CN112427274B - 共固化膜层应用 - Google Patents

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Abstract

本公开内容涉及用于向复合结构施加多色涂层的方法，该方法包括将包括第一颜色标记的第一共固化膜层施加至复合工具，在复合工具上方并至少部分地在第一共固化膜层上方施加包括第二颜色的第二共固化膜层以形成多色标记的叠层，在多色标记的叠层上方施加复合结构，并在单个固化步骤中固化多色标记的叠层和复合结构，以在复合结构上形成固化的多色涂层。还提供了用于标记复合结构的多色涂层和具有多色标记的飞机部件。

Description

共固化膜层应用
技术领域
本公开内容涉及用于将多个着色的共固化膜层施加至复合结构的方法。所得的多色涂布的复合结构可以表现出良好的颜色明晰度以及免受暴露于环境条件或要素(包括紫外线、湿度和/或化学物质，例如燃料)的影响。用于将多个着色的共固化膜层施加到复合结构上的本发明方法对于标记航空部件例如飞机部件尤其有用。
背景技术
许多部件，例如车辆、航空航天(例如，飞机等)和其他部件都由坚固但重量轻的复合材料构造，这些复合材料有助于最小化结构(例如飞机)的总重量。这些复合材料通常包括分布在聚合物基体内的碳增强纤维。
商用的飞机和车辆制造商通常期望以信息或标记在飞机或车辆上标记或烙印(例如型号、公司名称、公司徽标或其他装饰性或信息性标记，包括文字、数字、字母和任何形式的设计)。然而，对于由复合材料制成的零件，已经证明打标记具有挑战性。在这些复合结构上进行涂漆或印刷通常会导致制造方法的时间增加，例如涂漆操作的时间，从而增加了制造零件所需的成本和时间。在一些情况下，零件可能包含复杂的(一种或多种)三维曲率，可能难以在上面印刷。
涂漆飞机的常规方法需要掩蔽、涂漆和解蔽的多个步骤。为了施加具有多种颜色的飞机涂装，可能需要对涂装中的每种颜色执行掩蔽、涂漆和解蔽步骤，这可能会增加涂漆飞机所需的总时间。另外，必须以精确的方式施加飞机涂装，以避免产生间隙，否则间隙可能会暴露出典型的白色底涂层，从而可能损害飞机的整体外观。此外，必须在高度控制的情况下进行向飞机表面施加涂漆的方法，以确保可接受的涂层厚度水平，以满足性能要求，例如重量、电磁效应、空气动力学等。
进一步复杂化复合结构的标记可能是需要增强标记的耐用性，以保护其不受环境条件影响，以及期望在复合零件上涂布多种颜色或复杂的标记，因为使用传统的标记和涂漆方法的每一层涂层可能降低复合结构表面的光滑度。
另外，在涂布或涂漆的飞机表面上保持期望的流动特性，例如在飞机机翼或机尾上涂布或涂漆，可能是具有挑战性的。为了避免在飞行期间影响所需的边界层特性，存在涂漆边缘和波纹度的允许标准。三维表面不连续性也可能存在限制，例如可能由碎屑、灰尘或干涂层过度喷涂引起的夹杂物，以及由多层已实施的涂漆(例如，用多种颜色涂漆以形成设计或区分刻字)发生的那些限制。
存在用于在飞机外表面上施加多色航空公司设计的已知方法和系统。例如，这样的已知方法和系统可以包括使用胶带和/或掩模技术在底漆层或底色漆场色层二者之一上建立涂层或漆层。用于在飞机外表面上施加多色航空公司设计的这些已知方法和系统可能使其难以满足或维持空气动力学性能要求，例如对有助于确保优选空气动力学性能的涂层或漆边缘角度，或者涂层或漆边缘峰的要求。
因此，仍然需要用于减少处理时间和/或费用的同时提供适当的多色设计和光滑的空气动力学表面的标记方法。
发明内容
在一方面，本公开内容涉及将多色涂层施加到复合结构上的方法，该方法包括将具有第一颜色标记的第一共固化膜层施加到复合工具，将具有第二颜色标记的第二共固化膜施加到复合工具上方并且至少部分地施加到第一共固化膜层上方，以形成多色标记的叠层，将复合结构施加到多色标记的叠层上方，并固化多色标记的叠层和复合材料，以在复合结构上形成固化的多色涂层。
在一些实施方式中，本文公开的方法进一步包括在第一和第二共固化膜层之间施加具有第三颜色标记的第三共固化膜层。在一些实施方式中，在高压釜中执行固化步骤。在某些方面，本文公开的方法不包括用底漆涂漆复合结构，并且在一些方面，方法进一步包括将至少一个清漆层(clearcoat)施加到多色标记的叠层上方。在某些方面，在复合材料表面上的固化的多色涂层上方施加至少一个清漆层。在本文公开的方法的多种实施方式中，共固化膜层(其包括第一共固化膜层、第二共固化膜层和任选的第三共固化膜层)包含固化后的聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、聚酯或环氧树脂中的至少一种。
在另一方面，本发明内容涉及用于标记复合结构的多色涂层，其包括具有布置在复合结构上方的第一颜色标记的第一共固化膜层和具有布置在复合材料结构上方并至少部分地布置在第一共固化膜层上方的第二颜色标记的第二共固化膜，以形成多色标记的叠层，其中多色标记的叠层已与复合结构一起固化以在复合结构上形成固化的多色涂层。
在某些方面，多色涂层进一步包括第三共固化膜层，其具有布置在第一共固化膜层和第二共固化膜层之间的第三颜色标记，其中第一共固化膜层、第二共固化膜层、第三共固化膜层和复合结构已一起固化，以在复合结构上形成固化的多色涂层。
在某些实施方式中，固化的多色涂层(具有2-3层并且不存在复合材料)的厚度为约1密耳(25微米)至约4密耳(100微米)。在某些实施方式中，固化的多色涂层的厚度小于传统施加的多色涂层的厚度。在某些实施方式中，固化的多色涂层具有在第一共固化膜层和第二共固化膜层之间的约0密耳(0微米)至约2密耳(50微米)的涂层边缘峰高度，和在某些实施方式中，固化的多色涂层具有在第一共固化膜层和第三共固化膜层之间的约0密耳至约1密耳(25微米)的涂层边缘峰高度。在某些实施方式中，固化的多色涂层具有在第一共固化膜层和第二共固化膜层之间的约0密耳至约1密耳的涂层边缘峰高度。在某些实施方式中，共固化膜层在固化时包含聚氨基甲酸酯。在某些实施方式中，多色涂层的重量为约0.008磅/平方英尺至约0.05磅/平方英尺。
