(57)【要約】      （修正有）【課題】導電性かつ耐空性がある材料を用いた除氷システムを提供する【解決手段】複合材料翼１００は、第一表面を有する基部１０２を含む。前記翼は、第一表面を有するとともに、第一端にて前記基部に結合する中間部１０４を含む。前記翼は、第一表面を有するとともに、第一端にて前記中間部の第二端と結合する先端部１０６を含む。前記翼は、前記基部の第一表面、前記中間部の第一表面、及び前記先端部の第一表面の少なくとも一つに隣接する導電性材料層を含む。この導電性材料は、第一ポリマーと第二ポリマーとスルホン酸とを含む。【選択図】図１Ａ
2018034783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一表面を有する基部と、
第一表面を有するとともに、第一端にて前記基部と結合した中間部と、
第一表面を有するとともに、第一端にて前記中間部の第二端と結合した先端部と、
前記基部の第一表面、前記中間部の第一表面、及び前記先端部の第一表面の少なくとも一つに結合した導電性材料層を含む複合材料翼であって、
該導電性材料層が、第一ポリマーと、第二ポリマーと、スルホン酸と、を含む複合材料翼。
【請求項２】
前記導電性材料層が、前記中間部の第一表面に隣接し、前記中間部の第一表面が翼桁の表面である、請求項１に記載の翼。
【請求項３】
前記導電性材料層が電極である、請求項１又は２に記載の翼。
【請求項４】
請求項１の導電性材料層につけられた電極。
【請求項５】
前記導電性材料層に隣接する耐摩耗性材料層をさらに含む、請求項１〜４のいずれか一つに記載の翼。
【請求項６】
前記耐摩耗性材料層がニッケル、チタン、又はこれらの混合物を含む、請求項５に記載の翼。
【請求項７】
前記スルホン酸が、ナフチルスルホン酸、アントラセニルスルホン酸、ピレニルスルホン酸、又はこれらの混合物を含む、請求項１〜６のいずれか一つに記載の翼。
【請求項８】
前記第一ポリマーが、ポリアニリン、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）、ポリ（スチレンスルホネート）、又はこれらの混合物を含む、請求項１〜７のいずれか一つに記載の翼。
【請求項９】
前記第二ポリマーが、ポリウレタン、ポリビニルブチラール、ポリアクリレート、エポキシ、グリシジル−Ｓｉ−Ｚｒ−含有ゾルゲル、ポリエステル、フェノキシ樹脂、ポリスルフィド、又はこれらの混合物を含む、請求項１〜８のいずれか一つに記載の翼。
【請求項１０】
前記第二ポリマーが、ポリウレタン又はポリビニルブチラールである、請求項１〜９のいずれか一つに記載の翼。
【請求項１１】
前記導電性材料層の厚みが約０．１μｍ〜約１０μｍであり、抵抗率が約１ｅ＋４Ω／□〜約１ｅ＋８Ω／□である、請求項１〜１０のいずれか一つに記載の翼。
【請求項１２】
複合材料翼に配置された導電性の材料の形成方法であって、ポリマーとスルホン酸を含む第一材料を、翼に設けられた炭素同素体材料に塗布して翼に設けられた第二材料を形成し、該第二材料を硬化させること、を含む方法。
【請求項１３】
前記翼に炭素同素体材料を塗布して前記炭素同素体材料を形成し、該炭素同素体材料を硬化させることをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記炭素同素体材料が、カーボンナノチューブ、グラフェン、フラーレン、ポリカーボネート、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第二材料を洗浄剤で洗浄することをさらに含む、請求項１２〜１４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１６】
前記洗浄剤が、イソプロピルアルコール、パラトルエンスルホン酸、アセトン、メタノール、これらの水和物、これらの溶媒和物、又はこれらの混合物を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ポリマーを溶媒に溶解することをさらに含み、該溶媒が、キシレン、ベンゼン、トルエン、ジメチルスルホキシド、水、又はこれらの混合物を含む、請求項１２〜１６のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１８】
前記第二材料が約０．１μｍ〜約１０μｍの厚みに塗布される、請求項１２〜１７のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１９】
硬化が、前記材料の温度を略室温〜約２００℃のピーク硬化温度に上げることを含む、請求項１２〜１８のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２０】
前記第一材料の翼上への塗布が、翼の表面上に前記第一材料を約１００ｒｐｍ〜約４，０００ｒｐｍの速度でスピンコーティングすることを含む、請求項１２〜１９のいずれか一つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の態様は、導電性材料を含む翼とその製造及び利用方法を含む。
【背景技術】
【０００２】
寒冷な気象条件は、機体表面上での氷の成長を促進する。氷を除くために、しばしば多量の化学物質が融解のため氷に吹き付けられる。これに加えてあるいはこれに代えて、氷の溶融のために機体表面を電気加熱すると、十分な除氷のためには大きなエネルギー消費が必要となる。前記の多量の化学物質及び／又はエネルギー消費は、それぞれ機体ユーザーのコスト的な重荷となる。
【０００３】
回転翼機体、例えばヘリコプターの翼、例えばローターブレードの除氷は特に難しい。回転翼に適用されている従来の除氷のコンセプトは、電熱的防除氷システムである。このシステムは、ローターブレードで実施可能な、米国連邦航空庁と国防省の両方が認定した唯一のシステムである。
【０００４】
前記システムは、ブレードの前縁に設けられたヒーターを含む。これらの除氷ヒーター（厚みが約０．００２５インチ）は、ブレードの上翼桁内に組み込むことができる。また、翼桁に塗布される従来の材料は数ミリインチの厚みを持ち、これが例えば侵食防止層に対する物質の結合性を妨げる。除氷プロセスのためには、前記ヒーターの目標は、迅速に氷／ローター界面の温度を３２°Ｆより高くにまで上げることである。５０°Ｆを超える温度が、通常求められる。この昇温工程は氷の界面を溶融させるのみであり、回転ブレードに固有の遠心力が表面から氷を除去する。熱をあまりにゆっくりと加えると、あるいは氷成形を薄くするだけでは、遠心力が氷／ローター結合を克服するのに十分大きくないため、氷を遊離させることができない。次いで氷が局所的に溶融し、液相の水がブレードの後部に流れて再凍結する。このプロセス（ランバックと呼ばれる）は不利である。これは、再凍結位置が通常ヒーターにより影響を受ける領域の外側であり、さらにヒーターパルスを与えてもこの氷が除去できないためである。また、最大ブレード厚に近いこの再凍結位置は、通常翼性能を大きく低下させる領域にある。
【０００５】
前記システムは、ローターブレードの一つ以上の部品に電気エネルギーを印加するための発電機を含む。ローターブレードの構造により、最小の電源投入時間で必要な表面温度を達成するためには、電力密度として約２５ＷＳＩ（ワット／平方インチ）が求められる。このような電力密度は、航空機の電気システムに大きな要求を課すこととなる。ピーク電力需要を減らすために、これらの発熱体はゾーンに分割される。ブレードの除氷のためにこれらのゾーンはある特定の順番で加熱され、この順序は氷結状態に合わせて決めることができる。しかしこれらのヒーターはゾーン間に非加熱領域を有してはならないため、ローターブレードの購入／製造の際のコスト増を引き起こす。ブレードの非加熱領域を排除して、ローターブレード表面から氷を制御して除くためには、これらヒーターをできる限り突合せ接続する必要がある。このような緻密な空間配置には、入力線を正確に配置することが必要となる。前記システムでは、センサー入力や制御シークエンスなどについて複雑なシステム制御上の要件が求められる。現在のところ、ローターブレード部品が故障すると、通常一つ以上の新しいブレードが取り付けられる。いくつかの場合では、ローターブレード部品が故障すると、全体のブレード除氷システムが修復不能となる。
【０００６】
ヒーターのデザインはこれまで継続的に改善されてきたが、多くのローターブレード材料が、最近の高歪デザインには使用されずにいる。これは、これら材料が、過酷な環境に対して十分な「耐空」性能、例えば機械強度を持たないためである。
【０００７】
ローターブレード技術のもう一つの課題は、ローターブレードの表面上（近傍）に設けられたエッジ侵食防止層（例えば、チタンやニッケル、ポリウレタン）に親和性をもつ効果的で信頼できる除氷材料の設計である。侵食塗膜は通常断熱性であり、このためローターブレード表面を適切に除氷するには大きなエネルギー消費が必要となる。このように、従来の除氷材料は、適当な電気特性を持たず、また過酷な環境に耐えうる丈夫な侵食衝撃防止特性を持たない。航空機の機体部品の、特にローターブレードの従来の表面塗膜は、通常高導電性ではなく、その抵抗率は数百キロΩ〜数十メガΩであった。したがって、従来の航空機の表面塗膜は、航空機の表面（や他の部品）上に電荷の蓄積を引き起こすことがあった。従来の塗膜は、蓄積電荷を放散できないことに加えて、他の理想的な「耐空」特性を持っていないこともある。従来の表面塗膜では、例えば、耐久性パラメーターに関する性能、例えば雨による侵食、紫外光耐性、高温耐性、低温耐性、柔軟性、砂や雹による損傷への耐性に関する性能が、過酷な条件にさらされる航空機の機体表面上で理想的であるとは言いがたい。
【０００８】
本技術分野で必要なのは、導電性かつ耐空性がある材料とこれらの材料を製造し使用する方法である。
【発明の概要】
【０００９】
少なくとも一つの態様において、複合材料翼は、第一表面を有する基部と、第一表面を有するとともに、第一端にて前記基部と結合した中間部を含む。前記翼は、第一表面を有するとともに、第一端にて前記中間部の第二端と結合する先端部を含む。前記翼は、前記基部の第一表面、前記中間部の第一表面、及び前記先端部の第一表面の少なくとも一つに結合した導電性材料層を含む。前記導電性材料は、第一ポリマーと第二ポリマーとスルホン酸を含む。
【００１０】
少なくとも一つの態様において、複合材料翼は、第一表面を有する基部と、第一表面を有するとともに、第一端にて前記基部に結合する中間部を含む。前記翼は、第一表面を有するとともに、第一端にて前記中間部の第二端と結合する先端部を含む。前記翼は、前記基部の第一表面、前記中間部の第一表面、及び前記先端部の第一表面の少なくとも一つに隣接する導電性材料層を含む。前記導電性材料は、炭素同素体材料と導電性ポリマーとスルホン酸とを含む。
【００１１】
少なくとも一つの態様において、複合材料翼上に配置された導電性材料の形成方法は、第一ポリマーと第二ポリマーを混合して第一材料を形成することを含む。前記方法は、前記第一材料を翼に塗布して前記第一材料を硬化させることを含む。
【００１２】
少なくとも一つの態様において、複合材料翼上に配置された導電性材料の形成方法は、ポリマーとスルホン酸を含む第一材料を翼に設けられた炭素同素体材料に塗布して翼に設けられた第二材料を形成し、当該第二材料を硬化させることを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
上述の本開示の特徴が詳細に理解できるように、上に簡単に要約した本開示のより具体的な説明を、態様を参照しながら行う。なお、そのうちのいくつかは添付図面に図示する。しかしながら、添付図面は本開示の典型的な態様を示すのみであって、その範囲を制限するものと考えるべきではない。本開示には、他の同様に効果的な態様が存在しうるからである。
【００１４】
【図１Ａ】本開示のいくつかの態様におけるローターブレードの透視図である。
【図１Ｂ】本開示のいくつかの態様における図１Ａのローターブレードの分解図である。
【図１Ｃ】本開示のいくつかの態様における図１Ａのローターブレードの拡大断面図である。
【図２】本開示のいくつかの態様における抵抗値測定のための可能な電極配列を示す。
【図３】本開示のいくつかの態様におけるファンデルパウ測定チップの一例を示す。
【図４】本開示のいくつかの態様におけるカーボンナノチューブ材料の電流／電圧曲線を示す。
【図５】本開示のいくつかの態様における可視近赤外域でのＰＡＮＩ材料の吸収を示す。
【図６】本開示のいくつかの態様におけるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ材料の抵抗値／厚みを示す。
【図７Ａ】本開示のいくつかの態様におけるＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ（ポリウレタン中４０％）の抵抗値／材料厚みを示す。
【図７Ｂ】本開示のいくつかの態様におけるＩＰＡで洗浄したＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ（ポリウレタン中４０重量％）の抵抗値／材料厚みを示す。
【図８】本開示のいくつかの態様における未処理ＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ材料のインピーダンス／周波数としてプロットしたインピーダンススペクトルのボードプロットを示す。
【図９】本開示のいくつかの態様における櫛型電極に塗布されて洗浄剤で処理されたＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ材料の相対的な導電率を示す棒グラフである。
【図１０】本開示のいくつかの態様におけるトルエンから流延されたＰＡＮＩＰＯＬ材料の抵抗値（ｋΩ）／アニーリング温度を示す。
【図１１】本開示のいくつかの態様におけるエポキシ塗膜中のＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡの抵抗率／エポキシ中でいろいろな洗浄剤で処理された％ＰＡＮＩを示す。
【図１２】本開示のいくつかの態様における、材料中に異なる量のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを含むＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ材料の抵抗率を示す。
【図１３】本開示のいくつかの態様におけるスピン速度／材料厚みを示す。
【図１４】本開示のいくつかの態様における、基材上に塗布直後のＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡフィルムの導電率／厚みを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
理解を容易にするため、可能な場合は、これらの図中で共通する同一の部品を示すのに同一の引用番号を使用した。一つの態様の要素や特徴は、特に言及しなくても、他の態様に有益に編入されるものである。
【００１６】
本開示は、使用中に静電気が帯電し除氷が必要な部品に有用な材料を含む翼に関する。これらの材料は、一般に高い導電性を持ち、また他の理想的な耐空性を有している。本開示において、「翼」は、（プロペラ、ローター、又はタービンの）ウイング又はブレードの形態の基材を含む。翼は、ローターブレード、回転翼又は固定翼航空機の静的なウイング表面を含む。翼、例えばローターブレードは、以下により詳細に述べるように、一つ以上の表面、例えば外表面と、一つ以上の部品を含む。本明細書の記述において、「翼部品」は、一つ以上の他の翼部品と組み合わせて、翼を形成するのに適したいずれか適当な構造を有している。
【００１７】
本開示のローターブレードは、一つ以上のローターブレード部品をもつ。本明細書の記述において、「ローターブレード部品」は、一つ以上の他のローターブレード部品と組み合わせて、ローターブレードを形成するのに適したいずれか適当な構造を有している。図１Ａに、本開示のいくつかの態様におけるローターブレードの透視図を示す。図１Ａに示すように、メインローターアセンブリ（図示せず）のローターブレード１００は、基部１０２と中間部１０４と先端部１０６とからなっている。各部分１０２、１０４、１０６は、ローターブレード空力特性が、ローターブレードのスパンに沿った速度上昇に合致するようないずれか適当な形状を有する。ローターブレード先端部１０６は、傾斜した形状をもち、例えば下反角（anhedral）、カテドラル（cathedral）、ガル（gull）、ベント（bent）などの形状をもつ。ローターブレードの部分１０２、１０４、１０６が、回転軸Ａと先端部１０６の遠位端１１０との間において第一エッジ１１２と第二エッジ１１４との間の縦軸Ｐに沿うローターブレード１００のスパンを決定する。
【００１８】
