(57)【要約】  基材に落雷保護組成物を供することを含む落雷から基材を保護する方法が提供される。落雷保護組成物は、有機化合物の硬化中に、（連続又は半連続）ポリマーリッチドメインに位置する金属の連続的三次元網からなる不均一構造に自己組織化可能な、反応性有機化合物と伝導性フィラーを含有する。得られる組成物は非常に高い熱及び電気伝導性を有している。【特許請求の範囲】
【請求項１】
落雷から基材を保護するための方法であって、基材を提供し、該基材に落雷保護組成物を供することを含み、ここで、落雷保護剤は、自己組織化して硬化プロセス中に伝導性経路を形成可能な充填硬化性材料を含有する方法。
【請求項２】
硬化性材料が硬化性有機化合物及びフィラーを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
フィラー及び有機化合物が該有機化合物の硬化中に相互作用を示し、該相互作用によりフィラーが伝導性経路に自己組織化せしめられる請求項２に記載の方法。
【請求項４】
組成物が硬化され、それによって貫通する伝導性経路を生じる請求項１に記載の方法。
【請求項５】
硬化された自己組織化組成物の伝導性が、等量の伝導性フィラーを有する硬化された非自己組織化組成物の伝導性の１００倍より多い請求項４に記載の方法。
【請求項６】
硬化性有機化合物が、ビスフェノールＦのジグリシジルエーテルを含む請求項２に記載の方法。
【請求項７】
硬化性有機化合物が更に硬化剤を含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
硬化剤が、無水フタル酸及びジエチレントリアミン間の反応に基づくポリアミン無水物付加物を含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
フィラーが銀を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
フィラーが非極性塗料を更に含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
塗料がステアリン酸を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
材料を硬化させるために組成物を加熱する工程を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
フィラー粒子を焼結して焼結伝導性自己組織化経路を形成する請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
組成物が基材に噴霧される請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
組成物が、基材に適用される場合にＢステージ膜を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
基材が輸送体を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
輸送媒体が航空機を含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
落雷保護組成物が、プリプレグ基材を更に含む積層構造に組み込まれる請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
積層構造が更なるプレフォーム伝導性マトリックスを更に含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
プレフォーム伝導性マトリックスがエキスパンドメタル箔を含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
自己組織化材料が少なくとも一つの電気装置のためのアース経路を更に提供する請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
落雷保護組成物が、１ＭＨｚと２０ＧＨｚの間の周波数を有する電磁放射線の遮蔽を更に提供し、ここで、該遮蔽は少なくとも２０デシベルの電磁放射を減じる請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
組成物が４０体積パーセント未満の伝導性フィラーを含む請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
組成物が１５体積パーセント未満の伝導性フィラーを含む請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
基材に落雷保護組成物を供する工程が、
少なくとも一つの非連続的伝導性経路を含む落雷保護システムの損傷部位を特定する工程；
損傷部位に組成物を付着させる工程；及び
付着させた組成物を硬化させて、損傷部位に少なくとも一つの伝導性経路を完成させる少なくとも一つの自己組織化伝導性経路を提供する工程
を具備する請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
損傷した落雷保護システムが、伝導性エキスパンドメタル箔、金属網、炭素−金属繊維共織物、金属化炭素、又は充填伝導性ポリマーの少なくとも一つを含む請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
損傷した落雷保護システムが、自己組織化して硬化プロセス中に伝導性経路を形成可能な硬化性材料を含む請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
落雷保護（ＬＳＰ）複合材の非破壊試験方法において、
落雷保護を提供可能な伝導性組成物を提供すること；
組成物の電気特性を測定すること；及び
組成物の測定した電気特性を組成物の過去に劣化したサンプルの導電率と同一とみなして複合材の劣化度を決定する工程
を含む方法。
【請求項２９】
組成物が、自己組織化して硬化プロセス中に伝導性経路を形成可能な硬化性材料を含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
電気特性が電気抵抗率を含む請求項２８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願とのクロスリファレンス）
本願は、その開示を出典明示によりここに援用する「落雷防護のための硬化性伝導性材料」と題された２００９年６月１２日出願の米国仮特許出願第６１／１８６４１５号、及び「電磁波シールド材」と題された２００９年６月１２日出願の米国仮特許出願第６１／１８６４９２号に基づく優先権を主張する。
【０００２】
（技術分野）
本発明は伝導性高分子材料に関する。より詳細には、本発明は落雷保護（ＬＳＰ）のために使用される伝導性組成物に関する。
【背景技術】
【０００３】
強度及び重量の優れた組合わせのため、航空機構造においてアルミニウムに代えて複合材料が益々使用されてきている。これにより、燃料効率が有意に増加し、及び／又は最大積載量がより多くなるが、残念なことに航空機構造は落雷による被害を受けやすくなる。この脆弱性の増大は、炭素繊維強化材料に基づくもののような複合材料の伝導性がアルミニウム金属のものよりも劣ることに原因となっている。当然、材料は伝導性が低いほど、抵抗性加熱メカニズムのため吸収するエネルギーが多くなる。炭素繊維複合材料は、同じ質量のアルミニウムと比較して２０００倍近い落雷からのエネルギー量を吸収しうる。増加した吸収エネルギーは、「直接的」及び「間接的」影響を増大させる。
【０００４】
直接的な影響は、耐力構造への物理的な又は「直接的」被害に関連し、被害の最悪のものは複合材料積層体を貫通する深刻な穿孔である。「間接的」影響は、落雷の莫大な電磁場によって引き起こされる電圧異常に関連する。これらの異常は航空電子機器を破壊し得、これが次に航空機を制御するパイロットの能力を危うくする。間接的な影響は、航空機の制御がフライ・バイ・ワイヤーシステムに益々向かっているので、最近はより心配なこととなっている。筐体、ガスケット、金属箔及び網、接着剤、金属被覆材等々の形態で莫大な量の電磁波妨害（ＥＭＩ）シールド材が電気部品、配線、及び接続をシールドするために使用されているのはこの理由のためである。
【０００５】
上述の影響から複合材料を保護するために、航空機設計者は、複合材構造中に非常に伝導性の外板を一体化させることによって航空機外表面に強い電流を維持することを探求している。かかる落雷保護（ＬＳＰ）外板を製造する数多くの試みがなされ、及び／又は提案されたが、それぞれの成功の度合いは様々である。例えば、銅、アルミニウム、又はブロンズのような金属ベースの金属金網及び金属箔、エキスパンドメタル箔（ＥＭＦ）が表面（又は接着剤）膜に埋め込まれ、下地の複合材プリプレグと共に同時硬化される。あるいは、個々のワイヤーは炭素線維と織り合わされハイブリッドプリプレグとされている。同様に、金属蒸着技術を用いて炭素繊維又は他の強化繊維にその原料の形態又は織り物の形態で被膜がなされている。金属化繊維に加えて、フレーム溶射は使用される別のＬＳＰアプローチ法であり、基材へ溶融金属、典型的にはアルミニウムを付着させることを含む。
【０００６】
