CN118302486A - 线性密封部件及其增材制造方法和组合物 - Google Patents
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Abstract
本公开的各方面涉及一种密封部件,其包括:第一凹部和第二凹部,所述第一凹部和所述第二凹部限定中心线;在所述中心线的第一侧上的第一容积;在所述中心线的第二侧上的第二容积;和在所述第一凹部和所述第二凹部之间的第三容积,使得所述中心线穿过所述第三容积。所述第一凹部由第一凹部开口、所述第一容积的第一尖端区段、所述第二容积的第二尖端区段和所述第三容积的第一壁勾勒。所述第二凹部由第二凹部开口、所述第一容积的第三尖端区段、所述第二容积的第四尖端区段和所述第三容积的第二壁勾勒。
Description
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2021年11月10日提交的美国临时申请第63/277,646号的权益,该申请通过引用以其整体并入。
技术领域
本公开涉及线性密封部件及其增材制造方法和组合物。本公开进一步涉及可以具有阻燃性质和/或消音性质的密封部件及其增材制造方法和组合物。线性密封部件可以用于航空航天应用。
背景技术
飞机需要高度精确的结构及其结构部件的配合。轻微的不匹配会导致部件之间的物理间隙。即使稍微不匹配的飞机内部结构部件也可能导致机舱和其它区域(如飞机航空电子设备舱、行李舱和起落架轮舱)之间的声学阻尼性质较差。具体地,噪声可以从飞机的嘈杂区域行进通过物理间隙并进入到机舱区域中,从而产生噪声污染。目前,绝缘带和泡沫通常被手动插入到物理间隙中以提高阻隔性质,其效果甚微且不令人满意。无效性可能至少部分地归因于较差的密封剂性质、较差的密封剂-部件界面和变化的间隙尺寸。
所需要的是对前述内容的改进。
发明内容
本公开涉及一种增材制造的密封部件。增材制造的密封部件可以包括:第一凹部和与所述第一凹部相对的第二凹部,所述第一凹部和所述第二凹部限定中心线;在所述中心线的第一侧上的第一容积;在所述中心线的第二侧上的第二容积;和在所述第一凹部和所述第二凹部之间的第三容积,使得所述中心线穿过所述第三容积。所述第一凹部可以由第一凹部开口、所述第一容积的第一尖端区段、所述第二容积的第二尖端区段和所述第三容积的第一壁勾勒。所述第二凹部可以由第二凹部开口、所述第一容积的第三尖端区段、所述第二容积的第四尖端区段和所述第三容积的第二壁勾勒。所述细长主体可以包括热固性聚合物,所述热固性聚合物通过以下形成:通过至少混合至少第一共反应性组分和第二共反应性组分来形成共反应性混合物;逐层沉积所述反应性混合物以形成所述细长主体;以及经由光化辐射源使沉积的反应性混合物固化。
附图说明
本文所述的附图仅出于说明的目的。附图不旨在限制本公开的范围。
图1是示出了用于增材制造线性密封部件的设备的图。
图2A是示出了根据第一实施方案的线性密封部件的图像。
图2B是示出了装配在1/8英寸面板之间的1/2英寸面板间隙中的图2A的线性密封部件的图像。
图3A是示出了装配在1/8英寸面板之间的1/8英寸面板间隙中的第二实施方案的线性密封部件的图像。
图3B是示出了装配在3/8英寸面板之间的1/2英寸面板间隙中的图3A的线性密封部件的图像。
图4是示出了用于增材制造线性密封部件的方法的图。
图5是示出了声学测试设备的图。
图6是示出了在安装线性密封部件和不安装线性密封部件的情况下的声压水平频谱数据的曲线图。
图7是示出了在安装线性密封部件和不安装线性密封部件的情况下的总声压水平的曲线图。
图8A是示出了在预定的剪切速率范围下的共反应性混合物的粘度的图。
图8B是示出了共反应性混合物的剪切后粘度随时间变化的图。
图9是示出了线性密封部件的尺寸的图。
具体实施方式
定义
出于以下详细描述的目的,应当理解,本发明可采取各种替代变化和步骤顺序,除非明确指出相反的情况。此外,除了在任何操作实例中,或者在另有指示的情况下,在说明书和权利要求书中使用的表示例如成分的数量的所有数字应被理解为在所有情况下由术语“约”修饰。因此,除非有相反地指示,否则在以下说明书和所附权利要求中所阐述的数值参数是可以根据通过本公开获得的所需性质而改变的近似值。至少,并且不试图将等同原则的应用限制于权利要求书的范围,每个数值参数应至少根据所报告的有效数字的数量并且通过应用普通的舍入技术来解释。
尽管阐述本公开的广泛范围的数值范围和参数是近似值,但是具体示例中阐述的数值是尽可能精确地报告的。然而,任何数值都固有地含有由在其相应的测试测量结果中发现的标准差必然造成的某些误差。
此外,应当理解,本文所述的任何数值范围旨在包含其中包含的所有子范围。例如,“1至10”的范围旨在包含所述最小值1和所述最大值10之间(并包含此二值)的所有子范围,即具有大于或等于1的最小值和小于或等于10的最大值。
单数的使用包含复数,并且复数涵盖单数,除非另有明确说明。此外,除非另有具体说明,否则“或”的使用意指“和/或”,即使“和/或”可以明确地用于某些实例中。
“烷烃二基(alkanediyl)”是指具有1至18个碳原子(C1-18)、1至14个碳原子(C1-14)、1至6个碳原子(C1-6)、1至4个碳原子(C1-4),或1至3个烃原子(C1-3)的饱和的、支链或直链的、无环烃基团的双自由基。烷烃二基可以是C2-14烷烃二基、C2-10烷烃二基、C2-8烷烃二基、C2-6烷烃二基、C2-4烷烃二基或C2-3烷烃二基。烷烃二基基团可以包括:甲烷-二基(-CH2-)、乙烷-1,2-二基(-CH2CH2-)、丙烷-1,3-二基和异丙烷-1,2-二基(例如,-CH2CH2CH2-和-CH(CH3)CH2-)、丁烷-1,4-二基(-CH2CH2CH2CH2-)、戊烷-1,5-二基(-CH2CH2CH2CH2CH2-)、己烷-1,6-二基(-CH2CH2CH2CH2CH2CH2-)、庚烷-1,7-二基、辛烷-1,8-二基、壬烷-1,9-二基、癸烷-1,10-二基和十二烷-1,12-二基。
“烷烃环烷烃”是指具有一个或多个环烷基和/或环烷烃二基基团和一个或多个烷基和/或烷烃二基基团的饱和烃基团,其中环烷基、环烷烃二基、烷基和烷烃二基在本文中定义。每个环烷基和/或环烷烃二基基团可以是C3-6、C5-6、环己基或环己烷烃二基。每个烷基和/或烷烃二基基团可以是C1-6、C1-4、C1-3、甲基、甲烷烃二基、乙基或乙烷-1,2-二基。烷烃环烷烃基团可以是C4-18烷烃环烷烃、C4-16烷烃环烷烃、C4-12烷烃环烷烃、C4-8烷烃环烷烃、C6-12烷烃环烷烃、C6-10烷烃环烷烃或C6-9烷烃环烷烃。烷烃环烷烃基团可以包括1,1,3,3-四甲基环己烷和环己基甲烷。
“烷烃环烷烃二基(alkanecycloalkanediyl)”是指烷烃环烷烃基团的双自由基。烷烃环烷烃二基基团可以是C4-18烷烃环烷烃二基、C4-16烷烃环烷烃二基、C4-12烷烃环烷烃二基、C4-8烷烃环烷烃二基、C6-12烷烃环烷烃二基、C6-10烷烃环烷烃二基或C6-9烷烃环烷烃二基。烷烃环烷烃二基基团可以包括1,1,3,3-四甲基环己烷-1,5-二基和环己基甲烷-4,4'-二基。
“烯基”基团是指结构–CR=C(R)2,其中烯基基团是端基并且键合至较大分子。在此类情况下,每个R可以独立地包含氢和C1-3烷基。每个R可以是氢,并且烯基基团可以具有结构–CH=CH2。
“烷氧基”是指-OR基团,其中R是如本文中所定义的烷基。示例性的烷氧基基团可以包括甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基和正丁氧基。烷氧基基团可以是C1-8烷氧基、C1-6烷氧基、C1-4烷氧基或C1-3烷氧基。
“烷基”是指具有1至20个碳原子、1至10个碳原子、1至6个碳原子、1至4个碳原子或1至3个碳原子的饱和的、支链或直链的、无环烃基团的单自由基。烷基基团可以是C1-6烷基、C1-4烷基或C1-3烷基。示例性的烷基基团可以包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正己基、正癸基和十四烷基。烷基基团可以是C1-6烷基、C1-4烷基和C1-3烷基。
“芳烃二基”是指双自由基单环或多环芳基团。示例性的芳烃二基基团可以包括苯-二基和萘-二基。芳烃二基基团可以是C6-12芳烃二基、C6-10芳烃二基、C6-9芳烃二基或苯-二基。
“环烷烃二基”是指双自由基饱和单环或多环烃基团。环烷烃二基基团可以是C3-12环烷烃二基、C3-8环烷烃二基、C3-6环烷烃二基或C5-6环烷烃二基。示例性的环烷烃二基基团可以包括环己烷-1,4-二基、环己烷-1,3-二基和环己烷-1,2-二基。
“环烷基”是指饱和单环或多环烃单自由基基团。环烷基基团可以是C3-12环烷基、C3-8环烷基、C3-6环烷基或C5-6环烷基。
“杂烷烃二基”是指其中一个或多个碳原子被杂原子如N、O、S或P取代的烷烃二基基团。在杂烷烃二基中,一个或多个杂原子可以是N或O。
“杂环烷烃二基”是指其中一个或多个碳原子被杂原子如N、O、S或P取代的环烷烃二基基团。在杂环烷烃二基中,一个或多个杂原子可以是N或O。
预聚物的“主链”是指反应性端基之间的链段。预聚物主链通常包括重复亚单元,如多硫醇HS–[R]n–SH的主链是–[R]n–。
“共反应性组合物”是指包含两种或更多种能够在如低于50℃、低于40℃、低于30℃或低于20℃的温度下反应的共反应性化合物的组合物。两种或更多种化合物之间的反应可以通过组合和混合两种或更多种共反应性化合物和/或通过将包含两种或更多种共反应性化合物的共反应性组合物暴露于光化辐射来引发。可以通过将包含第一反应性化合物的第一反应性组分与包含第二反应性化合物的第二反应性组分组合并混合来形成共反应性组合物,其中第一反应性化合物可以与第二反应性化合物反应。
多官能化剂B(–V)z的“核”是指B部分。化合物或聚合物的“核”是指反应性端基之间的链段,如多硫醇HS–R–SH的核将是–R–。化合物或预聚物的核也可以称为化合物的主链或预聚物的主链。多官能化剂的核可以是原子或结构,如环烷烃、取代的环烷烃、杂环烷烃、取代的杂环烷烃、芳烃、取代的芳烃、杂芳烃或取代的杂芳烃,具有反应性官能团的部分从该原子或结构中键合。
“固化速率”和/或“固化时间”可以指从通过组合并混合共反应性组分以形成共反应性组合物和/或通过将共反应性组合物暴露于光化辐射来第一次引发共反应性组合物的固化反应开始,直到由共反应性组合物制备的层在25℃和50%RH的条件下表现出肖氏30A的硬度的持续时间。对于可光化辐射固化的组合物,固化时间是指从共反应性组合物第一次暴露于光化辐射到由暴露的共反应性组合物制备的层在25℃和50%RH的条件下表现出肖氏30A的硬度的时间的持续时间。
没有处于两个字母或者符号之间的破折号(“-”)用于表示取代基或者两个原子之间的键合的点,如–CONH2通过碳原子连接。
如“衍生自化合物的部分”中的“衍生自”是指母体化合物与反应物反应时产生的部分。例如,双(烯基)化合物CH2=CH–R–CH=CH2可以与另一种化合物(如具有硫醇基团的化合物)反应以产生部分–(CH2)2–R–(CH2)2–,该部分衍生自烯基基团与硫醇基团的反应。作为另一实例,对于具有结构O=C=N–R–N=C=O的母体二异氰酸酯,衍生自二异氰酸酯的部分具有结构–C(O)–NH–R–NH–C(O)–。
“衍生自-V与硫醇的反应”是指由硫醇基团与包含与硫醇基团具有反应性的端基的部分反应产生的部分-V'-。例如,基团V-可以包含CH2=CH–CH2–O–,其中末端烯基基团CH2=CH–与硫醇基团-SH具有反应性。在与硫醇基团反应时,部分-V'-是–CH2–CH2–CH2–O–。
玻璃化转变温度Tg通过使用TA仪器Q800设备的动态力学分析(DMA)以1Hz的频率、20微米的振幅和-80℃至25℃的温度斜坡确定,其中Tg确定为tanδ曲线的峰。
单体可以指低分子量化合物并且可以具有小于1,000Da、小于800Da、小于600Da、小于500Da、小于400Da或小于300Da的分子量。单体可以具有100Da至1,000Da、100Da至800Da、100Da至600Da、150Da至550Da或200Da至500Da的分子量。单体可以具有大于100Da、大于200Da、大于300Da、大于400Da、大于500Da、大于600Da或大于800Da的分子量。单体可以具有两个或更多个(如2至6个、2至5个或2至4个)反应性官能度。单体可以具有2、3、4、5、6或前述任何一种的组合的官能度。单体可以具有如2至6、2至5、2至4、2至3、2.1至2.8或2.2至2.6的平均反应性官能度。
“多烯基”是指具有至少两个烯基的化合物。至少两个烯基基团可以是末端烯基基团并且此类多烯基可以被称为烯基封端的化合物。烯基基团也可以是侧烯基基团。多烯基可以是二烯基,具有两个烯基基团。多烯基可以具有多于两个烯基基团,如三至六个烯基基团。多烯基可以包括单一类型的多烯基,可以是具有相同烯基官能度的多烯基的组合,或者可以是具有不同烯基官能度的多烯基的组合。
“预聚物”是指均聚物和共聚物。对于硫醇封端的预聚物,分子量是数均分子量“Mn”,通过使用碘滴定的端基分析确定。对于非硫醇封端的预聚物,数均分子量通过凝胶渗透色谱法使用聚苯乙烯标准品确定。预聚物包含主链和能够与另一种化合物如固化剂或交联剂反应以形成固化的聚合物的末端反应性基团。预聚物包括多个彼此键合的相同或不同的重复亚单元。多个重复亚单元构成了预聚物的主链。
多官能化剂可以具有式(1)的结构:
B(–V)z(1)
其中B1是多官能化剂的核,每个V是以反应性官能团如硫醇基团、烯基基团、环氧基基团、异氰酸酯基团或迈克尔受体基团封端的部分,并且z是3至6的整数,如3、4、5或6。在式(1)的多官能化剂中,每个-V可以具有如-R-SH或–R–CH=CH2的结构,其中R可以是如C2-10烷烃二基、C2-10杂烷烃二基、取代的C2-10烷烃二基,或取代的C2-10杂烷烃二基。当部分V与另一种化合物反应时,会产生部分–V1–,并称其衍生自与另一种化合物的反应。例如,当V是–R–CH=CH2并且与硫醇基团反应时,部分V1是衍生自该反应的–R–CH2–CH2–。
比重是根据ASTM D1475确定的。
肖氏A硬度是根据ASTM D2240使用A型硬度计测量的。
“取代的”是指其中一个或多个氢原子各自独立地被相同或不同的取代基取代的基团。取代基可以包含卤素、–S(O)2OH、–S(O)2、–SH、–SR,其中R是C1-6烷基、–COOH、–NO2、–NR2,其中每个R独立地包含氢和C1-3烷基、–CN、=O、C1-10烷基、–CF3、–OH、苯基、C2-6杂烷基、C5-6杂芳基、C1-10烷氧基或–COR,其中R是C1-10烷基。取代基可以是-OH、-NH2或C1-10烷基。
“无粘性时间(tack free time)”是指从共反应性组合物的固化反应第一次引发的时间到由共反应性组合物制备的层不再无粘性的时间的持续时间,其中无粘性是通过用手压将聚乙烯片材施加到层的表面并观察密封剂是否粘附到聚乙烯片材的表面来确定的,其中如果聚乙烯片材容易与层分离,则该层被认为是无粘性的。对于可光化辐射固化的共反应性组合物,无粘性时间是指从共反应性组合物暴露于光化辐射的时间到由共反应性组合物制备的层不再无粘性的时间。
拉伸强度和伸长率根据AMS 3279测量。
“透射性”是指是指透射大于20%、大于30%、大于40%或大于50%的入射辐射的在360nm至750nm范围内的一部分电磁光谱的能力。
现在参考本公开的某些化合物、组合物、设备和方法。所公开的化合物、组合物、设备和方法不旨在限制权利要求。相反,权利要求旨在涵盖所有替代、修改和等同物。
介绍
