Предварительно сформованные эмп/рчп-экранирующие композиции в профилированной форме и способ герметизации отверстия - RU2336288C2

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к предварительно сформованным композициям в профилированной форме и к применению предварительно сформованных композиций для герметизации отверстий. Настоящее раскрытие, кроме того, относится к предварительно сформованным композициям в профилированной форме, обладающим ЭМП/РЧП-экранирующей способностью, и к применению таких предварительно сформованных композиций для герметизации отверстий.

Предшествующий уровень техники

Электромагнитные помехи можно определить как нежелательное проводимое или излучаемое электрическое возмущение от электрического или электронного источника, включая сюда нестационарность, которое может вмешиваться в работу другого электрического или электронного устройства. Такого рода возмущение может происходить на частотах по всему электромагнитному спектру. Выражения «радиочастотные помехи» («РЧП») и «электромагнитные помехи» («ЭМП») часто используют одно вместо другого, хотя более правильно относить РЧП к радиочастотной области электромагнитного спектра, обычно определяемой как диапазон от 10 килогерц (кГц) до 100 гигагерц (ГГц).

Электронное оборудование обычно закрывают кожухом. Кожух может служить не только как физическая преграда для защиты внутренней электроники от внешнего окружения, но может также служить как экран от ЭМП/РЧП-излучения. Для изолирования энергии ЭМП/РЧП внутри устройства, которое является ее источником, можно использовать корпуса, обладающие способностью поглощать или отражать энергию ЭМП/РЧП. Чтобы при этом обеспечить доступ к внутренним компонентам, корпуса могут быть оборудованы открывающимися или съемными участками доступа, такими как дверцы, люки, панели или крышки. Как правило, между участками доступа и прилегающими к ним поверхностями имеются зазоры, которые снижают эффективность электромагнитного экранирования, оставляя открытые места, через которые может выходить излучательная энергия. Такие зазоры могут также нарушать непрерывность поверхностной проводимости и заземления кожуха и в некоторых случаях могут создавать вторичный источник ЭМП/РЧП-излучения, действуя как щелевая антенна.

Для того чтобы сохранить непрерывность электрического тока по всей конструкции и исключить внешние повреждающие факторы, такие как твердые частицы, влагу и агрессивные вещества, для заполнения зазоров между прилегающими поверхностями кожуха и съемными участками доступами могут быть использованы прокладки и другие герметики. Такие герметики могут приклеиваться или механически прикрепляться к одной или обеим прилегающим поверхностям и могут создавать непрерывную цепь проводимости, адаптируясь при применении давления к неровностям поверхности.

Традиционные способы изготовления ЭМП/РЧП-экранирующих прокладок включают экструзию, формовку и нарезку. Формовкой может быть прессование или литье под давлением невулканизованного герметика или термопластичного материала в определенную конфигурацию, которая затем вулканизуется с образованием конечной формы. Нарезкой может быть придание формы прокладке из вулканизованного полимерного материала, который нарезается или выштамповывается с использованием штампа определенной конфигурации. Для формовки ЭМП/РЧП-экранирующих прокладок используют также способы «формовки по месту» (FIP), где способ FIP состоит в нанесении слоя вязкой, вулканизируемой, электропроводящей композиции в текучем состоянии на поверхность, которая (композиция) затем подвергается воздействию тепла, атмосферной влаги или ультрафиолетового излучения с образованием электропроводящей ЭМП/РЧП-экранирующей прокладки.

Электропроводность и ЭМП/РЧП-экранирующая способность могут быть приданы полимерным прокладкам путем введения в полимерный матрикс проводящих материалов. В число проводящих материалов могут, например, входить металл или покрытые металлом частицы, ткани, сетки, волокна и их комбинации. Металл может иметь форму, например, нитей, частиц, чешуек или сфер. Примерами металлов могут служить медь, никель, серебро, алюминий, олово и сталь. В число других проводящих материалов, которые могут быть использованы для придания полимерным композициям ЭМП/РЧП-экранирующей способности, входят проводящие частицы или волокна, включающие уголь или графит. Могут быть также использованы такие проводящие полимеры, как политиофены, полипирролы, полианилин, поли(п-фенилен)винилен, полифениленсульфид, полифенилен и полиацетилен.

В некоторых областях применения желательно, чтобы прокладки или герметики на поверхностях, подверженных воздействию внешней среды, например, на авиационных или аэрокосмических летательных аппаратах, не только обеспечивали бы непрерывную электропроводимость и ЭМП/РЧП-экранирующую способность, но и не приводили бы к коррозии металлических поверхностей. Когда разнородные металлы и/или проводящие композиционные материалы соединены один с другим в присутствии электролита, на поверхности раздела разнородных проводников возникает гальванический потенциал. Если промежуточный герметик подвергается воздействию внешней среды, особенно в случае агрессивных внешних условий типа соляного тумана или соляного тумана с высокой концентрацией SO₂, может происходить коррозия наименее благородных проводящих поверхностей. Коррозия может привести к утрате ЭМП/РЧП-экранирующей способности герметика. Механическая и электрическая целостности корпуса могут быть нарушены и в результате действия других механизмов, отличных от гальванических потенциалов, например в результате щелевой коррозии.