在仍另一实施方式中，本公开内容涉及其上具有多色标记的飞机部件，其包括复合结构和如本文公开的固化到复合结构表面的多色涂层。
附图说明
图1A是如具体实施方式中所述的多色标记的叠层的示意图。
图1B是如具体实施方式中所述的复合结构上的固化的多色涂层的示意图。
图2A是如具体实施方式中所述的在其上施加有第一共固化膜层的复合工具的示意图。
图2B是如具体实施方式中所述的在其上施加有第一和第二共固化膜层的复合工具的示意图。
图2C是如具体实施方式中所述的其上施加有第一、第二和第三共固化膜层的复合工具的示意图。
图2D是如在具体实施方式中所述的其上施加有第一、第二和第三共固化膜层以形成多色标记的叠层，以及施加在叠层上方的复合机翼结构的示意图。
图2E是如在具体实施方式中所述的其上具有固化的多色涂层的复合机翼结构的示意图。
图3是根据本公开内容的实施方式的方法的流程图。
应当注意，附图的一些细节已经被简化并且被绘制以促进对本教导的理解，而不是维持严格的结构准确性、细节和比例。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，绝不旨在限制本公开内容、其应用或用途。
在全文中使用的范围作为描述该范围内各个值和每个值的简写。范围内的任何值都可以被选择为范围的终点。在本公开内容中的定义与所引用的参考文献的定义冲突的情况下，以本公开内容为准。除非另有说明，否则本文和说明书其他地方表示的所有百分比和数量应理解为是指重量百分比。给定的量基于材料的有效重量。
与现有技术相比，当前公开的用于在复合结构上施加多色涂层的方法可以改进现有技术，并且可以改进加工时间。在本文公开的方法中，与涉及分别标记和固化多个标记或以其他方式将标记放置在先前已固化的复合结构上的现有技术相反，可以在一个固化操作中将多种着色标记或标识与复合结构共同固化。如本文所用，“多种”是指一种以上，包括例如两种、三种、四种、五种或更多种，并且“多色”是指多种颜色，例如两种颜色、三种颜色、四种颜色、五种颜色或更多。
这种当前公开的方法包括使用包括第一颜色标记的第一共固化膜层和包括第二颜色标记的第二共固化膜层。将第一和第二共固化膜层放置在复合工具上，使得它们至少部分地重叠，并且将复合结构放置在第一和第二共固化膜层上。然后将第一共固化膜层、第二共固化膜层和复合结构共固化以在复合结构上形成多色涂层。在某些实施方式中，方法可以进一步包括使用包括第三颜色标记的至少第三共固化膜层，例如至少是包括第四颜色标记的第四共固化膜层和包括第五颜色标记的第五共固化膜层。共固化膜层和复合结构配置为在将共固化膜层放置在复合结构上后共固化，其中所述共固化存在于例如在固化装置(例如高压釜、辐射热烤箱、微波炉等)中。每个共固化膜的颜色标记可以相同或不同，条件是至少一个共固化膜层包括与多色标记的叠层中的至少一个其他共固化膜层不同的颜色标记。
公开了用于在复合结构上施加多色涂层的方法。此外，还公开了包括根据本公开内容的方法涂布在复合结构上的多色标记或标志的复合结构以及包括这种复合结构的装置。
在实施方式中，本文公开的方法可以消除或减少通常用于标记复合结构的附加步骤的需要，例如，打磨、遮蔽、涂漆和/或多个固化步骤，同时能够形成在复合结构上的光滑、不褪色、轻量的多色标记或标志。
此外，通过本文公开的方法生产的复合结构上的多色涂层可以抵抗包括紫外线辐射损害的环境条件，并且需要很少的制造步骤，从而降低了人工成本。如本文所用，短语“环境条件”包含由于自然而导致的环境中的条件或要素，例如电磁能事件，例如雷击、静电放电和电磁干扰；太阳辐射，包括紫外线辐射、臭氧、湿度和雨水；和/或并非由于自然引起的环境中发现的条件和/或要素，例如条件和/或化学物质，包括飞机环境中的条件和/或化学物质，例如，通过传导和辐射传递到附近的装置的飞机发动机产生的极热、除冰液、燃料、液压油、清洁剂等。
本文进一步描述了用于在复合结构上施加多色涂层的本发明方法的这些和其他令人惊讶的益处。
共固化膜层
本公开内容涉及用于使用至少两个共固化膜层，例如至少三个或至少四个或更多个共固化膜层，在复合结构上施加多色涂层的方法，其中每一层包括颜色标记。如本文所述，颜色标记可以并入本发明内容的共固化膜层中，或者可以布置在共固化膜层的表面上，例如印刷在共固化膜层上。
在一些实施方式中，本公开内容的共固化膜层由包括热固性树脂的共固化膜组合物形成。一般地，热固性树脂包括在室温(约20℃至约25℃)下呈软固体或粘性液体形式的预聚物，其通常在固化后硬化。
“固化”在可固化物质(例如共固化膜组合物)中引发化学反应，导致聚合物链之间发生广泛的交联，以产生不溶性聚合物网络。可以通过包括例如加热和/或暴露于紫外线的方法来执行固化。在一些实施方式中，通过高压或与固化剂或催化剂混合来促进固化。如本文所用，短语“至少部分地固化”是指使可聚合的组合物经受固化条件，其中组合物的至少一部分反应性基团发生反应以形成固体聚合物。
用于本公开内容的共固化膜组合物的适合的热固性树脂的实例包括聚酯树脂、环氧树脂和聚酰亚胺树脂，例如双马来酰亚胺(BMI)和/或聚醚酰亚胺。在更典型的实施方式中，与本公开内容的可固化膜组合物一起使用的热固性树脂包括至少一种多异氰酸酯和至少一种多元醇，它们在固化时形成聚氨基甲酸酯。如本文所用，术语“聚氨基甲酸酯”是指包含氨基甲酸乙酯(也称为氨基甲酸酯)键、脲键或其组合的聚合物，例如聚氨基甲酸酯-脲。因此，本公开内容的聚氨基甲酸酯可至少包含氨基甲酸乙酯键和任选的脲键。