由本公开提供的方法包括使用三维(3D)打印来制造线性密封部件的方法。三维打印包括各种机器人制造方法,其中处理器控制的机器人方法用于形成三维制品。通过将第一共反应性组分和第二共反应性组分输送到混合室中,将第一共反应性组分和第二共反应性组分混合以形成反应性混合物,逐层沉积反应性混合物以形成细长主体,以及经由光化辐射源使沉积的反应性混合物固化,可以制造线性密封部件。在各种情况下,第一共反应性组分包括硫醇封端的聚硫醚,而第二共反应性组分包括聚乙烯基醚。根据本公开制造的线性密封部件可以包括第一凹部和与第一凹部相对的第二凹部、在由第一凹部和第二凹部限定的中心线的第一侧上的第一容积、在中心线的第二侧上的第二容积、以及在第一凹部和第二凹部之间的第三容积,使得中心线穿过第三容积。第一凹部可以由第一凹部开口、第一容积的第一尖端区段、第二容积的第二尖端区段和第三容积的第一壁勾勒。第二凹部可以由第二凹部开口、第一容积的第三尖端区段、第二容积的第四尖端区段和第三容积的第二壁勾勒。细长主体可以包含热固性聚合物,该热固性聚合物通过以下形成:通过至少混合至少第一共反应性组分和第二共反应性组分来形成共反应性混合物;逐层沉积反应性混合物以形成细长主体;以及经由光化辐射源使沉积的反应性混合物固化。
在图1中示出了3D打印设备100。图1示出了打印设备100,其包括混合室102、第一反应物储器104、第二反应物储器106、挤出尖端108、打印平台110和辐射源112。混合室102可以流体地联接到第一反应物储器104和第二反应物储器106,使得储存在第一反应物储器104中的第一反应物和储存在第二反应物储器106中的第二反应物可以被输送到混合室102中以进行混合。一旦混合,反应物混合物可以经由挤出尖端108沉积到打印平台110上以形成打印体114。打印体114可以通过辐射源112固化或进一步固化,该辐射源可以在反应物混合物的沉积期间和/或沉积之后提供光化辐射。
线性密封部件
布置1–封闭的芯双月牙形物
线性密封部件是装配在结构之间的物理间隙中的线性结构。线性密封部件可以装配在两个或更多个面板(例如飞机的机舱面板)之间的面板间隙之间。在图2A和图2B中示出了线性密封部件200的截面图。
图2A示出了具有第一容积202、第二容积204、第三容积206、第一月牙形凹部208和第二月牙形凹部210的线性密封部件200。参考中心线可以由第一月牙形凹部208和第二月牙形凹部210限定,使得它穿过第三容积206。如所示出的,第三容积206居中定位并由第一内壁212、第二内壁214、第三内壁216和第四内壁218限定。第一容积202位于参考中心线的第一侧上并由第一外壁224、第二内壁214、第一尖端区段220和第二尖端区段222限定。第二容积204位于参考中心线的第二侧,并由第二外壁230、第四内壁218、第三尖端区段226和第四尖端区段228限定。第一月牙形凹部208由第一内壁212、第一尖端区段220和第三尖端区段226限定。第二月牙形凹部210由第三内壁216、第二尖端区段222和第四尖端区段228限定。线性密封部件以至少三个接触点固定面板的能力可能归功于优异的消音性质。月牙形凹部可以被称为凹部。
图2B示出了图2A的线性密封部件200被装配到第一面板228和第二面板230之间的面板间隙中。具体地,第一面板228由第一月牙形凹部208接收并由第一内壁212、第一尖端区段220和第三尖端区段226固定(例如,经由摩擦和/或压力)。第二面板230由第二月牙形凹部210接收并由第三内壁216、第二尖端区段222和第四尖端区段228固定(例如,经由摩擦和/或压力)。在某些情况下,接收在月牙形凹部中的面板不需要与所有三个接触点接触(例如,连续接触)来保持密封。如所描绘的面板228可以不与内壁212直接接触,而是由尖端区段220、226固定以形成有效的密封。第一月牙形凹部208和第二月牙形凹部210中的每一者可以是三角形,具有比靠近内壁的基部更窄的开口。如所描绘的,第一月牙形凹部208的开口在本公开的线性密封部件之间,并且可以被配置成接收不在同一平面内的面板。如所描绘的,当第一面板和第二面板在平面外时,线性密封部件200联接(例如,经由弹性变形)第一面板228和第二面板230。线性密封部件200也可以接收面内面板。此外,本公开的线性密封部件可以被配置成接收以各种间隙尺寸间隔开的面板,如部件200的凹部到凹部距离的0至1/2英寸和/或0至100%。如所描绘的,当面板间隙小于线性密封部件200的自然的第一月牙形凹部到第二月牙形凹部的距离时,线性密封部件200可以联接(例如,经由弹性变形)第一面板228和第二面板230。线性密封部件200可以接收厚度为其凹部开口尺寸的1至1.5倍的面板。
布置2—开放式核双月牙形物
图3A示出了具有开口核(例如,具有三个壁和一个开口的第三容积)和延伸的内壁(例如,至少两个内壁)的线性密封部件300。如所描绘的,线性密封部件300具有第一容积302、第二容积304、第三容积306、第一月牙形凹部308和第二月牙形凹部310。参考中心线可以由第一月牙形凹部308和第二月牙形凹部310限定,使得它穿过第三容积306。如所示出的,第三容积306居中定位并由第一内壁312、第二内壁314、第三内壁316和内部开口318限定。第一容积302位于参考中心线的第一侧并由第一外壁324、第二内壁314、第一尖端区段320和第二尖端区段322限定。第二容积304位于参考中心线的第二侧并由第二外壁330、内部开口318、第三尖端区段326和第四尖端区段328限定。第一月牙形凹部308由第一内壁312、第一尖端区段320和第三尖端区段326限定。第二月牙形凹部310由第三内壁316、第二尖端区段322和第四尖端区段328限定。
如所示出的,线性密封部件300可以被装配到第一面板328和第二面板330之间的面板间隙中。具体地,第一面板328由第一月牙形凹部308接收并由第一内壁312、第一尖端区段320和第三尖端区段326固定(例如,经由摩擦和/或压力)。第二面板330由第二月牙形凹部310接收并由第三内壁316、第二尖端区段322和第四尖端区段328固定(例如,经由摩擦和/或压力)。第一月牙形凹部308和第二月牙形凹部310中的每一者可以是三角形的,具有比靠近内壁的基部更窄的开口。如图3A所描绘的,线性密封部件300经由弹性变形(如基本上沿着参考中心线压缩第三容积306)联接第一面板328和第二面板330。开放式核设计可以改善第三容积306的可压缩性,使得线性密封部件300可以装配到更小的面板间隙(如图3A中所示出的1/8英寸间隙)中。然而,图2A上的封闭核设计可能具有优异的消音性质。
图3B示出了图3A的线性密封部件300被装配到比图3A中距离更大的面板间隙中。具体地,图3B的面板间隙是1/2英寸,并且在第三面板336和第四面板338之间。第三面板336由第一月牙形凹部308接收并由第一内壁312、第一尖端区段320和第三尖端区段326固定(例如,经由摩擦和/或压力)。第四面板338由第二月牙形凹部310接收并由第三内壁316、第二尖端区段322和第四尖端区段328固定(例如,经由摩擦和/或压力)。第一月牙形凹部308和第二月牙形凹部310中的每一者可以是三角形的,具有比靠近内壁的基部更窄的开口。如图3A所描绘的,线性密封部件300经由弹性变形(如沿着参考中心线轻微压缩第三容积306)联接第一面板328和第二面板330。需要较小程度的第三容积306压缩,因为图3B中的面板间隙大于图3A中的面板间隙。如所示出的,第三面板336和第四面板338是图3A中的第一面板328和第二面板330三倍厚,如3/8英寸而不是1/8英寸。至少因为内壁312和316具有更大的长度,线性密封部件300被配置成接收更大厚度范围(例如,1/16英寸至1/2英寸)的面板。在某些情况下,线性密封部件300可以接收和固定厚度为其凹部开口尺寸1至3倍的面板。
共反应性组合物
用于制造本公开的线性密封部件的反应物混合物可以包括具有任何合适主链的预聚物、具有任何合适反应性官能团的预聚物、基于任何合适的固化化学物质的共反应性化合物以及任何合适的添加剂。反应物混合物可以是共反应性组合物,该共反应性组合物包含具有第一官能团的第一化合物和包含第二官能团的第二化合物,其中第一官能团与第二官能团具有反应性。第一化合物和第二化合物可以独立地包括单体、单体的组合、预聚物、预聚物的组合或它们的组合。
共反应性组合物可以包括单组分共反应性组合物,其中共反应性化合物之间的反应通过暴露于能量如通过暴露于光化辐射(例如紫外辐射)来引发。
共反应性组合物可以包含能够在不暴露于光化辐射或在暴露于光化辐射后在低于50℃,如低于40℃、低于30℃、低于20℃或低于10℃的温度下反应的共反应性化合物。例如,共反应性化合物可以在5℃至50℃、10℃至40℃、或15℃至25℃或20℃至30℃的温度下反应。
共反应性组合物在25℃和0.1sec-1至100sec-1的剪切速率下具有如200cP至50,000,000cP、200cP至20,000,000cP、1,000cP至18,000,000cP、5,000cP至15,000,000cP、5,000cP至10,000,000cP、5,000cP至5,000,000cP、5,000cP至1,000,000cP、5,000cP至100,000cP、5,000cP至50,000cP、5,000cP至20,000cP、6,000cP至15,000cP、7,000cP至13,000cP或8,000cP至12,000cP的粘度。共反应性组合物在25℃和0.1sec-1至100sec-1的剪切速率下具有如大于200cP、大于1,000cP、大于10,000cP、大于100,000cP、大于1,000,000cP或大于10,000,000cP的粘度。共反应性组合物在25℃和0.1sec-1至100sec-1的剪切速率下具有如小于100,000,000cP、小于10,000,000cP、小于1,000,000cP、小于100,000cp、小于10,000cP或小于1,000cP的粘度。粘度值是使用Anton Paar MCR 302流变仪在25℃的温度、100sec-1的剪切速率以及1mm的间隙的情况下测量的。
共反应性组合物可以被配制成密封剂组合物,该密封剂组合物在固化时形成线性密封部件。
线性密封部件是指具有抵抗大气条件(如噪音、湿气和温度)和/或至少部分地阻挡材料(如水、溶剂、燃料、液压流体和其它液体和气体)传输的能力的材料。线性密封部件可以表现出耐化学性,如耐燃料和液压流体。如根据EN ISO 10563确定的,耐化学性材料在70℃下浸渍在化学品中7天后可以表现出小于25%、小于20%、小于15%或小于10%的膨胀%。密封剂可以表现出对Jet参考流体(JRF)I型或对LD-40液压流体的耐受性。例如,本公开的线性密封部件可以表现出类似于描述于美国专利第10,047,259号中的密封剂的耐化学性,该美国专利据此通过引用以其整体并入用于所有目的。
预聚物和单体
预聚物可以具有如小于20,000Da、小于15,000Da、小于10,000Da、小于8,000Da、小于6,000Da、小于4,000Da或小于2,000Da的数均分子量。预聚物可以具有如大于2,000Da、大于4,000Da、大于6,000Da、大于8,000Da、大于10,000Da或大于15,000Da的数均分子量。预聚物可以具有如1,000Da至20,000Da、2,000Da至10,000Da、3,000Da至9,000Da、4,000Da至8,000Da或5,000Da至7,000Da的数均分子量。
预聚物在25℃下可以是液体,并且可以具有如小于-20℃、小于-30℃或小于-40℃的玻璃化转变温度Tg。预聚物可以表现出如在20泊至500泊(2Pa-sec至50Pa-sec)、20泊至200泊(2Pa-sec至20Pa-sec)或40泊至120泊(4Pa-sec至12Pa-sec)范围内的粘度。
预聚物主链
共反应性组合物可以包含具有任何合适的聚合物主链的预聚物。可以选择聚合物主链,以赋予固化的共反应性组合物耐溶剂性,赋予所需的物理性质,如拉伸强度、伸长率%、杨氏模量、抗冲击性或其它与应用相关的性质。预聚物主链可以以一个或多个适合特定固化化学物质的合适官能团封端。
预聚物主链可以包含聚硫醚、多硫化物、聚缩甲醛、聚异氰酸酯、聚脲、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚环氧乙烷、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯、苯乙烯丙烯腈、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氯乙烯、聚丁二烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚(对苯醚)、聚砜、聚醚砜、聚乙烯亚胺、聚苯砜、丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯、聚乙烯、间规或等规聚丙烯、聚乳酸、聚酰胺、乙基-醋酸乙烯酯均聚物或共聚物、聚氨酯、乙烯共聚物、丙烯共聚物、丙烯抗冲共聚物、聚醚醚酮、聚甲醛、间规聚苯乙烯(SPS)、聚苯硫醚(PPS)、液晶聚合物(LCP)、丁烯均聚物和共聚物、己烯均聚物和共聚物;以及前述任何一种的组合。
其它合适的预聚物主链可以包括:聚烯烃(如聚乙烯、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯、聚丙烯和烯烃共聚物)、苯乙烯/丁二烯橡胶(SBR)、苯乙烯/乙烯/丁二烯/苯乙烯共聚物(SEBS)、丁基橡胶、乙烯/丙烯共聚物(EPR)、乙烯/丙烯/二烯单体共聚物(EPDM)、聚苯乙烯(包括高抗冲聚苯乙烯)、聚(醋酸乙烯酯)、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚(乙烯醇)、乙烯/乙烯醇共聚物(EVOH)、聚(乙烯醇缩丁醛)、聚(甲基丙烯酸甲酯)和其它丙烯酸酯聚合物和共聚物(包括如甲基丙烯酸甲酯聚合物、甲基丙烯酸酯共聚物、衍生自一种或多种丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯等的聚合物)、烯烃和苯乙烯共聚物、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯(ABS)、苯乙烯/丙烯腈聚合物(SAN)、苯乙烯/马来酸酐共聚物、异丁烯/马来酸酐共聚物、乙烯/丙烯酸共聚物、聚(丙烯腈)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺、聚酯、液晶聚合物(LCP)、聚(乳酸)、聚(苯醚)(PPO)、PPO-聚酰胺合金、聚砜(PSU)、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亚胺、聚甲醛(POM)均聚物和共聚物、聚醚酰亚胺、氟化乙烯丙烯聚合物(FEP)、聚(氟乙烯)、聚(偏二氟乙烯)、聚(偏二氯乙烯)和聚(氯乙烯)、聚氨酯(热塑性和热固性)、芳纶(如和)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚硅氧烷(包括聚二甲基硅氧烷、二甲基硅氧烷/乙烯基甲基硅氧烷共聚物、乙烯基二甲基硅氧烷封端的聚(二甲基硅氧烷))、弹性体、环氧聚合物、聚脲、醇酸树脂、纤维素聚合物(如乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、乙酸纤维素、乙酸丙酸纤维素和乙酸丁酸纤维素)、聚醚和二醇如聚(环氧乙烷)(也称为聚(乙二醇)、聚(环氧丙烷)(也称为聚(丙二醇))、和环氧乙烷/环氧丙烷共聚物、丙烯酸胶乳聚合物、聚酯丙烯酸酯低聚物和聚合物、聚酯二醇二丙烯酸酯聚合物和UV可固化树脂。
共反应性组合物可以包含含有弹性体主链的预聚物。
弹性体是指具有“类似橡胶”性质并且通常具有低杨氏模量和高拉伸应变的材料。弹性体可以具有100%至2,000%的拉伸应变(断裂伸长率)。如根据ASTM D624确定的,弹性体可以表现出如50kN/m至200kN/m的撕裂强度。如根据ASTM D412.4893确定的,弹性体的杨氏模量可以在如0.5MPa至30MPa,如1MPa至6MPa的范围内。
具有弹性体主链的合适的预聚物可以包括聚醚、聚丁二烯、含氟弹性体、全氟弹性体、乙烯/丙烯酸共聚物、乙烯丙烯二烯三元共聚物、腈、聚硫胺、聚硅氧烷、氯磺化聚乙烯橡胶、异戊二烯、新戊二烯、多硫化物、聚硫醚、硅酮、苯乙烯丁二烯以及前述任何一种的组合。弹性体预聚物可以包含聚硅氧烷,如聚甲基氢硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、聚氢二乙基硅氧烷、聚二乙基硅氧烷或前述任何一种的组合。弹性体预聚物可以包含与胺和异氰酸酯基团如硅烷醇基团具有低反应性的末端官能团。