更に最近になって、繊維プリプレグ並びに上述の金網、ＥＭＦ、ハイブリッド、及び金属化繊維のｚ導電性の欠如を克服するための試みがなされている；これは、高アスペクト比の導電性フィラー、例えばカーボンナノチューブ（又はナノファイバー）、グラフェン、又はナノストランドを、単独の接着膜として又は炭素繊維又は炭素繊維プリプレグと併せて、樹脂中に導入することを含む。同様に、低アスペクト比粒子又は高アスペクト比粒子とのその組み合わせが同じ目的に対して使用されている。これらのアプローチ法は、濃密に充填された樹脂に対して導電性の増大が更に効率的であるが、それらはＬＳＰ用途に必要とされる最終的な導電性及び通電容量をなお欠いている。他のアプローチ法は非導電性樹脂を本来的に導電性のポリマーで置き換えることによってこの問題を緩和しようとしている。不幸にも、これらの材料及び上述の材料は、限られた落雷保護、かなりの重量増加、製造上の課題、及び／又は基本的な特性、例えば熱及び電気伝導性、通電容量、粘度（又は取り扱い）、及び／又は機械的性質になお問題がある。
【０００７】
文献に述べられている異なったシステムのうち、金属泊、特にＥＭＦに基づくものは最も成功し、実用に供されている。大半の固定及び回転翼航空機においてそれらが存在しているにもかかわらず、ＥＭＦは多くの望ましくない特徴を有している。例えば、ＥＭＦシステムは、限られた範囲の周波数に対して遮蔽性をもたらすことによって限られた「間接的保護」を示す。ＥＭＦシステムは１ＧＨｚ範囲及びそれ以上の周波数の影響を非常に受けやすいことが示されている。このため、航空機設計者はしばしば余分の又はよりロバストなシールド材を航空機に追加し、電気通信の途絶を防ぎ、これが今度はかなりの重量を加えている。
【０００８】
ＥＭＦシステムはまた製造及び修理におけるハンドリングの問題を抱えている。すなわち、ＥＭＦは、供給者又は委託製造先（ＯＥＭ）で、困難で費用がかかりうる接着膜と一体化されなければならない。更に、ＥＭＦは曲面の細工に一致させるのが難しく、粘着性の問題があり、通常の取り扱い及び切削作業中に容易に皺になり損傷する。また接合、スプライシング、及びアース作業中においてパネル間の電気的に完全性を維持するのに問題がある。そのような理由から、ＯＥＭ先はこれらの材料を手作業で取り付けることを強いられており、かなりの労働時間及びコストを生じている。数多くの試みがＥＭＦの取り付け作業を自動化するためになされてきたが、これらの同じ問題に加えて、多くの継ぎ目においてＥＭＦが重なることによる重量ペナルティのために殆ど成功していない。ハンドリングに加えて、アルミニウム及び銅に基づく金属金網は、金属と下地の炭素の間のガルバニ電位の差のため腐食を受けやすい。この問題に取り組むために、絶縁層がしばしばＥＭＦ層と炭素層の間に追加される。不幸にも、層の追加は余分の工程を付加し、労働、コストを増大させ、航空機により重量を付加する。
【０００９】
修理もまたＥＭＦシステムでの問題である。損傷した箔は、研磨及び切削又は溶削作業によって十分に取り除き、新しいＥＭＦ材料を継ぎ合わせなければならない。伝導性経路がアラインするように既存の箔に新しい箔を継ぎ合わせるのはまた困難な作業であり、空気の閉じ込めから生じる多孔性の影響の問題に取り組むこともしかりである。
【００１０】
上記のことを考えると、ｚ方向に高伝導性で、重量が軽く、耐食性であり、複雑でなく（つまり、少ない層）、複合材構造の組立て及び修理中に適用し一体化することが容易であり、それに応じて製造作業において自動化が可能である、改良されたＬＳＰ材料が必要である。
【発明の概要】
【００１１】
本発明の好ましい実施態様では、２００８年３月２６日に出願され、米国特許出願公開第２０１０／０００１２３７号として公開され、共有に係り、全体が出典明示によりここに援用される米国特許出願第１２／０５５７８９号に記載された材料が、硬化中にその場で形成される伝導性マトリックスとして用いられ、落雷に対して直接的及び間接的保護を提供するために基材に適用される。
【００１２】
既存のＬＳＰシステムでの様々な問題に取り組むべく、本発明の実施態様は、有機化合物の硬化中に、その伝導性がバルク金属のものと桁違いである（連続又は半連続）ポリマーリッチドメインに位置する金属の連続的三次元網からなる不均一構造に自己組織化可能な、反応性有機化合物と伝導性フィラーを含有する落雷保護組成物を用いる。
【００１３】
本発明の他の実施態様では、落雷から基材を保護するための方法であって、基材を提供し、該基材に落雷保護組成物を供することを含み、ここで、落雷保護剤は自己組織化して硬化プロセス中に伝導性経路を形成可能な充填硬化性材料を含有する方法が提供される。本発明の他の実施態様では、硬化性材料は、硬化性有機化合物及びフィラー、好ましくは被覆銀フィラーを含み、フィラー及び有機化合物は、該有機化合物の硬化中に相互作用を示し、該相互作用によりフィラーが伝導性経路に自己組織化せしめられる。
【００１４】
本発明の更に別の実施態様では、組成物は硬化され、それによって貫通する伝導性経路を生じ、硬化された自己組織化組成物の伝導性は、等量の伝導性フィラーを有する硬化された非自己組織化組成物の伝導性の１００倍より多い。
【００１５】
本発明の更なる実施態様では、硬化性有機化合物は、ビスフェノールＦのジグリシジルエーテルを含み、硬化性有機化合物は、無水フタル酸及びジエチレントリアミン間の反応に基づくポリアミン無水物付加物を好ましくは含む硬化剤を更に含む。
【００１６】
本発明の更なる実施態様では、落雷保護組成物が、１ＭＨｚと２０ＧＨｚの間の周波数を有する電磁放射線の遮蔽を更に提供し、ここで、該遮蔽は少なくとも２０デシベルの電磁放射を減じる。
【００１７】
本発明の他の態様では、基材に落雷保護組成物を供する工程は、少なくとも一つの非連続的伝導性経路を含む落雷保護システムの損傷部位を特定する工程、損傷部位に組成物を付着させる工程、及び付着させた組成物を硬化させて、損傷部位に少なくとも一つの伝導性経路を完成させる少なくとも一つの自己組織化伝導性経路を提供する工程を具備する。
【００１８】
本発明の更なる実施態様では、損傷した落雷保護システムは、伝導性エキスパンドメタル箔、金属網、炭素−金属繊維共織物、金属化炭素、又は充填伝導性ポリマーの少なくとも一つを含み、他の実施態様では、損傷した落雷保護システムは、自己組織化して硬化プロセス中に伝導性経路を形成可能な硬化性材料を含む。
【００１９】
本発明の更なる態様では、落雷保護（ＬＳＰ）複合材の非破壊試験方法において、落雷保護を提供可能な伝導性組成物を提供すること、組成物の電気特性を測定すること、及び組成物の測定した電気特性を組成物の過去に劣化したサンプルの導電率と同一とみなして複合材の劣化度を決定する工程を含む方法が提供される。本発明の一実施態様では、組成物は、自己組織化して硬化プロセス中に伝導性経路を形成可能な硬化性材料を含む。そして本発明の他の実施態様では、電気特性は電気抵抗率を含む。
【００２０】
形成される不均一な構造のため、ＬＳＰ組成物は、ポリマーマトリックス全体にわたって均一に位置している粒子から構成される均一な構造を有している伝統的な組成物のものよりかなり低い粒子濃度の伝導性粒子の浸透網目構造を誘導しうる。更に、硬化中に形成される不均一構造により粒子の焼結が可能になり、それによって粒子間の接触抵抗が取り除かれ、これが熱及び電気伝導性を劇的に改善することになる。更に、焼結金属の連続的な経路は落雷事象中に遭遇する相当量の熱及び電流を運ぶことを可能にする。低フィラー充填と関連した連続経路の自己組織化の組み合わせにより、燃料の節約、最大積載量の理由、及び建造及び修理の理由に望ましく、重量が軽く、製造及び修理が容易であるＬＳＰ材料が可能になる。
【００２１】
その等方性のため、組成物はあらゆる直交方向に伝導性であり；よって、複合材構造のｚ方向において顕著に改良された電気及び熱伝導性が得られる。順に、この改良は、複合材積層体並びに既存のＥＭＦ ＬＳＰシステム等に存在する非伝導性樹脂層に付随する容量効果及び発熱のかなりの低減を可能にする。
【００２２】
本発明の他の実施態様では、有機成分の反応し共有結合を形成する能力のため、それは反応性又は非反応性（例えば熱可塑性又は過去に反応させられた熱硬化性）基材とそれぞれ容易に同時硬化され、又はその上で硬化されうる。加えて、樹脂化学の適切な選択により、航空機に塗るのに使用されるプライマー及びトップコート層のような、航空機の外方部分に典型的に見出される一又は複数の層を置換することが潜在的に可能になる。更に、フィラーの適切な選択により、絶縁層を設けることなく落雷及び腐食性能を付与することができる。
【００２３】
更に、その高度に伝導性の等方性のため、落雷に対する保護の目的のため、そして限定するものではないが、電磁場に対する遮蔽、静電荷の蓄積の排除、及び氷を融解させるための熱導管（例えば凍結防止材料）のための多機能材料として使用することができる。更に、組成物の多機能な能力は、複合材構造中へのその組み込みの前に、金属構造、例えばＥＭＦを接着膜と組み合わせなければならないという問題を克服する。
【００２４】
更に、非硬化（Ａ−ステージ又はＢ−ステージであるが、Ｃ−ステージではない）組成物は望ましいハンドリング特性を有しており、様々な応用形態に容易に適合化させることができる。そのような形態は、限定するものではないが、不要な接着剤、噴霧被覆、接着膜、又は複合繊維プリプレグ又はテープにおいて又はそれと併せて使用される樹脂としてのものを含む。
【００２５】
本発明の更なる実施態様では、自己組織化組成物は、最上層が伝導性自己組織化組成物を含み、下位層が軽量で電気的に伝導性又は非伝導性の樹脂層を含むように二以上の層の積層構造を作製するために使用することができる。更に、積層構造は、低い表面伝導率のモノリシック膜に対して与えられた重量を維持しながら増大した表面伝導率を可能にする。更に、各層の厚みを変化させ、与えられた重量を維持しながら表面伝導率を増加させることができる。
【００２６】
