BRPI1006590B1 - revestimento de proteção contra raios - Google Patents

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Abstract

revestimento de proteção contra raios a presente invenção fornece um sistema de proteção contra descarga atmosférica, tipicamente para uso em uma superfície externa de uma aeronave, que inclui o uso de um revestimento de proteção contra raios que inclui um filme eletricamente condutivo e pelo menos uma camada discriminadora eletricamente não condutora dotada de um padrão.

Description

“REVESTIMENTO DE PROTEÇÃO CONTRA RAIOS”
Referência remissive a pedido relacionado [001] Este pedido reivindica o benefício do pedido de patente provisório U.S. n° 61/170360, depositado em 17 de abril de 2009, cuja descrição está aqui incorporada em sua totalidade, a título de referência.
Campo da Invenção [002] Esta descrição refere-se a um revestimento de proteção contra raios (lightning) que inclui pelo menos uma camada discriminadora eletricamente não condutora dotada de um padrão, tipicamente para uso numa superfície externa de uma aeronave.
Antecedentes da Invenção [003] Uma aeronave ser atingida por uma descarga atmosférica durante o voo não é um fenômeno raro. Estima-se que as descargas que atingem os aviões de transporte civil chegam a cerca de uma descarga por avião a cada ano. A tendência atual na engenharia aeronáutica é usar materiais de peso mais leve, menos sistemas mecânicos e mais sistemas eletrônicos. Os sistemas eletrônicos são, com frequência, mais sensíveis do que os sistemas mecânicos às perturbações eletromagnéticas como aquelas geradas por descargas atmosféricas. Recentemente, materiais de matriz de resina reforçada com fibra eletricamente não condutora ou parcialmente condutora estão sendo usados para a fabricação de mais peças de aeroplanos, bem como de geradores de vento, automóveis, materiais esportivos, móveis, ônibus, caminhões e outras aplicações em que materiais duros mas leves ou a consolidação das peças são benéficos. Essas estruturas de peso leve oferecem proteção menos eficaz contra as descargas atmosféricas do que as estruturas tradicionais de alumínio.
[004] As condições no local de fixação da descarga atmosférica são extremas. Para os dispositivos de fixação de descargas atmosféricas nas aeronaves, esperam-se transientes de corrente elétrica tão altos quanto 200.000 amperes, com transferências
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2/21 de carga que excedem 200 coulombs. (SAE ARP5412 Revision A, Aircraft Lightning Environment and Related Test Waveforms, SAE International, 01-Nov-1999.) Os dispositivos de fixação de descargas atmosféricas conectados a geradores de vento variam consideravelmente em relação à localização geográfica e altura, mas esperamse transientes de corrente elétrica tão altos quanto 100.000 amperes, com transferências de carga tão altas quanto 300 coulombs. (Technical Report 61400-24, Wind Turbine Generator Systems - Parte 24: Lightning Protection, Comissão Internacional de Eletrotécnica, 1a. edição 2002-07.) Estima-se que a temperatura do plasma na coluna do golpe da descarga atmosférica chegue a cerca de 27.727°C (28.000°K). (“A numerical modeling of an electric arc and its interaction with the anode: parte III. Application to the interaction of a lightning strike and an aircraft in flight”, F. Lago, J. J. Gonzalez, P. Freton, F. Uhlig, N. Lucius e G. P. Piau 2006 J. Phys. D: Appl. Phys. 39 2294 a 2310.) Muito do dano causado por um golpe de descarga atmosférica é o resultado de níveis extremos de calor no local do golpe causado pela temperatura elevada no interior do arco da descarga atmosférica e pelo aquecimento ôhmico dos materiais.
[005] Alguns pesquisadores relatam o uso de sistemas de proteção contra descarga atmosférica que incluem camadas condutoras como pano tecido metalizado, papel metalizado, filmes metálicos sólidos, filmes metálicos porosos, fios metálicos, rede metálica, partículas de metal, laminados de metal expandido, partículas de carvão ou fibras de carvão. Outros pesquisadores relatam o uso de sistemas de proteção contra descarga atmosférica que incluem camadas externas ionizáveis, como camadas pintadas. Os golpes de descarga atmosférica, com frequência, destroem o mecanismo de proteção nos locais de fixação e causam dano mensurável às modernas estruturas de peso leve. Isso requer reparo estrutural oneroso e interrupção do serviço a elas relacionado. As seguintes referências podem ser relevantes para tais tecnologias: documento WO 2005/032812 A, U.S.
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2006/051592 A1; documento WO 2007/048426 A, U.S. 2008/142238 A1, U.S. 2004/0069895, U.S. 4.920.163, documento EP 0227122 A, U.S. 7.277.266 B1, U.S. 2007/0236855 A1, documento WO 2007/123700 A1, U.S. 2007/0230085 A1, documento EP 1.935.784 A2, documento WO 2008/040936 A1, U.S. 4.352.142, documento WO2008/076851 A1, U.S. 2007/0141927 A1, U.S. 2008/0145555 A1, documento EP 1.944.236 A2, U.S. 2008/0170349 A1, FR 2.720.214 A1, U.S. 2007/0258182 A1, U.S. 2007/0093163 A1, U.S. 2007/0201179 A1, U.S. 5.127.601, U.S. 3.989.984, documento WO 2008/015082 A1, documento WO 2008/006377 A1, documento WO 2008/046186 A1, documento WO 2007/142354 A1, documento WO 2008/048705 A2, documento WO 2008/056123 A1, documento EP 1.935.631 A3, RU 2.263.581, RU 2.217.320 C1, documento WO 2002/076430 A, RU 2.192.991 C, documento EP 1.011.182 A1, documento EP 0.900.647 A, documento EP 629.549 A, DE 10 2006 046 002 B4, documento EP 163.805 A1, U.S. 5.132.168 A, U.S. 3.755.713 A e U.S. 2006/0143920 A1.
