CN103443480A - 用于制造和使用自密封扣件的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造和使用适用于飞机制造或修理的扣件的设备,其用一种预混合的湿气固化密封剂涂布。密封剂层用易碎的湿气阻挡层涂布,所述湿气阻挡层将在安装所述扣件时裂开,从而使所述密封剂暴露到湿气源中。当暴露到湿气中时,所述密封剂将开始固化。优选实施例还提供了一种过早固化指示剂,其提供外部防湿层已经被损坏的目测指示。
Description
关于联邦赞助的研究或开发的声明
本发明是在政府支持下进行的,并且政府拥有本发明的某些权利。
技术领域
本发明涉及扣件,如铆钉和螺栓,其在安装时自密封,更确切地说涉及用于航空制造和修理的扣件。
背景技术
在许多航空应用中,特别在飞机制造中,每当在组合件中安装铆钉或其它扣件时,必须同时在扣件周围涂覆密封剂。当前,飞机密封剂是双组份式密封剂,其需要精确混合并且在一定时间内使用。将混合的密封剂用手涂覆到扣件并且然后安装“湿”扣件。擦掉过量密封剂并且连同未使用的密封剂一起处理。
在飞机制造和修理中,将密封剂涂覆到铆钉和扣件所耗费的劳动是显著的成本和时间因素。为了全面地看待所消耗的时间和努力,当前生产中的最大军用飞机C-17在每架飞机中具有超过140万个铆钉和扣件。据估算,每年有约好几千万计的湿安装扣件进入军用和商用飞机。消除或大大减少在湿扣件安装中所耗费的劳动可以在例如仅制造1架C-17飞机时节省好几万的劳动小时数和好几百万的美元。商用飞机平台(如波音747(Boeing747)或空中客车A380(Airbus A380))的情况同样如此。
另外,与“湿”安装相关的工艺可变性较大。所涂覆的密封剂的量和涂布或不涂布的铆钉/扣件的区域随安装者而千差万别。通常涂覆过量的密封剂,导致了用于清除过量密封剂的额外时间和费用。另外,因为过量的和未使用的密封剂通常包含毒性材料,如铬,所以现有技术湿安装产生了有害废物处理问题。
在过去30年里,已对开发用于涂布铆钉和扣件的自动化或半自动化方法进行了多次尝试,但全都不成功或具有大量缺点。
布雷(Bray)等人在美国专利申请案第12/034,636号(2008年2月20日申请)的“自密封扣件(Self-Sealing Fastener)”(下文“布雷′636”)中描述了用于飞机制造的改善扣件。虽然布雷′636中所描述的扣件设计的确代表了优于现有技术的显著改善,但是存在多个领域,其中额外改善是合意的,尤其在从商业可行性的观点来看是显著的领域中。
发明内容
因此,本发明的一个目的是提供一种适用于飞机制造或修理的扣件,其不需要目前使用中的昂贵、浪费并且耗时的湿安装方法。根据本发明优选实施例的扣件用预混合的湿气固化密封剂涂布。密封剂层用易碎的湿气阻挡层涂布,所述湿气阻挡层将在安装扣件时裂开,从而将密封剂暴露到大气湿气或来自一些其它湿气源的湿气中。当暴露到湿气中时,所述密封剂将开始固化。优选实施例还提供一种扣件的湿气阻挡层或封端剂是否已被损坏的目测指示。
前文已相当广泛地概述了本发明的特色和技术优点,以便可以更好地理解接下来的本发明的具体实施方式。将在下文中描述本发明的其它特色和优点。所属领域的技术人员应了解,所公开的概念和特定实施例可以容易地用作修改或设计用于进行本发明相同目的的其它结构的基础。所属领域的技术人员也应认识到,这些等效构造并不偏离如在所附权利要求书中所阐述的本发明的精神和范围。
附图说明
为了更透彻地理解本发明和其优点,现在结合附图提到以下描述,其中:
图1显示典型的现有技术的航空扣件。
图2显示安装好的现有技术铆钉型扣件的横截面。
图3显示纯聚硫醚树脂的IR光谱。
图4显示硅烷化聚硫醚树脂的IR光谱。
图5显示水解的聚硫醚树脂的IR光谱。
图6显示比较与固化剂组合的不封闭树脂和与固化剂组合的封闭树脂的经过的存储时间与粘度的图。
图7A显示具有根据本发明的自密封涂层的图1的现有技术扣件。
图7B显示根据本发明的安装好的自密封扣件的横截面图。
图8显示根据本发明的自密封涂层的横截面图,其显示个别层。
图9A显示根据本发明的典型螺纹扣件的横截面图。
图9B是具有在安装到工件中之后被挤出的底漆的9A的扣件的横截面图。
图9C是显示在安装好的螺纹扣件头周围的工件表面上被挤出的密封剂的图片。
图10显示用于产生本发明自密封扣件的自动化的基于圆盘传送带的多站设备。
图11显示给料器组合件,其用于将扣件送到图13的自动化装载组合件。
图12显示用于与能够产生本发明自密封扣件的自动化机器一起使用的筒夹。
图13显示自动化装载组合件,其用于将扣件从给料器组合件转移到筒夹以使用图10的设备加工。
附图并不打算按比例绘制。在图中,不同的图中所说明的每个相同或几乎相同的组件用相同数字表示。为清楚起见,可能没有在每一个图中标记每一个组件。
具体实施方式
本发明的优选实施例提供适用于飞机制造和维护的自密封扣件,和制造这些扣件的方法。已进行了各种努力来提供自密封扣件或密封剂涂覆的其它方法以替换目前使用中的昂贵、浪费并且耗时的湿安装方法。但本发明人并不知道具有机身组装和修理所需的密封剂特性的任何商业上成功的自密封扣件。因此,相信本发明是为了满足航空行业中长期以来的需求。
根据本发明优选实施例的扣件用预混合密封剂涂布,所述预混合密封剂优选在湿气存在的情况下固化。然后用易碎的湿气阻挡层涂布密封剂层。当将扣件安装在例如工件中预先钻好的孔中时,湿气阻挡层将在至少一个位置处破裂和/或优选地分裂成两个或两个以上碎片,从而将密封剂暴露到湿气源中,如大气或非大气湿气。安装过程将引起扣件上的密封剂在扣件与工件之间展开。一旦暴露到湿气,密封剂固化并且在扣件与工件之间形成密封。如本文所用,湿气源可以包括任何含水流体,如在大气中、在所施加的气体中可容易得到的湿气,或通过一些如非大气湿气源的其它湿气源,如含水液体。一旦暴露到湿气中,所述密封剂将开始固化。优选的湿气阻挡层在安装时裂开以允许湿气到达密封剂。
使用根据本发明一些实施例的自密封扣件可以产生与飞机制造和修理相关的时间和成本的巨大节省。优选实施例还包括一个指示剂,其提供外部防湿层已暴露的目测指示,外部防湿层暴露会导致密封剂在安装之前过早固化。