更に、本発明のある実施態様では、未硬化組成物を既存のＬＳＰシステムと組み合わせて用いて、独特なハイブリッド構造を創製し、よってＬＳＰ保護及び重量の魅力的な組み合わせを作り出す。例は、限定されないが、固体金属箔、ＥＭＦ、金属化繊維、金属化織物繊維、金属化不織布（例えばベール）、又は金属・炭素繊維共織物を埋め込むためのＢ−ステージ膜として使用される自己組織化材料を含む。
【００２７】
本発明の更なる実施態様では、自己組織化組成物は基材に対する二次的な保護を提供する。例えば、最初の落雷は落雷の直ぐ近くの領域に物理的被害をもたらしうるが、電流は基材／構造を通してサージ電圧を生じ、遠隔の電気部品又は表面に損害をもたらしうる。本発明の自己組織化伝導性材料は、落雷の直近領域に対して一次的保護を提供することに加えて、この電気的サージを消散させ、制御する手段を提供する。
【００２８】
本発明の他の実施態様では、自己組織化組成物は、ＬＳＰ材料の異なったセクションの組み立て又はＬＳＰ材料の修理中に関連した界面を電気的にブリッジすることができる。本発明の更なる実施態様では、材料は、未硬化噴霧被覆、未硬化（Ｃ−ステージではない）膜接着剤として、又は場合によっては伝導性フィラーが充填される二次的接着剤又は樹脂を使用して接合される可撓性硬化膜として塗布される。本発明の更なる実施態様では、修復され又は接合される既存の又は隣接する基材は、限定しないが、ＥＭＦをベースとするもののような既存のＬＳＰシステムに基づくか、又は自己組織化不均一材料と同じ組成でありうる。
【００２９】
更に、組成物の自己組織化性は、複合材構造にＬＰＳを塗布するために自動化装置を使用することを可能にする。例としては、限定しないが、噴霧した材料が雄型構造上の未硬化繊維強化ポリマーに、又は離型剤で前もって処理された雌型構造の表面に塗布されるように、自動化噴霧装置を使用して噴霧形態で自己組織化材料を塗布することが含まれる。更に、自己組織化材料は、自動化繊維又はテープ配置機を使用し、複数の一方向フィラメント（例えば繊維又はテープ）と組み合わせて塗布されうる。隣接するフィラメントの硬化後に連続的な電気的に伝導性の経路を形成する能力は、先端材料に伴う上述の問題を克服する。
【００３０】
更に、その高度に伝導性の等方性のため、ここで検討された材料は定量的非破壊試験に適する。本発明の更なる実施態様では、硬化組成物の伝導性は、限定しないが、保護される部分の製造中に欠陥を評価し、ＬＳＰ材料の被害の程度、又はフィールドにおける材料性能の材料劣化を評価する目的で測定されうる。
【００３１】
而して、以下の詳細な説明がより良好に理解されうるため、また技術分野に対する本貢献がより良好に理解されうるために、本発明のより重要な特徴を、かなり広く概説した。自明ではあるが、以下に記載され、ここに添付された特許請求の範囲の主題事項を形成する本発明の更なる特徴が存在する。この点において、本発明の幾つかの実施態様を詳細に説明する前に、本発明がその詳細及び構造並びに次の記載に述べ図面に示した構成要素の配置にその応用において限定されないことが理解されなければならない。 本発明は他の実施態様も可能であり、様々な形で実施し実行されうる。
【００３２】
ここでの用語法及び専門用語は説明の目的のためのものであり、如何なる点においても限定するものとみなしてはいけないことがまた理解されなければならない。当業者はこの開示が基づく概念を理解し、この開発の幾つかの目的を実施するために他の構造、方法及びシステムを指定するための基礎としてそれを直ぐに利用することができることを理解するであろう。本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、特許請求の範囲がそのような均等の構成物を含むものとみなされることは重要である。
【００３３】
発明の上記の特徴、利点及び目的、並びにより明らかになる他のものが得られ、詳細に理解されるように、上で簡単にまとめられた発明のより特定の説明を、添付図面に示されるその実施態様を参照することによって説明したが、その図面は、明細書の一部を形成し、類似の参照符号は幾つかの図を通して類似の部分を示す。しかしながら、添付図面は本発明の好ましい実施態様及び代替の実施態様のみを示しており、よって、その範囲を限定するものと考えてはならず、発明は更なる等しく効果的な実施態様を認めることに留意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施態様における複合材積層体の図である。
【図２】本発明の実施態様において用いられる自己組織化材料に対する電磁遮蔽効果対周波数のグラフである。
【図３】ゾーン１Ａへの落雷後の本発明の実施態様におけるＬＳＰ複合材への損傷対被覆の表面電気抵抗のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明の第一実施態様では、基材を提供し、該基材に落雷保護組成物を供することを含み、ここで、落雷保護剤が自己組織化して硬化プロセス中に伝導性経路を形成可能な充填硬化性材料を含有する、基材を落雷から保護する方法が提供される。伝導性フィラーはポリマーマトリックスの硬化中に伝導性経路に自己組織化し、従来技術の材料の不具合の多くに対処する伝導性ＬＳＰ材料を提供する。
【００３６】
自己組織化及び構造形成のメカニズムは、成分材料の適切な選択と特定の加工条件を遵守して達成される。本発明の一実施態様では、フィラー成分は伝導性フィラー（熱、電気又は双方）を含み、有機化合物はモノマー及び場合によっては硬化剤を含む。有機材料の反応中におけるフィラーリッチドメインの形成は、フィラー対フィラーの直接の粒子接触がなされるのを可能にする。熱の存在下で、粒子は併せて更に焼結されうる。焼結は過去には焼結されていないフィラー粒子間の接触抵抗を排除し、それによって複合材の熱及び／又は電気伝導性を大幅に改善する。
【００３７】
十分には理解されず、この理論によって拘束されることを望むものではないが、自己組織化及びドメイン形成及び焼結は有機材料の硬化温度、硬化時間、及び硬化中に加えられる圧力レベルに感受性である。換言すれば、ドメイン形成及び焼結は速度論的に推進されるプロセスである。また更なる実施態様では、試料が加熱される速度はドメイン形成及び焼結の度合いに影響を及ぼす。全体で、加工条件は最小のフィラー充填で最善の性質の組み合わせを有する伝導性接着を達成するようにあつらえることができ、これがしばしば低コストにつながり、高フィラー充填によって悪影響を受ける他の特性を利用する機会につながる。ある場合には、接着剤が、高焼結温度に耐えることができない用途において用いられる場合、より高圧又は非伝統的な焼結技術を使用して非常に高い伝導性を達成することができる。
【００３８】
フィラー成分及び反応性有機化合物は、混合されると均一な混合物を生じるように選択される。しかしながら、硬化中において、有機化合物から形成された結果のポリマーはフィラーと反発相互作用と有しているので、フィラーリッチドメインを有する不均一化合物に組成物が自己組織化することが可能になり、ここで、フィラー組成物はバルクフィラー濃度よりも有意に高い。よって、化合物の全体の（バルク）フィラー濃度は変わらないが、フィラー粒子と有機成分はその場で高濃度の各領域中に自己組織化する。この現象は、あっても非常に少ない初期のフィラー対フィラー接触を有する混合物からその場で形成される相互に連結されたフィラー粒子の自己組織化網目構造を生じうる。
【００３９】
フィラー成分と有機化合物との間に反発相互作用を作り出すために用いることができる幾つかのアプローチ法が存在する。しかしながら、本発明の好ましい実施態様では、これは、フィラー粒子を非極性塗膜で被覆し、相対的に非極性の樹脂と極性硬化剤を含有する反応性有機化合物において被覆フィラーを混合することによって達成される。未硬化状態では、樹脂、硬化剤、及びフィラーが、被覆フィラーと樹脂が相互に適合性がある比較的均一な混合物を形成し、比較的均一な混合物を形成する。しかしながら、熱をかけると、硬化剤が、極性部分をそこに有するポリマーを形成する樹脂と反応し、フィラー上の非極性塗膜とポリマー上の極性部分間に反発相互作用を生じる。この反発相互作用は、その各濃度がポリマー及びフィラーそれぞれのバルク濃度よりも有意に高いポリマーリッチ及びフィラーリッチドメインの自己組織化を生じせしめる。更に、広範なドメイン形成は、殆どのフィラー粒子間の実質的な粒子対粒子接触をもとなって連続したフィラーリッチドメインを作り出しうる。
【００４０】
フィラーの存在下で有機化合物を硬化させる際に反発効果を作り出すことができる他のタイプの相互作用は、限定するものではないが、静電気相互作用、水素結合相互作用、双極子間相互作用、誘起双極子相互作用、疎水性・親水性相互作用、ファン・デル・ワールス相互作用、及び金属相互作用（有機金属化合物と金属フィラーの場合のように）からなりうる。反発相互作用の他の形態は有機化合物（群）から形成されるポリマー中の分子量差のようなエントロピー関連効果から生じうる。加えて、反発相互作用は電場のような外部刺激の結果として生じうる。
【００４１】
フィラーの存在下で有機化合物の硬化時に形成されるドメインは、バルク（平均）よりも高いフィラー濃度を有するフィラーリッチドメインとバルク（平均）よりも低いフィラー濃度を有する有機リッチドメインとなる。平均よりも高いフィラー濃度の領域は硬化組成物の本体全体を通して延びる伝導性フィラー材料の半連続又は連続経路を形成しうる。これらの経路は、電子及び／又は熱フォノンが移動しうる低抵抗経路を提供する。換言すれば、該経路又はチャネルは非常に高められた熱又は電気伝導性を可能にする。この伝導性経路は、フィラー粒子を併せて焼結することによって更に亢進されうる。そのような高度に伝導性の経路は、落雷中に消散させられなければならない多量の電流及び熱からすると、ＬＳＰに対して特に有益である。
