegenüber UV-Abbau aufweist und wird daher bevorzugt.
• Der Anteil an dotiertem Zinkoxidpigment beträgt vorzugsweise von etwa 3 bis etwa 4 Gewichtsanteilen pro 1 Gewichtsanteil der Dimethylsilikonpolymermatrix. Die weiße Beschichtung kann eine Zusammensetzung außerhalb dieses Bereiches aufweisen, doch die Eigenschaften einer solchen Beschichtung sind nicht so gut wie Beschichtungen innerhalb dieses Bereiches. Ist das Gewichtsverhältnis von Pigment zu Polymer kleiner als etwa 3 : 1, so ist der Sonnenabsorptionsgrad größer als bevorzugt. Ist das Gewichtsverhältnis von Pigment zu Polymer größer als etwa 4 : 1, ist nicht ausreichend Polymer vorhanden, um das Pigment in einer kohärenten Beschichtung zu binden. Das Ergebnis im letzten Fall ist eine Beschichtung, die eine reduzierte physikalische Integrität, reduzierte Festigkeit und eine reduzierte Bruchwiderstandsfähigkeit aufweist.
• Die weiße Beschichtung 28 ist vorzugsweise etwa 0,004 Inch bis etwa 0,006 Inch dick. Ist die weiße Beschichtung dünner als etwa 0,004 Inch, erfüllt sie nicht die Anforderungen der elektrostatischen Ableitung, da sie keine ausreichende Oberflächenleitfähigkeit aufweist, um elektrische Ladungen abzuleiten. Eine dickere Beschichtung dient zu keinem Zweck, schafft zusätzliches Gewicht und Dämpfungseffekte.
• Eine schwarze Beschichtung 30 überdeckt die zweite Seite 26 und steht mit dieser in Kontakt. Die schwarze Beschichtung weist vorzugsweise eine Silikon-Polymermatrix auf, in der elektrisch leitfähige Kohlenstoffpartikel verteilt sind. Die Kohlenstoffpartikel weisen eine schwarze Farbe auf und auferlegen der Beschichtung diese Farbe. Die Kohlenstoffpartikel sind elektrisch leitfähig und ergeben eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit, die es der Beschichtung ermöglicht, elektrostatische Ladungen abzuleiten.
• Die Silikon-Polymermatrix ist vorzugsweise ein Methylphenylsilikonpolymer, das flexibel ist und gegenüber Abbau in Ultraviolett-(UV-)Licht widerstandsfähig ist. Das Silikonpolymer weist ein gutes Maß an Verformbarkeit ohne zu brechen auf, und zwar sowohl wenn das Kohlenstoffpigment in moderaten Anteilen vorhanden ist, als auch wenn es nicht vorhanden ist. Die Verformbarkeit ermöglicht es der endfertigen Beschichtung, sich beim Biegen des flächigen Substrates 22 zu verformen. Die Verformbarkeit der Beschichtung verbessert auch die Widerstandsfähigkeit der Beschichtung gegenüber Brechen aufgrund von Einwirkungen oder dergleichen während eines Service. Es können andere flexible Polymermaterialien für die Matrix eingesetzt werden, wie beispielsweise Silikon-modifizierte Epoxy- oder Polyurethanmaterialien. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß das Dimethylsilikoncopolymer die höchste Widerstandsfähigkeit gegenüber UV-Abbau aufweist, und es wird deshalb bevorzugt.
• Das Verhältnis von Kohlenstoffpigmentpartikeln zu Polymermatrix reicht vorzugsweise von etwa 1,25 bis etwa 1,5 Gewichtsanteilen pro 100 Gewichtsanteilen der Methylphenylsilikonpolymermatrix. Es ist möglich, eine schwarze Beschichtung außerhalb dieses Bereiches zu verwenden, die Eigenschaften einer solchen Beschichtung sind jedoch nicht so gut wie von Beschichtungen innerhalb dieses Rahmens. Ist das Gewichtsverhältnis von Kohlenstoffpigment zu Polymer kleiner als etwa 1,25 : 100, so ist der Widerstand der Beschichtung zu groß. Ist das Gewichtsverhältnis von Kohlenstoffpigment zu Polymer größer als etwa 1,5 : 100, so ist der Widerstand der Beschichtung zu gering.