含硫预聚物
共反应性组合物可以包含含硫预聚物或含硫预聚物的组合。含硫预聚物可以赋予固化的线性密封部件良好的隔音性。含硫预聚物可以包括含硫预聚物、多硫化物预聚物、含硫聚缩甲醛预聚物、单硫化物预聚物,或前述任何一种的组合。
“含硫预聚物”是指在预聚物的主链中具有一个或多个硫醚–Sn–基团的预聚物,其中n可以是1至6。仅含有硫醇或其它含硫基团作为端基或作为预聚物的侧基的预聚物不涵盖在含硫预聚物中。预聚物主链是指预聚物的具有重复链段的部分。因此,具有结构HS–R–R(–CH2–SH)–[–R–(CH2)2–S(O)2–(CH2)–S(O)2]n–CH=CH2的预聚物未被含硫预聚物涵盖,其中每个R是不包含硫原子的部分。具有结构HS–R–R(–CH2–SH)–[–R–(CH2)2–S(O)2–(CH2)–S(O)2]–CH=CH2的预聚物被含硫预聚物涵盖,其中至少一个R是含有硫原子的部分,如硫醚基团。
具有高硫含量的含硫预聚物可以赋予固化的共反应性组合物耐化学性。含硫预聚物主链可以具有大于10wt%、大于12wt%、大于15wt%、大于18wt%、大于20wt%或大于25wt%的硫含量,其中wt%按预聚物主链的总重量计。耐化学性预聚物主链可以具有如10wt%至25wt%、12wt%至23wt%、13wt%至20wt%或14wt%至18wt%的硫含量,其中wt%按预聚物主链的总重量计。
具有含硫主链的预聚物可以包括聚硫醚预聚物、多硫化物预聚物、含硫聚缩甲醛预聚物、单硫化物预聚物以及前述任何一种的组合。
共反应性组合物可以包含40wt%至80wt%、40wt%至75wt%、45wt%至70wt%或50wt%至70wt%的含硫预聚物或含硫预聚物的组合,其中wt%按共反应性组合物的总重量计。共反应性组合物可以包含大于40wt%、大于50wt%、大于60wt%、大于70wt%、大于80wt%或大于90wt%的含硫预聚物或含硫预聚物的组合,其中wt%按共反应性组合物的总重量计。共反应性组合物可以包含小于90wt%、小于80wt%、小于70wt%、小于60wt%、小于50wt%或小于40wt%的含硫预聚物或含硫预聚物的组合,其中wt%按共反应性组合物的总重量计。
共反应性官能团
共反应性组合物可以包含具有任何合适的共反应性官能团的共反应性化合物。
第一共反应性化合物可以包含一个或多个第一官能团,并且第二共反应性化合物可以包含一个或多个第二官能团,其中一个或多个第一官能团与一个或多个第二官能团具有反应性。
可以选择官能团或官能团的组合以实现所需的固化速率。
第一官能团可以包含硫醇基团,并且第二官能团可以包含硫醇基团、烯基基团、炔基基团、环氧基基团、迈克尔受体基团、异氰酸酯基团或前述任何一种的组合。
第一官能团可以包含异氰酸酯,并且第二官能团可以包含羟基基团、胺基团、硫醇基团或前述任何一种的组合。
第一官能团可以包含环氧基基团,并且第二官能团可以包含环氧基基团。
第一官能团可以包含迈克尔受体基团,并且第二官能团可以包括迈克尔供体基团。
第一官能团可以包含羧酸基团,并且第二官能团可以包含环氧基基团。
第一官能团可以包含环状碳酸酯基团、乙酰乙酸酯基团或环氧基基团;并且第二官能团可以包括伯胺基团或仲胺基团。
第一官能团可以包含迈克尔受体基团,如(甲基)丙烯酸酯基团、氰基丙烯酸酯、乙烯基醚、乙烯基吡啶或α,β-不饱和羰基基团,并且第二官能团可以包含丙二酸酯基团、乙酰丙酮化物、硝基烷烃或另一种活性烯基基团。
第一官能团可以包括胺,并且第二官能团可以包括选自环氧基基团、异氰酸酯基团、丙烯腈、包括酯和酸酐的羧酸、醛或酮。
合适的共反应性官能团描述于Noomen,第十二届国际有机涂料科学和技术会议(Proceedings of the XIIIth International Conference in Organic CoatingsScience and Technology),雅典,1987,第251页;以及Tillet等人,《聚合物科学进展(Progress in Polymer Science)》,36(2011),191-217。
可以选择官能团以在低于50℃、低于40℃、低于30℃、低于20℃或低于10℃的温度下共反应。可以选择官能团以在高于5℃、高于10℃、高于20℃、高于30℃或高于40℃的温度下共反应。可以选择官能团以在5℃至50℃、10℃至40℃、15℃至35℃或20℃至30℃的温度下共反应。
通过在共反应性组合物中包括合适的催化剂或催化剂的组合,可以改变这些共反应性化学物质中任何一种的固化速率。通过提高或降低共反应性组合物的温度,可以改变这些共反应性化学物质中任何一种的固化速率。虽然共反应性组合物可以在低于30℃的温度下固化,但是加热共反应性组合物可以加快反应速率,这在某些情况下是可取的,如以便适应提高的打印速度。提高共反应性组分和/或共反应性组合物的温度也可以用于调节粘度,以便于混合共反应性组分和/或沉积共反应性组合物。
可固化的共反应性组合物
共反应性组合物可以包含能够在低于50℃的温度下在不暴露于光化辐射的情况下发生共反应的共反应性化合物,并且可以任选地包含催化剂。
共反应性组合物可以包含化合物如单体和/或预聚物,该预聚物包含共反应性官能团,包括本文所公开的那些中的任何一种。
共反应性组合物可以进一步包括用于催化共反应性化合物之间的反应的合适的催化剂或催化剂的组合。
可辐射固化的共反应性组合物
共反应性组合物可以是可光化辐射固化的共反应性组合物,其中通过将共反应性组合物暴露于光化辐射来引发共反应性组合物中的共反应性化合物之间的固化反应。
光化辐射包括α射线、γ射线、X射线、紫外(UV)辐射(200nm至400nm),如UV-A辐射(320nm至400nm)、UV-B辐射(280nm至320nm)和UV-C辐射(200nm至280nm);可见辐射(400nm至770nm)、蓝色波长范围内的辐射(450nm至490nm)、红外辐射(>700nm)、近红外辐射(0.75μm至1.4μm)和电子束。
可辐射固化的共反应性组合物可以包含能够通过自由基机理进行共反应的化合物。自由基固化反应可以包括硫醇/烯基反应和硫醇/炔基反应。
可辐射固化的共反应性组合物可以包含任何合适的自由基聚合引发剂或合适的自由基聚合引发剂的组合。自由基聚合引发剂可以包括光引发剂、热活化的自由基生成剂、阳离子自由基生成剂和暗固化自由基生成剂。
可辐射固化的共反应性组合物可以包含光引发剂,如可见光引发剂或UV光引发剂。
可辐射固化的共反应性组合物可以包含热活化的自由基生成剂。
可辐射固化的共反应性组合物可以包含阳离子自由基生成剂。
可辐射固化的共反应性组合物可以包含暗固化自由基生成剂。
自由基光聚合反应可以通过将共反应性组合物暴露于如UV辐射的光化辐射持续少于180秒、少于120秒、少于90秒、少于60秒、少于30秒、少于15秒或小于5秒而引发。UV暴露的总功率可以是50mW/cm2至500mW/cm2、50mW/cm2至400mW/cm2、50mW/cm2至300mW/cm2、100mW/cm2至300mW/cm2或150mW/cm2至250mW/cm2。
可光化辐射固化的共反应性组合物可以暴露于1J/cm2至4J/cm2的UV剂量以固化组合物。UV源是具有UVA光谱的8瓦灯。还可以使用其它剂量和/或其它UV光源。用于固化组合物的UV剂量可以是0.5J/cm2至4J/cm2、0.5J/cm2至3J/cm2、1J/cm2至2J/cm2或1J/cm2至1.5J/cm2。
可光化辐射固化的共反应性组合物也可以用蓝色波长范围内的辐射固化,如使用发光二极管来固化。
适用于线性密封部件的可光化辐射固化的密封剂组合物公开于美国专利第8,729,198号;美国专利第8,729,198;美国专利第9,533,798号;美国专利第10,233,369号;美国申请公开第2019/0169465号;PCT国际公开第PCT/US2018/36746号;美国申请公开第2018/0215974号;以及美国美国专利第7,438,974号。
透射共反应性组合物
可自由基聚合的共反应性组合物可以透射光化辐射到使得入射光化辐射可以产生足够的自由基以允许可自由基聚合的共反应性组合物完全固化的程度。
可透射光化辐射的共反应性组合物可以透射光化辐射穿过共反应性组合物的厚度,如1mm至30mm、1mm至25mm、1mm至20mm、1mm至15mm或1mm至10mm。
可自由基聚合的共反应性组合物可以部分地透射光化辐射到使得入射光化辐射可以产生足够的自由基,以引发至少一部分暴露的共反应性组合物中的共反应性组合物的自由基聚合的程度。共反应性组合物的未暴露的部分可以通过另一种自由基机理如暗固化机理固化,或者可以通过非自由基机理固化。
引发自由基的波长范围可以取决于共反应性组合物中自由基生成剂的类型。
使共反应性组合物固化
能够在不暴露于光化辐射的情况下固化的共反应性组合物可以被沉积并允许固化,并且固化速率将由沉积的共反应性组合物的固化化学物质、催化剂的类型和量、温度和粘度中的一者或多者来确定。沉积后,可以将共反应性组合物暴露于热以加速至少一部分共反应性组合物的固化。
可自由基聚合的共反应性组合物的固化可以通过活化自由基生成剂来引发,如通过将可自由基聚合的共反应性组合物暴露于光化辐射或热来引发。
当可自由基聚合的共反应性组合物在三维打印设备中时、在可自由基聚合的共反应性组合物沉积期间和/或在可自由基聚合的共反应性组合物沉积之后,可以将可自由基聚合的共反应性组合物暴露于光化辐射。沉积的可自由基聚合的共反应性组合物可以暴露于光化辐射,如在共反应性组合物最初沉积之后,或者根据制造方法,在线性密封部件制造之后,或者在线性密封部件安装在面板间隙之间之后。
可以通过使用三维打印沉积连续的可光化辐射固化的共反应性组合物层来制造线性密封部件。
为了引发化学反应,可光化辐射固化的共反应性组合物可以在从喷嘴中挤出之前、在从喷嘴中挤出时、在从喷嘴中挤出后和/或在沉积到先前沉积的层上期间或之后被暴露于光化辐射。
当构建线性密封部件时,共反应性组合物的物理性质可以使得沉积的共反应性组合物保持其预期的形状,并且具有足够的机械强度以在下层完全固化之前支撑共反应性组合物的上层。物理性质可以部分地由组合物中组分的量、固化的类型和速率等来确定。
可以通过打印不需要暴露于光化辐射来引发化学反应的共反应性组合物来制造线性密封部件。可以使用三维打印以沉积连续的共反应性组合物层来制造线性密封部件。除了将共反应性组合物暴露于光化辐射下之外,与用于制造可光化辐射固化的线性密封部件所述的程序类似的程序是适用的。
光引发剂
任何合适的光引发剂,如热活化的自由基引发剂,或由光化辐射活化的自由基引发剂,或光引发剂等。
光引发剂可以通过光化辐射活化,光化辐射可以施加能量,有效地在辐射如α射线、γ射线、X射线、紫外(UV)光(包括UVA、UVA和UVC光谱)、可见光、蓝光、红外、近红外或电子束时从光聚合引发剂产生引发物种。光引发剂可以是UV光引发剂。
合适的UV光引发剂可以包括:α-羟基酮、二苯甲酮、α,α-二乙氧基苯乙酮、4,4-二乙基氨基二苯甲酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、4-异丙基苯基2-羟基-2-丙基酮、1-羟基环己基苯基酮、对二甲基氨基苯甲酸异戊酯、4-二甲基氨基苯甲酸甲酯、邻苯甲酰苯甲酸甲酯、安息香、安息香乙醚、安息香异丙醚、安息香异丁醚、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙-1-酮、2-异丙基噻吨酮、二苯并环庚酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、双环氧化膦、二苯甲酮光引发剂、肟光引发剂、氧化膦光引发剂和前述任何一种的组合。
热活化的自由基引发剂可以在升高的温度下(如在高于25℃的温度下)变得有活性。
合适的热活化的自由基引发剂可以包括有机过氧化合物、偶氮双二(有机腈)化合物、N-酰氧基胺化合物、O-亚氨基-异脲化合物,以及前述任何一种的组合。可以用作热聚合引发剂的合适的有机过氧化合物包括:过氧化单碳酸酯,如叔丁基过氧化2-乙基己基碳酸酯和叔丁基过氧化异丙基碳酸酯;过氧缩酮,如1,1-二-(叔丁基过氧化)-3,3,5-三甲基环己烷;过氧化二碳酸酯,如二(2-乙基己基)过氧化二碳酸酯、二(仲丁基)过氧化二碳酸酯和二异丙基过氧化二碳酸酯;二酰过氧化物(diacylperoxide),如2,4-二氯过氧化苯甲酰、过氧化异丁酰、过氧化癸酰、过氧化月桂酰、过氧化丙酰、过氧化乙酰、过氧化苯甲酰和过氧化对氯苯甲酰;过氧化酯,如过氧化新戊酸叔丁酯、过氧化辛酸叔丁酯和过氧化异丁酸叔丁酯;过氧化甲乙酮、过氧化乙酰环己烷磺酰以及前述任何一种的组合。其它合适的热聚合引发剂可以包括2,5-二甲基-2,5-二(2-乙基己酰过氧基)己烷和/或1,1-双(叔丁基过氧基)-3,3,5-三甲基环己烷。可以用作热聚合引发剂的合适的偶氮二(有机腈)化合物包括:偶氮二(异丁腈)、2,2'-偶氮二(2-甲基-丁腈)和/或偶氮二(2/1-二甲基戊腈)。
共反应性组合物也可以通过除通过使用光化辐射以外的手段固化,如如上所述的共反应性化合物通常将包括两种或更多种共反应性化合物。
为了在三维打印中使用,可以在混合器中将第一共反应性组分和第二共反应性组分组合以形成共反应性组合物,该共反应性组合物可以从喷嘴中挤出并沉积以形成线性密封部件。在沉积后,随着时间的推移,共反应性组合物固化以提供固化的线性密封部件。
共反应性三维打印的使用可以将用于制造线性密封部件的化学物质和组合物的范围扩展到适用于可光化辐射固化的组合物的范围之外。
此外,尽管单一共反应性组合物可以用于制造线性密封部件,但是可以使用多于一种的共反应性组合物,其中每种共反应性组合物经定制以优化所需的性质。直接施加到紧固件上的共反应性组合物可以被配置成便于粘附到紧固件表面上并且被配置成是低密度的,并且施加到内部共反应性组合物上的外部共反应性组合物可以被配置成提供增强的耐燃料性。
内部共反应性组合物和外部共反应性组合物的化学物质可以相同或不同。对内部共反应性组合物和外部共反应性组合物使用相同的固化化学物质可以通过形成共价键来促进两种共反应性组合物之间的粘合。
共反应固化化学物质可以包括硫醇/烯基、硫醇/炔基、硫醇/硫醇、硫醇/迈克尔受体、硫醇/环氧基、硫醇/异氰酸酯、异氰酸酯/羟基、异氰酸酯/胺和迈克尔供体/迈克尔受体。
聚硫醚
共反应性组合物可以包含聚硫醚预聚物或聚硫醚预聚物的组合。
聚硫醚预聚物可以包括有包含至少一个具有式(2)的结构的部分的聚硫醚预聚物、式(2a)的硫醇封端的聚硫醚预聚物、式(2b)的末端改性的聚硫醚、或前述任何一种的组合:
-S-R1-[S-A-S-R1-]n-S- (2)
HS-R1-[S-A-S-R1-]n-SH (2a)
R3-S-R1-[S-A-S-R1-]n-S-R3 (2b)
其中,
n可以是1至60的整数;
每个R1可以独立地选自C2-10烷烃二基、C6-8环烷烃二基、C6-14烷烃环烷烃二基、C5-8杂环烷烃二基和-[(CHR)p-X-]q(CHR)r-,其中
p可以是2至6的整数;
q可以是1至5的整数;
r可以是2至10的整数;
每个R可以独立地选自氢和甲基;并且
每个X可以独立地选自O、S和S-S;并且
每个A可以独立地是衍生自式(3)的聚乙烯基醚和式(4)的多烯基多官能化剂的部分:
CH2=CH-O-(R2-O)m-CH=CH2 (3)
B(-R4-CH=CH2)z (4)
其中,
m可以是0至50的整数;
每个R2可以独立地选自C1-10烷烃二基、C6-8环烷烃二基、C6-14烷烃环烷烃二基和-[(CHR)p-X-]q(CHR)r-,其中p、q、r、R和X如关于R1所定义的;
每个R3可以独立地是包含末端反应性基团的部分;
B代表z价多烯基多官能化剂B(-R7-CH=CH2)z的核,其中
z可以是3至6的整数;并且
每个R4可以独立地选自C1-10烷烃二基、C1-10杂烷烃二基、取代的C1-10烷烃二基和取代的C1-10杂烷烃二基。
在式(2)的部分和式(2a)和(2b)的预聚物中,R1可以是C2-10烷烃二基。
在式(2)的部分和式(2a)和(2b)的预聚物中,R1可以是-[(CHR)p-X-]q(CHR)r-。