如本文所用,术语“易碎的”用来描述任何此类易破的湿气阻挡层。在一些实施例中,阻挡涂层将破裂成两个或两个以上大“碎块”,而在其它实施例中,阻挡可能破裂成多个碎片,包括小到足以看起来粉碎的碎片。另外,在一些实施例中,只要湿气阻挡层裂开到足以允许湿气到达密封剂,湿气阻挡层“碎块”就可以保持彼此至少部分附着。然而,优选地,将在安装扣件时把易碎的湿气阻挡层从扣件头周围挤出。如本文所用的术语“挤出”,其意指在安装扣件时阻挡层材料将被迫使离开扣件头周围,而不是残留在介于扣件和工件之间的密封剂区域中。在优选实施例中,易碎的湿气阻挡层将不会分裂成小到足以与密封剂混合的碎片,但实际上将分裂成两个或两个以上更大的“碎块”而从扣件头周围挤出。为了这个目的,优选的是,大部分(大于50%)湿气阻挡层材料将从扣件周围挤出,因此不会混合或残留在介于扣件和工件之间的密封剂区域中。如下文所讨论,更优选的是,将挤出大于75%的湿气阻挡层。
本发明的优选的方法或设备具有许多新颖方面。因为本发明可以为了不同目的按不同方法或在不同设备中实施,所以不是每一个方面都需要存在于每一个实施例中。另外,所述实施例的多个方面可以分开获得专利。以下所述的图是一般性示意图,并且不一定按正确的比例或规模描绘本发明的实施例。另外,虽然许多以下描述是针对铆钉型扣件,但是可以将本发明应用到必须在安装之前密封的任何类型的扣件,包括例如可变形的铆钉、盲铆钉、螺杆、螺纹栓、螺帽、螺帽片、衬套、隔片、垫圈、接合面、铆钉和夹钳。
图1显示用于飞机构造和修理的典型的现有技术扣件。这些扣件描述在例如美国专利第4,012,984号中。图1中所示未安装好的盲铆钉组合件100由一个中空管状套筒组成,其具有在一个末端上的扩大的铆钉头105和在另一末端上的尾部107。铆钉杆101延伸通过套筒106并且具有上部牵引部分或心轴102和下部杆尾部分108。由参考数字112所示的距离表示扣件的最大柄。要紧固在一起的板或其它工件的总厚度必须小于距离112。柄视所用扣件的长度和类型而变化。
如图2所示,这些类型的铆钉扣件通常是用来将两块金属板或两片薄片金属固持在一起。如上文所讨论,当这种类型的扣件用于航空应用中时,铆钉的外套筒必须用混合密封剂涂布(典型地用手)。然后把涂布铆钉插入到钻过(并且在这种情况下是埋头钻)的孔中,通过两块板116和117,安装工具(未图示)滑过心轴102,以便安装工具的牵引头可以夹紧心轴102上的锯齿103。随着安装工具靠着铆钉头105上面的可移动的垫圈或铁砧104向下推移,所述工具然后开始将铆钉杆101向上牵引。随着杆向上牵引,位于杆尾部上的杆剪环110逆着铆钉套筒的尾部牵引。也参看图2,这引起套筒尾部107变弯并且形成膨胀气泡114,其压在板116和117的下侧上,将铆钉固持在适当的位置并且将板紧握在一起。安装工具继续牵引导致心轴102破裂并且脱离,留下与顶板上表面齐平的铆钉头105。安装好的铆钉的横截面显示在图2中。当安装密封剂涂布的铆钉时,应该看到密封剂从铆钉头的整个边缘下被挤出,保证有充足的密封剂覆盖。
A.密封剂
如布雷′636中所述,用预混合的单组份式密封剂层涂布航空扣件(如图1和2中所示的铆钉),所述密封剂优选地在湿气存在的情况下固化。优选的密封剂是硫醇官能性聚合物,如聚硫化物或聚硫醚。本发明可以利用具有用作航空密封剂所需特征的任何单组份式湿气固化聚合物。
航空密封剂通常是双组份式室温硫化(RTV)材料,其中将产品混合、涂覆并且使其在环境条件下固化。如本文所用,术语“环境条件”是指在飞机制造设施中典型地存在的条件。在双组份式密封剂中,第一份(通常称为“部分A”)典型地由固化聚合物(如液态聚硫化物)以及各种填充剂、塑化剂、附着力促进剂等组成。第二份(部分B)包含固化剂以及加快或减慢固化过程的促进剂/迟延剂、帮助视觉上确定混合是否完全的着色剂和其它各种填充剂和塑化剂。一旦两部分已充分混合在一起,开始固化过程并且密封剂将开始硬化。
虽然已知单组份式密封剂,但是在大多数航空应用中使用双组份式密封剂,这是因为其更好的存储稳定性和优良的固化特性。在单组份式密封剂中,将固化所需的固化聚合物和交联(固化)剂存储在同一容器中,但固化过程直到组合物暴露到湿气中时才开始。
单组份式湿气固化聚硫化物密封剂是已知的并且例如以商标名称“Seal-Tight”购自迈督公司(W.R.Meadows)。然而,当前还没有单组份式湿气固化密封剂批准用作航空扣件密封剂。飞机制造无论军用或民用都需要遵守严格的标准和认证。标准由业界公认的专业组织(例如国家航空标准(NAS)或美国汽车工程师学会(SAE International))阐述或由国防部或业界领导者建立。新密封剂的认证过程会非常冗长并且昂贵。出于这个原因,需要使用已批准用于航空用途的密封剂,如符合AMS-3276标准(用于油箱和通用密封剂化合物)、AMS-3277标准(用于快速固化聚硫醚密封化合物)或AMS-3281标准(用于聚硫化物密封化合物)的密封剂。这些标准可以从美国汽车工程师学会得到。
当前用于飞机制造中的满足这些标准的密封剂是双组份式密封剂。因此,优选的是将这些现有双组份式密封剂转换成单组份式密封剂用于本发明中。已知硫醇封端的含硫聚合物由于其在交联时的耐燃油性质而非常适用于航空密封剂中。可以通过使用以下所述的硅烷化方法将多种已知的并且广泛使用的双组份式硫醇封端的聚合物转换成单组份式密封剂。
举例来说,航空应用中所用的最常见扣件密封剂可能是液态聚硫化物。液态聚硫化物聚合物的一般结构是:HS-(C2H4-O-CH2-O-C2H4-S-S)n-C2H4-O-CH2-O-C2H4-SH。重复单元n的值一般在5到50的范围内,其控制聚合物的粘度。双组份式聚硫化物聚合物典型地使用供氧材料(如二氧化锰(MnO2))来实现固化。固化剂提供氧,氧与聚硫化物聚合物的末端硫醇(-SH)基反应。固化机理可以表示为:
2-R-SH+O→-R-S-S-R-+H2O。
可适用于本发明中的聚硫化物聚合物是购自匹尔希-德梭妥国际公司(PRC-DeSotoInternational)的PR1776。
聚硫醚聚合物也广泛用于航空应用中。与聚硫化物聚合物一样,聚硫醚具有可以与固化剂(尤其环氧树脂)反应的官能性硫醇(-SH)基以固化聚合物。可适用于本发明中的聚硫醚聚合物的一个实例是购自匹尔希-德梭妥国际公司的P3.1(其用于PR2001B密封剂中)。P3.1聚硫醚的通式结构是:
硫醇封端的聚合物与环氧树脂的反应可以简单地表示为:
为了使用硫醇封端的聚合物、预聚物或寡聚物(如聚硫化物或聚硫醚聚合物)作为根据本发明的单组份式密封剂,首先必须固化封闭所述聚合物以防止它在适当固化剂存在的情况下固化。固化封闭这些硫醇封端的聚合物中的任何一种的优选方法是使用硅烷化方法,其封闭了硫醇官能团与含硅分子的反应性。将聚合物树脂(聚硫化物或聚硫醚)与硅烷化试剂(如六甲基二硅氮烷(HMDS))在咪唑存在的情况下合并,并且在惰性气氛中加热到150℃,持续6到8小时。所述反应产生氨(NH3)和三甲基硅烷基硫醚封端的聚合物,其中原始聚合物的-SH基已经被-S-Si-(CH3)3置换。