図１Ｂは、図１Ａのローターブレードの分解図である。図１Ｂに示すように、ローターブレード１００は、上部スキン１１６と、コア１１８、メイン翼桁１２０、下部スキン１２２、リーディングエッジアセンブリ１２４からなる。コア１１８は、軽量発泡体材料、ハニカム材料又はこれらの組み合わせを含む。スキン１１６と１２２は、一層以上のプリプレグ複合材料、例えばいずれか適当な樹脂マトリックス材料中に埋め込まれたガラス繊維織布材料を含んでいる。樹脂マトリックス材料は、エポキシ樹脂、ポリイミド高温ポリマーマトリックス複合物、ビスマレイミド高温ポリマーマトリックス複合物、無機ポリマー、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾオキサジン、ポリエーテルエーテルケトン、又はこれらの組み合わせを含む。以下により詳細に記載するように、これに代えて、あるいはこれに加えて、一枚以上の本開示の静電気放電性の材料層１５０を、ローターブレードの一つ以上の部品の表面の上（例えば、近く）に、例えば、部分１０２、１０４、及び／又は１０６、スキン１１６と１２２、コア１１８、エッジアセンブリ１２４、カウンターウェイトアセンブリ１２６、及び／又は翼桁１２０の表面に設けてもよい。翼桁１２０、コア１１８、スキン１１６と１２２は、一般的には、ポケットアセンブリと呼ばれ、この前方部分は、リーディングエッジアセンブリ１２４で覆われている。翼桁１２０は、チタン、他の金属、複合材料、又はこれらの組み合わせを含む。少なくとも一つの態様において、翼桁１２０、コア１１８、スキン１１６と１２２、リーディングエッジアセンブリ１２４が、いろいろな組合せのスパン長（翼弦長でない）を持つ複数のセグメントに分割されていてもよい。
【００１９】
図１Ｃは、図１Ａのローターブレードの拡大断面図である。図１Ｃに示すように、摩耗から保護するために、エッジアセンブリ１２４は、耐摩耗性材料層１３０からできており、例えばチタン侵食層又はニッケル侵食層からできている。耐摩耗性材料層１３０は、導電性材料層１５０の上に設けられる（例えば、接着により結合される）。導電性材料層１５０は、翼桁１２０及び／又はカウンターウェイトアセンブリ１２６の上に設けられる（例えば、接着により結合される）。エッジアセンブリ１２４は、いずれか適当な耐摩耗性の材料と静電気放電性の材料とを含んでいてもよい。接着剤結合は、ポリエステル接着剤及び／又はエポキシ接着剤を含む。
【００２０】
カウンターウェイトアセンブリ１２６は、充填材１３６とその中にある錘１３８とからなる。充填材１３６は、適当な樹脂マトリックス材料中に埋め込まれた一層以上のプリプレグ複合材料、例えばガラス繊維織布材料と、その中に収められた錘１３８とをもつ。樹脂マトリックス材料には、エポキシ樹脂やポリイミド高温ポリマーマトリックス複合物、ビスマレイミド高温ポリマーマトリックス複合物、無機ポリマー、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾオキサジン、ポリエーテルエーテルケトン、これらの組み合わせが含まれる。カウンターウェイトアセンブリ１２６は、翼桁１２０の端に接合されており、これによりカウンターウェイトアセンブリ１２６は導電性材料層１５０と翼桁１２０の端と間に位置する。カウンターウェイトアセンブリ１２６は、ローターブレード１００の重量バランスを与える。少なくとも一つの態様において、カウンターウェイトアセンブリ１２６が、ローターブレード１００の重量バランスが取れるような重量分布を与えるように、基部１０２から先端部１０６へのスパン方向に並べられた複数のカウンターウェイト１３８（発泡体、タングステン、鉛、又はこれらの混合物）からなる。
【００２１】
本開示の一つ以上の材料は、ローターブレードの一つ以上の部品（例えば、ブレードアセンブリ１００の部品）の上に塗布される。少なくとも一つの態様において、これらの一つ以上の材料が、ローターブレード表面及び／又はローターブレード部品の一つ以上の位置に塗布されて、ローターブレード及び／又はローターブレード部品の上に、材料のゾーンを形成する。例えば、図１Ｂと１Ｃの導電性材料層１５０は、材料のゾーンである。本開示の材料の電気特性のため、ローターブレード表面及び／又はローターブレード部品上に塗布された材料のゾーンは、従来の加熱材料のゾーンより小さくてもよい。少なくとも一つの態様において、材料のゾーンは、約０．５インチ〜約１０インチの幅をもつ、例えば約１インチ〜約３インチ、例えば約１インチ、約２インチ、約３インチの幅を持つスパン方向のゾーンである。いくつかの態様では、材料のゾーンが、約０．５インチ〜約１００インチ、例えば約１０インチ〜約４０インチ、例えば約１８インチ〜約３６インチ、例えば約１８インチ、約２４インチ、約３０インチ、約３６インチの幅の翼弦方向のゾーンである。いくつかの態様では、ローターブレードが、約１〜約５００個の材料ゾーンを持ち、例えば約２ゾーン〜約１００ゾーン、例えば約３ゾーン〜１０ゾーン、例えば３ゾーン、４ゾーン、５ゾーンを含む。複数の材料ゾーンを、ローターブレード上に、翼弦方向に、スパン方向に、あるいはこれら両方向に塗布してもよい。
【００２２】
本開示の材料は、ローターブレード表面及び／又はローターブレード部品の迅速な表面加熱（例えば、約１５０℃への）を可能とし、このため、一つ以上のローターブレード表面及び／又はローターブレード部品を適当に除氷するために必要なエネルギー消費量を低下させる。迅速な表面加熱は、典型的なローターブレードと比べてローターブレードのヒーターの全体としてエネルギー需要量が減少するため有利である。少なくとも一つの態様では、本開示のローターブレード内にヒーターが全く存在しない。また、本開示の材料は、典型的なローターブレードのヒーターとは異なり、ローターブレードの翼桁の表面上あるいは翼桁の上に設けられていてもよい。この態様は、例えばヒーターを修理するのに、ローターブレードを実質的に解体することなくローターブレードの部品を容易に修理可能とする。
【００２３】
少なくとも一つの態様において、材料が炭素同素体材料と第一ポリマーとスルホン酸（例えば、ＤＮＮＳＡ）とを含む。第一ポリマー及び／又はスルホン酸は、炭素同素体材料上に（例えば、層として）塗布してもよいし、及び／又は炭素同素体材料の中に設けてもよい（例えば、炭素同素体材料の空隙中に存在）。炭素同素体材料は、多層のカーボンナノチューブを含み、例えば単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）及び／又は二層カーボンナノチューブ（ＤＷＮＴ）、グラフェン、ポリカーボネート、フラーレン、及び／又はこれらの混合物を含む。本開示の炭素同素体材料は、材料の電気的、機械的、及び／又は熱的特性の追加的な制御を可能とする。少なくとも一つの態様において、炭素同素体材料は、織布（規則性）又は不織布（非規則性）からなる導電性で多孔性の有機物及び／又は無機物のシートである。少なくとも一つの態様において、炭素同素体材料が、金属でコートされた炭素同素体材料であり、例えば金属でコートされたカーボンナノチューブである。金属には、ニッケル及び／又は銅が含まれる。
【００２４】
少なくとも一つの態様において、前記炭素同素体材料は、炭素同素体材料のシートである。このシート材料は、材料に改善された柔軟性と引張強度を与える。シート材料は、複数のシート材料を含む多層物であってもよい。例えば、一つ以上のグラフェン層を塗布し、次いで一つ以上の導電性ポリマーとスルホン酸をグラフェン層の上に塗布し、及び／又はグラフェン層の間に含侵させる。
【００２５】
少なくとも一つの態様において、本開示の材料はさらに繊維材料を含む。繊維材料には、グラファイト、炭素繊維、ガラス繊維、ナイロン、アラミドポリマー、ポリエチレン、又はこれらの混合物が含まれる。例えば、ガラス繊維ベールは、カーボンナノチューブ塗膜を含み、この塗膜のそれぞれが一つ以上の導電性ポリマーと一つ以上のスルホン酸を含む。前記繊維材料は織布又は不織布である。不織布繊維には、例えば、ガラス繊維、ガラス繊維クロス、炭素繊維、及び／又はこれらの混合物が含まれる。織布材料及び／又は不織布材料は、本開示の材料の電気的機械的特性のさらなる調整を可能とする。
【００２６】
少なくとも一つの態様において、炭素同素体材料を含む材料は、炭素同素体材料単独及び／又は炭素同素体材料を含まない材料の導電率値（例えば、Ω／□）より約１．２倍〜約２０倍の大きな導電率値（Ω／□）、例えば約１．５倍〜約１０倍、例えば約２倍〜約５倍、例えば約２倍、約３倍、約４倍、約５倍大きな導電率値（例えば、Ω／□）を持つ。少なくとも一つの態様において、炭素同素体材料を含む材料は、炭素同素体材料単独及び／又は炭素同素体材料を含まない材料の機械強度値（例えば、引張強度：ＭＰａ）の約１．２倍〜約２０倍で大きな機械強度値、例えば約１．５倍〜約１０倍、例えば約２倍〜約５倍、例えば約２倍、約３倍、約４倍、約５倍大きな機械強度値（例えば、引張強度：ＭＰａ）を持つ。少なくとも一つの態様において、炭素同素体材料を含む材料は、炭素同素体材料単独及び／又は炭素同素体材料を含まない材料の熱伝導値より約１．２倍〜約２０倍で大きな熱伝導値、例えば約１．５倍〜約１０倍、例えば約２倍〜約５倍、例えば約２倍、約３倍、約４倍、約５倍大きな熱伝導値をもつ。少なくとも一つの態様において、材料は、約２０重量％〜約８０重量％の炭素同素体材料を含み、例えば約４０重量％〜約６０重量％、例えば約４０重量％、約４５重量％、約５０重量％、約５５重量％、約６０重量％の炭素同素体材料を含む。少なくとも一つの態様において、材料は、約１０重量％〜約２５重量％の炭素同素体材料を含み、例えば１０重量％、１５重量％、２０重量％、２５重量％の炭素同素体材料を含む。
【００２７】
少なくとも一つの態様において、第一ポリマーは、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリ（スチレンスルホネート）（ＰＳＳ）、ポリウレタン、ポリビニルブチラール、ポリアクリレート、エポキシ、グリシジル−Ｓｉ−Ｚｒ−含有ゾルゲル、ポリエステル、フェノキシ樹脂、ポリスルフィド、これらの混合物、又はこれらの塩である。前記ポリアニリンは、材料の約０．１重量％〜約２５重量％を構成することができる。少なくとも一つの態様において、材料は、約２０重量％〜約８０重量％の第一ポリマーを含み、例えば約４０重量％〜約６０重量％、例えば約４０重量％、約４５重量％、約５０重量％、約５５重量％、約６０重量％の第一ポリマーを含む。前記第一ポリマーは、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）とポリ（スチレンスルホネート）の混合物であってよく、この混合物は、材料の約１重量％〜約５０重量％であり、例えば約１０重量％〜約２５重量％、例えば、１０重量％、１５重量％、２０重量％、２５重量％であってよい。
【００２８】
前記スルホン酸は、本開示の導電性材料の抵抗率を低下させる。
【００２９】
少なくとも一つの態様において、前記スルホン酸が次式１のナフチルスルホン酸である。
【化１】
2018034783.tif 000003
式１のベンゼン環はそれぞれ、無置換であっても、必要なら、Ｒ1又はＲ2で一置換、二置換、三置換又は四置換されていてもよい。Ｒ1は、独立して、アルキル（例えば、Ｃ１−Ｃ２０アルキル）とアリール、アミノ、ニトロ、ハロ−（−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ）から選ばれ、Ｒ2は、独立して、アルキル（例えば、Ｃ１−Ｃ２０アルキル）とアリール、アミノ、ニトロ、ハロ−（−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ）から選ばれる。Ｃ１−Ｃ２０アルキルで置換されたナフチルスルホン酸には、ジノニルナフチルスルホン酸、メチルナフチルスルホン酸、エチルナフチルスルホン酸、プロピルナフチルスルホン酸、ブチルナフチルスルホン酸、ペンチルナフチルスルホン酸、ヘキシルナフチルスルホン酸、ヘプチルナフチルスルホン酸、オクチルナフチルスルホン酸、ノニルナフチルスルホン酸、デシルナフチルスルホン酸、ジメチルナフチルスルホン酸、ジエチルナフチルスルホン酸、ジプロピルナフチルスルホン酸、ジブチルナフチルスルホン酸、ジペンチルナフチルスルホン酸、ジヘキシルナフチルスルホン酸、ジヘプチルナフチルスルホン酸、ジオクチルナフチルスルホン酸、ジデシルナフチルスルホン酸が含まれる。
【００３０】
【化１ａ】
2018034783.tif 000004
【化１ｂ】
2018034783.tif 000005
【化１ｃ】
2018034783.tif 000006
【化１ｄ】
2018034783.tif 000007
【化１ｅ】
2018034783.tif 000008
【化１ｆ】
2018034783.tif 000009
【化１ｇ】
2018034783.tif 000010
【化１ｈ】
2018034783.tif 000011
【化１ｉ】
2018034783.tif 000012
【化１ｊ】
2018034783.tif 000013
【化１ｋ】
2018034783.tif 000014
【化１ｌ】
2018034783.tif 000015
【化１ｍ】
2018034783.tif 000016
【化１ｎ】
2018034783.tif 000017
【化１ｏ】
2018034783.tif 000018
【化１ｐ】
2018034783.tif 000019
【化１ｑ】
2018034783.tif 000020
【化１ｒ】
2018034783.tif 000021
【化１ｓ】
2018034783.tif 000022
【化１ｔ】
2018034783.tif 000023
【００３１】
導電性材料は、ナフチルスルホン酸を約１重量％〜約５０重量％の量、例えば約３重量％〜約２５重量％、例えば約１０重量％〜約１５重量％、例えば５重量％、１０重量％、１５重量％の量で含むことができる。他のスルホン酸には、フェニルスルホン酸、アントラセニルスルホン酸、ピレニルスルホン酸が含まれ、これらはそれぞれ、無置換であっても、一置換又は多置換であってもよく、その置換基の例はそれぞれ、独立してアルキル（例えば、Ｃ１−Ｃ２０アルキル）とアリール、アミノ、ニトロ、又はハロ−（−Ｆ，−Ｃｌ，−Ｂｒ，−Ｉ）である。
【００３２】
少なくとも一つの態様において、導電性材料は、炭素同素体材料と第一ポリマーと第二ポリマーとスルホン酸とからなる。前記炭素同素体材料と第一ポリマーとスルホン酸はすでに上述した。第二ポリマーは、ポリウレタン、ポリビニルブチラール、ポリアクリレート、エポキシ、グリシジル−Ｓｉ−Ｚｒ−含有ゾルゲル、ポリエステル、フェノキシ樹脂、ポリスルフィド、これらの混合物、又はこれらの塩である。
【００３３】
少なくとも一つの態様において、導電性材料は、第一ポリマーと第二ポリマーとスルホン酸とからなる。第一ポリマーと第二ポリマーとスルホン酸は上述した。
【００３４】
本開示の材料の炭素同素体材料、第一ポリマー、及び／又は第二ポリマーは、無置換であっても、一置換又は多置換（例えば、二置換、三置換、又は四置換）であってもよく、その置換基の例はそれぞれアルキル（例えば、Ｃ１−Ｃ２０アルキル）、アリール、アミノ、ニトロ、ハロ−（−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ）から選ばれる。少なくとも一つの態様において、材料は、約２０重量％〜約８０重量％の第二ポリマー、例えば約４０重量％〜約６０重量％、例えば約４０重量％、約４５重量％、約５０重量％、約５５重量％、約６０重量％の量の第二ポリマーからなる。第二ポリマーは、ポリウレタンであってもポリビニルブチラールであってもよい。このポリビニルブチラールは、材料の約１０重量％〜約４０重量％、例えば約１０重量％〜約２５重量％、例えば１０重量％、１５重量％、２０重量％、２５重量％を構成することができる。
【００３５】
少なくとも一つの態様において、本開示の材料の炭素同素体材料は、多層のカーボンナノチューブを含む、例えば単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）及び／又は二層カーボンナノチューブ（ＤＷＮＴ）、グラフェン、ポリカーボネート、フラーレンを含むシート材料である。
【００３６】
本開示の材料の第一ポリマーには、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）やポリ（エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリ（スチレンスルホネート）（ＰＳＳ）、ポリウレタン、ポリビニルブチラール、アクリレート、エポキシ、グリシジル−Ｓｉ−Ｚｒ−含有ゾルゲル、ポリエステルなどの熱可塑性樹脂、フェノキシ樹脂などの樹脂、ポリスルフィドなどの封止材、これらの混合物が含まれる。
【００３７】
本開示の材料の第二ポリマーには、ＰＡＮＩやＰＥＤＯＴ、ＰＳＳ、ポリウレタン、ポリビニルブチラール、アクリレート、エポキシ、グリシジル−Ｓｉ−Ｚｒ−含有ゾルゲル、ポリエステルなどの熱可塑性樹脂、フェノキシ樹脂などの樹脂、ポリスルフィドなどの封止材、これらの混合物が含まれる。
【００３８】
エポキシには、部分硬化エポキシと特定種のエポキシ、触媒を含む二成分系エポキシ樹脂（例えば、ヘンケル社（Henkel Corporation）（ベイポイント、カリフォルニア:Bay Point, California）から入手可能なＨＹＳＯＬ（登録商標）ＥＡ９５６エポキシ樹脂）、樹脂と硬化剤の両方を含む二液体システム（例えば、ストルアス社（Struers A/S）（バレルプ、デンマーク: Ballerup, Denmark）から入手可能なＥＰＯＦＩＸ樹脂）、アミノフェノールのトリグリシジルエーテル（例えば、ハンツマンアドバンスドマテリアルズ（Huntsman Advanced Materials）（モンテー、スイス: Monthey, Switzerland）のアラルダイト（Araldite）ＭＹ０５００又はＭＹ０５１０））、Ｎ、Ｎ、Ｎ’、Ｎ’−テトラグリシジル−ｍ−キシレンジアミンなどの四官能のエポキシ（例えば、ハンツマンアドバンスドマテリアルズ（モンテー、スイス）のアラルダイトＭＹ０７２０又はＭＹ０７２１）、これらの混合物が含まれる。エポキシにはまた、ビスフェノール−Ａ（ビス−Ａ）又はビスフェノール−Ｆ（ビス−Ｆ）などの二官能性エポキシ系のエポキシが含まれる。ビス−Ａエポキシ樹脂は、アラルダイトＧＹ６０１０（ハンツマンアドバンスドマテリアルズ）又はＤＥＲ３３１（ダウ・ケミカル・カンパニー（Dow Chemical Company）（ミッドランド、ミシガン：Midland, Michigan）から入手可能）として市販されている。ビス−Ｆエポキシ樹脂は、アラルダイトＧＹ２８１とＧＹ２８５（ハンツマンアドバンスドマテリアルズ）として市販されている。エポキシは、例えば航空機外側の熱硬化性樹脂として適当である。これは、これらの樹脂が、例えばローターブレードの前縁表面の後方又は侵食保護材料の表面の下で耐久性が高いためである。
