DE102007057491A1 - Bauteil mit Carbonanotubes - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung schafft ein Bauteil (7), insbesondere im Luft- und Raumfahrtbereich, mit einer Harzmatrix (12), in welcher Carbonanotubes (13) für eine hohe Leitfähigkeit des Bauteils (7) eingebettet sind. Mittels der Erfindung entfällt die aufwendige Verarbeitung von bisher als Blitzschutzmaterial eingesetzten Kupfer-Mesh-Materialien. Darüber hinaus ergibt sich aus der Verwendung von Carbonanotubes (13) eine sehr viel höhere Leitfähigkeit als bei Kupfer-Mesh-Materialien.
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bauteil, insbesondere im Luft- und Raumfahrtbereich, auf ein Luft- oder Raumfahrzeug mit einem derartigen Bauteil, auf ein Faserhalbzeug für eine Herstellung eines derartigen Bauteils, auf ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Bauteils sowie auf die Verwendung von Carbonanotubes als Blitzschutzmaterial.
- Obwohl auf beliebige Bereiche der Technik anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Zusammenhang mit einem Blitzschutz in einem Flugzeug näher erläutert.
- Eine konventionelle Aluminiumhaut eines Flugzeuges weist typischerweise einen inhärenten Blitzschutz auf: Die Aluminiumhaut besitzt eine durchgehend hohe elektrische Leitfähigkeit. Diese hohe Leitfähigkeit verhindert es, dass die extrem hohen Stromdichten, die durch einen Blitzeinschlag erzeugt werden, beispielsweise zu einem Hautdurchbruch führen.
- Das Vorsehen von Blitzschutz für eine Haut aus leitfähigem Faserverbundwerkstoff ist dagegen wesentlich schwieriger, da dieser nicht homogen aufgebaut und beträchtlich weniger leitfähig ist als Aluminium.
- Ein Ansatz für einen Blitzschutz für eine Haut aus leitfähigem Faserverbundwerkstoff sieht vor, Kupfer-Mesh-Materialien in diese einzulaminieren. Für ein großflächiges Verbinden mehrere im Wesentlichen nebeneinander angeordneter Kupfer-Mesh-Materiallagen werden dies in ihren Randbereichen über lappend angeordnet, um eine Weitergabe von Ladung zwischen den Kupfer-Mesh-Materiallagen sicherzustellen. Diese Überlappungen führen jedoch nachteilig zu Wellen in der Haut.
- Da die Kupfer-Mesh-Materialien als Gewebe ausgebildet sind, sind sie auch nicht homogen in ihrer Struktur und es kann daher zu Funkenbildung kommen.
- Weiterhin ist Kupfer-Mesh-Material schwierig zu verarbeiten und muss deshalb von Hand gelegt werden, was mit einem hohen Kostenaufwand verbunden ist.
- Nachteilig ist auch das hohe Gewicht von Kupfer-Mesh-Material.
- Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen besseren Blitzschutz, insbesondere im Luft- und Raumfahrtbereich, und/oder ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines solchen Blitzschutzes zu schaffen.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Luft- oder Raumfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5, durch ein Faserhalbzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 und durch eine Verwendung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16 gelöst.
- Demgemäß wird ein Bauteil mit einer Harzmatrix, in welche Carbonanotubes für eine hohe Leitfähigkeit des Bauteils eingebettet sind, bereitgestellt.
- Ferner wird ein Luft- und Raumfahrtzeug mit einem derartigen Bauteil bereitgestellt.
- Weiterhin wird ein Faserhalbzeug für die Herstellung eines Bauteils, insbesondere im Luft- und Raumfahrtbereich, mit ei nem Fasermaterial, welches mit einer Harzmatrix mit Carbonanotubes für eine hohe Leitfähigkeit des Bauteils vorimprägniert ist, bereitgestellt.
- Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere im Luft- und Raumfahrtbereich, mit folgenden Schritten bereitgestellt: Vermengen von Carbonanotubes mit einer ausgehärteten Harzmatrix für eine hohe Leitfähigkeit des herzustellenden Bauteils zum Bilden eines Gemenges und anschließend Aushärten des Gemenges zum Bilden des Bauteils.
- Weiterhin wird die Verwendung von Carbonanotubes als Blitzschutzmaterial vorgeschlagen.
