ES2231882T3 - Revestimiento de superficie absorbente de calor. - Google Patents
Revestimiento de superficie absorbente de calor.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN REVESTIMIENTO ABSORBEDOR DE CALOR QUE PRESENTA UNA PLURALIDAD DE MICROCAPSULAS, CADA UNA CONSTITUIDA POR UNA CUBIERTA ENCAPSULANTE Y POR UN MATERIAL ABSORBEDOR DE CALOR EN EL INTERIOR DE LA MISMA, Y UN SOPORTE ADHERIBLE A UN SUSTRATO Y EN EL CUAL SE DISPERSAN LAS MICROCAPSULAS. EL MATERIAL ABSORBEDOR DE CALOR ES PREFERIBLEMENTE UN MATERIAL DE CAMBIO DE FASE, Y SE PUEDE ELEGIR, DE FORMA NO LIMITATIVA, A PARTIR DEL GRUPO FORMADO POR POLIETILENO, POLIPROPILENO, POLICERA Y COMBINACIONES DE LOS MISMOS. EL MATERIAL DE LA CUBIERTA PUEDE SER UN METAL COMO EL COBRE, O UN POLIMERO. EL SOPORTE PUEDE SER UN POLIMERO PULVERIZABLE, LO CUAL PERMITE UNA APLICACION UNIFORME SOBRE UN SUSTRATO. UNA ESTRUCTURA DE SUSTRATO DE LA INVENCION, POR EJEMPLO UNA ESTRUCTURA DE AVION, PRESENTA EL REVESTIMIENTO ANTERIORMENTE DESCRITO, EN UNA CANTIDAD SUFICIENTE PARA ABSORBER UNA CANTIDAD DE CALOR SUFICIENTE A PARTIR DEL SUSTRATO, PARA INHIBIR PRACTICAMENTE LA EROSION TERMICA EN MEDIOS DE UTILIZACION NORMALES.
Description
Revestimiento de superficie absorbente de
calor.
La presente invención se refiere en general a
unos revestimientos protectores, y en particular, a un revestimiento
absorbente de calor que comprende un material absorbente de calor
micro-encapsulado, tal como un material de cambio de
fase dispersado por todo un soporte, e incluye adicionalmente, un
sustrato que lleva dicho revestimiento y una metodología para
proteger térmicamente un sustrato.
Ciertos sustratos, que están sujetos a ambientes
que producen calor en los propios sustratos, pueden ver su vida útil
considerablemente reducida debido a que los mismos no poseen una
suficiente durabilidad para soportar la erosión térmica. Un ejemplo
de un grupo de dichos sustratos se encuentra en las estructuras de
aeronaves. Específicamente, las estructuras de los modernos aviones
a reacción requieren el uso de materiales avanzados que consigan una
eficacia en el coste del producto. Sin embargo, debido al ambiente
de gran velocidad con que esas estructuras funcionan y al calor que
conlleva generado por la misma, la durabilidad de la erosión térmica
de las estructuras, y especialmente las partes altamente vulnerables
de las mismas, tales como los bordes de ataque y las toberas de
escape de los motores, se reduce considerablemente a menos de lo
deseable para unas funciones eficientes y económicas.
Se ha experimentado el empleo de un material
absorbente de calor micro-encapsulado, por ejemplo,
para control de la temperatura mediante su incorporación en
materiales de relleno, mezclas pastosas, estructuras de construcción
tales como hormigón y placas de yeso, estructuras colectoras
solares, y aleaciones empleadas en sistemas de energía solar. Unos
ejemplos de la técnica anterior se encuentran en los documentos
US-A-5.224.356 y
US-A-4.581.285. El material
absorbente de calor descrito incluye unos materiales de cambio de
fase, al propio tiempo que los materiales de encapsulación descritos
incluyen los metales y los polímeros. Sin embargo, ninguna de esas
aplicaciones de la técnica anterior proporciona o sugiere un
tratamiento estructural más allá de la incorporación del material
termo-absorbente encapsulado dentro de la
estructura. Por consiguiente, no se ha enfocado la erosión térmica
de la superficie de un sustrato.
En vistas a la potencial degradación térmica de
las superficies estructurales expuestas a un calor importante, es
evidente que existe la necesidad de un revestimiento superficial que
pueda solucionar térmicamente la erosión del calor producida por el
ambiente en los lugares dañables. Es por lo tanto un objetivo
principal de la presente invención el aportar un revestimiento de
superficie absorbente de calor que incluya un material absorbente de
calor micro-encapsulado dispersado en un medio
soporte para su aplicación en un sustrato.
Otro objetivo de la presente invención es proveer
un revestimiento de superficie absorbente de calor en el que el
medio soporte es una matriz de polímero pulverizable.