【００４２】
焼結は、当該技術分野において理解されるように、粒子が材料のバルク融解温度以下の温度で互いに融合される表面融解現象である。この挙動は、低いエネルギー状態に緩和する材料の傾向によってもたらされる。而して、フィラーのタイプ、サイズ、及び形状の選択はフィラー粒子の易焼結性に大きく影響を及ぼしうる。ある種の粒子、例えば薄く、広く、平坦な板状体は、様々な粉砕プロセスを介して大きな粒子を剪断することによってしばしば形成される。このプロセスは、多量の表面積を作り出すことに加えて多量の内部応力を付与する。ある量の熱が粒子に加えられる場合、それらは融解し互いに融合する傾向があり、それによって内部応力を緩和し、粒子の総表面エネルギーを減少させる。このため、本発明において使用される好ましいフィラー粒子は、ある程度の熱又は電気伝導性を有し、容易に焼結するものである。本発明のまた更なる実施態様では、好ましいフィラーは、焼結を更に可能にする、フィラーの構造中に歪みを付与した冷間加工を施した金属粒子を含む。
【００４３】
焼結温度は、フィラーとして選択される材料、並びにフィラー粒子の形状に応じて変動する。しかしながら、本発明の好ましい実施態様では、それらが同時に起こるように、有機化合物の硬化とフィラーの焼結をバランスさせることが有利である。この実施態様では、硬化温度及びプロファイルはフィラーの焼結温度と一致するように選択され、有機化合物がフィラーに反発的になり、フィラー粒子が互いに一緒になるように強いられるので、粒子対粒子接触がひとたびなされると、個々のフィラー粒子が焼結しうる。これが、完全に硬化した組成物全体にわたって見られる連続的フィラー構造の原因であると考えられる。本発明の好ましい実施態様では、焼結温度は、銀フレークフィラーに対して、少なくとも約１００℃、より好ましくは約１５０℃、更により好ましくは１５０℃以上である。
【００４４】
本発明の他の実施態様では、低温硬化が望ましい場合がある。例えば、感熱性基材に硬化性組成物を被覆／塗布する場合、硬化剤及び硬化メカニズムを適合させて、５０℃以下、また代わりに室温以下（２０−２５℃）の温度で硬化された自己組織化材料を達成しうる。例えば低温硬化環境下での硬化工程中に焼結が生じない本発明の実施態様では、粒子は最初は焼結されていない自己組織化経路を形成しうる。ついで、焼結工程が後で追加されうる。この後に追加される焼結工程は、周囲加熱を通して、又は落雷を通してのような電気的に誘導された加熱を通しての、自己組織化材料の加熱を含みうる。
【００４５】
本発明の実施態様では、自己組織化組成物は熱を加えることなく硬化されうる。しかしながら、本発明の好ましい実施態様では、組成物は組成物へ熱を加えることにより硬化される。熱硬化は対流式オーブンのような硬化オーブン又はオートクレーブにおいて一般的に達成され、そこでは 熱風又は放射熱が組成物の温度を増大させるために使用される。本発明の別の実施態様では、他の硬化方法、例えば電磁場における誘導硬化、マイクロ波硬化、赤外線硬化、電子ビーム硬化、紫外線硬化、及び可視光による硬化を用いることができる。加えて、硬化反応は、発熱反応の使用を通して自己加速されうる。非熱硬化は、例えば組成物がプラスチックのような温度感受性基材上に被覆される場合に、望ましい場合がある。
【００４６】
本発明の一実施態様では、フィラーは無機フィラーを含む。利用可能なフィラーは、純粋な金属、例えばアルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、パラジウム、銀、カドミウム、インジウム、スズ、アンチモン、白金、金、チタン、鉛、及びタングステン、金属酸化物及びセラミックス、例えば酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、炭化ケイ素、酸化亜鉛を含む。炭素含有フィラーは、グラファイト、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、及び炭素繊維からなりうる。適切なフィラーは更に上述のフィラーの合金及び組合せを含む。更なるフィラーは、無機酸化物粉末、例えばヒュームドシリカ粉末、アルミナ及び酸化チタン、及びアルミニウム、チタン、ケイ素、及びタングステンの硝酸塩を含む。粒状材料は数ナノメートルか数十ミクロンの範囲の粒子寸法を有するものを含む。
【００４７】
本発明の実施態様では、フィラーは硬化組成物の全体積に基づいて約４０体積パーセント又はそれ未満で存在する。本発明のより好ましい実施態様では、フィラーは硬化組成物の全体積に基づいて約３０体積パーセント又はそれ未満で存在する。本発明の最も好ましい実施態様では、フィラーは硬化組成物の全体積に基づいて約１５体積パーセント又はそれ未満で存在する。
【００４８】
本発明の好ましい実施態様では、フィラーは、電気的に伝導性、熱的に伝導性、又は双方である材料を含む。金属及び金属合金が本発明の幾つかの実施態様で使用するのに好ましいが、フィラーは伝導性の焼結可能な非金属材料を含みうる。本発明の別の実施態様では、フィラーは、一つのタイプのフィラー、例えば非伝導性フィラーが、銀のような伝導性焼結性材料で被覆されているハイブリッド粒子を含みうる。このようにして、使用される銀の総量はフィラー粒子の焼結性及び焼結材料の伝導性を維持しながら減じられうる。
【００４９】
本発明の実施態様では、フィラー成分は最終材料に不均一構造を付与するように有機化合物と相互作用できなければならない。上で検討した本発明の好ましい実施態様では、これは、非極性フィラーとの極性有機化合物の相互作用を通して達成される。金属のような好ましいフィラー材料の場合、フィラーは所望の度合いの極性を有する材料で被覆される。本発明の好ましい一実施態様では、フィラー塗膜は、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、及びパルミチン酸のような非極性脂肪酸を含む。本発明のまた更なる実施態様では、フィラー塗膜は、幾つかの非極性材料、例えばアルカン、パラフィン、飽和又は不飽和脂肪酸、アルケン、脂肪エステル、ロウ状塗膜、又はオリゴマー及びコポリマーの少なくとも一つを含む。本発明の更なる実施態様では、非極性塗膜は疎水性尾部を有する有機チタネート又は疎水性尾部を含むシラン類又は機能的シリコーン類のようなケイ素ベースの塗膜を有する。
【００５０】
本発明の更なる実施態様では、被覆（又は界面活性剤、カップリング剤、表面改質剤等）は硬化性組成物中への粒子の導入前にフィラー粒子に適用される。被覆方法の例は、限定しないが、水性アルコールからの被覆の付着、水溶液からの付着、原料フィラーへのバルク付着（例えば、噴霧溶液及びコーンミキサーを使用し、粉砕機又はアトライタで塗料及びフィラーを混合する）である。また更なる実施態様では、塗料は有機成分間（つまり樹脂と硬化剤）の反応の前にフィラーを処理するために組成物に添加される。
【００５１】
本発明の別の実施態様では、フィラー／塗料とポリマーの極性が逆にされ、フィラー／塗料が極性部分を含み、有機化合物が非極性ポリマーを含む。同様に、極性以外の反発効果が自己組織化を推進するために用いられる本発明の実施態様では、フィラー及び有機成分の活性特性を交換することができる。
【００５２】
本発明の好ましい実施態様では、有機化合物はエポキシ樹脂と硬化剤を含む。この実施態様では、有機化合物は、全組成物の約６０から約１００体積パーセントを含む。この実施態様では、有機化合物は、およそ７０から８５重量パーセントのビスフェノール化合物のジグリシダルエーテル、及び１５から３０重量パーセントの硬化剤、例えば無水フタル酸とジエチレントリアミン間の反応に基づくポリアミン無水物付加物を含む。
【００５３】
本発明の更なる実施態様では、適切な有機化合物は、モノマー、反応性オリゴマー、又は反応性ポリマーで次のタイプのシロキサン類、フェノール類、ノボラック、アクリレート類（又はアクリル類）、ウレタン類、ウレア類、イミド類、ビニルエステル類、ポリエステル類、マレイミド樹脂、シアネートエステル類、ポリイミド類、ポリ尿素類、シアノアクリレート類、ベンゾオキサジン類のもの、不飽和ジエンポリマー、及びその組み合わせを含む。硬化化学は有機化合物に利用されるポリマー又は樹脂に依存性である。例えば、シロキサンマトリックスは、付加反応硬化性マトリックス、縮合反応硬化性マトリックス、過酸化物反応硬化性マトリックス、又はその組み合わせを含みうる。硬化剤の選択は、伝導性経路中へのフィラー粒子の所望の自己組織化をもたらすためのここに概説された加工条件及びフィラー成分の選択に依存する。
【００５４】
他の実施態様では、その等方性のため、組成物はあらゆる直交方向に伝導性であり；よって、複合材構造のｚ方向において顕著に改良された電気及び熱伝導性が得られる。順に、この改良は、複合材積層体並びに既存のＥＭＦ ＬＳＰシステム等に存在する非伝導性樹脂層に付随する容量効果及び発熱のかなりの低減を可能にする。更に、該材料は、複合材基材の層内又は層間に隣接する炭素繊維を架橋させることによって熱及び電子移動を容易にしうる。本発明のまた更なる実施態様では、自己組織化材料の高度に伝導性の等方性が、以下により詳細に検討するように、定量的非破壊検査に役立つ。
【００５５】