Sumário da descrição [006] Em suma, a presente descrição apresenta um revestimento de proteção contra raios que compreende um filme eletricamente condutivo que tem uma espessura t, que se situa tipicamente entre 0,01 e 10 micra, e uma primeira camada discriminadora eletricamente não condutora que tem uma espessura Tdl sobre o filme eletricamente condutivo, em que a primeira camada discriminadora é dotada de um padrão correspondente a uma pluralidade de características selecionadas do grupo que consiste em vales tendo uma profundidade d entre 50% e 100% de Tdl, cristas e valas tendo uma profundidade de vala d entre 50% e 100% de Tdl, ou combinações dos mesmos. Algumas modalidades compreendem, adicionalmente, uma segunda camada discriminadora eletricamente não condutora que cobre porções da primeira camada discriminadora, sendo que a segunda camada discriminadora compreende uma segunda pluralidade de cristas e valas que não se encontram dispostas de modo
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4/21 paralelo à primeira pluralidade de cristas e valas. Em algumas modalidades, o filme eletricamente condutivo compreende uma terceira pluralidade de cristas e valas que não se encontram dispostas de modo paralelo à primeira pluralidade de cristas e valas. Algumas modalidades compreendem adicionalmente uma segunda camada discriminadora eletricamente não condutora que cobre porções da primeira camada discriminadora, sendo que a primeira camada discriminadora tem uma primeira tensão de ruptura dielétrica e a segunda camada discriminadora tem uma segunda tensão de ruptura dielétrica que é inferior a 90% da primeira tensão de ruptura dielétrica. O revestimento de proteção contra raios contém, tipicamente, uma quantidade de material eletricamente condutivo que pesa menos de 50 g/m2 O revestimento de proteção contra raios pode incluir, adicionalmente, uma ou mais camadas pintadas ionizáveis.
[007] Em outro aspecto, a presente descrição apresenta um revestimento de proteção contra raios que compreende um filme eletricamente condutivo que tem uma espessura t, que se situa tipicamente numa faixa entre 0,01 e 10 micra, e uma primeira camada discriminadora eletricamente não condutora que tem uma espessura Tdl no filme eletricamente condutivo, sendo que a primeira camada discriminadora compreende um primeiro material que tem uma primeira tensão de ruptura dielétrica e partículas de um segundo material que tem uma segunda tensão de ruptura dielétrica que é inferior a 90% da primeira tensão de ruptura dielétrica, sendo que o diâmetro médio das partículas se situa na faixa entre 50% e 100% de Tdl. O revestimento de proteção contra raios contém, tipicamente, uma quantidade de material eletricamente condutivo que pesa menos de 50 g/m2. O revestimento de proteção contra raios pode adicionalmente incluir uma ou mais camadas pintadas ionizáveis.
[008] Em outro aspecto, a presente descrição apresenta uma estrutura compósita de aeronave que porta o revestimento de proteção contra raios de acordo com a presente descrição.
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5/21 [009] Esta descrição diz respeito, em geral, a um “revestimento” de proteção contra descarga atmosférica que compreende várias “camadas” e/ou “filmes”, o revestimento de proteção contra raios fornecendo proteção para uma “estrutura”, tipicamente a superfície de uma aeronave ou espaçonave.
[0010] Para uso na presente invenção com respeito a um filme ou camada, “substancialmente contínuo” significa que não tem um padrão de repetição de orifícios ou vãos que penetram no filme ou camada além de orifícios ou vãos acidentais ou incidentais como no caso de fechos, passagens e similares. Com respeito a um filme ou camada, “essencialmente contínuo” significa que não tem orifícios ou vãos que penetram no filme ou camada além de orifícios ou vãos acidentais ou incidentais como no caso de fechos, passagens e similares.
[0011] Para uso na presente invenção com respeito a um filme, “espessura t” significa a espessura média medida ortogonalmente em relação ao plano do filme, independentemente de qualquer padrão presente no filme, sendo que pode ser considerada adequada a espessura nominal de um filme usado na prática da presente descrição antes da presença do padrão.
[0012] Para uso na presente invenção com respeito a uma camada, “espessura Tdl” significa a média de máximas de local de espessura medida ortogonalmente em relação ao plano do filme.
[0013] Para uso na presente invenção, uma “característica de protuberância” em um filme ou camada significa um local máximo em altura circundado por áreas de altura inferior, a altura sendo medida ortogonalmente em relação ao plano geral do revestimento (isto é, independentemente de dobras ou curvas que sigam as dobras ou curvas na superfície subjacente), com a altura positiva ocorrendo na direção que se afasta do lado estrutural do revestimento. Características de protuberância podem incluir, porém não se limitam a, cones, hemisférios, corcovas, pirâmides de 3, 4 ou mais lados, ou frustas com bordas macias ou duras (hard- or sof
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6/21 edged frusta) de qualquer um dos anteriormente mencionados. Para uso na presente invenção, a altura h de uma característica de protuberância significa a diferença de altura entre a altura máxima de um local e as alturas mínimas dos locais adjacentes, calculando-se a média em relação a 360 graus. Em algumas modalidades, sem ser por isso limitadas, as protuberâncias podem também incluir troncos de cone com depressões, por exemplo, com o formato de “vulcão” ou toro dividido em duas partes iguais, em cujo caso a altura h da característica de protuberância é medida na borda da protuberância.
