CN107000363B - 用于保护部件表面的多功能黏附膜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于保护部件(20)的表面的多层可加热成型膜(10),其包括能够通过一个第一面(111)黏附到所述部件表面的由黏性材料制成的一个子层(11),和附着到有黏性的子层的一个第二面(112)的至少一个聚合物材料层(12)。该聚合物材料层(12)是耐固体颗粒磨蚀和耐液体颗粒侵蚀的。其由选自邵氏硬度为50D至65D的聚氨酯、聚醚醚酮和具有非常高分子量的聚乙烯之中的一种聚合物材料制成。本发明还涉及一种保护部件(20)的表面的方法,包括将膜(10)加热成型为与部件(20)的至少一个部分相匹配的形状,以及将以这种方式加热成型的膜(10)施加到部件(20)待保护部分的表面上。

Description

用于保护部件表面的多功能黏附膜
技术领域
本发明属于部件的表面保护领域,特别是可能受侵蚀性条件侵害并需要保持空气动力学外形的部件。更具体地,本发明涉及一种能够实现这种保护的多层型黏附膜,和使用该膜进行部件表面保护的方法,以及用于部件表面保护的套件。
在本说明书中将详细描述本发明的一个特定应用领域是保护飞行器的结构件的表面,这些飞行器可能是任意类型的,尤其是用于陆地或海上环境的民用或军用飞行器、民用或军用直升机、无人机等。但是,本发明并不受限于这个应用领域,也适用于在运行期间需要保持可能遭受侵蚀性条件的部件的空气动力学外形的任何其他领域,例如铁路、机动车辆或其他风力涡轮机领域,特别适用于保护风力涡轮机叶片的前缘。
背景技术
在航空领域中,某些结构部件,特别是通常称为前缘的部件,例如飞行器机翼、翼片和雷达天线罩、垂直或水平稳定器、直升机转子叶片等在飞行中可能受到恶劣的侵蚀性条件的侵害,由于这些侵蚀性条件导致部件表面形成多余的粗糙度,这些多余的粗糙度与空气流对抗并且使层流区域最小化,从而使部件的空气动力学外形劣化,因此,特别是导致了燃料成本的增加。这证明了保护部件的表面以防止这种劣化的必要性。这些侵蚀性条件可以分为两种类型:通常称为砂蚀的固体颗粒磨蚀,和通常称为雨蚀的液体颗粒侵蚀。
现有技术披露的用于保护飞行器前缘的系统分为两种类型。
第一种类型由例如使用碳化硅形成的无机涂层,或例如钛或钢整流罩等的金属涂层组成。这种涂层表现出良好的耐雨蚀性,但是却会迅速地被沙子侵蚀。此外,它们构成持久性的解决方法,导致在损坏情况下进行更换的操作时间长且实施受限。
第二种类型的涂层由例如基于聚氨酯弹性体的高延展性的有机涂层组成。现有技术已经提出使用基于这种聚合物的黏附膜技术来形成部件上的外涂层,其目的在于保护某些区域免受与环境相关的侵袭,环境相关的侵袭主要是暴露于化学和侵蚀性物质,例如燃油、液压流体、水、盐、酸雨。为了保持性能,这些涂层在面临应力和扰动时必须坚固耐用,例如飞行器使用过程中可能受到的应力,特别是机械应力,相当程度的温度和湿度循环,和紫外线辐射等。为此,现有技术提出的涂层的外层由高性能聚氨酯形成。虽然现有技术提出的这种高延展性有机涂层具有良好的耐砂蚀性,但并不具有令人满意的耐雨蚀性。此外,涂层的耐用性也不令人满意:特别是当涂有这些涂层的飞行器经过暴风雨时,这些涂层在大约15分钟内完全损坏。
因此,目前并没有一种有效的解决方案可兼备使暴露于恶劣侵蚀性条件下的部件仍能够保持空气动力学外形所需的全部性能,特别是无法兼顾耐雨蚀性和耐砂蚀性。
发明内容
本发明旨在通过提供一种能够在暴露于恶劣条件的情况下有效保护部件同时免受液体颗粒和固体颗粒的侵袭,以克服现有技术提出的用于部件,特别是上述那些飞行器前缘的表面保护的解决方案的缺点,并且本发明同时降低了其本身重量所带来的影响。
此外,本发明的目的还在于该系统的成本低;该系统快速且易于施用,特别是施加和去除;并且对部件可能受到的机械和环境应力,特别是污染和紫外线(UV)老化,具有良好的抵抗性。
本发明的另一个目的是能够对部件进行针对性保护,根据部件主要可能暴露的各个区域受到的应力的类型进行优化。