在式(2)的部分和式(2a)和(2b)的预聚物中,X可以选自O和S,因此-[(CHR)p-X-]q(CHR)r-可以是-[(CHR)p-O-]q(CHR)r-或-[(CHR)p-S-]q(CHR)r-。P和r可以相等,如其中p和r都可以是二。
在式(2)的部分和式(2a)和(2b)的预聚物中,R1可以选自C2-6烷烃二基和-[(CHR)p-X-]q(CHR)r-。
在式(2)的部分和式(2a)和(2b)的预聚物中,R1可以是-[(CHR)p-X-]q(CHR)r-,并且X可以是O,或者X可以是S。
在式(2)的部分和式(2a)和(2b)的预聚物中,其中R1可以是-[(CHR)p-X-]q(CHR)r-,p可以是2,r可以是2,q可以是1,并且X可以是S;或者p可以是2,q可以是2,r可以是2,并且X可以是O;或者p可以是2,r可以是2,q可以是1,并且X可以是O。
在式(2)的部分和式(2a)和(2b)的预聚物中,R1可以是-[(CHR)p-X-]q(CHR)r-,每个R可以是氢,或者至少一个R可以是甲基。
在式(2)的部分和式(2a)和(2b)的预聚物中,R1可以是-[(CH2)p-X-]q(CH2)r-,其中每个X可以独立地选自O和S。
在式(2)的部分和式(2a)和(2b)的预聚物中,R1可以是-[(CH2)p-X-]q(CH2)r-,每个X可以是O或每个X可以是S。
在式2)的部分和式(2a)和(2b)的预聚物中,R1可以是-[(CH2)p-X-]q(CH2)r-,其中p可以是2,X可以是O,q可以是2,r可以是2,R2可以是乙烷烃二基,m可以是2,并且n可以是9。
在式(2)的部分和式(2a)和(2b)的预聚物中,每个R1可以衍生自1,8-二巯基-3,6-二氧代辛烷(DMDO;2,2-(乙烷-1,2-二基双(硫烷基))双(乙烷-1-硫醇)),或者每个R1可以衍生自二巯基二乙基硫醚(DMDS;2,2'-硫代双(乙烷-1-硫醇))以及它们的组合。
在式(2)的部分和式(2a)和(2b)的预聚物中,每个p可以独立地选自2、3、4、5和6。每个p可以相同并且可以是2、3、4、5或6。
在式(2)的部分和式(2a)和(2b)的预聚物中,每个q可以独立地是1、2、3、4或5。每个q可以相同并且可以是1、2、3、4或5。
在式(2)的部分和式(2a)和(2b)的预聚物中,每个r可以独立地是2、3、4、5、6、7、8、9或10。每个r可以相同并且可以是2、3、4、5、6、7、8、9或10。
在式(2)的部分和式(2a)和(2b)的预聚物中,每个r可以独立地是2至4、2至6或2至8的整数。
在式(3)的二乙烯基醚中,m可以是0至50,如0至40、0至20、0至10、1至50、1至40、1至20、1至10、2至50、2至40、2至20或2至10的整数。
在式(3)的二乙烯基醚中,每个R2可以独立地选自C2-10正烷烃二基基团、C3-6支链烷烃二基基团和-[(CH2)p-X-]q(CH2)r-基团。
在式(3)的二乙烯基醚中,每个R2可以独立地是C2-10正烷烃二基基团,如甲烷烃二基、乙烷烃二基、正丙烷烃二基或正丁烷烃二基。
在式(3)的二乙烯基醚中,每个R2可以独立地包含-[(CH2)p-X-]q(CH2)r-基团,其中每个X可以是O或S。
在式(3)的二乙烯基醚中,每个R2可以独立地包含-[(CH2)p-X-]q(CH2)r-基团。
在式(3)的二乙烯基醚中,每个m可以独立地是1至3的整数。每个m可以相同并且可以是1、2或3。
在式(3)的二乙烯基醚中,每个R2可以独立地选自C2-10正烷烃二基基团、C3-6支链烷烃二基基团和-[(CH2)p-X-]q(CH2)r-基团。
在式(3)的二乙烯基醚中,每个R2可以独立地是C2-10正烷烃二基基团。
在式(3)的二乙烯基醚中,每个R2可以独立地是-[(CH2)p-X-]q(CH2)r-基团,其中每个X可以是O或S。
在式(3)的二乙烯基醚中,每个R2可以独立地是-[(CH2)p-X-]q(CH2)r-基团,其中每个X可以是O或S,并且每个p可以独立地是2、3、4、5和6。
在式(3)的二乙烯基醚中,每个p可以相同并且可以是2、3、4、5或6。
在式(3)的二乙烯基醚中,每个R2可以独立地是-[(CH2)p-X-]q(CH2)r-基团,其中每个X可以是O或S,并且每个q可以独立地是1、2、3、4或5。
在式(3)的二乙烯基醚中,每个q可以相同并且可以是1、2、3、4或5。
在式(3)的二乙烯基醚中,每个R2可以独立地是-[(CH2)p-X-]q(CH2)r-基团,其中每个X可以是O或S,并且每个r可以独立地是2、3、4、5、6、7、8、9或10。
在式(3)的二乙烯基醚中,每个r可以相同并且可以是2、3、4、5、6、7、8、9或10。在式(3)的二乙烯基醚中,每个r可以独立地是2至4、2至6或2至8的整数。
合适的二乙烯基醚可以包括:乙二醇二乙烯基醚(EG-DVE)、丁二醇二乙烯基醚(BD-DVE)、己二醇二乙烯基醚(HD-DVE)、二乙二醇二乙烯基醚(DEG-DVE)、三乙二醇二乙烯基醚、四乙二醇二乙烯基醚、聚四氢呋喃基二乙烯基醚、环己烷二甲醇二乙烯基醚以及前述任何一种的组合。
二乙烯基醚可以包含有含硫二乙烯基醚。合适的含硫二乙烯基醚公开于PCT公开第WO 2018/085650号中。
在式(3)的部分中,每个A可以独立地衍生自多烯基多官能化剂。多烯基多官能化剂可以具有式(4)的结构,其中z可以是3、4、5或6。
在式(4)的多烯基多官能化剂中,每个R7可以独立地选自C1-10烷烃二基、C1-10杂烷烃二基、取代的C1-10烷烃二基或取代的C1-10杂烷烃二基。一个或多个取代基可以选自-OH、=O、C1-4烷基和C1-4烷氧基。一种或多种杂原子可以选自O、S以及它们的组合。
合适的多烯基多官能化剂可以包括:氰尿酸三烯丙酯(TAC)、异氰尿酸三烯丙酯(TAIC)、1,3,5-三烯丙基-1,3,5-三嗪烷-2,4,6-三酮)、1,3,5-三烯丙基-1,3,5-三嗪烷-2,4,6-三酮)、1,3-双(2-甲基烯丙基)-6-亚甲基-5-(2-氧丙基)-1,3,5-三嗪酮-2,4-二酮、三(烯丙氧基)甲烷、季戊四醇三烯丙基醚、1-(烯丙氧基)-2,2-双((烯丙氧基)甲基)丁烷、2-丙-2-乙氧基-1,3,5-三(丙-2-烯基)苯、1,3,5-三(丙-2-烯基)-1,3,5-三嗪烷-2,4-二酮、和1,3,5-三(2-甲基烯丙基)-1,3,5-三嗪烷-2,4,6-三酮、1,2,4-三乙烯基环己烷、三羟甲基丙烷三乙烯基醚以及前述任何一种的组合。
在式(2)的部分和式(2a)-(2b)的预聚物中,衍生自二乙烯基醚的部分与衍生自多烯基多官能化剂的部分的摩尔比可以是0.9mol%至0.999mol%、0.95mol%至0.99mol%或0.96mol%至0.99mol%。
在式(2)的部分和式(2a)-(2b)的预聚物中,每个R1可以是–(CH2)2-O-(CH2)2-O-(CH2)2-;每个R2可以是–(CH2)2-;并且m可以是1至4的整数。
在式(2)的部分和式(2a)-(2b)的预聚物中,R2可以衍生自二乙烯基醚,如二乙二醇二乙烯基醚、多烯基多官能化剂如氰尿酸三烯丙酯,或它们的组合。
在式(2)的部分和式(2a)-(2b)的预聚物中,每个A可以独立地选自式(3a)的部分和式(4a)的部分:
-(CH2)2-O-(R2-O)m-(CH2)2- (3a)
B{-R4-(CH2)2-}2{-R4-(CH2)2-S-[-R1-S-A-S-R1-]n-SH}z-2 (4a)
其中m、R1、R2、R4、A、B、m、n和z如式(2)、式(3)和式(4)中定义。
在式(3)的部分和式(2a)-(2b)的预聚物中,
每个R1可以是–(CH2)2-O-(CH2)2-O-(CH2)2-;每个R2可以是–(CH2)2-;m可以是1至4的整数;并且多官能化剂B(-R4-CH=CH2)z包括氰尿酸三烯丙酯,其中z是3并且每个R4是-O-CH2-CH=CH2。
合成含硫聚硫醚的方法公开于美国专利第6,172,179号中。
硫醇封端的聚硫醚预聚物的主链可以被改性以改善使用聚硫醚预聚物制备的密封剂和涂料的性质,如粘附性、拉伸强度、伸长率、耐UV性、硬度和/或柔性。粘附促进基团、抗氧化剂、金属配体和/或氨基甲酸酯键可以被并入到聚硫醚预聚物的主链中,以改善一种或多种性质属性。主链改性的聚硫醚预聚物公开于美国专利第8,138,273号(含氨基甲酸酯)、美国专利第9,540,540号(含砜)、美国专利第8,952,124第(含双(磺酰基)烷醇)、美国专利第9,382,642第(含金属配体)、美国申请公开第2017/0114208第(含抗氧化剂)、PCT国际公开第WO 2018/085650第(含硫二乙烯基醚)和PCT国际公开第WO 2018/031532号(含氨基甲酸酯)中。聚硫醚预聚物包含描述于美国申请公开第2017/0369737号和第2016/0090507号中描述的预聚物。
合适的硫醇封端的聚硫醚预聚物公开于美国专利第6,172,179号中。硫醇封端的聚硫醚预聚物可以包含P3.1E、P3.1E-2.8、L56086或前述任何一种的组合,它们中的每一个都可从PPG Aerospace公司获得。这些产品被式(2)、(2a)和(2b)的硫醇封端的聚硫醚预聚物涵盖。硫醇封端的聚硫醚包括描述于美国专利第7,390,859号中的预聚物和描述于美国申请公开第2017/0369757号和第2016/0090507号中的含氨基甲酸酯的多硫醇。
多硫化物
含硫预聚物可以包括多硫化物预聚物或多硫化物预聚物的组合。
多硫化物预聚物是指在预聚物主链中含有一个或多个多硫化物键,即-Sx-键(其中x是2至4)的预聚物。多硫化物预聚物可以具有两个或更多个硫-硫键。合适的硫醇封端的多硫化物预聚物分别以商品名和从阿克苏诺贝尔公司(AkzoNobel)和东丽工业公司(Toray Industries,Inc.)可商购获得。
合适的多硫化物预聚物公开于美国专利第4,623,711号;第6,172,179号;第6,509,418第7,009,032号;以及第7,879,955号中。
合适的硫醇封端的多硫化物预聚物可以包括G多硫化物如G1、G4、G10、G12、G21、G22、G44、G122和G131,它们可从阿克苏诺贝尔公司购得。G树脂是液体硫醇封端的多硫化物预聚物,其是双官能和三官能分子的共混物,其中双官能硫醇封端的多硫化物预聚物具有式(5)的结构,并且三官能硫醇封端的多硫化物聚合物可以具有式(6)的结构:
HS-(-R5-S-S-)d-R5-SH (5)
HS-(-R5-S-S-)a-CH2-CH{-CH2-(-S-S-R5-)b-SH}{-(-S-S-R5-)c-SH} (6)
其中每个R5是–(CH2)2-O-CH2-O-(CH2)2-,并且d=a+b+c,其中d的值可以是7至38,这取决于在多硫化物预聚物的合成期间使用的三官能交联剂(1,2,3-三氯丙烷;TCP)的量。G多硫化物可以具有小于1,000Da至6,500Da的数均分子量,1%至大于5.5%的SH含量,以及0%至2.0%的交联密度。
多硫化物预聚物可以进一步包含具有式(5a)的结构的末端改性的多硫化物预聚物、具有式(6a)的结构的末端改性的多硫化物预聚物或它们的组合:
R3-S-(-R5-S-S-)d-R5-S-R3 (5a)
R3-S-(-R5-S-S-)a-CH2-CH{-CH2-(-S-S-R5-)b-S-}{-(-S-S-R5-)c-S-R3} (6a)
其中d、a、b、c和R5如关于式(6)和式(7)所定义,并且R3是包含末端反应性基团的部分。
合适的硫醇封端的多硫化物预聚物还可以包括可从东丽工业公司获得的LP多硫化物,如LP2、LP3、ThiokolTMLP12、LP23、LP33和LP55。LP多硫化物具有1,000Da至7,500Da的数均分子量,0.8%至7.7%的-SH含量,以及0%至2%的交联密度。ThiokolTMLP多硫化物预聚物具有式(7)的结构,并且末端改性的多硫化物预聚物可以具有式(7a)的结构:
HS-[(CH2)2-O-CH2-O-(CH2)2-S-S-]e-(CH2)2-O-CH2-O-(CH2)2-SH (7)
R3-S-[(CH2)2-O-CH2-O-(CH2)2-S-S-]e-(CH2)2-O-CH2-O-(CH2)2-S-R3 (7a)
其中e可以是使得数均分子量为1,000Da至7,500Da,如8至80的整数,并且每个R6是包含末端反应性官能团的部分。
硫醇封端的含硫预聚物可以包含多硫化物、G多硫化物或它们的组合。
多硫化物预聚物可以包括含有式(7)的部分的多硫化物预聚物、式(7a)的硫醇封端的多硫化物预聚物、式(7b)的末端改性的多硫化物预聚物或前述任何一种的组合:
-R6-(Sy-R6)t- (7)
HS-R6-(Sy-R6)t-SH (7a)
R3-S-R6-(Sy-R6)t-S-R3 (7b)
其中,
t可以是1至60的整数;
y具有在1.0至1.5范围内的平均值;
每个R可以独立地选自支链烷烃二基、支链芳烃二基和具有结构–(CH2)p–O–(CH2)q–O–(CH2)r–的部分,其中,
q可以是1至8的整数;
p可以是1至10的整数;
r可以是1至10的整数;并且
每个R3是包含末端反应性官能团的部分。
在式(7)的部分和式(7a)-(7b)的预聚物中,0%至20%的R6基团可以包含支链烷烃二基或支链芳烃二基,并且80%至100%的R6基团可以是–(CH2)p–O–(CH2)q–O–(CH2)r–。
在式(7)的部分和式(7a)-(7b)的预聚物中,支链烷烃二基或支链芳烃二基可以是–R(–A)f–,其中R是烃基团,f是1或2,并且A是分支点。支链烷烃二基可以具有结构–CH2(–CH(–CH2–)–)–。
式(7a)和(7b)的示例性的硫醇封端的多硫化物预聚物公开于美国申请公开第2016/0152775号、美国专利第9,079,833号和美国专利第9,663,619号中。
含硫预聚物可以包含含硫聚缩甲醛预聚物或含硫聚缩甲醛预聚物的组合。可用于密封剂施加的含硫聚缩甲醛预聚物公开于美国专利第8,729,216号和美国专利第8,541,513号中。
多硫化物预聚物可以包括含有式(8)的部分的多硫化物预聚物、式(8a)的硫醇封端的多硫化物预聚物、式(8b)的末端改性的多硫化物预聚物或前述任何一种的组合:
-(R7-O-CH2-O-R7-Ss-)g-1-R7-O-CH2-O-R7- (8)
HS-(R7-O-CH2-O-R-Ss-)g-1-R7-O-CH2-O-R7-SH (8a)
R3-S-(R7-O-CH2-O-R7-Ss-)g-1-R7-O-CH2-O-R7-S-R3 (8b)
其中R7是C2-4烷烃二基,s是1至8的整数,并且g是2至370的整数;并且每个R3独立地是包含末端反应性官能团的部分。
式(8)的部分和式(8a)-(8b)的预聚物公开于JP 62-53354中。
含硫聚缩甲醛
含硫聚缩甲醛预聚物可以包含式(9)的部分、式(9a)的硫醇封端的含硫聚缩甲醛预聚物、式(9b)的末端改性的含硫聚缩甲醛预聚物、式(9c)的硫醇封端的含硫聚缩甲醛预聚物、式(9d)的末端改性的含硫聚缩甲醛预聚物、或前述任何一种的组合:
-R8-(S)p-R8-[O-C(R9)2-O-R8-(S)v-R8-]h- (9)
R10-R8-(S)p-R8-[O-C(R9)2-O-R8-(S)v-R8-]h-R10 (9a)
R3-R8-(S)p-R8-[O-C(R9)2-O-R8-(S)v-R8-]h-R3 (9b)
{R10-R8-(S)p-R8-[O-C(R9)2-O-R8-(S)v-R8-]h-O-C(R9)2-O-}mZ (9c)
{R3-R8-(S)p-R8-[O-C(R9)2-O-R8-(S)v-R8-]h-O-C(R9)2-O-}mZ (9d)
其中h可以是1至50的整数;每个v可以独立地选自1和2;每个R8可以独立地是C2-6烷烃二基;并且每个R9可以独立地选自氢、C1-6烷基、C7-12苯基烷基、取代的C7-12苯基烷基、C6-12环烷基烷基、取代的C6-12环烷基烷基、C3-12环烷基、取代的C3-12环烷基、C6-12芳基和取代的C6-12芳基;每个R10是包含末端硫醇基团的部分;并且每个R3独立地是包含除了硫醇基团之外的末端反应性官能团的部分;并且Z可以衍生自m价母体多元醇Z(OH)m的核。