[0014] Para uso na presente invenção, uma “característica de vale” em um filme ou camada significa um local mínimo de altura circundado por áreas de altura superior. Os vales podem incluir, porém não se limitam a, cones invertidos, hemisférios invertidos, corcovas invertidas, pirâmides invertidas de 3, 4 ou mais lados, ou troncos de cone invertido com bordas duras ou macias de qualquer um dos anteriormente mencionados. Para uso na presente invenção, a profundidade d de um vale significa a diferença de altura entre a altura mínima do local e as alturas máximas dos locais adjacentes, sendo a calculando-se a média em relação a 360 graus. Em algumas modalidades, sem ser por isso limitados, os vales podem também incluir troncos de cone invertido com depressões, em cujo caso a profundidade d do vale é medida no(s) ponto(s) mais profundo(s) do vale. Em algumas modalidades, um vale pode penetrar totalmente em um filme ou camada.
[0015] Para uso na presente invenção, “características de cristas e valas” em um filme ou camada compreendem valas e cristas alternadas, que podem ser lineares, curvas ou anguladas. Em algumas modalidades, as cristas e valas podem se ramificar. Em algumas modalidades, as cristas e valas podem formar figuras fechadas. Para uso na presente invenção, a altura h de uma crista, em um dado ponto da crista, significa a diferença de altura entre a altura máxima do local e a média das alturas mínimas dos locais adjacentes ao longo de uma linha perpendicular à crista naquele
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7/21 ponto. Para uso na presente invenção, a profundidade d de uma vala, em um dado ponto na vala, significa a diferença de altura entre a altura mínima do local e a média das alturas máximas dos locais adjacentes ao longo de uma linha perpendicular à vala naquele ponto. Em algumas modalidades, uma vala pode penetrar totalmente um filme ou camada.
[0016] Para uso na presente invenção, “eletricamente condutivo” significa que tem uma condutividade elétrica elevada à temperatura ambiente, pelo menos tão elevada quanto é característico dos metais em seu estado metálico, como cobre, alumínio, níquel, zinco, prata, ouro, titânio, cromo, platina, berílio, magnésio, ferro e similares.
[0017] Para uso na presente invenção, “eletricamente não condutivo” significa que tem uma baixa condutividade elétrica à temperatura ambiente, menor do que a que é característica dos metais em seu estado metálico, tipicamente incluindo semicondutores e isolantes à temperatura ambiente, mas, em algumas modalidades, incluindo apenas isolantes e não semicondutores à temperatura ambiente.
Breve descrição dos desenhos
A figura 1 é uma seção transversal esquemática de um sistema de proteção contra descarga atmosférica de acordo com a presente descrição.
A figura 2 é uma projeção ortogonal de um sistema de proteção contra descarga atmosférica de acordo com a presente descrição.
A figura 3 é uma projeção ortogonal de um sistema de proteção contra descarga atmosférica de acordo com a presente descrição.
Descrição Detalhada [0018] A presente descrição apresenta um sistema de proteção contra descarga atmosférica incluindo um revestimento de proteção contra raios que contém um filme eletricamente condutivo e pelo menos uma camada discriminadora
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8/21 eletricamente não condutora dotada de um padrão, tipicamente para uso numa superfície externa de uma aeronave. Tipicamente, uma aeronave que usa o sistema de proteção contra descarga atmosférica da presente descrição pode resistir ao golpe de uma descarga atmosférica sem necessitar de reparos que exijam uma interrupção no serviço. Tipicamente, uma aeronave que usa o sistema de proteção contra descarga atmosférica da presente descrição pode resistir ao golpe de uma descarga atmosférica sem danos à estrutura da aeronave. Em algumas modalidades, uma aeronave que usa o sistema de proteção contra descarga atmosférica da presente descrição pode resistir ao golpe de uma descarga atmosférica sem danos ao filme eletricamente condutivo do revestimento de proteção contra raios.
[0019] Com referência à figura 1, um sistema de proteção contra descarga atmosférica de acordo com uma modalidade da presente descrição pode compreender um revestimento de proteção contra raios 10 com suporte em uma estrutura 20 que é tipicamente a superfície de uma aeronave ou espaçonave. O revestimento de proteção contra raios 10 inclui o filme eletricamente condutivo 30 que tem uma espessura t. O revestimento de proteção contra raios 10 inclui, adicionalmente, uma primeira camada discriminadora 40 que tem uma espessura Tdl acima do filme eletricamente condutivo 30, que é dotada de um padrão com vales 50 que têm uma profundidade d. O revestimento de proteção contra raios 10 pode, opcionalmente, incluir uma segunda camada discriminadora 60 sobre a primeira camada discriminadora 40, que, opcionalmente, preenche os vales 50. O revestimento de proteção contra raios 10 pode, opcionalmente, incluir uma ou mais camadas adicionais de superfície 70, como as camadas pintadas.
[0020] Com referência à figura 2, um sistema de proteção contra descarga atmosférica de acordo com uma modalidade da presente descrição pode compreender um revestimento de proteção contra raios 110 com suporte em uma estrutura 120 que é tipicamente a superfície de uma aeronave ou espaçonave. O revestimento de proteção
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9/21 contra raios 110 inclui a camada eletricamente condutora 130 que é dotada de um padrão com características de cristas e valas, incluindo cristas 180 e valas 185. Em algumas modalidades, a camada eletricamente condutora 130 compreende um filme fino com suporte em uma camada de superfície dotada de um padrão. O revestimento de proteção contra raios 110 adicionalmente inclui uma primeira camada discriminadora 140 acima da camada eletricamente condutora 130, que é dotada de um padrão com características de cristas e valas, incluindo cristas 155 e valas 150. As cristas 155 e valas 150 da primeira camada discriminadora 140 não são tipicamente paralelas às cristas 180 e valas 185 da camada condutora 130, mas são, mais tipicamente, perpendiculares, conforme mostrado. O revestimento de proteção contra raios 110 pode, opcionalmente, incluir uma ou mais segundas camadas discriminadoras ou camadas adicionais de superfície, não mostradas.