Полисульфидные полимеры являются известными в технике полимерами. Характеристика производства полисульфидных полимеров дана Fettes и Jorzak, Industrial Engineering Chemistry, ноябрь 1950, стр.2217-2223. Промышленное применение полисульфидных полимеров при изготовлении материала для герметиков в аэрокосмической области известно уже давно и имеет коммерческую значимость. Например, полисульфидные герметики используют для герметизации самолетного корпуса благодаря их высокой прочности на растяжение, высокой прочности на разрыв, термостойкости и стойкости к интенсивному ультрафиолетовому свету. Полисульфидные герметики используются для герметизации топливных баков самолетов благодаря их стойкости к топливу и адгезии при контакте с топливом.

Полисульфидные герметики обычно наносят на поверхность с помощью шприцевания, используя для этого шприц для заделки швов. Этот способ может быть эффективным для несъемных панелей, устанавливаемых на корпусе самолета. Однако выдавливание герметика для уплотнения щелей в и/или на корпусе такого типа как отверстия смотровых люков или панелей может потребовать дополнительных усилий. При выдавливании невулканизированного герметика внутренний периметр смотрового отверстия покрывают маскировочным слоем и, чтобы не уплотнить задвижку, перед выдавливанием герметика на покрытую маскировочным слоем поверхность смотрового отверстия, внешний периметр дверцы смотрового отверстия покрывают антиадгезивом. Дверцу смотрового люка устанавливают на место и прижимают с целью выдавливания избытка невулканизованного герметика вокруг дверцы смотрового отверстия. После этого герметик вулканизуют, и избыток его срезают. Это отнимает много времени и может значительно усложнить обслуживание самолета с множеством дверец смотровых люков. У некоторых самолетов может быть до ста или более дверец смотровых люков, которые используются для защиты чувствительного электронного оборудования или трубной арматуры, требующих периодического доступа и последующей герметизации.

Учитывая сказанное, желательно обеспечить способ герметизации дверец смотровых люков, например, в корпусе авиационного или аэрокосмического летательного аппарата, который бы не требовал маскировочного покрытия, уменьшил бы подрезку и/или был бы не столь трудоемким и не занимал бы столько времени как традиционный способ выдавливания для герметизации дверец смотровых люков.

Электропроводящие герметики, которые обладают ЭМП/РЧП-экранирующим действием, являются доступными в продаже. Например, фирма PRC-DeSoto International Inc. (Glendale, СА) производит несколько электропроводящих герметиков класса В, специально разработанных для применения в авиационной и аэрокосмической областях. Например, электропроводящий герметик класса В PR-2200 представляет собой электропроводящий политиоэфирный герметик, который отвечает требованиям методов тестирования MMS 327 (технические требования для материалов военного назначения Boeing St. Louis). Эти двухчастные наполненные никелем герметики включают политиоэфирный полимер PERMAPOL Р-3.1 и не проявляют агрессивности при их применении на алюминиевых сплавах или между разнородными металлами. Однако имеющиеся в продаже герметики, такие как приведенный в качестве примера продукт PR-2200, в виде предварительно сформованной композиции не поставляются.

Таким образом, желательно также создать способ герметизации дверей смотровых люков для обеспечения эффективного ЭМП/РЧП-экранирования при минимальной коррозии проводящих поверхностей в условиях, возникающих при применении в авиационной и аэрокосмической областях, который бы не требовал нанесения маскировочного покрытия, уменьшал обрезку и/или был бы не столь трудоемким и не занимал бы столько времени как традиционный способ выдавливания для герметизации дверец смотровых люков.

Раскрытие сущности изобретения

Согласно воплощениям настоящего раскрытия, предлагаются предварительно сформованные композиции в профильной форме, включающие базовую композицию, содержащую, по меньшей мере, один серусодержащий полимер и, по меньшей мере, один электропроводящий наполнитель, и композицию вулканизующего агента, где последовательно сформованная композиция обладает способностью экранировать ЭМП/РЧП-излучение.

Согласно воплощениям настоящего раскрытия, раскрыты способы герметизации отверстия с целью обеспечения ЭМП/РЧП-экранирующего эффекта, включающие нанесение предварительно сформованной композиции в профильной форме, содержащей, по меньшей мере, один серусодержащий полимер и, по меньшей мере, один электропроводящий наполнитель, на прилегающую к отверстию поверхность с последующей вулканизацией предварительно сформованной композиции с целью герметизации отверстия и обеспечения ЭМП/РЧП-экранирующего эффекта.

Дополнительные воплощения раскрытия приведены в следующем далее описании или же они могут быть выведены из практики воплощений настоящего раскрытия.

Подробное воплощение изобретения

В некоторых воплощениях настоящего раскрытия, предварительно отформованные композиции в профилированной форме, пригодные для герметизации отверстий, например, продолговатых отверстий в или на корпусе самолета, включают, по меньшей мере, один серосодержащий полимер и, по меньшей мере, один электропроводящий наполнитель. Выражение «предварительно отформованная» относится к композиции, которая может быть приготовлена в определенной форме с целью облегчения ее упаковки, хранения и/или нанесения. Предварительно сформованная композиция может быть переформована в другую форму либо намеренно, либо в результате транспортировки или манипулирования. Выражение «профильная форма» подразумевает такую конфигурацию, при которой толщина предварительно сформованной композиции значительно меньше ее бокового размера и включает ленты, листы и нарезанные прокладочные формы. «Профилированной формой» может быть, например, лента, для которой предполагается узкая форма, полоса, которую можно хранить в виде рулона, намотка или полоска. «Профилированная форма» может быть также отштампована до размеров уплотняемого отверстия.