单硫化物
含硫预聚物可以包括单硫化物预聚物或单硫化物预聚物的组合。
单硫化物预聚物可以包含式(10)的部分、式(10a)的硫醇封端的单硫化物预聚物、式(10b)的硫醇封端的单硫化物预聚物、式(10c)的末端改性的单硫化物预聚物、式(10d)的末端改性的单硫化物预聚物,或前述任何一种的组合:
-S-R13-[-S-(R11-X)w-(R12-X)u-R13-]x-S- (10)
HS-R13-[-S-(R11-X)w-(R12-X)u-R13-]x-SH (10a)
{HS-R13-[-S-(R11-X)w-(R12-X)u-R13-]x-S-V'-}zB (10b)
R3-S-R13-[-S-(R11-X)w-(R12-X)u-R13-]x-S-R3 (10c)
{R3-S-R13-[-S-(R11-X)w-(R12-X)u-R13-]x-S-V'-}zB (10d)
其中,
每个R11可以独立地选自C2-10烷烃二基,如C2-6烷烃二基;C2-10支链烷烃二基,如C3-6支链烷烃二基或具有一个或多个侧基的C3-6支链烷烃二基,该侧基可以是烷基基团,如甲基基团或乙基基团;C6-8环烷烃二基;C6-14烷基环烷烃二基,如C6-10烷基环烷烃二基;和C8-10烷基芳烃二基;
每个R12可以独立地选自氢、C1-10正烷烃二基,如C1-6正烷烃二基、C2-10支链烷烃二基,如具有一个或多个侧基的C3-6支链烷烃二基,该侧基可以是烷基基团,如甲基基团或乙基基团;C6-8环烷烃二基;C6-14烷基环烷烃二基,如C6-10烷基环烷烃二基;和C8-10烷基芳烃二基;
每个R13可以独立地选自氢、C1-10正烷烃二基,如C1-6正烷烃二基、C2-10支链烷烃二基,如具有一个或多个侧基的C3-6支链烷烃二基,该侧基可以是烷基基团,如甲基基团或乙基基团;C6-8环烷烃二基基团;C6-14烷基环烷烃二基,如C6-10烷基环烷烃二基;和C8-10烷基芳烃二基;
每个X可以独立地选自O和S;
w可以是1至5的整数;
u可以是0至5的整数;并且
x可以是1至60的整数,如2至60、3至60或25至35;
每个R3独立地选自反应性官能团;
B表示z价多官能化剂B(-V)z的核,其中:
z可以是3至6的整数;并且
每个V可以是包含与硫醇基团具有反应性的端基的部分;
每个-V'-可以衍生自-V与硫醇的反应;
合成包含式(10)的部分或式(10b)-(10c)的预聚物的硫醇封端的单硫化物的方法公开于美国专利第7,875,666号中。
单硫化物预聚物可以包含式(11)的部分、包含式(11a)的部分的硫醇封端的单硫化物预聚物、包含式(11b)的硫醇封端的单硫化物预聚物、式(11c)的硫醇封端的单硫化物预聚物、式(11d)的硫醇封端的单硫化物预聚物,或前述任何一种的组合:
-[-S-(R14-X)w-C(R15)2-(X-R14)q-]x-S-(11)
H-[-S-(R14-X)w-C(R15)2-(X-R14)u-]x-SH(11a)
R3-[-S-(R14-X)w-C(R15)2-(X-R14)u-]x-S-R3(11b)
{H-[-S-(R14-X)w-C(R15)2-(X-R14)u-]x-S-V'-}zB(11c)
{R3-[-S-(R14-X)w-C(R15)2-(X-R14)u-]x-S-V'-}zB(11d)
其中,
每个R14可以独立地选自C2-10烷烃二基,如C2-6烷烃二基;C3-10支链烷烃二基,如C3-6支链烷烃二基或具有一个或多个侧基的C3-6支链烷烃二基,该侧基可以是烷基基团,如甲基基团或乙基基团;C6-8环烷烃二基;C6-14烷基环烷烃二基,如C6-10烷基环烷烃二基;和C8-10烷基芳烃二基;
每个R15可以独立地选自氢、C1-10正烷烃二基,如C1-6正烷烃二基、C3-10支链烷烃二基,如具有一个或多个侧基的C3-6支链烷烃二基,该侧基可以是烷基基团,如甲基基团或乙基基团;C6-8环烷烃二基;C6-14烷基环烷烃二基,如C6-10烷基环烷烃二基;和C8-10烷基芳烃二基;
每个X可以独立地选自O和S;
w可以是1至5的整数;
u可以是1至5的整数;并且
x可以是1至60的整数,如2至60、3至60或25至35;
每个R3是包含末端官能团的部分;
B表示z价多官能化剂B(-V)z的核,其中:
z可以是3至6的整数;并且
每个V可以是包含与硫醇基团具有反应性的端基的部分;
每个-V'-可以衍生自-V与硫醇的反应;
合成式(11)-(11d)的单硫化物的方法公开于美国专利第8,466,220号中。
共反应性基团
共反应性组合物在25℃/50%RH下具有少于8小时、少于6小时、少于4小时、少于2小时、少于1小时或少于30分钟的无粘性时间,其中无粘性时间是根据AS5127/1(5.8)(航空航天密封剂的航空航天标准试验方法)确定的。
用于形成表现出达到肖氏10A硬度的快速时间的线性密封部件的共反应性组合物可以包含具有快速固化化学物质的共反应物、可通过光化辐射固化的系统、催化剂以及前述任何一种的组合。
固化的组合物可以表现出达到肖氏10A硬度的小于10分钟的快速时间,其中硬度是根据ISO 868在23℃/55%RH下确定的。
用于形成表现导电性、EMI/RFI屏蔽和/或静电消散的线性密封部件的共反应性组合物可以包含导电填料或导电填料的组合。
添加剂
共反应性组合物可以包含一种或多种添加剂,如催化剂、聚合引发剂、粘附促进剂、反应性稀释剂、增塑剂、填料、着色剂、光致变色剂、流变改性剂、反应性稀释剂、固化活化剂和促进剂、腐蚀抑制剂、阻燃剂、UV稳定剂、雨水侵蚀抑制剂或前述任何一种的组合。
催化剂
共反应性组合物可以包含催化剂或催化剂的组合,其中选择一种或多种催化剂来催化共反应性组合物中的共反应物的反应,如第一化合物和第二化合物的反应。
可以选择催化剂或催化剂的组合来催化共反应性组合物中的共反应物的反应,如第一化合物和第二化合物的反应。合适的催化剂将取决于固化化学物质,如硫醇-烯或硫醇环氧树脂可以包含胺催化剂。
共反应性组合物可以包含0.1wt%至1wt%、0.2wt%至0.9wt%、0.3wt%至0.7wt%或0.4wt%至0.6wt%的催化剂或催化剂的组合,其中wt%按共反应性组合物的总重量计。
催化剂可以包括潜在催化剂或潜在催化剂的组合。潜在催化剂包括在通过物理和/或化学机理释放或活化之前具有很少活性或没有活性的催化剂。潜在催化剂可以包含在结构中或者可以被化学封闭。受控释放的催化剂可以在暴露于紫外辐射、热、超声波或湿气时释放催化剂。潜在催化剂可以被包裹在核-壳结构中,或者被捕获在结晶或半结晶聚合物的基质中,其中催化剂可以随着时间的推移或在活化时,如通过施加热能或机械能,从包封剂中扩散出来。
共反应性组合物可以包含暗固化催化剂或暗固化催化剂的组合。暗固化催化剂是指能够在不暴露于电磁能量的情况下产生自由基的催化剂。
暗固化催化剂包括金属络合物和有机过氧化物、三烷基硼烷络合物和过氧化物-胺氧化还原引发剂的组合。暗固化催化剂可以与光聚合引发剂组合使用或者独立于光聚合引发剂使用。
固化活化剂
基于硫醇/硫醇固化化学物质的共反应性组合物可以包含固化活化剂或固化活化剂的组合来引发硫醇/硫醇聚合反应。固化活化剂可以用于共反应性组合物中,其中第一化合物和第二化合物两者都包含硫醇封端的含硫预聚物,如硫醇封端的多硫化物预聚物。
固化活化剂可以包含能够氧化末端硫醇基团以形成二硫键的氧化剂。合适的氧化剂可以包括二氧化铅、二氧化锰、二氧化钙、过硼酸钠一水合物、过氧化钙、过氧化锌和重铬酸盐。
固化活化剂可以包括无机活化剂、有机活化剂或它们的组合。
合适的无机活化剂可以包括金属氧化物。合适的金属氧化物活化剂可以包括氧化锌(ZnO)、氧化铅(PbO)、过氧化铅(PbO3)、二氧化锰(MnO2)、过硼酸钠(NaBO3·H2O)、高锰酸钾(KMnO4)、过氧化钙(CaCO3)、过氧化钡(BaO3)、氢过氧化枯烯以及前述任何一种的组合。固化活化剂可以是MnO2。
基于硫醇/硫醇固化化学物质的共反应性组合物可以包含1wt%至10wt%的固化活化剂或固化活化剂的组合,其中wt%按组合物的总重量计。S共反应性组合物可以包含1wt%至9wt%、2wt%至8wt%、3wt%至7wt%或4wt%至6wt%的活化剂或固化活化剂的组合,其中wt%按组合物的总重量计。共反应性组合物可以包含大于1wt%的固化活化剂或固化活化剂的组合、大于2wt%、大于3wt%、大于4wt%、大于5wt%或大于6wt%的固化活化剂或固化活化剂的组合,其中wt%按组合物的总重量计。
基于硫醇/硫醇固化化学物质的共反应性组合物可以包括固化促进剂或固化促进剂的组合。
固化促进剂可以充当硫供体,以产生能够与硫醇封端的多硫化物预聚物的末端硫醇基团反应的活性硫片段。
合适的固化促进剂可以包括噻唑、秋兰姆、亚磺酰胺、胍、二硫代氨基甲酸盐、黄原酸盐、硫脲、醛胺以及前述任何一种的组合。
固化促进剂可以是秋兰姆多硫化物、秋兰姆二硫化物或它们的组合。
其它合适的固化促进剂还包括三嗪和硫化物或二烷基二硫代磷酸的金属盐和胺盐以及二硫代磷酸盐,如三嗪和硫化物或二烷基二硫代磷酸的金属盐和胺盐以及前述任何一种的组合。不含硫的固化促进剂包括四甲基胍(TMG)、二邻甲苯基胍(DOTG)、氢氧化钠(NaOH)、水和碱。
共反应性组合物可以包含0.01wt%至2wt%的固化促进剂或固化促进剂的组合、0.05wt%至1.8wt%、0.1wt%至1.6wt%或0.5wt%至1.5wt%的固化促进剂或固化促进剂的组合,其中wt%按组合物的总重量计。共反应性组合物可以包含少于2wt%、少于1.8wt%、少于1.6wt%、少于1.4wt%、少于1.2wt%、少于1wt%、少于0.5wt%、少于0.1wt%或少于0.05wt%的固化促进剂或固化促进剂的组合,其中wt%按组合物的总重量计。
粘附促进剂
共反应性组合物可以包含粘附促进剂或粘附促进剂的组合。粘附促进剂可以增强共反应性组合物对如金属表面、复合物表面、聚合物表面或陶瓷表面等下面的基材或如底漆涂层或其它涂层等涂层的粘附性。粘附促进剂可以增强对机舱面板的粘附性。
粘附促进剂可以包含酚醛粘附促进剂、酚醛粘附促进剂的组合、有机官能硅烷、有机官能硅烷的组合或前述任何一种的组合。有机官能烷氧基硅烷可以是胺官能烷氧基硅烷。有机基团可以选自硫醇基团、胺基团、羟基基团、硅烷醇基团、环氧基基团、炔基基团、烯基基团、异氰酸酯基团或迈克尔受体基团。
酚醛粘附促进剂可以包括熟酚醛树脂、未熟酚醛树脂或它们的组合。合适的粘附促进剂可以包括酚醛树脂,如酚醛树脂;和有机硅烷,如环氧官能硅烷、巯基官能硅烷或胺官能硅烷,如有机硅烷。熟酚醛树脂是指已经与单体、低聚物和/或预聚物共反应的酚醛树脂。
酚醛粘附促进剂可以包括酚醛树脂与一种或多种硫醇封端的多硫化物的缩合反应的反应产物。酚醛粘附促进剂可以是硫醇封端的。
合适的酚醛树脂可以包括2-(羟甲基)苯酚、(4-羟基-1,3-亚苯基)二甲醇、(2-羟基苯-1,3,4-三基)三甲醇、2-苄基-6-(羟甲基)苯酚、(4-羟基-5-((2-羟基-5-(羟甲基)环己-2,4-二烯-1-基)甲基)-1,3-亚苯基)二甲醇、(4-羟基-5-((2-羟基-3,5-双(羟甲基)环己-2,4-二烯-1-基)甲基)-1,3-亚苯基)二甲醇以及前述任何一种的组合。合适的酚醛树脂可以通过苯酚与甲醛的碱催化反应合成。酚醛粘附促进剂可以包括可从Durez公司(DurezCorporation)获得的树脂、树脂或树脂与如树脂等硫醇封端的多硫化物的缩合反应的反应产物。树脂可以包括75108(羟甲基苯酚的烯丙基醚,参见美国专利第3,517,082号)和75202。树脂可以包括29101、29108、29112、29116、29008、29202、29401、29159、29181、92600、94635、94879和94917。S树脂可以是34071。
共反应性组合物可以包括有机官能烷氧基硅烷粘附促进剂,如有机官能烷氧基硅烷。有机官能烷氧基硅烷可以包括键合到硅原子的可水解基团和至少一个有机官能团。有机官能烷氧基硅烷可以具有结构Ra-(CH2)n-Si(-OR)3-nRn,其中Ra是有机官能团,n是0、1或2,并且R是烷基如甲基或乙基。有机官能团可以包括环氧基基团、氨基基团、甲基丙烯酰氧基基团或硫化物基团。有机官能烷氧基硅烷可以是具有两个或更多个烷氧基硅烷基团的双足烷氧基硅烷、官能双足烷氧基硅烷(functional dipodal alkoxysilane)、非官能双足烷氧基硅烷(non-functional dipodal alkoxysilane)或前述任何一种的组合。有机官能烷氧基硅烷可以是单烷氧基硅烷与双足烷氧基硅烷的组合。
以商品名的合适的氨基官能烷氧基硅烷可以包括A-1100(γ-氨基丙基三乙氧基硅烷)、A-1108(γ-氨基丙基倍半硅氧烷)、A-1110(γ-氨基丙基三甲氧基硅烷)、1120(N-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷)、1128(苄氨基硅烷)、A-1130(三氨基官能硅烷)、Y-11699(双-(γ-三乙氧基甲硅烷基丙基)胺)、A-1170(双-(γ-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺)、A-1387(聚氮杂酰胺(polyazamide))、Y-19139(乙氧基的聚氮杂酰胺)和A-2120(N-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷)。合适的胺官能烷氧基硅烷可从Gelest公司、道康宁公司(Dow Corning Corporation)和迈图高新材料公司(Momentive Performance Materials,Inc.)商购获得。
填料
共反应性组合物可以包含填料或填料的组合。填料可以包括无机填料、有机填料、低密度填料、传导填料或前述任何一种的组合。
用于形成线性密封部件的共反应性组合物可以包含无机填料或无机填料的组合。
可以包含无机填料以提供机械加固并控制组合物的流变性质,如粘度。无机填料可以添加到组合物中以赋予所需的物理性质,如以增加冲击强度、以控制粘度和/或以改变固化的组合物的电气性质。
可用于共反应性组合物的无机填料包括炭黑、碳酸钙、沉淀碳酸钙、氢氧化钙、水合氧化铝(氢氧化铝)、滑石、云母、二氧化钛、硅酸铝、碳酸盐、白垩、硅酸盐、玻璃、金属氧化物、石墨以及前述任何一种的组合。
合适的碳酸钙填料包括如可从苏威特种化学品公司(Solvay SpecialChemicals)获得的31、312、U1S1、UaS2、N2R、SPM和SPT的产品。碳酸钙填料可以包含沉淀碳酸钙的组合。
可以对无机填料进行表面处理以提供疏水性表面或亲水性表面,该疏水性表面或亲水性表面可以促进无机填料的分散和无机填料与共反应性组合物的其它组分的相容性。无机填料可以包含表面改性的颗粒,如表面改性的二氧化硅。二氧化硅颗粒的表面可以被改性成定制二氧化硅颗粒的表面的疏水性或亲水性。表面改性可以影响颗粒的可分配性、粘度、固化速率和/或粘附性。
共反应性组合物可以包含有机填料或有机填料的组合。
有机填料可以被选择成具有低比重并且耐如JRF I型的溶剂和/或降低密封剂层的密度。合适的有机填料也可以对含硫聚合物基质具有可接受的粘附性。有机填料可以包含实心粉末或颗粒、中空粉末或颗粒、或它们的组合。
有机填料可以具有如小于1.15、小于1.1、小于1.05、小于1、小于0.95、小于0.9、小于0.8或小于0.7的比重。有机填料可以具有如在0.85至1.15的范围内、在0.9至1.1的范围内、在0.9至1.05的范围内或在0.85至1.05的范围内的比重。
有机填料可以包括热塑性塑料、热固性塑料或它们的组合。合适的热塑性塑料和热固性塑料可以包括环氧树脂、环氧酰胺、ETFE共聚物、尼龙、聚乙烯、聚丙烯、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚偏二氯乙烯、聚氟乙烯、TFE、聚酰胺、聚酰亚胺、乙烯丙烯、全氟烃、氟乙烯、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚醚酮、聚苯醚、聚苯硫醚、聚苯乙烯、聚氯乙烯、三聚氰胺、聚酯、酚醛、表氯醇、氟化烃、多环化合物、聚丁二烯、聚氯丁二烯、聚异戊二烯、多硫化物、聚氨酯、异丁烯异戊二烯、硅酮、苯乙烯丁二烯、液晶聚合物以及前述任何一种的组合。