可以使用IR光谱法来确认所述封闭反应。举例来说,图3所示的纯PR2001B聚硫醚的IR光谱显示对应于存在硫醇基的显著峰。然而,在硅烷化之后,图4的IR光谱显示由于活性硫醇被三甲基硅烷基置换,硫醇峰已经消失。可以观测到纯的和硅烷化的聚硫化物树脂的类似光谱,其显示聚硫化物硫醇基也在硅烷化期间被置换。对于两种聚合物,硅烷化作用封闭了上文所讨论的固化反应。因此,封闭的聚合物可以与适当的固化剂(针对聚硫化物的MnO2或针对聚硫醚的环氧化物)混合而不固化。这通过图6所示的图表确认,其比较了与固化剂组合的不封闭树脂(由线62显示)和与固化剂组合的封闭树脂(由线64显示)的所经过的存储时间与粘度。两个均存储在仅具有16-20ppm H2O的干燥箱中。在20天的时候,封闭树脂和固化剂组合仍然维持低粘度(不固化),而所组合的不封闭树脂完全固化。
-S-Si-化学键可以在暴露到即使少量H2O中时通过水解容易地分解。当与湿气(即使环境空气中所存在的少量湿气)接触时,三甲基硅烷基将被原始硫醇(-SH)基置换。图5的IR光谱显示了已经暴露到大气湿气中的硅烷化树脂。当与图3和4进行比较时,在图5中可以看到对应于硫醇基的峰已在三甲基硅烷基封闭基水解之后再出现。当封闭基通过暴露到湿气中分解时,硫醇基的官能性恢复并且硫醇基与混合物中的固化剂反应而固化密封剂。
优选地,用来提供湿气固化的封闭基包含具有三个烷基或芳基侧基的硅烷基,其包括(但不限于)甲基、乙基、异丁基、苯基、苄基或三甲基硅烷基。通过改变基团,可以改变树脂的稳定性和固化速率。硅烷上的侧基不需要相同(例如乙基二甲基硅烷基)。虽然由于挤出气态氨作为唯一副产物,使用恰当取代的二硅氮烷来进行硫醇保护步骤是优选的,但是存在其它制造方法。制造硅烷基封闭基的其它方法包括使用其它硅烷化剂,如氯硅烷(即三异丙基氯硅烷),其产生必须通过额外的纯化步骤去除的腐蚀性氯化物;烯丙基硅烷(即烯丙基三甲基硅烷),其产生挥发性丙烯气体;和氨基甲酸酯(即N,O-双(三甲基硅烷基)氨基甲酸酯),其产生CO2和氨气。还应该指出的是,可以通过使用适当的催化剂,如产生氟离子和氰根离子的化合物,使硅烷基封端的硫醇与环氧树脂直接反应而不损失硅烷基。
所属领域的技术人员将认识到,可以在一些情况下使用其它封闭剂来实现相同的湿敏性封闭,包括例如羧酸、四氢吡喃或呋喃、甲氧基乙氧基甲基或类似湿气不稳定基团。布雷′636所述密封剂的问题是改变水解速率和控制存放期。具有更稳定存放期的其它优选封闭剂包括THP(四氢吡喃基)、TMS(三甲基硅烷)、TES(三乙基硅烷)、3-硝基-2-吡啶基亚磺酰、S-磺酸盐、反式-β硝基苯乙烯和丙腈。当用除硅烷基以外的基团封闭硫醇时,可以增强所得保护的稳定性。举例来说,当使用四氢吡喃基(THP)时,所述基团通过在有酸催化剂的情况下添加到硫醇中而添加,并且通过用来固化最终树脂的相同碱去除。在3-硝基-2-吡啶基亚磺酰基的情况下,硫醇在有或无催化剂的情况下添加,但通过碱去除。类似地,反式-β-硝基苯乙烯和丙腈均在无催化剂的情况下与硫醇反应,并且均通过碱去除。
存在5类硫醇保护:硫醚衍生物(包括硫硅烷基醚)、硫酯衍生物、二硫化物和盐。硫醚和二硫化物用于本发明的这种应用的实用性将受到限制,因为这些封端剂的去除需要苛刻的条件,包括使用强酸、强氧化剂、氨和汞盐。以上声明的一个例外是四氢吡喃基(THP)醚。硫硅烷基醚类涉及硫醇的硅烷化。使用硫硅烷基醚的潜在问题包括封端硫醇与环氧固化剂的可能反应和早期水解。除了布雷′636中所主张的三甲基硅烷(TMS)以外的硫硅烷基醚将消除以上所述的直接反应。硫酯用羧酸、碳酸酯或氨基甲酸酯来使硫醇封端。大多数硫酯在去除封端剂时释放酸,除了碳酸酯,其释放CO2,这会造成起泡并且去除需要苛刻的条件。盐类包括(但不限于)与硫醇连接的SO3。在调配时发现SO3基在碱性条件下分解形成CaSO4,其将在密封剂中充当中性填充剂。
除了通过水解固化之外,还优选的是使用可以在树脂中所发现的其它化学品存在的情况下被水水解的保护基。可以在树脂中发现并且可以帮助保护基水解的其它化学品包括(但不限于)金属氧化物(如氧化钙)、金属氢氧化物(如氢氧化钙)、金属碳酸盐(如碳酸钙)、叔胺(如二氮杂二环辛烷(DABCO))和/或其盐。
所属领域的技术人员还将认识到,扣件的组装或制造优选地在可控环境中进行。也就是说,由于湿气可固化密封剂的湿敏性性质,优选的是可控环境在扣件制造期间消除或降低所存在的湿气量。如下文所讨论,在扣件制造过程期间,典型地首先必须对扣件涂覆密封剂,并且然后使密封剂外涂有湿气阻挡层。在一些优选实施例中,扣件制造设备所在区域具有湿气可控的气氛,以便不涂布的密封剂在涂覆湿气阻挡层之前不会开始固化。沿扣件制造组合件的干空气站也可以用来提供通过例如歧管传送的干空气,以便密封剂的涂覆(和优选地其它过程)在干空气的包围或遮蔽下进行。
在一些优选实施例中,自密封扣件的存放期也可以通过封闭催化剂/固化剂而改善。固化剂优选是胺,更优选是叔胺,并且可以使用季胺盐来形成封闭基。季胺盐将与水反应以释放游离固化剂,并且可以因此通过暴露到水中直接去除或根据空气中的湿气而间接去除。在一些实施例中,可以使用填充剂,其在暴露到水中之后与封闭固化剂反应而释放游离固化剂。
B.湿气阻挡层
一旦合适的湿敏性固化封闭已实现并且封闭聚合物与适当的固化剂混合,所得单组份式湿气固化密封剂如果暴露到湿气中将快速“解除封闭”并且固化。因此,必须避免密封剂暴露到湿气中直到扣件处在适当的位置。这优选地通过用充当湿气阻挡层的底漆涂布密封剂来实现。在一个优选的实施例中,底漆是聚合物或类似材料的保护层,即足够坚固以经受得住扣件制造和运输期间的常规操作,但能够在施加扣件安装力时脱离密封剂,以便一旦扣件处在适当的位置将允许密封剂固化。优选地,所述保护层足够脆或易碎,以致所述层将在扣件安装时裂开(优选地分裂成一个或一个以上相对大的碎片)。在这种应用中,术语“底漆”和“湿气阻挡层”将互换使用。
如布雷′636中所述,一种合适的底漆将是聚苯乙烯树脂和纳米粘土的纳米复合材料,如可购自南方粘土制品公司(Southern Clay Products,Inc.)的纳米粘土。聚苯乙烯单独充当湿气阻挡层,但仍然使得大气湿气渗透。纳米粘土的添加通过产生“弯曲路径”进一步减慢了湿气渗透,即由于存在大量纳米粘土阻挡粒子,扩散水分子必须开始穿过纳米复合材料层。斯瑞达(Sridhar)等人在工业与工程化学研究,第45卷,8282-89(2006)的“聚合物纳米复合材料的阻挡特性”(“Barrier Properties of PolymerNanocomposites”IND.ENG.CHEM.RES.,第45卷,8282-89(2006))中讨论了聚合物纳米复合材料的用途。粘土也是无水的并且吸收一些渗透湿气。含有约5%纳米粘土的混合物可以使水分渗透降低五分之四那么多。