更に、未硬化（Ａ−ステージ又はＢ−ステージであるが、Ｃ−ステージではない）自己組織化組成物は望ましいハンドリング性を有しており、様々な応用形態に容易に適応させることができる。本発明の一実施態様では、自己組織化組成物は、有機化合物の硬化中に反応性又は非反応性基材に接合可能である流動性接着剤（例えば液体又はペースト）を含む。よって、自己組織化組成物は、所定の塗布技術を向上させ、基材に対してより強い機械的接合を可能にする接着特性を有し、これが接着剤内の伝導性網目構造と基材との間の電気的接続を向上させる。該結果は、ＬＳＰ保護を更に提供しながら二つの隣接表面を接合させることができる接着剤である。
【００５６】
本発明の更なる実施態様では、自己組織化組成物は、硬化性有機成分が「Ａ側」に存在し、硬化剤が「Ｂ側」に存在し、混合されたとき硬化反応が始まる二剤系として提供される。フィラー及びあらゆる他の任意成分はＡ側、Ｂ側の何れか又は双方に存在しうる。
【００５７】
他の実施態様では、組成物は、複合材塗布において一般的に使用されるＢステージフィルム接着剤の形態である。更に、フィルム接着剤は、ハンドリング性を向上させるための不織布ベールのような任意のキャリアファブリックを有する。更に他の実施態様では、ベールは、組成物のＬＳＰ能を更に向上させるように電気的に伝導性でありうる。
【００５８】
本発明の他の実施態様では、組成物は、組成物への溶剤の添加によって基材へスプレーとして塗布されうる。本発明の好ましい実施態様では、溶剤は、複合材構造に対する一般的な加工条件下で蒸発可能でありながら有機化合物を（完全に又は部分的に）溶解させるのに適した構造を含む。エポキシ樹脂が用いられる本発明の好ましい実施態様では、溶剤は、限定しないが、セトン、シクロヘキサノン、ジメトキシエタン、トリクロロエチレン、グリコールエーテル、及びその混合物を含む。更に、溶剤の選択は使用される硬化剤によっても支配される。好ましい一実施態様では、エポキシ樹脂に対する溶剤でポリアミン無水物付加物に対して非溶剤として作用するアセトンのような化学物質を選択することが望ましい。本発明の好ましい一実施態様では、溶剤は０．２５から１．５重量部の非溶剤成分を含む。
【００５９】
本発明の他の実施態様では、組成物は繊維強化材（例えば、繊維、繊維ロープ、織物繊維又はファブリック等）との関連で使用され、被覆又は引抜き成形繊維、複合プリプレグ、テープ等を製造する。換言すれば、組成物は伝統的なプリプレグ及び関連材料を形成するために使用される伝統的な樹脂として作用する。更なる実施態様では、ここで検討される自己組織化材料は、含浸法、例えば樹脂トランスファー成形、樹脂フィルム含浸法、真空樹脂トランスファー成形等を含む多くの既知の製造技術に適しており、これを容易にする。
【００６０】
本発明の更なる実施態様では、自己組織化組成物は、最上層が伝導性自己組織化組成物を含み、下位層が軽量で電気的に伝導性の樹脂、及び／又は非伝導性樹脂、例えば伝統的な表面フィルムからなるように二以上の層の積層構造を作製するために使用することができる。更に、非伝導性樹脂は言われ、積層構造は低い表面伝導率のモノリシック膜に対して与えられた重量を維持しながら増大した表面伝導率を可能にする。更に、各層の厚みを変化させ、与えられた重量を維持しながら表面伝導率を更に増加させることができる。
【００６１】
本発明の更に他の実施態様では、未硬化組成物を既存のＬＳＰシステムと組み合わせて用いて、独特なハイブリッド構造を創製し、よってＬＳＰ保護及び重量の魅力的な組み合わせを作り出す。例は、限定されないが、固体金属箔、ＥＭＦ、金属化繊維、金属化織物繊維、金属化不織布（例えばベール）、又は金属・炭素繊維共織物を埋め込むためのＢ−ステージ膜として使用される自己組織化材料を含む。
【００６２】
本発明の実施態様の方法及び材料は、様々な基材、部分、機械、輸送媒体、及び装置に落雷保護を提供するために使用できる。本発明の好ましい実施態様では、本発明の方法及び材料は、航空機、海上、及び陸上車両を含む輸送媒体、並びにアンテナ、レーダー、及び風力タービンのような構造体にＬＳＰを提供するために用いられる。
【００６３】
図１を参照して、航空宇宙産業に関連したもののように商業的な複合材用途において一般的に遭遇するような本発明の実施態様における基材の例を提供する。図１中の基材は、複数層の構造的炭素繊維プリプレグ４−６及び１０−１２が内部の軽量のハニカムコア８をアセンブリを互いに接着させる接着剤膜層７及び９と共に挟んだサンドイッチ型の積層構造である。ＬＳＰシステム３は上方炭素層４−６の上面に貼り付けられている。市販のＬＳＰシステムはＬＳＰシステム中の金属（特に炭素のものに似ていないガルバニ電位を有するもの）と炭素繊維基材間に生じるガルバニ腐食を防ぐために時折使用されるガラス繊維隔離材をしばしば有することに留意されるべきである。本発明の実施態様の自己組織化材料３はＬＳＰを提供し、ついでプライマー２及びトップコート１保護及び装飾塗料層で被覆される。本発明の別の実施態様では、モノリシック構造、つまり丁度繊維プリプレグに基づくものにまた一般的に遭遇する。プリプレグ及び関連繊維強化樹脂は、樹脂に埋め込まれた織物繊維、樹脂内の一方向繊維（例えば大きな層又はテープの形態）、又は樹脂が含浸された引抜き繊維のような多くの異なった形態からなりうる。繊維強化材は多くの異なったタイプの繊維及び多くの繊維構造、例えばガラス、炭素、ホウ素、アラミド、炭化ケイ素等から形成された繊維、及び一方向ロープ又は織物ファブリックのような繊維構造からなりうる。更に、これまでに述べたように、本発明の自己組織化材料は、繊維プリプレグ、引抜き成形ロープ等を形成するために伝統的に使用される樹脂成分と共に使用されうる。他の実施態様では、基材は繊維強化プラスチックからなりうる。
【００６４】
本発明の他の実施態様では、有機成分の反応し共有結合を形成する能力のために、それは反応性又は非反応性（例えば熱可塑性又は過去に反応させられた熱硬化性）基材とそれぞれ容易に同時硬化され、又はその上で硬化されうる。加えて、樹脂化学の適切な選択により、航空機に塗るのに使用されるプライマー及びトップコート層（つまり、図１の層１及び２）のような、航空機の外方部分に典型的に見出される一又は複数の層を置換することが潜在的に可能になる。更に、フィラーの適切な選択により、絶縁層を設けることなく落雷及び腐食性能を付与することができる。
【００６５】
更に、その高度に伝導性の等方性のため、落雷に対する保護の目的のため、そして限定するものではないが、落雷からの間接的な影響によって引き起こされるか又は電子及び通信のような人工源からの電磁場に対する遮蔽のための多機能材料として使用することができる。更に、該材料は静電気消散による静電荷の増加を排除するように、又は除氷装置の部品として氷を融解させるための熱導管としてまた作用しうる。組成物の多機能な能力は、複合材構造中へのその組み込みの前に、金属構造、例えばＥＭＦを接着膜と組み合わせなければならないという問題を克服する。
【００６６】
本発明の他の実施態様では、硬化された自己組織化材料は複合材航空機の外板又は他の基材に沿ったアースの明確な経路を提供する。このアースの経路は、伝導性材料を用いて回路を完成させることによって、製造者が電気装置のためのアース線の量を低減させることを可能にする。
【００６７】
これまでに述べたように、ＬＳＰ−繊維プリプレグ基材の製造は、オートクレーブ硬化、オートクレーブ硬化、オートクレーブ外での硬化、又は圧縮成形のような典型的な複合材加工技術中に材料を同時硬化させることによって達成されうる。あるいは、自己組織化接着剤は下地の複合材基材が硬化された後に硬化されうる。更に、自己組織化接着剤を熱可塑性基材に硬化させることができる。更なる実施態様では、複合材加工及び硬化において一般的に遭遇する増加した圧力レベルは、組成物の自己組織化後に生じるフィラー粒子の焼結の更に助けになりうる。複合材の用途の例は、翼及び尾翼外板、エアロフォイル、レードーム、ヘリコプターブレード、風力タービンブレード、縦通材、スパー、及びリブを含む。
【００６８】
本発明の他の実施態様では、自己組織化材料は、継ぎ手、ボルト、留め具、リベット等を接合させ、及び／又はシールするためにＬＳＰ接着剤として使用されうる。該材料は継ぎ手内又はその回りでのアーク放電を防止するために連結部にわたって機械的一体性及び電気的連続性の双方を提供しうる。本発明の更なる実施態様では、該材料は、機体のような基材に対して複合材をアースする作用をする。
【００６９】
これまでに述べたように、ＥＭＦは損傷したときに修理するのが困難である。金網及び下地の損傷した構造は注意深く研磨され、切り出され、新しい材料と置き換えられなければならない。修理の困難性は既存のものと一緒に新規なＥＭＦを継ぎ合わせることにより生じる。新しいＥＭＦを完全に整列させることが必須である。もしそうされていなければ、将来の落雷事象における電流の流れを制限するギャップが生じる；これが最終的に航空機の安全性を危険にさらしうる。更に、ＥＭＦは簡単な取り扱いで容易に変形しうる。ＥＭＦはまた補修を必要とする塗装プロセスにおける表面欠陥を生じさせることが知られている。従来のＥＭＦ材料を使用して十分な修理を確保するために多くの注意と時間が費やされなければならないのはこれらの理由のためである。
【００７０】
本発明の更なる実施態様では、本発明の自己組織化材料は損傷した落雷表面を修理するために用いられる。この修理方法は金属箔及び他のそのような従来技術のシステムに伴う修理の困難性を克服する。本発明の材料の独特な自己組織化伝導性構造のため、材料を修理部位に塗布したときに相互連結をその場で形成するので、金属対金属接合面を配列させることを必要としない。修理手順における本発明の組成物を用いるための特定の手段は、修理される部分へ未硬化材料を噴霧又は塗装し、又はＢ−ステージ又はＣ−ステージシートを前もって形成し、ついで損傷した領域にシートを貼り付けることを含む。