Используемые в настоящей заявке выражения «герметик», «герметизация» или «герметизировать» относятся к композициям, обладающим способностью выдерживать атмосферные условия, в частности влажность и температуру, и, по крайней мере, частично задерживать пропускание таких материалов, как вода, топливо и другие жидкости и газы. Герметики часто обладают адгезивными свойствами, но не являются просто клеями, которые не обладают задерживающими свойствами герметика. Используемое здесь выражение «продолговатое отверстие» подразумевает отверстие, длина которого, по меньшей мере, втрое больше его ширины.

Предварительно сформованные композиции настоящего раскрытия могут быть приготовлены смешением электропроводящей базовой композиции с композицией вулканизующего агента. Базовая композиция и композиция вулканизующего агента могут быть приготовлены отдельно, смешаны с образованием герметизирующей композиции и предварительно сформованы в специальной форме. Электропроводящая базовая композиция может включать, например, по меньшей мере, один серусодержащий полимер, по меньшей мере, один пластификатор, по меньшей мере, один промотор адгезии, по меньшей мере, один ингибитор коррозии, по меньшей мере, один электрически непроводящий наполнитель и, по меньшей мере, один промотор адгезии. Композиция вулканизующего агента может включать, например, по меньшей мере, один вулканизующий агент, по меньшей мере, один пластификатор, по меньшей мере, один электрически непроводящий наполнитель и, по меньшей мере, один ускоритель вулканизации. В некоторых воплощениях для получения электропроводящей герметизирующей композиции смешивают от 5 до 20 мас. частей композиции вулканизующего агента со 100 мас. частями базовой композиции, а в некоторых воплощениях со 100 мас. частями базовой композиции смешивают от 8 до 16 мас. частей композиции вулканизующего агента.

В некоторых воплощениях более предпочтительны двухкомпонентные вулканизуемые композиции, чем однокомпонентные вулканизуемые композиции, так как двухкомпонентные композиции обеспечивают лучшую реологию при нанесении и проявляют благоприятные физические и химические свойства в образующейся вулканизованной композиции. Согласно настоящей заявке, два компонента подразумевают базовую композицию и композицию вулканизующего агента. В некоторых воплощениях базовая композиция может включать полисульфидные полимеры, политиоэфирные полимеры, окисляющие агенты, добавки, наполнители, пластификаторы, органические растворители, промоторы адгезии, ингибиторы коррозии и их комбинации. В некоторых воплощениях композиция вулканизующего агента может включать вулканизующие агенты, ускорители вулканизации, замедлители отверждения, пластификаторы, добавки, наполнители и их комбинации.

В некоторых воплощениях используемыми в практике настоящего раскрытия серосодержащими полимерами являются, в частности, полисульфидные полимеры, которые содержат в главной полимерной цепи и/или в концевых или ответвленных положениях полимерной цепи множество сульфидных групп, т.е. групп -S-. Такие полимеры описаны в патенте США №2466963, в котором раскрытые полимеры имеют в главной полимерной цепи множество связок -S-S-. Другими пригодными полисульфидными полимерами являются такие полимеры, у которых полисульфидная связка заменена на политиоэфирную связку, т.е. -(-CH₂-CH₂-S-CH₂-CH₂-)_n-,

где n может быть целым числом в пределах от 8 до 200, как это описано в патенте США №4366307. Полисульфидные полимеры могут иметь в качестве концевых групп нереакционноспособные группы типа алкила, хотя в некоторых воплощениях полисульфидные полимеры содержат в концевых и ответвленных положениях реакционноспособные группы. Типичными реакционноспособными группами являются тиоловая, гидроксильная, аминогруппа и винил. Такого рода полисульфидные полимеры описаны в упомянутом выше патенте США №2466963, патенте США №4366307 и патенте США №6372849, каждый из которых включен в настоящую заявку в качестве ссылочного материала. Такие полисульфидные полимеры могут вулканизоваться с вулканизующими агентами, проявляющими реакционную способность по отношению к реакционноспособным группам полисульфидного полимера.

Серосодержащие полимеры настоящего раскрытия могут иметь среднечисленные молекулярные массы, определяемые методом гельпроникающей хроматографии с использованием полистирольного эталона, в пределах от 500 до 8000 г/моль и в некоторых воплощениях от 1000 до 5000 г/моль. В случае серусодержащих полимеров, которые содержат реакционноспособные функциональные группы, серусодержащие полимеры могут обладать средней функциональностью в пределах от 2,05 до 3,0 и, в некоторых воплощениях, от 2,1 до 2,6. Конкретную среднюю функциональность можно получить надлежащей подборкой реакционноспособньгх компонентов. В число примеров серусодержащих полимеров входят такие серусодержащие полимеры, которые могут быть приобретены от фирмы PRC-DeSoto International, Inc. под торговым названием PERMAPOL, в частности PERMAPOL Р-3.1 или PERMAPOL Р-3, и от фирмы Akros Chemicals такого типа как THIOPLAST G4.