使用聚苯乙烯纳米复合材料的一个缺点是混合物典型地从稀溶液中沉积并且然后加热来驱散挥发性溶剂。必须非常小心地控制任何加热以避免在底漆下面的单组份式溶剂的任何无意固化。
在另一优选实施例中,底漆/湿气阻挡层可以通过UV或可见光(光化辐射)固化。合适的化合物应包括聚合物纳米复合材料组合物,其包含酸酯、丙烯酸系寡聚物、多官能性(甲基)丙烯酸酯单体和分层无机硅酸盐。通过使用UV或可见光可固化组合物,避免了密封剂的加热相关的过早固化问题。另外,因为这些化合物是100%固体(基于非溶剂),所以它们可以一次性沉积为一个厚层(如相比于聚苯乙烯纳米复合材料)。(应该指出,基于非溶剂的溶液通常被称为“无VOC”或“100%固体”,实际上可以包含高达1%的挥发性有机化合物)。涂层的光化辐射固化可以在不到1秒钟内发生,允许本发明极快速地制造。合适的组合物还维持聚苯乙烯纳米复合材料的脆性以便聚合物纳米复合材料组合物层也将在扣件安装力下破裂。
合适的酸酯是单官能酸酯或三官能酸酯或其混合物。优选地,酸酯所具有的酸值大于130mg KOH/g并且小于195mg KOH/g(包括130mg KOH/g和195mg KOH/g),并且所述酸酯的存在量是约5到约25重量百分比。
合适的丙烯酸系寡聚物应是例如环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、胺改性的聚醚丙烯酸酯、丙烯酸系丙烯酸酯或其组合。优选地,丙烯酸系寡聚物的存在量是约40到约60重量百分比。
合适的多官能性(甲基)丙烯酸酯单体应是例如1,12十二烷二醇二甲基丙烯酸酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、1,6己二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、1,3-丁二醇二丙烯酸酯、1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二甲基丙烯酸酯、环己烷二甲醇二丙烯酸酯、环己烷二甲醇二甲基丙烯酸酯、乙氧基化双酚A二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯和其混合物。优选地,多官能性(甲基)丙烯酸酯单体的存在量是约25到约40重量百分比。
合适的分层硅酸盐应是页硅酸盐,如膨润土、蛭石、蒙脱石、绿脱石、贝得石、富铬绿脱石、锂蒙脱石、皂石、锌蒙脱石、麦羟硅钠石、水羟硅钠石(kanyaite)、伊利石和其混合物。优选地,分层硅酸盐的存在量是约0到约12重量百分比。
用作底漆的组合化合物的特征包括:破裂韧性、低水传输性(具有低水蒸气传输速率或“wvtr”)和可固化性。还优选的是,底漆与基础树脂或涂层是非反应性的。
关于低水传输性,因为底漆的目的是为了防止湿气到达密封剂,所以显然希望底漆具有尽可能低的水传输速率。关于可固化性,底漆优选用光化辐射快速固化。将典型地以液体形式将底漆湿气阻挡层涂覆到扣件。如上文所讨论,优选的底漆将快速固化成固态防湿壳以减少任何湿气将到达密封剂的可能性。在优选实施例中,底漆在暴露到例如光化辐射中时可以在不到1秒钟内固化。一旦固化,优选的底漆将具有小于20克/平方米/天的湿气(水)传输速率;更优选地是小于11克/平方米/天的水传输速率;更优选地是小于4克/平方米/天的水传输速率;并且甚至更优选地是小于0.1克/平方米/天的水传输速率。
关于破裂韧性,优选的是底漆具有如相比于另外合适的底漆材料相对较高的破裂韧性。换句话说,优选的底漆材料将具有对裂纹扩展相对较高的抵抗性,以便在安装扣件时,所述底漆材料将破裂成较少的碎片。含有裂纹的材料的破裂韧性是其对从裂纹处破裂的抵抗性,并且通过因子KIC量化。根据本发明的优选实施例,底漆材料应该展现在0.7到1.6范围内的破裂韧性KIC。更优选地,底漆材料可以通过其断裂伸长率值来分类。优选底漆所具有的断裂伸长率值应该在1%与15%之间,优选在3%与8%之间。
布雷′636的扣件的问题是当安装扣件并且底漆受到压力时所述底漆调配物易于粉化(分裂成微小碎片)。这在许多情况下是不希望的,因为底漆的微小碎片将倾向于与在下面的密封剂混合。小心地调配飞机密封剂并且使其经受强度测试和审批要求,并且允许外来材料引入不固化密封剂中会潜在地造成密封剂性能的问题。即使最终发现外来材料不造成密封剂的问题,但是在这些扣件将被允许使用之前,外来材料的存在可能会需要大量的并且成本高的再认证。与密封剂混合的底漆残余物也有可能会提供流体毛细作用路径,其会使得湿气渗透扣件周围的密封剂。
因此,高度希望易碎底漆在安装扣件时在很大程度上保持完整,以便涂层可以在扣件头周围挤出成一个或一个以上较大碎片,而不是分裂成若干小的或粉碎的碎片并且与密封剂混合。图9A显示具有自密封涂层230的典型螺纹扣件734,自密封涂层230包括密封剂层392和底漆396。图9B显示在安装到工件716、717中之后从扣件头735周围挤出的底漆397的实例。优选从具有上述材料的组合物的材料以一定数量形成底漆,所述数量提供较大韧性以防止涂层粉碎并且可能与密封剂混合,但将仍然允许底漆分裂成一个或一个以上较大“碎块”,所述碎块将在扣件收紧时在扣件头四处挤压。为了促进在预定位置处分裂并且分裂成预定碎片,优选实施例可以在底漆上包括凹痕或划痕。在一些实施例中,在安装期间,底漆可能类似仅具有1处破裂而不是若干分开的碎片的破裂环管。在这种挤出的底漆裂开和/或被移走不再保护密封剂的任何一种情况下,都仍然使密封剂暴露到湿气中并且固化过程开始。图9C是显示在安装好的螺纹扣件734的头周围的工件916的表面上被挤出的密封剂397的图片。
一些少量底漆可以保留在扣件孔中。然而,大部分底漆材料将优选地被挤出并且将不与密封剂基质中的密封剂混合。换句话说,虽然被挤出的底漆的碎片可以与被挤出的部分密封剂混合,但是在扣件与所述扣件所紧固的物品(称为密封剂基质)之间的部分密封剂优选地具有最多仅极少的底漆残余物。在本发明的优选实施例中,大于75%的底漆将在安装扣件时被挤出;更优选地大于90%将被挤出;并且甚至更优选地大于95%将被挤出。所挤出的底漆碎片无论与所挤出的密封剂混合或不混合,都可以接着在扣件安装后或清除期间容易地去除,并且将优选地不是残留的密封剂接合处的一部分。即使在安装之后不清除扣件区域,残留的所挤出的密封剂和底漆碎片应该也不影响用于密封扣件的密封剂的功能性。