- Die der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, Carbonanotubes zu verwenden, die eine insbesondere gegenüber Kupfer sehr viel höhere Leitfähigkeit aufweisen. Mittels der Carbonanotubes lässt sich Ladung, insbesondere von einem Blitzeinschlag, sehr viel schneller und unter der Vermeidung von Funkenbildung abführen. Weiterhin lassen sich die erfindungsgemäßen Faserhalbzeuge einfach verarbeiten.
- Carbonanotubes, auch als Kohlenstoff-Nanoröhrchen bezeichnet, werden beispielsweise mittels chemischer Abscheidung hergestellt. Dabei wird ein kohlenstoffhaltiges Gas mittels oder an einem Katalysator zersetzt, so dass der frei werdende Kohlenstoff an Katalysatorpartikeln kondensiert und dort Röhrchen ausbildet.
- Die Carbonanotubes müssen einen derartigen Anteil an dem Bauteil haben, dass sich eine hohe Leitfähigkeit für das Bauteil ergibt. Dieser Anteil hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab, insbesondere der chemischen Zusammensetzung der Harzmatrix und der Größe der Carbonanotubes.
- Aus den Unteransprüchen ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen in der Erfindung.
- Mit "hoher Leitfähigkeit" ist vorliegend eine Leitfähigkeit gemeint, welche höher als die Leitfähigkeit eines Bauteils aus herkömmlichem Kohlenstofffaserverbundwerkstoff ist.
- Unter einem "Fasermaterial" ist vorliegend jedes Fasergelege, insbesondere unidirektional Fasergelege, Fasergewebe und/oder Faserfilzmaterial zu verstehen. Die Fasern dieser können beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe Kohlenstofffasern, Glasfasern und/oder Aramidfasern.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bauteils ist in die Harzmatrix weiterhin ein Fasermaterial, insbesondere ein Kohlenstofffasermaterial eingebettet. Somit kann ein Bauteil erzeugt werden, welches eine sehr hohe Leitfähigkeit besitzt und damit als Blitzschutz fungieren kann und zugleich eine sehr hohe Festigkeit aufweist.
- Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bauteils bildet die Harzmatrix eine äußere Schicht des Bauteils aus. Damit kann vorteilhaft die von dem Blitz eingeleitete elektrische Ladung an der Oberfläche verteilt werden, so dass es gar nicht erst zu einem tiefen Eindringen der elektrischen Ladung in das Bauteil kommt.
- Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bauteils weist dieses wenigstens eine innere Schicht aus Faserverbundwerkstoff auf, an welche die äußere Schicht angrenzt. Bei dieser Weiterbildung wird die Harzmatrix mit den Carbonanotubes mittels des darunterliegenden Faserverbundwerkstoffs unterstützt, wodurch sich ein an seiner Oberfläche sehr leitfähiges und insgesamt sehr festes Bauteil ergibt. Unter einem "Faserverbundwerkstoff" ist vorliegend ein Fasermaterial, welches mit einer Harzmatrix imprägniert ist, insbesondere auch ein vorimprägniertes Fasermaterial (Prepreg), zu verstehen.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Luft- oder Raumfahrzeugs ist das Bauteil Bestandteil einer Haut des Luft- oder Raumfahrzeugs. Insbesondere bildet das Bauteil ein Segment der Flügel-, Rumpf- und/oder Leitwerkshaut aus. Die Harzmatrix mit den Carbonanotubes bildet dabei die Außenfläche der Haut. Somit können Blitze schnell über die Außenfläche des Luft- oder Raumfahrzeug geleitet werden.
- Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Luft- oder Raumfahrzeugs ist wenigstens eine Entladeeinrichtung für eine Abgabe von Ladung an die Atmosphäre mit dem Bauteil vorzugsweise direkt elektrisch leitend gekoppelt. Mit "direkt" ist vorliegend gemeint, dass die Entladeeinrichtung und das Bauteil an einander anliegen; beispielsweise kann die Entladeeinrichtung in die Harzmatrix einlaminiert sein. Ein Beispiel einer solchen Entladeeinrichtung sind sogenannte "Static Dischargers", wie sie typischerweise an der Hinterkante eines Flügels vorgesehen sind. Somit kann auch statische Ladung mittels des erfindungsgemäßen Bauteils an die Atmosphäre mittels Kopplung an die Entladeeinrichtung abgegeben werden.
- Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Luft- oder Raumfahrzeugs ist eine Stromquelle, insbesondere eine Induktionseinrichtung, vorgesehen, mittels welcher ein elektrischer Strom in dem Bauteil für ein Aufheizen desselben, insbesondere zum Enteisen des Bauteils und/oder eines an das Bauteil angrenzenden Bereichs, erzeugbar ist. Anstelle einer Induktionseinrichtung können natürlich auch elektrische Kabel verwendet werden, welche mit dem Bauteil verbunden werden, um diesem Strom zuzuführen. Demnach ist das erfindungsgemäße Bauteil nicht nur als Blitzschutz geeignet. Zusätzlich oder alternativ kann das Bauteil in Zusammenspiel mit einer Stromquelle als Heizeinrichtung, beispielsweise zum Enteisen eines Flügels, dienen. Bevorzugt sollten die Carbonanotubes dazu einen derartigen Anteil an dem Bauteil haben, dass sich ein geeigneter ohmscher Widerstand für das Bauteil ergibt, der dann, wenn er von Strom durchflossen wird, eine geeignete Heizleistung erzeugt, d. h. Wärme abgibt.
- Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Faserhalbzeugs weist dieses ein Trägerpapier auf, welches das vorimprägnierte Fasermaterial trägt. Diese Weiterbildung ist für die Verarbeitung mittels eines automatischen Tapelegers besonders geeignet.
- Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Fasermaterial, insbesondere ein Kohlenstofffasermaterial, mit dem Gemenge vor dem Aushärten infiltriert. Damit lässt sich auf sehr einfache Weise ein hochleitfähiges und gleichzeitig sehr festes Bauteil herstellen. Das Fasermaterial kann beispielsweise als Lage bereitgestellt werden, wobei es nach dem Infiltrieren als Prepreg verwendet werden und beispielsweise mittels eines automatischen Tapelegers verlegt werden kann. Beispielsweise können dann auch mehrere solcher Lagen aufeinander aufgebaut werden, welche anschließend zu dem Bauteil ausgehärtet werden. Eine Anzahl dieser Lagen kann selbstverständlich mit einer Harzmatrix ohne die Carbonanotubes versehen sein.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Gemenge vor dem Aushärten auf einen ausgehärteten oder unausgehärteten Faserverbundwerkstoff aufgebracht. Damit ergibt sich ein Bauteil mit einer ersten sehr leitfähigen Schicht und einer zweiten sehr festen Schicht, welche die erste Schicht unterstützt. Demnach können auch bereits ausgehärtete Faserverbundwerkstoffe nachträglich mit der Harzmatrix beschichtet werden.
- Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Fasermaterial mit dem Gemenge, insbesondere in Form eines Tapes, vor dem Aushärten auf einen ausgehärteten oder unausgehärteten Faserverbundwerkstoff, insbesondere mittels eines automatischen Tapelegers, aufgebracht. Auch der Faserverbundwerkstoff wird vorzugsweise als Tape bereitgestellt und mittels des Tapelegers verarbeitet.
- Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Aushärten des Gemenges auch das Aushärten des unausgehärteten Faserverbundwerkstoffs. Demnach wird effizient in einem Schritt ausgehärtet.
- Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren erläutert.
- Von den Figuren zeigen:
-
1 in einer Seitenansicht ein Flugzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; -
2 einen Schnitt A-A aus1 ; -
3 eine vergrößerte Ansicht B aus2 ; und -
4 den Schnitt A-A aus1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. - In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
- In den Fig. bezeichnet x die Flugzeuglängsrichtung von der Nase zum Heck des Flugzeugs, y die Flugzeugquerrichtung von recht nach links in Flugzeuglängsrichtung x gesehen und z die Flugzeughochrichtung.