• Die Dicke der schwarzen Beschichtung 30 beträgt vorzugsweise von etwa 0,001 Inch bis etwa 0,002 Inch. Ist die Beschichtung dünner als etwa 0,001 Inch, besteht die Gefahr, daß feine Löcher bei der Anwendung entstehen, und daß die Beschichtung keine ausreichende Oberflächenleitfähigkeit aufweist, um elektrische Ladungen abzuleiten. Eine dickere Beschichtung dient zu keinem Zweck, schafft zusätzliches Gewicht und dämpft unnötigerweise durch sie hindurchtretende RF-Energie.
• In einem höchst bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Polyimidfilm eine Dicke von etwa 0,001 bis etwa 0,003 Inch auf. Die weiße Beschichtung weist eine Zusammensetzung und eine Dicke wie zuvor beschrieben auf, mit einem resultierenden spezifischen Oberflächenwiderstand von etwa 10&sup8; bis etwa 10&sup9; Ohm. Die schwarze Beschichtung hat eine Zusammensetzung und eine Dicke wie zuvor beschrieben und weist ebenfalls einen spezifischen Oberflächenwiderstand von etwa 10&sup8; bis etwa 10&sup9; Ohm auf.
• Fig. 2 zeigt eine Struktur mit einem Artikel 32, auf dem die Sonnenschutzfolie 20 angebracht ist. Die Sonnenschutzfolie 20 wird über einer Oberfläche 34 des Gegenstandes 32 durch geeignete hochstehende Abstandshalter 36 getragen. Vorzugsweise sind die Abstandshalter 36 Haken- und Ösenhalter (wie beispielsweise Velcro- (Klettverschluß-) Halter), wobei die Hakenseite auf einer der Seiten der Folie 20 und der Oberfläche 34 und die Ösenseite auf der anderen Seite der Folie 20 und der Oberfläche 34 befestigt ist. Bei dieser Struktur weist die weiße Beschichtung 28 der Sonnenschutzfolie 20 nach außen weg von dem Gegenstand 32, um eine Oberfläche mit einem geringen Sonnenabsorptionsgrad zu schaffen. Die schwarze Beschichtung 30 der Sonnenschutzfolie 20 zeigt nach innen gerichtet auf den Gegenstand 32, um eine Oberfläche mit einer großen Abstrahlung zu schaffen.
• Der Gegenstand 32 kann ein jeglicher Gegenstand sein. Höchst vorzugsweise ist der Gegenstand 32 ein Bauteil eines Raumfahrzeuges, das Radiofrequenz-Energie aussendet und/oder empfängt. Der bevorzugte Gegenstand 32 ist eine Antenne eines Raumfahrzeuges (wobei dieser Ausdruck hier so verwendet wird, daß darunter auch das Speisehorn eingeschlossen ist).
• Fig. 3 zeigt ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen einer Struktur, die einen Gegenstand 32 aufweist, bei dem eine Sonnenschutzfolie 20 angewendet ist. Die bevorzugten Materialien dieser Konstruktion sind die zuvor beschriebenen Materialien. Das flächige Substrat ist mit der Bezugsziffer 50 bezeichnet.
• Die Formulierung der weißen Beschichtung 28 wird als eine mit der Bezugsziffer 52 versehene Farbe hergestellt. Zur Herstellung der Farbe wird eine Mischung aus einem Silikonpolymerprekursor, den dotierten Zinkoxidpartikeln und einem Lösungsmittel bereitgestellt. Der Silikonpolymerprekursor ist eine Verbindung, die polymerisiert und vernetzt wird, wobei das Silikon-Polymermaterial der Matrix erzeugt wird. Im bevorzugten Fall ist der Prekursor ein Dimethylsilikoncopolymer. Das flüssige Copolymer ist von der Firma NuSil Technology im Handel erhältlich. Das Copolymer wird in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst, im bevorzugten Fall ein VM & P (varnish makers and painters) Naphtha-Lösungsmittel. Der Silikonpolymerprekursor, das Lösungsmittel und die dotierten Zinkoxidpartikel werden miteinander vermischt. In einem bevorzugten Fall werden 100 Gewichtsanteile Dimethylsilikoncopolymer, 312 Gewichtsanteile VM & P Naphtha-Lösungsmittel und 300 bis 400 Gewichtsanteile