在上述合适的底漆材料中,关于破裂韧性、水传输和可固化性具有优选值的底漆的优选组合物可以由以下构成:25-50%聚氨酯丙烯酸酯寡聚物、25-50%丙烯酸异冰片酯、5-10%单官能酸酯和1-5%光引发剂。在这些范围内的浓度应该是合适的。所属领域的技术人员将能够在不进行过度实验的情况下为了特定目的使浓度最优化处于这些所述范围内。
C.过早固化指示剂
在优选实施例中,也可以在外部底漆下面涂覆指示剂涂层以提供湿气已渗透底漆并且因此不应该使用扣件的目测指示。布雷′636描述了使用在湿气存在的情况下改变颜色的湿敏性化合物,包括例如氯化钴,其在暴露到湿气中时产生深红色。在一些情况下,某些湿气指示剂可能与密封剂不当地相互作用并且提供假阳性颜色变化。由于这个原因,优选在涂覆湿气指示剂涂层之前,在密封剂上沉积非常薄的底漆。
实际上,很难使用这种湿气指示剂而不使大量扣件显示假阳性指示,这是因为湿气指示剂仅指示湿气的存在而密封剂是否已不封闭则不一定。因此湿气指示剂不直接指示密封剂是否已不封闭,所以密封剂可能固化,但实际上仅间接指示湿气暴露。因此,过早固化不是由湿气指示剂直接指示的,过早固化是这些自密封扣件真正需要关心的问题。另外,因为通常用作湿气指示剂的金属盐(如氯化物盐)促进一些表面(如飞机的那些表面)的腐蚀,所以含有氯化物的湿气指示剂不如不促进腐蚀的湿气指示剂合意。
可以提供不促进腐蚀的类似目测指示剂以通过使用对无保护的硫醇基敏感的化合物更直接测量密封剂是否不封闭或过早固化。如上所述,当聚硫醚密封剂的反应性硫醇基由于暴露到湿气中变得“不封闭”时,密封剂将开始固化。因此,对硫醇基敏感的目测指示剂可以指示密封剂已经暴露到湿气中并且不应该使用。因此,硫醇指示系统将不会与由布雷′636所述的湿气指示剂的情况一样倾向于假阳性或间接指示。这种类型的目测指示剂也更容易校准以开始密封剂固化。
优选的过早固化指示剂是一种染料,其与不封闭硫醇基反应但保持不受密封剂或阻挡涂层中任一者的影响,所述组分包括所存在的任何水或封闭硫醇基。在本申请案中优选的反应性染料包含共轭的碳-碳双键以产生染料的颜色。当染料与硫醇反应时,其共轭改变;它吸收的能量的波长改变,并且化合物改变颜色。硫醇与染料的碳-碳双键中的至少一个反应,所述碳-碳双键然后转化成碳-碳单键。键结构的这种变化改变了颜色。关于本申请案,染料优选地产生对观察者来说显著的颜色变化(例如蓝色到无色或绿色到红色)。这种颜色变化可以在例如环境(可见)光或其它波长的光(如荧光)的照明下观察到。
因为已知盐会在安装之前或之后促进扣件或衬底的腐蚀,所以本发明中所用的染料优选不包含盐。这些染料也优选在干燥或环境条件中处理和/或分配,这是因为这些染料也优选与硫醇在室温下反应。这些染料优选与硫醇快速反应(小于1小时)。将会合适的硫醇指示剂的实例包括硼-二吡咯亚甲基(BODIPY)的邻位取代的顺丁烯二酰亚胺衍生物、方酸菁染料、基于氧杂蒽的染料和结晶紫。过早固化指示剂的其它实例包括设计在硫醇存在的情况下分解的分子,其中离去基是荧光团,其一个实例显示如下。
D.涂覆自密封涂层到扣件
联合起来,上文所讨论的层(密封剂层、底漆层和任选的固化指示剂层)可以统称为自密封涂层。当申请者使用词“涂层”时,应该理解,在涂覆这种自密封涂层中,多个组成的层可以分开地沉积。组成的层也可以分多个较薄的层或一齐沉积。
图7A显示类似于图1的现有技术扣件的扣件,其中自密封涂层230沉积在套筒206上。图7B显示图2的扣件的横截面,在安装之前将自密封涂层230涂覆到所述扣件。当安装扣件时,涂层230将优选地完全覆盖将在工件(层116和117)中钻好的孔内的套筒的一部分,扣件将安装在所述工件中。在图7A的扣件中,自密封涂层延伸从扣件头(在铁砧204下)顶端到下部套筒尾部207的整个柄距离112。为了便于制造,也可以把涂层涂覆到将延伸到工件下方的套筒的一部分,但这不是必需的。
在一些实施例中,如下图9A中所示的实施例,如果密封剂层足够厚到其将在安装时展开以覆盖工件层中所钻好的孔的壁,那么涂层230可以覆盖扣件上的较小区域。在一些优选实施例中,又参看图7A,涂层230可以包括一个或一个以上穿孔或刻痕232以在对涂层施加安装力时促进涂层在预定位置处分裂,以便在安装扣件时大部分湿气阻挡层将以一个或一个以上较大“碎块”的形式被挤出。
整个涂层(包括密封剂和底漆)优选地是约3密耳(0.003英寸或7.6×10-4mm)厚。更优选地,密封剂层将足够厚,以便在安装扣件时,少量密封剂将在扣件头与顶层116的上表面之间(如图7B中由参考数字231所示)挤出,提供存在足够密封剂的目测指示。所挤出的密封剂将优选地在扣件头的整个圆周周围可见。可以使用更厚的涂层,但会导致材料浪费和额外清除时间。如上文所讨论,大部分湿气阻挡层(未图示)也将在安装扣件时从扣件头周围被挤出。具有自密封涂层的扣件可以通过任何合适的现有技术扣件安装构件(包括标准手动或动力打铆机或铆钉枪或全自动铆接机器)安装到预先钻好的孔中。
图8是自密封涂层230的横截面,其显示组分层。在一个优选的实施例中,具有自密封涂层230的扣件801可以通过将如上文详细所述的合适的单组份式湿气固化密封剂层390涂覆在扣件的至少柄深度上来产生。在一些优选实施例中,所沉积的密封剂层可以任选地相继用薄底漆392、固化指示剂394的任选涂层覆盖。薄底漆层392应该在不固化下面的密封剂390的情况下固化。然后密封剂390(如果需要,加上任选的固化指示剂394)用最终底漆396完全覆盖,最终底漆396如上述聚苯乙烯纳米复合材料或UV可固化聚合物纳米复合材料组合物。最终底漆396也应该在不固化密封剂390的情况下固化。
为了以商业用量制造根据本发明的扣件,每个层可以用电子控制的流体分配器沉积(一次一层)在扣件上,所述扣件被夹在以指定速度(例如100rpm)旋转的筒夹内。在本发明的一个优选实施例中,自密封扣件的制造可以通过使用如图10到13中所示的多站机器500而自动化。将扣件(如类似于图1所示的那个的盲铆钉)添加到给料器组合件502中,其更详细显示在图11中。给料器组合件502包括螺旋轨道622。扣件(未图示)可以用手或自动化料斗等装载,并且可以通过所施加的振动沿着轨道622移动。这使得扣件分开并且成单行沿轨道前进。在轨道622的末端,扣件被送入轨道输出组合件624的狭槽626中,其将扣件分开并且将它们引到接收站504,其更详细显示在图13中。