-
1 zeigt ein Flugzeug1 mit einer Haut, welche Blitz schlägen ausgesetzt sein kann. Ein Bereich der Haut des Seitenleitwerks2 , welche gegenüber Blitzschlag geschützt sein soll, ist mit dem Bezugszeichen3 gekennzeichnet. Selbstverständlich könnte auch jeder andere Bereich der Flugzeughaut beispielsweise die Rumpfhaut4 oder auch die Flügelhaut6 einen Aufbau, wie er nachfolgend in Zusammenhang mit dem Bereich3 näher erläutert wird, aufweisen. -
2 zeigt einen Teilschnitt A-A durch den Bereich3 , welcher das erfindungsgemäße Bauteil7 aufweist.3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt B aus2 . - Das Bauteil
7 weist sich in seiner Ebene (x–z) erstreckende Kohlenstofffasern (beispielhaft mit dem Bezugszeichen8 versehen) auf, welche in eine Harzmatrix12 eingebettete sind. - Die Harzmatrix
12 weist Carbonanotubes (beispielhaft mit dem Bezugszeichen13 versehen) auf. Die Carbonanotubes bilden einen derart hohen Anteil an dem Volumen des Bauteils7 , dass dieses eine hohe Leitfähigkeit für ein Verteilen von Ladung, welche insbesondere aus einem Blitzschlag resultiert, besitzt. Insbesondere sind die Carbonanotubes13 derart dicht in der Harzmatrix12 gepackt, dass einzelne Carbonanotubes einander berühren. - Vorteilhaft wird das Bauteil
7 aus mehreren Lagen9 ,10 ,11 Faserhalbzeug aufgebaut, welches die Fasern8 , die mit der Harzmatrix12 vorimprägniert sind, aufweist. Dazu werden die Lagen9 ,10 ,11 mittels eines automatischen Tapelegers (nicht dargestellt) aufgebaut und anschließend zu dem Bauteil7 ausgehärtet. Selbstverständlich können auch eine oder mehrere Lagen, beispielsweise die Lage11 , aus einem Faserhalbzeug mit Fasern8 , die mit einer Harzmatrix12a ohne Carbonanotubes13 vorimprägniert sind, ausgebildet sein. -
4 zeigt das Bauteil7 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. - Bei diesem ist eine innere Schicht
14 innen liegend bezüglich einer äußeren Schicht15 angeordnet, die mit der Atmosphäre16 in Kontakt steht. Die innere Schicht14 weist Kohlenstofffasern8 auf, die in eine Harzmatrix12a eingebettet sind. Die äußere Schicht15 weist Carbonanotubes13 auf, welche in eine Harzmatrix12 eingebettet sind. Die Harzmatrix12 und12a können die gleiche oder eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung aufweisen. - Die Schicht
15 kann beispielsweise durch nachträgliches Auftragen der Harzmatrix12 mit den Carbonanotubes13 auf die Schicht14 aus ausgehärtetem Faserverbundwerkstoff und anschließendem Aushärten der Schicht15 hergestellt werden. - Alternativ kann die Schicht
15 durch Auftragen der Harzmatrix12 auf die Schicht14 aus mit der Harzmatrix12a vorimprägnierten (unausgehärtet) Fasern8 und gemeinsamen Aushärten der Schichten14 und15 zu dem Bauteil7 hergestellt werden. - Die Carbonanotubes
13 bilden einen derart hohen Anteil an dem Volumen der Schicht15 , dass diese eine hohe Leitfähigkeit für ein Verteilen von Ladung, welche insbesondere aus einem Blitzschlag resultiert, aufweist. Die innere Schicht14 dagegen ist aufgrund der Fasern8 hochfest und trägt die äußere Schicht15 . - Wird das erfindungsgemäße Bauteil
7 beispielsweise als Flügelhaut6 eingesetzt, kann die äußere Schicht15 mit einer Entladeeinrichtung17 ("discharger rod" – beispielhaft in4 eingezeichnet) in elektrisch leitendem Kontakt stehen. Mittels der Entladeeinrichtung17 kann sich auf der äußeren Schicht15 ansammelnde Ladung an die Atmosphäre16 abgegeben werden. Ein Befestigungsmittel, beispielsweise eine Schraube18 , verbindet die Entladeeinrichtung17 mechanisch oder auch leitend mit Bauteil7 . Vorzugsweise ist die Entladeeinrichtung17 in das Bauteil7 einlaminiert. - Alternativ oder zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann das Bauteil
7 mit einer Induktionseinrichtung18 (siehe1 ) elektromagnetisch gekoppelt werden. Die Induktionseinrichtung18 kann beispielsweise im Seitenleitwerkskasten oder auch im Flügelkasten, für den Fall, dass das Bauteil7 im Bereich der Flügelhaut6 vorgesehen ist, untergebracht sein. Die Carbonanotubes13 bilden dabei einen derartigen Anteil an dem Bauteil7 , dass sich ein geeigneter ohmscher Widerstand für das Bauteil7 ergibt, der dann, wenn in ihm mittels der Induktionseinrichtung18 ein Strom induziert wird, eine geeignete Heizleistung erzeugt, d. h. Wärme abgibt. Die erzeugte Heizleistung enteist dann das Bauteil7 selbst und die Bereiche3 bzw.6 . - Obwohl die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit mehreren Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, ist sie auf diese nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
- Das erfindungsgemäße Bauteil ist auch sehr gut für thermische Anwendungen, beispielsweise im Bereich von Wärmeleitern in der Elektronik, geeignet.