Otro objetivo de la presente invención es
proporcionar un sustrato que lleve un revestimiento de superficie
absorbente de calor que comprende un material de cambio de fase
micro-encapsulado dispersado en un medio de soporte
para su aplicación en un sustrato.
Otro objetivo aún de la presente invención es
proporcionar una metodología para proteger térmicamente un sustrato
que comprende la aplicación sobre el citado sustrato de un
revestimiento de superficie absorbente de calor que incluye un
material absorbente de calor micro-encapsulado
dispersado en un medio de soporte.
Estos y otros objetivos de la presente invención
se harán evidentes a través de la descripción que sigue.
La presente invención consiste en una composición
destinada a formar un revestimiento protector térmico sobre un
sustrato según se reivindica en la reivindicación 1, una estructura
de aeronave según se reivindica en la reivindicación 10, y un método
para proteger una superficie de estructura de aeronave de la erosión
térmica según se reivindica en la reivindicación 21.
La invención aporta un revestimiento absorbente
de calor que consta de una pluralidad de
micro-cápsulas cada una de las cuales comprende una
envolvente encapsulante y un material absorbente de calor dentro de
la envolvente, así como un soporte adherible a un sustrato por todo
el cual están dispersadas las micro-cápsulas. El
material absorbente de calor es preferentemente un material de
cambio de fase que podrá ser elegido sin limitación a partir del
grupo consistente en polietileno, polipropileno, policera, y
combinaciones de los mismos que puedan tener un punto de fusión de
entre alrededor de 218ºC (425ºF) y alrededor de 246ºC (475ºF). El
material de la envolvente puede ser un metal tal como cobre, por
ejemplo, o un polímero. El soporte puede ser una mezcla de polímero
pulverizable que proporcione una notable eficacia en la aplicación
uniforme a un sustrato.
La presente invención también aporta un sustrato
que lleva el revestimiento inventivo antes citado, cual sustrato,
ejemplificado por una estructura de aeronave tal como, por ejemplo,
un borde de ataque o una tobera de escape del motor, experimenta un
calor extremo en su ambiente de funcionamiento. Una estructura así
revestida queda considerablemente protegida de la erosión térmica,
con una metodología que lleva a cabo tal protección que comprende la
aplicación del revestimiento antes descrito sobre un sustrato en
cantidad suficiente para absorber una cantidad suficiente de calor y
evitar con ello o inhibir considerablemente la degradación
térmica.
En los dibujos que se acompañan se representa una
realización ilustrativa y actualmente preferente de la invención,
donde:
la figura 1 es una representación gráfica, en
alzado lateral, de un material de soporte adherido a una superficie
de una estructura, habiéndose dispersado dentro del material soporte
una pluralidad de micro-cápsulas cada una de las
cuales comprende una envolvente encapsulante y un material de cambio
de fase dentro de la envolvente; y
la figura 2 es una vista en sección de una
microcápsula de la figura 1.
Con referencia a la figura 1 se ilustra una
estructura 10, representativa aquí de un ala de avión, con un
revestimiento absorbente de calor 12 adherido sobre la misma. El
revestimiento 12 consta de un soporte 20 y de una pluralidad de
micro-cápsulas convencionales 14, estando compuesta
cada micro-cápsula de una envolvente encapsulante 16
y de un material de cambio de fase 18 dentro de dicha envolvente 16
según se ilustra en la figura 2. El soporte 20 aquí ilustrado es una
matriz de polímero disponible comercialmente bajo el nombre de
PR1991 y fabricado por Courtaulds Aerospace, Glendale, California.
Las micro-cápsulas están fabricadas por Providence
Metallurgy, Pautucket, Rhode Island. Dichas
micro-cápsulas tienen una envolvente de cobre dentro
de la cual está alojado un polipropileno fabricado por Hoescht,
Summit, New Jersey. Dicho polipropileno es un material de cambio de
fase que tiene un punto de fusión de alrededor de 223ºC (433ºF) y un
valor de absorción de energía en su calor de fusión de 100J (24
calorías) por gramo. Para aplicaciones en estructuras de aeronaves,
es preferible un punto de fusión del material de cambio de fase
entre alrededor de 218ºC (425ºF) y alrededor de 246ºC (475ºF)
importante para las capacidades térmicas generalmente requeridas en,
por ejemplo, los bordes de ataque y las toberas de escape del motor.