des aluminiumdotierten Zinkoxidpigmentes miteinander vereinigt, um eine Prekursormischung zu bilden, und in ein keramisches Behältnis mit einem keramischen Reibmittel mit einem Durchmesser von 1/2 Inch gegeben. Das Gefäß wird verschlossen und auf eine Kugelmühle gegeben. Die Kugelmühle wird üblicherweise für drei Stunden betrieben, bis das Pigment zu einer Hegman-Körnung von zumindest 6 zerrieben ist. Nachdem das Mahlen in der Kugelmühle abgeschlossen ist, wird die Prekursormischung in ein Glas- oder ein Metallbehältnis überbracht.
• Zu der Prekursormischung werden ein Vernetzungsagens und ein Katalysator hinzugefügt. Das Vernetzungsagens und der Katalysator sind diejenigen, die von dem Hersteller als für den ausgewählten Polymerprekursor geeignet erscheinen. Im bevorzugten Verfahren werden 7,5 Gewichtsanteile eines 90-prozentigen Silbond TNPS-Vernetzungsagens und etwa 0,75 Gewichtsteile an Dibutylzinndilauratkatalysator der Prekursormischung hinzugefügt, wodurch die Endmischung erhalten wird. Das Vernetzungsagens erhöht die Vernetzungsdichte der gehärteten Beschichtung und macht die Beschichtung härter. Der Katalysator beschleunigt den Vernetzungsvorgang. Das Vernetzungsagens kann zu jedem Zeitpunkt vor der Beschichtung hinzugefügt werden, der Katalysator wird jedoch unmittelbar vor dem Anwenden der endfertigen Mischung auf der Oberfläche hinzugefügt. Ein frühes Hinzufügen des Katalysators würde in einer übermäßig festen Konsistenz der Mischung beim Beschichten resultieren, wobei diese Konsistenz auch nicht durch das Hinzufügen von zusätzlichem Lösungsmittel reduziert werden könnte. Zusätzliches VM & P Naphtha- oder Xylol- Lösungsmittel kann zu diesem Zeitpunkt hinzugefügt werden, um die Konsistenz der Endmischung entsprechend dem ausgewählten Anwendungsprozeß, der Umgebungstemperatur und anderen Bedingungen anzupassen. Für das bevorzugte Sprühverfahren werden etwa 65 bis 130 zusätzliche Gewichtsanteile an VM & P Naphtha- oder Xylol-Lösungsmittel hinzugefügt, um die Viskosität der Endmischung zu reduzieren.
• Die endfertige Mischung der Formulierung der weißen Farbe wird auf die erste Seite 24 des Substrates 22 aufgetragen, wie das mit der Bezugsziffer 54 bezeichnet ist. Die erste Seite 24 des flächigen Substrates 22 ist von Schmutz, Fett oder anderen fremden Sachen durch Abwischen mit einem Lösungsmittel gereinigt. In den meisten Fällen wird die erste Seite 24 mit einem Primer versehen, um die Haftung der Mischung zu verbessern, bevor die Mischung angewendet wird. Standard-Primer für polymerische Anwendungen stehen zur Verfügung. Ein bevorzugter Primer ist der A1100 Silan-Primer (erhältlich von Union Carbide). Der Primer wird in der Art und Weise angewendet, wie er von dessen Lieferanten empfohlen wird. Bei dem bevorzugten Primer besteht die Anwendung durch eine Sprühpistole mit einem anschließenden Trocknen für eine Stunde, bevor die endfertige Mischung aufgetragen wird. Die Schicht an Silanhaftungsvermittlern ist etwa 0,0001 bis etwa 0,0002 Inch dick.
• Die Anwendung der endfertigen Mischung kann durch jegliche geeignete Technik durchgeführt werden, wie beispielsweise Sprühen, Anstreichen, Eintauchen etc. Die Menge an Lösungsmittel in der endfertigen Mischung wird so ausgewählt, daß sie mit der herangezogenen Anwendungstechnik kompatibel ist. Die zuvor beschriebene Formulierung der endfertigen Mischung besteht bezüglich der bevorzugten Anwendung des Sprühens. Zur Durchführung der Sprühanwendung kann jeglicher gebräuchlicher Luftzerstäuber und dessen gebräuchliches Sprühverfahren benutzt werden.