【００３９】
ポリアニリンには、例えば、式２：
【化２】
2018034783.tif 000024
（式中、ｘは正の整数、例えば約１０〜約１０，０００の整数）のポリアニリンや、ロイコエメラルジン、エメラルジン、（ペル）ニグラニリン、これらの混合物、これらの塩類、これらの塩基が含まれる。ポリアニリンは、無置換、一置換又は多置換（例えば、二置換、三置換、又は四置換）であり、その置換基の例は、それぞれ独立してアルキル（例えば、Ｃ１−Ｃ２０アルキル）、アリール、アミノ、ニトロ、又はハロ−（−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ）である。
【００４０】
ポリ（エチレンジオキシチオフェン）には、例えば、式３：
【化３】
2018034783.tif 000025
（式中、ｘは正の整数、例えば約１０〜約１０，０００の整数）のポリ（エチレンジオキシチオフェン）、及び／又はこれらの塩類が含まれる。ポリ（エチレンジオキシチオフェン）は、無置換、一置換又は多置換（例えば、二置換、三置換又は四置換）であり、その置換基の例は、それぞれアルキル（例えば、Ｃ１−Ｃ２０アルキル）、アリール、アミノ、ニトロ、ハロ−（−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ）から選ばれる。
【００４１】
ポリ（スチレンスルホネート）には、例えば、式４：
【化４】
2018034783.tif 000026
（式中、ｘは正の整数、例えば約１０〜約１０，０００の整数）のポリ（スチレンスルホネート）、及び／又はこれらの塩が含まれる。ポリ（スチレンスルホネート）は、無置換、一置換又は多置換（例えば、二置換、三置換又は四置換）であり、その置換基の例は、それぞれアルキル（例えば、Ｃ１−Ｃ２０アルキル）とアリール、アミノ、ニトロ、ハロ−（−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ）から選ばれる。
【００４２】
アクリレートには、例えば、式５：
【化５】
2018034783.tif 000027
（式中、ｘは正の整数、例えば約１０〜約１０，０００の整数）のポリアクリレート、及び／又はこれらの塩が含まれる。Ｒ1とＲ2は、独立してＣ１−Ｃ２０アルキル又はＣ１−Ｃ２０ヒドロキシアルキルである。少なくとも一つの態様において、Ｒ2はメチルである。アクリレートには、ヒドロキシアルキルポリアクリレートとヒドロキシアルキルポリメタクリレート、アルキルポリアクリレート、アルキルポリメタクリレートが含まれる。適当なヒドロキシアルキルポリアクリレート又はヒドロキシアルキルポリメタクリレートの例には、ポリ（２−ヒドロキシエチルアクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシ−１−メチルエチルアクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシプロピルアクリレート）、ポリ（３−ヒドロキシプロピルアクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシブチルアクリレート）、ポリ（４−ヒドロキシブチルアクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシ−１−メチルエチルメタクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシプロピルメタクリレート）、ポリ（３−ヒドロキシプロピルアクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシブチルメタクリレート）、ポリ（４−ヒドロキシブチルメタクリレート）等や、エチレングリコールとプロピレングリコールのアクリル酸又はメタクリル酸エステル（例えば、ポリ（ジエチレングリコールアクリレート））などが挙げられる。不飽和酸、例えばマレイン酸やフマル酸、イタコン酸などのヒドロキシ含有エステル及び／又はアミドも有用である。少なくとも一つの態様において、ヒドロキシ−アクリル系ポリマーは、総アクリレート重量に対して５％〜３５％（重量換算）のモノエチレン性不飽和ヒドロキシ含有モノマーからなり、特定の実施態様では、１０％〜２５％（重量換算）のモノエチレン性不飽和ヒドロキシ含有モノマーからなる。適当なアルキルポリアクリレートとポリメタクリレートには、ポリ（アクリル酸メチル）や、ポリ（エチルアクリレート）、ポリ（プロピルアクリレート）、ポリ（イソプロピルアクリレート）、ポリ（ブチルアクリレート）、ポリ（イソブチルアクリレート）、ポリ（ヘキシルアクリレート）、ポリ（２−エチルヘキシルアクリレート）、ポリ（ノニルアクリレート）、ポリ（ラウリルアクリレート）、ポリ（ステアリルアクリレート）、ポリ（シクロヘキシルアクリレート）、ポリ（イソデシルアクリレート）、ポリ（フェニルアクリレート）、ポリ（イソボルニルアクリレート）、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（エチルメタクリレート）、ポリ（プロピルメタクリレート）、ポリ（イソプロピルメタクリレート）、ポリ（ブチルメタクリレート）、ポリ（イソブチルメタクリレート）、ポリ（ヘキシルメタクリレート）、ポリ（２−エチルヘキシルメタクリレート）、ポリ（ノニルメタクリレート）、ポリ（ラウリルメタクリレート）、ポリ（ステアリルメタクリレート）、ポリ（シクロヘキシルメタクリレート）、ポリ（イソデシルメタクリレート）、ポリ（フェニルメタクリレート）、ポリ（イソボルニルメタクリレート）などが含まれる。
【００４３】
ポリウレタンには、例えば、式６：
【化６】
2018034783.tif 000028
（式中、ｘは約１０〜約１０，０００の整数）のポリウレタンが含まれる。Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、及びＲ5の例は、それぞれ独立して、水素あるいはＣ１−Ｃ２０アルキルである。ポリウレタンには、アプテク（Aptek）２１００Ａ／Ｂとアエロジュール（Aerodur）３００２（アルゴシーインターナショナル社（Argosy International, Inc.）から入手可能）が含まれる。ポリウレタンは、無置換、一置換又は多置換（例えば、二置換、三置換又は四置換）であり、置換基の例は、それぞれ独立して、アルキル（例えば、Ｃ１−Ｃ２０アルキル）、アリール、アミノ、ニトロ、又はハロ−（−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ）である。
【００４４】
本開示の材料は、翼の部品の上に、例えばローターブレード表面及び／又はローターブレード部品の上に（例えば、層として）塗布できる。材料の（例えば、層としての）厚みは、約０．１μｍ〜約１００μｍであり、例えば約１μｍ〜約８μｍ、例えば約２μｍ〜約６μｍ、例えば約０．１μｍ、約１μｍ、約２μｍ、約３μｍ、約４μｍ、約５μｍ、約６μｍ、約７μｍ、約８μｍ、約９μｍ、約１０μｍである。本開示の材料の電気特性は、翼の、例えばローターブレード表面及び／又はローターブレード部品の除氷用の薄層を提供する。薄い材料層は、ローターブレードのブレード翼桁のような閉鎖構造中における導電性表面に塗布するのに有利である。翼桁上に塗布された従来の材料は、例えば数ミリインチの厚みであり、これが材料と侵食防止層と間の結合性を阻害することがある。少なくとも一つの態様では、材料の抵抗値が、約１ｅ＋４Ω／□〜約１ｅ＋８Ω／□あり、例えば約１ｅ＋４Ω／□、約１ｅ＋５Ω／□、約１ｅ＋６Ω／□、約１ｅ＋７Ω／□、約１ｅ＋８Ω／□である。導電率（これは抵抗率の逆数である）は、静電気放電と除氷を可能とする。
【００４５】
導電性材料は、固体含量が約０．１重量％〜約３０重量％にある溶媒中における第一ポリマー、ポリオール、イソシアネート、炭素同素体材料、スルホン酸の一つ以上の反応生成物であってよい。少なくとも一つの態様において、導電性材料は、固体含量が約０．１重量％〜約３０重量％にある溶媒中における第一ポリマー、ポリオール、イソシアネート、スルホン酸の一つ以上の反応生成物である。溶媒中のポリマーの百分率固体含量は約０．１重量％〜約３０重量％であり、例えば約１重量％〜約１５重量％、例えば約１重量％、約２重量％、約３重量％、約４重量％、約５重量％、約６重量％、約７重量％、約８重量％、約９重量％、約１０重量％、約１１重量％、約１２重量％、約１３重量％、約１４重量％、約１５重量％である。第一ポリマーは、ポリアニリン、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）、ポリ（スチレンスルホネート）、又はこれらの混合物を含む。前記溶媒は、キシレン、ベンゼン、トルエン、ジメチルスルホキシド、水、又はこれらの混合物を含む。前記スルホン酸はナフチルスルホン酸を含む。
【００４６】
後述する方法において、第一ポリマーと第二ポリマー、炭素同素体材料、スルホン酸は、上述の通りである。
【００４７】
少なくとも一つの態様において、導電性材料の形成方法は、カーボンナノチューブやグラフェン、ポリカーボネート及び／又はフラーレンなどの炭素同素体材料を基材上に塗布し、次いで硬化させてシート材料を形成することを含む。本方法はさらに、第一ポリマー及び／又は第二ポリマーをシート材料上に塗布して基材上に塗布された第一材料を形成することを含む。本方法は、第一材料を硬化させることを含む。基材は、ローターブレードの部品であってよく、第一材料は、塗布及び／又は硬化の後に厚みが約０．１μｍ〜約１０μｍとなる層であってよく、例えば厚みが約１μｍ〜約８μｍ、例えば約２μｍ〜約６μｍ、例えば約０．１μｍ、約１μｍ、約２μｍ、約３μｍ、約４μｍ、約５μｍ、約６μｍ、約７μｍ、約８μｍ、約９μｍ、約１０μｍの層であってよい。本方法は、第一ポリマー及び／又は第二ポリマーを炭素同素体材料の上に塗布する前に、第一ポリマー及び／又は第二ポリマーを溶媒に溶解することを含んでいてもよい。溶媒は、キシレン、ベンゼン、トルエン、ジメチルスルホキシド、水、又はこれらの混合物を含む。塗布方法には、フローコーティング、ドロップキャスティング、ディップコーティング、スプレーコーティング、スクリーン印刷、スロットダイコーティング、フローコーティング及び／又はインクジェット印刷が含まれる。フローコーティングは、材料を基材の第一端に塗布し、基材を傾けて材料を基材の第二端方向に流れさせて第一端から第二端に材料のグラディエントを与えることを含む。炭素同素体材料の長さ（導電率に関連する）と炭素同素体材料の面密度（aerial density）と炭素同素体材料の重量密度（例えば、厚みのより薄い及び／又は分散）に影響が出ないようにして塗布条件を調整してもよい。
【００４８】
少なくとも一つの態様において、導電性材料の形成方法は、第一ポリマーを炭素同素体材料に塗布して基材上に配置された第一材料を形成することを含む。少なくとも一つの態様において、炭素同素体材料はシート材料である。本方法は第一材料を硬化させることを含む。基材は、翼の部品、例えばローターブレード表面及び／又はローターブレード部品であってよく、第一材料は、塗布後の厚みが約０．１μｍ〜約１０μｍの層を含み、例えば約１μｍ〜約８μｍ、例えば約２μｍ〜約６μｍ、例えば約０．１μｍ、約ｌμｍ、約２μｍ、約３μｍ、約４μｍ、約５μｍ、約６μｍ、約７μｍ、約８μｍ、約９μｍ、約１０μｍの層を含む。本方法は、第一ポリマーを炭素同素体材料の上に塗布する前に第一ポリマーを溶媒に溶解することを含んでいてもよい。この溶媒は、キシレン、ベンゼン、トルエン、ジメチルスルホキシド、水、又はこれらの混合物を含む。塗布方法には、フローコーティング、ドロップキャスティング、ディップコーティング、スプレーコーティング、スクリーン印刷、スロットダイコーティング、フローコーティング及び／又はインクジェット印刷が含まれる。
【００４９】
少なくとも一つの態様において、導電性材料の形成方法は、第一ポリマー及び／又は第二ポリマーを基材上に塗布して基材上に配置された第一材料を形成することを含む。本方法は、第一材料を硬化することを含んでもよい。基材は、翼の部品、例えばローターブレード表面及び／又はローターブレード部品であってよく、第一材料は、塗布及び／又は硬化後の厚みが約０．１μｍ〜約１０μｍの層であってよく、例えば約１μｍ〜約８μｍ、例えば約２μｍ〜約６μｍ、例えば約０．１μｍ、約１μｍ、約２μｍ、約３μｍ、約４μｍ、約５μｍ、約６μｍ、約７μｍ、約８μｍ、約９μｍ、約１０μｍの層であってもよい。本方法は、第一ポリマー及び／又は第二ポリマーを基材に塗布する前に第一ポリマー及び／又は第二ポリマーを溶媒に溶解することを含んでいてもよい。この溶媒は、キシレン、ベンゼン、トルエン、ジメチルスルホキシド、水、又はこれらの混合物を含む。塗布方法には、フローコーティング、ドロップキャスティング、ディップコーティング、スプレーコーティング、スクリーン印刷、スロットダイコーティング、フローコーティング及び／又はインクジェット印刷が含まれる。本方法は、さらにカーボンナノチューブ、グラフェン、ポリカーボネート及び／又はフラーレンなどの炭素同素体材料を第一材料の上に塗布し、次いで硬化させて炭素同素体材料を有する第二材料を形成することを含んでもよい。炭素同素体材料の長さ（導電率に関連する）と炭素同素体材料の面密度と炭素同素体材料の重量密度（例えば、厚みのより薄い及び／又は分散）に影響が出ないようにして、塗布条件を調整してもよい。このように、材料の電気特性は、材料の含有物により、例えばポリマーやスルホン酸、溶媒などの量と種類によりコントロールできる。
【００５０】
少なくとも一つの態様において、導電性材料の形成方法は、第一ポリマーと第二ポリマーを混合して第一材料を形成することを含む。本方法は、基材上に塗布された炭素同素体材料の上に第一材料を塗布して、基材上に配置された第二材料を形成することを含む。少なくとも一つの態様において、前記炭素同素体材料はシート材料である。本方法は第二材料を硬化することを含む。前記基材はローターブレードの部品であってよく、第二材料は、塗布後の厚みが約０．１μｍ〜約１０μｍの層であってよく、例えば約１μｍ〜約８μｍ、例えば約２μｍ〜約６μｍ、例えば約０．１μｍ、約１μｍ、約２μｍ、約３μｍ、約４μｍ、約５μｍ、約６μｍ、約７μｍ、約８μｍ、約９μｍ、約１０μｍの層であってよい。本方法は、第一ポリマーを第二ポリマーと混合する前に第一ポリマーを溶媒に溶解することを含む。この溶媒は、キシレン、ベンゼン、トルエン、ジメチルスルホキシド、水、又はこれらの混合物を含む。
【００５１】
少なくとも一つの態様において、導電性材料の形成方法は、炭素同素体材料と第一ポリマーと第二ポリマーとを混合して第一材料を形成することを含む。本方法は、第一材料を炭素同素体材料の上に塗布して炭素同素体材料に塗布された第一材料を形成し、次いで第一材料を硬化させることを含む。少なくとも一つの態様において、炭素同素体材料がシート材料である。基材は翼の部品、例えばローターブレード表面及び／又はローターブレード部品であってよく、第一材料及び／又は第二材料は、塗布後の厚みが約０．１μｍ〜約１０μｍ、例えば約１μｍ〜約８μｍ、例えば約２μｍ〜約６μｍの層を含み、例えば塗布後の厚みが約０．１μｍ〜約１０μｍ、例えば約０．１μｍ、約１μｍ、約２μｍ、約３μｍ、約４μｍ、約５μｍ、約６μｍ、約７μｍ、約８μｍ、約９μｍ、約１０μｍの層を含む。本方法は、炭素同素体材料と第一ポリマーと第二ポリマーを相互に混合する前に第一ポリマー及び／又は第二ポリマーを溶媒に溶解させることを含んでいてもよい。この溶媒は、キシレン、ベンゼン、トルエン、ジメチルスルホキシド、水、又はこれらの混合物を含む。
【００５２】
本開示の方法は、第一材料及び／又は第二材料を洗浄剤で洗浄することを含んでいてもよい。この洗浄剤は、イソプロピルアルコール、パラトルエンスルホン酸、アセトン、メタノール、これらの水和物、これらの溶媒和物、又はこれらの混合物を含んでいてもよい。洗浄は、第一材料及び／又は第二材料の表面に約１秒〜約１０分間、例えば約１分から５分間洗浄剤を吹き付けることを含んでいてもよい。洗浄は、材料の表面に、約１ｍＬ〜約２５ｋＬの量、例えば約１Ｌ〜約１００Ｌ、例えば約１Ｌ〜約５Ｌ、例えば約１Ｌ、約２Ｌ、約３Ｌ、約４Ｌ、約５Ｌの量で洗浄剤を吹き付けることを含んでいてもよい。洗浄は、第一材料及び／又は第二材料を第二の洗浄剤で、すなわちイソプロピルアルコール、パラトルエンスルホン酸、アセトン、メタノール、これらの水和物、これらの溶媒和物、又はこれらの混合物で洗浄することを含んでいてもよい。少なくとも一つの態様において、前記洗浄剤はパラトルエンスルホン酸であり、ブトキシエタノール中１重量％のパラトルエンスルホン酸混合物である。前記洗浄剤は、ジノニルナフチルスルホン酸とイソプロピルアルコールの混合物を含む。少なくとも一つの態様では、洗浄は、第一材料及び／又は第二材料を洗浄剤中に約１秒〜約１分の間浸漬することを含む。
【００５３】