- Die vorliegende Erfindung schafft ein Bauteil, insbesondere im Luft- und Raumfahrtbereich, mit eine Harzmatrix, in welcher Carbonanotubes für eine hohe Leitfähigkeit des Bauteils eingebettet sind. Mittels der Erfindung entfällt die aufwendige Verarbeitung von bisher als Blitzschutzmaterial eingesetzten Kupfer-Mesh-Materialien. Darüber hinaus ergibt sich aus der Verwendung von Carbonanotubes eine sehr viel höhere Leitfähigkeit als bei Kupfer-Mesh-Materialien.
-
- 1
- Flugzeug
- 2
- Seitenleitwerk
- 3
- Bereich
- 4
- Rumpfhaut
- 6
- Flügelhaut
- 7
- Bauteil
- 8
- Faser
- 9
- Lage
- 10
- Lage
- 11
- Lage
- 12
- Harzmatrix
- 12a
- Harzmatrix
- 13
- Carbonanotube
- 14
- innere Schicht
- 15
- äußere Schicht
- 16
- Atmosphäre
- 17
- Entladeeinrichtung
- 18
- Induktionseinrichtung
Claims (16)
- Bauteil (
7 ), insb. im Luft- und Raumfahrtbereich, mit einer Harzmatrix (12 ), in welche Carbonanotubes (13 ) für eine hohe Leitfähigkeit des Bauteils (7 ) eingebettet sind. - Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Harzmatrix (
12 ) weiterhin ein Fasermaterial (8 ), insbesondere ein Kohlenstofffasermaterial, eingebettet ist. - Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Harzmatrix (
12 ) eine äußere Schicht (15 ) des Bauteils (7 ) ausbildet. - Bauteil nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (
7 ) wenigstens eine innere Schicht (14 ) aus Faserverbundwerkstoff (14 ) aufweist, an welche die äußere Schicht (15 ) angrenzt. - Luft- oder Raumfahrzeug (
1 ), mit einem Bauteil (7 ) nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche. - Luft- oder Raumfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (
7 ) Bestandteil einer Haut (3 ) des Luft- oder Raumfahrzeugs (1 ) ist. - Luft- oder Raumfahrzeug nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Entladeeinrichtung (
17 ) für eine Abgabe von Ladung an die Atmosphäre (18 ) mit dem Bauteil (7 ) elektrisch leitend gekoppelt ist. - Luft- oder Raumfahrzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromquelle, insbesondere eine Induktionseinrichtung (
18 ), vorgesehen ist, mittels welcher ein elektrischer Strom in dem Bauteil (7 ) für ein Aufheizen desselben, insbesondere zum Enteisen des Bauteils (7 ) und/oder eines an das Bauteil (7 ) angrenzenden Bereichs (3 ), erzeugbar ist. - Faserhalbzeug für die Herstellung eines Bauteils (
7 ), insbesondere im Luft- und Raumfahrtbereich, mit einem Fasermaterial (8 ), welches mit einer Harzmatrix (12 ) mit Carbonanotubes (13 ) für eine hohe Leitfähigkeit des Bauteils (7 ) vorimprägniert ist. - Faserhalbzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserhalbzeug ein Trägerpapier aufweist, welches das vorimprägnierte Fasermaterial (
8 ) trägt. - Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (
7 ), insbesondere im Luft- und Raumfahrtbereich, mit folgenden Schritten: Vermengen von Carbonanotubes (13 ) mit einer unausgehärteten Harzmatrix (12 ) zum Bilden eines Gemenges; und Aushärten des Gemenges zum Bilden des Bauteils (7 ). - Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fasermaterial (
8 ), insbesondere ein Kohlenstofffasermaterial, mit dem Gemenge vor dem Aushärten infiltriert wird. - Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial (
8 ) mit dem Gemenge, insbesondere in Form eines Tapes, vor dem Aushärten auf einen ausgehärteten oder unausgehärteten Faserverbundwerkstoff (14 ), insbesondere mittels eines automatischen Tapelegers, aufgebracht wird. - Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemenge vor dem Aushärten auf einen ausgehärteten oder unausgehärteten Faserverbundwerkstoff (
14 ) aufgebracht wird. - Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten des Gemenges oder des Fasermaterials (
8 ) mit dem Gemenge zusätzlich das Aushärten des unausgehärteten Faserverbundwerkstoffs (14 ) umfasst. - Verwendung von Carbonanotubes (
13 ) als Blitzschutzmaterial, insb. im Luft- und Raumfahrtbereich.
