DE102007061548A1

DE102007061548A1 - Elektrothermische Heizeinrichtung aus thermisch leitendem, elektrisch isolierendem Polymermaterial

Info

Publication number: DE102007061548A1
Application number: DE200710061548
Authority: DE
Inventors: David Louis Canton Brittingham; Stanley Gerald Brecksville Prybyla; Daniel Paul Akron Christy
Original assignee: Goodrich Corp
Current assignee: Goodrich Corp
Priority date: 2007-01-04
Filing date: 2007-12-20
Publication date: 2008-07-10
Also published as: US8752279B2; GB0725083D0; FR2911244A1; US20080166563A1; US20110180524A1; GB2445458B; GB2445458A

Abstract

Es werden thermisch leitende Folien, Verbundwerkstoffe, die Folien einschließen, und elektrothermische Heizeinrichtungen offenbart, die Folien einschließen. Die Folien schließen ein Polymer und eine ausreichende Konzentration an hexagonalem Bornitrid ein, um angemessene Wärmeübertragungseigenschaften zu liefern, und sie weisen eine hohe Wärmeleitfähigkeit, Abziehfestigkeit und Scherfestigkeit auf. Die Folien können duroplastische Polymere, thermoplastische Polymere oder Mischungen davon einschließen, und sie können ebenfalls elektrisch leitende Materialien, Verstärkungsmaterialien, wie beispielsweise Glasfaserstoff, Kohlenstofffasern, Metallgeflecht und dergleichen, und thermisch leitende Füllstoffe einschließen, wie beispielsweise Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid und dergleichen. Die Folien können in Verbundwerkstoffen eingeschlossen sein. Die Folien können als Teil einer Schichtstruktur (100) verwendet werden, und sie können im Wesentlichen bei jeglicher Anwendung eingesetzt werden, beispielsweise an verschiedenen Stellen im Flugzeug, wo eine Heizung wünschenswert ist, einschließlich der Außenhäute der Triebwerksgondeln, Tragflügel des Flugzeuges, erwärmten Fußbodenplatten und dergleichen. Die elektrothermischen Heizeinrichtungen liefern eine gleichmäßigere Wärme und eine schnellere Wärme als die gegenwärtigen Widerstandsheizeinrichtungen, die aus Metallfolien gebildet werden, die an einer Klebefolie haften.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der polymeren Folien oder Verbundwerkstoffe, die hexagonales Bornitrid einschließen, Verbundwerkstoffe aus Folien und elektrothermische Heizeinrichtungen und/oder Wärmeableiter aus Folien oder Verbundwerkstoffen.
Beschreibung der damit in Beziehung stehenden Technik
Es gibt gegenwärtig verschiedene elektrothermische Enteisungs- oder Vereisungsschutzprodukte für den Vereisungsschutz der Vorderkanten von aerodynamischen Flächen. Diese verwenden typischerweise Heizelemente oder Elektroden, die an einer Fläche der Vorderkante der aerodynamischen Struktur in der Form eines serpentinenartigen oder Flächengitters aus ineinandergreifenden Fingern angeordnet sind, um jeglichem auf der Oberfläche gebildeten Eis Wärme zuzuführen. Typische elektrothermische Enteisungs- oder Vereisungsschutzprodukte nutzen ein eingebettetes Heizelement, das unterhalb der äußeren Fläche angeordnet ist. Die durch das elektrothermische Element erzeugte Wärme muss durch eine dicke Schicht des thermisch isolierenden Verbundwerkstoffes aus der Polymergrundmasse vor der Übertragung der Wärme zur Oberfläche-Eis-Grenzfläche hindurchgehen.
Es wäre vorteilhaft, neue elektrothermische Vereisungsschutzsysteme bereitzustellen, die die schnelle Übertragung der Wärmeenergie zur Oberfläche-Eis-Grenzfläche erleichtern, wobei Eneregieeinsparungen und eine verbesserte Funktionsfähigkeit bereitgestellt werden. Es wäre weiter vorteilhaft, elektrothermische Vereisungsschutzsysteme bereitzustellen, die ausreichend widerstandsfähig sind, um einer Einwirkung der Betriebsumgebung der aerodynamischen Struktur zu widerstehen, und die in der Lage sind, Eis von einer aerodynamischen Fläche bei sicheren Spannungen und Leistungsniveaus abzuwerfen, im idealen Fall, bevor das Eis zunimmt, um eine bemerkenswerte Dicke zu bilden. Die vorliegende Erfindung stellt derartige Systeme bereit.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es werden Folien offenbart, die ein Polymer und eine ausreichende Konzentration an hexagonalem Bornitrid aufweisen, um angemessene Wärmeübertragungseigenschaften für eine Verwendung bei Anwendungen für elektrothermische Heizungen zu liefern. Verbundwerkstoffe, die diese Folien einschließen, und aus diesen Verbundwerkstoffen hergestellte elektrothermische Heizeinrichtungen werden ebenfalls offenbart.
Die Folien weisen ein Polymer und hexagonales Bornitrid auf. Das Polymer kann ein duroplastisches Polymer, ein thermoplastisches Polymer oder eine Mischung davon sein. Die Folie kann ebenfalls andere Komponenten einschließen, beispielsweise elektrisch leitende Materialien, die Materialien aus Nanopartikeln, wie beispielsweise Nanoröhren aus Kohlenstoff, Kohlenstoffnanofasern, Nanodrähte aus Metall, metallbeschichtete Glasmikroblasen, Graphene-Schichten und dergleichen einschließen. Diese Materialien sind typischerweise in einem Bereich von etwa 10 Gew.-Prozent bis etwa 60 Gew.-Prozent an hexagonalem Bornitrid zu finden. Die Folien können ebenfalls mit verschiedenen Materialien verstärkt werden, wie beispielsweise Glasfaserstoff, Kohlenstofffaser, Drahtgeflecht und dergleichen, und thermisch leitende Füllstoffe, wie beispielsweise Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid und dergleichen, können wahlweise hinzugefügt werden.
Die Folien können durch Mischen von polymerisierbaren Monomeren und hexagonalem Bornitrid, Ausbreiten der Mischung zu einer Foliendicke und Aushärten der Monomere gebildet werden. Bei einigen Ausführungen ist die Mischung bei Raumtemperatur ziemlich viskos, beispielsweise mit der Viskosität von Paste oder Kitt, und kann auf Temperaturen oberhalb der Raumtemperatur erwärmt werden, um die Mischung dünner zu machen, damit sie leichter ausgebreitet werden kann. Die Folien können ebenfalls durch Mischen von thermoplastischen Polymeren und hexagonalem Bornitrid und Gießen der Mischung zu einer Folie hergestellt werden. In einem Aspekt werden die thermoplastischen Polymere vor dem Mischen geschmolzen oder erweicht, oder die Mischung wird auf eine erhöhte Temperatur erwärmt, um das Ausbreiten zu erleichtern. Die geschmolzenen Polymere können abgekühlt werden, um die resultierende Folie zu bilden.