在一些实施方式中，基于共固化膜组合物的总重量，本公开内容的共固化膜组合物包括约5至约100重量％(wt.％)，例如约15至约75重量％或约25至约60重量％范围的热固性树脂的量。
在一些实施方式中，本公开内容的共固化膜组合物进一步包括非导电添加剂，例如填料、流动控制剂、增韧剂、稳定剂(例如，抗氧化剂、热稳定剂和紫外线(UV)稳定剂)、固化剂和/或催化剂。
适用于与本公开内容的共固化膜组合物使用的非导电填料的实例包括研磨或沉淀的白垩、石英粉、氧化铝、白云石、碳纤维、玻璃纤维、聚合物纤维、二氧化钛、熔融硅石、碳黑、氧化钙、碳酸钙镁、重晶石和尤其是铝镁钙硅酸盐类型的类似硅酸盐的填料。其他适合的非导电填料包括陶瓷和气相二氧化硅。填料可以是薄片、粉末、纤维、微球或玻璃气球的形式，并且可以是实心或空心结构。填料的进一步讨论可以在例如美国专利号4,980,234中找到。
在一些实施方式中，基于共固化膜组合物的总重量，填料可以以约0至约40重量％或约5至约30重量％范围的量存在于本公开内容的共固化膜组合物中。
可以使用流动控制剂来改变本发明的共固化膜组合物的流变性质。适合的流动控制剂的实例包括气相法二氧化硅和金属粉末。基于组合物的总重量，流动控制剂可以以约0至约40重量％，例如约0.1至约10重量％范围的量存在。
在一些实施方式中，可将增韧剂加入本发明的共固化膜组合物中以调节固化后膜的膜刚度和表面硬度。在某些实施方式中，增韧剂可以是聚合物或低聚物，玻璃化转变温度低于约20℃(更通常低于约0℃或低于约-30℃或低于约-50℃)，和/或当组合物通过加热固化时，具有能够与本共固化膜组合物的其他组分反应的官能团，例如羧酸基、氨基和/或羟基。
适合的增韧剂的实例包括弹性体增韧剂，例如羧基丁腈(例如
Figure BDA0002599926380000061
1472，ZeonChemical Inc.)、端羧基丁二烯丙烯腈(CTBN)、端羧基聚丁二烯(CTB)、聚醚醚酮(PEEK)和聚醚酮酮(PEKK)。适合的增韧剂的进一步实例可见于，例如，美国专利号4,980,234；美国专利申请公开号2008/0188609；和国际专利公开号WO 2008/087467。在某些实施方式中，基于组合物的总重量，增韧剂的浓度可以为约5至约40重量％或约1至约30重量％。在其他实施方式中，增韧剂的浓度可以为约1至约30重量％。
紫外线稳定剂也可以任选地加入本发明的共固化膜组合物中。在一些实施方式中，紫外线稳定剂包括紫外线吸收剂、抗氧化剂、颜料、封闭剂和填充剂。在一些实施方式中，UV稳定剂包括丁基羟基甲苯(BHT)、2-羟基-4-甲氧基-二苯甲酮(UV-9)、2,4-双(2,4-二甲基苯基)-6-(2-羟基-4-辛氧基苯基)-1,3,5-三嗪、3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸(3,5-Di-te/t-butyl-4-hydroxybenzoic acid)、正十六烷基酯、二氧化钛和碳黑。在一些实施方式中，基于组合物的总重量，UV稳定剂可以各自以约0.1至约5重量％或约0.5至约3重量％范围的量存在。
可以添加到本公开内容的共固化膜组合物中的适合的固化剂和/或催化剂的实例包括脂族和芳族伯胺，以及脂族和芳族叔胺。更具体地，胺固化剂和/或催化剂可以包括双氰胺、双脲(例如2,4-甲苯双-(二甲基脲)、4,4'-亚甲基双-(苯基二甲基脲)和4,4'-二氨基二苯基砜(4,4-DDS)。其他适合的固化剂和/或催化剂包括三氟化硼复合物、胍和双氰胺。固化剂和/或催化剂的其他实例可以在例如美国专利号4,980,234和美国专利申请公开号2008/0188609找到。
在某些实施方式中，基于共固化膜组合物的总重量，一种或多种固化剂和/或催化剂可以以约0.1至约40重量％范围的量存在。在其他实施方式中，基于共固化膜组合物的总重量，一种或多种固化剂和/或催化剂可以以约0.5至约10重量％范围的量存在。
任选地包含在本发明内容的共固化膜组合物中的其他适合的添加剂包括例如交联剂(例如，铝或三聚氰胺交联剂)、粘合剂、缓蚀剂、增塑剂和/或其他本领域普通技术人员已知的常规添加剂。在一些实施方式中，如本文所述，导电材料也包括在本发明的共固化膜组合物中。
本公开内容的共固化膜组合物可通过将一种或多种能够形成本文所述的热固性聚合物的树脂添加至混合容器中而形成。在某些实施方式中，还向混合容器中添加非导电添加剂，例如一种或多种非导电填料、流动控制剂、UV稳定剂、固化剂和/或催化剂，以及在某些实施方式中，一种或多种导电性材料，例如纳米银颗粒。
在一些实施方式中，混合物中包括一种或多种溶剂以促进组分的混合。这样的溶剂的实例可以包括甲基乙基酮(MEK)、丙酮、二甲基乙酰胺(DMAc)和N-甲基吡咯烷酮(NMP)。
在添加上述组分之后，可以使用例如高速剪切混合器来允许共固化膜组合物混合。可以执行混合，直到组分基本上均匀地混合并且相对均匀地分散在固化膜组合物中，例如，在例如每分钟约1000至约5000转的速度下持续约30至约80分钟。
然后，例如，如本领域中已知的，随后可通过使用热熔涂布或溶剂化膜涂布方法进行涂布而将混合的共固化膜组合物形成为共固化膜层。在一些实施方式中，本公开内容的共固化膜层可被储存在冷藏中以抑制固化，从而延长其可用的保存期限。
在一些实施方式中，本公开内容的共固化膜层的厚度范围为约1密耳至约15密耳(约25微米至约375微米)，例如约2密耳至约10密耳(约50微米至约250微米)、例如约3密耳至约7密耳(约150微米至约175微米)、或例如约3密耳至约4密耳(约75微米至约100微米)，其中1密耳等于约25微米。