[0021 ] Com referência à figura 3, um sistema de proteção contra descarga atmosférica de acordo com uma modalidade da presente descrição pode compreender um revestimento de proteção contra raios 210 com suporte em uma estrutura 220 que é tipicamente a superfície de uma aeronave ou espaçonave. O revestimento de proteção contra raios 210 inclui um filme eletricamente condutivo 230. O revestimento de proteção contra raios 210 adicionalmente inclui uma primeira camada discriminadora 290 acima do filme eletricamente condutivo 230, que é dotada de um padrão com características de cristas e valas, incluindo cristas 280 e valas 285. O revestimento de proteção contra raios 210 adicionalmente inclui uma segunda camada discriminadora 240 acima da primeira camada discriminadora 290, que é dotada de um padrão com características de cristas e valas, incluindo cristas 255 e valas 250. As cristas 255 e valas 250 da segunda camada discriminadora 240 não são tipicamente paralelas às cristas 280 e valas 285 da primeira camada discriminadora 290, mas, são mais tipicamente perpendiculares, conforme mostrado. O revestimento de proteção contra raios 210 pode, opcionalmente, incluir uma ou mais camadas adicionais de superfície, não mostradas.
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10/21 [0022] A estrutura pode ser de qualquer material adequado, tipicamente um material usado na construção de aeronaves ou de turbinas a vento, que pode incluir, metal, madeira, polímero, partículas de carvão ou de fibras, partículas de vidro ou de fibras, compósitos incluindo um ou mais dos mencionados anteriormente e similares, mas sem se limitar a esses.
[0023] As camadas ou filmes eletricamente condutivos podem ser produzidos a partir de qualquer material adequado. Tipicamente, o filme eletricamente condutivo compreende um material metálico. Tipicamente, o filme eletricamente condutivo compreende um metal. Tipicamente, o filme eletricamente condutivo compreende um material que tem um equilíbrio favorável de propriedades, incluindo alta condutividade elétrica, baixa densidade e alta resistência à corrosão. Metais úteis podem incluir, sem se limitar a esses, cobre, alumínio, níquel, zinco, prata, ouro, titânio, cromo, platina, berílio, magnésio, ferro e similares, bem como ligas metálicas dessas substâncias. Em algumas modalidades, o filme eletricamente condutivo é substancialmente contínuo. Em algumas modalidades, o filme eletricamente condutivo é essencialmente contínuo. Em algumas modalidades, o filme eletricamente condutivo é contínuo. Em algumas modalidades, o filme eletricamente condutivo é descontínuo. Em algumas modalidades, o filme eletricamente condutivo é substancialmente descontínuo. Em algumas modalidades, o filme eletricamente condutivo é uma folha metálica expandida. Em algumas modalidades, o filme eletricamente condutivo é uma rede. Em algumas modalidades, o filme eletricamente condutivo pode ser dotado de um padrão como apresentado no pedido de patente U.S. n° 61/170.352 (súmula legal n° 65148US002), depositado em 17 de abril de 2009, estando a descrição da mesma aqui incorporada, por referência. Em algumas modalidades, o filme eletricamente condutivo pode ser dotado de um padrão com cristas e valas.
[0024] A espessura t do filme eletricamente condutivo 30 pode ser qualquer espessura adequada. Espessuras inferiores podem proporcionar peso inferior.
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A espessura t é tipicamente menor do que 1 mm; mais tipicamente, menor do que 100 micra; mais tipicamente, menor do que 50 micra; e, tipicamente, menor do que 10 micra. Em algumas modalidades, a espessura t é menor do que 5 micra. Em algumas modalidades, a espessura t é menor do que 2 micra. Em algumas modalidades, a espessura t é menor do que 1 mícron. A espessura t é tipicamente de pelo menos 0,001 mícron; mais tipicamente, de pelo menos 0,01 mícron; e, mais tipicamente, de pelo menos 0,1 mícron.
[0025] A primeira camada discriminadora pode ser produzida a partir de qualquer material adequado. Tipicamente, a camada discriminadora é produzida a partir de um material eletricamente não condutivo; tipicamente, com uma alta resistência à decomposição dielétrica; tipicamente, mais alta do que a do ar; mais tipicamente, maior do que 5 kV/mm; mais tipicamente, maior do que 10 kV/mm; e, em algumas modalidades, maior do que 25 kV/mm. Sem se limitar a esses, materiais úteis podem incluir materiais de cerâmica, poliméricos ou têxteis ou combinações dos mesmos que podem adicionalmente conter preenchedores de particulado, fibrosos ou conformados. Sem se limitar a esses, materiais úteis podem adicionalmente incluir: epóxi, poliuretano, poliimida, poliéster, polietileno, policarbonato, poliacrilato, fluoropolímero, silicone e podem incluir aditivos ou combinações de aditivos, incluindo titanato de bário, titanato de chumbo, estrôncio, titanato, estanato de bário, titanato de estrôncio de bário, zirconato de bário, óxido de césio, óxido de lantano, óxido de titânio, óxido de zinco, carbono, sílica ou aramida. Em algumas modalidades, a primeira camada discriminadora se conforma ao lado superior do filme eletricamente condutivo, que pode ser ou não dotado de um padrão.