Se podrán usar varios polímeros o metales como material de cambio de
fase según los requisitos de diseño y los límites de temperatura de
la estructura a revestir. Debe entenderse, sin embargo, que el
material absorbente de calor del interior de las
micro-cápsulas del revestimiento que comprende la
presente invención es preferiblemente, aunque no limitado a, un
material de cambio de fase. Igualmente, la envolvente se puede
construir con un metal o con un polímero que tenga las propiedades
adecuadas de transferencia de calor, y capaz de impedir que el
material de cambio de fase 18 se difunda en el soporte 20 durante
los ciclos térmicos, todo ello tal como apreciará una persona con
una habilidad ordinaria en la materia. Por lo general, aunque sin
limitarse a ello, las dimensiones de las
micro-cápsulas incluyen un espesor de envolvente
desde alrededor de 1 \mum a alrededor de 10 \mum y un diámetro
de alrededor de 25 \mum a alrededor de 200 \mum. Los tamaños de
partículas son lo suficientemente pequeños como para pasar a través
de un cañón pulverizador de pintura convencional.
El revestimiento 12 está preparado para mezclar
las micro-cápsulas 14 con el soporte 20. Dicha
mezcla tiene lugar simultáneamente al revestir pulverizando el
sustrato. Se emplea un cañón pulverizador de pintura convencional
con una copa agitadora rotativa para pulverizar el revestimiento. Al
propio tiempo que la cantidad de revestimiento determina la
capacidad térmica del mismo, una concentración de 0,01 kg/m^{2}
(0,003 libras/pie cuadrado) de material de cambio de fase reducirá
la temperatura superficial en 28ºC (50ºF).
Aun cuando se haya descrito en detalle una
realización ilustrativa y actualmente preferida de la invención, hay
que entender que los conceptos inventivos podrán realizarse y
emplearse alternativamente de modo diverso, proponiéndose las
reivindicaciones adjuntas para ser interpretadas a fin de incluir
tales variaciones salvo en la medida limitada por la técnica
anterior.
Claims (30)
1. Una composición que comprende:
- a)
- una pluralidad de micro-cápsulas (14), comprendiendo cada una de dichas micro-cápsulas una envolvente encapsulante (16) y un material absorbente de calor (18) dentro de dicha envolvente (16); y
- b)
- un soporte (20) a través del cual están dispersadas dichas micro-cápsulas (14), cual soporte (20) es distribuible alrededor de dicho sustrato (10);
caracterizada porque dicha composición
está destinada a formar un revestimiento térmicamente protector (12)
sobre un sustrato (10) para minimizar la erosión térmica del propio
sustrato; siendo dicho soporte (20) adherible a dicho sustrato (10);
y estando fabricadas dichas envolventes encapsulantes (16) a partir
de un material capaz de impedir que el material absorbente de calor
(18) se difunda en el soporte (20) durante los ciclos térmicos.
2. Una composición destinada a resistir la
erosión térmica según se reivindica en la reivindicación 1, en la
que el material absorbente de calor (18) es un material de cambio de
fase.
3. Una composición destinada a resistir la
erosión térmica según se reivindica en la reivindicación 2, en la
que el material de cambio de fase (18) se elige a partir del grupo
consistente en polietileno, polipropileno, policera y combinaciones
de los mismos.
4. Una composición destinada a resistir la
erosión térmica según se reivindica en la reivindicación 2, en la
que el material de cambio de fase (18) tiene un punto de fusión de
entre alrededor de 218ºC (425ºF) y alrededor de 246ºC (475ºF).
5. Una composición destinada a resistir la
erosión térmica según se reivindica en la reivindicación 2, en la
que la envolvente (16) está construida con un metal o con un
polímero.
6. Una composición destinada a resistir la
erosión térmica según se reivindica en la reivindicación 5, en la
que la envolvente (16) está construida en cobre.
7. Una composición destinada a resistir la
erosión térmica según se reivindica en la reivindicación 2, en la
que la envolvente (16) tiene un espesor de alrededor de 1 \mum a
alrededor de 10 \mum.
8. Una composición destinada a resistir la
erosión térmica según se reivindica en la reivindicación 2, en la
que cada una de las micro-cápsulas (14) tiene un
diámetro de alrededor de 25 \mum a alrededor de 200 \mum.
9. Una composición destinada a resistir la
erosión térmica según se reivindica en la reivindicación 2, en la
que el soporte (20) es una matriz de polímero pulverizable.
10. Una estructura de aeronave que lleva un
revestimiento absorbente de calor (12) que comprende:
- a)
- una superficie de estructura de aeronave (10); y
- b)
- un revestimiento absorbente de calor (12) sobre dicha superficie de estructura (10), comprendiendo dicho revestimiento (12) una pluralidad de micro-cápsulas (14) cada una de las cuales comprende una envolvente encapsulante (16) y un material absorbente de calor (18) dentro de dicha envolvente (16); y
- c)
- un soporte (20) destinado a transportar las micro-cápsulas (14), a través del cual las micro-cápsulas (14) están dispersadas sustancialmente de forma homogénea;
caracterizada porque dicho soporte (20) es
adherible a la superficie de estructura (10); y dichas envolventes
encapsulantes (16) están fabricadas a partir de un material capaz de
impedir que el material absorbente de calor (18) se difunda en el
soporte (20) durante los ciclos térmicos.