【００７１】
本発明の一実施態様では、修理方法は、パネルを研磨して塗料を除去し、元々の伝導性材料を含む損傷領域（金属箔、自己組織化伝導性経路等）を剥き出しにし、ついでハニカムを貫通するカットを首位要して損傷領域の周囲を切断し、炭素層及びハニカムを剥がし、炭素層の上の３層を研磨し階段状構造を残す工程を含む。ついで、穴の底部を高速空気式アングルグラインダーでスムースになるように研磨し、修復領域をオイルフリーの圧縮空気でゴミを取る。ついで、接着剤フィルムをハニカムの穴の側部及び底部に適用し、前もって製造したハニカムプラグを修復部に適用し、更なる接着剤フィルムをハニカム及び段差スカーフ継ぎ手領域に配した後、最も小さいものから初めて修復部の段差サイズに合わせた３層の炭素繊維プリプレグを適用する。本発明の実施態様の自己組織化ＬＳＰ材料を、電気的伝導性のために既存のＬＳＰに重なるように修復領域に配し、パネルを剥離剤塗布ツール面に配し、真空バッグをその回りに構築し、アセンブリを約２０分間減量させ、ついでオートクレーブにおいて、１７７℃の等温、５０ｐｓｉで２時間、硬化させた後、２４０グリットのサンドペーパーでパネルを軽く擦り落とし、オイルフリーの圧縮空気で洗浄し、所望されたプライマー及びトップコートでパネルを塗装する。
【００７２】
本発明の更なる実施態様では、自己組織化ＬＳＰ材料は、伝導性エキスパンドメタル箔、金網、炭素・金属繊維共織物、金属化炭素、金属化繊維ガラス又は充填伝導性ポリマーのような先行技術の落雷保護システムを修理するために使用することができる。本発明の実施態様の独特な自己組織化材料は損傷領域への容易な適用と既存の伝導性経路との「自動」アラインメントを可能にし、従来のシステムと本発明の自己組織化修理材料間に連続した伝導性経路を形成する。
【００７３】
本発明の更なる実施態様では、自己組織化伝導性材料は複合材構造へＬＳＰを塗布する自動化製造装置の使用を可能にする。例は、限定されないが、噴霧材料が雄型構造上の未硬化繊維強化ポリマー上板に、又は離型剤で前処理された表面雌型構造に塗布されるように自動化噴霧装置を使用して噴霧形態で自己組織化材料を塗布することを含む。更に、自己組織化材料を、自動化繊維又はテープ配置機を使用して複数の一方向フィラメント（例えば繊維又はテープ）との組合せで塗布されうる。隣接フィラメントの硬化後に連続的な電気的に伝導性の経路を形成する能力が従来の材料に伴う上述の製造及び重量の問題を解消する。
【００７４】
本発明の更なる実施態様では、自己組織化伝導性材料は表面に塗布されると材料の非破壊検査（ＮＤＩ）を可能にする。ＮＤＩ技術は複合材航空宇宙構造体の製造のような用途において重要である。ＮＤＩ法は、基幹構造を最大の品質基準にすることをまた可能にしながら製造時間及びコストを顕著に低減することを可能にする。本発明の材料は、外板の寿命にわたってＬＳＰ外板の簡単な定量的非破壊検査を可能にする。硬化されたＬＳＰは、４点探針のような標準的な電気抵抗探針に表面を接触させることによって速やかに検査することができる。ついで、電気抵抗値を、落雷保護及び電磁波（ＥＭＩ）シールドのレベルに関する性能と相関させることができる。表面抵抗は材料の体積導電率並びに被覆の厚みに依存性である。
【００７５】
本発明の一実施態様では、硬化された自己組織化被覆は三次元の全て（幅、長さ及び厚み）において電気的に伝導性である。よって、オーム計に連結した４点探針のような標準的な装置を使用して塗料の表面で電気抵抗測定を容易になすことができる。
【００７６】
本発明を特定の実施態様を参照して説明したが、これらの実施態様は本発明の原理を単に例証するものであることが認識されなければならない。当業者は、本発明の組成物、装置及び方法を他の方法及び実施態様で構成し、実施することができることを理解するであろう。従って、ここでの記載は、他の実施態様もまた添付の特許請求の範囲によって定まる本発明の範囲に入るので、本発明を限定するものとして読まれるべきではない。
【実施例】
【００７７】
実施例に記載される自己組織化落雷保護組成物は、ビスフェノールＦ（ＤＧＥＢＦ）樹脂のジグリシジルエーテル（又はジプロピレングリコールのジグリシジルエーテルとのＤＧＥＢＦの混合物）、ジエチレントリアミンとフタル酸無水物の反応に基づくアミン付加物硬化剤、及びステアリン酸被覆銀フレーク（約０．８ｍ２／ｇの表面積、約０．３％の５３８℃での空気中での重量損失）、及び場合によってはトルエン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、及びリグロイン（それぞれ３５重量％、３２重量％、２２重量％、１１重量％）の混合物に基づく溶剤を含有する。
【００７８】
これらの塗料を多くの異なった塗布形態に転換し、塗布し、複合材積層構造（試験パネル）と共に同時硬化させ、落雷性能について試験した。これらのＬＳＰ材料及び方法は、全ての直交方向に高度に伝導性の連続的な電気経路を形成するその能力のために落雷に対して最終的に保護をもたらす。換言すれば、材料の成分が材料の高化中に自己組織化して伝導性三次元網目を形成する。更に、これらの材料は従来のエキスパンドメタル箔保護システムに対して大幅に減少した重さで直接的及び間接的保護を可能にする。最終的に、本発明の実施態様の自己組織化ＬＳＰ材料は、先に述べた問題のなかでも、例えばハンドリング、加工、自動化、修理の問題のような従来の材料で遭遇する問題の多くのものを克服する潜在性を有している。次のものは材料、パネル構成、及び落雷試験条件の記載を先にした裏付け例のリストである。
【００７９】
図１はここに記載された異なった落雷システムを試験するために使用された積層試験パネルの断面を示す。積層構造は固定及び／又は回転翼航空機に見出すことができる構造のタイプを表すように選択した。該構造は、その双方が落雷を受けやすい風力タービンの複合材ブレード及びヘリコプターブレードに使用される複合材積層体とまた同種である。表１は、パネルを構築するために使用された材料をリストにしている。使用したＬＳＰシステムの詳細は後に記載する。
【００８０】
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【００８１】
複合材パネル６０．９ｃｍ×６０．９ｃｍ×１．２７ｃｍ（２４ｉｎ×２４ｉｎ×１／２ｉｎ）を、後に記載する一般的手順に従って構築した。材料を最初に６０．９ｃｍ×１２１．８ｃｍ（２４ｉｎ×４８ｉｎ）の形状に切断した。層３−６及び１０−１２（図１を参照）を手作業で取り付け、真空バッグに入れ、真空下で減量して、封入された空気を除去し、隣接する層間に密な接触を確保した。ついで、二つの積層体をバッグから除去し、ハニカムコア材料（層８）と組み合わせた。得られた積層体を、アルミニウムテーブル面（ツール表面）に接着させた支持フレームに２４ｉｎ×４８ｉｎで含めた。アルミニウムテーブル面を、材料を取り付ける前にＦｒｅｋｏｔｅ（登録商標）離型剤を被覆処理した。落雷保護(LSP)層(層3)をツール表面に対して面を下にして配向させた。多層積層体を離型膜、ブリーダークロス、及び真空バッグフィルムで覆った。バッグフィルムをマスチックテープを用いてツール表面に接着させた。オートクレーブ硬化の前に〜２０分間、バッグを真空にした。積層体−ツールアセンブリー全体をオートクレーブに配し、真空連結を装備し、次の条件を使用して硬化させた：
【００８２】
ランプ：１．２５℃／分（２ｏＦ／分）、つまり〜２時間からｔｅｍｐまで
浸漬：１７９＋／−６℃（３５５＋／−１０ｏＦ），２時間
圧力：３．４０ａｔｍ（５０ｐｓｉ）
冷却：〜４５−６０分の過程に対して最大３．７５℃（６ｏＦ／分）から２７℃（８０ｏＦ）
静的真空下で一晩空冷
【００８３】
硬化パネルを真空バッグ／ツールアセンブリーから取り除き、６０．９ｃｍ×６０．９ｃｍ（２４ｉｎ×２４ｉｎパネル）に切断した。各パネルをエポキシプライマー及びウレタントップコート塗料で塗装した。塗装前に、各パネルの表面を２４０グリットのサンドペーパーで軽く研磨した。マスキングテープをパネルの外方２．５４ｃｍ（１ｉｎ）縁部に貼り付けた。ついで、エポキシプライマー（層２）をそれぞれ３８ミクロン（０．００１５ｉｎ）及び１９ミクロン（０．０００７５ｉｎ）の標的湿潤膜及び乾燥厚で塗布した。プライマーを最小２時間の間乾燥させた後、ウレタントップコート（層１）を塗布した。ウレタントップコートは二回の塗布で塗布した。最初の塗布は、５０ミクロン（０．００２ｉｎ）の湿潤膜厚を標的にした。第二の塗布は６４ミクロン（０．００２５ｉｎ）の湿潤膜厚を標的にした。およそ７−１３分を一回目の塗布と二回目の塗布間の乾燥時間に対して割り当てた。パネルはハンドリング前の最小２時間乾燥させた。如何にして様々なＬＳＰ材料を調製し、積層体に導入したかの更なる詳細は以下の実施例に記載する。
【００８４】
ゾーン１Ａ及びゾーン２Ａ落雷試験をＳＡＥ ＡＲＰ５４１２に従って実施した。パネルを放射電極の下〜２．５４ｃｍ（１インチ）に位置させた。静電気防止用ストラップを、パネルの未塗装の２．５４ｃｍ（１インチ）の周囲に沿って位置させ、Ｃ−クランプで固定した。視覚検査を試験後に全てのパネルについて行った。損傷の度合いを稲妻の貫通及び表面領域の損傷の度合いによって定量した。
【００８５】
実施例１