Серосодержащий полимер может содержаться в проводящей базовой композиции в количествах от 10 до 50% от общей массы проводящей базовой композиции и в некоторых воплощениях от 20 до 30% мас. В некоторых воплощениях, когда серусодержащий полимер включает комбинацию полисульфидного полимера и политиоэфирного полимера, количества полисульфидного полимера и политиоэфирного полимера могут быть одинаковыми. Например, количество полисульфидного полимера и количество политиоэфирного полимера в базовой композиции может для каждого составлять от 10 до 15% от общей массы проводящей базовой композиции.

Предварительно сформованные композиции настоящего раскрытия включают, по меньшей мере, один вулканизующий агент для вулканизации, по меньшей мере, одного серусодержащего полимера. Выражение «вулканизующий агент» подразумевает любой материал, который может быть добавлен к серусодержащему полимеру с целью ускорения вулканизации или образования геля серусодержащего полимера. Вулканизующие агенты известны так же как ускорители, катализаторы или вулканизующие пасты. В некоторых воплощениях вулканизующий агент является реакционноспособным при температурах от 10 до 80°С. Термин «реакционноспособный» означает способный к химической реакции, включая сюда любой уровень реакции от частичной реакции до полного прореагирования реагирующего вещества. В некоторых воплощениях вулканизующий агент является реакционноспособным, когда он обеспечивает поперечную сшивку или образование геля серусодержащего полимера.

В некоторых воплощениях предварительно сформованные композиции включают, по меньшей мере, один вулканизующий агент, который содержит окисляющие агенты, способные окислять концевые меркаптановые группы серусодержащего полимера с образованием дисульфидных связей. В число пригодных окисляющих агентов входят, например, диоксид свинца, диоксид марганца, диоксид кальция, перборат натрия-моногидрат, пероксид кальция, пероксид цинка и бихромат. Количество вулканизующего агента в композиции вулканизующего агента может составлять от 25 до 75% от общей массы композиции вулканизующего агента. Для повышения стабильности ускорителя могут быть также включены добавки типа стеарата натрия. Например, композиция вулканизующего агента может включать ускоритель вулканизации в количестве от 0,1 до 1,5% от общей массы композиции вулканизующего агента.

В некоторых воплощениях предварительно сформованные композиции настоящего раскрытия могут включать, по меньшей мере, один вулканизующий агент, содержащий, по меньшей мере, одну реакционноспособную функциональную группу, которая проявляет реакционную способность по отношению к функциональным группам, связанным с серусодержащим полимером. Пригодные вулканизующие агенты, которые содержат, по меньшей мере, одну реакционноспособную функциональную группу, связанную с серусодержащим полимером, включают политиолы типа политиоэфиров для вулканизации полимеров с концевыми винильными группами; полиизоцианаты, такие как изофорон-диизоцианат, гексаметилен-диизоцианат и их смеси, и изоциануратные производные, для вулканизации полимеров с концевыми тиоловыми, гидроксильными и аминогруппами; и полиэпоксиды для вулканизации полимеров с концевыми амино- и тиоловыми группами. Примеры полиэпоксидов включают гидантоин-диэпоксид, Бисфенол А-эпоксиды, Бисфенол F-эпоксиды, эпоксиды новолачного типа, алифатические полиэпоксиды и эпоксидированные ненасыщенные смолы и фенольные смолы. Термин «полиэпоксид» относится к материалу, имеющему более одного 1,2-эпокси-эквивалента, и включает в себя мономеры, олигомеры и полимеры.

Предварительно сформованная герметизирующая композиция может включать, по меньшей мере, одно соединение, изменяющее скорость вулканизации. Например, для ускорения вулканизации в герметизирующую композицию могут включаться ускорители вулканизации, такие как смесь дипентаметилен/тиурам/полисульфид или для замедления вулканизации и, таким образом, для продления рабочего времени герметизирующей композиции во время ее нанесения может быть добавлен, по меньшей мере, один замедлитель отверждения типа стеариновой кислоты. В некоторых воплощениях композиция вулканизующего агента может включать ускоритель в количестве от 1 до 7% и замедлитель в количестве от 0,1 до 1% в расчете на общую массу композиции вулканизующего агента. Для регулирования вулканизационных свойств герметизирующей композиции может быть также полезным включение, по меньшей мере, одного материала, способного, по крайней мере, частично удалять из герметизирующей композиции влагу, например порошок молекулярных сит. В некоторых воплощениях композиция вулканизующего агента может включать материал, способный, по крайней мере, частично удалять влагу, в количестве от 0,1 до 1,5% от общей массы композиции вулканизующего агента.

В некоторых воплощениях предварительно сформованные композиции настоящего раскрытия могут включать наполнители. Используемое в настоящей заявке выражение «наполнитель» относится к нереакционноспособному компоненту предварительно сформованной композиции, который придает композиции желаемое свойство, такое, например, как электропроводность, плотность, вязкость, механическая прочность, ЭМП/РЧП-экранирующая способность и т.д.

Примеры электрически непроводящих наполнителей включают материалы, такие как (но не ограничивающие этим раскрытия) карбонат кальция, слюда, полиамид, кварцевое стекло, порошок молекулярных сит, микросферы, диоксид титана, мел, щелочные сажи, целлюлоза, сульфид цинка, барит, оксиды щелочноземельных металлов, гидроксиды щелочноземельных металлов, и т.д. В число наполнителей входят также промежуточные материалы, такие как сульфид цинка и неорганические соединения бария. В некоторых воплощениях электропроводящая базовая композиция может включать электрически непроводящий наполнитель в количестве от 2 до 10% от общей массы базовой композиции и, в некоторых воплощениях, от 3 до 7% мас. В некоторых воплощениях композиция вулканизующего агента может включать электрически непроводящий наполнитель в количестве менее 6% мас. и, в некоторых воплощениях, от 0,5 до 4% в расчете на общую массу композиции вулканизующего агента.