为此,根据本发明提出了一种用于保护部件表面的多层可加热成型膜,这种膜包括能够通过一个第一面黏附到部件表面的黏附材料的子层,称为黏附子层,以及由一种或者多种聚合物材料制成的至少一个层,其附着到黏附子层的与第一面相对的一个第二面。由一种或者多种聚合物材料制成的层能够耐固体颗粒的磨蚀和耐液体颗粒的侵蚀。
这种具有耐固体颗粒磨蚀和耐液体颗粒侵蚀两种功能的膜,能够有利地仅依靠其自身保护部件免受这两种类型的侵蚀。因此,这样的保护仅自身重量的影响轻,且使得部件生产周期缩短。特别是,根据本发明的膜优选地具有小于或等于590g/m2的密度。
由于膜具有黏附性,在所有类型的环境中,特别是一般的生产现场,还可以在恶劣的环境例如机库或露天环境中快速且易于应用。
根据本发明,由一种或多种聚合物材料制成的耐固体颗粒磨蚀和耐液体颗粒侵蚀的层由具有耐固体颗粒磨蚀和耐液体颗粒侵蚀两种功能的单一聚合物材料制成。特别地,这样的实施方式具有简化膜生产过程的优点。
由一种或多种聚合物材料制成的耐固体颗粒磨蚀和耐液体颗粒侵蚀的层至少部分地,特别是完全地由选自邵氏D硬度(Shore D)为50D至65D的热塑性聚氨酯(TPU)、聚醚醚酮(PEEK)和超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)之中的一种聚合物材料制成。
这些聚合物材料本身是已知的,它们具有良好的摩擦特性和高耐磨性,也具有良好的耐化学性和在飞行器运行期间所经受的温度范围内,即约-60℃至80℃的耐温性。
本发明人还惊奇地发现,由选自邵氏D硬度为50D至65D的热塑性聚氨酯(TPU)、聚醚醚酮(PEEK)和超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)之中的一种聚合物材料制成的一个层,其本身在耐固体颗粒和液体颗粒的侵蚀方面具有特别高的性能。
根据本发明的膜可以包括由聚合物材料制成的耐固体颗粒磨蚀和耐液体颗粒侵蚀的一个单层或多个这样的层。在这样的结构中,这些层中的至少一个,优选为这些层中的多个,或者甚至这些层全部是由选自邵氏D硬度为50D至65D的热塑性聚氨酯(TPU)、聚醚醚酮(PEEK)和超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)之中的一种聚合物材料制成。耐固体颗粒磨蚀和耐液体颗粒侵蚀的这些聚合物材料层可以以任何可能的构造彼此置于黏附子层,例如彼此并置和/或彼此堆叠以至少部分重叠。
在本发明的一个特别有利的实施方式中,在耐固体颗粒磨蚀和耐液体颗粒侵蚀的性能方面,由耐固体颗粒磨蚀和耐液体颗粒侵蚀的聚合物材料制成的该层由邵氏D硬度为50D至65D的聚醚醚酮制成。
在本发明的变型例中,由一种或多种聚合物材料制成的耐固体颗粒磨蚀和耐液体颗粒侵蚀的层是通过堆叠和/或并置在黏附子层上而形成的,该层具有多个层部,包括由一个第一聚合物材料制成的至少一个耐固体颗粒磨蚀的层部,和由一个第二聚合物材料制成的至少一个耐液体颗粒侵蚀的层部。特别地,由第一聚合物材料制成的层部比由第二聚合物材料制成的层部更耐固体颗粒的磨蚀,而由第二聚合物材料制成的层部比由第一聚合物材料制成的层部更耐液体颗粒的侵蚀。
然后,基于必须进行表面保护的特定部件的具体要求将各个层部相对于彼此优选地定位,使得部件中每个更可能暴露于固体颗粒侵袭的区域,特别是低角度入射的区域,可以由耐固体颗粒磨蚀的第一层部覆盖;同时,部件中每个更可能暴露于液体颗粒侵袭的区域,特别是正入射的区域,可以由耐液体颗粒侵蚀的第二层部覆盖。
因此,根据本发明,该膜有利地构成为具有满足待保护部件的局部区域所需的特定局部性能。
更一般地,耐雨蚀和耐砂蚀的层的组成中选择并入的一种或多种聚合物材料,其具有良好的耐化学性,耐热性,耐紫外线、红外线、和可见光辐射,耐热冲击性,以及黏附性,以确保与黏附子层的界面处结合的良好黏结力,这与所选择的用于制成该黏附子层的材料的黏附特性相关,并且在适当情况下确保各个层部之间的界面处结合的良好黏合。
特别地,机械应力主要是受固体和液体颗粒(侵蚀)以及可能导致黏附膜剥落或分层的空气流的影响。为了承受这些应力,选择掺入到本发明的膜的成分中的材料有利地选择黏结力大,硬度为50至65邵氏D,且与黏附子层粘聚力高的材料。
在适当的情况下,可对本发明的耐侵蚀层进行表面处理,使得能够优化膜在与其复合的黏附子层上的黏附。