11. Una estructura según se reivindica en la
reivindicación 10, en la que la estructura es un borde de ataque de
la aeronave.
12. Una estructura según se reivindica en la
reivindicación 10, en la que la estructura es una tobera de escape
del motor de la aeronave.
13. Una estructura según se reivindica en la
reivindicación 10, en la que el material absorbente de calor (18) es
un material de cambio de fase.
14. Una estructura según se reivindica en la
reivindicación 13, en la que el material de cambio de fase (18) se
elige a partir del grupo consistente en polietileno, polipropileno,
policera y combinaciones de los mismos.
15. Una estructura según se reivindica en la
reivindicación 13, en la que el material de cambio de fase (18)
tiene un punto de fusión de entre alrededor de 218ºC (425ºF) y
alrededor de 246ºC (475ºF).
16. Una estructura según se reivindica en la
reivindicación 10, en la que la envolvente (16) está construida con
un metal o con un polímero.
17. Una estructura según se reivindica en la
reivindicación 10, en la que la envolvente (16) está construida en
cobre.
18. Una estructura según se reivindica en la
reivindicación 10, en la que la envolvente (16) tiene un espesor de
alrededor de 1 \mum a alrededor de 10 \mum.
19. Una estructura según se reivindica en la
reivindicación 10, en la que cada micro-cápsula (14)
tiene un diámetro de alrededor de 25 \mum a alrededor de 200
\mum.
20. Una estructura según se reivindica en la
reivindicación 10, en la que el soporte (20) es una matriz de
polímero pulverizable.
21. Un método para proteger una superficie de
estructura de aeronave de la erosión térmica, cual método consiste
en la aplicación de un revestimiento absorbente de calor (12) sobre
la superficie de estructura de la aeronave (10) en cantidad
suficiente para absorber una cantidad suficiente de calor de dicha
superficie de estructura de aeronave a fin de inhibir
sustancialmente la erosión térmica, cual revestimiento comprende una
pluralidad de micro-cápsulas (14) cada una de las
cuales comprende una envolvente encapsulante (16) y un material
absorbente de calor (18) dentro de dicha envolvente (16); así como
un soporte (20) para transportar las micro-cápsulas
(14) a través del cual las micro-cápsulas (14) están
dispersadas:
caracterizado porque dicho soporte (20) es
adherible a la superficie de estructura de la aeronave (10); y
dichas envolventes encapsulantes (16) están fabricadas a partir de
un material capaz de impedir que el material absorbente de calor
(18) se difunda en el soporte (20) durante los ciclos térmicos.
22. Un método según se reivindica en la
reivindicación 21, en el que la estructura es un borde de ataque de
la aeronave.
23. Un método según se reivindica en la
reivindicación 21, en el que la estructura es una tobera de escape
del motor de la aeronave.
24. Un método según se reivindica en la
reivindicación 21, en el que el material absorbente de calor (18) es
un material de cambio de fase.
25. Un método según se reivindica en la
reivindicación 24 en el que, en el revestimiento absorbente de calor
(12) el material de cambio de fase (18) se elige a partir del grupo
consistente en polietileno, polipropileno, policera y combinaciones
de los mismos.
26. Un método según se reivindica en la
reivindicación 24 en el que, en el revestimiento absorbente de calor
(12) el material de cambio de fase (18) tiene un punto de fusión de
entre alrededor de 218ºC (425ºF) y alrededor de 246ºC (475ºF).
27. Un método según se reivindica en la
reivindicación 21 en el que, en el revestimiento absorbente de calor
(12) la envolvente (16) de cada micro-cápsula (14)
está construida con un metal o con un polímero.
28. Un método según se reivindica en la
reivindicación 21, en el que la envolvente (16) de cada
micro-cápsula (14) está construida en cobre.
29. Un método según se reivindica en la
reivindicación 21 en el que, en el revestimiento absorbente de calor
(12) la envolvente (16) de cada micro-cápsula (14)
tiene un espesor de alrededor de 1 \mum a alrededor de 10
\mum.
30. Un método según se reivindica en la
reivindicación 21 en el que, en el revestimiento absorbente de calor
(12) cada micro-cápsula (14) tiene un diámetro de
alrededor de 25 \mum a alrededor de 200 \mum.
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