• Mit der zuvor erläuterten Formulierung erzeugt das Sprühen eine gleichmäßige Beschichtung auf der ersten Seite 24. Die Beschichtung kann relativ dicker oder dünner im Rahmen zuvor diskutierter Grenzen gewählt werden. Wie beim konventionellen Anstreichen, kann - falls eine dickere Beschichtung gewünscht wird - vorzugsweise eine Folge an dünneren Beschichtungen über einen Bereich aufgetragen werden, und es kann jeder dünnen Schicht ermöglicht werden, teilweise zu trocknen, bevor die nächste Schicht aufgetragen wird. Die auf die Oberfläche aufgetragene Mischung läßt man trocknen. Nachdem die komplette Beschichtung aufgetragen worden ist, läßt man vorzugsweise die Beschichtung für zumindest 7 Tage in Umgebungsluft vor Anwendung trocknen.
• Die Formulierung der schwarzen Beschichtung 30 wird als eine Farbe hergestellt, wie das mit der Bezugsziffer 56 bezeichnet ist. Um die Farbe herzustellen, wird eine Mischung aus einem Silikonpolymer oder einem Polymerprekursor, den Kohlenstoffpartikeln und einem Lösungsmittel hergestellt. Der Silikonpolymerprekursor, der eingesetzt wird, ist eine Verbindung, die polymerisiert und vernetzt werden kann, um im Silikonpolymermaterial der Matrix zu resultieren. Im bevorzugten Fall wird das Methylphenylsilikonpolymer, wie es von der NuSil Technology zur Verfügung steht, eingesetzt. Das Polymer wird in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst, im bevorzugten Fall VM & P (varnish makers and painters) Naphtha-Lösungsmittel. Das Silikonpolymer, das Lösungsmittel und die Kohlenstoffpartikel werden miteinander vermischt. In einem bevorzugten Fall werden 100 Gewichtsanteile Silikonpolymer, 50 Gewichtsanteile VM & P Naphtha-Lösungsmittel und 1,35 Gewichtsanteile Kohlenstoffpartikel vermischt, um eine Prekursormischung zu bilden, und diese wird in ein keramisches Behältnis mit einem keramischen Reibmittel mit einem Durchmesser von 1/2 Inch gegeben. Das Behältnis wird verschlossen und auf eine Kugelmühle gegeben. Das Kugelmahlen wird üblicherweise für 3-4 Stunden durchgeführt, bis das Pig ment auf eine Hegman-Körnung von zumindest 7 gemahlen ist. Falls notwendig, wird das Kugelmahlen fortgesetzt, bis die gewünschte Korngröße erreicht ist. Nachdem das Mahlen in der Kugelmühle abgeschlossen ist, wird die Prekursormischung in ein Glas- oder Metallgefäß überbracht.
• Die Farbformulierung wird auf die zweite Seite 26 des flächigen Substrats 22 aufgebracht, wie durch das Bezugszeichen 54 angedeutet ist. Die zweite Seite 26 des flächigen Substrats 22 wird von Schmutz, Fett und anderen fremden Sachen durch Abwischen mit einem Lösungsmittel gereinigt. Keine weitere spezielle Vorbereitung der Oberfläche wie Ätzen, Primen oder dergleichen ist notwendig, noch ist ein Vernetzungsagens oder ein Katalysator der Mischung hinzuzufügen. Zu diesem Zeitpunkt kann zusätzliches Lösungsmittel hinzugefügt werden, um die Konsistenz der endfertigen Mischung entsprechend den ausgewählten Anwendungsverfahren, der Umgebungstemperatur und anderen Bedingungen anzupassen. Für die bevorzugte Sprühanwendung werden etwa 65 bis 130 Gewichtsanteile an VM & P Naphtha- oder Xylol- Lösungsmittel zusätzlich hinzugefügt, um die Viskosität der endfertigen Mischung zu reduzieren. Die endfertige Mischung wird auf die zweite Seite 26 des Substrats 22 aufgetragen.