合适的聚酰胺6颗粒和聚酰胺12颗粒可从东丽塑料公司(Toray Plastics)以等级SP-500、SP-10、TR-1和TR-2获得。合适的聚酰胺粉末还可从艾柯玛集团(Arkema Group)以商品名获得,以及从赢创工业(Evonik Industries)以商品名获得。
有机填料可以具有任何合适的形状。有机填料可以包括已经被过滤以选择所需的大小范围的粉碎的聚合物的级分。有机填料可以包括基本上球形的颗粒。颗粒可以是实心的或者可以是多孔的。
有机填料可以具有如在1μm至100μm、2μm至40μm、2μm至30μm、4μm至25μm、4μm至20μm、2μm至12μm或5μm至15μm的范围内的平均粒度。有机填料可以具有如小于100μm、小于75μm、小于50μm、小于40μm或小于20μm的平均粒度。可以使用飞世尔亚筛粒度仪(Fischer Sub-Sieve Sizer)或通过光学检查来确定粒度分布。
低密度填料
用于形成表现低密度的线性密封部件的共反应性组合物可以包含低密度填料,如低密度有机填料、中空微球、涂覆的微球或前述任何一种的组合。低密度填料也可以被称为轻质填料。
线性密封部件可以表现出如小于1.1、小于1.0、小于0.9、小于0.8或小于0.7的比重,其中比重在23℃/55%RH下根据ISO 2781确定。
有机填料可以包含低密度的(如改性的)、膨胀的热塑性微胶囊。合适的经改性的膨胀的热塑性微胶囊可以包含三聚氰胺或脲/甲醛树脂的外部涂层。共反应性组合物可以包含低密度微胶囊。低密度微胶囊可以包括可热膨胀微胶囊。
可热膨胀的微胶囊是指包括在预定温度下膨胀的挥发性材料的中空壳。可热膨胀的热塑性微胶囊的平均初始粒度可以是5μm至70μm,在一些情况下是10μm至24μm或10μm至17μm。术语“平均初始粒度”是指微胶囊在任何膨胀之前的平均粒度(粒度分布的数字加权平均数)。可以使用飞世尔亚筛粒度仪或通过光学检查来确定粒度分布。
适用于形成可热膨胀的微胶囊的壁的材料可以包括偏二氯乙烯、丙烯腈、苯乙烯、聚碳酸酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和醋酸乙烯酯的聚合物、这些单体的共聚物以及该聚合物和共聚物的组合。交联剂可以包含在形成可热膨胀的微胶囊的壁的材料中。
合适的热塑性微胶囊可以包括ExpancelTM微胶囊,如可从阿克苏诺贝尔公司获得的DE微球。合适的ExpancelTMDE微球可以包括920DE 40和920DE 80。合适的低密度微胶囊还可从吴羽公司(Kureha Corporation)获得。
低密度填料如低密度微胶囊可以通过在0.01至0.09的范围内、在0.04至0.09的范围内、在0.04至0.08的范围内、在0.01至0.07的范围内、在0.02至0.06的范围内、在0.03至0.05的范围内、在0.05至0.09的范围内、在0.06至0.09的范围内或在0.07至0.09的范围内的比重来表征,其中比重根据ASTM D1475确定。低密度填料如低密度微胶囊可以通过小于0.1、小于0.09、小于0.08、小于0.07、小于0.06、小于0.05、小于0.04、小于0.03或小于0.02的比重来表征,其中比重根据ASTM D1475确定。
低密度填料如低微胶囊可以通过1μm至100μm的平均粒径来表征并且可以具有基本上球形的形状。低密度填料如低密度微胶囊可以通过如根据ASTM D1475确定的10μm至100μm、10μm至60μm、10μm至40μm或10μm至30μm平均粒径来表征。
低密度填料如低密度微胶囊可以包含具有氨基塑料树脂如三聚氰胺树脂的涂层的膨胀的微胶囊或微球囊。经氨基塑料树脂涂覆的颗粒描述于美国专利第8,993,691号中描述。此类微胶囊可以通过加热包括发泡剂的微胶囊来形成,该发泡剂被热塑性壳包围。未经涂覆的低密度微胶囊可以与如脲/甲醛树脂等氨基塑料树脂进行反应以在颗粒的外表面上提供热固性树脂的涂层。
在氨基塑料树脂涂覆的情况下,氨基塑料涂覆的微胶囊可以通过在0.02至0.08的范围内、在0.02至0.07的范围内、在0.02至0.06的范围内、在0.03至0.07的范围内、在0.03至0.065的范围内、在0.04至0.065的范围内、在0.045至0.06的范围内、或在0.05至0.06的范围内的比重来表征,其中该比重根据ASTM D1475来确定。
共反应性组合物可以包含微粉化的氧化聚乙烯均聚物。有机填料可以包含聚乙烯,如氧化的聚乙烯粉末。合适的聚乙烯可从霍尼韦尔国际公司(HoneywellInternational,Inc.)以商品名从英力士(INEOS)以商品名和从三菱美国化学公司(Mitsui Chemicals America,Inc.)以商品名获得。
共反应性组合物可以包括1wt%至90wt%的低密度填料、1wt%至60wt%、1wt%至40wt%、1wt%至20wt%、1wt%至10wt%或1wt%至5wt%的低密度填料,其中wt%按组合物的总重量计。
共反应性组合物可以包括大于1wt%的低密度填料,大于1wt%、大于2wt%、大于3wt%、大于4wt%、大于1wt%、或大于10wt%的低密度填料,其中wt%按组合物的总重量计。
共反应性组合物可以包括1vol%至90vol%的低密度填料、5vol%至70vol%、10vol%至60vol%、20vol%至50vol%或30vol%至40vol%的低密度填料,其中vol%按共反应性组合物的总体积计。
共反应性组合物可以包括大于0.5vol%的低密度填料、大于1vol%、大于5vol%、大于10vol%、大于20vol%、大于30vol%、大于40vol%、大于50vol%、大于60vol%、大于70vol%或大于80vol%的低密度填料,其中vol%按共反应性组合物的总体积计。
传导填料
共反应性组合物可以包括传导填料或传导填料的组合。传导填料可以包括导电填料、半导体填料、导热填料、磁性填料、EMI/RFI屏蔽填料、静电耗散填料、电活性填料或前述任何一种的组合。
如导电填料的合适的传导填料可以包括金属、金属合金、传导氧化物、半导体、碳、碳纤维以及前述任何一种的组合。
其它导电填料可以包括导电贵金属基填料,如纯银;镀贵金属的贵金属,如镀银的金;镀贵金属的非贵金属,如镀银的铜、镍或铝、镀银的铝芯颗粒或镀铂的铜颗粒;镀贵金属的玻璃、塑料或陶瓷,如镀银玻璃微球、镀贵金属的铝或镀贵金属的塑料微球;镀贵金属的云母;以及其它此类贵金属传导填料。也可以使用非贵金属基材料,并且包括镀非贵金属的非贵金属,如涂覆铜的铁颗粒或镀镍的铜;非贵金属,例如铜、铝、镍、钴;镀非贵金属的非金属,例如镀镍的石墨和非金属材料如炭黑和石墨。导电填料的组合和导电填料的形状可以用于实现所需的导电性、EMI/RFI屏蔽效果、硬度和适合于特定应用的其它性质。
可以选择导电填料的量和类型以产生当固化时表现出小于0.50Ω/cm2的薄层电阻(四点电阻)或小于0.15Ω/cm2的薄层电阻的共反应性组合物。还可以选择填料的量和类型以在1MHz至18GHz的频率范围内为使用共反应性组合物密封的孔提供有效的EMI/RFI屏蔽。
可以用金属涂覆有机填料、无机填料和低密度填料,以提供传导填料。
导电填料可以包含石墨烯。石墨烯包括由厚度等于一个碳原子的原子大小的碳原子构成的致密堆积的蜂窝状晶格,即以二维晶格布置的sp2杂化碳原子单层。
传导填料可以包括磁性填料或磁性填料的组合。
磁性填料可以包含软磁性金属。这可以提高磁性模制树脂的磁导率。选自Fe、Fe-Co、Fe-Ni、Fe-Al和Fe-Si的至少一种磁性材料可以用作软磁性金属的主要组分。磁性填料可以是具有高体磁导率(bulk permeability)的软磁性金属。作为软磁性金属,所选的至少一种磁性材料可以是Fe、FeCo、FeNi、FeAl,并且可以使用FeSi,如坡莫合金(FeNi合金)、超级坡莫合金(FeNiMo合金)、铁硅铝合金(FeSiAl合金)、FeSi合金、FeCo合金、FeCr合金、FeCrSi合金、FeNiCo合金和Fe。其它磁性填料可以包括铁基粉末、铁镍基粉末、铁粉、铁氧体粉末、铝镍钴粉末、Sm2Co17粉末、Nd-B-Fe粉末、钡铁氧体BaFe2O4、铁酸铋BiFeO3、二氧化铬CrO2、SmFeN、NdFeB和SmCo。
反应性稀释剂
共反应性组合物可以包括羟基官能乙烯醚或羟基官能乙烯醚的组合。可以使用反应性稀释剂来降低组合物的粘度。反应性稀释剂可以是如具有至少一个官能团的具有低于400Da的分子量的低分子量化合物,该官能团能够与组合物的至少一种主要反应物反应,并且成为交联网络的一部分。反应性稀释剂可以具有一个官能团或两个官能团。反应性稀释剂可以用于控制组合物的粘度或改善共反应性组合物中填料的润湿性。
羟基官能乙烯醚可以具有式(12)的结构:
CH2=CH-O-(CH2)t-OH (12)
其中t是2至10的整数。在式(12)的羟基官能乙烯醚中,t可以是1、2、3、4、5,或者t可以是6。合适的羟基官能乙烯醚可以包括1-甲基-3-羟丙基乙烯醚、4-羟丁基乙烯醚以及它们的组合。羟基官能乙烯醚可以是4-羟丁基乙烯醚。
共反应性组合物可以包括0.1wt%至10wt%、0.2wt%至9wt%、0.3wt%至0.7wt%和0.4wt%至0.7wt%的羟基官能乙烯醚,其中wt%按可固化组合物的总重量计。
共反应性组合物可以包括氨基官能乙烯基醚或氨基官能乙烯基醚的组合作为反应性稀释剂。
氨基官能乙烯基醚可以具有式(13)的结构:
CH2=CH-O-(CH2)w-NH2 (13)
w是2至10的整数;在式(13)的氨基官能乙烯基醚中,w可以是1、2、3、4、5,或者t可以是6。合适的氨基官能乙烯基醚可以包括1-甲基-3-氨基丙基乙烯醚、4-氨基丁基乙烯醚以及前述任何一种的组合。氨基官能乙烯基醚可以是作为反应性稀释剂的4-氨基丁基乙烯醚。
共反应性组合物可以包括0.1wt%至10wt%、0.2wt%至9wt%、0.3wt%至0.7wt%和0.4wt%至0.7wt%的氨基官能乙烯基醚,其中wt%按共反应性组合物的总重量计。
共反应性组合物可以包含乙烯基的稀释剂,如苯乙烯、α-甲基苯乙烯和对乙烯基甲苯;醋酸乙烯酯;和/或n-乙烯基吡咯烷酮作为反应性稀释剂。
增塑剂
共反应性组合物可以含有增塑剂或增塑剂的组合。可以包含增塑剂以调节组合物的粘度并促进施加。
合适的增塑剂可以包括以下的组合:邻苯二甲酸酯、对苯二甲酸酸、间苯二甲酸、氢化三联苯、四联苯和更高级苯或聚苯、邻苯二甲酸酯、氯化石蜡、经改性的聚苯、桐油、苯甲酸酯、二苯甲酸酯、热塑性聚氨酯增塑剂、邻苯二甲酸酯、萘磺酸酯、偏苯三酸酯、己二酸酯、癸二酸酯、马来酸酯、磺胺、有机磷酸酯、聚丁烯、乙酸丁酯、丁基溶纤剂、丁基卡必醇乙酸酯、二戊烯、磷酸三丁酯、十六烷醇、邻苯二甲酸二烯丙酯、蔗糖醋酸酯异丁酸酯、妥尔酸异辛酯的环氧酯、二苯甲酮以及前述任何一种的组合。
共反应性组合物可以包括0.5wt%至7wt%的增塑剂或增塑剂的组合、1wt%至6wt%、2wt%至5wt%或2wt%至4wt%的增塑剂或增塑剂的组合,其中wt%按共反应性组合物的总重量计。
共反应性组合物可以包括小于8wt%的增塑剂、小于6wt%、小于4wt%或小于2wt%的增塑剂或增塑剂的组合,其中wt%按共反应性组合物的总重量计。
光致变色剂
共反应性组合物可以包含对固化程度或暴露于光化辐射的程度敏感的光致变色剂。固化指示剂在暴露于光化辐射时可以改变颜色,这可以是永久的或可逆的。固化指示剂最初可以是透明的,并且在暴露于光化辐射时变成有色的,或者可以最初是有色的,并且在暴露于光化辐射时变成透明的。
腐蚀抑制剂
由本公开提供的共反应性组合物可以包含腐蚀抑制剂或腐蚀抑制剂的组合。
合适的腐蚀抑制剂可以包括磷酸锌基的腐蚀抑制剂、硅酸锂腐蚀抑制剂如正硅酸锂(Li4SiO4)和偏硅酸锂(Li2SiO3)、MgO、唑、单体氨基酸、二聚氨基酸、低聚氨基酸、含氮杂环化合物如唑、噁唑、噻唑、噻唑啉、咪唑、二唑、吡啶、中氮茚和三嗪、四唑和/或甲苯基三唑、耐腐蚀颗粒如无机氧化物颗粒,包括氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)、氧化铈(CeO2)、氧化钼(MoO3)和/或二氧化硅(SiO2),以及前述任何一种的组合。
共反应性组合物可以包含小于5wt%的腐蚀抑制剂或腐蚀抑制剂的组合、小于3wt%、小于2wt%、小于1wt%或小于0.5wt%的腐蚀抑制剂或腐蚀抑制剂的组合,其中wt%按共反应性组合物的总重量计。
阻燃剂
共反应性组合物可以包含阻燃剂或阻燃剂的组合。
阻燃剂可以包括无机阻燃剂、有机阻燃剂或它们的组合。
合适的无机阻燃剂可以包括氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、氧化锑、水菱镁矿、三水合铝(ATH)、磷酸钙、氧化钛、氧化锌、碳酸镁、硫酸钡、硼酸钡、高岭石、二氧化硅、氧化锑以及前述任何一种的组合。
合适的有机阻燃剂包括卤代碳、卤代酯、卤代醚、氯化阻燃剂和/或溴化阻燃剂、无卤化合物如有机磷化合物、有机氮化合物以及前述任何一种的组合。阻燃剂可以是固体(例如粉末)或液体的形式。
按共反应性组合物的总重量计,共反应性组合物可以包含1wt%至30wt%,如1wt%至20wt%,或1wt%至10wt%的阻燃剂或阻燃剂的组合。按共反应性组合物的总重量计,共反应性组合物可以包含小于30wt%、小于20wt%、小于10wt%、小于5wt%或小于2wt%的阻燃剂或阻燃剂的组合。
水分控制添加剂
共反应性组合物可以包含水分控制添加剂或水分控制添加剂的组合。
合适的水分控制添加剂可以包括合成沸石、活化的氧化铝、硅胶、氧化钙、氧化镁、分子筛、无水硫酸钠、无水硫酸镁、烷氧基硅烷以及前述任何一种的组合。
共反应性组合物可以包含小于5wt%的水分控制添加剂或水分控制添加剂的组合、小于3wt%、小于2wt%、小于1wt%或小于0.5wt%的水分控制添加剂或水分控制添加剂的组合,其中wt%按共反应性组合物的总重量计。
UV稳定剂
共反应性组合物可以包含UV稳定剂或UV稳定剂的组合。UV稳定剂包括UV吸收剂和受阻胺光稳定剂。合适的UV稳定剂可以包括以商品名(Solvay)、(BASF)和(BASF)的产品。
增材制造线性密封部件
图4是示出了用于增材制造线性密封部件的方法400的简化图。方法400包括将第一共反应性组分和第二共反应性组分输送到混合室中的过程402、将第一共反应性组分和第二共反应性组分混合以形成反应性混合物的过程404、逐层沉积反应性混合物以形成细长主体的过程406以及经由光化辐射源使沉积的反应性混合物固化的过程408。尽管已经使用针对该方法所选的一组过程示出了上述内容,但是可以有许多替代、修改和变化。一些过程可以被扩展和/或组合。可以将其它过程插入到上述过程中。一些过程可以被去除或更换。取决于实施方案,过程的顺序可以互换。
将第一共反应性组分和第二共反应性组分输送到混合室中的过程402可以包括将第一共反应性组分从第一储器输送(例如泵送)并将第二共反应性组分从第二储器输送(例如泵送)到混合室中。第一共反应性组分可以包括含硫预聚物,该含硫预聚物可以包括聚硫醚、多硫化物、含硫聚缩甲醛、单硫化物或前述任何一种的组合。第一共反应性组分可以包括硫醇封端的聚硫醚。第二共反应性组分包括多烯预聚物,其可以是聚乙烯基醚。第一共反应性组分和/或第二共反应性组分可以进一步包括阻燃填料颗粒、流变改性填料颗粒(例如有机和/或无机的)、轻质填料颗粒和/或消音填料颗粒。
将第一共反应性组分和第二共反应性组分混合以形成反应性混合物的过程404可以包括主动地(例如经由推进器)和/或被动地(例如经由室的静态结构)混合共反应性组分以形成均匀的反应性混合物。反应性混合物可以在沉积之前在混合室内部分地固化,以获得所需的流变性质和/或自支撑强度(例如,以能够悬垂打印和/或防止重力引起的变形如下垂)。在一些情况下,可以在沉积之前从反应性混合物中去除气泡,从而可以最小化可能导致声学弱点(例如声学泄漏点)的打印缺陷。
逐层沉积反应性混合物以形成细长主体的过程406可以包括使用控制器(例如,计算机的)引导挤出喷嘴,向混合室施加压力(例如,经由对与其连接的储器加压)以挤出反应性混合物以形成线性密封部件的细长主体。