本明細書に記載の方法において、第一材料及び／又は第二材料の硬化は、材料の温度をピーク硬化温度にまで上げ、ピーク硬化温度に約１秒〜約４８時間の間、例えば約１時間〜約１０時間の間維持することを含んでいてもよい。前記ピーク硬化温度は、略室温〜約２００℃であってよく、例えば約５０℃〜約９０℃、例えば５０℃、６０℃、７０℃、８０℃、９０℃であってよい。
【００５４】
本明細書に記載の方法では、第一材料及び／又は第二材料の基材上への塗布は、ローターブレードの部品の表面などの基材へ第一材料を、約１００ｒｐｍ〜約４，０００ｒｐｍの速度、例えば約５００ｒｐｍ〜約２，０００ｒｐｍの速度、例えば約５００ｒｐｍ、約１，０００ｒｐｍ、約１，５００ｒｐｍ、約２，０００ｒｐｍの速度でスピンコーティングして実施してもよい。
【００５５】
少なくとも一つの態様において、翼及び／又は翼部品、例えばローターブレード表面及び／又はローターブレード部品を抵抗加熱する方法は、翼、例えばローターブレード表面及び／又はローターブレード部品上に塗布された本開示の材料の表面に電圧を印加することを含む。本開示の材料の表面に電圧を印加することで、迅速な表面加熱（例えば、約２５０°Ｆへの）が可能となり、翼の一つ以上の部品、例えばローターブレード表面及び／又はローターブレード部品の適切な除氷に必要なエネルギー消費量が低下する。少なくとも一つの態様において、ヒーターがローターブレード内に存在しない。また、少なくとも一つの態様では、従来のローターブレードのヒーターとは異なり、本開示の材料がローターブレードの翼桁の表面あるいはその上に塗布される。この態様では、例えば、ヒーターを修理するのにローターブレードの実質的な解体をすることなく、ローターブレードの部品を容易に修理することが可能となる。上述のように、材料は、炭素同素体材料と第一ポリマー、第二ポリマー及び／又はスルホン酸を含むことができる。材料の表面に少なくとも部分的に電圧を印加するとローターブレード表面に付着した固相の水（氷）が溶融する。電圧は、約１０ヘルツ〜約２０００ヘルツの交流（ＡＣ）電圧であってよく、例えば約５００ヘルツ〜約１，０００ヘルツ、例えば５００ヘルツ、６００ヘルツ、７００ヘルツ、８００ヘルツ、９００ヘルツの交流電圧であってよい。電圧は、約１０ボルト〜約２０００ボルトの交流（ＡＣ）電圧であってよく、例えば約５０ボルト〜約５００ボルト、例えば約５０ボルト、約１００ボルト、約２００ボルト、約３００ボルト、約４００ボルト、約５００ボルトの電圧であってよい。
【００５６】
本開示の材料を、基材の上に、例えばローターブレード／ローターブレード部品の表面に、いずれか適当な堆積法で、例えばフローコーティング、ドロップキャスティング、浸漬、吹き付け、ブラシコーティング、スピンコーティング、ロールコーティング、ドクターブレードコーティングで、あるいはこれらを併用して塗布してもよい。本開示の材料は、ローターブレード部品の一つ以上の表面上に、例えば、ローターブレード部品の内表面（例えば、外部侵食防止層の内部空洞又は内表面及び／又は翼桁の外表面）、外表面、又は両方に塗布できる。
【００５７】
＜ポリマー合成、特性評価と物性測定＞
本開示の材料のポリマーや炭素同素体材料、スルホン酸は、市販製品であっても合成品であってもよい。市販されているポリマーには、ＰＡＮＩやＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、ポリウレタン、エポキシがあり、例えば、ヘレウス（Heraeus）又はシグマアルドリッチ（SigmaAldrich）から入手可能である。本開示のポリマーは、複数のモノマーを混合して混合物とし、次いで加熱してこれらモノマーを重合して合成してもよい。一つ以上の重合触媒を混合物に添加して生成するポリマーの分子量（Ｍｎ及び／又はＭｗ）の増加を促進してもよい。「Ｍｎ」は、数平均分子量であり、「Ｍｗ」は重量平均分子量である。市販の炭素同素体材料には、カーボンナノチューブシートが含まれる。少なくとも一つの態様において、ポリマーは、いずれか適当な溶媒又は溶媒混合物中、例えば、ｎ−ブタノール、ｎ−ヘキサノール、ジエチルエーテル、又はこれらの混合物中で合成される。
【００５８】
本開示の材料が、スルホン酸としてのＤＮＮＳＡからなる場合、例えば生産されるポリアニリンは、高い分子量（例えば、＞２２，０００）と適度な導電率（１０-5Ｓ／ｃｍ）を持ち、様々な溶媒に対して高い溶解度を示す。少なくとも一つの態様において、４級アンモニウム塩又は溶媒、例えばメタノール、アセトン、イソプロピルアルコール、パラトルエンスルホン酸、これらの塩、及びこれらの混合物で処理／洗浄することで、合成されたポリマーの材料の導電率が約５桁増加することがある。理論に縛られるものではないが、洗浄による導電率の増加は、過剰スルホン酸の除去、ポリマーの緻密化、またこの結果としての結晶化度の増加によるものである。
【００５９】
＜ポリアニリンジノニルナフタレンスルホン酸塩の製造例＞
０．１モルのＤＮＮＳＡ（２−ブトキシエタノール中の５０％ｗ／ｗ溶液）を０．０６ｍｏｌのアニリンと２００ｍＬの水とに混合して、２−ブトキシエタノールを含む乳白色のエマルジョンを形成した。このエマルジョンを、５℃に冷却して機械的に攪拌し、窒素雰囲気置換した。前記混合物に約１時間かけてペルオキシ二硫酸アンモニウム（４０ｍＬの水中に０．０７４ｍｏｌ）を滴下した。この反応を約１７時間進行させた。この間に、エマルジョンが緑色の２−ブトキシエタノール相と無色の水相とに相分離した。合成の進行度は、ｐＨとＯＣＰ（開放回路電位、ｍＶ）と温度で追跡した。
【００６０】
得られた有機相を１００ｍＬの水で三度洗浄し、２−ブトキシエタノール中に高濃縮された暗緑色のポリアニリン相を得た。この濃縮物はキシレンに可溶であった。この溶液から薄膜材料の塗布が可能である。前記の濃縮物の一部にアセトンを添加すると、ポリアニリン塩が緑色粉末として析出した。この粉末をアセトンで徹底的に洗浄して乾燥した後、元素分析した結果、スルホン酸：アニリンの化学量論比は１：２であった。
【００６１】
出発混合物中のアニリンのＤＮＮＳＡに対するモル比を調整して合成ポリマー中のＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡモル比を変えてもよい。例えば、ペルオキシ二硫酸／アニリンモル比率を１．２３：１と一定にして、ＤＮＮＳＡ／アニリンモル比を１：１、１：２と１：５としてＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ塩を合成してもよい。ＤＮＮＳＡ／アニリンモル比率が１．７で、Ｍｗ（ＳＥＣ／粘度）値の３１，２５０が得られる。ＤＮＮＳＡ／アニリンモル比率が０．５で、Ｍｗ（ＳＥＣ／粘度）値の２５，３００が得られる。ＤＮＮＳＡ／アニリンモル比率が０．２と低いと、Ｍｗ（ＳＥＣ／粘度）値の５，６９０が得られる。
【００６２】
＜分子量測定＞
分子量分布平均は、サイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）で測定できる。クロマトグラムは、ＳＥＣシステムで得ることができ、例えば、１５０−ＣＶ型ＳＥＣ／粘度測定（ＳＥＣ／ＶＩＳＣ）システム（ウォーターズクロマトグラフィー社：Waters Chromatography Inc.）や、５９０型ポンプと７１２型オートインジェクター、４１０型示差屈折計、ＴＣＨ型カラムヒーターを供えて複合ＳＥＣシステム（ウォーターズクロマトグラフィー社）により得られる。両ＳＥＣシステムは、４５℃で運転でき、平均透過度が１０５と１０３Åである二本のスチラゲルＳＥＣカラム（styragel SEC columns）（ウォーターズクロマトグラフィー社）を直列に使用することができる。０．０２ＭのＮＨ4ＨＣＯ2（フルカケミカル社：Fluka Chemical Co.）で変性されたＵＶグレードのＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）（バーディック・アンド・ジャクソン社：Burdick & Jackson Co.）を、移動相とポリマー溶媒として使用してもよい。流速の設定値として０．５ｍＬ／ｍｉｎを使用できる。
【００６３】
ＳＥＣの校正は、分子量が１．１×１０6〜２６９８の範囲の単分散ポリスチレン標準試薬（東ソー株式会社）で行うことができる。ポリスチレン校正試薬の固有粘度は、前記ＳＥＣ／粘度検出器で測定してよい。これらの値は、ユニバーサルキャリブレーション（universal calibration）によるサイズ排除クロマトグラフ校正用の、ＮＭＰ／０．０２Ｍ−ＮＨ4ＨＣＯ2中のポリスチレンに対する４５℃でのマーク・ホーウィンク式（Mark-Houwink expression）を与える。
【数１】
2018034783.tif 000029
【００６４】
ユニバーサル校正曲線又はポリスチレン系の分子量校正曲線を作るのに、線形最小二乗法を用いてもよい。
【００６５】
ポリアニリンに対するマーク・ホーウィンク定数は、設定された分子量分布平均とＳＥＣ／ＶＩＳＣクロマトグラムの個々のデータ点に計算された固有粘度とから計算することができる。データの取得と整理は、ＴＲＩＳＥＣソフトウェア（ビスコテック社：Viscotek Corp.）で行うことができる。報告された分子量分布平均は、二回の測定の平均であってもよい。
【００６６】
脱プロトン化ポリアニリン塩のＳＥＣ／ＶＩＳＣクロマトグラムは、典型的には単峰形（unimodal）であり、ＰＡＮＩとそのスルホン酸成分との間でベースライン分離に近い解像度が得られる。スルホン酸成分は、ポリアニリンピークから分離され、分子量計算には含まれない。少なくとも一つの態様において、これらのポリアニリン塩が、Ｍｗ／Ｍｎ（多分散性）が＞１．５のブロードなサイズ排除クロマトグラムを与える。ＰＡＮＩ−ＤＮＮＳＡ（１：２）のマーク・ホーウィンク（Ｍ−Ｈ）プロットは、線状であり、Ｒ＝０．６７１であり、ｌｏｇＫ＝−３．１４６であった。
【００６７】
＜吸収＞
吸収の測定は、大気下で汎用の測定付属品（ＵＭＡ：Universal Measurement Attachment）を用いＣａｒｙ５０００スペクトロメータで行うことができる。溶液試料は、１ｃｍの石英キュベット中でトルエンの希薄溶液として測定できる。サンプリング周波数は、測定する波長幅によるが１ｎｍと２ｎｍの間であってよい。試料測定の前に溶媒のバックグラウンドを測定し、後でそれを除く必要がある。乾燥フィルムの測定は、ガラススライド上にスピン回転速度が１０００ｒｐｍで３０秒間、キシレン又はトルエンの溶液からスピンコートし、このようにして得られた試料として測定できる。ガラス基材上でバックグラウンド透過を測定する必要がある。不均一な試料表面からの光散乱効果を最小に抑えるために、試料をガラス基材側とともに光の導入口に向けて配列する必要がある。
【００６８】
＜抵抗値＞
抵抗値の測定は、電極と測定装置、例えばケースレー４２００ＳＣＳ（Keithley 4200SCS）とを適切に組み合わせて実施できる。抵抗値の測定はファンデルパウの方法（van der Pauw method）を用いて行うことが好ましい。この四点法は、試料表面を横断する電流と電圧の平行的なソース・センス測定を行う。二極性をテストするため各接点に加わる電流と電圧の極性を切り替える。試料の直接比較を可能とするために、試料の形状を一定とする必要がある。表１と図２に示すように、電荷方向性の差を考慮して、可能な配列のそれぞれで電流と電圧の測定を回転切替させる。図２は、抵抗値測定に可能な電極配列を示す。
【表１】
2018034783.tif 000030
【００６９】
ファンデルパウ抵抗値の測定は、二枚の隣接する電極間に電流を流し、電極に平行な配列にある試料による電圧降下を測定して行った。
【００７０】
シート抵抗は、測定材料からのＶとＩの比から計算できる。真に等方的な抵抗を示す試料の場合、ＲA＝ＲB＝ＲC＝ＲDである。等方的な抵抗（例えば、ＲA＝ＲBのような）の場合、シート抵抗は、下の式１に示されるように、二つの測定された抵抗値の平均により決められる。異方的な抵抗を持つ（ｘ方向とｙ方向が異なる抵抗値を示す）試料の場合、シート抵抗の計算がより複雑となる。これについては、次の段落で説明する。ＲA≠ＲCでＲB≠ＲDである試料はすべて、測定を行わなかった。式２は、材料の厚みｄが既知の場合（典型的に抵抗率はΩ・ｃｍで報告され、ｄ（ｃｍ）を使用する）の、バルク抵抗率ρの決定方法を示す。なお、これは元のファンデルパウの定理から導かれるものである。次いで、バルク抵抗率ρを用いて、導電率σ（Ｓ・ｃｍ−１）を計算する。これはバルク抵抗率の逆数である（式２）。
【数２】
2018034783.tif 000031
【数３】
2018034783.tif 000032
【００７１】
ＲA≠ＲBの場合、ファンデルパウ式から導電率値を得るのがより難しくなる。導電率が等方的でない場合、前記導電率値は、ｘとｙとｚの次元を持つテンソル値となる。非常に薄い材料の場合、正確な導電率値は、下の式３に示すように、直行する導電率測定値の積の平方根を計算して得ることができる。この計算は、測定方向が導電率のテンソル軸に整列している場合にのみ有効である。図３に示すように、前記方法で測定された二つの抵抗値の大きい方が最低導電率テンソルに正確に沿うものであり、抵抗測定値の小さい方が最大導電率テンソルに沿うものであると仮定したものである。図３に、ファンデルパウ測定チップの一例を示す。図３の右側に示すように、導電率テンソルが電極／試料の配置にうまく整列していない場合、不正確な導電率値が得られることとなろう。
【数４】
2018034783.tif 000033
【００７２】
図３のファンデルパウ測定チップでは、数字が測定軸に対応し、σＸの記号（σＡ、σＢ、σＣ）が導電率テンソル方向を示す。右側の図の試料のように、試料軸とテンソル軸が一致しないと、不正確に測定された導電率が与えられることとなる。ファンデルパウ・プリント電極とケースレー４２００ＳＣＳの組み合わせが、試料の測定に適当な装置テストベッドを提供する。
【００７３】
測定への湿度の影響を抑えるために、ドロップセンス（Dropsens）組み立て式電極上で正確なファンデルパウ測定を行うために、ケースレー４２００ＳＣＳにきっちりと結合させるのに小さな試料プローブステーションを使用してもよい。
【００７４】
＜電気化学インピーダンス分光法（ＥＩＳ）＞
ＥＩＳでは、異なる周波数での試料のインピーダンスの変化を調べるために可変周波数交流源を使用する。抵抗体と同様に、インピーダンスは、印加される交流と測定される電圧変化の間の遅れである。電気回路の部品は周波数に依存して応答するが、これを測定対象塗膜に特異な特性を見つけるのに使用できる。真のオーム抵抗体は、直流（ＤＣ）源と交流（ＡＣ）源に同様に応答し、このため周波数依存性の抵抗応答を示さない。キャパシター（また、より複雑な電気部品）は、周波数依存性の応答をもつ。低周波数ではインピーダンスが非常に高く、高周波数では電気インピーダンスが低い。ＥＩＳデータの解析においては、予測モデル（等価回路モデルとして知られる）は、厳密に試料システムを近似するため、真正電気部品と疑似電気部品とから構成される。次いで、このモデルで計算されるインピーダンススペクトルが、測定されたスペクトルと比較される。
【００７５】
材料のインピーダンス応答とそのキャパシター及び抵抗体としての複合応答を測定してよい。フィッティングをよくするために、フィッティングを、ガムリー内蔵スペクトルフィッティングソフトウェア（Gamry built in spectral fitting software）を用いて得ることができる。このガムリープログラムは、χ2フィッティング式（式４）を使用する。
【数５】
2018034783.tif 000034
【００７６】
完全にマッチした予測及び測定インピーダンススペクトルの場合、χ2＝０となる。少なくとも一つの態様において、χ2の値が＜１０-4なら、許容可能な「良いフィッティング」となる。少なくとも一つの態様において、二つの異なる等価回路モデルを比較するにあたり、この数値の１／３より小さな差は、区別不能とみなされる。
【００７７】
＜ポリマー材料＞
本開示の材料は、第一ポリマー及び／又は第二ポリマーを翼及び／又は翼部品、例えばローターブレード表面及び／又はローターブレード部品の上に設けられた炭素同素体材料に塗布して形成することができる。少なくとも一つの態様において、前記炭素同素体材料が炭素同素体材料のシートである。また、材料は、第一ポリマーと第二ポリマーを混合して第一材料を形成して作ることができる。この第一材料を、翼及び／又は翼部品上に、例えばローターブレード表面及び／又はローターブレード部品上に設けられた炭素同素体材料に塗布してもよい。第一材料を、翼及び／又は翼部品、例えばローターブレード表面及び／又はローターブレード部品上に塗布してもよい。また、材料は、第一ポリマーを、翼及び／又は翼部品、例えばローターブレード表面及び／又はローターブレード部品上に設けられた炭素同素体材料に塗布して第一材料を作り、この第一材料の上に第二ポリマーを塗布して第二材料を作って形成してもよい。また、スルホン酸を、第一ポリマー、第二ポリマー、及び／又は炭素同素体材料と混合してもよい。本開示の材料は、硬化処理、及び／又は、イソプロピルアルコール及び／又はパラトルエンスルホン酸などの洗浄剤で洗浄処理した材料を含む。
【００７８】
本開示の材料は、表面、例えば翼及び／又は翼部品の表面、例えばローターブレード表面及び／又はローターブレード部品の表面に、フローコーティング、ドロップキャスティング、浸漬、吹き付け、ブラシコーティング、スピンコーティング、ロールコーティング、ドクターブレードコーティングで、あるいはこれらを併用するいずれか適当な方法で塗布してもよい。翼表面への塗布前にあるいは塗布後に、この材料を硬化させてもよい。例えば、材料を、ローターブレード部品及び／又はローターブレード表面に塗布してもよい。塗布後、この材料を約７０℃で約３〜約４時間加熱して材料を硬化させてもよい。この硬化プロセスを早めるためにさらなる高温を使用してもよい。硬化により、材料の一つ以上の溶媒、例えばキシレン類、トルエン、及び／又は水が揮散する。