[0026] A espessura Tdl da primeira camada discriminadora pode ser qualquer espessura adequada. Tipicamente, Tdl se situa numa faixa entre 1 mícron e 1 cm; mais tipicamente, entre 10 micra e mm; e, mais tipicamente, entre 10 micra e
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100 micra. Em algumas modalidades, a primeira camada discriminadora é dotada de um padrão correspondente a uma pluralidade de vales que têm uma profundidade d na faixa entre 50% e 100% de Tdl; em algumas modalidades, entre 75% e 100% de Tdl; e, em outras modalidades, entre 95% e 100% de Tdl. Em algumas modalidades, a primeira camada discriminadora é dotada de um padrão correspondente a uma pluralidade de cristas e valas que têm uma profundidade de vala d na faixa entre 50% e 100% de Tdl; em algumas modalidades, entre 75% e 100% de Tdl; e, em outras modalidades, entre 95% e 100% de Tdl. Em algumas modalidades, a primeira camada discriminadora é dotada de um padrão correspondente a uma pluralidade de características que são uma combinação das características abordadas acima. Uma profundidade de 100% de Tdl significa que a característica penetra na camada.
[0027] O intervalo das características, isto é, a distância média ou típica entre características similares, pode ser qualquer intervalo adequado. O intervalo das características situa-se tipicamente entre 10 micra e 1 cm; mais tipicamente, entre 25 micra e 10 mm; e, mais tipicamente, entre 20 micra e 1 mm.
[0028] O sistema de proteção contra descarga atmosférica de acordo com a presente descrição pode, opcionalmente, compreender uma ou mais segundas camadas discriminadoras. A segunda camada discriminadora pode ser produzida a partir de qualquer material adequado. Tipicamente, a segunda camada discriminadora é produzida a partir de um material eletricamente não condutivo, tipicamente com uma resistência à decomposição dielétrica mais baixa do que a da camada discriminadora; tipicamente, menor do que 90% da resistência à decomposição dielétrica da camada discriminadora; mais tipicamente, menor do que 75% da resistência à decomposição dielétrica da camada discriminadora; e, mais tipicamente, menor do que 50% da resistência à decomposição dielétrica da camada discriminadora. Em algumas modalidades, o segundo discriminador pode ser dotado de um padrão em qualquer uma das formas discutidas anteriormente em relação à primeira camada discriminadora, com
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13/21 qualquer um dos padrões da segunda camada discriminadora escolhido independentemente de qualquer um dos padrões da primeira camada discriminadora. O segundo discriminador pode ter uma superfície externa que é genericamente plana ou estruturada, por exemplo, sob a forma de gotas ou escamas uniformes ou não uniformes. Essas estruturas dotadas de padrão podem ser usadas para reduzir o arrasto friccional, conforme ensinado, por exemplo, na patente U.S. 5.133.516, a fim de reduzir o ruído ou para outros propósitos. Em algumas modalidades, a superfície inferior da segunda camada discriminadora segue a superfície superior da primeira camada discriminadora. Em algumas modalidades, uma segunda camada discriminadora contínua preenche ou parcialmente preenche as concavidades da primeira camada discriminadora. Em algumas modalidades, uma segunda camada discriminadora contínua preenche ou parcialmente preenche as concavidades da primeira camada discriminadora.
[0029] Em algumas modalidades, o padrão, se existente, da primeira camada discriminadora, a segunda camada discriminadora e o filme eletricamente condutivo cooperam para criar um padrão de discretos pontos de fixação em potencial. Por exemplo, em algumas modalidades, dois ou mais dentre a primeira camada discriminadora, a segunda camada discriminadora e o filme eletricamente condutivo são dotados de um padrão com cristas e valas, sendo que as cristas e valas de uma camada não são paralelas às cristas e valas de outra camada, mas, em vez disso, são tipicamente perpendiculares a elas.
[0030] O sistema de proteção contra descarga atmosférica de acordo com a presente descrição pode, opcionalmente, compreender uma ou mais camadas adicionais de superfície, como camadas pintadas. Camadas adicionais de superfície podem ser produzidas a partir de qualquer material adequado, incluindo tintas dotadas ou não de um padrão, mas sem se limitar a isso. Em uma modalidade, o sistema de proteção contra descarga atmosférica de acordo com a presente descrição inclui uma
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14/21 ou mais camadas adicionais de superfície que são camadas pintadas ionizáveis. Camadas pintadas ionizáveis desse tipo contêm componentes que se vaporizam mediante a aplicação de calor ou corrente elétrica tal como o que ocorre durante um golpe de descarga atmosférica e, por meio disso, fornecem um vapor eletricamente condutivo acima do revestimento de proteção contra raios na área do golpe, o que pode momentaneamente reduzir a resistência à migração do ponto de fixação do para-raios para outros locais. Sem se limitar a esses, componentes deste tipo podem incluir pigmentos ionizáveis como dióxido de titânio, óxido de zinco, óxido de estanho, ortotitanato de zinco, óxido de ferro, óxido de cromo, tartarato de ácido de césio, oxalato de bário, sal de césio, sal de bário ou tartarato de césio. Em algumas modalidades, camadas adicionais de superfície são produzidas a partir de materiais que têm uma resistência à decomposição dielétrica mais baixa do que a da camada discriminadora; tipicamente, menor do que 90% da resistência à decomposição dielétrica da camada discriminadora; mais tipicamente, menor do que 75% da resistência à decomposição dielétrica da camada discriminadora; e, mais tipicamente, menor do que 50% da resistência à decomposição dielétrica da camada discriminadora. Camadas adicionais de superfície podem ter uma superfície externa que é genericamente plana ou estruturada, por exemplo, sob a forma de gotas ou escamas uniformes ou não uniformes. Essas estruturas dotadas de padrão podem ser usadas para reduzir o arrasto friccional, conforme ensinado, por exemplo, na patente U.S. 5.133.516, para reduzir o ruído, ou para outros propósitos.