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2431175A1 (de) * | 2010-09-15 | 2012-03-21 | The Boeing Company | Multifunktionelle Nanohautartikel und Verfahren |
WO2014023977A1 (en) * | 2012-08-08 | 2014-02-13 | Innovative Carbon Limited | Conductive polymeric materials, preparation and use thereof |
EP3228585A1 (de) | 2016-04-08 | 2017-10-11 | Airbus Defence and Space GmbH | Strukturkomponente aus faserverbundwerkstoff mit blitzschutz durch carbon nanotube-matten und metallische lagen |
EP3339178A1 (de) * | 2016-12-20 | 2018-06-27 | Goodrich Corporation | Elektrisch leitfähige harzmatrix für cnt-heizer |
DE102018114356A1 (de) | 2018-06-15 | 2019-12-19 | Airbus Operations Gmbh | Flugzeug mit einem Flugzeugrumpf, einem Tragwerk und einem Leitwerk sowie einer eine Blitzschutzeinrichtung beinhaltenden Oberflächenstruktur |
EP3617280A1 (de) * | 2018-08-29 | 2020-03-04 | The Boeing Company | Integriertes oberflächenschutzsystem, verbundstruktur und schutzverfahren dafür |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002076430A1 (en) * | 2001-03-26 | 2002-10-03 | Eikos, Inc. | Carbon nanotubes in structures and repair compositions |
WO2003078317A1 (en) * | 2002-03-14 | 2003-09-25 | Carbon Nanotechnologies, Inc. | Composite materials comprising polar polyers and single-wall carbon naotubes |
DE10259498A1 (de) * | 2002-12-19 | 2004-07-01 | Bayer Ag | Leitfähige Thermoplaste mit Ruß und Kohlenstoff-Nanofibrillen |
WO2004097852A1 (en) * | 2003-04-28 | 2004-11-11 | General Electric Company | Electrically conductive compositions and method of manufacture thereof |
WO2005117211A2 (en) * | 2004-05-21 | 2005-12-08 | Forward Ventures, Lp | Improved grounding of electrical structures |
US20060274049A1 (en) * | 2005-06-02 | 2006-12-07 | Eastman Kodak Company | Multi-layer conductor with carbon nanotubes |
WO2006128403A1 (de) * | 2005-06-03 | 2006-12-07 | Heitexx Ltd. | Elektrisch leitfähiges material und ein verfahren zur herstellung eines elektrisch leitfähigen materials |
DE102006017695A1 (de) * | 2006-04-15 | 2007-10-18 | Bayer Technology Services Gmbh | Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffnanoröhrchen in einer Wirbelschicht |
WO2008045109A2 (en) * | 2005-12-19 | 2008-04-17 | University Of Virginia Patent Foundation | Conducting nanotubes or nanostructures based composites, method of making them and applications |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3558279B2 (ja) * | 2000-03-29 | 2004-08-25 | 川崎重工業株式会社 | 航空機用除氷装置 |
KR100906037B1 (ko) * | 2004-06-22 | 2009-07-02 | 더 트러스티즈 오브 다트마우스 칼리지 | 얼음 제조 시스템 |
US20080166563A1 (en) * | 2007-01-04 | 2008-07-10 | Goodrich Corporation | Electrothermal heater made from thermally conducting electrically insulating polymer material |
DE202007006212U1 (de) * | 2007-04-27 | 2007-06-28 | Wismeth, Eduard | Vereisungsgeschütztes Luftfahrzeugteil |
-
2007
- 2007-11-29 DE DE200710057491 patent/DE102007057491B4/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002076430A1 (en) * | 2001-03-26 | 2002-10-03 | Eikos, Inc. | Carbon nanotubes in structures and repair compositions |
WO2003078317A1 (en) * | 2002-03-14 | 2003-09-25 | Carbon Nanotechnologies, Inc. | Composite materials comprising polar polyers and single-wall carbon naotubes |