• Das Auftragen der endfertigen Mischung kann durch jegliche geeignete Technik, wie z. B. Sprühen, Anstreichen, Eintauchen oder dergleichen, aufgebracht werden. Die Menge an Lösungsmittel in der endfertigen Mischung wird so ausgewählt, daß sie mit der ausgewählten Auftragstechnik kompatibel ist. Die zuvor beschriebene Formulierung der endfertigen Mischung ist für die bevorzugte Anwendung durch Sprühen gewählt. Zum Durchführen der Sprühauftragung kann jeglicher geeigneter Luftzerstäuber und dessen entsprechendes Sprühverfahren angewendet werden.
• Mit der zuvor beschriebenen Formulierung ergibt das Sprühen eine gleichmäßige Beschichtung auf der zweiten Seite 26. Die Beschichtung kann innerhalb der zuvor beschriebenen Grenzen relativ dicker oder dünner sein. Wird bei einem konventionellen Anstreichen jedoch eine dickere Beschichtung gewünscht, wird vorzugsweise eine Folge an dünneren Beschichtungen über einen Bereich aufgebracht, und jeder dünnen Beschichtung wird es ermöglicht, teilweise zu trocknen, bevor die nächste Schicht aufgetragen wird. Die auf die Oberfläche aufgetragene Mischung läßt man trocknen. Nachdem die vollständige Beschichtung aufgetragen worden ist, läßt man diese vorzugsweise für zumindest 7 Tage bei Umgebungstemperatur vor der Verwendung trocknen. In der Praxis werden die weiße Beschichtung und die schwarze Beschichtung nacheinander aufgetragen, der erstaufgetragenen Beschichtung wird es ermöglicht, so weit zu trocknen, daß sie nicht mehr läuft, anschließend läßt man das so beschichtete flächige Substrat für mindestens 7 Tage trocknen.
• Das Auftragen und Trocknen der schwarzen und weißen Farbschichten auf dem flächigen Substrat vervollständigt die Herstellung der Sonnenschutzfolie 20. Diese Folie ist ein freistehendes Material, das abseits von seiner Anwendung an dem Gegenstand 32 vorhanden ist. Es kann unmittelbar verwendet werden oder vor seiner Anwendung an dem Gegenstand gelagert werden.
• Der zu schützende Gegenstand 32 ist mit der Bezugsziffer 58 versehen. Wie beschrieben, ist der Gegenstand 32 vorzugsweise eine Komponente eines Raumfahrzeuges, das während seines Einsatzes Radiofrequenz-Energie aussendet oder empfängt, wie beispielsweise Radioantennen, Mikrowellenantennen oder Radarantennen (einschließlich zugehöriger Strukturen wie das Speisehorn). Die Sonnenschutzfolie 20 wird über der Oberfläche 34 des Gegenstandes 32 in Position gebracht, wie das durch die Bezugsziffer 60 angezeigt ist. Es können jegliche geeignete Mittel zum An-Ort-und-Stelle-Bringen herangezogen werden. Bei der bevorzugten Lösung wird eine Vielzahl an hochstehenden Haken- und Ösen-Befestigungsmitteln 36 eingesetzt, wobei eine Seite jedes Befestigungsmittels jeweils auf der Folie 20 und der Oberfläche 34 angebracht ist.
• Testproben an einer bevorzugten Sonnenschutzfolie 20 wurden entsprechend wie zuvor beschrieben hergestellt und auf Eignung getestet. Der Sonnenabsorptionsgrad wird mit 0,21 bis 0,24 gemessen, die Infrarotstrahlung wird mit 0,88 bis 0,90 gemessen. Die Folie belädt sich mit 400-600 Volt, wenn sie bis zu einer 25 KEV Elektronenflußdichte während Beladungstests ausgesetzt wird, bei denen eine Elektronenstrahlkanone verwendet wird. Die Folie wurde als höchst durchlässig für Radiofrequenz- Energie befunden, und zeigt keine passiven Zwischenmodulationsprobleme.
• Obwohl zu detaillierten Erläuterungszwecken ein bestimmtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben worden ist, können zahlreiche Modifikationen oder Verbesserungen durchgeführt werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Demzufolge ist die Erfindung nicht begrenzt, außer entsprechend den anliegenden Ansprüchen.