根据具体实施方式,本发明另外对应于下列可以单独地实施或者以任何一个技术上可行的组合来实施的特征。
在本发明的具体实施方式中,由一种或多种聚合物材料制成的耐固体颗粒磨蚀和耐液体颗粒侵蚀的层的厚度为50μm至500μm,优选为100μm至300μm,最好为200μm。
另外,本发明的膜的总厚度优选为小于460μm,从而尤其确保与雷达检测的透明度限制的兼容性。
在本发明的具体实施方式中,由一种或多种聚合物材料制成的耐固体颗粒磨蚀和耐液体颗粒侵蚀的层在其部分或整个表面上进行表面功能化,从而获取更强的耐侵蚀性或保护部件表面的附加功能。根据待保护的部件,以及部件在使用期间每个区域要承受各环境应力,来具体选择需功能化的一个或多个区域的位置,从而确保最佳的针对性局部保护。可根据本领域技术人员已知的任何方法进行功能化,以获得所需的特定效果。
由一种或多种聚合物材料制成的耐固体颗粒磨蚀和耐液体颗粒侵蚀的层可以特别地进行表面金属化或陶瓷化。还可以对其进行功能化,例如通过喷涂防冰和/或防污涂层以获得防冰和/或耐污效果。另外,表面功能化可包括表面结构化,例如进行表面纹理化以形成锯齿形图案,特别是通过光刻、微加热成型或激光的微结构化将正面阻力最小化并促进空气的进入。
出于本发明对应保护部件或部件的特定区域的要求而赋予黏附膜附加性能的相同目的,本发明的膜还可以包括在支撑组件的黏附子层上与由一种或多种聚合物材料制成的耐固体颗粒磨蚀和耐液体颗粒侵蚀的层并置和/或堆叠的多个附加层。
因此,在本发明的具体实施方式中,该膜包括由聚合物材料制成的至少一个功能层,该聚合物材料具有防冰功能,也就是减少冰的形成和黏附的能力和/或耐污功能,也就是有利于清洁和/或具有低污染性。每个这样的功能层与由一种或多种聚合物材料制成的耐固体颗粒磨蚀和耐液体颗粒侵蚀的层堆叠和/或并置在黏附子层上。
这样的附加功能能够有利地防止由于部件上的积冰而引起的性能损失,从而提高其操作安全性,并且还限制了部件结垢以及由此引起的效力损失。
这样的附加功能层可以以任何本身常规的方式形成。一般来说,用于开发被动防污和疏冰性表面的基本原理是大致相同的:这是一个化学耦合问题,它提低表面能和具有供最佳粗糙度的超疏水性。因此,该功能层可以基于受植物启发的已知的莲花自清洁效应的技术,正如Dodiuk等人在出版物Polymers for Advanced Technology,2007,18:746-750中所述,这需要在微米级和纳米级上的双重粗糙度;如专利文献WO 2008/048201公开的对于由现有技术开发的超疏水性而具有疏冰性解决方案;或者关于文献FR 2 954 340中公开的另一解决方案,其描述了基于聚氨酯丙烯酸酯低聚物、稀释剂和热解法二氧化硅的表面涂料组合,这使其在聚合后获得一种表面性能引起自清洁和防冰效应的涂层。
相对于目前提出的防冰解决方案而言,为本发明的黏附膜添加防冰功能尤其显现出明显优势:起飞前以喷洒的形式使用临时除冰产品,缺点包括必须每次飞行都要喷洒并产生严重污染;或以喷涂凝胶的形式使用长期除冰产品,缺点包括必须在所有清洁和温度控制区域先施用底漆再喷涂产品;或通过供应热量进行主动清洁和除冰的系统,其具有超重的缺点。本发明的膜能够以较小的附加质量轻易且持久地达到防冰效应,因此克服了上述所有缺点。
在本发明的具体实施方式中,该膜包括由具有限制空气中阻力的表面结构的聚合物材料制成的至少一个层,其与由一种或多种聚合物材料制成的耐固体颗粒磨蚀和耐液体颗粒侵蚀的层堆叠和/或并置在黏附子层上。这样的层能够有利于实现燃料节省。
因此,根据本发明的黏附膜可由多个组成层的一个组件形成,每个组成层具有保护部件表面的不同功能,且均由黏附子层支撑。这些组成层可彼此并置和/或堆叠在黏附子层上。
在本发明的具体实施方式中,该膜的彼此并置和/或堆叠的各个组成层通过黏合剂、热封或共挤压而彼此接合。
特别地,对于称作纵向复合的通过堆叠多个层的复合,可以通过使用与制成层的聚合物材料相容的特定黏合剂进行胶合,从而进行堆叠的层彼此之间的接合。这样的复合模式能够确保堆叠的良好黏结力,易于实施且能够复合多种材料。或者也可以通过共挤压来进行纵向复合,其尤其适合聚合物材料具有相当的热性能的情况。