经由光化辐射源使沉积的反应性混合物固化的过程408可以包括在沉积期间和/或沉积之后用光化辐射(例如紫外辐射)暴露从挤出喷嘴挤出的细长主体和/或反应性混合物。混合室可以是光化辐射透明的,使得当反应性混合物在混合室内时可以施加光化辐射,以在沉积之前使反应性混合物部分固化。光化辐射源可以与挤出喷嘴和/或混合室间隔20至30英寸,如间隔23英寸。光化辐射源可以朝向挤出喷嘴的方向覆盖有一层偏振膜。光化辐射源可以是基线强度为230mW/cm2的395nm紫外灯。一旦打印了线性密封部件,沉积停止,并且可以实施二次固化步骤,如在铝箔衬里的室中用相同的395nm紫外灯持续至少30分钟以上。在固化后,细长主体可以具有多孔结构,如在其壁中具有封闭的多孔结构。
线性密封部件可以使用共反应性三维打印来制造。
共反应性三维打印是指机器人制造方法,其中共反应性组合物通过喷嘴挤出,并使用自动控制进行沉积。在共反应性三维打印中,可以将单组分共反应性组合物泵送到三维打印设备中,并且可以通过施加能量来引发固化反应,如通过将共反应性组合物暴露于紫外辐射来引发固化反应。可替代地,可以将至少两种共反应性组分组合并混合,以形成共反应性组合物,然后将该共反应性组合物通过喷嘴挤出并沉积。在混合后,共反应性化合物可以在如低于30℃,如20℃至25℃的温度下反应,并且开始固化以形成热固性聚合物基质。可替代地,在混合后,共反应性化合物在第一次组合时最初并不反应,并且反应可以通过将共反应性组合物暴露于能量如紫外辐射来引发。
用于制造零件的三维打印设备可以包括一个或多个泵、一个或多个混合器和一个或多个喷嘴。可以将一种或多种共反应性组合物泵送到一个或多个混合器中,并且在压力下被迫通过一个或更多个喷嘴被引导到表面或先前施加的层上。
三维打印设备可以包括压力控制器、挤出模具、共挤出模具、涂布器、温度控制元件、用于向共反应性组合物施加能量的元件,或前述任何一种的组合。
三维打印设备可以包括用于相对于表面三维移动喷嘴的构建设备。三维打印设备的运动可以由处理器控制。
线性密封部件可以通过以下来制造:通过沉积包含至少两种共反应性组分的共反应性组合物,然后在下面沉积的部分或层上和/或邻近先前沉积的部分或层沉积共反应性组合物的附加的部分或层来形成制品的连续部分或层。可以在先前沉积层的顶部和/或附近连续沉积各层,以构建消音零件。共反应性组合物可以混合并且然后沉积,或者共反应性组分可以单独沉积。当单独沉积时,共反应性组分可以同时、顺序地或同时且顺序地沉积。
可以使用任何合适的共反应性三维打印设备来沉积共反应性组合物。合适的共反应性三维打印设备的选择可以取决于许多因素,包括沉积容积、共反应性组合物的粘度、沉积速率、共反应性化合物的反应速率和所制造的耐化学性零件的复杂性和尺寸。可以将两种或更多种共反应性组分中的每种引入到独立的泵中并注射到混合器中以将两种共反应性组分组合并混合以形成共反应性组合物。喷嘴可以联接到混合器,并且混合的共反应性组合物可以在压力下推出或通过喷嘴挤出。
泵可以是正排量泵、注射泵、活塞泵或渐进式螺杆泵。递送两种共反应性组分的两个泵可以并联放置或串联放置。合适的泵可以能够推动液体或粘性液体通过喷嘴孔口。此过程也可以被称为挤出。可以使用两个串联的泵将共反应性组分引入到混合器中。
两种或更多种共反应性组分可以通过经由连接到共反应性组分在线混合的渐进式螺杆双组分系统的一次性喷嘴来分配材料而被沉积。双组分系统可以包括两个渐进式螺杆泵,其将共反应性组分分别定量供应到一次性静态混合分配器或动态混合器中。其它合适的泵包含正排量泵、注射泵、活塞泵和渐进式螺杆泵。在混合以形成共反应性组合物后,共反应性组合物形成挤出物,因为它在压力下被迫通过一个或多个模具和/或一个或喷嘴沉积到基底上以提供耐化学性零件的初始层,并且连续的层可以被沉积到先前沉积的层上和/或邻近先前沉积的层。沉积系统可以被定位成与基底正交,但是也可以设置成任何合适的角度以形成挤出物,使得挤出物和沉积系统形成钝角,其中挤出物平行于基底。挤出物是指在共反应性组分在静态混合器或动态混合器中混合后的共反应性组合物。挤出物可以在通过模具和/或喷嘴时成形。
基底、沉积系统或基底和沉积系统两者可以移动以构建三维耐化学性零件。运动可以以预定的方式进行,这可以使用任何合适的CAD/CAM方法和设备如机器人和/或计算机化机床接口来完成。
通过经由三维打印设备的喷嘴挤出共反应性组合物形成的挤出物可以以任何方向沉积。喷嘴可以指向下方、上方、侧面或两者之间的任何角度。以这种方式,共反应性组合物可以作为垂直壁或作为悬垂物沉积。挤出物可以沉积在垂直壁、倾斜壁的下表面或水平表面的底部。使用具有快速固化化学物质的挤出物可以促进邻接下层沉积上层的能力,使得可以制造带角度的表面。带角度的表面可以相对于水平面向上倾斜或者相对于水平面向下倾斜。
挤出物可以连续或间歇地分配以形成初始层和连续层。对于间歇沉积,沉积系统可以与开关对接以关闭泵(如渐进式螺杆泵)并从而停止共反应性组合物的流动。
三维打印系统可以包括在线静态混合器和/或动态混合器以及用于容纳至少两种共反应性组分并将共反应性组分进料到静态混合器和/或动态混合器中的单独的加压泵送隔室。混合器如主动混合器可以包括在喷嘴内具有高剪切叶片的变速中心叶轮。可以使用一定范围的喷嘴,其具有如0.2mm至100mm、0.5mm至75mm、1mm至50mm或5mm至25mm的最小尺寸。喷嘴可以具有如大于1mm、大于2mm、大于5mm、大于10mm、大于20mm、大于30mm、大于40mm、大于50mm、大于60mm、大于70mm、大于80mm或大于90mm的最小尺寸。喷嘴可以具有如小于100mm、小于90mm、小于80mm、小于70mm、小于60mm、小于50mm、小于40mm、小于30mm、小于20mm、小于10mm或小于5mm的最小尺寸。喷嘴可以具有任何合适的横截面尺寸,如圆形、球形、椭圆形、矩形、方形、梯形、三角形、平面形或其它合适的形状。长宽比或正交尺寸的比率可以是适于制造耐化学性零件的任何合适的尺寸,如1:1、大于1:2、大于1:3、大于1:5或大于1:10。
可以使用一系列静态混合喷嘴和/或动态混合喷嘴,该静态混合喷嘴和/或动态混合喷嘴具有0.6mm至2.5mm的出口孔口尺寸和30mm至150mm的长度。出口孔口直径可以是0.2mm至4.0mm、0.4mm至3.0mm、0.6mm至2.5mm、0.8mm至2mm或1.0mm至1.6mm。静态混合器和/或动态混合器具有10mm至200mm、20mm至175mm、30mm至150mm或50mm至100mm的长度。混合喷嘴可以包含静态混合区段和/或动态混合区段以及联接到静态混合区段和/或动态混合区段的分配区段。静态混合区段和/或动态混合区段可以被配置成将共反应性材料组合并混合。分配区段可以是具有以上孔口直径中的任何一种的直管。分配区段的长度可以被配置成提供区域,在该区域中共反应性组分可以在被沉积在制品上之前开始反应并形成粘度。分配区段的长度可以基于沉积的速度、共反应物的反应速率和共反应性组合物的粘度来选择。
共反应性组合物在静态混合喷嘴和/或动态混合喷嘴中可以具有0.25秒至5秒、0.3秒至4秒、0.5秒至3秒或1秒至3秒的停留时间。可以基于固化化学物质和固化速率视情况使用其它停留时间。
通常,合适的停留时间小于共反应性组合物的胶凝时间。
共反应性组合物可以具有0.1mL/min至20,000mL/min,如1mL/min至12,000mL/min、5mL/min至8,000mL/min或10mL/min到6,000mL/min的容积流动速率。容积流动速率可以取决于共反应性组合物的粘度、挤出压力、喷嘴直径和共反应性化合物的反应速率。
共反应性组合物可以以1mm/秒至400mm/秒、如5mm/秒至300mm/秒、10mm/秒至200mm/秒或15mm/秒至150mm/秒的沉积速度使用。沉积速度可以取决于共反应性组合物的粘度、挤出压力、喷嘴直径和共反应性化合物的反应速率。沉积速度是指用于挤出共反应性组合物的喷嘴相对于共反应性组合物沉积到其上的表面移动的速度。
可以将静态混合喷嘴和/或动态混合喷嘴加热或冷却以控制共反应性化合物之间的反应速率和/或共反应性组分的粘度。沉积喷嘴的孔口可以具有任何合适的形状和尺寸。系统可以包括多个沉积喷嘴。喷嘴可以具有固定的孔口尺寸和形状,或者喷嘴孔口可以可控制地调整。可以将混合器和/或喷嘴冷却以控制由共反应性化合物的反应产生的放热。
共反应性组合物反应以形成热固性聚合物基质的速度可以通过选择共反应性化合物的反应性官能团来确定和/或控制。反应速度也可以由降低反应的活化能的因素(如热量和/或催化剂)决定。
反应速率可以反映在共反应性组合物的胶凝时间中。快速固化化学物质是指其中共反应性化合物具有如小于30分钟、小于20分钟、小于10分钟、小于5分钟、小于4分钟、小于3分钟、小于2分钟、小于1分钟、小于45秒、小于30秒、小于15秒或小于5秒的凝胶时间的化学物质。共反应性组合物可以具有如0.1秒至5分钟、0.2秒至3分钟、0.5秒至2分钟、1秒至1分钟或2秒至40秒的胶凝时间。胶凝时间是混合共反应性组分后当共反应性组合物不再可用手搅拌时的时间。潜在共反应性组合物的胶凝时间是指从固化反应第一次开始直到共反应性组合物不再可用手搅拌的时间。
因为共反应性组分可以均匀地组合并混合,共反应性组合物可以在混合时立即开始固化,所以共反应性组合物和被迫通过喷嘴的挤出物的尺寸没有特别限制。因此,共反应性增材制造促进了大尺寸挤出物的使用,这促进了快速制造小密封盖和大密封盖的能力。
使用共反应性三维打印方法,共反应性组合物可以以1mm/秒至400mm/秒的速度和/或0.1mL/min至20,000mL/min的流速沉积。
本发明的方面
本公开可以进一步由以下方面中的一个或多个来定义。
方面1.一种增材制造的密封部件,其包括:细长主体,所述细长主体具有:第一月牙形凹部和与所述第一月牙形凹部相对的第二月牙形凹部,所述第一月牙形凹部和所述第二月牙形凹部限定中心线;在所述中心线的第一侧上的第一容积;在所述中心线的第二侧上的第二容积;和在所述第一月牙形凹部和所述第二月牙形凹部之间的第三容积,使得所述中心线穿过所述第三容积;其中所述第一月牙形凹部由第一月牙形凹部开口、所述第一容积的第一尖端区段、所述第二容积的第二尖端区段和所述第三容积的第一壁勾勒;其中所述第二月牙形凹部由第二月牙形凹部开口、所述第一容积的第三尖端区段、所述第二容积的第四尖端区段和所述第三容积的第二壁勾勒;其中所述细长主体包含热固性聚合物,所述热固性聚合物通过以下形成:通过至少混合至少第一共反应性组分和第二共反应性组分来形成共反应性混合物;逐层沉积所述反应性混合物以形成所述细长主体;以及经由光化辐射源使沉积的反应性混合物固化。
方面2.根据方面1所述的增材制造的密封部件,其中所述第一月牙形凹部和所述第二月牙形凹部被配置成各自接收厚度为所述月牙形凹部的凹部开口的尺寸的一至十倍的面板。
方面3.根据方面1至2中任一方面所述的增材制造的密封部件,其中所述第一月牙形凹部和所述第二月牙形凹部延伸所述细长主体的整个长度。
方面4.根据方面1至3中任一方面所述的增材制造的密封部件,其中所述细长主体的大部分具有均匀的横截面几何形状。
方面5.根据方面1至4中任一方面所述的增材制造的密封部件,其中所述细长主体具有多孔结构。
方面6.根据方面1至5中任一方面所述的增材制造的密封部件,其中所述第一月牙形凹部和所述第二月牙形凹部是三角形的。
方面7.根据方面1至6中任一方面所述的增材制造的密封部件,其中:所述第一月牙形凹部被配置成使得在接收厚度大于所述第一月牙形凹部开口的面板时,所述第一尖端区段、所述第二尖端区段和所述第一壁经由三点接触固定所述面板;并且所述第二月牙形凹部被配置成使得在接收厚度大于所述第二月牙形凹部开口的面板时,所述第三尖端区段、所述第四尖端区段和所述第二壁经由三点接触固定所述面板。
方面8.根据方面1至7中任一方面所述的增材制造的密封部件,其中:所述第一月牙形凹部被配置成使得在接收厚度大于所述第一月牙形凹部开口的面板时,所述第一尖端区段和所述第二尖端区段弹性变形以加宽所述第一月牙形凹部开口;并且所述第二月牙形凹部被配置成使得在接收厚度大于所述第二月牙形凹部开口的面板时,所述第三尖端区段和所述第四尖端区段弹性变形以加宽所述第二月牙形凹部开口。
方面9.根据方面1至8中任一方面所述的增材制造的密封部件,其中所述第三容积至少沿着所述中心线是可压缩的,使得当所述第三容积被压缩时,所述第一月牙形凹部和第二月牙形凹部之间的距离减小。
方面10.根据方面1至9中任一方面所述的增材制造的密封部件,其中所述细长主体被配置成将第一面板接收在所述第一月牙形凹部中,并且将第二面板接收在所述第二月牙形凹部中;并且其中所述第一月牙形凹部和所述第二月牙形凹部之间的距离至少从所述密封部件的壁厚度的两倍的最小值是可变的。
方面11.根据方面1至10中任一方面所述的增材制造的密封部件,其中所述第一共反应性组分包括含硫预聚物。
方面12.根据方面11所述的增材制造的密封部件,其中所述含硫预聚物包括聚硫醚、多硫化物、含硫聚缩甲醛、单硫化物或前述任何一种的组合。
方面13.根据方面12所述的增材制造的密封部件,其中所述聚硫醚是硫醇封端的聚硫醚。
方面14.根据方面1至13中任一方面所述的增材制造的密封部件,其中所述第二共反应性组分包括多烯预聚物。
方面15.根据方面14所述的增材制造的密封部件,其中所述多烯预聚物是聚乙烯基醚。
方面16.根据方面1至15中任一方面所述的增材制造的密封部件,其中所述第一共反应性组分和所述第二共反应性组分中的至少一者进一步包括阻燃填料颗粒。
方面17.根据方面1至16中任一方面所述的增材制造的密封部件,其中所述第一共反应性组分和所述第二共反应性组分中的至少一者进一步包括流变改性填料颗粒。
方面18.根据方面17所述的增材制造的密封部件,其中所述流变改性填料颗粒包括有机填料颗粒或无机填料颗粒。
方面19.根据方面1至18中任一方面所述的增材制造的密封部件,其中所述第一共反应性组分和所述第二共反应性组分中的至少一者进一步包括轻质填料颗粒。
方面20.根据方面1至19中任一方面所述的增材制造的密封部件,其中所述第一共反应性组分和所述第二共反应性组分中的至少一者进一步包括消音填料颗粒。
方面21.一种飞机部件,其包括:第一面板;第二面板;和细长密封部件,所述细长密封部件具有:第一月牙形凹部和与所述第一月牙形凹部相对的第二月牙形凹部,所述第一月牙形凹部和所述第二月牙形凹部限定中心线,所述第一月牙形凹部牢固地联接到所述第一面板,所述第二月牙形凹部牢固地联接到所述第二面板;在所述中心线的第一侧上的第一容积;在所述中心线的第二侧上的第二容积;和在所述第一月牙形凹部和所述第二月牙形凹部之间的第三容积,使得所述中心线穿过所述第三容积;其中所述第一月牙形凹部由第一月牙形凹部开口、所述第一容积的第一尖端区段、所述第二容积的第二尖端区段和所述第三容积的第一壁勾勒;其中所述第二月牙形凹部由第二月牙形凹部开口、所述第一容积的第三尖端区段、所述第二容积的第四尖端区段和所述第三容积的第二壁勾勒;其中所述细长密封部件包括热固性聚合物,所述热固性聚合物通过以下形成:通过至少混合至少第一共反应性组分和第二共反应性组分来形成反应性混合物,所述第一共反应性组分包括硫醇封端的聚硫醚,所述第二共反应性组分包括聚乙烯基醚;逐层沉积所述反应性混合物以形成所述细长密封部件;以及经由光化辐射源使沉积的反应性混合物固化。
方面22.根据方面21所述的飞机部件,其中所述第一月牙形凹部和所述第二月牙形凹部被配置成各自接收厚度为所述月牙形凹部的凹部开口的尺寸的一至十倍的面板。
方面23.根据方面21至22中任一方面所述的飞机部件,其中所述第一月牙形凹部和所述第二月牙形凹部延伸所述细长主体的整个长度。
方面24.根据方面21至23中任一方面所述的飞机部件,其中所述细长主体的大部分具有均匀的横截面几何形状。
方面25.根据方面21至24中任一方面所述的飞机部件,其中所述细长主体具有多孔结构。
方面26.根据方面21至25中任一方面所述的飞机部件,其中所述第一月牙形凹部和所述第二月牙形凹部是三角形的。
方面27.根据方面21至26中任一方面所述的飞机部件,其中:所述第一月牙形凹部被配置成使得在接收厚度大于所述第一月牙形凹部开口的面板时,所述第一尖端区段、所述第二尖端区段和所述第一壁经由三点接触固定所述面板;并且所述第二月牙形凹部被配置成使得在接收厚度大于所述第二月牙形凹部开口的面板时,所述第三尖端区段、所述第四尖端区段和所述第二壁经由三点接触固定所述面板。