Claims (11)

1. Sonnenschutzfolienstruktur,

mit einem flächigen Substrat (22), das aus einem Material hergestellt ist, das gegenüber Radiofrequenzenergie durchlässig ist, wobei das flächige Substrat (22) eine erste Seite (24) und eine zweite Seite (26) aufweist;

mit einer weißen Beschichtung (28) auf der ersten Seite (24) des flächigen Substrates, wobei die weiße Beschichtung (28) einen spezifischen Oberflächenwiderstand von etwa 10&sup8; bis etwa 10&sup9; Ohm aufweist; und

mit einer schwarzen Beschichtung (30) auf der zweiten Seite (26) des flächigen Substrates (22), wobei die schwarze Beschichtung (20) einen spezifischen Oberflächenwiderstand von etwa 10&sup8; bis etwa 10&sup9; Ohm aufweist.

2. Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flächige Substrat (22) ein polymeres Material ist.

3. Struktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das flächige Substrat (22) ein Polyimid ist.

4. Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das flächige Substrat (22) eine Dicke von etwa 0,001 Inch bis etwa 0,003 Inch aufweist.

5. Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die weiße Beschichtung eine Silikon- Polymermatrix aufweist, die dotierte Zinkoxidpigmentpartikel verteilt aufweist, wobei die Zinkoxidpigmentpartikel mit einem Element dotiert sind, das flache donatorartige Zustände im Zinkoxid ausbildet.

6. Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die weiße Beschichtung (28) eine Dicke von 0,004 Inch bis etwa 0,006 Inch aufweist.

7. Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die schwarze Beschichtung (30) eine Silikon-Polymermatrix aufweist, in der Kohlenstoffpigmentpartikel verteilt sind.

8. Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die schwarze Beschichtung (30) eine Dicke von etwa 0,001 Inch bis etwa 0,002 Inch aufweist.

9. Struktur, geschützt durch eine Sonnenschutzfolie, mit einem Gegenstand, der eine Oberfläche aufweist und mit einer Sonnenschutzfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die die Oberfläche des Gegenstandes bedeckt.

10. Struktur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand die Radiofrequenzantenne eines Weltraumfahrzeuges ist.

11. Struktur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ferner zwischen dem Gegenstand und der Sonnenschutzfolie ein Abstandhalter vorgesehen ist.