对于称作横向复合的通过并置多个层的复合,可以通过尤其是使用工业复合线或通过热封进行胶合,从而进行并置的层彼此之间的接合,后一种技术能够尤其确保多个层的高黏结力并将边缘效应最小化。
在横向复合的情况下,彼此并置的多个层优选地定位为彼此重叠,以便保护黏合剂免受外部侵袭,特别是化学侵蚀,并避免多个层之间的任何空隙,这样的空隙可能产生于复合期间的移动或暴露于如温度、紫外线辐射、湿度等外部应力引起的材料的尺寸变化。
也可以进行混合式复合,也就是说,该膜可以包括彼此堆叠的层和彼此并置的层。
在本发明的具体实施方式中,黏附子层由压敏黏附材料,特别是选自丙烯酸、橡胶和硅胶系列的材料制成。这种黏附材料优选地具有较强的黏附能力,以适用于通常用来涂覆飞行器结构的材料,特别是粘合底漆、涂料和金属如铝、钢、和钛等,以及还具有对耐侵蚀层的强黏附性。
黏附子层的这种实施方式有利地使得膜能够施加到待保护部件的表面上,并且膜本身能够快速且轻易地剥离。因此,本发明的膜易于更换,从而为部件的表面保护形成了持久的解决方案。这尤其减少了飞行器为此所需的维护周期和停机时间。更换本发明的膜可在任何地方进行,包括在恶劣和苛刻的环境中,例如简单的机库、露天环境等。
黏附子层优选为连续的,其厚度可为25μm至100μm。
根据另一方面,本发明涉及一种用于保护部件表面,特别是飞机部件的外表面的方法,其包括以下步骤:
-对应上述一个或多个特征根据本发明对黏附膜进行加热成型,形成一个能够与部件的至少一个部分相匹配的形状;和
-将该成型的膜施加到部件的上述部分的表面上。
优选地,本方法包括在上述步骤之前的一个步骤:根据待保护的特定部件的具体要求和运行期间部件的不同区域可能受到的应力来确定膜的构造,即形成膜的各个功能层在黏附子层上的数量、功能和位置,从而通过本发明的膜确保对这些区域中每个区域的最佳保护。
因此,根据这种具体构造制造的本发明的膜有利地为部件的每个区域提供了针对性保护,防止固体颗粒和/或液体颗粒的侵蚀,且在适当的情况下,也防止冰冻和结垢。
本发明的另一方面涉及一种用于保护部件表面的套件,其包括根据本发明的多个膜,对应上述一个或多个特征对这些膜进行加热成型,使每个膜与部件中一个部分的形状相匹配,且一起覆盖待保护部件的整个表面。
这些不同的膜可具有相同或不同构造。
这些膜中的每一个优选地适配为,根据在飞行中该区域要承受的环境应力,为所应用的、形状相适应的部件的区域提供针对性保护。
因此,根据本发明的套件构成了用于保护飞行器结构部件表面的完整且优化的解决方案。
在本发明的具体实施方式中,该套件还包括将多个膜施加到部件表面的一个或多个工具,例如刮铲、刷子等。其还可以包括使用说明,特别是关于每个膜旨在施加到部件的哪个区域的说明。
附图说明
根据以下的示例性实施方式,本发明的特征和优点参照附图1a到图5b将变得更加清楚,其中这些实施方式仅提供示意性描述,并不以任何方式限制本发明,其中附图:
-图1a示意性地表示根据本发明的第一实施方式的一个膜;
-图1b示意性地表示根据本发明的第二实施方式的一个膜;
-图2a示意性地表示根据本发明的第三实施方式的一个膜;
-图2b示意性地表示根据本发明的第四实施方式的一个膜;
-图3a示意性地表示根据本发明的第五实施方式的一个膜,其应用于飞行器前缘;
-图3b示意性地表示根据本发明的第六实施方式的一个膜,其应用于飞行器前缘;
-图4a和4b分别示出了在P-JET雨蚀测试结束时的覆有黏附膜的部件,其中,一个部件覆有现有技术的基于聚氨酯的膜(图4a),另一个部件覆有根据本发明的基于PEEK的膜(图4b),每条线对应于其指示的液体颗粒的冲击次数;
-图5a和5b分别示出了在投射200g颗粒的砂蚀测试结束时的覆有黏附膜的部件,其中,一个部件覆有根据本发明的基于聚氨酯的膜(图5a),另一个部件覆有硬度较低的基于聚氨酯的膜(图5b)。
具体实施方式
图1a示出平面构造的根据本发明的膜10的第一实施例,其中并置(“横向复合”)多个组成层。在本图和其他附图中,为了清楚起见,示出的各个元件彼此之间稍有间隔,尽管实际上它们彼此紧密抵靠。同样地,膜的各个组成元件的相对尺寸也不代表实际的相对尺寸。
膜10施加到部件20上,部件20尤其可能是在运行期间承受高侵蚀条件的飞行器结构件,例如前缘。