Die Folien weisen im idealen Fall geeignete physikalische Eigenschaften für ein Einschließen in Schichtstoffen auf, die einem breiten Bereich von Umgebungsbedingungen unterworfen werden. Diese Eigenschaften umfassen eine hohe Wärmeleitfähigkeit, Abziehfestigkeit und Scherfestigkeit. Die Wärmeleitfähigkeit muss entsprechend hoch sein, um eine schnelle Erwärmung zu gestatten. Die Abziehfestigkeit der Folie muss entsprechend hoch sein, um eine Schichtablösung zu verhindern. Die Scherfestigkeit muss ebenfalls relativ hoch sein, damit die Folie die gewünschten Eigenschaften aufweist.
In einem Aspekt sind die thermisch leitenden Folien in einem Verbundwerkstoff eingeschlossen, der eine isolierende Schicht, eine elektrisch leitende Folienschicht und eine thermisch leitende Folienschicht einschließt, die hexagonales Bornitrid einschließt. Während Strom durch die elektrisch leitende Folienschicht geführt wird und sich die Schicht aufheizt, gelangt die Wärme durch die elektrisch leitende Schicht, aber nicht, mindestens in einem bedeutenden Maß, durch die isolierende Schicht. Auf diese Weise kann der Verbundwerkstoff bei Anwendungen für elektrothermische Heizungen verwendet werden.
In einem weiteren Aspekt schließen die thermisch leitenden Folien zusätzlich zum hexagonalen Bornitrid ausreichende elektrisch leitende Materialien ein, wie beispielsweise elektrisch leitende Materialien aus Nanopartikeln, so dass die Folien sowohl Wärme erzeugen als auch die Wärme leiten können. Wenn ein Verbundwerkstoff, der diese Art von Folie und eine thermisch isolierende Folie einschließt, verwendet wird, kann er im Wesentlichen die gleiche Funktion durchführen, die die thermisch isolierende Schicht, die elektrisch leitende Schicht und die thermisch leitende Schicht einschließt, aber mit einer Schicht weniger.
In einem dritten Aspekt schließt die thermisch leitende Folie zusätzlich zum hexagonalen Bornitrid elektrisch leitende Materialien in einer Menge ein, die ausreichend ist, um die Wärmeleitfähigkeit der Schicht zu erhöhen, die aber unzureichend ist, um ein elektrisches Leiten der Schicht zu bewirken.
Daher können in Abhängigkeit von der gewünschten Verwendung die Folien als Widerstände wirken und nicht Elektrizität leiten, oder sie können Elektrizität leiten, wo der Grad der Leitfähigkeit der Folie abgestimmt werden kann, indem zusätzlich zum hexagonalen Bornitrid verschiedene Mengen von elektrisch leitenden Materialien aus Nanopartikeln eingeschlossen werden.
Die Folien und die Verbundwerkstoffe, die die Folien einschließen, können als Teil des Verbundwerkstoffes eingeschlossen werden, der verwendet wird, um einen Tragflügel, eine Triebwerksgondel oder eine andere Außenfläche eines Flugzeuges herzustellen, und dazu dient, den Tragflügel, die Triebwerksgondel oder die andere Außenfläche zu enteisen. Alternativ können die Folien und Verbundwerkstoffe bei anderen Anwendungen für Heizungen eingesetzt werden, beispielsweise Fußbodenplatten, Wasserbehälter, Rohrleitungen und dergleichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
1 eine Ausführung eines Verbundwerkstoffes, die eine thermisch leitende Folie der vorliegenden Erfindung aufweist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden hierin thermisch leitende Folien, Verbundwerkstoffe aus den Folien, Verbundwerkstoffe, die die Folien einschließen, und elektrothermische Heizeinrichtungen, die die Verbundwerkstoffe einschließen, alle beschrieben. Die vorliegende Erfindung wird mit Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verstanden werden.
Bei einer Ausführung weist die Zusammensetzung, die zu einer thermisch leitenden Folie geformt werden kann, ein polymerisierbares Monomer und hexagonales Bornitrid auf. Bei einer weiteren Ausführung weist die Zusammensetzung ein schmelzbares thermoplastisches Harz und hexagonales Bornitrid auf.
Das Bornitridpulver, das zur Herstellung der hierin beschriebenen Folien verwendet wird, ist nicht auf irgendeine spezielle Art des kristallinen Systems, die Form und Größe der Pulverkörnung, den Kohäsionsgrad der Pulverteilchen oder die Teilchenverteilung begrenzt. Mit Bezugnahme auf die kristalline Form kann Bornitridpulver von hexagonaler, kubischer, wurtzitartiger, rhomboedrischer oder irgendeiner anderen Kristallform verwendet werden. Von diesen kann das hexagonale Bornitridpulver von kommerziell erhältlicher hexagonaler Form, das eine Wärmeleitfähigkeit von annähernd 10 bis 100 W/mK oder so etwa liefert, oder von kubischer Struktur verwendet werden, das eine extrem hohe Wärmeleitfähigkeit von 1300 W/mK maximal zeigt.
Die Teilchenform des hexagonalen Bornitridpulvers ist nicht auf eine schuppige oder flache Form beschränkt, sondern hexagonales Bornitridpulver von unterschiedlichen Teilchenformen kann verwendet werden, wie beispielsweise granulares, klumpiges, kugelförmiges, faseriges, nadelkristallförmiges hexagonales Bornitridpulver oder gemahlene Produkte von diesen. Der Teilchendurchmesser des hexagonalen Bornitridpulvers kann jedoch variieren; der einzelne mittlere primäre Durchmesser im Bereich von 0,01 bis 100 μm oder, mehr bevorzugt, im Bereich von 0,1 bis 20 μm kann verwendet werden. Betreffs der minimalen Teilchengröße des hexagonalen Bornitrids wird keine praktische Grenze vorgefunden, während ein hexagonales Bornitridpulver von größer als 100 μm schwierig herzustellen ist und nicht leicht in die dünnen Polymerfolien eingeschlossen wird. Wenn schuppiges hexagonales Bornitridpulver verwendet wird, kann ein Bereich von 0,5 bis 50 μm als maximaler Durchmesser leicht in die Folie eingemischt werden, und es kann bei Anwendung eines magnetischen Feldes ausgerichtet werden, wenn es gewünscht wird. Zusätzlich kann hexagonales Bornitridpulver in der Form von kohärenten primären Teilchen verwendet werden.