Наполнители, используемые для придания полимерным композициям электропроводимости и ЭМП/РЧП-экранирующей способности, хорошо известны в технике. В число примеров электропроводящих наполнителей входят электропроводящие наполнители на основе благородных металлов, таких как серебро; благородные металлы с покрытием из благородных металлов, такие как серебреное золото; неблагородные металлы с покрытием из благородных металлов, такие как серебреная медь, никель или алюминий, например частицы на алюминиевой основе с серебряным покрытием или платинированные частицы меди; стекло, пластик или керамика с покрытием из благородных металлов такие как микросферы из серебреного стекла, алюминий с покрытием из благородных металлов или микросферы из пластика, покрытого благородным металлом; слюда с покрытием из благородных металлов; или другие подобного рода наполнители с проводящими благородными металлами. Могут быть также использованы материалы на основе неблагородных металлов, в число которых входят, например, неблагородные металлы с покрытием из неблагородных металлов, такие как омедненные железные частицы или никелированная медь; неблагородные металлы, например медь, алюминий, никель, кобальт; неметаллы с покрытием из неблагородных металлов, например никелированный графит; и неметаллические материалы, такие как сажа и графит. Для обеспечения желаемой проводимости, ЭМП/РЧП-экранирующей способности, твердости и других свойств, подходящих для конкретного применения, могут быть также использованы комбинации электропроводящих наполнителей.

Форма и размер электропроводящих наполнителей, используемых в предварительно сформованных композициях настоящего раскрытия, могут быть любыми при условии обеспечения вулканизованной предварительно сформованной композиции ЭМП/РЧП-экранирующей способности. Например, наполнители могут иметь любую форму, которую обычно используют в производстве электропроводящих наполнителей, включая сюда сферическую форму, чешуйчатую, пластинчатую, гранулированную, порошковую, сложную, волокнистую и т.п. В некоторых предварительно сформованных композициях раскрытия базовая композиция может включать никелированный графит в виде гранул, порошка или чешуек. В некоторых воплощениях количество никелированного графита в базовой композиции может составлять от 40 до 80% и в некоторых воплощениях может составлять от 50 до 70% в расчете на общую массу базовой композиции. В некоторых воплощениях электропроводящий наполнитель может включать Ni волокно. Ni волокно может иметь диаметр в пределах от 10 до 50 μм и иметь длину в пределах от 250 до 750 μм. Количество Ni волокна, включенного в базовую композицию, может составлять, например, от 2 до 10% мас. и в некоторых воплощениях от 4 до 8% в расчете на общую массу базовой композиции.

Для придания предварительно сформованным композициям настоящего раскрытия электропроводимости могут быть также использованы углеродные волокна, в частности графитированные углеродные волокна. Углеродные волокна, полученные с использованием методов парофазного пиролиза и графитированные с помощью термообработки, полые или сплошные, с диаметром волокна от 0,1 до нескольких микрон обладают высокой электропроводностью. Как раскрыто в патенте США №6184280, в качестве электропроводящих наполнителей могут быть использованы углеродные микроволокна, нанотрубочки или углеродные фибриллы с наружным диаметром от менее 0,1 μм до десятков нанометров. Примером волокна из графитированного углерода, пригодного для проводящих предварительно сформованных композиций настоящего раскрытия, является PANEX 30MF (Zoltek Companies, Inc., St Louis, Mo.), представляющий собой круглое волокно с диаметром 0,921 μм, обладающее электросопротивлением 0,00055 Ом/см².

Средний размер частиц электропроводящего наполнителя может быть в пределах диапазона, пригодного для придания электропроводимости композиции на основе полимера. Например, в некоторых воплощениях размер частиц одного или более наполнителей может составлять от 0,25 до 250 μм, в некоторых воплощениях может быть от 0,25 до 75 мм и, в некоторых воплощениях, от 0,25 до 60 μм. В некоторых воплощениях предварительно сформованная композиция настоящего раскрытия может включать Ketjen Black (Akzo Nobel, Inc., Chicago, IL) - электропроводящую сажу, характеризующуюся абсорбцией йода 1000-11500 мг/г (тест-метод JO/84-5) и объемом пор 480-510 см³/100 г (DBP absorption, КТМ 81-2504). В некоторых воплощениях электропроводящим сажевым наполнителем являются Black Pearles 2000 (Cabot Corporation, Boston, MA).

В некоторых воплощениях для придания или модифицирования электропроводимости композициям настоящего раскрытия могут быть использованы электропроводящие полимеры. Известно, что электропроводящими являются полимеры, имеющие атомы серы, включенные в ароматические группы или примыкающие к двойным связям, такие как полифениленсульфид и политиофен. В число других электропроводящих полимеров входят, например, полипирролы, полианилин, поли(п-фенилен)винилен и полиацетилен. В некоторых воплощениях серосодержащими полимерами, образующими базовую композицию, могут быть полисульфиды и/или политиоэфиры. Для усиления электропроводности предварительно сформованных композиций настоящего раскрытия, серусодержащие полимеры, как таковые, могут содержать ароматические серусодержащие группы, такие как винилциклогексендимеркаптодиоксаоктановые группы, и атомы серы, расположенные непосредственно рядом с сопряженными двойными связями.