膜10包括由如丙烯酸、橡胶或硅胶系列的压敏黏附材料制成的黏附子层11。该黏附子层11是连续的且厚度为25μm至100μm。其包括应用于部件20表面的一个第一面111,和一个相对的第二面112,其中膜10的各个组成功能层附着于第二面112。
膜10包括由耐固体颗粒磨蚀和耐液体颗粒侵蚀的一种或多种聚合物材料制成的一个层12。该层12称为耐侵蚀层,由三个层部形成:由一个第一聚合物材料制成且耐固体颗粒侵蚀的两个端面的层部13、13',以及由一个第二聚合物材料制成且耐液体颗粒侵蚀的一个中间的层部14。
第一聚合物材料和第二聚合物材料特别是从下列材料中选出:TPU、PEEK和UHMW-PE。
膜还包括在黏附子层11上并置于耐侵蚀层12两侧的两个防冰的功能层15、15'。这两个防冰功能层15、15'由聚合物材料制成。
可使用本领域技术人员已知的任何方案来形成本发明的膜的防冰层。作为示例,这些层可以包括:
-一个涂层,其包括以该涂层的总原子百分比计25%至29%的硅原子、22%至45%的氧原子、以及26%至49%的碳原子,这个涂层特别是以点图案或线图案形成;
-通过六甲基二硅氧烷(HMDSO)的等离子体聚合获得的一个涂层;
-或者一个涂层,其包括以该涂层的总原子百分比计15%至75%的氟原子以及25%至85%的其他成分,这个涂层特别是以点图案或线图案形成。
在如图1b所示的本发明的变型例中,除了耐侵蚀层12部分外,膜10与上述膜具有相同的特征,该耐侵蚀层12由单一聚合物材料单块形成,该单一聚合物材料单块使该耐侵蚀层12具有良好耐砂蚀性和雨蚀性。这种聚合物材料从下列材料中选出:邵氏D硬度为50D至65D的TPU、PEEK和UHMW-PE。
图2a示出平面构造的根据本发明的膜10的第三实施例,其中彼此并置或堆叠(“混合式复合”)各个组成层。
膜10通过其黏附子层11施加到部件20。
膜10包括由一种或多种聚合物材料制成的一个耐固体颗粒磨蚀和耐液体颗粒侵蚀的层12。该层12由在黏附子层11上彼此堆叠的两个层部形成:由一个第一聚合物材料制成且耐固体颗粒磨蚀的一个下面的层部13,和由一个第二聚合物材料制成且耐液体颗粒侵蚀的一个上面的层部14。
膜还包括在黏附子层11上并置于耐侵蚀层12两侧的由聚合物材料制成的两个防冰的功能层15、15'。膜进一步包括由聚合物材料制成的两个功能层16、16',其在防冰的功能层15、15'的两侧与它们并置,且用于限制空气中的正面阻力。这些所谓的正面减阻层具有锯齿形表面纹理。
图2b所示的根据本发明的膜10的另一个实施例,除了耐侵蚀层12的部分外,与上述附图2a所示的膜相同,耐侵蚀层12由在耐液体颗粒和固体颗粒侵蚀方面具有高性能的单一聚合物材料制成,这种材料选自邵氏D硬度为50D至65D的TPU、PEEK和UHMW-PE。
图1a、1b、2a和2b所示的膜10都具有小于或等于590g/m2的面密度。这些膜易于施加和去除,且能够以局部的方式有效地保护部件,使其即使在严苛暴露的情况下也免受液体颗粒和固体颗粒的侵袭。
通常,根据部件的各个区域的保护要求来选择膜10的确切构造,以确保对其的最佳保护。
作为示例,图3a示出了适于保护飞行器前缘20的膜10的特殊构造。在这些图中,为了清楚起见,各层和层部彼此之间稍有间隔。但是这种构造并不限制本发明,相反地,相互并置的各个层和层部优选地彼此紧密地抵靠。
在图3a所示的实施方式中,膜10包括一个由两个层部13、13'形成的耐侵蚀层12,该两个层部13、13'由耐固体颗粒磨蚀的第一聚合物材料制成,称为耐砂蚀层部,它们并置在中间层部14的两侧,该中间层部14由第二聚合物材料制成且耐液体颗粒侵蚀,称为耐雨蚀层部。膜10还包括位于耐侵蚀层12两侧的两个端面的防冰的功能层15、15'。
更具体地,膜10位于部件20上,使得耐雨蚀层部14位于部件的正入射区域,耐砂蚀的层部13、13'以及防冰的功能层15、15'位于低角度入射区域,从而确保在飞行中应承受应力的部件的最佳针对性保护。
图3b所示的实施方式中,膜10除了耐侵蚀层12的部分外,与上述附图3a所示的膜相同,耐侵蚀层12由在耐液体颗粒和固体颗粒侵蚀方面具有高性能的单一聚合物材料制成,这种材料选自邵氏D硬度为50D至65D的PU、PEEK和UHMW-PE。这个层在部件20的正入射区域和相邻的低角度入射区域上连续延伸。