又参看图13,接收站504从给料器组合件502接受扣件并且通过自动化装载组合件842把它们转移到位于旋转台506上的筒夹508。装载组合件842优选地使用可以夹紧个别扣件的气动钳口850。可以使用其它类型的已知装载机,包括例如使用真空吸头来固持个别扣件的那些装料机。然后可以将组合件旋转和/或移动到适当的位置(例如沿着轨道852),以便扣件可以转移到筒夹508用于加工。合适的机器装载组合件是已知的并且例如由努克工业(Nook Industries)、博世力士乐(Bosch Rexroth)、巴恩斯自动化(BarnesAutomation)和THK制造。
如图12中更详细所示,筒夹508也包括气动钳口732,其可以夹紧和释放扣件734。筒夹优选地夹紧扣件以便扣件734的一部分从筒夹延伸以便它被暴露用于加工。又参看图9A,扣件734的头735和杆736的一部分从筒夹508的钳口延伸以便密封剂392可以被涂覆到扣件的杆或头上的任何位置。筒夹508也优选地能够以相对较高的速度旋转扣件,帮助以下所述各种涂层的涂覆。
如图10所示,多个筒夹508可以安装在旋转台506上,允许所述台旋转以将指定扣件移动到每个连续站用于加工。在一个优选实施例中,每个加工站将存在至少一个筒夹以便所有加工站可以同时操作,提高生产量。在每个台站中,筒夹508固持扣件734,其中所述扣件的一部分向加工站延伸用于加工。在一些站中,筒夹的旋转使扣件处在适当位置上用于加工。在其它站中,如下文更详细所述,加工站可以是可移动的(例如向前朝向扣件用于加工并且然后返回以允许筒夹和扣件移动到下一站)。一旦一个站的加工完成,旋转所述台以便筒夹和扣件移动到下一加工站。虽然图10显示具有16个分开的筒夹/扣件位置的多站制造系统,但是以下描述将描述单个扣件在其连续移动通过位置1到16时的加工步骤。
在图10的优选实施例中,一个空筒夹通过装载组合件504装载在位置1处的扣件。当装载扣件时,所述台旋转以将扣件带到位置2,其中任选的质量控制站510可以在加工开始之前测量扣件。所述站可以使用例如激光和检测器来测定扣件的精确大小。考虑到筒夹/扣件的旋转速度,所述测量也可以用来测定待涂覆到扣件的密封剂的量或在密封剂将被涂覆到扣件的过程中的时间量。如果扣件大小超过所希望的大小界限,那么所述扣件可以丢弃而不是加工,同时如果不存在扣件,那么当筒夹前进到所述台周围时,加工步骤可以跳过特定筒夹。在一些情况下,不同大小的扣件能够用本发明加工是因为大小差异可以在所述工艺的以下站中得以补偿。当筒夹旋转通过各站时,待丢弃的扣件可以保持安装在筒夹中,但不进行进一步加工,并且可以在筒夹到达以下所述的卸载站时丢弃。这对本文所述的整个制造工艺中的任何质量控制站都是正确的。
在质量控制步骤完成之后,固持扣件的筒夹移动到位置3,其中将预混合的单组份式密封剂涂覆到扣件。在一些优选实施例中,可以使用双组份式密封剂,其中两个部分在装载到施料器中之前混合。在其它优选实施例中,双组份式密封物的两个部分可以分开地存储在例如两个分开的密封剂筒中,并且在涂覆前不久或甚至在施料器针的尖端处混合。
密封剂可以通过例如电子控制流体分配器512涂覆到扣件,所述电子控制流体分配器512通过针尖将预混合单组份式密封剂分配到扣件上,当涂覆密封剂时,所述扣件通过筒夹以指定速度(例如在30rpm与200rpm之间)旋转。基于在站151处所测定的扣件的测量尺寸,电子流体分配器512可以按例如100rpm的特定旋转速度分配密封剂持续特定量的时间。如果扣件较大(具有大圆周),那么密封剂可以分配较长时间或可以改变分配尖端的几何形状以保持高产出率。另一方面,如果扣件相对较小,那么密封剂分配较短时间,这是因为提供适当量的密封剂需要较少时间。类似地,如果旋转速度增加,那么分配密封剂所需的时间减少,并且反之亦然。旋转速度应该足够快以恰当地涂布扣件并且防止所涂覆的液体滴完,但不快到密封剂将被旋转甩出去。
在密封剂涂覆之后,将固持扣件的筒夹任选地移动到位置4,其中另一质量控制站514可以通过以下来测量密封剂涂覆以确保已涂覆了足够的密封物:例如用于在位置2处测量扣件在涂覆之后的大小的那样的激光和检测器或通过激光干涉测量法、超声波或可以用来测量密封剂层厚度的涉及微波辐射的方法。涉及微波辐射的方法可以包括例如由布雷的美国专利第6,674,292号的名为微波腐蚀检测系统和方法(Microwave Corrosion Detection Systems and Methods)所教示的那些方法,所述专利被转让给本发明的受让人。不能通过质量控制测试的扣件可以如上所述丢弃。
通过质量控制测试的扣件则被移动到位置5用于涂覆过早固化指示剂(PCI)。PCI涂层可以通过流体分配器514按照与上述密封剂涂覆的方式类似的方式涂覆,除了PCI涂层基本上被涂覆到密封剂层而不是扣件的杆上。如上所述,PCI涂层优选地是在湿气或更优选地硫醇基存在的情况下改变颜色的化合物,提供湿气已渗透底漆并且因此不应该使用扣件的目测指示。
在接收PCI涂层之后,可以将扣件移动到位置6,其中通过固化站516可以快速固化PCI涂层,例如通过使用UV光或其它光化辐射。用于固化PCI涂层的光化辐射可以通过UV光源提供,所述UV光源在扣件通过筒夹旋转的同时将UV光对准扣件,但是视PCI涂层所用化合物而定,可以使用其它类型的光化辐射。
在PCI涂层固化之后,可以将固持扣件的筒夹移动到位置7,其中另一任选的质量控制站518可以测量如上所述的扣件以确保所述扣件仍然在适当的位置并且具有涂覆涂层的扣件仍然在所希望的参数(如总尺寸等)内。
丢弃不能通过质量控制测试的扣件,但将可接受扣件旋转到位置8用于涂覆底漆。如上所述,合适的底漆将充当避免密封剂暴露到湿气直到扣件在适当的位置的湿气阻挡层。又参看图9A,底漆796可以通过底漆流体分配器520按照与上述密封剂和PCI涂层相同的方式涂覆到扣件。应该涂覆底漆使得整个密封剂/PCI涂层被底漆覆盖以便可以防止大气湿气到达密封剂。所希望的旋转速度将取决于待涂覆的密封剂的量和密封剂化合物的厚度/粘度度。
在站8处将底漆涂覆到扣件之后,所述台将固持扣件的筒夹移动到站9,其中固化站522用于如上所述固化底漆(例如使用UV光或其它光化辐射)。优选使用通过光化辐射而不是热可固化的底漆,以便避免密封剂的热相关过早固化的问题。优选的底漆化合物也可以一次性沉积为足够厚的层(以充当湿气阻挡层)。在一些实施例中,可以在涂覆底漆(或任何一个其它涂层)之后使扣件旋转,使用旋转力使涂层平坦。除旋转之外或代替旋转也可以将空气对准涂层来辅助使涂层平滑。