Bei einigen Ausführungen weist das hexagonale Bornitrid eine bimodale Teilchengröße auf, wobei die bimodale Teilchengröße einen innigeren Kontakt der Teilchen und verbesserte Wärmeleitfähigkeiten gestattet, selbst bei einem niedrigeren gesamten Teilchengehalt.
Die Konzentration des hexagonalen Bornitridpulvers in der wärmeleitenden Folie liegt typischerweise im Bereich von etwa 12 Gew.-Prozent bis etwa 40 Gew.-Prozent, basierend auf dem Gesamtgewicht der Folie. Bei einer Ausführung weist die Folie Materialien aus Nanopartikeln auf, wobei in diesem Fall ein Bereich von etwa 0,2 Gew.-Prozent bis etwa 2,0 Gew.-Prozent an hexagonalem Bornitridpulver bevorzugt wird. Wenn mehr als diese bevorzugten Mengen verwendet werden, wird die Viskosität der Zusammensetzung größer, und die Fließfähigkeit wird kleiner, wodurch die Handhabung schwierig wird. Es können ebenfalls Luftblasen eintreten, die die Herstellung einer Folie schwierig gestalten, während die Scherfestigkeit und andere physikalische Eigenschaften in Mitleidenschaft gezogen werden können.
Das hexagonale Bornitrid kann ausgerichtet werden, muss aber nicht. Die Ausrichtung der Teilchen kann beispielsweise bei Anwendung eines magnetischen Feldes bei Verwendung von Mitteln durchgeführt werden, die jenen Fachleuten bekannt sind. Ebenfalls können die Teilchen des hexagonalen Bornitrids vor der Verwendung bei Anwendung von Mitteln oberflächenbehandelt werden, die jenen Fachleuten bekannt sind.
Die Folien schließen typischerweise duroplastische Monomere ein, die duroplastische Polymere bilden können. Konventionelle duroplastische Harzsysteme, die verwendet werden können, um die Folien herzustellen, schließen beispielsweise ein: auf Epoxid basierende Harzsysteme; Matrices des Bismaleinimides (BMI); Phenolharz; Polyester; PMR-15 Polyimid; acetylenendständige Harze; Acryl; Polyurethane; durch freie Radikale induzierte duroplastische Harze; und dergleichen. Im Ergebnis einer derartigen beträchtlichen Auswahl an duroplastischen Harzen können die Grundierungen, Anstriche und/oder Folien der Erfindung zugeschnitten werden, wie es gewünscht wird.
Geeignete Epoxidharze schließen jene ein, die bei eingeführten duroplastischen epoxid/faserverstärkten Prepregs verwendet werden, die bei der Herstellung von Flugzeugteilen eingesetzt werden. Sie basieren häufig unter anderem auf einem oder mehreren von Diglycidylethem des Bisphenols A (2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan) oder sym-5-Tris(4-hydroxyphenyl)propans, Tris(4-hydroxyphenyl)methans, Bisphenols F, Tetrabrombisphenols A, ihren Polyepoxidkondensationsprodukten, cycloaliphatischen Epoxiden, epoxidmodifizierten Novolacs (Phenol-Formaldehyd-Harze) und den Epoxiden, die aus der Reaktion von Epichlorhydrin mit Analin, o-, m- oder p-Aminophenol und Methylendianalin erhalten werden.
Die Epoxidharzsysteme enthalten Epoxidharzvernetzungsmittel, die das Harz zu einem festen nicht schmelzbaren Produkt aushärten. Für diesen Zweck können Epoxidharzvernetzungsmittel verwendet werden, die sauer, neutral oder alkalisch sind. Beispiele umfassen unter anderem Aminhärter, Phenole, Säureanhydride, Polyamide und Lewis-Säuren und -Basen. Beschleuniger können ebenfalls verwendet werden, um die Vernetzungszeit zu verringern, und sie schließen Imidazole und substituierte Harnstoffe ein.
Die Menge des eingesetzten Härters ist im Allgemeinen auf der Basis einer Amingruppe p ro Epoxidgruppe im Harz stöchiometrisch äquivalent. Eine bestimmte Einstellung der Stöchiometrie kann mit dem Zusatz der Nanoverstärkung erforderlich sein.
Das hexagonale Bornitrid und wahlweise andere Komponenten können dem duroplastischen Monomer, dem Härter oder dem gemischten Harz zugegeben werden. Das Verfahren der Dispergierung wird davon abhängig sein, wann das hexagonale Bornitrid zugegeben wird. Beispielsweise, wenn das hexagonale Bornitrid einem B-Harz zugegeben wird, kann die hohe Viskosität eine Erwärmung und Ultraschalldispergierung oder ein Mischen bei starker Scherung erfordern. Das hexagonale Bornitrid kann ebenfalls auf der Oberfläche der Folie bei Anwendung von Wärme oder Klebstoff abgelagert werden, um es während der Verarbeitung des Verbundwerkstoffes an Ort und Stelle zu halten.
Das hexagonale Bornitrid kann ebenfalls einem aus duroplastischen Monomeren gebildeten thermoplastischen Polymer für eine Verdichtung mit einer thermoplastischen Struktur oder ein Binden mit einer duroplastischen Struktur zugegeben werden. Bei einer bevorzugten Ausführung ist das hexagonale Bornitrid in Konzentrationen von etwa 5 Gew.-Prozent bis etwa 50 Gew.-Prozent vorhanden, basierend auf dem Gewicht des thermoplastischen Polymers. Konventionelle thermoplastische Systeme, die zum Einsatz gebracht werden können, schließen beispielsweise Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketon (PEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polyethylensulfid (PES), Polyetherimid (PEI), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polysulfon (PS), Polycarbonat (PC), Polyphenylenether/oxid, Nylons, aromatische thermoplastische Polyester, aromatische Polysulfon, thermoplastische Polyimide, Flüssigkristallpolymere, thermoplastische Elastomere und dergleichen ein.
Das hexagonale Bornitrid kann dem Thermoplast zugegeben werden, der danach mit einem Duroplast vor dem Aushärten gemischt werden kann, oder umgekehrt. Das hexagonale Bornitrid kann einem Thermoplast zugegeben werden, der danach mit einem anderen Thermoplast (beispielsweise Pellets, die hergestellt und danach gleichzeitig extrudiert werden) gemischt wird.