【００７９】
＜微細構造と材料の厚み＞
材料の厚みは、白色光干渉分光法により、カットステップ高さから求められる。材料表面の微細構造は、いずれか適当な３Ｄレーザー走査型共焦点顕微鏡により、例えばキーエンスＶＫ−Ｘ（Keyence VK-X）により観察できる。
【００８０】
［実施例１：ローターブレード上に塗布されたＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ］
キシレン中のポリアニリンＤＮＮＳＡを、ローターブレードの外側表面に塗布し、ヒートガンを用いて乾燥させた。塗布面をイソプロパノールで洗浄してフィルムの導電率を増加させた。電気接続のため塗膜の両端に銀インクを塗布した。ＡＣ電源への接続のために、この銀接点にワニ口クリップ（alligator clips）で銅テープを接続した。フィルムの抵抗測定値は当初３４０Ωを示したが、１００ＶのＡＣを印加すると抵抗値が１０ＫΩまで跳ね上がった。測定値を表２に示す。
【表２】
2018034783.tif 000035
【００８１】
［実施例２：ローターブレード上に塗布されたＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ］
七層のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ試料の塗膜をローターブレードの外側にブラシ塗布し、塗布の間にヒートガンで乾燥させた。電気接続のために塗膜の両端に銀インクを塗布し、電気接続のために銅テープをこの銀に接続させた。当初、フィルムの抵抗の測定値は２３．５Ωであった。測定値を表３に示す。
【表３】
2018034783.tif 000036
【００８２】
銀接点から銅テープを分離し、ワニ口クリップを用いて電源へ直接接続させた。測定値を（熱電対で測定したフィルム温度とともに）、表４に示す。
【表４】
2018034783.tif 000037
【００８３】
［実施例３：ＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ＋カーボンナノチューブシート］
カーボンナノチューブシート（製品ＩＤ：ＧＮ−Ｎ８−ＬＤ１０）をジェネラルナノ社（General Nano Corp.）から入手した。ポリアニリンジノニルナフタレンスルホン酸（ＰＡＮＩ−ＤＮＮＳＡ）は、上述のようにして合成した。銀インク（ＡＧ５３０）はコンダクティブコンパウンズ社（Conductive Compounds Corp.）から入手し、電気接続に使用した。８６６３ＨＳポリウレタン保護テープは、３Ｍ社（3M Company）より入手した。
【００８４】
＜抵抗値の測定＞
２．５ｃｍ×２．５ｃｍの角型カーボンナノチューブシートに、マイクロピペットを用いて０．５ｍＬのＰＡＮＩ−ＤＮＮＳＡ溶液を塗布して、注意してその面を覆った。このポリマー溶液は均一な塗膜を与えた。電気接続のためこのシートの両端に銀インクをブラシで塗布した。この塗布シートを対流炉中大気下で６０℃で乾燥させた。このシートの抵抗値は、ケースレー４２００−ＳＣＳシステムを用いて作成した電流／電圧曲線から計算した。
【００８５】
＜電気加熱＞
２１ｃｍ×７．５ｃｍのカーボンナノチューブシートを、１ｍｍ厚のガラス繊維パネルの上に置いた。このＣＮＴシート上にＰＡＮＩ−ＤＮＮＳＡ溶液を滴下塗布し、このシートの両端に銀インクを塗布した。このパネルを９０℃で空気乾燥させた。次いで、この塗布パネルに保護層としてポリウレタンテープを貼り付けた。自動オン／オフタイマー（４２２ＡＲＲ１００Ｓ０Ｘ、オートマチック・タイミング・アンド・コントロールズ社（Automatic Timing and Controls Co.））を用いて、所定間隔でこのパネルに電力を印加した。タイマーにより、６０Ｈｚのバリアック電源を、３０秒間オン、６０秒間オフのサイクルで印加した。印加電圧と測定電流は、同時にＨＰ３４４０１Ａマルチメータで測定した。ファンを取り付けて空気を直接このパネルに吹き付けて過熱を防止した。
【００８６】
図４に、本開示のいくつかの態様のカーボンナノチューブ材料の電流／電圧曲線を示す。図４に示すように、グラフ４００には、カーボンナノチューブシートのみの電流／電圧曲線（ライン４０２）と、ＰＡＮＩ−ＤＮＮＳＡ塗布のカーボンナノチューブシートの曲線（ライン４０４）と、ＰＡＮＩ−ＤＮＮＳＡ塗布のカーボンナノチューブシートでＩＰＡで洗浄したものの曲線（ライン４０６）が示されている。これらの結果は、ＰＡＮＩ−ＤＮＮＳＡが塗布されたカーボンナノチューブシートでできた材料の直線的なオーム応答を示すとともに、カーボンナノチューブシート単独（９．９Ω／□）（ライン４０６）に対する、ＰＡＮＩ−ＤＮＮＳＡが塗布されたカーボンナノチューブシートでできた材料（５．６Ω／□）（ライン４０４）の大きな（例えば、２倍）導電率増加／抵抗率低下を示している。上述のようにして製造した２１ｃｍ×７．５ｃｍのパネル（ライン４０４）は、抵抗値が１３．８Ωであった。このパネルに加わる電圧が２７．８ボルトＡＣであるため、流れる電流は２．１８Ａ又は６０．６ワット電力（０．３８Ｗ／ｃｍ2又は２．７Ｗ／ｉｎ2）である。また、材料をＩＰＡで洗うと、無洗浄のＰＡＮＩ−カーボンナノチューブ（５．６Ω／□）（ライン４０８）に対して、さらなる導電率増加／抵抗率低下（４．９Ω／□）（ライン４０６）が起こる。第二の２．５ｃｍ×２．５ｃｍのＰＡＮＩ−ＤＮＮＳＡカーボンナノチューブ試料は、ポリカーボネート基材の上に作成した。測定された抵抗値の５Ω／□は、本方法の再現性を示す。総括すると、ＰＡＮＩ−ＤＮＮＳＡがカーボンナノチューブシートに取り込まれることにより、ＰＡＮＩ−ＤＮＮＳＡ又はカーボンナノチューブシート単体に対して電気的及び機械的特性が改善された導電率と柔軟性を持つシステムが得られる。ＰＡＮＩ−ＤＮＮＳＡ−カーボンナノチューブシートを含む材料は、２．７Ｗ／ｉｎ2の発熱を行い、３０秒間で約５１℃〜約６２℃の温度を達成することが示された。また、ＰＡＮＩ−ＤＮＮＳＡ−カーボンナノチューブシート材料を水で洗っても、この材料からＤＮＮＳＡが脱ドープすることはない。実際、湿潤条件への感受性は、航空機用途向け静電除去材料としての既知材料の実用性を阻害していた。
【００８７】
これらの材料を、翼、例えばローターブレード部品及び／又はローターブレード表面に設けることができる。
［比較例：ＰＡＮＩ−カーボンナノチューブ−ＨＣｌ］
【００８８】
ＰＡＮＩ−カーボンナノチューブ−ＨＣｌは、前記カーボンナノチューブシートの存在下で過硫酸アンモニウムを酸化剤として用いて酸性溶液浴（１Ｍ−ＨＣｌ）中でアニリンを反応容器中重合（in situ polymerization）して製造した。シートとアニリンの間の重量比は１：５であり、アニリンモノマーと酸化剤の間のモル比は１：１であった。ＣＮＴ単体のＤＣ導電率は、３４２±３７Ｓ／ｃｍであったが、ＰＡＮＩ−カーボンナノチューブシート−ＨＣｌの導電率は６２１±１０Ｓ／ｃｍであった。この材料を水で洗浄すると材料の電気特性が大きく変わり、このような材料の実用性をさらに低下させた。また、ＨＣｌは、いくつかの硬化温度では揮発性であり、ローターブレード部品の表面で典型的に経験する温度（これは材料の電気特性を大きく変動させる）がこのような材料の実用性を低下させる。
【００８９】
［実施例４：ＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ＋ポリウレタン］
本開示の材料は、炭素同素体材料の上及び／又は中に設けられたいずれか適当な導電性ポリマーを含む。実施例４の材料を表５に示す。成分Ａは、二個以上のヒドロキシル基をもつポリオールである。成分Ｂは、二個以上のイソシアネート基をもつイソシアネートである。成分Ｃは、キシレン及び／又はトルエンで固体含量が約８％にまで稀釈されたＰＡＮＩ／ＤＮＮＳＡである。
【表５】
2018034783.tif 000038
【００９０】
＜実施例４の混合方法＞
ＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ濃縮物をキシレン又はトルエン中で百分率固体含量を約８％にまで稀釈して、成分Ｃを得た。成分Ｃを成分Ａとよく混合して実質的に凝集物又は粒子を含まない均一な溶液として成分Ａ／成分Ｃの混合物を得た。次いで、成分Ｂをこの成分Ａ／成分Ｃの混合物に添加してよく混合した。実施例４のＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ濃縮物はキシレン又はトルエン中で百分率固体含量を約８％にまで稀釈したが、少なくとも一つの態様において、ポリマーが溶媒中に百分率固体含量として約０．１重量％〜約３０重量％、例えば約１重量％〜約１５重量％で存在する。イソシアネートには、アリールイソシアネートと脂肪族のイソシアネート、脂環式イソシアネートが含まれる。少なくとも一つの態様において、イソシアネートが、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、メチレンジフェニルジイソシアネート（ＭＤＩ）、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、及びこれらの混合物を含む。ポリオールには、アリールポリオールと脂肪族ポリオール、脂環式ポリオールが含まれる。少なくとも一つの態様では、ポリオールがＣ１−Ｃ１５のポリオールを含む。少なくとも一つの態様において、成分Ａと成分Ｂが合成されるか、アプテク社（Aptek）（例えばアプテク２１００：Aptek 2100）、ハンツマン・コーポレーション（Huntsman Corporation）（例えば、ハンツマン５７５０：Huntsman 5750）、ＢＡＳＦ、バイエル社（Bayer AG）などから商業的に入手される。
【００９１】
この材料をローターブレード部品の表面に塗布してもよい。この材料を炭素同素体材料上に滴下塗布して、基材表面、例えばローターブレード部品の表面に設けられた第二材料を形成する。これに加えてあるいはこれに代えて、この材料が、炭素同素体材料の上に、フローコーティング、浸漬、吹き付け、ブラシコーティング、スピンコーティング、ロールコーティング、ドクターブレードコーティング、又はこれらを併用して塗布される。塗布の後、この材料を約７０℃で約３〜約４時間加熱して材料を硬化させる。少なくとも一つの態様において、硬化プロセスを早めるためにさらに高い温度が使用できる。
【００９２】
材料を硬化させると、溶媒（トルエン、キシレン等）が蒸発して、溶媒が残した適当な空隙を持つ制御された架橋状態にあるポリマーが得られる。
【００９３】
図５に、可視近赤外領域でのＰＡＮＩ材料の吸収を示す。ライン５０２は、ＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ：ＰＴＳＡを含む材料の吸収を示し、ライン５０４は、ＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡを含む材料の吸収を示す。図５に示すように、約５００ｎｍでの鋭いピーク（ライン５０２とライン５０４のピーク）は、バイポーラロン吸収（bipolaron absorption）に相当し、約１０００〜２５００ｎｍのブロードな吸収は、移動性空孔による赤外吸収の結果である。約５００ｎｍのＰＡＮＩの鋭いピークは、ＤＮＮＳＡカウンターイオン（counterion）をもつポーラロン（polaron）に起因するものである。スペクトルの自由キャリア部分、例えば赤外領域にまで移動するＳ字状の部分は、自由キャリアテール（free carrier tail）と呼ばれ、ポリマーの導電率に関わっている。小さな自由キャリアテール（又は自由キャリアテールの不存在）は、ポリマーが（あるとしても）低い導電率を持つことを示す。図５に示すように、ＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ：ＰＴＳＡを含む材料の自由キャリアテール（ライン５０２）はＰＴＳＡ不存在下でのＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡを含む材料の自由キャリアテール（ライン５０４）より小さい。
【００９４】
ドープされたＰＡＮＩの材料（例えば、ライン５０４）は、赤外ウインドウでの非常にブロードなスペルトル特性、例えばキャリアテールがあることにおいて、溶液のもの（ドープされたＰＡＮＩが不存在下）と異なる。可視領域でのバイポーラロン的な吸収特性は、溶液吸収中のそれと同一の構造物に由来するものであるが、約０．４５ｅＶだけブルーシフトしている。理論に縛られるものではないが、このシフトは、鎖間相互作用、例えば隣接するポリマー鎖の上で発色団ダイポールの平行整列によるＨ型の凝集（これは発光分光法で観察可能である）によるものである。
【００９５】
少なくとも一つの態様において、これらの材料は、翼部品及び／又は翼表面、例えばローターブレード部品及び／又はローターブレード表面に塗布される。
【００９６】
少なくとも一つの態様において、これらの材料は、カーボンナノチューブやグラフェン、フラーレン、ポリカーボネート、これらの組み合わせなどの炭素同素体材料の上に及び／又は中に塗布され、改善された電気的機械的特性を持つ第二材料を形成する。第二材料は、翼部品及び／又は翼表面、例えばローターブレード部品及び／又はローターブレード表面に塗布される。
【００９７】
［実施例５：アクリレートポリマー中のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ］
ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは、水やＤＭＳＯなどの極性溶媒に可溶なポリマー系である。この溶解性のため、エポキシ及び／又はポリウレタンなどの第二ポリマーとともに、水溶性分散液を与える。
【００９８】
実施例５の抵抗値は、約５００Ω／□から始まり、薄さを維持したままで、第三層により約１００Ω／□にまで低下する。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの含有量が少なくてもこの材料は静電除去用途に利用可能である。材料の抵抗値をさらに下げるためにＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの濃度を上げることもできる。少なくとも一つの態様において、材料は、約０．１重量％〜約５０重量％、例えば約１重量％〜約２５重量％、例えば約１重量％〜約１０重量％、例えば約５重量％のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを含む。
【００９９】
図６に、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ材料の抵抗値／厚みを示す。図６に示すように、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの抵抗値（ライン６０２）は暗青色の材料の約７０〜８０Ω／□と低く始まり、厚みが増えると低下して暗青色の材料で約６μｍの厚みにて約２０Ω／□へと減少する。
【０１００】
少なくとも一つの態様において、これらの材料が、翼部品及び／又は翼表面、例えばローターブレード部品及び／又はローターブレード表面に塗布される。
【０１０１】
少なくとも一つの態様において、これらの材料が、カーボンナノチューブ、グラフェン、フラーレン、ポリカーボネート、これらの組み合わせなどの炭素同素体材料の上及び／又は中に設けられ、改善された電気的機械的特性をもつ第二材料を形成する。この第二材料は、翼部品及び／又は翼表面、例えばローターブレード部品及び／又はローターブレード表面に塗布される。
【０１０２】
＜抵抗値低下のための洗浄＞
本開示の材料は、例えば表面へ塗布後で硬化の前又は後に、一つ以上の洗浄剤で洗ってもよい。洗浄剤には、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）やパラトルエンスルホン酸、アセトン、メタノール、これらの塩類、これらの混合物が含まれる。少なくとも一つの態様において、材料が基材に塗布され、一つ以上の洗浄剤を含む溶液中に浸漬される。少なくとも一つの態様において、洗浄は、ローターブレード部品又はローターブレード表面などの基材に塗布された材料の表面への洗浄剤の吹き付けを含む。少なくとも一つの態様において、洗浄剤が約１秒〜約１０分、例えば約３０秒〜約２分の間、材料の表面に噴霧される。少なくとも一つの態様において、洗浄剤が、材料の表面上に、約１ｍＬ〜約２５ｋＬの量、例えば約１００Ｌ〜約１ｋＬの量で噴霧される。少なくとも一つの態様において、ある用途にはより大きな抵抗値をもつ材料が適当であることがあり、したがって洗浄剤による洗浄を省いてもよい。例えば、無洗浄のＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ又はＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ：カーボンナノチューブ塗膜の抵抗値は、特定の用途には十分であり、このＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ又はＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ：カーボンナノチューブ塗膜を無洗浄のまま硬化させることができる。