在一些实施方式中，由一种或多种共固化膜组合物形成至少两个共固化膜层。在这样的实施方式中，共固化膜层可各自包括在其上印刷的相同或不同的着色剂或有色标记材料。在某些实施方式中，共固化膜层可各自包括相同或不同的热固性树脂。
除了热固性树脂之外，本文公开的共固化膜层进一步包括至少一种着色剂，例如颜料或染料，或者可以包括在其上印刷的有色标记材料。在某些实施方式中，将至少一种有色标记材料印刷在共固化膜层上，并且在某些实施方式中，将至少一种着色剂混合到共固化膜组合物中。着色剂(混合入共固化膜层中)和有色标记材料(印刷在共固化膜层上)在下文中都称为“颜色标记”。至少一种着色剂可用于调节共固化膜层的颜色和外观。如本文所用，“着色剂”是指赋予共固化膜层颜色的任何物质，并且可以包括着色剂(如本领域中已知的)和颜料二者。适合的着色剂包括例如二氧化钛、碳黑、黑色颜料和其他颜色染料和颜料(包括无机和有机颜料二者)。着色剂可以以薄片、粉末、纤维或色母浓缩液的形式提供。可以将多种着色剂添加到单个共固化膜中。在某些实施方式中，着色剂是基于溶剂的或基于水的着色剂。在某些实施方式中，着色剂可以在共固化膜层上赋予具体效果，例如增强的反射率、珠光或光泽。
示例性的着色剂和颜料包括如同REGAL
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磁铁矿的碳黑；Mobay磁铁矿，包括
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哥伦比亚磁铁矿；MAPICO
Figure BDA0002599926380000083
和表面处理的磁铁矿；Pfizer磁铁矿，包括
Figure BDA0002599926380000084
Bayer磁铁矿，包括BAYFERROX
Figure BDA0002599926380000085
Northern Pigments磁铁矿，包括
Figure BDA0002599926380000086
Magnox磁铁矿，包括
Figure BDA0002599926380000087
或
Figure BDA0002599926380000088
HELIOGEN
Figure BDA0002599926380000089
PYLAM OIL
Figure BDA00025999263800000810
PYLAM OIL
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PIGMENT BLUE
Figure BDA00025999263800000812
(可从Paul Uhlich and Company,Inc.获得)；PIGMENTVIOLET
Figure BDA00025999263800000813
PIGMENT RED
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LEMON CHROME YELLOW DCC
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E.D.TOLUIDINE
Figure BDA00025999263800000816
和BON RED
Figure BDA00025999263800000817
(可从安大略多伦多市的Dominion Color Corporation，Ltd.购得)；NOVAPERMYELLOW
Figure BDA0002599926380000091
HOSTAPERM PINK
Figure BDA0002599926380000092
(来自Hoechst)；和CINQUASIA
Figure BDA0002599926380000093
(可从E.I.DuPont de Nemours and Company购得)。其他着色剂包括2,9-二甲基取代的喹吖啶酮和蒽醌染料，其颜色索引中标识为CI 60710、CI分散红15，重氮染料，其在颜色索引中标识为CI 26050、CI溶剂红19，铜四(十八烷基亚磺酰氨基)酞菁、x-铜酞菁颜料，其在颜色索引中列为CI 74160、CI颜料蓝，蒽嵌蒽(Anthrathrene)蓝，其在颜色索引中标识为CI 69810、特殊蓝X-2137，二芳基黄3,3-二氯联苯胺乙酰基乙酰苯胺(diarylide yellow 3,3-dichlorobenzidene acetoacetanilides)、单偶氮颜料，其在颜色索引中标识为CI 12700、CI溶剂黄16，硝基苯基胺磺酰胺，其在颜色索引中标识为福隆黄SE/GLN、CI分散黄33，2,5-二甲氧基-4-磺酰苯胺苯偶氮-4'-氯代-2,5-二甲氧基乙酰基乙酰苯胺，分散黄180和永久黄FGL。可用于色域目的具有高纯度的有机可溶性染料包括Neopen黄075、Neopen黄159、Neopen橙252、Neopen红336、Neopen红335、Neopen红366、Neopen蓝808、Neopen黑X53、Neopen黑X55。
在某些实施方式中，将颜色标记材料印刷到共固化膜层的表面上。在将颜色标记材料印刷到共固化膜层的表面上的实施方式中，颜色标记材料可以以复合结构上的多色涂层所需的任何标记或标志的形状印刷。例如，可以将文本、形状、线条、徽标或任何装饰性或信息性标记印刷在共固化膜层的表面上。
共固化膜层包括第一膜表面和与第一膜表面相对的第二膜表面。打印机可以配置为在第一膜表面上印刷期望的标记，并且共固化膜层被配置为在其上印刷标记后被放置在复合结构上。在一些实例中，共固化膜层配置为放置在复合结构上，使得第二膜表面面对复合结构。在其他实施方式中，共固化膜层可以配置为放置在复合结构上，使得第一膜表面面对复合结构。