Zusätzlich zum Polymer und hexagonalem Bornitrid kann die zur Herstellung der Folie verwendete Zusammensetzung weitere Komponenten einschließen, beispielsweise jene, die die Festigkeit der Folie verbessern, und jene, die die elektrische Leitfähigkeit der Folie verbessern.
Beispiele für Materialien, die die Festigkeit der Folie verbessern, schließen Materialien ein, die im Allgemeinen in Prepregs vorgefunden werden, wie beispielsweise Kohlenstofffasern, Glasfaserstoff, Metalldrähte oder -geflecht und dergleichen. Beispiele für Materialien, die verwendet werden, um die Leitfähigkeit der Folie zu verbessern, schließen Materialien aus Nanopartikeln ein, die nachfolgend detaillierter beschrieben werden.
Elektrisch leitende Materialien, die der das hexagonale Bornitrid enthaltenden Folie zugegeben werden, können eine Verdopplung der Folie gestatten, sowohl als die Wärmequelle als auch ein Mittel für das schnelle Liefern von Wärme zur Eisgrenzfläche betrifft. Bei dieser Konfiguration ist es wünschenswert, eine schnelle Wärmeübertragung zur Eisgrenzfläche zu bewirken, indem eine elektrisch isolierende, thermisch leitende Schicht zwischen der Wärmequelle und der Außenhaut angeordnet wird, während eine elektrisch und thermisch isolierende Schicht auf der Rückseite angeordnet wird, um Wärmeverluste weg von der Eisgrenzfläche zu verhindern. Insgesamt lenkt diese Konfiguration die Wärmeenergie zur Eisgrenzfläche.
Eine Ausführung dieser Konfiguration wäre die Verwendung von Teilchen des hexagonalen Bornitrids in Kombination mit einer Kohlenstofffaser oder einem Kohlenstoffgewebe, das Prepregs enthält. Die Kombination des hexagonalen Bornitrids und Kohlenstofferzeugnisses wird eine schnelle und wirksame Übertragung der Energie weg von der Wärmequelle des Kohlenstofferzeugnisses gestatten. Die Fähigkeit einer schnellen Übertragung von Wärme und einer gleichermaßen schnellen Unterbrechung der Übertragung von Wärme zur Eisgrenzfläche bringt die gleichzeitigen Vorteile eines wirksamen Abwerfens des Eises und des Einschränkens der Rückführung und des erneuten Gefrierens des abgeworfenen Eises mit sich.
In einem Aspekt schließen die Folien Pulver, wie beispielsweise Kupferpulver, Nanoröhren aus Kohlenstoff oder Nanofasern ein, die ebenfalls als eine Art von mehrwandigen Nanoröhren aus Kohlenstoff (zusammen Nanoröhren aus Kohlenstoff) bekannt sind, und die durchgehend in der Trägersubstanz verteilt sind, im idealen Fall in einer im Wesentlichen homogenen Weise.
In diesem Aspekt weisen die Pulver typischerweise eine Teilchengröße im Bereich von 4 nm bis 100 um auf. Die Teilchen können in der Form unregelmäßig oder glatt und rund sein, oder eine Textur aufweisen. Ein Beispiel für ein geeignetes texturiertes Teilchen ist ein „spitzes" Kupferpulver, wo die Nanoröhren aus Kohlenstoff im Kupfer eingebettet sind. Wenn man auch nicht durch eine spezielle Theorie gebunden sein möchte, glaubt man, dass das Vorhandensein von Nanoröhren aus Kohlenstoff den Wärmeausdehungskoeffizienten des Polymers näher an den des Metallpulvers heranbringt, so dass das Material ausreichende elektrische Energie leiten kann, um eine ausreichende Wärmeenergie bereitzustellen.
Bei einer Ausführung wird ein Heizelement mit einer Kapazität bereitgestellt, die bis zu 10 Ampere führt, was zu Watt-Dichten an der Eisgrenzfläche von bis zu 30 Watt/in.² für einen Vereisungsschutzvorgang führt.
Bei einer Ausführung ist das Heizelement separat von der thermisch leitenden, elektrisch isolierenden Schicht, und die thermisch leitende, elektrisch isolierende Schicht liegt zwischen dem Heizelement und der Oberflächenhaut, um eine schnelle Leitung der Wärme zur Eis/Oberfläche-Grenzfläche zu ermöglichen.
Bei einer zweiten Ausführung besteht das Heizelement aus einer Kombination von elektrisch leitenden und thermisch leitenden Materialien. In diesem Fall kann das Heizelement thermisch leitend und wahlweise elektrisch leitend sein. Alternativ kann das Heizelement elektrisch leitend sein, und ein zweites Material, das zusammen mit der Heizeinrichtung vorhanden ist, kann thermisch leitend, elektrisch leitend oder eine Kombination beider sein. Bei dieser zweiten Ausführung trennt eine thermisch leitende, elektrisch isolierende Schicht die Heizeinrichtung von der Oberflächenhaut und der Eisgrenzfläche.
Bei einer dritten Ausführung wird eine Mischung aus thermisch und elektrisch leitenden Nanoteilchen mit hexagonalem Bornitrid in einer derartigen Weise gemischt, dass die leitenden Nanoteilchen nicht ihre Durchsickerungsgrenze erreichen, d. h., sich nicht einander berühren und daher ein diskontinuierliches Netz bilden. Die Wärmeleitfähigkeit der Nanoteilchen liefert jedoch einen synergistischen Effekt des Verbesserns der gesamten Wärmeleitfähigkeit der Mischung über jene hinaus, die ohne das Vorhandensein von thermisch und elektrisch leitenden Nanoteilchen erreicht werden könnte.