表２は、（図１に層３によって模式的に表される）様々なＬＳＰシステムに対してゾーン１Ａ落雷結果を比較する。様々なパネル及び対応するＬＳＰシステムの特定の詳細は次の通りである：パネルＡは落雷保護システムを含んでいなかった、つまり層３（図１参照）はパネル構築中になかった。パネルＢ及びＣ（従来技術）は、ガラス繊維隔離層（ＦＧＦ１０８−２９Ｍ−９９０，Toray Composites America社）と更に組み合わされる表面接着剤フィルムに予め埋め込んで供給されたアルミニウム及び銅エキスパンドメタル箔（ＥＭＦ）（それぞれＡＰＣＭ−ＡＭＥ，Plainfield, Connecticut製のＳＧ４５２８−０１６ＡＬ−１０４Ｖ及びＳＧ４５２８−０４ＣＵ−１０３Ｖ）から構成された。隔離層は、ＥＭＦ−接着剤フィルム及び最上層炭素遷移相（図１の層４）間に位置していた。Ｒｅｆ１及びＲｅｆ２は、Spirit AeroSystems (SAMPE Journal, Vol. 44, No. 4, July/August 2008, pp. 6-17)のWelch等によって過去に報告された更なるＥＭＦデータを提供する。このレポートに記載されたパネルはここの実施例のために構築されたものに構造が非常に類似している（図１を参照）。Ｒｅｆ１のＬＳＰシステムは、パネルＡと同じ構造を有しており、つまりガラス繊維隔離層（Ｓｔｙｌｅ１５８１，Ｓ２ガラス）に重ねた表面フィルム（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍａｓｔｅｒ９０５）にアルミニウムＥＭＦが埋め込まれる。Ｒｅｆ２に対するＬＳＰは、表面フィルム（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍａｓｔｅｒ９０５）に埋め込まれた銅ＥＭＦからなる。Ｒｅｆ２は、パネルＢ、Ｃ、及びＲｅｆ１とは異なり、ガラス隔離層を含まないことに留意のこと。
【００８６】
パネルＤ−Ｆは本発明の実施態様の自己組織化材料に基づいている。パネルＤ及びＥのＬＳＰ材料は、上述の樹脂、硬化剤、及びフィラーに基づく接着剤フィルムに形成した。すなわち、双方のフィルムは次のようにして調製した：１７．８ｗｔ％のビスフェノールＦのジグリシジルエーテル、６．８ｗｔ％のアミン付加物硬化剤、及び７５．４ｗｔ％の銀フレーク（２５体積％）を含有する接着剤ペーストを、Ｈａｕｓｃｈｉｌｄの二重作用遠心ミキサーを使用して調製。
【００８７】
これらのペーストをついで名目上厚みが５０ミクロンの６６．０ｃｍ×６６．０ｃｍ（２６ｉｎ×２６ｉｎ）フィルムに引き抜いた。フィルム引き抜きは、フルオロポリマー離型フィルム（Ａｉｒｔｅｃｈ ＷＬ５２００  ０．００２ｉｎ）で強固に被覆された７１．１ｃｍ×６８．６ｃｍ（２８ｉｎ×２７ｉｎ）の鏡面を使用して行った。５０ミクロン（０．００２ｉｎ）厚の真鍮箔ストリップをフィルム厚を制御するために鏡の二つの外側縁部に配した。名目的に、２００グラムの自己組織化接着剤を、離型フィルム表面の幅に沿って走る二つのビーズとして離型フィルムに塗布した。６８．６ｃｍ（２７ｉｎ）幅×３．８ｃｍ厚（１．５ｉｎ）の特注のアルミニウム引き抜きバーを、加圧下で、反対の端部に向けて離型フィルムの表面に沿って手作業でゆっくり移動させた。バーを、伝導性ペーストのビーズを通過させると、ペーストが均一なフィルムに引かれた。フィルム厚は真鍮箔ストリップの厚みによって支配されていた。引き抜きバーを使用する複数の型が、所望のフィルム厚及び均一性に達するまで、必要とされた。
【００８８】
ひとたび接着剤フィルムを投じたら、トップ離型フィルムを保護のために貼り付けた。３層（離型フィルム、伝導性フィルム及びトップ離型フィルム）の積層体全体を、スリップロールを通過させて、フィルムの凹凸を改善した。ついで、積層フィルムをシート金属基材上に配し、８５℃で１３分間、予熱したオーブン中で部分的に硬化させた（Ｂ−ステージ化）。Ｂ−ステージング後、フィルムは粘着性であるが、なお可撓性であり、上部離型フィルムを、損傷を生じることなく除去することができた。Ｂ−ステージ化フィルムを、試験パネルの構築及び硬化に必要とされるまで−２０℃又はそれ以下で保存した。
【００８９】
パネルＦは本発明の実施態様に係るＬＳＰ自己組織化接着剤のスプレータイプである。伝導性ペーストは、次の成分を使用して上と同じようにして調製した：６．５ｗｔ％のビスフェノールＦのジグリシジルエーテル、６．５ｗｔ％のジプロピレングリコールのジグリシジルエーテル、４．８ｗｔ％のアミン付加物硬化剤、及び８２．２４ｗｔ％の銀フレーク（３３体積％）。ペーストは、重量で、３６％のトルエン、３２％のメチルエチルケトン、２２％の酢酸エチル、及び１０％のリグロインを含む溶剤混合物と、ペースト２重量部に対して溶剤およそ１重量部の比で、混合した。混合物を、ＨＶＬＰスプレーガンを使用して、未硬化積層パネルに噴霧塗布した。得られた材料をＨＶＬＰスプレーガン（〜１５−３０ｐｓｉ空気，１．４ｍｍ先端）に充填し、表面から２０−３０ｃｍ（８−１２ｉｎ）の距離で下部の３つの未硬化炭素層（層４−６）によって支持された未硬化繊維ガラス隔離層（（ＦＧＦ１０８−２９Ｍ−９９０，Toray Composites America社）に塗布した。塗膜厚はおよそ１０７ミクロン（０．００４２ｉｎ）であった。基材を最小１０分間雰囲気条件で乾燥させ、ついで上述の条件下で硬化させた。
【００９０】
結果を検討する前に、落雷保護の基本的な基準について述べることは重要である。ＬＳＰに対する基本的な基準は、「破滅的影響」、つまり航空機が安全に着陸することを妨げる航空機の安全を危険にする影響の防止である。構造的な観点から、落雷後に下部の複合材基材を維持することが望ましい。理想的には、複合材積層体基材内の繊維の破壊が最小ないしは破壊がないのが好ましい。また、重大ではないが、塗装表面に対する外見の損傷が最小であるのが望ましい。燃焼又は焦げた領域を最小にすることは次の損傷表面の修復に必要とされる材料及び時間の量を最小にする。これを念頭に置いて、この及び次の実施例のパネルについて構造的損傷、つまり炭素層に対する損傷、及び外見の損傷、燃焼又は焦げた領域の度合いを検査した。
【００９１】
また、落雷試験中に測定される作用積分がまた報告される。ＳＡＥ ＡＲＰ５４１２によって、作用積分は吸収されたエネルギーの量に関連しており、損傷の度合いにおける重要な要素である。ゾーン１Ａ試験に対する作用積分は２×１０６Ａ２ｓ（＋／−２０％）でなければならない。等しい試験条件下でのこの値以下のかなりの逸脱は、試験標本に対する物理的損傷、例えば溶け落ち、穿刺等にしばしば反映されるエネルギーの有意な吸収を示している。
【００９２】
表２の結果は、ＬＳＰシステムの選択に応じてゾーン１Ａの稲妻に対して様々な度合いの保護又は損傷を示している。落雷保護を有さないパネルＡは、破滅的破損を示した。稲妻はパネルの６層全ての炭素層を貫通し；それによって大きな穴及び広範な燃焼損傷を生じた。更に、作用積分測定値は、落雷エネルギーの有意な吸収及び電流を十分にアースする材料の不能性の更なる指標である許容レベルより十分に低い。
【００９３】
従来のＥＭＦシステムの全て（パネルＢ、パネルＣ、Ｒｅｆ１、及びＲｅｆ２）が、様々な度合いの表面損傷又は外見の損傷を伴って、下地の炭素構造中への稲光の浸透を防いだ。パネルＢ及びＣは、その非常に類似した構造から見て予想される同程度の量の表面／外見の損傷を示した。更に、表面損傷のレベルは銅システム、パネルＣ及びＲｅｆ２に対して観察されたものよりもかなり少なかった。この結果は、多くは、より高密度の銅によるＬＳＰシステム内の少ない体積の金属のためである。予想されるように、より重い銅システム（パネルＣ）は、パネルＣのＬＳＰシステム中の多量の銅のためＲｅｆ２よりも優れている。理解できるように、全ての作用積分は十分なＬＳＰによる仕様にあった。
【００９４】
ＥＭＦ先行技術システムと同様に、伝導性経路を含む自己組織化材料を含む本発明の材料及び方法に基づくパネルは下地の構造中への稲妻の貫通を防止し、ついで許容可能な作用積分を防止した。これは、材料のフィルム及びスプレータイプの双方に真実であった。パネルＤ、つまり隔離層を伴う自己組織化材料のフィルムタイプは、パネルＲｅｆ２において使用された銅／表面フィルムのものに近い性能及び重量レベルを示した。不均一フィルムにおける隔離層の除去（パネルＥ）は、従来のＥＭＦシステムに対して大きく減少した重量での保護を提供する。すなわち、パネルＥは、最も軽量のＥＭＦ基準（パネルＢ及びＲｅｆ２）よりも〜２２％重量が少ない炭素基材への損傷を防止する。パネルＦは、炭素プリプレグへ直接伝導性塗膜を噴霧した後、同時硬化することで、ゾーン１Ａのシミュレーションされた落雷に対して直接の保護を提供可能である、つまり炭素層が貫通されなかったことを証明している。
【００９５】
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（ａ）Ｒｅｆ１及びＲｅｆ２はSpirit AeroSystemsのWelch等（SAMPE Journal, Vol. 44, No. 4, July/August 2008, pp.6-17）によって過去に報告されたＥＭＦ ＬＳＰに対するゾーン１Ａ試験結果に基づいている。このレポートに記載されたパネルは表１に列挙された残りのものに構造が非常に類似している。更なる詳細は、実施例のテキストの説明及び参照文献内に見出すことができる。
（ｂ）表面損傷は塗料及び／又は樹脂の焦げ、燃焼、又は蒸発を介して外から見て損傷した円形領域の直径に対応する。
【００９６】
実施例２