[0031] Em algumas modalidades, as funções e características da segunda camada discriminadora e da camada adicional de superfície podem ser combinadas em uma camada única. Em algumas modalidades, a segunda camada discriminadora e a camada adicional de superfície precisam ter composições diferentes.
[0032] O sistema de proteção contra descarga atmosférica de acordo
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15/21 com a presente descrição pode, opcionalmente, compreender uma camada de suporte que dá suporte para um filme eletricamente condutivo. Em algumas modalidades, incluindo as modalidades em que o filme eletricamente condutivo é dotado de um padrão, a camada de suporte pode se conformar ao lado inferior do filme eletricamente condutivo. Em algumas modalidades, a camada de suporte preenche apenas o lado inferior das características dotadas de padrão do filme eletricamente condutivo e não se estende abaixo do filme eletricamente condutivo. As camadas de suporte podem ser produzidas a partir de qualquer material adequado. Tipicamente, mas sem se limitar a esses, as camadas de suporte são produzidas a partir de materiais eletricamente não condutivos, como materiais de cerâmica, poliméricos ou têxteis, ou combinações dos mesmos que podem conter preenchimentos adicionais de particulados, de fibras ou conformados. Sem se limitar a esses, materiais úteis podem incluir adicionalmente: epóxi, poliuretano, poliimida, poliéster, polietileno, policarbonato, poliacrilato, fluoropolímero ou silicone, e podem incluir aditivos ou combinações de aditivos, incluindo titanato de bário, titanato de chumbo, estrôncio, titanato, estanato de bário, titanato de estrôncio de bário, zirconato de bário, óxido de césio, óxido de lantano, óxido de titânio, óxido de zinco, carbono, sílica ou aramida. Em algumas modalidades, as camadas de suporte não contêm adesivo. Em algumas modalidades, as camadas de suporte não contêm polímero não curado. Em algumas modalidades, as camadas de suporte não contêm adesivo sensível à pressão.
[0033] O sistema de proteção contra descarga atmosférica de acordo com a presente descrição pode, opcionalmente, compreender uma ou mais camadas adicionais não condutoras abaixo da camada eletricamente condutora. Camadas não condutoras adicionais podem ser úteis para proporcionar isolamento adicional contra a transmissão de corrente elétrica, calor ou ambos. Camadas não condutoras adicionais podem ser úteis nos casos em que a estrutura subjacente é eletricamente
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16/21 condutora. Sem se limitar a esses, as camadas não condutoras adicionais podem ser produzidas a partir de quaisquer materiais adequados, incluindo materiais de cerâmica, poliméricos ou têxteis, ou combinações dos mesmos que podem adicionalmente conter preenchimentos de particulado, fibrosos ou conformados. Sem se limitar a esses, os materiais úteis podem adicionalmente incluir: epóxi, poliuretano, poliimida, poliéster, polietileno, policarbonato, poliacrilato, fluoropolímero, silicone e podem incluir aditivos ou combinações de aditivos, incluindo titanato de bário, titanato de chumbo, estrôncio, titanato, estanato de bário, titanato de estrôncio de bário, zirconato de bário, óxido de césio, óxido de lantano, óxido de titânio, vidro ou aramida. Em algumas modalidades, a camada não condutora adicional não contém adesivo. Em algumas modalidades, a camada não condutora adicional não contém polímero não curado. Em algumas modalidades, a camada não condutora adicional não contém adesivo sensível à pressão.
[0034] O sistema de proteção contra descarga atmosférica de acordo com a presente descrição pode, opcionalmente, compreender uma ou mais camadas adesivas. Sem se limitar a esses, a camada adesiva pode ser produzida a partir de quaisquer materiais adesivos apropriados, incluindo adesivos sensíveis à pressão, adesivos termofusíveis, adesivos curáveis e similares, que podem incluir adesivos de epóxi, poliuretano, poliéster, polietileno, poliacrilato, policarbonato, polissulfida ou silicone. Em algumas modalidades, o sistema de proteção contra descarga atmosférica de acordo com a presente descrição não compreende camadas adesivas. Em modalidades nas quais o revestimento de proteção contra raios inclui uma camada adesiva, o revestimento pode ser dotado de uma tira removível a ser removida da camada adesiva antes da aplicação do revestimento à estrutura.
[0035] Em algumas modalidades, as funções e as características de uma camada de suporte e de uma camada não condutora adicional podem ser combinadas em uma camada única. Em algumas modalidades, uma camada de suporte e uma
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17/21 camada não condutora adicional precisam ter composições diferentes. Em algumas modalidades, as funções e as características de uma camada de suporte e de uma camada adesiva podem ser combinadas em uma camada única. Em algumas modalidades, uma camada de suporte e uma camada adesiva precisam ter composições diferentes. Em algumas modalidades, as funções e as características de uma camada não condutora adicional e de uma camada adesiva podem ser combinadas em uma camada única. Em algumas modalidades, uma camada não condutora adicional e uma camada adesiva precisam ter composições diferentes. Em algumas modalidades, as funções e as características de uma camada de suporte, de uma camada não condutora adicional e de uma camada adesiva podem ser combinadas em uma camada única. Em algumas modalidades, uma camada de suporte, uma camada não condutora adicional e uma camada adesiva precisam ter composições diferentes.