Die Folie kann mit Nanoröhren aus Kohlenstoff (CNT), Kohlenstoffnanofasern (CNF) oder Nanoplättchen aus Graphit verstärkt werden. Die Nanoröhren aus Kohlenstoff können bis zu nur von etwa 0,1 Gew.-Prozent bis etwa 5,0 Gew.-Prozent der Oberflächenfolie vorhanden sein. Das Gewicht der Nanoröhren aus Kohlenstoff kann optimiert werden, um sich an den Wärmeausdehnungskoeffizienten der hexagonalen Bornitridfolie anzupassen, um die Mikrorissbildung zu minimieren, und um die Verwendung einer leichteren Oberflächenfolie zu gestatten.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Folie metallbeschichtete Teilchen auf, beispielsweise silberbeschichtete, hohle Glasmikrokugeln und/oder metallbeschichtete Nanoröhren aus Kohlenstoff (zusammen silberbeschichtete Teilchen). Wenn man auch nicht durch eine spezielle Theorie gebunden sein möchte, glaubt man, dass die Metallbeschichtung bei der Dispergierung der Teilchen innerhalb der Folie hilft. Bei einer Ausführung wird eine Silberbeschichtung auf Nanoröhren aus Kohenstoff durch stromloses Abscheiden aufgebracht, wobei man glaubt, dass das die Grenzflächenadhäsion der Verbundwerkstoffe verbessert, auf die das Material aufgebracht wird. Die metallbeschichteten Teilchen können Vorbehandlungen unterworfen werden, wie beispielsweise der Oxidation, Sensibilisierungsbehandlung und Aktivierungsbehandlung, die verschiedene funktionelle Gruppen bei den Teilchen einführen können. Diese funktionellen Gruppen können die Dispergierung der Teilchen in die Folie verbessern, die Anzahl der aktivierten Stellen vergrößern und die Ablagerungsgeschwindigkeit absenken.
In einem weiteren Aspekt können nur Nanoröhren aus Kohlenstoff der Polymerfolie zugesetzt werden. Die Nanoröhre aus Kohlenstoff in der 10,10-Armchair-Konfiguration weist einen spezifischen Widerstand in der Nähe von Kupfer auf und ist 6-mal leichter als Kupfer, und. sie kann dementsprechend eine bevorzugte Nanoröhre sein. Die Nanoröhren können mittels verschiedener Verfahren ausgerichtet werden, einschließlich mechanischer, chemischer und magnetischer Verfahren. Beispielsweise können die Nanoröhren mit dem polymerisierbaren Monomer gemischt und zu einer Folienbeschichtung extrudiert werden. Die Förderschnecke kann in Schwingung versetzt werden, um die Ausrichtung der Fasern in der Strömungsrichtung zu verbessern (gleich dem Vibrations-Spritzgießen, das bei wieder aufbereiteten Thermoplasten zur Anwendung kommt). Die Nanoröhren können funktionalisiert werden, um mit dem Ende oder dem Kopf einer jeden Nanofaser zur Reaktion zu kommen, so dass sie sich selbst zusammensetzen wird (gleich einer Lipid-Doppelschicht-Anordnung). Das würde die Optimierung der Zuführung von Nanoröhren erfordern, so dass sich die Nanoröhrchen einander anziehen, während ebenfalls gesichert wird, dass das Epoxid nicht den Vorgang stört. Schließlich können die Nanoröhren so hergestellt werden, dass ein Nickelteilchen an einem Ende befestigt wird. Nanopartikel aus Eisenlegierung und Nanoröhren aus Kohlenstoff (mit dem Nickelteilchen) können dem Klebstoff, der Grundierung oder dem Anstrich hinzugefügt und einem magnetischen Feld ausgesetzt werden, um die Nanoröhren auszurichten.
Nanostäbe/Nanodrähte/Nanostränge (zusammen als Nanodrähte bezeichnet) aus Metall können ebenfalls verwendet werden. Nanoröhren aus Kohlenstoff oder anderen Nanoteilchen, die modifiziert wurden, um den spezifischen Widerstand zu verringern, können der Folie zugesetzt werden. Diese modifizierten Nanoröhren können in der Ebene ausgerichtet werden, um die Metallabschirmung zu ersetzen oder zu verringern.
Die Verwendung von Nanoröhren aus Kohlenstoff, Mischungen aus Metallpulver/Nanoröhren aus Kohlenstoff, Metallabschirmungen niedriger Dichte, die mit Nanoröhren aus Kohlenstoff verstärkt sind, metallbeschichteten Teilchen und/oder ausgerichteten Nanoplättchen aus Graphit können der thermisch leitenden Folie eine elektrische Leitfähigkeit verleihen.
Die vorangehend beschriebenen Zusammensetzungen können zu thermisch leitenden Folien geformt werden. Die Art und Weise, in der die Folien geformt werden, hängt teilweise von der Beschaffenheit der Zusammensetzungen ab, d. h., ob sie thermoplastische Materialien oder aushärtbare duroplastische Harze einschließen.
In einem Aspekt werden die Folien durch Mischen von polymerisierbaren Monomeren und hexagonalem Bornitrid, Ausbreiten der Mischung zu einer Foliendicke und Aushärten der Monomere hergestellt. Bei einigen Ausführungen ist die Mischung bei Raumtemperatur ziemlich viskos, beispielsweise mit der Konsistenz von Paste oder Kitt, und kann auf Temperaturen oberhalb der Raumtemperatur erwärmt werden, um die Mischung dünner zu machen, damit sie leichter ausgebreitet werden kann.
In einem weiteren Aspekt werden die Folien durch Mischen von thermoplastischen Polymeren und hexagonalem Bornitrid und Gießen der Mischung zu einer Folie hergestellt. In einem Aspekt werden die thermoplastischen Polymere vor dem Mischen geschmolzen oder erweicht, oder die Mischung wird auf eine erhöhte Temperatur erwärmt, um das Ausbreiten zu erleichtern.
Die vorher ausgehärtete Zusammensetzung, die das hexagonale Bornitrid und wahlweise leitende Materialien aus Nanopartikeln aufweist, kann auf einer Oberfläche einer Verbundstruktur mittels konventioneller Mittel angeordnet werden, wie beispielsweise durch Streichen mit Rakel oder Rakelmesserauftrag. Bei einer Ausführung wird die Mischung aus hexagonalem Bornitrid und polymerisierbarem Monomer zu einer dünnen Schicht ausgebreitet, und die Monomere werden polymerisiert.
Wenn die Folie zu viel hexagonales Bornitrid einschließt, kann die Folie an einer relativ niedrigen Scherfestigkeit leiden. Alternativ, wenn die Folie nicht ausreichendes hexagonales Bornitrid einschließt, ist nicht eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit zu verzeichnen. Aus diesem Grund liegt die Menge des hexagonalen Bornitrids in der Folie im idealen Fall im Bereich von etwa 12 Gew.-Prozent bis etwa 40 Gew.-Prozent, basierend auf dem Gesamtgewicht der Folie. Vorzugsweise liegt die Konzentration des hexagonalen Bornitrids in der Folie zwischen etwa 27 Gew.-Prozent und etwa 33 Gew.-Prozent, basierend auf dem Gesamtgewicht der Folie. Das hexagonale Bornitrid verleiht der Folie eine elektrische Leitfähigkeit, die vorteilhafterweise zwischen 10⁺¹⁰ und 10⁺¹⁵ Ohm-cm liegt.