用于在共固化膜层上印刷颜色标记材料的打印机可以是工业打印机、喷墨打印机、压电间歇式印刷机、和/或配置为在共固化膜层上放置颜色标记材料的任何适合的打印机或其他装置。在一些实施方式中，打印机是具有一个或多个喷墨打印头的喷墨打印机。
用于在共固化膜层上印刷的颜色标记材料可以是本文定义的任何合适类型的油墨、涂料或其他颜色标记材料。例如，在某些实施方式中，颜色标记材料是选自墨粉和油墨(液体或固体)的墨，并且包括激光喷射墨粉、蜡基墨、UV固化墨和/或溶剂基墨。在某些实施方式中，颜色标记材料是溶剂基墨或UV固化墨，并且在某些实施方式中，颜色标记材料是溶剂基墨。适合的墨可例如从Toyo Ink America、LLC或SunChemical Company获得。
在一些实施方式中，共固化膜层是模内的共固化膜层，其配置为在固化期间放置在具有复合结构的模具或复合工具中。在某些实施方式中，共固化膜层可以是背胶的。共固化膜层可以是薄膜，并且在将共固化膜层施加到复合结构上时可以足够柔韧性以符合复合结构的轮廓。在一些实施方式中，共固化膜层可以进一步包括稀松布材料以改善可处理性。
在印刷期间，共固化膜层可被固定在适当位置以将共固化膜层保持在基本平坦的构造中。例如，共固化膜层可被固定在适当位置以防止在标记被印刷在第一膜表面上时在共固化膜层的印刷或移动期间共固化膜层起皱。在平坦的构造上在共固化膜层上进行印刷可能优于直接在复合结构上进行印刷或涂漆的现有技术。例如，在复合结构为复杂形状(例如，具有三维曲面)的实施方式中，直接在复杂形状和表面上印刷可能是困难且昂贵的，而直接印刷在基本上平坦的共固化膜层上然后在印刷之后将共固化膜层施加到复合结构上可以允许便宜且不太复杂的印刷机来提高印刷分辨率。
复合结构
在一些实施方式中，复合结构由有机基体和纤维形成，例如环氧树脂和碳纤维增强塑料(CFRP)。在一些实施方式中，复合结构为预浸料的形式。如本文所用，术语“预浸料”是指已被基体材料浸渍的一层或多层纤维薄片或薄板。基体可以以部分固化的状态存在，以呈现出例如选定的粘性或粘着性。
在一些实施方式中，预浸料层彼此相邻放置。在某些实施方式中，叠层内的预浸料层可以以选定的取向相对于彼此放置。例如，相对于叠层的最大尺寸(例如长度)，预浸料叠层可包括具有单向纤维结构的预浸料坯层，其中纤维定向为0°、90°、选定角度θ及其组合。可以进一步理解为，在某些实施方式中，具有纤维结构的任何组合的预浸料，例如单向和多维，可以被组合以形成预浸料叠层。
在一些实施方式中，复合结构由一个或多个夹心板(例如，蜂窝板)形成，其中一个或多个可以是复合板。每个夹芯板一般地包括由相对轻质的材料形成的芯，该芯夹在两个板表皮之间。复合结构可以包括施加到下面的面板或材料层上的一个或多个涂层或层。复合结构可以包括一个或多个夹心板、在两个或多个夹心板之间形成的接头和/或使用一个或多个夹心板形成的三维结构。
作为说明性的、非排他性的实例，复合结构可用于例如机翼、机身、水平稳定器、垂直稳定器和发动机外壳的飞机结构中。然而，飞机的其他部件可以附加地或可选地包括复合结构，例如夹心板和/或在两个或更多个夹心板之间形成的接头。对于复合结构在飞机中的其他应用包括高架储物箱、地板面板、内壁、食品处理厨房组件、机翼控制表面、乘客储物架、推力偏转器组件、舱板、头锥体的防热罩(ablative shields for nose cones)、仪器仪表外壳和架子、以及隔板。在其他行业中，一个或多个复合结构可以包括或是以下的一部分：航天卫星或航空航天器、运输工具、运输集装箱、遮蔽物、大型天线或磁盘反射器、制冷面板、快速运输地板面板、船上电子甲板遮蔽处、货物托盘、车身、轮船和其他海上交通工具、建筑幕墙、隔体、隔板、可扩展的医院遮蔽物和/或组件的内部结构。
在一些实施方式中，将复合结构和共固化膜层放置在一起并在模具中共固化。共固化一般地导致将共固化膜层并入复合材料上。在一些实施方式中，共固化包括在约121℃至约200℃，例如约121℃至约130℃的温度下烘烤共固化膜层和复合结构。
在一些实施方式中，通过使用高压釜、烤箱固化(例如微波固化)或在高压釜外完成共固化。如本文所用，“在高压釜外”是其中包括例如本公开内容的共固化膜层的预浸料叠层在密闭模具内的方法。然后使用除高压釜以外的本领域已知的手段例如树脂传递压模机施加真空、压力和热量。
多色涂层
在本文公开的用于将多色涂层施加到复合结构上的方法的实施方式中，共固化膜层可布置在复合固化工具上以形成多色涂层的叠层。当与复合结构一起固化时，共固化膜层的叠层在复合结构上产生多色涂层。
在一些实施方式中，在缺少复合材料的情况下，具有超过约2层、或约2至约8层、或约2至约6层、或约2至约4层的本公开内容的固化的多色涂层厚度范围为约2密耳至约60密耳，例如约4密耳至约45密耳，例如约6密耳至约30密耳，例如约2密耳至约6密耳。在某些实施方式中，在缺少复合材料的情况下，多色涂层是每个单独的共固化膜层厚度的约两倍，例如约三倍、约四倍或约五倍。
在例如飞机的复合材料表面上施加多色涂层的传统方法包括打磨、上底漆和施加底色漆，然后分别对标记的每种不同颜色进行掩蔽和涂漆，从而形成多层漆或涂层。多层涂层不仅会增加整个标记和复合材料表面的厚度和重量，而且每个未完全覆盖前一层的附加层都可能导致层的周长与前一层表面之间出现涂层边缘峰。已知涂层边缘峰会增加阻力并降低复合材料表面的空气动力学效率。可以使用已知的横截面照相法和已知的机械、光学或激光轮廓仪程序来测量涂层边缘峰高。如本文所用，“涂层边缘峰高”是指涂层边缘的最低点的测量值与涂层边缘的最高点的测量值之差。