Предварительно сформованные композиции настоящего раскрытия могут включать более одного электропроводящего наполнителя и в этом случае электропроводящие наполнители могут быть из одних и тех же или различных материалов и/или иметь одинаковые или разные формы. Например, предварительно сформованная герметизирующая композиция может включать электропроводящие Ni волокна и электропроводящий никелированный графит в виде порошка, гранул или чешуек. Количество и тип электропроводящего наполнителя могут быть подобраны таким образом, чтобы получить такую предварительно сформованную герметизирующую композицию, которая после вулканизации обладала бы поверхностным сопротивлением (четырехточечным сопротивлением) ниже 0,50 Ом/см² и в некоторых воплощениях поверхностным сопротивлением ниже 0,15 Ом/см². Количество и тип наполнителя можно также подбирать таким образом, чтобы обеспечить эффективное ЭМП/РЧП-экранирующее действие на уплотняемом отверстии при использовании предварительно сформованной композиции настоящего открытия в диапазоне частот от 1 МГц до 18 ГГц.

Гальваническая коррозия разнородных металлических поверхностей и проводящих композиций настоящего раскрытия может быть сведена к минимуму или устранена путем добавления к композиции ингибиторов коррозии и/или путем подборки подходящих проводящих наполнителей. В некоторых воплощениях ингибиторы коррозии включают хромат стронция, хромат кальция, хромат магния и их комбинации. В патенте США №5284888 и патенте США №5270364 раскрывается применение ароматических триазолов для ингибирования коррозии алюминиевых и стальных поверхностей. В некоторых воплощениях в качестве ингибитора коррозии может быть использован расходуемый выноситель кислорода, такой как Zn. В некоторых воплощениях ингибитор коррозии может составлять менее 10% от общей массы электропроводящей предварительно сформованной композиции. В некоторых воплощениях ингибитор коррозии может содержаться в количестве от 2 до 8% от общей массы электропроводящей предварительно сформованной композиции. Коррозия между разнородными металлическими поверхностями может быть также сведена к минимуму или устранена путем подборки типа, количества и свойств проводящих наполнителей, содержащихся в предварительно сформованной композиции.

В некоторых воплощениях предварительно сформованные композиции настоящего раскрытия включают пластификаторы, такие как эфиры фталевой кислоты, хлорированные парафины, гидрированные терфенилы, частично гидрированные терфенилы и т.п. Предварительно сформованная композиция может включать более одного пластификатора. Количество пластификатора в этой базовой композиции может составлять от 0,1 до 5% от общей массы базовой композиции и в некоторых воплощениях может составлять от 0,5 до 3% мас. Количество пластификатора в композиции вулканизующего агента может составлять от 20 до 60% от общей массы композиции вулканизующего агента и в некоторых воплощениях может составлять от 30 до 40% мас.

В некоторых воплощениях предварительно сформованные композиции дополнительно содержат органический растворитель типа кетона или спирта, например метилэтилкетон и изопропиловый спирт или их комбинацию.

В некоторых воплощениях предварительно сформованные композиции настоящего раскрытия включают промоторы адгезии, такие, например, как фенольная смола, силановый промотор адгезии и их комбинации. Промоторы адгезии могут облегчать адгезию полимерных компонентов предварительно сформованной герметизирующей композиции к подложке, а также к электрически непроводящим и электропроводящим наполнителям в герметизирующей композиции. В некоторых воплощениях проводящая базовая композиция может включать от 0,15 до 1,5% мас. фенольного промотора адгезии, от 0,05 до 0,2% мас. меркаптосиланового промотора адгезии и от 0,05 до 0,2% мас. эпоксисиланового промотора адгезии. Общее количество промотора адгезии в базовой композиции может составлять от 0,5 до 7% мас. в расчете на общую массу базовой композиции.

В некоторых воплощениях базовая композиция может быть приготовлена одноразовым смешением, по меньшей мере, одного серусодержащего полимера, добавок и/или наполнителей в двойном планетарном смесителе под вакуумом. Другим подходящим смешивающим оборудованием может быть экструдер, сигма-миксер или двухлопастная мешалка типа «А». Например, базовая композиция может быть приготовлена смешением по меньшей мере одного серусодержащего полимера, пластификатора и фенольного промотора адгезии. После тщательного перемешивания смеси могут отдельно добавляться дополнительные составляющие и размешиваться с использованием измельчающего ножа высокой мощности типа Cowless до полного смешения. Примеры дополнительных составляющих, которые могут быть добавлены, включают ингибиторы коррозии, непроводящие наполнители, электропроводящее волокно, электропроводящие чешуйки и силановые промоторы адгезии. После этого смесь может перемешиваться в течение дополнительных 15-20 мин в вакууме 670 мм рт. столба или выше с целью уменьшения или удаления захваченного воздуха и/или газов. Затем композиция может быть выдавлена из смесителя с помощью поршневого толкателя высокого давления.