Die Geschwindigkeit, mit der die Folie ein Erwärmen und/oder Abkühlen bewirkt, kann wichtig sein. Durch gleichmäßiges Mischen des hexagonalen Bornitrids im Polymermaterial sind ein hoher Grad an Gleichmäßigkeit und eine relativ hohe Aufheizgeschwindigkeit vorhanden. Zusätzlich dazu, dass das Material eine relative hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, zeigt es ebenfalls eine relativ hohe „Aufheiz"geschwindigkeit. Bei einer Ausführung weist das Material eine Wärmeleitfähigkeit von 4,33 W/mK auf, die sehr hoch ist. Die Aufheizgeschwindigkeit, die der Wärmeleitfähigkeit proportional ist, ist hoch.
Obgleich im Wesentlichen jedes Polymer zur Herstellung von Folien verwendet werden kann, gibt es einige Situationen, wo die Folien extremen Wärmeveränderungen ausgesetzt werden. Beispielsweise, wenn sie bei Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden, könnten Temperaturveränderungen von 120°F bis –140°F beobachtet werden. Die Folie muss in der Lage sein, eine Schichtablösung bei dieser Art von Temperaturveränderung zu vermeiden. Bei diesen Ausführungen werden Epoxidharze für die Herstellung derartiger Folien bevorzugt. Repräsentative Epoxidharze schließen Diglycidylether des Bisphenol A (2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan) oder sym-Tris(4-hydroxyphenyl)propan, Tris(4-hydroxyphenyl)methan, Bisphenol F, Tetrabrombisphenol A, ihre Polyepoxidkondensationsprodukte, cycloaliphatische Epoxide, epoxidmodifizierte Novolacs (Phenolformaldehyd-Harze) und die Epoxide ein, die aus der Reaktion von Epichlorhydrin mit Analin, o-, m- oder p-Aminophenol und Methyldianalin abgeleitet werden, sind aber nicht darauf beschränkt.
Bei einer Ausführung können die thermisch leitenden Folien der vorliegenden Erfindung teilweise Verbundwerkstoffe bilden. Die hierin beschriebenen Verbundwerkstoffe schließen verschiedene Schichten ein, die auf die thermisch leitende Folienschicht laminiert werden. Diese Verbundwerkstoffe schließen typischerweise überlagerte Platten, Schichten und Lagen ein. Wie in 1 veranschaulicht wird, schließt der Verbundwerkstoff 100 eine isolierende Schicht 110, eine elektrisch leitende Schicht 120 und eine thermisch leitende Schicht 130 in einer Ausführung ein. Weitere Materialien können über oder unter diesen Schichten zum Haften gebracht werden, und bei einigen Ausführungen ist die elektrisch leitende Schicht 120 ebenfalls die thermisch leitende Schicht 120. Wenn er bei Anwendungen im Flugzeug verwendet wird, kann der Verbundwerkstoff beispielsweise mit einer oder mehreren Metallschichten überzogen werden, der verwendet wird, um die „Außenhaut" des Flugzeuges zu bilden, oder er kann alternativ eine weitere Schicht eines Verbundwerkstoffes einschließen, wie beispielsweise eine Kohlenstofffaserschicht.
Wie in der in 1 veranschaulichten Ausführung gezeigt wird, liegt eine Verbundschicht mit keiner elektrischen Leitfähigkeit und einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit (eine isolierende Schicht 110) typischerweise unter der elektrisch leitenden Schicht 120. Die isolierenden Schichten 110 bewirken eine Isolierung mit Bezugnahme auf die Elektrizität und ebenfalls im idealen Fall mit Bezugnahme auf die Wärme.
Elektrisch leitende Schichten 120 stellen die Wärme bereit, die die thermisch leitende Schicht 130 zur Außenfläche überträgt. Diese Schichten liegen typischerweise unterhalb, in einigen Fällen direkt unterhalb, der thermisch leitenden Schicht 130, mit Ausnahme bei jenen Ausführungen, wo die thermisch leitende Schicht 130 ebenfalls eine elektrisch leitende Schicht 120 ist. Die elektrisch leitende Schicht 120 kann Komponenten einschließen, die im Allgemeinen bei typischen elektrothermischen Heizeinrichtungen und ihren Konstruktionen vorhanden sind, einschließlich von Metalldrähten, Folien und Geflecht, die im Glasfaserstoff oder anderen thermisch nichtleitenden Materialien verlegt werden können.
Die thermisch leitende Schicht 130 weist zwei Oberflächen auf, von denen eine mit einer Wärmequelle in Kontakt ist, und eine andere Oberfläche eine zu erwärmende Fläche ist oder mit ihr in Kontakt ist. Die hierin beschriebenen thermisch leitenden Folien können die Leistung dieser Heizeinrichtungen verbessern, indem die Geschwindigkeit erhöht wird, mit der die Wärme übertragen wird. Die hierin beschriebenen Verbundwerkstoffe können verwendet werden, um einen Flugzeugrumpf oder ein Flugzeugteil herzustellen.
Weitere Schichten können verschiedene Prepregs, Stoffe, Wabenkern-, Schaumkern-, Harz- und Klebstoffschichten einschließen. Die Struktur kann bei Verwendung von trockenen Stoffen hergestellt werden, die mit Harz bei Anwendung der Harzschichtinfusion oder des RTM-Verfahrens durchtränkt werden. Die elektrisch leitende Schicht kann ebenfalls trocken aufgelegt und mit dem Polymer während der Herstellung des Verbundwerkstoffes durchtränkt werden. Eine oder mehrere der Schichten im Verbundwerkstoff können Gewebe sein, die Glasfaserstoff, Aramid, Kohlenstoffprepreg oder andere Fasern einschließen, und/oder sie können Vliesstoffschichten einschließen. Bei einer Ausführung wird eine Schicht, die Energie von einem Blitzschlag ableiten kann (d. h., eine Blitzschlagschutzschicht), über der thermisch leitenden Schicht angeordnet.
Die Folien oder Verbundwerkstoffe, die Folien einschließen, können als Bauteile der elektrothermischen Heizeinrichtungen verwendet werden, die beispielsweise als ein elektrothermisches Vereisungsschutzsystem für einen Tragflügel eingesetzt werden können. Die Folien können als Teil einer Schichtstruktur eingesetzt und im Wesentlichen an jeder Stelle in einem Flugzeug zur Anwendung gebracht werden, wo eine Erwärmung wünschenswert ist. Beispielsweise kann die Folie eine Schicht einer Außenhaut der Triebwerksgondel oder auf einem Tragflügel sein. Die Folie kann verwendet werden, um erwärmte Fußbodenplatten bereitzustellen.