【０１０３】
ＩＰＡ洗浄は、例えば、過剰のスルホン酸、例えばＤＮＮＳＡのいくらかを除去する。スルホン酸の除去により、材料のポリマー鎖間の接触を増加させ材料の抵抗値の低下を促進する。洗浄剤による洗浄はさらに、その材料のいろいろな溶媒への溶解度を増加させる。この溶解度の増加により、無洗浄の材料と比べるとより少量の溶媒が塗布に使用されるため、材料の基材への塗布が容易となる。塗布に必要な溶媒の量が低下すると硬化時間が短縮され、製造コストが低下する。
【０１０４】
ＥＩＳが、ＰＡＮＩ材料のインピーダンスに対する洗浄剤での洗浄の効果の定量化するために使用された。材料の容量性は、追加的な洗浄（例えば、浸漬）により低下し、ＩＰＡに浸漬した場合が最も低くなり、ＰＴＳＡ／ＰＴＳＡ溶液に浸漬した場合が次に低くなる。エポキシ材料中に導入されたＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡとカーボンナノチューブを含む材料は、洗浄を施すことにより、導電性材料として有望となる。また、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは、（典型的なＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡと比べて）より低い投入量で導入しても、導電性材料を製造することができる。
【０１０５】
［実施例６：ＩＰＡで洗浄したポリウレタン中の４０重量％のＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ］
図７Ａは、ＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ（ポリウレタン中４０％）の抵抗値／材料厚みを示し、図７Ｂは、ＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ（ポリウレタン中４０重量％）をＩＰＡで洗浄した場合の抵抗値／材料厚みを示す。図７Ａに示すように、ＩＰＡで洗浄されていないＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ（ポリウレタン中４０％）を含む材料（ライン７０２と７０４と７０６）の抵抗値は、厚みが約３μｍ〜約５μｍでＭΩ／□である。しかし図７Ｂに示すように、ＩＰＡ洗浄の後のこれらの材料の抵抗値（ライン７０８と７１０と７１２）は、ＩＰＡ洗浄により、厚みが約２μｍ〜約５μｍで実質的にｋΩ／□に低下する。図７Ａと７Ｂに示すように、材料厚みが増加すると、材料の抵抗値（ライン７０２、７０４、７０６、７０８、７１０及び７１２）もまた低下する。
【０１０６】
少なくとも一つの態様において、これらの材料が、翼部品及び／又は翼表面、例えばローターブレード部品及び／又はローターブレード表面に塗布される。
【０１０７】
少なくとも一つの態様において、これらの材料は、カーボンナノチューブやグラフェン、フラーレン、ポリカーボネート、これらの組み合わせなどの炭素同素体材料の上及び／又は中に塗布されて、改善された電気的機械的特性をもつ第二材料を形成する。第二材料は、翼部品及び／又は翼表面、例えばローターブレード部品及び／又はローターブレード表面に配置される。
【０１０８】
［実施例７：いろいろな洗浄剤で洗浄されたＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ］
図８に、未処理のＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ材料（neat PANI:DNNSA material）の、インピーダンス／周波数特性としてプロットしたインピーダンススペクトルのボード線図（Bode plot）を示す。図８用のデータはＥＩＳにより決定した。浸漬処理は、前記洗浄剤への浸漬又は二次ドーパント処理からなり、１０秒間行った。図８に示すように、インピーダンスは、無洗浄のＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ（ライン８０２）とパラトルエンスルホン酸（ＰＴＳＡ）で洗浄したＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ（ライン８０４）が最高であった。ＩＰＡで洗浄したＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ（ライン８０６）は、ライン８０２と８０４の材料と比較して低いインピーダンスをもつ材料を与える。また、ＩＰＡで洗浄し、空気乾燥し、次いでブトキシエタノール中１％のＰＴＳＡ／ＰＴＳＡＭ溶液で洗浄したＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ（ライン８０８）は、ブトキシエタノール中１％のＰＴＳＡ／ＰＴＳＡＭ溶液で洗浄し、空気乾燥し、次いでＩＰＡで洗浄したＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ（ライン８１０）より、また、ライン８０２と８０４と８０６の材料より小さなインピーダンスを与える。
【０１０９】
図８に示すように、ＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ材料で測定された高いインピーダンス（ｙ軸：Ω）は、高いＤＣ抵抗率と同様である。各材料の出発点となる無洗浄の試料（ライン８０２）では、周波数が増加するとインピーダンスが大きく低下する。これは、リーキーキャパシターモデル（leaky capacitor model）に特徴的なものである（高結晶性領域間の高Ｒ領域によりトリクルスルー電流（trickle through current）が制限される）。
【０１１０】
材料インピーダンスのレジスターとリーキーキャパシターとしての作動から真に抵抗システムとしての作動への変化は、この浸漬が、図８に示すように、（孤立したＰＡＮＩ結晶アイランドではなく）より相互結合したポリマーシステムを生成させ、このためにＰＡＮＩの領域間の電子移動に対して、より小さな抵抗を生成させているという観察に一致する。ＰＡＮＩの高導電性領域間の距離収縮は、このため、ＥＩＳデータへのＲｐ値の一致を低下させる。このことは、二次浸漬、例えばＩＰＡの後のＰＴＳＡ浸漬で起こる材料の収縮（厚み）を考えるとこのことがさらに支持される。
【０１１１】
図８に含まれていない一つの試料は、ＤＮＮＳＡのＩＰＡ溶液に浸漬された材料であり、これは非常に低い（約１Ω）またフラットなインピーダンスを持っている。このため、この材料は非常に導電性であり、真に、ＣＰＥ特性を持たない導体として応答する。この材料はその無浸漬前駆体より導電性が高いが、ＥＩＳが示すように、これが実質的に優れているのではない。
【０１１２】
図９は、櫛型電極上に塗布されて洗浄剤で処理されたＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ材料の導電率を示す棒グラフである。図９に示すように、無洗浄のＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ（棒８０２）は、ＩＰＡで洗浄したＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ（棒８０６）や、ＰＴＳＡで洗浄したＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ（棒８０４）、ＩＰＡ次いでＰＴＳＡで洗浄したＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ（棒８０８）、ＰＴＳＡ次いでＩＰＡで洗浄したＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ（棒７１０）、ＤＮＮＳＡとＩＰＡの混合物で洗浄したＰＡＮＩ（棒９０２）、チモール洗浄物（Thymol rinse）（棒９０４）と比べて低い導電率をもつ。
【０１１３】
少なくとも一つの態様において、これらの材料は、翼部品及び／又は翼表面、例えばローターブレード部品及び／又はローターブレード表面に設けられる。
【０１１４】
少なくとも一つの態様において、これらの材料は、カーボンナノチューブやグラフェン、フラーレン、ポリカーボネート、これらの組み合わせなどの炭素同素体材料の上及び／又は中に設けられ、改善された電気的機械的特性を持つ第二材料を形成する。この第二材料は、翼部品及び／又は翼表面、例えばローターブレード部品及び／又はローターブレード表面に設けられる。
【０１１５】
全体として、本開示の材料のインピーダンスと導電率は、材料の表面に洗浄剤を塗布することで望ましいインピーダンスと導電率に一致させられる。
［比較例：ＰＡＮＩＰＯＬとＰＡＮＩＰＬＡＳＴ］
【０１１６】
ＰＡＮＩＰＯＬは、ドデシルベンゼンスルホン酸（ＤＢＳＡ）でドープされた高導電性ポリマー（ＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡとは異なり材料洗浄の前）であり、トルエンに少し可溶で、ポリウレタン塗液中で使用可能である。ＰＡＮＩＰＯＬを含む材料は、トルエンとキシレン中のポリマー分散物から形成できる。これらの分散物のシート抵抗はそれぞれ１２．８と１６．２Ωである。このポリマーは、複数の溶媒、例えばキシレン類やトルエンにほんの少し可溶であり、このため塗布すると基材上に粗い材料を与える。これらの材料の表面粗さは、ＰＡＮＩＰＯＬ材料の「耐空性」を損なうこととなる。これは、これらの材料がクラッキングを受けやすく、下層／基材が化学的損傷やＵＶによる損傷を受けやすくなるためである。図１０に、トルエン溶液の形態で塗布形成したＰＡＮＩＰＯＬ材料の抵抗値（ｋΩ）／アニーリング温度を示す。図１０に示すように、アニーリング温度の上昇で、ＰＡＮＩＰＯＬ材料の抵抗値が上昇する（データポイントを黒ダイアモンド印で示す）。
【０１１７】
ＰＡＮＩＰＯＬの合成に、ＰＡＮＩ：ＤＢＳＡの不溶性絶縁性粉末の単離が含まれていてもよい。あるいは、ＰＡＮＩＰＯＬの合成に、溶液からポリマーを沈殿分離するのでなく、ｐ−キシレンから溶解ポリマーの材料を塗布することが含まれていてもよい。通常これらの材料のシート抵抗値の測定値は、数ｋΩ〜数百ｋΩである。
【０１１８】
上述のＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ合成に類似した２−ブトキシエタノール中での合成試験において、ポリマーが溶液から完全に乾燥させられた（キシレン溶液から沈殿分離するのでなく）。しかしこれらの固体はいろいろな溶媒に不溶であることが分かった。しかしながら、多量のキシレンに再懸濁し濾過により単離すると、この材料は、市販のＰＡＮＩＰＯＬとよく似ており、１４Ωの材料として利用された。
【０１１９】
この合成ＰＡＮＩＰＯＬは、市販のＰＡＮＩＰＯＬより導電率が低いかもしれない。これは、溶液から水中にポリマーを投入すると、臨界量のカウンターイオンとＤＢＳＡが除かれるためである。もう一つの合成は、ポリアニリンベースを作成し、次いでＤＢＳＡで再ドープするように設計された。この合成により、十分に導電性のあるポリマーペーストが得られた。これらの材料の導電率値を表６に示す。
【表６】
2018034783.tif 000039
【０１２０】
市販のＰＡＮＩＰＯＬは、トルエンに少し可溶であり、トルエン中に懸濁させ、溶解ポリマーをデカンテーションで除いて分離できる。この溶液を稀釈し、上述のように新たに懸濁されたＰＡＮＩ：ＤＢＳＡの高稀釈濾過溶液の吸収と比べた。ＰＡＮＩＰＯＬは、新たに合成したＰＡＮＩ：ＤＢＳＡよりも高いエネルギーで吸収する。その吸収ピークはまた、新たに合成したＰＡＮＩ：ＤＢＳＡよりブロードであり、ドーパントの消失を示唆した。単独ドープポーラロン状態は、Ω1ｅＶの低いエネルギー吸収と、ＣＢ−Ω1の状態への光学的に許容される遷移を引き起こし、ダブルドープバイポーラロンは、Ω1’の少し高いエネルギー吸収を持つ。このように、この吸収を考えると、ＰＡＮＩ：ＤＢＳＡフィル（PANI:DBSA fill）での低エネルギー遷移へのブロードニング（broadening）は、バイポーラロン遷移のいくつかの単独ポーラロンへの変換（脱ドープ）であると考えてよい。これは、この材料がＤＢＳＡを失い、これが導電率の差の原因であることを意味するのであろう。
【０１２１】
ＰＡＮＩ：ＤＢＳＡ材料を洗浄してみたが、表７に示すように、ほんの小さな導電率の増加が観測されたのみである。材料の水中での処理は大きな変化を示したが、これもまた、水に可溶なＤＢＳＡの除去によるものと考えられる。
【表７】
2018034783.tif 000040
【０１２２】
ＰＡＮＩＰＯＬと同様に、ＰＡＮＩＰＬＡＳＴは、ポリアニリンとポリアミン／アミドドーパントとを含む材料である。ＰＡＮＩＰＬＡＳＴもまた、エチレングリコールやキシレン、水、メタノールへの溶解度に制限がある。ＰＡＮＩＰＬＡＳＴは、０．２５ミクロンフィルターでは濾過が難しい懸濁液である。ＰＡＮＩＰＬＡＳＴのような塗膜は導電性ではあるが、表面をブラシでこする必要がある。６．４グラムの水中の７．７グラムの懸濁液から形成された塗膜を、４インチ×６インチのパネルに塗布し、７０℃で乾燥させた。このＰＡＮＩＰＬＡＳＴは、約１ｋΩ〜約２．２ｋΩの抵抗値を与えた。
【０１２３】
全体として、この塗布されたＰＡＮＩＰＯＬとＰＡＮＩＰＬＡＳＴ材料の粗さが、これらの材料の「耐空性」を低下させる。これは、これらの材料がクラッキングを受けやすく、このため下層／基材が化学的損傷やＵＶによる損傷を受けやすくなるからである。また、ＰＡＮＩＰＯＬ材料の洗浄は、ほんの少し材料の抵抗値を低下させるだけで、材料の密度を増加させない。
【０１２４】
［実施例８：ポリアニリンをエポキシ中に］
従来の表面塗膜は、下層の表面及び／又は表面塗膜の他成分の混合したポリマーとの親和性に欠ける。例えば、エポキシ樹脂は多くの望ましい物理特性を持つが、それでも多数の求核性化合物、例えばＰＡＮＩなどのアニリンと反応する。望ましくない反応性の結果、副産物の析出及び／又は凝集が起こる。反応性種、例えばポリアニリンを、適合した溶媒へ溶解すると、分散性を改善し、これが、反応性の表面及び／又は反応種と混合されたポリマー、例えばポリウレタンとの望まざる反応を減少させることが明らかとなっている。反応種の溶解は、ローターブレード部品の表面、又はローターブレード部品上に設けられた炭素同素体材料の上及び／又は中に設けられる適合した耐空性のある材料の形成を促進する。このことは、耐空性のための所望の物理特性を持つことに加えて、表面塗膜の周辺の材料との適合性が重要であることを示す。ポリアニリンに適当な溶媒には、キシレン類、トルエン、ベンゼンや、これらの混合物が含まれる。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳに適当な溶媒には、高極性プロトン性溶媒（例えば水）やＤＭＳＯが含まれる。
【０１２５】
例えば、ＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡが、高温硬化型エポキシ樹脂エポキシに混合された。溶液を手で混合し、次いで１０００ｒｐｍのシンキーミキサー（Thinky mixer）に１０分間かけた。ＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡが、可視的に、エポキシ溶液（非常に低粘度の溶液）から析出してきた。溶液を、４−ｐｔ電極（電極間隔が２ｍｍ、長さが６ｍｍ）上に滴下塗布し、１２０℃の大気下で１時間乾燥させた。単純な２点抵抗値測定を行い、材料の厚みを測定して、材料の抵抗率を計算した。図１１に、いろいろな洗浄剤で処理されたエポキシ塗膜中のＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡの抵抗率とエポキシ中の百分率ＰＡＮＩ含有量を示す。図１１に示すように、ＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ：エポキシ材料の抵抗率は、塗布直後の材料（黒丸）からＩＰＡ浸漬材料（白丸）、ＩＰＡ浸漬材料でさらにＰＴＳＡ浸漬したもの（黒四角）、ＩＰＡ洗浄でさらに第二のＩＰＡ洗浄したもの（白四角）と減少する。
【０１２６】
二次処理の前に、ＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ：エポキシ材料は、ポリマー添加量と導電率が関係するという明白な傾向を示さない。ＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ添加量が２０％以下で二次処理がない場合でも、いくつかの静電除去塗膜では、導電性が十分な導電率閾値内に入ることがある。材料をＩＰＡに浸漬すると、これらの材料は、ＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ添加量の増加につれて導電率が増加する傾向を示す。
【０１２７】
また、ＰＴＳＡ浸漬の後で、ＰＡＮＩを含まないエポキシ塗膜で、測定可能な導電率が得られた。これは電気伝導性によるものでなく、イオン伝導性によるものであろう。
【０１２８】
硬化エポキシ塗膜中でＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡは移動可能であるのかもしれない。材料の処理、例えば浸漬により、より高い材料導電率を得ることができる。理論に縛られるものではないが、このＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ：エポキシ塗膜の増大した導電率は、過剰のアニリン、スルホン酸の除去及び／又は塗布材料の微細構造への洗浄剤で誘起された変化によるものかもしれない。