Композиция вулканизующего агента может быть приготовлена одноразовым смешением вулканизующего агента с добавками и наполнителями. В некоторых воплощениях 75% от всего количества пластификатора типа частично гидрированного терфенила и ускорителя типа смеси дипентаметилен/тиурам/полисульфид смешивают в одновальной якорной мешалке. После этого добавляют порошок молекулярных сит и перемешивают 2-3 мин, после чего добавляют 50% от всего количества диоксида марганца и перемешивают до полного смешения. Затем размешивают до полного смешения стеариновую кислоту, стеарат натрия и оставшееся количество пластификатора, после чего размешивают до полного смешения оставшиеся 50% диоксида марганца. Если смесь слишком густа, для повышения ее влажности может быть добавлено поверхностно-активное вещество. После этого композицию вулканизующего агента перемешивают 2-3 минуты, растирают, пропуская через трехвалковую краскотерку, возвращают в одновальную якорную мешалку и перемешивают еще 5-10 мин. Далее композицию вулканизующего агента удаляют из мешалки с помощью поршневого толкателя, помещают в емкости для хранения и перед соединением с базовой композицией выдерживают в течение, по меньшей мере, 5 суток.

Базовую композицию смешивают с композицией вулканизующего агента с образованием предварительно сформованной герметизирующей композиции. Базовая композиция и композиция вулканизующего агента могут быть соединены в нужной пропорции с использованием дозирующего смесительного устройства, оборудованного динамической смесительной головкой. Давление внутри дозирующего смесительного устройства выдавливает базовую композицию и композицию вулканизующего агента через динамическую смесительную головку и экструзионную матрицу. В некоторых воплощениях предварительно сформованная композиция экструдируется в ламинарной форме типа ленты или листа. Предварительно сформованная композиция в виде листа может быть нарезана в любой желаемой форме, определяемой размерами уплотняемого отверстия. В некоторых воплощениях профилированная форма может быть спиральной, где для облегчения упаковки каждое кольцо отделено от другого антиадгезионной бумагой. Профилированная форма может быть заморожена помещением ее на слой сухого льда и укладкой поверх нее другого слоя сухого льда. Профилированная форма может быть заморожена сразу же после смешения базовой композиции с композицией вулканизующего агента. Профилированная форма может оставаться под воздействием сухого льда в течение от 5 до 15 мин и затем храниться при температуре -40°С или ниже. Выражение «заморожена» подразумевает такое понижение температуры предварительно сформованной композиции, которое затормаживает и/или останавливает вулканизацию предварительно сформованной композиции. В некоторых воплощениях предварительно сформованная композиция в профилированной форме замораживается при температуре ниже -40°С.

Для герметизации отверстия температуру предварительно сформованной композиции перед ее нанесением на одну или более прилегающих к отверстию поверхностей поднимают до температуры применения от 4 до 32°С. Это осуществляют таким образом, чтобы достичь температуры применения предварительно сформованной композиции не более чем за 10 мин до нанесения композиции.

В некоторых воплощениях предварительно сформованная композиция в профилированной форме может быть использована для герметизации отверстия между съемной панелью и поверхностью, прилегающей к периметру отверстия в фюзеляже самолета. Вначале по периметру отверстия съемной панели, поверхность которого предварительно очищают очищающим растворителем типа DESOCLEAN (PRC-DeSoto International, Inc.), намазывают промотор адгезии. После этого поверхность съемной панели очищают и перед нанесением предварительно сформованной композиции покрывают антиадгезионным агентом. Предварительно сформованную композицию в профилированной форме наносят вручную на поверхность, примыкающую к периметру отверстия съемной панели, на поверхность, примыкающую к периметру съемной панели, или на обе поверхности. После этого съемную панель помещают на поверхность, примыкающую к периметру отверстия съемной панели, и прижимают, выдавливая избыточную предварительно сформованную композицию по краям съемной панели. Избыток предварительно сформованной композиции легко удаляют с помощью, например, какой-либо гладкой поверхности. Избыток предварительно сформованной композиции может быть удален либо до вулканизации, либо после вулканизации предварительно сформованной композиции.

Целостность, влагостойкость и топливостойкость герметика, образованного нанесением предварительно сформованной композиции настоящего раскрытия, могут быть оценены с помощью тестов, определенных техническими условиями MMS 327. Приемлемое уплотнение должно быть герметичным и стойким к влаге и авиатопливу.

Отметим, что используемые в настоящем описании и прилагаемой формуле изобретения формы единственного числа, если не оговорено специально и однозначно, что речь идет об одном объекте, включают и множество объектов. Так, например, упоминание «наполнителя» предполагает один или более наполнителей. Отметим также, что используемый здесь термин «полимер» относится к полимерам, олигомерам, гомополимерам и сополимерам.

Что касается описания и прилагаемой формулы изобретения, если не оговорено особо, все используемые в описании и прилагаемой формуле изобретения числа, обозначающие количества ингредиентов или процентные содержания, или пропорции других материалов, условия реакции и т.д. следует воспринимать во всех случаях как числа, которые могут меняться выражением «приблизительно (примерно)». Соответственным образом, если не оговаривается обратное, численные параметры, приводимые в следующем описании и прилагаемой формуле изобретения, являются приближениями, которые могут меняться в зависимости от желаемых свойств, получение которых является целью настоящего раскрытия.