Gegenwärtige Widerstandsheizeinrichtungen, die aus Metallfolien hergestellt werden, die an einer Klebefolie haften, wobei ein Muster herausgeätzt wurde, um Bänder zu bilden, bewirken eine ungleichmäßige Erwärmung. Im Gegensatz dazu bewirken die elektrothermischen Heizeinrichtungen, die aus den hierin beschriebenen Folien hergestellt werden, eine gleichmäßige Wärme. Tatsächlich wird die Wärme ebenfalls gleichmäßig verteilt, wenn das hexagonale Bornitrid gleichmäßig verteilt wird.
Wenn die Folien in elektrothermischen Heizeinrichtungen eingeschlossen sind, können die Heizeinrichtungen einen integrierten Trennstreifen, wobei die Folie so ausgeführt werden kann, dass sie mindestens einen Abschnitt einer Vorderkante des Tragflügels mit dem integrierten Trennstreifen bedeckt, der längs einer Luftstauzone der Vorderkante angeordnet ist, und einen Regler einschließen, der elektrisch mit der Folie für das Steueren der Elektroenergie von einer Stromquelle zur Folie in Übereinstimmung mit einem Impulsarbeitszyklus und für das Steuern des Stromes zum Trennstreifen der Heizeinrichtung gekoppelt ist, um die Luftstauzone im Wesentlichen frei von einer Eisbildung zu halten.
Die elektrothermischen Heizeinrichtungen können hergestellt werden, indem die Folien, wie es vorangehend beschrieben wird, in einer rechteckigen Form mit einer Länge im Wesentlichen größer als die Breite hergestellt werden, geeignet für ein Abdecken von mindestens einem Abschnitt einer Vorderkante des Tragflügels. Leiterdrähte können an der Folie oder an einer Metallschicht, wie beispielsweise einer Kupferschicht, benachbart der Folienschicht, angebracht werden. Die Drähte können beispielsweise an jeder Kante bei Benutzung von Sammelschienen angebracht werden.
Im idealen Fall schließt die Heizeinrichtung einen Wandler, der mittels einer geeigneten Stromquelle angetrieben wird, für das Zuführen von elektrischer Heizenergie zur Heizeinrichtung über die Quelle und Rückleitungen ein, die von der Stromquelle elektrisch isoliert sind. Der Wandler verhindert im idealen Fall, dass elektrische Heizenergie durch die leitende Struktur des Tragflügels geleitet wird. Ein Flugzeug kann eine Vielzahl von diesen elektrothermischen Heizeinrichtungen einschließen, wobei jede Heizeinrichtung ein Segment einer Vorderkante des Tragflügels bedeckt, wobei ein Regler elektrisch mit einem jeden der Heizeinrichtungen gekoppelt ist, um Elektroenergie von einer Stromquelle unter der Vielzahl von Heizeinrichtungen in Übereinstimmung mit einem Impulsarbeitszyklus gleichzeitig zu übertragen. Die Vielzahl der Heizeinrichtungen kann Trennstreifenflächen einschließen, die eine Vielzahl von unterschiedlich geformten Inselflächen aufweisen, die auf den Oberflächen der Heizeinrichtungen innerhalb der Trennstreifenfläche angeordnet sind, wobei jede Inselfläche von den anderen Inselflächen durch die Fläche der elektrothermischen Heizeinrichtung getrennt werden kann.
Bei einer Ausführung ist die elektrothermische Heizeinrichtung mit einer leitenden Struktur des Tragflügels für das Verteilen oder Ableiten der Elektroenergie eines Blitzschlages aus dem Bereich durch den Leiter zur leitenden Struktur gekoppelt.
Die hierin beschriebenen elektrothermischen Heizeinrichtungen und Verbundwerksktoffe können eingebaut oder verwendet werden, um einige oder alle der Verbundwerkstoffe in Flugzeugteilen zu ersetzen, wie beispielsweise Triebwerksgondeln, dem Flugzeugrumpf, Tragflügeln, Stabilisierungsflächen und anderen Flächen, die enteist werden müssen.
Die Heizeinrichtungen und Werkstoffe können ebenfalls in Wassererhitzern, Lufterhitzern, erwärmten Fußbodenplatten, dem elektrothermischen Eis- und Erosionsschutz, Trinkwassersystemen, Schläuchen, Rohren, Kanalsystemen, Wänden, Decken, erwärmten Sitzen, Heizkissen und anderen Artikeln vorhanden sein, die einen Schutz vor einem Einfrieren erfordern, oder wo das Vorhandensein von Wärme eine Behaglichkeit und/oder Sicherheit mit sich bringen würde. Derartige Artikel sind jenen Fachleuten gut bekannt.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes, einschließlich der hierin beschriebenen thermisch leitenden Folien und/oder elektrothermischen Heizeinrichtungen, werden ebenfalls offenbart. In einem Aspekt der Erfindung schließen die Verfahren das Herstellen eines Verbundwerkstoffes ohne eine thermisch leitende Schicht, das Herstellen der thermisch leitenden Folien und das Kleben der Folie auf den restlichen Verbundwerkstoff ein, beispielsweise bei Verwendung einer Klebeschicht oder Anwenden einer Aushärtung an Ort und Stelle.
Die Foliendicke kann sich zwischen 0,003 in. und 0,010 in. bewegen, und die Dicke kann bei Anwendung von bekannten Verfahren zur Herstellung von Polymerfolien gesteuert werden, wie beispielsweise Kalandrieren bei Verwendung einer Rakel und dergleichen. Bei jenen Ausführungen, wo UV-polymerisierbares Material verwendet wird, kann die Polymerisation bei Anwendung von ultraviolettem Licht bewirkt werden, und bei anderen Ausführungen kann die Polymerisationsreaktion erleichtert werden, indem die sich bildende Folie der Wärme ausgesetzt wird. Die duroplastische Folie kann an Ort und Stelle mit den duroplastischen Verbundschichten polymerisiert oder sekundär adhäsiv verbunden werden. Eine thermoplastische Folie kann erwärmt und mit thermoplastischen Verbundschichten gepresst oder bei Anwendung des Widerstands- oder Ultraschallschweißens und dergleichen verbunden werden. Die Folie kann ebenfalls mit duroplastischen oder thermoplastischen Schichten adhäsiv verbunden werden. Auf die Folie können trockene Stoffschichten oder Prepreg für die anschließende Infusion des Polymers bei Anwendung des RTM-Verfahrens oder der Harzinfusion gelegt werden.