[0036] Em uma modalidade alternativa, a primeira camada discriminadora do revestimento de proteção contra raios de acordo com a presente descrição, que tem uma espessura Tdl, compreende um primeiro material que tem uma primeira tensão de ruptura dielétrica e partículas de um segundo material que tem uma segunda tensão de ruptura dielétrica que é inferior a 90% da primeira tensão de ruptura dielétrica; mais tipicamente, inferior a 75%; e, mais tipicamente, inferior a 50%, sendo que o diâmetro médio das partículas situa-se numa faixa entre 50% e 100% de Tdl. Qualquer um dos materiais discutidos anteriormente em relação à primeira camada discriminadora pode ser adequado para o primeiro material. Qualquer um dos materiais discutidos anteriormente em relação à segunda camada discriminadora pode ser adequado para o segundo material. Qualquer uma das camadas adicionais discutidas anteriormente pode ser adicionada, incluindo camadas condutoras dotadas ou não de padrão, camadas adicionais de superfície, camadas de suporte adicionais, etc.
[0037] Tipicamente, o revestimento de proteção contra raios da presente
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18/21 descrição tem peso leve. Em algumas modalidades, o revestimento de proteção contra raios pesa menos de 100 g/m2; em algumas modalidades, menos de 50 g/m2; em algumas modalidades, menos de 25 g/m2; em algumas modalidades, menos de 15 g/m2; e, em outras modalidades, menos de 10 g/m2. O revestimento de proteção contra raios tipicamente pesa pelo menos 1 g/m2. Em algumas modalidades, o revestimento de proteção contra raios contém uma quantidade de material eletricamente condutivo que pesa menos de 50 g/m2; em algumas modalidades, menos de 35 g/m2; em algumas modalidades, menos de 20 g/m2; em algumas modalidades, menos de 10 g/m2; e, em outras modalidades, menos de 4 g/m2. O revestimento de proteção contra raios contém, tipicamente, pelo menos 0,5 g/m2 de material eletricamente condutivo. Em algumas modalidades, o filme eletricamente condutivo dotado do padrão de uma pluralidade de características de protuberância, que forma um componente do revestimento de proteção contra raios, pesa menos de 50 g/m2; em algumas modalidades, menos de 35 g/m2; em algumas modalidades, menos de 20 g/m2; em algumas modalidades, menos de 10 g/m2; e, em outras modalidades, menos de 4 g/m2. O filme eletricamente condutivo dotado do padrão de uma pluralidade de características de protuberância, que forma um componente do revestimento de proteção contra raios, tipicamente pesa menos de 0,5 g/m2.
[0038] Sem se ater à teoria, os autores creem que um sistema de proteção contra descarga atmosférica de acordo com a presente descrição pode funcionar para evitar danos à estrutura de uma aeronave e/ou a si mesmo durante um golpe de descarga atmosférica ao promover uma multiplicidade de pontos de fixação e ao promover uma rápida migração do ponto de fixação. Em algumas modalidades, os pontos de fixação podem, de preferência, ocorrer nos vales. Em algumas modalidades, os pontos de fixação podem, de preferência, ocorrer na interseção das cristas ou vales de camadas diferentes. Em algumas modalidades, as características de calor específico, condutividade térmica, densidade, espessura ou área, condutividade elétrica e temperatura de vaporização do
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19/21 filme eletricamente condutivo podem se combinar de forma tal que, durante a fixação da descarga atmosférica ao ponto de fixação da descarga atmosférica, a condutância elétrica do filme eletricamente condutivo no ponto de fixação da descarga elétrica ou em seus arredores cai rapidamente (tipicamente devido ao aquecimento) até que a condutância em toda a distância até outro ponto de fixação da descarga atmosférica se torna menor através do condutor do que através dos discriminador(es) adjacente(s), revestimento(s) ou ar. Em algumas modalidades, o uso de camadas externas ionizáveis pode acentuar esse efeito ao temporariamente aumentar a condutividade do ar próximo ao ponto de fixação no momento de um golpe de descarga atmosférica. Em algumas modalidades, isso provoca a migração do ponto de fixação antes que a temperatura do filme eletricamente condutivo suba além de sua temperatura de vaporização. Em algumas modalidades, isso provoca a migração do ponto de fixação antes que a temperatura do material da estrutura subjacente da aeronave suba além de sua temperatura de vaporização. Em algumas modalidades, isso provoca a migração do ponto de fixação antes que a temperatura do material da estrutura subjacente da aeronave suba além de sua temperatura de transição vítrea. Em algumas modalidades, isso provoca a migração do ponto de fixação antes que a temperatura do material da estrutura subjacente da aeronave suba além de sua temperatura de limiar de dano.
[0039] O sistema de proteção contra descarga atmosférica de acordo com a presente descrição pode ser produzido por meio de qualquer método adequado. Em algumas modalidades, um revestimento de proteção contra raios de acordo com a presente descrição é produzido como um decalque (“appliqué”) e fixado a uma peça preexistente da aeronave. Nas modalidades desse tipo, o revestimento de proteção contra raios pode incluir uma camada adesiva para sua fixação àquela peça. Em algumas modalidades, um revestimento de proteção contra raios de acordo com a presente descrição é incorporado a uma peça de aeronave durante a fabricação daquela peça. Em algumas modalidades, um revestimento de proteção contra raios
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20/21 de acordo com a presente descrição é fabricado durante a fabricação da peça de uma aeronave como parte integral daquela peça.