耐侵蚀性测试
对覆有本发明的膜的部件进行测试,以评估它们的耐液体颗粒的侵蚀性(雨蚀)和耐固体颗粒的磨蚀性(砂蚀)。
A/实验1
根据本发明的包含一个丙烯酸黏附子层和一个耐侵蚀层的膜沉积在SAE1008钢板或涂漆板(在铝2024基板上电镀、阳极氧化和涂覆厚度为15μm至25μm的环氧底漆层,并由厚度为50μm至130μm的聚氨酯层表面处理)上,然后根据下述实验计划进行高压清洁器测试。
测试的各个黏附膜的耐侵蚀层由以下材料制成:高硬度热塑性聚氨酯(TPU)(55邵氏D到60邵氏D)(膜F1),PEEK(65邵氏D)(膜F2),以及UHMW-PE(50邵氏D)(膜F3)。
作为比较例,还对一个覆有黏附膜的板进行了测试,该黏附膜(膜F0)包括现有技术提出的硬度为35邵氏D硬度的一个热塑性聚氨酯层,其低于本发明所推荐的硬度。
A.1/耐雨蚀性
测试持续60s,其目的是评估所选的黏附膜对模拟高速“雨水”环境的加压水射流的耐受性。能够实现这种喷水的装置是带有喷水嘴的凯弛(Karcher)式清洁器,其产生连续射流而不是水滴的冲击。因此,该测试以一种近似的方式模拟了直升机叶片或飞行器机翼的前缘在雨水环境中遇到的侵蚀现象。
操作条件如下:
压强:150巴(bar)
喷嘴至部件距离:4.7cm
对部件的冲击角度:90度
水流速:9L/min
对于钢板,喷嘴至基板的距离是恒定的。测量黏附膜穿孔所需的时间。如果膜未穿孔,则测试在60s的暴露后停止。
对于涂漆板,测试的时间是恒定的(10s)。测量穿孔所需的喷嘴至部件距离。
所得结果如下列表1所示。
Figure GDA0001293139450000101
表1-运用高压清洁器的雨蚀测试的结果,其中:Nd=未劣化;√=10s后膜未穿孔、未损坏;x=小于或等于10s的测试时间后膜穿孔
这些结果表明,与现有技术提出的膜F0相比,根据本发明的膜均具有更好的耐雨蚀性。
A.2/耐砂蚀性
目的是评估膜对模拟高速“空气+砂”环境的加压喷砂的耐受性。能够实现这种喷砂的装置是工业喷砂机。
对于这个测试,使用的部件是SAE1008钢板。也对一个没有加膜的此类涂漆板进行测试(对照组)。
操作条件如下:
压强:1.4巴(bar)
喷嘴至部件距离:4.7cm
冲击角度:90度
砂:氧化铝(直径200μm)
流速:(10±3)g/s
所得结果如下列表2所示。
第一次劣化前的时间 观察
对照组 5s至10s -
膜F0 >3小时 褐变
膜F1 1小时至2小时 开裂
膜F2 3分钟至6分钟 开裂
膜F3 1小时至2小时 开裂
表2-砂蚀测试结果
这些结果表明,与现有技术提出的膜F0相比,根据本发明的膜F1(高硬度TPU)和膜F3(UHMW-PE)都具有更好的耐砂蚀性。结果还表明,与没有在飞行器加膜相比,膜F2(PEEK)的良好抵抗性。
总体而言,在防雨蚀和防砂蚀的综合保护方面,根据本发明的膜比现有技术的低硬度的基于聚氨酯的膜更为有效。
B/实验2
这个实验在代表飞行器结构件的简化构造的一部分上对黏附膜进行测试,该飞行器结构件在预酸洗的2024铝板上包括环氧底漆层(厚度为15μm至25μm)和聚氨酯面漆层(厚度为50μm至100μm)。
所测试的膜包括一个厚度为50μm的丙烯酸黏附子层和一个厚度为100μm至250μm的耐侵蚀层,该耐侵蚀层具有以下组成:邵氏D硬度为40至50(不含端值)的高硬度热塑性聚氨酯(厚度为200μm的脂肪族聚氨酯)(膜F4,比较例);邵氏D硬度为50至60的高硬度热塑性聚氨酯(厚度为250μm的脂肪族聚氨酯)(膜F5);邵氏D硬度为50至60的高硬度热塑性聚氨酯(厚度为250μm的脂肪族聚氨酯)(具有粘合促进剂,膜F5');邵氏D硬度为65的半结晶PEEK(厚度为100μm)(膜F6);邵氏D硬度为65的半结晶PEEK(厚度为100μm)(具有粘合促进剂,膜F6')。
作为比较例,也对现有技术提出的实验1中描述的膜F0进行了测试。
B.1/耐雨蚀性
测试的实验条件与文献WO 2009/074514描述的相同(通常称为P-JET的技术)。所用的操作参数和所得结果如下列表3所示。