在某些实施方式中，本文公开的用于将多色涂层施加至复合材料表面的方法降低了涂层边缘峰高。在某些实施方式中，复合结构上固化的多色涂层的涂层边缘峰高可以为约0密耳，例如范围为约0密耳至约1密耳或约0.01密耳至约1密耳。在某些实施方式中，固化的多色涂层的涂层边缘峰高小于对复合结构上的每种颜色使用传统的掩蔽和涂漆方法施加的多色涂层的涂层边缘峰高。例如，在某些实施方式中，复合结构上固化的多色涂层的涂层边缘峰高可以比对每种颜色使用传统的掩蔽和涂漆方法施加的复合结构上的多色涂层的涂层边缘峰高小约20密耳，例如比对每种颜色使用传统的掩蔽和涂漆方法施加的复合结构上的多色涂层的涂层边缘峰高小约15密耳、约10密耳、约5密耳、约2密耳或约1密耳。
固化的多色涂层提供足够的色牢度和抗褪色性，例如由于暴露于环境条件而褪色。在某些实施方式中，例如，与包括通过掩蔽和涂漆每一层(包括底漆层)而施加的传统漆层的复合结构相比，包括本文所公开的固化的多色涂层的复合结构还提供了减小的重量。例如，与通过传统标记方法制备的对于每种颜色包括多层的多色涂层相比，每架飞机重量减轻范围为约0磅至约500磅，例如约50磅至约300磅或约100磅至约200磅的重量。在某些实施方式中，本文所公开的包括多色涂层的复合结构的重量小于包括传统施加的多色漆涂层(包括底漆层)的相同复合结构的重量。在一些实施方式中，多色涂层不包含饰面层，例如底漆和/或面漆，因此实现了重量减轻。更具体地，在某些实施方式中，多色涂层的重量可以在约0.008磅/平方英尺至约0.05磅/平方英尺的范围内，例如从约0.01磅/平方英尺至约0.04磅/平方英尺或从0.02磅/平方英尺至约0.03磅/平方英尺。
图1A中描绘了在本文所述的复合结构上的共固化膜层的叠层的实施方式。多色标记10的叠层包括布置在复合固化工具12上的包括第一颜色标记11的第一共固化膜层和包括第二颜色标记13的第二共固化膜层。如图中所描绘，任选的包括第三颜色标记14的第三共固化膜层被夹在第一共固化膜层11和第二共固化膜层13之间。一旦完成了多色标记10的叠层，其中将每个共固化膜层适当地布置在复合固化工具12的顶部上和/或预先布置在共固化膜层上，可将复合结构15放置在多色标记10的叠层的顶部，以在复合结构60上形成未固化的多色涂层。在复合结构60上的未固化的多色涂层包括多色标记10的叠层，随后可将复合结构15固化以形成其上具有期望标记的固化的多色涂层16的复合结构15，如图1B所示。任选地，如本文所述，可以将清漆17布置在固化的多色涂层16上。
在一些实施方式中，图1B中所描绘的固化的多色涂层16可以减轻环境条件的影响，例如化学物质或太阳辐射，例如紫外线(UV)辐射。例如，在不存在固化的多色涂层的情况下，暴露于环境条件下的复合结构的表面可能会暴露于例如环境中的化学物质(例如液压油或喷气燃料)中，这可能会导致复合结构的降解。在一些实施方式中，本发明的固化的多色涂层对此类化学物质具有抗性。例如，在一些实施方式中，与不存在本发明的固化的多色涂层的复合结构的降解相比，包括本公开内容的固化的多色涂层的复合结构的降解减少。
进一步地，复合结构可能由于暴露于例如紫外线辐射的太阳辐射而降解。然而，在一些实施方式中，包括本公开内容的固化的多色涂层的复合结构具有例如从约200纳米至约800纳米，例如从约200纳米至约400纳米的紫外线抗性。
在其他实施方式中，固化的多色涂层表现出对例如液压喷射燃料的化学物质的抵抗性，该化学物质可以导致常规涂料层的软化，随后导致复合结构的降解。相反，在一些实施方式中，本公开内容的固化的多色涂层可以在暴露至少三十天，例如暴露至少两个月，例如暴露至少六个月或更长时间至约1年后抗软化。
此外，在一些实施方式中，可无需面漆例如底漆和面漆层即可完成降解的减少。如本领域中已知的，可以将作为面漆基础的底漆结合到复合结构上以促进面漆的粘附。还如本领域中已知的，可以将面漆进一步施加到复合结构(包括已经被涂漆或标记的复合结构)，以进一步保护暴露的表面不被降解。然而，使用本发明的可以减轻这种劣化的固化的多色涂层可以能够避免这种附加的涂层，不仅降低了人工成本，而且降低了所得复合结构的重量。
在一些实施方式中，共固化膜层通过人工或自动的机制(例如，自动铺带(ATL)、自动铺丝(AFP))放置在复合结构上。
在复合结构上施加多色涂层的方法
尽管本公开内容的方法是在飞机上的图像的背景下描述的，但是该方法可以不受限制地实施于任何类型的表面上的图像。在这方面，表面可以是以下的表面：包括拖牵引拖车的机动车辆、建筑物、横幅或任何其他类型的可移动或不可移动的具有要在其上放置图像的表面的结构、物体、物品或材料。该表面可以是平面的、简单地弯曲的和/或复杂地弯曲的。
在另一方面，本发明内容涉及在复合结构上形成多色涂层的方法。在一些实施方式中，如本文所述的共固化膜层被放置在也如本文所述的复合结构的表面上。在一些实施方式中，将共固化膜层放置在复合固化工具上，然后将复合结构放置在共固化膜层的叠层上方。在放置了共固化膜层和复合结构之后，如所述的，可以将共固化膜层和复合结构的表面共固化，以在复合结构上形成固化的多色涂层。
在本文公开的实施方式中，例如，如图2A所描绘的，将包括第一颜色标记的第一共固化膜层21放置于复合固化工具20上。第一共固化膜层21可以是任何期望的形状或图案，包括文本、数字、形状、线条、箭头、徽标、涂装标记等。在一些实施方式中，第一共固化膜层21可以是一个连续的片或多个片，例如，两个或更多个片。在第一共固化膜层21包括多个片的实施方式中，多个片可以任选地重叠。
在一些实施方式中，如图2C所示，将包括第二颜色标记的第二共固化膜层24放置于复合固化工具20上方。在某些实施方式中，第二共固化膜层24可完全或部分地与第一共固化膜层21(如图2C中虚线所描绘的)重叠，并且在某些实施方式中，第二共固化膜层24不与第一共固化膜层21重叠。在某些实施方式中，第一颜色标记与第二颜色标记不同。在某些实施方式中，包括第二颜色标记的第二共固化膜层21是白色共固化膜层，并且在某些实施方式中，第二共固化膜层21是在复合结构20上的期望的多色涂层的场色(field color)，例如白色场色。