Während die vorliegende Erfindung herin vorangehend in Verbindung mit einer Vielzahl von Aspekten und Ausführungen beschrieben wurde, wird verstanden, dass diese Aspekte und Ausführungen als Beispiel ohne die Absicht der Einschränkung der Erfindung vorgelegt wurden. Dementsprechend sollte die vorliegende Erfindung nicht auf eine spezifische Ausführung oder einen Aspekt beschränkt werden, sondern eher großzügig und in breitem Bereich in Übereinstimmung mit der Darlegung der hierin als Anhang beigefügten Patentansprüche ausgelegt werden.

Claims

Folie, die aus einer Mischung von hexagonalem Bornitrid und einem polymerisierbaren Monomer hergestellt wird, wobei das hexagonale Bornitrid in einer Konzentration von etwa 12 Gew.-Prozent bis etwa 40 Gew.-Prozent vorhanden ist, basierend auf dem Gesamtgewicht der Folie.
Folie nach Anspruch 1, wobei das hexagonale Bornitrid in einer Konzentration von etwa 27 Gew.-Prozent bis etwa 33 Gew.-Prozent vorhanden ist, basierend auf dem Gesamtgewicht der Folie.
Folie nach Anspruch 1, bei der das Monomer ein duroplastisches Harz ist, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus auf Epoxid basierenden Harzsystemen, Matrices des Bismaleimides (BMI), Phenolharz, Polyester, PMR 15 Polyimid, acetylenendständigen Harzen, Acryl, Polyurethanen und durch freie Radikale induzierte duroplastische Harze bestehen.
Folie nach Anspruch 1, bei der das Monomer ein Epoxidharz ist.
Folie nach Anspruch 4, bei der das Epoxidharz ausgewählt wird aus Diglycidylethem des Bisphenols A (2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan) oder sym-Tris(4-hydroxyphenyl)propans, Tris(4-hydroxyphenyl)methans, Bisphenols F, Tetrabrombisphenols A, ihren Polyepoxidkondensationsprodukten, cycloaliphatischen Epoxiden, epoxidmodifizierten Novolacs (Phenolformaldehyd-Harze) und den Epoxiden, die aus der Reaktion von Epichlorhydrin mit Analin, o-, m- oder p-Aminophenol und Methylendianalin erhalten werden.
Folie nach Anspruch 1, die außerdem ein elektrisch leitendes Material aufweist.
Folie nach Anspruch 6, bei der das elektrisch leitende Material aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Metallpulvern, metallbeschichteten Mikrokugeln, metallbeschichteten Nanoröhren aus Kohlenstoff, Kohlenstoffnanofasern, Nanoröhren aus Kohlenstoff, Nanoplättchen aus Graphit, Kupfersieb und Aluminiumsieb besteht.
Folie nach Anspruch 6, bei der das elektrisch leitende Material in einer Konzentration von etwa 10 Gew.-Prozent bis etwa 60 Gew.-Prozent des hexagonalen Bornitrids vorhanden ist.
Folie nach Anspruch 6, bei der das elektrisch leitende Material nicht eine elektrische Leitfähigkeit bewirkt.
Folie nach Anspruch 1, bei der das polymerisierbare Monomer ein thermoplastisches Polymer bildet.
Folie nach Anspruch 10, bei der das thermoplastische Polymer ausgewählt wird unter Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketon (PEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polyethylensulfid (PES), Polyetherimid (PEI), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polysulfon (PS), Polycarbonat (PC), Polyphenylenether/oxid, Nylons, aromatischen thermoplastischen Polyester, aromatischen Polysulfonen, thermoplastischen Polyimiden, Flüssigkristallpolymeren und thermoplastischen Elastomeren.
Folie nach Anspruch 10, bei der das hexagonale Bornitrid in Konzentration von etwa 5 Gew.-Prozent bis etwa 50 Gew.-Prozent des thermoplastischen Polymers vorhanden ist.
Verbundwerkstoff, der eine Folie und eine thermisch isolierende Schicht aufweist, wobei die Folie aus einer Mischung von hexagonalem Bornitrid und einem polymerisierbaren Monomer gebildet wird, und wobei das hexagonale Bornitrid in einer Konzentration von etwa 12 Gew.-Prozent bis etwa 40 Gew.-Prozent vorhanden ist, basierend auf dem Gesamtgewicht der Folie.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 13, der außerdem eine elektrisch leitende Schicht zwischen der thermisch isolierenden Schicht und der Folie aufweist.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 13, der außerdem eine zusätzliche Schicht aufweist, die über der Folie liegt, wobei die zusätzliche Schicht Energie von einem Blitzschlag ableiten kann.
Verfahren zur Herstellung einer thermisch leitenden Folie, das die folgenden Schritte aufweist: Mischen von hexagonalem Bornitrid und eines polymerisierbaren Monomers, wobei das hexagonale Bornitrid in einer Konzentration von zwischen etwa 12 und etwa 40 Gew.-Prozent vorhanden ist; Herstellen einer Schicht der resultierenden Mischung; und Polymerisieren des polymerisierbaren Monomers, um die thermisch leitende Folie herzustellen.
Verfahren zur Herstellung einer thermisch leitenden Folie, das die folgenden Schritte aufweist: Mischen von hexagonalem Bornitrid und eines geschmolzenen thermoplastischen Polymers, wobei das hexagonale Bornitrid in einer Konzentration von etwa 12 und etwa 40 Gew.-Prozent vorhanden ist, basierend auf dem Gesamtgewicht der Folie; Herstellen einer Schicht der resultierenden Mischung; und Abkühlen des geschmolzenen Polymers, um die thermisch leitende Folie herzustellen.
Verfahren zum elektrothermischen Heizen eines Flugzeugteils, das die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen einer thermisch leitenden Folie beim Flugzeugteil, wobei die thermisch leitende Folie hexagonales Bornitrid und ein Polymer aufweist; Befestigen von mindestens einem Leiter an der thermisch leitenden Folie, wobei der Leiter außerdem an einem Wandler befestigt ist; und Zuführen von Elektroenergie zur Folie über den Wandler und den Leiter, um so das Flugzeugteil zu erwärmen.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die thermisch leitende Folie eine rechteckige Form mit einer Länge im Wesentlichen größer als die Breite für das Bedecken von mindestens einem Abschnitt einer Vorderkante eines Tragflügels aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem das Flugzeugteil aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus mindestens einer Triebwerksgondel, einem Flugzeugrumpf, Tragflügel und einer Stabilisierungsfläche besteht.