Figure GDA0001293139450000121
表3-雨蚀测试的结果
从这些结果可以看出,本发明的黏附膜F5和F6相对于现有技术的膜F0,在包含粘合促进剂的情况下,均具有良好的耐雨蚀的能力。它们还具有比硬度较低的膜F4更好的性能。
B.2/老化后对雨淋侵蚀的抵抗性
涂覆有各种测试的膜的多个部件在名为QUV的常规老化室中进行加速UV老化,再现由阳光的UV部分、雨水和露水所引起的损坏。在老化室中的部件,根据下列参数:总时间1000小时(4小时冷凝/4小时UVB这样的125次循环),在受控的高温下经受UV光和湿度(通过水的冷凝)的交替循环。
测试实验条件与上述实例B.1/中描述的相同。所用的操作参数和所得结果如下列表4所示。
Figure GDA0001293139450000131
表4-老化后雨蚀测试的结果
从这些结果可以看出,本发明的黏附膜在加速老化后相对于现有技术的膜F0仍具有大幅改善的耐雨蚀能力。根据本发明的膜F5还具有比硬度较低的膜F4更好的性能。
B.3/耐砂蚀性
测试实验条件是与固体颗粒磨蚀的试验相关的标准ASTM G76。
示意性地,固体颗粒(直径为200μm的球形二氧化硅颗粒)通过气流以55m/s的速度,在0.280巴的压力下,以2g/分钟的粒子速率,以及在20度和90度之间变化的冲击角度投射到基板上。根据随时间变化的基板重量损失的曲线图的线性部分来确定侵蚀程度。
在20度角投射100g固体颗粒的情况下进行测试。
所得结果如下列表5所示。
F0 F4 F5 F6
侵蚀程度(mg/g) 0.0389 0.1028 0.0974 0.0597
表5-砂蚀测试的结果
这些结果表明,根据本发明的膜F5和F6的耐砂蚀性稍逊于现有技术的膜F0,但仍然很强,且优于膜F4,膜F4的邵氏D硬度低于本发明推荐的硬度。老化后的结果类似的。
对膜F5和F4也进行了同样的测试,并投射200g颗粒。所得结果分别如图5a和5b所示。从中观察到,膜F5比邵氏D硬度低于50的膜F4具有更好的耐砂蚀性。
总的来说,在防雨蚀和防砂蚀的综合保护方面,根据本发明的膜明显表现出比现有技术的膜F0和膜F4更好的性能。
C/实验3
这个实验在代表直升机结构件的简化构造的一部分上对黏附膜进行测试,该直升机结构件在预酸洗的2024铝板上依次包括厚度为15μm至25μm的环氧面漆和厚度为50μm至100μm的聚氨酯面漆,以及当指定时厚度为26μm的粘合促进剂的层。
所测试的膜包括一个厚度为50μm的丙烯酸黏附子层和一个厚度为100μm至250μm的耐侵蚀层,该耐侵蚀层具有以下组成:邵氏D硬度为40至50(不含端值)的高硬度热塑性聚氨酯(厚度为200μm的脂肪族聚氨酯)(膜F4,比较例);具有粘合促进剂的邵氏D硬度为40至50(不含端值)的高硬度热塑性聚氨酯(厚度为200μm的脂肪族聚氨酯)(膜F4',比较例);邵氏D硬度为50至60的高硬度热塑性聚氨酯(厚度为250μm的脂肪族聚氨酯)(膜F5);邵氏D硬度为50至60的高硬度热塑性聚氨酯(厚度为250μm的脂肪族聚氨酯)(具有粘合促进剂,膜F5');邵氏D硬度为65的半结晶PEEK(厚度为100μm)(膜F6);邵氏D硬度为65的半结晶PEEK(厚度为100μm)(具有粘合促进剂,膜F6');邵氏D硬度为50的UHMW-PE(厚度为250μm的聚烯烃族的超高分子量半结晶热塑性聚合物)(膜F7);以及邵氏D硬度为50的UHMW-PE(具有粘合促进剂,膜F7')。
作为比较例,还对现有技术提出的实验1中描述的具有粘合促进剂的膜F0'进行了测试。
C.1/耐雨蚀性
测试实验条件与参考实验2描述的相同。所用的操作参数和所得结果如下列表6所示。
Figure GDA0001293139450000141
表6-雨蚀测试的结果
图4a和4b分别示出在试验结束时获得的使用现有技术的膜F0'的部件和使用本发明的膜F6'的部件。在每个部件上,每条线对应于其指示的液体颗粒的冲击次数。在这些图上可清楚地看出,在测试结束时,覆有膜F0'(具有粘合促进剂)的部件对于测试的所有冲击次数都受到很大的损伤,而覆有本发明的膜F6'(具有粘合促进剂)的部件对于更多的冲击次数仅受到轻微损伤。