在一些实施方式中，例如图2B所描绘的，将包括第三颜色标记的至少第三共固化膜层22放置于复合工具20上方。第三颜色标记可以与第一颜色标记相同或不同，并且第三颜色标记可以与第二颜色标记相同或不同。在某些实施方式中，第三颜色标记可以与第一和第二颜色标记二者不同。在某些实施方式中，将包括第三颜色标记的第三共固化膜层22放置于复合工具20上方。在某些实施方式中，第三共固化膜层22可完全或部分地与第一共固化膜层21和/或第二共固化膜层24重叠，并且在某些实施方式中，第三共固化膜层22不与第一共固化膜层21和/或第二共固化膜层24重叠。
在其他实施方式中，附加的共固化膜层，例如分别包括第四、第五或第六颜色标记的第四、第五或第六共固化膜层，可放置于复合固化工具上方。附加的共固化膜层可包括与在任何先前的共固化膜层(例如第一、第二或第三共固化膜层)上使用的先前的颜色标记相同或不同的颜色标记。在某些实施方式中，将附加的共固化膜层放置于复合固化工具上方。在某些实施方式中，附加的共固化膜层可完全或部分地与至少一个先前的共固化膜层，例如第一、第二或第三共固化膜层重叠。在某些实施方式中，附加的共固化膜层不与先前的共固化膜层重叠。根据本公开内容，可包括多色标记的叠层的共固化膜层的数量没有理论上限，该数量仅受复合固化工具的尺寸、复合结构的尺寸、以及所得固化的多色涂层的所需厚度和重量所限制。
在将所有共固化膜层，例如第一共固化膜层21、第二共固化膜层24和任选的第三共固化膜层22期望地放置在复合工具20上以形成共固化膜层10的叠层之后，如图2D所示，可以将复合结构15放置在共固化膜层10的顶部上。
在将复合结构15放置在共固化膜层的叠层顶部上之后，可在单个固化步骤中固化复合结构和共固化膜层的叠层。在一些实施方式中，共固化包括如本文所述在约121℃至约200℃范围内的温度下烘烤多色标记的叠层和复合结构。通常，共固化包括对共固化膜层的叠层和复合结构的高压灭菌。在其他实施方式中，使用烘箱执行共固化，例如本公开内容中所描述的在高压釜外的方法。在固化之后，可以从复合工具20上去除其上的包括固化的多色涂层的复合结构15。如图2E所示，在固化之后，复合结构15包括固化的多色涂层，该多色涂层是通过将第一共固化膜层21与第二共固化膜层24和任选的第三共固化膜层22一起固化而制造的。
图3描绘了用于将多色涂层施加到复合结构上的方法30。方法30可以通过操作或使用图1A、1B和2A-2E所示的一个或多个结构来进行，并因此参考这些附图进行描述。然而，应当理解，除非本文明确说明，否则方法30不限于任何具体的结构或用途。可以在其他方法之前、之中或之后执行方法30，并且将理解的是，该方法被描述为一系列动作或事件，但是本教导不限于这种动作或事件的顺序。除了本文描述的那些动作以外，一些动作可以以不同的顺序发生和/或与其他动作或事件同时发生。进一步地，根据本教导的方法可包括为简单起见未描绘的其他动作或事件，同时可去除或修改一个或多个描绘的动作或事件。
如图3所示，在31处，将第一共固化膜层21放置在复合固化工具20上方。方法30进一步包括将第三共固化膜层22放置在复合固化工具20上方的任选步骤32，以及将第二共固化膜层24放置在复合固化工具20上方的步骤33，以形成至少两个共固化膜层的叠层10。在34处，将复合结构15放置在共固化膜层21、24和任选的22的叠层10上。在35处，在单个固化步骤中固化复合结构15和共固化膜层21、24和任选的22的叠层10。在36处，从复合固化工具20去除其上具有固化的多色涂层的复合结构15。
在本领域已知的某些实施方式中，在施加涂料层或涂层之前将底漆施加至复合结构的表面。底漆可包括环氧底漆，例如水性环氧底漆、基于溶剂的环氧底漆或另一种适合的底漆。施加底漆层至平均干膜厚度(dft)至少应为0.3密耳dft(约8微米)，或可以为例如约0.3密耳至约1.0密耳dft(约8微米至约25微米)的范围内。如果将细节底漆和装配底漆施加到复合结构的表面，则细节底漆层和装配底漆中的每一个随后可被施加到至少约0.3密耳dft的平均dft，例如从约0.3密耳至约1.0密耳dft的范围内。在本文公开的某些实施方式中，不将底漆施加到复合结构的表面，并且将共固化膜层直接沉积在复合结构的未上底漆的表面上，或者将复合结构的未上底漆的表面直接沉积在共固化膜层上。因此，在某些实施方式中，复合结构包括不包含底漆层的多色涂层。
在某些实施方式中，本文公开的方法可以进一步包括在复合基材上施加和固化底色漆场色。在某些实施方式中，将底色漆场色施加至复合结构的表面的一部分上。在某些实施方式中，底色漆场色可以包括白色涂料或另一种适合颜色的涂料。在某些实施方式中，可以将底色漆场色层施加至范围为约1密耳至约3密耳干膜厚度(dft)(约25微米至约76微米)的平均dft。在某些实施方式中，没有将底色漆场色施加到复合结构的表面上，并且在某些实施方式中，第二共固化膜层可以在第一共固化膜层和任何附加的可共固化层上方以形成背景场色并覆盖复合结构的期望部分，包括覆盖所有或基本上所有的复合结构。
方法可以任选地进一步包括在固化的多色涂层上施加和固化清漆的步骤。在某些实施方式中，可以将清漆层施加至至少约1密耳干膜厚度(dft)(约25微米)的平均dft，例如施加至约1密耳至约3密耳dft(约25微米至约70微米)。在某些实施方式中，可以在第一清漆层上方施加至少一个附加的清漆层。可以以足够的厚度施加一层或多层清漆层以恢复或增强涂层或油漆的光泽。一层或多层的清漆层的厚度可以为例如至少约1密耳(约25微米)，例如在约2密耳至约25密耳(约51微米至约635微米)的范围内。