表３は、（図１に絵で層３によって表される）様々なＬＳＰシステムに対してゾーン２Ａ落雷結果を比較する。パネルＧ（従来技術）は、フィルム接着剤（ＨＣＳ２４０４−０５０，２４２ｇ／ｍ２，Heatcon(登録商標) Composites）と組み合わせたアルミニウムＥＭＦ（Grade 016, Pacific Coast Composites）から構成され、更にガラス繊維隔離層（ＦＧＦ１０８−２９Ｍ−９９０，Toray Composites America, Inc）と組み合わされた。隔離層はEMF-接着剤フィルムと最上部炭素繊維層間に位置していた。パネルＨは、伝導性ペースト及び溶剤混合物に対して継ぎの成分を使用した以外はパネルＦと同じようにして調製した。伝導性ペースト：２５．１ｗｔ％のビスフェノールＦのジグリシジルエーテル、９．６ｗｔ％のアミン付加物硬化剤、及び６５．３ｗｔ％の銀フレーク（１７体積％）。溶剤混合物：重量で、５０％のアセトン、１８％のトルエン、１６％のメチルエチルケトン、１１％の酢酸エチル、及び５％のリグロイン。
【００９７】
表３における双方のパネルは破滅的故障を防止し、許容可能なAction Integrals（つまり、０．２５＋／−２０％）を証明しているが、アルミニウムＥＭＦに基づくパネルＧは炭素繊維の最初の層に損傷を示した。これに対して、本発明の実施態様の自己組織化材料に基づくパネルＨでは炭素層の貫通は観察されなかった。更に、面積重量は基準のものの半分であった。本発明のこの独特の性能は等方性から部分的に生じ、これがｘ方向及びｙ方向に加えてｚ方向における非常に高い伝導性を可能にする。
【００９８】
2012529978.tif 000004
（ａ）表面損傷は、塗料及び／又は樹脂の焦げ、燃焼、又は蒸発によって損傷を受けた円形領域の直径に相当する。
【００９９】
実施例３
先に述べたように、本発明の材料の自己組織化性は材料の硬化中に連続の伝導性経路を形成する能力を有している。この特徴は、構造の元の構築及び既存のものの修理中に一般的に遭遇する接合面（例えば２つの隣接部分の継ぎ部）を電気的にブリッジすることを可能にするので、特に独特である。更に、この方法によりＬＳＰ製造方法を自動化することを可能にする。金属箔に基づく従来の材料は、継ぎ部に連続接合面を形成する能力を欠いており、これが別個のＬＳＰ ＥＭＦ間の接合面にわたって非常に大きな電気抵抗をしばしば生じさせる。更に、これらのＬＳＰの自動化は、継ぎ面問題、脆さ、及び重量問題のために禁じられる。
【０１００】
接合面を電気的にブリッジする本発明の能力を例証するために、パネルＨに対して同じ自己組織化ＬＳＰ材料を、炭素繊維プリプレグ（3k-70-PW Carbon Fiber Epoxy）の二つの異なった１０ｃｍ×３０ｃｍ（３．９ｉｎ×１１．８ｉｎ）の単層に噴霧塗布した。得られた塗膜は厚みがおよそ７５ミクロン（０．００３ｉｎ）であった。ついで、二つの塗布層を金属ツール面（表面に対する塗布）に突き合わせて接合し、これによって二つのサンプルの接合面に沿って線形の欠陥を形成した。２つの２０ｃｍ×３０ｃｍ（７．９ｉｎ×１１．８ｉｎ）炭素繊維層を継ぎ目層の背面に塗布した。ついで、構造体全体を真空バッグに入れ、１７７℃（３５０Ｆｏ）で３時間硬化させた。電気抵抗測定値を、各元の塗布内で７ｃｍの探針間隔で突き合わせ接合継ぎ手にわたって２×２点探針を使用して取った。硬化塗膜は、元のサンプルの各々内で測定して最初の突き合わせ継ぎ目欠陥にわたって同程度の電気的伝導性を示した。これは、既存のＬＳＰシステムと電気的接続を形成する自己組織化伝導性経路を可能にする材料の独特の構造に起因する。
【０１０１】
2012529978.tif 000005
（ａ）電気抵抗は７ｃｍの探針間隔の探針を有する２×２の４点探針を使用して測定した。
【０１０２】
実施例４
ゾーン１Ａのシミュレーションした稲妻に先に打たれた複合材サンドイッチパネルを試験標本として使用した。二つのタイプのパネルを使用した：エキスパンド銅箔に基づくパネルＧ（従来技術）及び自己組織化接着剤塗膜に基づくパネルＨ。双方のパネルを、ＦＡステップ・サンドアプローチ法（ＤＯＴ／ＦＡＡ／ＡＲ−０３／７４）を使用するＡ承認法に従って修理した。双方のパネルを、実施例１に記載された上述の自己組織化スプレー接着剤に基づくスプレー溶液で修理した。接着剤・溶剤混合物をＨＶＬＰスプレーガン（１５−３０ｐｓｉの空気，１．４ｍｍの先端）に充填し、修復したパネルに塗布した。
【０１０３】
修理方法全体の特定の詳細は次の通りである：パネルを二重軌道サンダーで研磨して塗料を取り除き、損傷を剥き出しにした。この研磨はパネルＧの場合には銅ＥＭＦをまた剥き出しにし、これにより自己組織化材料が箔との電気的接触を可能にした。ついで、ハニカムを貫通した円形の切断部を損傷領域の周囲の回りに形成した。ついで、穴の底部を高速空気圧式アングルグラインダーを用いてスムースになるように研磨した。ついで、上層の３層を研磨して取り去り、階段状構造を残した。ステップサイズは１．２７ｃｍ／層であった。ついで、修復領域のゴミをオイルフリーの圧縮空気で除去した。ついで、接着剤フィルム（表１を参照）をハニカムの穴の側部及び底部に適用した。ハニカムプラグを製造し、修復部に適用した。接着剤フィルムをハニカム及び段部をスカーフ継ぎした領域に配した。段部サイズに一致した３層の炭素繊維プリプレグ（表１を参照）を、最も小さいものから始めて、修復部に適用した。自己組織化接着剤スプレー溶液を、電気的伝導性のために既存のＬＳＰに重なるように修復領域に噴霧した。パネルを剥離剤塗布ツール面に配し、真空バッグをその回りに構築した。アセンブリを約２０分間減量させ、ついでオートクレーブにおいて、１７７℃の等温、５０ｐｓｉで２時間、硬化させた。硬化後、２４０グリットのサンドペーパーでパネルを軽く擦り落とし、オイルフリーの圧縮空気で洗浄した。ついで、先に記載されたようにして、それらについでプライマー処理をし、塗装した。
【０１０４】
先に記載のようにして修復したパネルにゾーン１Ａの修復部位に直接打たせた。双方の修復はパネルに有意な構造的損傷を与えることなく複合材パネルを十分に保護することができた。損傷を焦げの形態のプラグ領域に隔離し、修復部の端及び最上炭素層から樹脂を蒸発させた。双方の場合、落雷後プラグは所定位置にしっかりと残っている。修復部の周辺回りの塗料の変色は主にすすの形態で、洗浄によって簡単に除去した。
【０１０５】
実施例５
本発明の自己組織化接着剤ペーストを、次の処方を使用して調製した：２５．３ｗｔ％のビスフェノールＦのジグリシジルエーテル、９．７ｗｔ％のアミン付加物硬化剤、及び６５．０ｗｔ％の銀フレーク（約１７体積％）。該成分を、Ｈａｕｓｃｈｉｌｄ ＤＡＣ１５０ＦＶミキサーにおいて均一になるまで混合した。
【０１０６】
ついで、溶剤混合物を、ペースト２部に対して溶剤１部の比でペースト中に混合した。該溶剤混合物は重量で５０％のアセトン、１８％のトルエン、１６％のメチルエチルケトン、１１％の酢酸エチル、及び５％のリグロインから構成された。
【０１０７】
得られた塗料混合物を手作業で簡単に混合した後、標準的な塗料シェーカーで５分混合した。塗料混合物をついで濾過し、１．４ｍｍの先端サイズ及び１５−３０ｐｓｉの空気圧で自重送りのハンドヘルドＨＬＶＰスプレーガンに充填した。ついで、塗料混合物を非伝導性Ｇ１１エポキシボード基材に噴霧した。（非伝導性基材は、伝導性塗膜の真のシールド効果を測定することを可能にする電磁波へのその透明性のために選択された。）ついで、塗布した基材を１６０℃で１時間硬化させた。硬化膜のシート抵抗は４点探針によって測定して０．０３６Ω／□が平均であった。膜厚はおよそ５０ミクロン（０．００２ｉｎ）であった。塗膜の電磁シールド効果は、３０ＭＨｚから１２ＧＨｚの周波数の平面波で修正ＭＩＬ−ＳＴＤ−２８５手順を使用して測定した。６０．９ｃｍ×６０．９ｃｍ（２４ｉｎ×２４ｉｎ）のサンプルホルダー（アパーチュア）がまたＥＭ送信をブロックし始めるので、２４０ＭＨｚ以下の試験結果は半定量的であることに留意することは重要である。図２の結果は、本発明に基づく塗膜が、広い範囲の周波数にわたって、高レベルのシールド効果、つまり５０ｄＢ及びそれ以上の提供することができることを示している。
【０１０８】
実施例６
本発明の実施態様に係る自己組織化ＬＳＰ材料を市販の炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）層に塗布した。これらの表面ＣＦＲＰ層の下の支持構造はＮｏｍｅｘ（登録商標）ハニカムコア及び背面側の更なるＣＦＲＰ層であった。これらのフラットパネルを３５５＋／−１０ｏＦでオートクレーブにて同時硬化させた。結果は、一面にＬＳＰ塗膜を有する２４”×２４”×〜０．５”に切り取られた十分に硬化されたＣＦＲＰハニカムパネルであった。
【０１０９】
硬化後、これらのフラットなパネルはプライマー及びトップコート塗装前の複合材航空機外板構造に近似する。電気抵抗の測定はＬＳＰ塗膜面で容易になすことができる。これらの測定は、一緒に位置せしめられた４つ全ての探針ピンを使用するスポット試験、又は各対の探針ピンが所定の距離だけ離れている距離試験でありうる。ついで、パネルを航空宇宙グレードのプライマー及びトップコートで塗布し、ＳＡＥ５４１２の仕様に従いゾーン１Ａ落雷試験を受けた。
【０１１０】
図３は、製造中の品質及び落雷又は衝撃後の損傷の度合いを評価する価値法であるＬＳＰ性能を予測するために如何に表面抵抗を使用することができるかを示している。図３において、ゾーン１Ａ落雷後にＬＳＰ塗膜の電気抵抗を同じパネルの損傷面積に対してグラフ化している。塗膜の電気抵抗を４点探針スポット試験で測定した。雷に打たれたパネルの損傷（又は「乾燥」）領域はＣＦＲＰ層からの塗装層、ＬＳＰ層及び表面樹脂の欠如として定義した。図３中の全てのパネルは０−１のＣＦＲＰ層のみに構造的損傷を示した。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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