【０１２９】
ポリアニリンのエポキシとの反応性を加減するもう一つの方法は、ポリアニリンをエポキシ表面にゆっくりと添加し、次いで最終の硬化温度に至るまでゆっくりと硬化温度を上げることである。全体としてＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡのエポキシとの反応性は、ピーク硬化温度及び／又は硬化時間によりさらに制御し得る。
【０１３０】
これらの材料は、翼部品及び／又は翼表面、例えばローターブレード部品及び／又はローターブレード表面に設けられる。
【０１３１】
これらの材料は、カーボンナノチューブやグラフェン、フラーレン、ポリカーボネート、これらの組み合わせなどの炭素同素体材料の上及び／又は中に設けられ、改善された電気的機械的特性を持つ第二材料を形成する。この第二材料は、翼部品及び／又は翼表面、例えばローターブレード部品及び／又はローターブレード表面に設けられる。
【０１３２】
［実施例９：ブトバーＢ９０中の熱可塑性樹脂：ＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡとブトバーＢ９０中のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ］
ブトバーＢ９０（Butvar B90）は、下式のように、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）とポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニルを含むトリブロックポリマーで、式中、x、ｙ、ｚは、それぞれ正の整数である。
【化７】
2018034783.tif 000041
【０１３３】
ブトバーＢ９０を熱可塑性塗膜中の基本樹脂として用いてもよく、また熱硬化性材料と混合して熱硬化性樹脂を作ってもよい。実施例９では、ＰＶＢをＰＥＤＯＴ：ＰＳＳとＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡに混合し、表面抵抗（Ω／□）と鉛筆硬度を測定した。多数の試料には、また、ブトバーＢ９０のアルコール基と反応する反応性エポキシ成分（例えば、ＥＰＯＮ１００７−ＣＴ−５５：ジグリシジルエーテルビスフェノールＡ）が添加されており、これが塗膜に強度を与えている。
【０１３４】
ＰＶＢの溶液は、１０重量％のＰＶＢを、事前調製した４０／６０のメタノール／トルエン溶液に溶解して調製した。平底ジャーにテフロンコートした金属撹拌子を加え、そこで溶解するまで室温で１〜３時間攪拌した。
【０１３５】
試料は、ＰＶＢ溶液をフラスコに入れ、ＥＰＯＮ又はＨ3ＰＯ4をいくらか加え、シンキーミキサー又はボルテックスミキサー（vortexer）で混合し、３０分間静置して調製した。特定の添加量のＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡを添加し、試料をボルテックス混合した。次いで、この塗液をガラススライド上に小さな塗料ブラシで塗布して試料を作成した。
【０１３６】
初期の組成はＰＥＤＯＴ：ＰＳＳで始めた。これらはすべて非常に高い抵抗値を示す塗膜であった。このＢ９０／ＥＰＯＮ／界面活性剤混合物にＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡを２０重量％の量で添加すると、抵抗値は３．３ＭΩとなった。続く試験で他の材料も試験した。試験した材料を、下表８に示す。
【表８】
2018034783.tif 000042
【０１３７】
したがって本開示の材料の硬度は、一つ以上の材料にポリビニルブチラールを含めることで調製でき、材料硬度の増加により材料の例えば表面塗膜の「耐空性」を少なくとも部分的に改善することができる。少なくとも一つの態様では、本開示の材料は、約２５重量％のＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡと約７５重量％のポリビニルブチラール、例えばブトバーＢ９０とを含む。少なくとも一つの態様では、本開示の材料は、ポリビニルブチラール中に約６％のＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡを含み、ＥＰＯＮ又はリン酸を含まない。
【０１３８】
これらの材料は、翼部品及び／又は翼表面、例えばローターブレード部品及び／又はローターブレード表面に塗布される。
【０１３９】
これらの材料は、カーボンナノチューブやグラフェン、フラーレン、ポリカーボネート、これらの組み合わせなどの炭素同素体材料の上及び／又は中に設けられ、改善された電気的機械的特性を持つ第二材料を形成する。第二材料は、翼部品及び／又は翼表面、例えばローターブレード部品及び／又はローターブレード表面に塗布される。
【０１４０】
［実施例１０：ゾル−ゲル中のポリエチレンジオキシチオフェン：ポリスチレンスルホネート（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）］
ＰＥＤＯＴは、高い固有導電率を持つ導電性ポリマーである。これは、有機薄膜太陽電池中の電子選択的輸送材料として使用可能であり、静電気拡散性塗膜中で使用可能である。実施例１０には、市販のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを、例えばアルクラッド表面（Alclad surfaces）用の接着促進前処理剤であるグリシジル−Ｓｉ−Ｚｒ−含有ゾルゲル（glycidyl-Si-Zr-containing solgel）であるボーゲル（Boegel）に加えた。
【０１４１】
ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを添加し、ボルテックスミキサーで混合して、このゾルゲルの新たに混合調製した溶液とした。高添加量のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳのいくつかでは、このゾルゲルが速やかにゲル化したことから、このゾルゲルのエポキシ基と導電性ポリマーの間の反応が示唆される。
【０１４２】
図１２は、材料中に異なる量のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを含むＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ材料の抵抗率を示す。図１２に示すように、エポキシ系材料の抵抗率（黒丸）は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの量が増加すると急激に低下する。ゾル−ゲル系材料（ボーゲル）の抵抗率（白丸）も、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ含量の増加とともに減少するが、その程度は、エポキシ系材料ほどシャープではない。
【０１４３】
このデータ中にいくつかの傾向が認められる。（１）ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを含むエポキシは、ずっと小さな添加量閾値において測定可能な導電率を示す（１６％未満のＩＰＮを示す）。（２）純粋なＰＥＤＯＴの導電率は、１００Ｓ／ｃｍ近くである。（３）ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ試料は、二次処理（例えば、ＩＰＡ洗浄）を必要とせず、導電性塗膜の形成に必要な添加量がずっと小さくなる。
【０１４４】
これらの材料は、翼部品及び／又は翼表面、例えばローターブレード部品及び／又はローターブレード表面に塗布される。
【０１４５】
これらの材料は、カーボンナノチューブやグラフェン、フラーレン、ポリカーボネート、これらの組み合わせなどの炭素同素体材料の上及び／又は中に設けられ、改善された電気的機械的特性を持つ第二材料を形成する。第二材料は、翼部品及び／又は翼表面、例えばローターブレード部品及び／又はローターブレード表面に塗布される。
【０１４６】
＜エポキシ中の界面活性剤とＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ＞
高温硬化型エポキシ樹脂を用いて、多数の市販の分散剤のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを分散させる効力を試験した。ルーブリゾール社（Lubrizol）製ソルプラスＲ７００（Solplus R700）分散剤を含むエポキシ中の添加量レベルが０．１％〜２．０％であるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの試料と分散剤を含まない試料との比較を行った。全ての試料中のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳに相分離が認められたが、ソルプラス含有試料は、粒子凝集が非常に減少した。ソルプラスＲ７００を含む試料は、特に低添加量レベルで反応性が低い。
【０１４７】
＜ある一つのＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ添加量レベル（１．０％）の分散剤の比較＞
比較対象の分散剤は、全てルーブリゾール社のものであり、ソルプラスＲ７００とＲ７１０とＤＰ７００である。試料は上述のようにして調製した（実施例８）。Ｒ７００とＲ７１０を含む試料は、最良のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ分散性（目視）を示し、Ｒ７１０は、最も低い抵抗値（６．７３ＭΩ／□）を示した。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ水溶液では、Ｒ７１０は有機相塗膜樹脂中にポリマーを分散させるのに充分であった。
【０１４８】
塗布直後の材料としてより高い導電率を与えるポリマーブレンドも検討した：エポキシ中のＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ−ＰＴＳＡ。これらの試料は、添加量レベルが０．０２〜０．２％で調製されたが、いずれも測定可能な抵抗値を持たなかった。
【０１４９】
これらの材料は、翼部品及び／又は翼表面、例えばローターブレード部品及び／又はローターブレード表面に塗布される。
【０１５０】
これらの材料は、カーボンナノチューブやグラフェン、フラーレン、ポリカーボネート、これらの組み合わせなどの炭素同素体材料の上及び／又は中に設けられ、改善された電気的機械的特性を持つ第二材料を形成する。第二材料は、翼部品及び／又は翼表面、例えばローターブレード部品及び／又はローターブレード表面に設けられる。
【０１５１】
＜多層スタック＞
本開示の態様には、基材上に複数の層として形成されて多層スタックを形成する材料が含まれる。少なくとも一つの態様において、多層スタックは、同一材料で同一厚みの単層と比べて、全体として低い電気抵抗値を与える。多層スタックはまた、例えばローターブレード部品の塗膜／表面に全体としてより大きな強度を与える。
【０１５２】
多層スタックは、一枚以上のポリマー層を含むことができ、各層は独立して、ＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡ、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、ポリウレタン、アクリレート、ポリビニルブチラール、及びこれらの混合物から選ばれる。この一枚以上の層は、スルホン酸、例えばＤＮＮＳＡを含む。この一枚以上の層は、炭素同素体材料、例えばカーボンナノチューブやグラフェン、フラーレン、ポリカーボネート、これらの組み合わせを含む。
【０１５３】
多層スタックはまた、下に詳述するように、加熱層として、例えば除氷のための加熱層として使用するための一枚以上の導電層を与える。少なくとも一つの態様において、多層スタックは、導電層の上に設けられた外部保護層を含む。本開示において、「外部」層は、この外部層の上に他の層が設けられていない層であり、外部環境に直接露出されている層である。
【０１５４】
［実施例１１：多層スタック］
実施例１１は、四層の多層スタックであり、各層は、各層塗布後にＩＰＡで洗浄されたＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡである。各々の塗布と洗浄後の多層スタックの厚みと表面抵抗値を、下表９に示す。ＩＰＡ処理された試料では、１００Ω／□より小さな抵抗値が達成された。
【表９】
2018034783.tif 000043
【０１５５】
少なくとも一つの態様において、これらの一枚以上の層が、炭素同素体材料、例えばカーボンナノチューブやグラフェン、フラーレン、ポリカーボネート、又はこれらの組み合わせを含む。少なくとも一つの態様において、多層スタックが、翼部品及び／又は翼表面、例えばローターブレード表面及び／又はローターブレード部品に設けられる。
【０１５６】
＜材料の用途＞
本開示の材料の用途の非限定例には、熱可塑性材料としての用途及び／又はプリプレグ材料の成分としての用途が含まれる。プリプレグ材料用途では、本開示の材料が、グラファイトやガラス繊維、ナイロン、ケブラー（登録商標）等の材料（例えば、他のアラミドポリマー）、ポリエチレン等からなる繊維材料の上及び／又は中に設けられてもよい。プリプレグ材料は、ローターブレード部品上に設けられてもよい。
【０１５７】
本開示の材料を、炭素同素体材料の上に設けて、ローターブレード部品の表面及び／又はローターブレード表面などの基材に第二材料を形成してもよい。また、フローコーティングやスプレーコーティング、スピンコーティングでの加工は、典型的なヒーターの使用が難しい複雑なブレードチップ形状への材料利用を可能とする。
【０１５８】
限定的ではないが、塗布には、フローコーティング、浸漬、吹き付け、ブラシコーティング、スピンコーティング、ロールコーティング、ドクターブレードコーティング、及びこれらの併用が含まれる。本開示の材料を塗布して、ローターブレード部品の表面及び／又はローターブレード表面などの基材に、例えば約０．１μｍ〜約２０μｍ、例えば約１μｍ〜約１０μｍ、例えば約１μｍ〜約８μｍ、例えば約２μｍ〜約６μｍの範囲の厚みの層を形成する。材料の厚みは、塗布材料の導電率や抵抗値が調整に利用される。材料の厚みは、また、材料や最終の塗膜基板の「耐空」性能（例えば、雨による浸食や砂や雹による傷害への耐性）をさらに調整するのに利用できる。
【０１５９】
材料を基材に塗布した後、この材料を、例えば溶媒を揮散させるため、いずれか適当な温度で硬化させる。硬化は、いずれか適当な硬化装置を用いて実施できる。硬化のためには、材料の温度を徐々にピーク硬化温度にまで上げ、そのピーク硬化温度である期間維持する。ピーク硬化温度は、略室温〜約２００℃であり、例えば約７０℃〜約１５０℃であってよい。材料は、約１秒〜約４８時間、例えば約１分〜約１０時間の間、硬化させてよい。
【０１６０】
＜吹き付けによる翼部品及び／又は翼表面上への材料の塗布＞
一つ以上のポリマー類及び／又は炭素同素体材料を適当な溶媒（例えば、キシレン類、トルエン、水等）と混合し、翼、例えばローターブレード部品及び／又はローターブレード表面に十分な層厚となるまで噴霧して望ましい表面の抵抗を得る。この溶媒を、次いで室温（又はより高温）で蒸発させ、硬化した材料層をローターブレード部品の表面及び／又はローターブレード表面に形成する。
【０１６１】
＜スピンコーティングによる翼部品及び／又は翼表面上への材料の塗布＞
材料の厚みは、塗布材料の導電率や抵抗値を精密に調整するのに利用することができ、そのために、例えば、ＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡシートを翼などの基材、例えばローターブレード部品及び／又はローターブレード表面に異なるチャック回転数（chuck rotations）でスピンコートする。図１３に、スピン速度と材料厚みとを示す。図１３に示すように、未処理の材料（黒丸）は、塗布スピン速度に大きく依存する。面白いことに、最終材料の厚みの差異は、材料を処理（洗浄剤に浸漬）すると低減する（白丸）。少なくとも一つの態様では、本開示の材料は、約１００ｒｐｍ〜約４，０００ｒｐｍ、例えば約１，０００ｒｐｍ〜約３，０００ｒｐｍのスピン速度にてスピンコーティングにより塗布される。少なくとも一つの態様において、材料は炭素同素体材料製である。
【０１６２】
図１４に、基材上に塗布した直後のＰＡＮＩ：ＤＮＮＳＡフィルムの導電率と厚みを示す。導電率はまた、測定寸法に合わせたスクエア抵抗値として測定される。図１４に示すように、導電率は、直線的な傾向をもち、塗布材料の厚みの増加とともに上昇する（データ点は黒ダイアモンド印で表示）。また、洗浄剤で処理した（例えば、ＩＰＡ洗浄）した試料での導電率と厚みの間の相関の欠如も観測された（図１４に図示せず）。少なくとも一つの態様において、材料は炭素同素体材料製である。少なくとも一つの態様では、これらの材料は炭素同素体材料にスピンコーティングで塗布される。
【０１６３】
＜除氷＞