[0040] Em algumas modalidades em que um revestimento de proteção contra raios de acordo com a presente descrição protege uma peça compósita, o revestimento de proteção contra raios é posto em uma ferramenta juntamente com camadas de compósito pré-impregnado (“prepreg”) ou componentes compósitos similares antes da cura, de modo que o revestimento de proteção contra raios se torne parte integral da peça. Tipicamente, o revestimento de proteção contra raios seria a primeira camada posta na ferramenta ou a última camada posta na ferramenta de modo a formar a camada mais externa da peça. Em modalidades desse tipo, a camada mais inferior do revestimento de proteção contra raios, mais distante da superfície externa da peça, compreende um adesivo, que, em algumas modalidades, pode ser um polímero não curado; em algumas modalidades, pode ser um polímero parcialmente curado; ou, em algumas modalidades, pode ser um polímero curável. Em modalidades desse tipo, a camada mais inferior do revestimento de proteção contra raios, mais distante da superfície externa da peça, não compreende adesivo. Em modalidades desse tipo, a camada mais inferior do revestimento de proteção contra raios, mais distante da superfície externa da peça, não compreende polímero não curado.
[0041] A(s) camada(s) discriminadora(s) pode(m) ser dotada(s) de padrão por meio de qualquer método adequado. Em algumas modalidades, filmes preexistentes podem ser dotados de padrão por meio de qualquer método adequado, como estampagem, gofragem, calandragem, moldagem, usinagem ou similares. Os filmes assim dotados de padrão podem, então, ser combinados com outras camadas por quaisquer meios adequados, que podem incluir a introdução de camadas de material sólido, camadas de material maleável, líquidos, soluções ou suspensões de materiais ou similares, por meio de laminação, revestimento, aplicação de aspersão, métodos de impressão ou similares. Em algumas modalidades, camadas adjacentes podem conferir
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21/21 um padrão a uma ou às duas superfícies de outra camada. As camadas podem ser combinadas por meio de qualquer método adequado, como laminação, revestimento, aplicação de aspersão, métodos de impressão, uso de adesivos, cura local ou similares.
[0042] sistema de proteção contra descarga atmosférica da presente descrição pode ser usado para fabricar peças para veículos aéreos, veículos espaciais, geradores de vento, automóveis, ônibus, caminhões ou qualquer outra aplicação em que a proteção contra descargas atmosféricas, o escudo contra interferência eletromagnética ou o gerenciamento de carga estática são necessários em materiais que, de outro modo, seriam eletricamente não condutivos ou parcialmente condutivos. O sistema de proteção contra descarga atmosférica da presente descrição pode também ser aplicado a peças eletricamente condutoras para veículos aéreos, veículos espaciais, geradores de vento, automóveis, ônibus, caminhões ou qualquer outra aplicação em que o aprimoramento da proteção contra descarga atmosférica, do escudo contra interferência eletromagnética ou do gerenciamento da carga estática seja desejável.
[0043] Várias modificações e alterações da presente descrição serão evidentes para os versados na técnica, a partir da descrição acima, sem que se desvie do escopo e dos princípios da presente descrição, e deve-se compreender que esta descrição não deve ser limitada, de modo indevido, às modalidades descritas anteriormente neste documento.

Claims (10)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Revestimento de proteção contra raios CARACTERIZADO pelo fato de que compreende um filme eletricamente condutivo que tem uma espessura t e uma primeira camada discriminadora eletricamente não condutora que tem uma espessura Tdl sobre o filme eletricamente condutivo, onde a primeira camada discriminadora é dotada de um padrão de uma pluralidade de características selecionadas do grupo que consiste em características de vale compreendidas de cones invertidos, hemisférios invertidos, corcovas invertidas, pirâmides invertidas de 3, 4 ou mais lados ou frustas invertidas com bordas macias ou duras destes, as características de vale tendo uma profundidade d entre 50% e 100% de Tdl, características de cristas e valas compreendidas de cristas e valas alternadas, as características de cristas e valas tendo uma profundidade de vala d de 50% a 100% de Tdl, e combinações destas.
  2. 2. Revestimento de proteção contra raios, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente uma segunda camada discriminadora eletricamente não condutora cobrindo porções da primeira camada discriminadora, onde a primeira camada discriminadora tem uma primeira tensão de ruptura dielétrica e a segunda camada discriminadora tem uma segunda tensão de ruptura dielétrica que é menos de 90% da primeira tensão de ruptura dielétrica.
  3. 3. Revestimento de proteção contra raios, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que t está na faixa de 0,001 a 100 micra.
  4. 4. Revestimento de proteção contra raios, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que d está na faixa de 6 micra a 1 mm.
  5. 5. Revestimento de proteção contra raios, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que contém uma quantidade de material eletricamente condutivo que pesa menos de 50 g/m2
  6. 6. Revestimento de proteção contra raios, de acordo com a reivindicação 1,
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    2/2
    CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente uma camada de pintura ionizante.
  7. 7. Revestimento de proteção contra raios CARACTERIZADO pelo fato de que compreende um filme eletricamente condutivo que tem uma espessura t e uma primeira camada discriminadora eletricamente não condutora que tem uma espessura Tdl sobre o filme eletricamente condutivo, onde a primeira camada discriminadora compreende um primeiro material tendo uma primeira tensão de ruptura dielétrica e partículas de um segundo material não condutivo tendo uma segunda tensão de ruptura dielétrica que é menos de 90% da primeira tensão de ruptura dielétrica, onde o diâmetro médio das partículas está na faixa de 50% e 100% de Tdl.
  8. 8. Revestimento de proteção contra raios, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que t está na faixa de 0,001 a 100 micra.
  9. 9. Revestimento de proteção contra raios, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o diâmetro médio das partículas está na faixa de 6 micra e 1 mm.
  10. 10. Revestimento de proteção contra raios, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que contém uma quantidade de material eletricamente condutivo que pesa menos de 50 g/m2
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