从这些结果可以看出,根据本发明的黏附膜F7、F5'、F6'和F7'与现有技术的膜F0'相比均具有更好的耐雨蚀性。
C.2/耐砂蚀性
测试实验条件与上述实验2描述的相同。
测试在20度角,投射100g固体颗粒的情况下进行。
所得结果如下列表7所示。
Figure GDA0001293139450000151
表7-砂蚀测试的结果
这些结果表明,根据本发明的膜F6'、F7、和F7'的耐砂蚀性稍逊于现有技术的膜F0'(具有粘合促进剂),但是仍然很高。
总的来说,这里也可观察到在防雨蚀和防砂蚀的综合保护方面,根据本发明的膜明显表现出比现有技术的膜和比邵氏D硬度低于50的膜F4和F4'具有更好的性能。
黏结力测试
通过将本发明的膜F6或现有技术的膜F0施加到覆有底漆的部件上来进行黏结力测试。
部件在75℃下进行老化测试20小时,然后以100mm/分钟进行180度剥离。
所得结果如下列表8所示。
表8-砂蚀测试的结果
可观察到根据本发明的膜F0在15N/cm的力作用下发生黏合剂的脱离(黏结失效),而根据本发明的膜F6在20N/cm的力作用下不脱离。仅观察到膜从其黏合剂剥离(黏合失效)。
根据标准ISO 8510-2测量的根据本发明选择的邵氏D硬度为65的PEEK的黏合强度为,对应于每宽度的平均负载为11.61(N/cm),相反地,现有技术的邵氏D硬度为35的TPU仅为8.19N/cm。

Claims (9)

1.一种用于保护一个部件(20)的表面的方法,其特征在于,包括以下步骤:
- 对多层可加热成型的膜(10)进行加热成型,形成一个能够与所述部件(20)的至少一个部分相匹配的形状;以及
- 将所述膜(10)施加到所述部件(20)的所述部分的表面上;其中
所述膜(10)包括:
- 一个由黏附材料制成的子层,称为黏附子层(11),能够通过一个第一面(111)黏附到所述部件(20)的表面;
- 由聚合物材料制成的至少一个层(12),其附着到所述黏附子层(11)的与所述第一面(111)相对的一个第二面(112),且由聚合物材料制成的所述至少一个层(12)是耐固体颗粒磨蚀和耐液体颗粒侵蚀的,
其中由聚合物材料制成的耐固体颗粒磨蚀和耐液体颗粒侵蚀的所述层(12)由选自邵氏D硬度为50D至65D的聚氨酯、聚醚醚酮和超高分子量聚乙烯之中的一种聚合物材料制成;
-由聚合物材料制成且具有防冰功能的至少一个功能层(15,15'),所述功能层(15,15')与由聚合物材料制成的耐固体颗粒磨蚀和耐液体颗粒侵蚀的所述层(12)并置在所述黏附子层(11)上;以及
-由聚合物材料制成且具有限制空气中正面阻力的表面结构的至少一个层(16,16'),其与由聚合物材料制成的耐固体颗粒磨蚀和耐液体颗粒侵蚀的所述层(12)堆叠和/或并置在所述黏附子层(11)上。
2.如权利要求1所述的用于保护一个部件(20)的表面的方法,其中,由聚合物材料制成的耐固体颗粒磨蚀和耐液体颗粒侵蚀的所述层(12)的厚度为50 μm至500 μm。
3.如权利要求1所述的用于保护一个部件(20)的表面的方法,其中,由聚合物材料制成的耐固体颗粒磨蚀和耐液体颗粒侵蚀的所述层(12)的厚度为100 μm至300 μm。
4.如权利要求1所述的用于保护一个部件(20)的表面的方法,其中,由聚合物材料制成的耐固体颗粒磨蚀和耐液体颗粒侵蚀的所述层(12)的厚度为200 μm。
5.如权利要求1所述的用于保护一个部件(20)的表面的方法,其中,由聚合物材料制成的耐固体颗粒磨蚀和耐液体颗粒侵蚀的所述层(12)是经过表面功能化的。
6.如权利要求1所述的用于保护一个部件(20)的表面的方法,其中,所述并置和/或堆叠的多个组成层通过黏合剂、热封或共挤压而彼此接合。
7.如权利要求1所述的用于保护一个部件(20)的表面的方法,其中,所述黏附子层(11)由压敏黏附材料制成。
8.如权利要求1所述的用于保护一个部件(20)的表面的方法,其中,所述黏附子层(11)由选自丙烯酸、橡胶和硅胶的材料制成。
9.如权利要求1所述的用于保护一个部件(20)的表面的方法,其中,所述黏附子层(11)的厚度为25 μm至100 μm。
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