Воплощения настоящего раскрытия могут быть дополнительно разъяснены со ссылками на приведенные ниже примеры, которые подробно описывают приготовление композиций настоящего раскрытия и способы применения композиций настоящего раскрытия. Специалистам должно быть очевидно, что, не выходя за пределы объема настоящего раскрытия, можно вносить изменения как в материалы, так и в методы.

Пример 1

В примере 1 предлагается электропроводящая предварительно сформованная композиция в профилированной форме, обладающая ЭМП/РЧП-экранирующей способностью. Для получения электропроводящей базовой композиции следующие материалы смешивают в пропорциях, указанных в таблице 1: политиоэфирный полимер PERMATOL Р 3.1 от фирмы PRC-DeSoto Internasional, Inc., полисульфидный полимер THIOPLAST G4 от Akros Chemicals (New Brunswick, NJ), промотор адгезии типа фенольной смолы от PRC-DeSoto International и модифицированный полифенольный пластификатор НВ-40 от Solutia, lnc (St. Louis, Missouri). Используя измельчающий нож высокой мощности (Cowless blade), отдельно добавляются и размешиваются до полного смешения: кальцийхроматный ингибитор коррозии (Waine pigment Corp., Milwaukee, Wl), гидрофобное кварцевое стекло (R202, от Aerosil/Degussa, Diamond Bar CA), Ni волокно (диаметр 30 μм, длина 500 μм от Intramicron, Birmingam, AL), никелированный графит (I) (60%-ный никелированный графит от Novamet, Wyckoff, NI), никелированный графит (II) (60%-ный никелированный графит от Sulzer Metco/Ambeon, Швейцария), меркаптосилановый промотор адгезии (Silane А187, GE Specialty Materials, Wilton, CN) и эпоксисилановый промотор адгезии (Silane А187, GE Specialty Materials, Wilton, CN).

Следующие материалы смешиваются отдельно в количествах, приведенных в таблице 2, с образованием композиции вулканизующего агента: диоксид марганца от EaglePicher (Phoenix, AZ), частично гидрированный терфенил, стеариновая кислота, кварцевое стекло, стеарат натрия от Witco Chemicals, порошок молекулярных сит для удаления избытка влаги из вулканизующего агента, и смесь дипентаметилен/тиурам/полисульфид от Akrochem Corporation (Akron, ОН) для ускорения вулканизации. Перед смешением с базовой композицией композицию вулканизующего агента оставляют на 5 суток для отверждения или созревания.

100 мас. частей электропроводящей базовой композиции согласно таблице 1 и 10 массовых частей композиции вулканизующего агента согласно таблице 2 соединяют с целью получения электропроводящей предварительно сформованной композиции. После тщательного перемешивания и дегазирования образовавшуюся таким образом электропроводящую предварительно сформованную композицию экструдируют в форме ленты и замораживают при -40°С.

Прилегающую к периметру съемной панели самолета поверхность покрывают сначала эпоксидным грунтом с низким содержанием летучих органических соединений согласно технических условий MMS-423 и отверждают. Поверхность очищают и затем покрывают промоторами адгезии PR-148 или PR-184 от PRC-DeSoto International, Inc. Съемная панель была выполнена из титана согласно AMS-T-9046. После достижения электропроводящей предварительно сформованной композицией температуры применения (от 4 до 32°С) электропроводящую предварительно сформованную композицию в форме ленты вручную наносят на поверхность, примыкающую к периметру съемной панели. Съемную панель устанавливают на место, закрывая смотровое отверстие, и прижимают, выдавливая избыток предварительно сформованной композиции по краям съемной панели. Избыток предварительно сформованной композиции легко удаляется. После 3-4 час при температуре от 4 до 32°С образуется герметичный шов, стойкий к влаге и авиатопливу.

Вулканизованный герметик обладал поверхностным сопротивлением (четырехточечное испытание) ниже 0,50 Ом/см². При испытании в безэховой камере уплотнители отверстий между алюминиевым испытательным устройством и углеродно-эпоксидной крышкой показали экранирующую способность от 1 до 200 МГц. Аналогичным образом, при испытании в камере в режиме перемешивания уплотненные отверстия также показали экранирующую способность от 0,1 до 18 ГГц.

Другие воплощения настоящего раскрытия станут специалистам очевидными при рассмотрении описания и практики раскрытого в нем изобретения. Предполагается, что описание и примеры будут расценены лишь в качестве примера, в то время как объем и суть настоящего раскрытия указаны в приведенной ниже формуле изобретения.

Реферат

Изобретение относится к предварительно сформованным композициям в профилированной форме, обладающим ЭМП/РЧП-экранирующей способностью, и к применению таких композиций для герметизации. Описана предварительно сформованная композиция в профилированной форме, включающая: базовую композицию, включающую полисульфидный полимер и политиоэфирный полимер и по меньшей мере один электропроводящий наполнитель, который содержит Ni волокно и никелированный графит; композицию вулканизующего агента; где предварительно сформованная композиция обладает способностью экранировать ЭМП/РЧП-излучение, а также описан способ герметизации отверстия с целью создания ЭМП/РЧП-экранирующего эффекта. Технический результат - создание предварительно сформованной композиции в профильной форме, обладающей способностью обеспечивать эффективное ЭМП/РЧП-экранирование при минимальной коррозии проводящих поверхностей в условиях, возникающих при применении в авиационной и аэрокосмических областях. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 2 табл.

Формула