翼部品及び／又は翼表面、例えばローターブレード部品及び／又はローターブレード表面に一つ以上の本開示の材料を塗布し、硬化させ、さらにローターブレード部品などの追加の翼部品（存在する場合）とともに組み立てて翼を形成した後、例えば過酷な気候条件の結果として一つ以上の翼部品上に氷が堆積する場合、この翼を「除氷」することができる。本開示の材料は導電性であるため、この材料を含む表面（又はこの材料の近傍の表面）に電圧をかけると、翼、例えばローターブレードの外表面の温度上昇が起こり、外表面に堆積した氷の一部が溶融する。少なくとも一つの態様において、この導電性材料層は電極である。これに加えてあるいはこれに代えて、この導電性材料層に電極が取り付けられる。少なくとも一つの態様において、本開示の一つ以上の材料を含んでいる翼部品の表面及び／又は翼表面、例えばローターブレードの表面に電圧が印加される。翼表面に印加された電圧は、表面に堆積した氷を完全に融解させる。少なくとも一つの態様において、電圧が、本開示の一つ以上の材料を含んでいる翼、例えばローターブレードの表面に印加され、表面に堆積した氷の部分的な融解をもたらし、その結果、部分的に融解した堆積氷が翼から滑り落ちる。
【０１６４】
少なくとも一つの態様において、除氷は、本開示の一つ以上の材料を含んでいる翼部品及び／又は翼表面、例えばローターブレード部品及び／又はローターブレード表面にいずれか適当なＡＣ／ＤＣ電圧発生機を接触させて前記一つ以上の材料に電圧を与える。交流電圧発生機を、例えば本開示の一つ以上の材料（抵抗体として）を含む翼の表面に接触させると、少なくともその表面が抵抗加熱して、翼部品の一枚以上の層が抵抗加熱することになる。少なくとも一つの態様において、除氷は、航空機の発電部品により、一つ以上の本開示の材料を含む翼、例えばローターブレードの表面に電圧を印加することを含む。例えば、航空機エンジン、例えば回転翼エンジンを作動モードにスイッチし、このエンジンにより与えられるＡＣ電力が翼表面に伝搬し、翼部品の一つ以上の表面／航空機の表面を除氷する。これらの態様は、航空機に固有の除氷機能を与え、翼部品／表面に外部電圧発生機を取り付ける必要がなくなる。
【０１６５】
少なくとも一つの態様において、方法が、約１０ヘルツ〜約２０００ヘルツ、例えば約２００ヘルツ〜約６００ヘルツ、例えば約４００ヘルツの交流電圧を表面に印加することを含む。少なくとも一つの態様では、方法が、１０ボルト〜約２０００ボルト、例えば約１００ボルト〜約４００ボルト、例えば約２００ボルトの交流電圧を表面に与えることを含む。方法は、交流電圧を一台以上の変圧器で調整することを含む。方法は、交流電圧を一台以上の整流器で直流電圧に変換することを含む。方法は、一台以上の発振器で直流電圧を交流電圧に変換することを含む。
【０１６６】
＜レドーム等の静電気放電＞
航空機中では、航空機の機首の背後にレーダーが存在する。機首は、しばしば、プレシピテーションスタチック（precipitation static）（Ｐスタチック：P-static）と呼ばれるある種の静電気を蓄積させ、これが、レーダーに静電干渉を引き起こし、またブラシ放電現象を起こして航空機の外表面上の塗膜にダメージを与える。レーダーへの静電干渉の結果、航空機と地上の管制塔との間の通信への障害や空中の他の航空機の検出の障害が起こる。Ｐスタチックはまた、航空機の他の部品、例えばアンテナなどの部品に静電干渉を引き起こす。また、静電荷は、しばしば、航空機の燃料タンク内部に蓄積して燃料タンクの機能に悪影響を与えることがある。
【０１６７】
航空機が戦闘用ジェット機の場合、例えば、この戦闘ジェット機のキャノピー（canopy）が、しばしば静電荷を蓄積し、レーダーやアンテナに静電干渉を引き起こす。
【０１６８】
一つ以上の本開示の材料を翼部品／表面に塗布（必要なら硬化）すると、この一つ以上の材料が、静電気（例えば、ローターブレード及び／又は他の航空機部品上の静電気）を、例えば航空機のある位置、例えば航空機機首に蓄積したＰ−スタチックを静電気的に放散させる。この静電気の放電により、航空機レーダーへの静電干渉が減少あるいは消失し、またブラシ放電現象が減少あるいは消失し、結果として航空機の外表面上の塗膜のダメージが減少又は消失する。本開示の材料はさらに、航空機の他の部品、例えばアンテナなどの部品への静電干渉を減少あるいは消失させる。
【０１６９】
＜耐空性＞
従来の塗膜は、蓄積電荷を放散できないことや表面の除氷ができないことに加えて、「耐空性」があるとはいえない。例えば、ローターブレードの表面上の従来の表面塗膜では、雨による侵食、紫外光耐性、高温耐性、低温耐性、砂や雹によるダメージへの耐性などの耐久性パラメーターに関する性能が、不十分である。本開示の材料は「耐空性」があり、耐空性の一つ以上のパラメーターにおいて（従来の塗膜と比べて）改善されており、例えば雨による侵食や紫外光耐性、高温耐性、低温耐性、砂や雹によるダメージへの耐性、改善された柔軟性、改善された視認性において向上している。
【０１７０】
全体として、本開示の材料は、低抵抗値／高導電率の薄い材料層を与え、翼、例えばローターブレード用の除氷材料としての用途に利用可能な材料を提供する。これらの堅牢な材料は、例えば、ローターブレード内で、ローターブレード外表面により近くにヒーターを設置できるようにする。少なくとも一つの態様では、ヒーターがローターブレードの内部に存在しない。ヒーターと外表面の間の距離が減少すると、ヒーターの電力需要量も減少する。電力需要量が減少すると、ローターブレードの部品や材料の疲労寿命が増加する。実際、少なくとも一種の態様では、ヒーターを積層材の典型的な位置から表面に移動させることで、この局所的な電力量の減少は最大で約４０％となる。これにより、翼桁積層材の温度が大きく低下し、（例えば、高温、例えば３５０°Ｆでの）翼の硬化が必ずしも必要でなくなり、翼の製造、例えばローターブレードの製造上また飛行上の許容誤差を改善する。電力需要量を低下させることに加えて、本開示の材料が典型的なヒーターよりブレード中の外部モールドラインにより近い位置にあることは、材料の補修／メンテナンスを容易にさせる。侵食防止層を除いて材料を露出させることもできる。この材料の化学組成は、新たな材料を、例えば翼桁上に塗布（印刷／噴霧）可能とし、このため除氷機能を再生させることが可能となる。
【０１７１】
本開示の材料はさらに、所望の熱分布を与える特殊仕立ての導電率を与える。本開示の材料により、また、耐摩耗性材料層などのより耐久性の高い塗膜／材料の省略又は置換が可能となる。また、翼桁上に塗布された従来の材料は、例えば、厚みが数ミリインチもあり、これが材料の、例えば侵食防止層への結合性を低下させることがある。少なくとも一つの態様では、本開示の材料は、翼桁の上又は中に塗布された従来の材料より薄く、従来の除氷ヒーターとは異なり、ブレード翼桁の下に設置する必要がない。
【０１７２】
また、塗膜の一つ以上の所望の物理特性、例えば導電率を向上させるために従来の塗膜を他の化学物質と混合する場合、この塗膜は、しばしばこの他の化学物質と相溶性がよくなく、塗膜に添加された他の化学物質の望ましい物理特性を阻害するものであった。従来の塗膜はまた、下層の表面／塗膜と親和性が悪く、塗膜−塗膜界面で接着の劣化を引き起こしていた。前述の用途や利点に加えて、本開示の材料や方法は、静電気放電性で耐空性の材料を制御下での形成を可能にする。
【０１７３】
本開示の材料や方法は、少なくとも部分的には過剰スルホン酸の除去や材料の高密度化とこの結果としての電気的濾過のために、低抵抗材料（いろいろな洗浄剤で洗浄されたもの）を与える。ＤＮＮＳＡを用いた結果とは反対に、材料の塗布の前に過剰のＤＢＳＡを除去すると、高抵抗の材料が得られる。
【０１７４】
ＰＡＮＩとＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは、ローターブレード部品上に塗布される材料中に配合可能な導電性ポリマーとして有望である。ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）を含む本開示の材料は、堅牢で、作業性がよく、目的の静電除去抵抗値を満たし、塗布しやすい。
【０１７５】
また、従来のイオン系塗膜と比べると、本開示の材料や方法では、経時的な界面活性剤の溶出が低下する。これは部分的には、本開示の材料中の界面活性剤の量が、従来のイオン系塗膜と比べて少ないからである。また、本開示のスルホン酸は、従来のイオン系塗膜の従来の界面活性剤より、材料から溶出する量がより少ない。
【０１７６】
本開示の材料はまた、湿った環境での利用可能性や高温での利用可能性、既知の材料と比べて改善された電気特性や機械特性（例えば、改善された柔軟性）を与える。
【０１７７】
本開示のいろいろな態様を、説明を目的として記述してきたが、これらは網羅的なものではなく、ここに開示の態様に限定されるのではない。当業界の通常の能力を持つ人には、記載の態様の範囲から離れることなく多くの変更や改変が可能であることは明らかである。本明細書で使用した用語は、実施形態の原理や市場で認められる実用的な用途や技術改良を最もよく説明できるように選ばれており、あるいは通常の技術知識を持つ人が本明細書に開示の態様を理解できるように選ばれている。
【０１７８】
本開示において、「炭素同素体材料」は、二つ以上の異なる三次元分子配置、例えばナノチューブ状、平面状、又は球状の三次元分子配置を持つことのできる炭素からなる材料を含む。
【０１７９】
本開示において、「シート材料」は、実質的に平面状な広がりを持つ炭素同素体材料を含む。
【０１８０】
本開示において、用語「材料」は、限定されることなく、表面、例えばローターブレード部品の表面に塗布可能な混合物や反応生成物、フィルム／層、例えば薄膜を含む。
【０１８１】
本開示において、「無置換体」とは、置換基を持つことが可能である分子で、各位置に水素原子を持っている分子である。
【０１８２】
本開示において、「置換体」は、炭素原子又は窒素原子に結合した水素以外の置換基を持つ分子である。
【０１８３】
本開示において、「層」は、表面を少なくとも部分的に覆う厚みを持つ材料である。
【０１８４】
他の態様を、以下の付記に記載する：
【０１８５】
付記１．第一表面を有する基部と、
第一表面を有するとともに、第一端にて前記基部と結合した中間部と、
第一表面を有するとともに、第一端にて前記中間部の第二端と結合した先端部と、
前記基部の第一表面、前記中間部の第一表面、及び前記先端部の第一表面の少なくとも一つに隣接する導電性材料層を含む複合材料翼であって、該導電性材料層が、炭素同素体材料と、導電性ポリマーと、スルホン酸と、を含む複合材料翼。
【０１８６】
付記２．前記導電性材料層が前記中間部の第一表面と隣接し、前記中間部の第一表面が翼桁の表面である、付記１の翼。
【０１８７】
付記３．前記導電性材料が電極である、付記１又は２の翼。
【０１８８】
付記４．付記１の導電性材料層につけられた電極。
【０１８９】
付記５．前記導電性材料層に隣接して耐摩耗性材料層をさらに含む、付記１〜４のいずれか一つの翼。
【０１９０】
付記６．前記耐摩耗性材料層がニッケル、チタン、又はこれらの混合物を含む、付記５の翼。
【０１９１】
付記７．前記炭素同素体材料が、多層カーボンナノチューブ、単層カーボンナノチューブ、グラフェン、ポリカーボネート、フラーレン、又はこれらの組み合わせを含む、付記１〜６のいずれか一つの翼。
【０１９２】
付記８．前記導電性材料のΩ／□値が、前記炭素同素体材料のΩ／□値より約１．２倍〜約２０倍大きい、付記１〜７のいずれか一つの翼。
【０１９３】
付記９．前記スルホン酸が、ナフチルスルホン酸、アントラセニルスルホン酸、ピレニルスルホン酸、又はこれらの混合物を含む、付記１〜８のいずれか一つの翼。
【０１９４】
付記１０．前記ポリマーが、ポリアニリン、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）、ポリ（スチレンスルホネート）、又はこれらの混合物を含む、付記１〜９のいずれか一つの翼。
【０１９５】
付記１１．第二ポリマーをさらに含む、付記１の翼。
【０１９６】
付記１２．前記第二ポリマーが、ポリウレタン、ポリビニルブチラール、ポリアクリレート、エポキシ、グリシジル−Ｓｉ−Ｚｒ−含有ゾルゲル、ポリエステル、フェノキシ樹脂、ポリスルフィド、又はこれらの混合物を含む、付記１１の翼。
【０１９７】
付記１３．前記第二ポリマーがポリウレタン又はポリビニルブチラールである、付記１２の翼。
【０１９８】
付記１４．前記導電性材料層の厚みが約０．１μｍ〜約１０μｍであり、抵抗率が約１ｅ＋４Ω／□〜約１ｅ＋８Ω／□である付記１〜１３のいずれか一つの翼。
【０１９９】
付記１５．前記ポリマーが、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）とポリ（スチレンスルホネート）の混合物であり、該混合物が前記導電性材料層の約１重量％〜約５０重量％である付記１〜１４のいずれか一つの翼。
【０２００】
付記１６．複合材料翼上に配置された導電性材料の形成方法であって、第一ポリマーと第二ポリマーを混合して第一材料を形成し、第一材料を翼に塗布し、該第一材料を硬化させることを含む、方法。
【０２０１】
付記１７．前記第一材料を洗浄剤で洗浄することをさらに含む、付記１６の方法。
【０２０２】
付記１８．前記洗浄剤が、イソプロピルアルコール、パラトルエンスルホン酸、アセトン、メタノール、これらの水和物、これらの溶媒和物、又はこれらの混合物を含む、付記１７の方法。
【０２０３】
付記１９．洗浄が、約１秒〜約１０分の間、第一材料の表面上に前記洗浄剤を吹き付けることを含む、付記１７又は１８の方法。
【０２０４】
付記２０．前記洗浄剤がパラトルエンスルホン酸であり、ブトキシエタノール中１重量％のパラトルエンスルホン酸の混合物である、付記１７〜１９のいずれか一つの方法。
【０２０５】
付記２１．前記第一ポリマーを前記第二ポリマーと混合する前に前記第一ポリマーを溶媒に溶解することをさらに含み、該溶媒が、キシレン、ベンゼン、トルエン、ジメチルスルホキシド、水、又はこれらの混合物を含む、付記１７〜２０のいずれか一つの方法。
【０２０６】
付記２２．前記第一材料が、約０．１μｍ〜約１０μｍの厚みに塗布される、付記１７〜２１のいずれか一つの方法。
【０２０７】
付記２３．硬化が、前記材料の温度を、略室温〜約２００℃のピーク硬化温度に上げることを含む、付記１７〜２２のいずれか一つの方法。
【０２０８】
付記２４．翼上への前記第一材料の塗布が、翼表面に前記第一材料を約１００ｒｐｍ〜約４，０００ｒｐｍの速度でスピンコーティングすることを含む、付記１７〜２３のいずれか一つの方法。
【０２０９】
これまで本開示の態様を説明してきたが、その基本的な範囲から離れることなく本開示の他のさらなる態様を考案することが可能である。また、以上の説明は、航空字宙産業に利用されるポリマーや材料、方法に向けられているが、本開示の態様は、航空機とは無関係の他の用途、例えば自動車産業や海洋産業、エネルギー産業、ウインドタービン等の用途にも向けることができる。
【図１Ａ】
2018034783.tif 000044
【図１Ｂ】
2018034783.tif 000045
【図１Ｃ】
2018034783.tif 000046
【図２】
2018034783.tif 000047
【図３】
2018034783.tif 000048
【図４】
2018034783.tif 000049
【図５】
2018034783.tif 000050
【図６】
2018034783.tif 000051
【図７Ａ】
2018034783.tif 000052
【図７Ｂ】
2018034783.tif 000053
【図８】
2018034783.tif 000054
【図９】
2018034783.tif 000055
【図１０】
2018034783.tif 000056
【図１１】
2018034783.tif 000057
【図１２】
2018034783.tif 000058
【図１３】
2018034783.tif 000059
【図１４】
2018034783.tif 000060
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月6日(2017.11.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
【化１ａ】
2018034783.tif 000061
【化１ｂ】
2018034783.tif 000062
【化１ｃ】
2018034783.tif 000063
【化１ｄ】
2018034783.tif 000064
【化１ｅ】
2018034783.tif 000065
【化１ｆ】
2018034783.tif 000066
【化１ｇ】
2018034783.tif 000067
【化１ｈ】
2018034783.tif 000068
【化１ｉ】
2018034783.tif 000069
【化１ｊ】
2018034783.tif 000070
【化１ｋ】
2018034783.tif 000071
【化１ｌ】
2018034783.tif 000072
【化１ｍ】
2018034783.tif 000073
【化１ｎ】
2018034783.tif 000074
【化１ｏ】
2018034783.tif 000075
【化１ｐ】
2018034783.tif 000076
【化１ｑ】
2018034783.tif 000077
【化１ｒ】
2018034783.tif 000078
【化１ｓ】
2018034783.tif 000079
【化１ｔ】
2018034783.tif 000080
【外国語明細書】
2018034783000001.pdf
2018034783000002.pdf
2018034783000003.pdf
2018034783000004.pdf