本文公开的共固化技术可涉及共固化未固化或部分固化的部件，例如复合结构和至少两个共固化膜层，它们借助于复合工具彼此保持对准。装配的部件和复合工具可以被真空包装，然后通过例如在高压釜内施加升高的温度和压力而一起固化。
进一步地，本公开内容包括根据以下条款的实施方式：
条款1.将多色涂层施加到复合结构上的方法，该方法包括：
对复合工具施加包括第一颜色标记的第一共固化膜层；
在复合工具上方并且至少部分地在第一共固化膜层上方施加包括第二颜色标记的第二共固化膜层，以形成多色标记的叠层；
在多色标记的叠层上方施加复合结构；和
在单个固化步骤中固化多色标记的叠层和复合结构，以在复合结构上形成固化的多色涂层。
条款2.根据条款1所述的方法，进一步包括在第一和第二共固化膜层之间施加包括第三颜色标记的第三共固化膜层。
条款3.根据条款1或2所述的方法，其中所述固化步骤在高压釜中执行。
条款4.根据条款1至3中任一项所述的方法，其中所述方法不包括用底漆涂漆复合结构。
条款5.根据条款1至4中任一项所述的方法，进一步包括在所述多色标记的叠层上施加至少一个清漆层。
条款6.根据条款1至5中任一项所述的方法，进一步包括在所述复合结构上的固化的多色涂层上施加至少一个清漆层。
条款7.根据条款1至6中任一项所述的方法，其中所述第一和第二共固化膜层在固化时包括聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、聚酯或环氧树脂中的至少一个。
条款8.根据条款7所述的方法，其中所述第一和第二共固化膜层在固化后包含聚氨基甲酸酯。
条款9.根据条款1至8中任一项所述的方法，其中所述固化的多色涂层的厚度为约1密耳至约15密耳。
条款10.根据条款1至9中任一项所述的方法，其中所述固化的多色涂层具有在第一共固化膜层和第二共固化膜之间的在约0密耳至约2密耳范围内的涂层边缘峰高。
条款11.根据条款2所述的方法，其中所述固化的多色涂层具有在第一共固化膜层和第三共固化膜层之间的约0密耳至约1密耳的涂层边缘峰高。
条款12.根据条款1至12中任一项所述的方法，其中所述固化的多色涂层的重量为约0.008磅/平方英尺至约0.05磅/平方英尺。
条款13.用于标记复合结构的多色涂层，其包括：
包括第一颜色标记的第一共固化膜层，其布置在复合结构上方，以及
包括第二颜色标记的第二共固化膜层，其布置在复合结构上方并且至少部分地在第一共固化膜层上方，以形成多色标记的叠层，
其中所述多色标记的叠层在单个固化步骤中已经与复合结构一起被固化以在复合结构上产生固化的多色涂层。
条款14.根据条款13所述的多色涂层，其中所述没有复合结构的多色涂层的厚度为约1密耳至约15密耳。
条款15.根据条款13或14所述的多色涂层，其中所述多色涂层不包括底漆涂层。
条款16.根据条款13至15中任一项所述的多色涂层，其具有在第一共固化膜层和第二共固化膜之间的约0密耳至约2密耳范围内的涂层边缘峰高。
条款17.根据条款13至16中任一项所述的多色涂层，其重量范围为约0.008磅/平方英尺至约0.05磅/平方英尺。
条款18.根据条款13所述的多色涂层，进一步包括布置在第一共固化膜层和第二共固化膜层之间具有第三颜色标记的第三共固化膜层，
其中固化所述第一共固化膜层、所述第二共固化膜层、所述第三共固化膜层和所述复合结构以在复合结构上产生固化的多色涂层。
条款19.根据条款18所述的多色涂层，其具有在第一共固化膜层和第三共固化膜层之间的约0密耳至约1密耳范围内的涂层边缘峰高。
条款20.在其上具有多色标记的飞机部件，其包括：
复合结构；和
固化到复合结构的表面的条款13所述的多色涂层。

Claims (7)

1.一种用于将多色涂层施加到复合结构(15、60)的方法(30)，所述方法(30)包括：
对复合工具(12、20)施加包括第一颜色标记(11)的第一共固化膜层(21)；
在复合工具(12、20)上方并至少部分地在所述第一共固化膜层(21)上方施加包括第二颜色标记(13)的第二共固化膜层(24)，以形成多色标记(10)的叠层；
在所述多色标记(10)的所述叠层上方施加复合结构(15、60)；和
在单个固化步骤(35)中固化所述多色标记(10)的叠层和所述复合结构(15、60)，以在所述复合结构(15、60)上形成固化的多色涂层(10),
其中所述固化的多色涂层具有在所述第一共固化膜层和所述第二共固化膜层之间的0密耳至1密耳范围内的涂层边缘峰高，并且其中所述方法没有进一步打磨所述固化的多色涂层。
2.权利要求1所述的方法(30)，进一步包括在所述第一共固化膜层和第二共固化膜层之间施加包括第三颜色标记(14)的第三共固化膜层(22)。
3.权利要求1或2所述的方法(30)，进一步包括在所述多色标记(10)的所述叠层上施加至少一层清漆层。
4.权利要求1所述的方法(30)，进一步包括在所述复合结构(15、60)上的所述固化的多色涂层上方施加至少一层清漆层。
5.权利要求1所述的方法(30)，其中所述第一共固化膜层(21)和第二共固化膜层(24)在固化时包括聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、聚酯或环氧树脂中的至少一种。
6.权利要求2所述的方法(30)，其中所述固化的多色涂层具有在所述第一共固化膜层(21)和所述第三共固化膜层(22)之间的0密耳至1密耳范围内的涂层边缘峰高。
7.权利要求1所述的方法(30)，其中所述固化的多色涂层的重量为0.008磅/平方英尺至0.05磅/平方英尺。
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