DE10259498A1 (de) * | 2002-12-19 | 2004-07-01 | Bayer Ag | Leitfähige Thermoplaste mit Ruß und Kohlenstoff-Nanofibrillen |
WO2004097852A1 (en) * | 2003-04-28 | 2004-11-11 | General Electric Company | Electrically conductive compositions and method of manufacture thereof |
WO2005117211A2 (en) * | 2004-05-21 | 2005-12-08 | Forward Ventures, Lp | Improved grounding of electrical structures |
US20060274049A1 (en) * | 2005-06-02 | 2006-12-07 | Eastman Kodak Company | Multi-layer conductor with carbon nanotubes |
WO2006128403A1 (de) * | 2005-06-03 | 2006-12-07 | Heitexx Ltd. | Elektrisch leitfähiges material und ein verfahren zur herstellung eines elektrisch leitfähigen materials |
WO2008045109A2 (en) * | 2005-12-19 | 2008-04-17 | University Of Virginia Patent Foundation | Conducting nanotubes or nanostructures based composites, method of making them and applications |
DE102006017695A1 (de) * | 2006-04-15 | 2007-10-18 | Bayer Technology Services Gmbh | Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffnanoröhrchen in einer Wirbelschicht |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2431175A1 (de) * | 2010-09-15 | 2012-03-21 | The Boeing Company | Multifunktionelle Nanohautartikel und Verfahren |
US8479880B2 (en) | 2010-09-15 | 2013-07-09 | The Boeing Company | Multifunctional nano-skin articles and methods |
WO2014023977A1 (en) * | 2012-08-08 | 2014-02-13 | Innovative Carbon Limited | Conductive polymeric materials, preparation and use thereof |
US11161320B2 (en) | 2016-04-08 | 2021-11-02 | Airbus Defence and Space GmbH | Structural component |
EP3564184A1 (de) | 2016-04-08 | 2019-11-06 | Airbus Defence and Space GmbH | Strukturkomponente aus faserverbundwerkstoff mit blitzschutz durch carbon nanotube-matten und metallische lagen |
EP3228585A1 (de) | 2016-04-08 | 2017-10-11 | Airbus Defence and Space GmbH | Strukturkomponente aus faserverbundwerkstoff mit blitzschutz durch carbon nanotube-matten und metallische lagen |
US11969983B2 (en) | 2016-04-08 | 2024-04-30 | Airbus Defence and Space GmbH | Structural component |
EP3339178A1 (de) * | 2016-12-20 | 2018-06-27 | Goodrich Corporation | Elektrisch leitfähige harzmatrix für cnt-heizer |
US10863586B2 (en) | 2016-12-20 | 2020-12-08 | Goodrich Corporation | Electrical conductive resin matrix for CNT heater |
DE102018114356A1 (de) | 2018-06-15 | 2019-12-19 | Airbus Operations Gmbh | Flugzeug mit einem Flugzeugrumpf, einem Tragwerk und einem Leitwerk sowie einer eine Blitzschutzeinrichtung beinhaltenden Oberflächenstruktur |
US11518540B2 (en) | 2018-06-15 | 2022-12-06 | Airbus Operations Gmbh | Aircraft having an aircraft fuselage, a wing assembly, and a tail assembly, as well as a surface structure containing a lightning protection device |
DE102018114356B4 (de) | 2018-06-15 | 2024-04-04 | Airbus Operations Gmbh | Flugzeug mit einem Flugzeugrumpf, einem Tragwerk und einem Leitwerk sowie einer eine Blitzschutzeinrichtung beinhaltenden Oberflächenstruktur |
EP3617280A1 (de) * | 2018-08-29 | 2020-03-04 | The Boeing Company | Integriertes oberflächenschutzsystem, verbundstruktur und schutzverfahren dafür |
US11220351B2 (en) | 2018-08-29 | 2022-01-11 | The Boeing Company | Integrated surface protection system, composite structure, and method for protecting the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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