所述台然后将固持扣件的筒夹移动到站10,其中最终质量控制站524可以任选地用来验证所述扣件仍然在适当的位置并且在所希望的测量参数内。在图10的优选实施例中,所述扣件在站11到12不加工。应该了解,可以在这些站添加额外加工步骤或可以添加额外站来添加前述制造工艺的额外加工步骤。举例来说,可以提供一个或一个以上额外质量控制站。另外,可以提供其它站,例如在涂覆PCI涂层和/或对底漆施加刻痕或穿孔之前涂覆薄的初始底漆。
在加工步骤完成之后,所述台可以旋转到站13,其中通过卸载站526卸载成品扣件用于包装。类似于如上所述最初用来将扣件装载到筒夹中的机器装载组合件可以用来去除扣件(在筒夹已释放扣件之后)并且将涂布过的扣件移动到箱子或其它适当的容器。在一些优选实施例中,完成的自密封扣件也可以卸载到额外自动化站用于包装完成的扣件。
然后将现在为空的筒夹旋转到站14,其中激光或其它检测构件530可以用来验证所述筒夹现在是空的。站15可以用来提供任选的手动装载站532。如果在站15中手动装载扣件,那么可对所述设备进行程序设计以在筒夹开始旋转再次通过各站时绕过站1的自动化装载。在图10所示的实施例中,站16是“空”站,其中无加工或装载发生。如上文所讨论,然而,如果需要,可以在这个站添加额外功能性。
所属领域的技术人员将认识到,当扣件移动到后一站时,可以将另一扣件装载到前一站中。所述工艺可以继续直到所有站都被占据。所述台的每次部分旋转用来从每个站卸载特定扣件和筒夹并且将它们转移到下一站。所述台的完全旋转将扣件从初始装载移动贯穿整个加工顺序,并且到最终卸载完成的自密封扣件。当卸载所完成的扣件时,将新扣件移动到第一站并且重复所述工艺。优选地,多站生产机可以通过以下来校准:设置所希望的扣件旋转速率和流体传递速度、调整固化机构的强度和时间和使自密封扣件的速率与包装给料的速率同步。
虽然以上本发明的描述主要针对航空行业中的扣件安装,但是应该认识到,本发明可以适用于使用密封扣件的任何行业,包括例如建筑、汽车或船舶行业。本文所述的本发明具有广泛的可应用性并且可以提供如以上实例中所述和所示的许多好处。实施例将视特定应用而大大变化,并且不是每个实施例都将提供本发明所能实现的所有好处和满足所有目的。
本文不论何时使用术语“自动的”、“自动化”或类似术语,那些术语都应该理解为包括手动启动自动的或自动化工艺或步骤。在讨论中和在权利要求中,术语“包括”和“包含”是以一种开放式方式使用,并且因此应该解释为意指“包括(但不限于)......”。就本说明书中未特别定义的任何术语来说,目的是所述术语提供其简单的和普通的含义。附图是打算辅助理解本发明,并且除非另有指示,否则不按比例绘制。
另外,应该认识到,本发明的实施例可以通过计算机硬件或软件或两个的组合来实施。根据本说明书中所述的方法和图,所述方法可以在计算机程序中使用标准程序设计技术实施,包括配置有计算机程序的计算机可读存储媒体,其中如此配置的存储媒体使得计算机以特定的并且预定义方式操作。每个程序可以用高阶程序或面向对象的程序设计语言实施,以与计算机系统进行通讯。然而,如果需要,所述程序可以用汇编或机器语言实施。在任何情况下,所述语言可以是编译或解释语言。另外,所述程序可以在为了那个目的而程序设计的专用集成电路上运行。
不欲将本申请案的范围限于本说明书中所述的工艺、机器、制造、物质组成、构件、方法和步骤的特定实施例。如所属领域的普通技术人员将易于从本发明的揭示内容所了解,根据本发明,可以利用目前现存或稍后将开发的执行与本文中所述对应实施例实质上相同的功能或获得与其实质上相同的结果的工艺、机器、制造、物质组成、构件、方法或步骤。因此,所附权利要求书想要在其范围内包括这些工艺、机器、制造、物质组成、构件、方法或步骤。本文所述的图是一般性示意图,并且不一定按正确的比例或规模描绘本发明的实施例。
Claims (35)
1.一种扣件,其覆盖有自密封涂层,所述自密封涂层包含:
一个或一个以上单组份式湿气可固化密封剂层;和
在所述一个或一个以上单组份式可固化密封剂层上的易碎的湿气阻挡涂层的第一层,以使得当将所述扣件安装到在工件中的预先钻好的孔中时,所述一个或一个以上密封剂层将在所述扣件与所述工件之间形成密封,所述易碎的湿气阻挡层将裂开,从而允许湿气源的湿气到达所述密封剂,以便使所述密封剂固化,并且至少一部分所述湿气阻挡涂层将被挤出而不是与形成介于所述扣件与所述工件之间的所述密封的所述密封剂层的一部分混合。
2.根据权利要求0所述的扣件,其中所述湿气可固化密封剂是用湿气可去除的封闭基固化封闭的。
3.根据前述权利要求中任一权利要求所述的扣件,其中所述被挤出的湿气阻挡涂层的一部分大于50%。
4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的扣件,其中所述被挤出的湿气阻挡涂层的一部分大于75%。
5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的扣件,其中所述单组份式湿气可固化密封剂包含用保护基封端的硫醇封端的聚合物、预聚物或寡聚物,其中所述保护基通过湿气裂解并且是有机和/或有机硅烷封闭基。
6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的扣件,其中所述单组份式湿气可固化密封剂包含用保护基封端的硫醇封端的聚合物、预聚物或寡聚物,其中所述保护基通过湿气裂解并且是无机封闭基。
7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的扣件,其中所述单组份式湿气可固化密封剂包含用保护基封端的硫醇封端的聚合物、预聚物或寡聚物,其中所述保护基通过湿气裂解并且是无机盐封闭基。
8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的扣件,其进一步包含在所述一个或一个以上单组份式可固化密封剂层上和在易碎的湿气阻挡涂层的所述层下面的过早固化指示剂的涂层,所述过早固化指示剂在暴露到硫醇反应性基团时改变颜色。
9.根据前述权利要求中任一权利要求所述的扣件,其中所述湿气源是大气湿气。
10.一种使用自密封金属扣件将两个工件附着在一起的方法,所述方法包含:
提供多个根据前述权利要求中任一权利要求所述的扣件;
提供扣件安装构件;
将所述扣件安装通过预先钻好的孔以将所述工件附着在一起,所述安装对所述第一易碎的湿气阻挡涂层施加足够的力以使所述涂层裂开并且造成所述涂层从所述孔中挤出,以便湿气源的湿气可以到达所述固化封闭的密封剂;和
允许所述湿气解除所述可固化密封剂的封闭以便所述可固化密封剂固化并且充当介于所述扣件与所述工件之间的密封剂。
11.根据权利要求10所述的扣件,其中所述湿气源是大气湿气。
12.根据权利要求10所述的方法,其中提供多个扣件包含提供每个包括过早固化指示剂的涂层的多个扣件,所述过早固化指示剂在暴露到硫醇反应性基团时改变颜色。
13.根据权利要求12所述的方法,其进一步包含:
在安装所述扣件之前,检查所述过早固化指示剂涂层以确定是否已经存在颜色变化;和
丢弃显示颜色变化的扣件。
14.一种自动产生自密封扣件的方法,所述扣件具有头和杆,并且所述方法包含:
涂覆湿气固化密封剂到所述扣件;
用湿气阻挡底漆的涂层外涂布所述密封剂,和
使用光化辐射固化所述底漆。
15.根据权利要求14所述的方法,其中固化所述底漆包括在不固化所述密封剂的情况下固化所述底漆。
16.根据权利要求14到15中任一权利要求所述的方法,其进一步包含在涂覆所述湿气固化密封剂到所述扣件之后,涂覆过早固化指示剂的涂层,所述涂层在暴露到硫醇反应性基团时改变颜色。
17.根据权利要求14到16中任一权利要求所述的方法,其中所述湿气固化密封剂是单组份式密封剂。
18.根据权利要求14到17中任一权利要求所述的方法,其中所述可固化密封剂包含聚硫化物密封剂。
19.根据权利要求14到18中任一权利要求所述的方法,其中所述可固化密封剂包含聚硫醚密封剂。
20.根据权利要求14到19中任一权利要求所述的方法,其中涂覆湿气固化密封剂到所述扣件包含在所述扣件的所述杆周围均匀地涂覆足够体积的密封剂以便当所述扣件被安装到工件中时,可看到少量密封剂在所述扣件头周围完全挤出。
21.根据权利要求14到20中任一权利要求所述的方法,其中所述底漆是通过光化辐射固化的。
22.根据权利要求14到21中任一权利要求所述的方法,其中所述密封剂涂层、所述湿气阻挡涂层和所述过早固化指示剂涂层是用计量流体分配器对在涂覆期间旋转的扣件一次涂覆一个涂层。
23.一种用于产生涂布扣件的设备,其包含
多个用于固持扣件并且以一定旋转速度旋转所述扣件的旋转站;
多个用于将流体分配到所述旋转扣件上的流体分配站;和
用于使所述旋转站在所述流体分配站之间移动的转盘;
其中至少一个所述流体分配站分配湿气可固化流体密封剂并且至少一个所述流体分配站分配用于形成湿气阻挡涂层的流体以防止所述湿气可固化密封剂固化。
24.根据权利要求23所述的设备,其中用于分配用以形成湿气阻挡层的流体的所述流体分配站包括用于分配湿气阻挡涂层的流体分配站,并且所述设备进一步包含快速固化站,其用于在已分配所述湿气阻挡涂层之后向所述扣件引导热或光化辐射来固化所述湿气阻挡涂层。
25.根据权利要求23到24中任一权利要求所述的设备,其进一步包含一个或一个以上质量控制站,其用于自动检查所述扣件并且测定一个或一个以上所测量参数的值,并且其中所述一个或一个以上质量控制站包括拒绝具有在预定范围外的测量参数的扣件的能力。
26.一种扣件,其覆盖有自密封涂层,所述自密封涂层包含:
一个或一个以上单组份式湿气可固化密封剂层;
在所述一个或一个以上单组份式可固化密封剂层上面的一个或一个以上易碎的湿气阻挡涂层,以使得当安装所述扣件时,所述易碎的湿气阻挡层将裂开,允许湿气到达所述密封剂以便使所述密封剂固化;和
其中所述易碎的湿气阻挡涂层包含通过光化辐射可固化的基于非溶剂的底漆。
27.根据权利要求26所述的扣件,其中所述湿气阻挡涂层是光化辐射可固化聚合物组合物,其包含:(i)酸酯;(ii)丙烯酸系寡聚物;(iii)多官能性(甲基)丙烯酸酯单体;和/或(iv)分层无机硅酸盐,其中所述组合物在环境温度和压力下使用光化辐射可固化。
28.根据权利要求27所述的扣件,其中所述酸酯是单官能酸酯或三官能酸酯或其混合物。
29.根据权利要求27所述的扣件,其中所述丙烯酸系寡聚物是选自以下各项组成的群组:环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、胺改性聚醚丙烯酸酯、丙烯酸系丙烯酸酯或其组合。
30.根据权利要求27所述的扣件,其中所述多官能性(甲基)丙烯酸酯单体是选自由以下各项组成的群组:1,12十二烷二醇二甲基丙烯酸酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、1,6己二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、1,3-丁二醇二丙烯酸酯、1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二甲基丙烯酸酯、环己烷二甲醇二丙烯酸酯、环己烷二甲醇二甲基丙烯酸酯、乙氧基化双酚A二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯和其混合物。
31.根据权利要求27所述的扣件,其中所述分层硅酸盐是选自由以下各项组成的群组:膨润土、蛭石、蒙脱石、绿脱石、贝得石、富铬绿脱石、锂蒙脱石、皂石、锌蒙脱石、麦羟硅钠石、水羟硅钠石(kanyaite)、伊利石和其混合物。
32.一种使用自密封金属扣件将两个工件附着在一起的方法,所述方法包含:
提供多个扣件,其中所述扣件包括:
(i).一个或一个以上单组份式湿气可固化密封剂层,其已经被固化封闭以防止在暴露到湿气中之前固化,
(ii).在所述一个或一个以上单组份式可固化密封剂层上面的一个或一个以上易碎的湿气阻挡涂层,以使得当安装所述扣件时,所述易碎的湿气阻挡层将裂开,允许湿气源的湿气到达所述密封剂,以便使所述密封剂固化,和
(iii).固化指示剂,其用于指示所述密封剂是否已经固化或已经开始固化的颜色变化;
检查所述固化指示剂以确定是否已经存在颜色变化;
丢弃显示颜色变化的扣件;
提供扣件安装构件;
将不显示颜色变化的扣件安装通过预先钻好的孔以将所述工件附着在一起,其中所述安装步骤包括对所述易碎的湿气阻挡涂层施加足够力以使得所述涂层裂开,以便湿气可以到达所述固化封闭的密封剂;和
允许湿气解除所述固化封闭的密封剂的封闭,以便所述密封剂固化并且充当介于所述扣件与所述工件之间的密封。
33.一种单组份式湿气可固化密封剂,其包含用保护基封端的硫醇封端的聚合物、预聚物或寡聚物,其中所述保护基通过湿气裂解,并且是有机和/或有机硅烷封闭基。
34.一种单组份式湿气可固化密封剂,其包含用保护基封端的硫醇封端的聚合物、预聚物或寡聚物,其中所述保护基通过湿气裂解,并且是无机封闭基。
35.一种单组份式湿气可固化密封剂,其包含用保护基封端的硫醇封端的聚合物、预聚物或寡聚物,其中所述保护基通过湿气裂解,并且是无机盐封闭基。
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