方面28.根据方面21至27中任一方面所述的飞机部件,其中:所述第一月牙形凹部被配置成使得在接收厚度大于所述第一月牙形凹部开口的面板时,所述第一尖端区段和所述第二尖端区段弹性变形以加宽所述第一月牙形凹部开口;并且所述第二月牙形凹部被配置成使得在接收厚度大于所述第二月牙形凹部开口的面板时,所述第三尖端区段和所述第四尖端区段弹性变形以加宽所述第二月牙形凹部开口。
方面29.根据方面21至28中任一方面所述的飞机部件,其中所述第三容积至少沿着所述中心线是可压缩的,使得当所述第三容积被压缩时,所述第一月牙形凹部和第二月牙形凹部之间的距离减小。
方面30.根据方面21至29中任一方面所述的飞机部件,其中所述第一月牙形凹部和所述第二月牙形凹部之间的所述距离至少是所述密封部件的壁厚度的两倍的最小值。
方面31.根据方面21至30中任一方面所述的飞机部件,其中所述第一共反应性组分包括含硫预聚物。
方面32.根据方面31所述的飞机部件,其中所述含硫预聚物包括聚硫醚、多硫化物、含硫聚缩甲醛、单硫化物或前述任何一种的组合。
方面33.根据方面32所述的飞机部件,其中所述聚硫醚是硫醇封端的聚硫醚。
方面34.根据方面21至33中任一方面所述的飞机部件,其中所述第二共反应性组分包括多烯预聚物。
方面35.根据方面34所述的飞机部件,其中所述多烯预聚物是聚乙烯基醚。
方面36.根据方面21至35中任一方面所述的飞机部件,其中所述第一共反应性组分和所述第二共反应性组分中的至少一者进一步包括阻燃填料颗粒。
方面37.根据方面21至36中任一方面所述的飞机部件,其中所述第一共反应性组分和所述第二共反应性组分中的至少一者进一步包括流变改性填料颗粒。
方面38.根据方面37的飞机部件,其中所述流变改性填料颗粒包括有机填料颗粒或无机填料颗粒。
方面39.根据方面21至38中任一方面所述的飞机部件,其中所述第一共反应性组分和所述第二共反应性组分中的至少一者进一步包括轻质填料颗粒。
方面40.根据方面21至39中任一方面所述的飞机部件,其中所述第一共反应性组分和所述第二共反应性组分中的至少一者进一步包括消音填料颗粒。
方面41.一种增材制造密封部件的方法,其包括:将第一共反应性组分和第二共反应性组分输送到混合室中,所述第一共反应性组分包括硫醇封端的聚硫醚,所述第二共反应性组分包括聚乙烯基醚;将所述第一共反应性组分和所述第二共反应性组分混合以形成反应性混合物;逐层沉积所述反应性混合物以形成细长主体;以及经由光化辐射源使沉积的反应性混合物固化;其中所述细长主体包括:第一月牙形凹部和与所述第一月牙形凹部相对的第二月牙形凹部,所述第一月牙形凹部和所述第二月牙形凹部限定中心线;在所述中心线的第一侧上的第一容积;在所述中心线的第二侧上的第二容积;和在所述第一月牙形凹部和所述第二月牙形凹部之间的第三容积,使得所述中心线穿过所述第三容积;其中所述第一月牙形凹部由第一月牙形凹部开口、所述第一容积的第一尖端区段、所述第二容积的第二尖端区段和所述第三容积的第一壁勾勒;其中所述第二月牙形凹部由第二月牙形凹部开口、所述第一容积的第三尖端区段、所述第二容积的第四尖端区段和所述第三容积的第二壁勾勒。
方面42.根据方面41所述的方法,其中所述第一月牙形凹部和所述第二月牙形凹部被配置成各自接收厚度为所述月牙形凹部的凹部开口的尺寸的一至十倍的面板。
方面43.根据方面41至42中任一方面所述的方法,其中所述第一月牙形凹部和所述第二月牙形凹部延伸所述细长主体的整个长度。
方面44.根据方面41至43中任一方面所述的方法,其中所述细长主体的大部分具有均匀的横截面几何形状。
方面45.根据方面41至44中任一方面所述的方法,其中所述细长主体具有多孔结构。
方面46.根据方面41至45中任一方面所述的方法,其中所述第一月牙形凹部和所述第二月牙形凹部是三角形的。
方面47.根据方面41至46中任一方面所述的方法,其中:所述第一月牙形凹部被配置成使得在接收厚度大于所述第一月牙形凹部开口的面板时,所述第一尖端区段、所述第二尖端区段和所述第一壁经由三点接触固定所述面板;并且所述第二月牙形凹部被配置成使得在接收厚度大于所述第二月牙形凹部开口的面板时,所述第三尖端区段、所述第四尖端区段和所述第二壁经由三点接触固定所述面板。
方面48.根据方面41至47中任一方面所述的方法,其中:所述第一月牙形凹部被配置成使得在接收厚度大于所述第一月牙形凹部开口的面板时,所述第一尖端区段和所述第二尖端区段弹性变形以加宽所述第一月牙形凹部开口;并且所述第二月牙形凹部被配置成使得在接收厚度大于所述第二月牙形凹部开口的面板时,所述第三尖端区段和所述第四尖端区段弹性变形以加宽所述第二月牙形凹部开口。
方面49.根据方面41至48中任一方面所述的方法,其中所述第三容积至少沿着所述中心线是可压缩的,使得当所述第三容积被压缩时,所述第一月牙形凹部和第二月牙形凹部之间的距离减小。
方面50.根据方面41至49中任一方面所述的方法,其中所述细长主体被配置成将第一面板接收在所述第一月牙形凹部中,并且将第二面板接收在所述第二月牙形凹部中;并且其中所述第一月牙形凹部和所述第二月牙形凹部之间的距离至少从所述密封部件的壁厚度的两倍的最小值是可变的。
方面51.根据方面41至50中任一方面所述的方法,其中所述第一共反应性组分包括含硫预聚物。
方面52.根据方面51所述的方法,其中所述含硫预聚物包括聚硫醚、多硫化物、含硫聚缩甲醛、单硫化物或前述任何一种的组合。
方面53.根据方面52所述的方法,其中所述聚硫醚是硫醇封端的聚硫醚。
方面54.根据方面41至53中任一方面所述的方法,其中所述第二共反应性组分包括多烯预聚物。
方面55.根据方面54所述的方法,其中所述多烯预聚物是聚乙烯基醚。
方面56.根据方面41至55中任一方面所述的方法,其中所述第一共反应性组分和所述第二共反应性组分中的至少一者进一步包括阻燃填料颗粒。
方面57.根据方面41至56中任一方面所述的方法,其中所述第一共反应性组分和所述第二共反应性组分中的至少一者进一步包括流变改性填料颗粒。
方面58.根据方面57所述的方法,其中所述流变改性填料颗粒包括有机填料颗粒或无机填料颗粒。
方面59.根据方面41至58中任一方面所述的方法,其中所述第一共反应性组分和所述第二共反应性组分中的至少一者进一步包括轻质填料颗粒。
方面60.根据方面41至59中任一方面所述的方法,其中所述第一共反应性组分和所述第二共反应性组分中的至少一者进一步包括消音填料颗粒。
方面61.一种物质组合物,其包括:第一共反应性组分,所述第一共反应性组分包括含硫预聚物;第二共反应性组分,所述第二共反应性组分包括多烯预聚物,并且所述第二共反应性组分在混合并暴露于光化辐射源时与所述第一共反应性组分具有反应性;和阻燃填料颗粒,所述阻燃填料颗粒分散在物质组合物中。
方面62.根据方面61所述的组合物,当以0.125英寸的厚度浇铸并固化时,具有310至360psi的拉伸强度。
实施例
通过参考以下实施例来进一步说明由本公开提供的实施方案,这些实施例描述了增材制造的线性密封部件、增材制造线性密封部件的方法和用于增材制造线性密封部件的共反应性组合物。对于本领域技术人员来说将显而易见的是,在不脱离本公开的范围的情况下,可以对材料和方法进行许多修改。
实施例1
UV固化的聚硫醚线性密封部件
使用可光化辐射固化的硫醇-烯基树脂制剂3D打印线性密封部件。具体地,根据实施例1的线性密封部件使用描述于实施例5中的制剂生产,并且具有与图2A的线性密封部件200相同的结构设计。
硫醇-烯制剂包括硫醇封端和烯基封端的树脂、流变改性剂和填料以及光引发剂的混合物。制剂储存在-40℃的不透UV的管中,并且在使用前解冻至23℃。硫醇-烯制剂使用定制的3D打印机进行3D打印,该打印机由LulzBot Taz 3D打印台架和与ViscoTecEco-DUO双挤出机集成的打印床组成。将UV源(标称峰值波长为395nm的WF-501B UV LED闪光灯)安装在ViscoTec挤出机上,并且在距挤出机23英寸的距离处朝向挤出机的施加点。
将硫醇和烯基组分装载到不透明的Nordson筒中,使用铝箔包裹的聚四氟乙烯管将该筒连接到ViscoTec挤出机,以防止环境光穿透。在氮气下将装载的筒加压至80psi(0.551N/mm2),并且使用定制写入的G代码进行打印,该G代码同时引导打印头和打印床,同时切换通过经由ViscoTec挤出机混合硫醇和烯基组分形成的共反应性组合物的流动。
在挤出开始后,打开UV LED灯。将液体硫醇-烯制剂通过内径为0.6mm的静态混合喷嘴挤出到打印床上。使用120mm/s的打印头速度和1.2mL/min的流动速率来打印线性密封部件。在这些条件下,挤出的共反应性组合物在离开挤出机后5秒内固化。
实施例2
声学测试
图5示出了用于对线性密封部件进行消音性质测试的声学测试设备500。如所示出的,声学测试设备500包括声室502,该声室在声腔的第一侧上具有第一面板504和第二面板506。第一面板504和第二面板被配置成被调节以在它们之间形成各种间隙尺寸的面板间隙。间隙尺寸可以通过转动联接到线性滑轨510的调节旋钮516来调节。具体地,第一面板504可以经由第一面板联接到的第一滑块512联接到线性滑轨510。第二面板506可以经由第二面板联接到的第二滑块514联接到线性滑轨510。声室502进一步具有声源开口518和麦克风开口520。声源开口518可以允许声源(例如,扬声器)被定位在声源开口处以在声室502中传递声音。麦克风开口520可以允许麦克风位于声室502内部,以测量声室内部的声压水平。然后将声强探头放置在声室外部靠近面板间隙的位置。
由于包括可调节面板的腔室由铝面板构成,因此面板间隙模拟噪音泄漏区域,如在飞机机舱环境中,并且通过在面板间隙中插入线性密封部件,可以测量声学插入损耗性能。为了执行声学阻尼测试,线性密封部件被安装在面板之间,声源被激活以将声压传递到声室中,然后第一麦克风进行与腔室内的噪声水平相对应的第一测量,同时声强探头进行与腔室外的噪声水平相对应的第二测量。实施例2的测试条件包括18英寸×12英寸×12英寸的声室,该声室在两个1/8英寸的铝面板之间具有调节到1/8英寸的可调节间隙。声源被设置为随机并以恒定水平产生高达25.6kHz的噪声。声强探头放置在声室内部靠近线性密封部件的中央。声强探头放置在声室外部靠近线性密封部件的中央,距离面板间隙约2英寸。声强探头可以包括两个麦克风,这两个麦克风被配置成在50Hz至12.5kHz(1/3倍频程带)的频率下检测测量压力水平。声强探头可以平均16秒/点进行测量。声音测试的环境是在室温和在消声室内。
实施例3
声压水平频谱
图6示出了开放间隙配置的从50Hz至12.5kHz的1/3倍频程带的声压水平频谱,并且其中该间隙用根据实施例1的线性密封部件密封。如所示出的,对于实施例1的线性密封部件,在整个频谱上观察到高插入损耗,该高插入损耗可以通过计算在开放间隙配置和密封间隙配置下测量的声压水平之间的差异来确定。
实施例4
具有密封器和没有密封器的总声压水平
图7示出了对比直方图,其示出了在没有密封器和具有密封器的情况下总声压水平的降低。来自源参考的声压水平由声室内的麦克风测量。如所示出的,具有1/8英寸的宽度的开口间隙的声室外部的总声压水平为90.6dB(A)。而在安装通用泡沫密封器后,声室外部的总声压水平降低至79.7dB(A)。在安装了根据实施例1的线性密封部件的情况下,声室外部的总声压水平降低至75.1dB(A)。
UV可固化聚硫醚化学物质
通过组合第一组分(即A部分)和第二组分(即B部分)来制备可光化辐射固化的硫醇-烯基的共反应性组合物。
硫醇-烯基的共反应性组合物可以在没有光化辐射的环境条件下至少部分地固化,这可以有助于挤出的组合物在逐层挤出期间和/或在随后的光化辐射期间承受其重量。硫醇-烯基的共反应性组合物的此类多重固化性质可以有助于在整个3D打印的零件中实现共价键合。
硫醇-烯制剂包括硫醇封端和烯基封端的树脂、流变改性剂和填料以及光引发剂的混合物。
表1
实施例5
实施例5的硫醇-烯制剂是B部分与A部分以100比8.37的混合比制备的。
表2
实施例6
实施例6的硫醇-烯制剂是B部分与A部分以100比8.05的混合比制备的。
表3
实施例7
实施例7的硫醇-烯制剂是B部分与A部分以100比8.05的混合比制备的。
表4
实施例8
实施例8的硫醇-烯制剂是B部分与A部分以100比7.57的混合比制备的。
表5
实施例9
实施例9的硫醇-烯制剂是B部分与A部分以100比7.57的混合比制备的。
实施例10
来自实施例5至9的未固化的共反应性组合物的流变性质
未固化的密封剂制剂在室温下使用25mm平行板几何形状在没有光暴露的情况下进行测量。从0.1 1/s至200 1/s的剪切速率测量粘度。通过将剪切速率保持在0.1 1/s持续200秒来测量粘度恢复率。
图8A显示了实施例5至9的未固化的共反应性组合物在预定的剪切速率范围下的粘度。
图8B显示了来自实施例5至9的未固化的共反应性组合物在时间内的剪切后粘度。
实施例11
表6
来自实施例5至9的共反应性组合物的物理性质
将密封剂制剂施加到基材上至0.125英寸(3.175mm)的厚度。将密封剂暴露于1J/cm2至2J/cm2的UVA辐射。根据ASTM D220使用A型硬度计来测量肖氏A硬度。根据ASTM D412模具C来测量拉伸强度和伸长率。通过将密封剂制剂施加到0.4英寸深度的凹槽中来测量固化深度。固化深度通过确定样品在暴露后完全固化的深度来获得。
对照 | 样品A | 样品B | 样品C | 样品D | |
固化深度(mm) | 9.87 | 7.56 | 7.27 | 7.34 | 7.01 |
硬度(肖氏A) | 45 | 37 | 40 | 36 | 35 |
拉伸强度(psi) | 392+/-17 | 318+/-8 | 350+/-21 | 333+/-25 | 329+/-6 |
伸长率(%) | 324+/-14 | 443+/-28 | 477+/-41 | 456+/-28 | 425+/-23 |
实施例12
表7
来自实施例5至9的固化的共反应性组合物的阻燃性质
标有星号的数据集包含具有零值的样品,这表示自熄条件。根据CFR 14§25.853(a)附录F部分I(a)1(iv)规范获得的结果。平均燃烧速率不超过2.5英寸/分钟。
实施例13
线性密封部件尺寸
图9是显示根据本公开的各种实施方案的线性密封部件的尺寸的图。应当理解,本公开的线性密封部件可以按比例放大或缩小,以配合在不同厚度的面板和不同尺寸的面板间隙之间。在某些实施例中,面板厚度(t)、间隙尺寸(w)、部件壁厚度(z)、凹部开口尺寸(x)、凹部深度(y)和凹部内壁宽度(v)之间的关系可以由式(14)、(15)、(16)、(17)中的一者或多者来描述:
y=4x (14)
v=10x (15)
2z≤w (16)
x≤t≤v (17)
在各种实施例中,当相应的月牙形凹部联接到面板时,本公开的线性密封部件的每个月牙形凹部可以形成两个翼形凹部。翼形凹部的尺寸可以由式(18)、(19)、(20)中的一者或多者来描述:
a=5x–(t/2) (18)
c2=(4x)2+(4.5x)2 (19)
b2=c2–(5x-(t/2))2 (20)
最后,应当注意,存在实现本文所公开的实施方案的替代方式。因此,本实施方案被认为是说明性的而非限制性的。此外,权利要求不限于本文所给出的细节,并且适用于其全部范围及其等同物。
Claims (23)
1.一种增材制造的密封部件,其包括:
细长主体,所述细长主体具有:
第一凹部和与所述第一凹部相对的第二凹部,所述第一凹部和所述第二凹部限定中心线;
在所述中心线的第一侧上的第一容积;
在所述中心线的第二侧上的第二容积;和
在所述第一凹部和所述第二凹部之间的第三容积,使得所述中心线穿过所述第三容积;
其中所述第一凹部由第一凹部开口、所述第一容积的第一尖端区段、所述第二容积的第二尖端区段和所述第三容积的第一壁勾勒;
其中所述第二凹部由第二凹部开口、所述第一容积的第三尖端区段、所述第二容积的第四尖端区段和所述第三容积的第二壁勾勒;
其中所述细长主体包括热固性聚合物,所述热固性聚合物通过以下形成:
通过至少混合至少第一共反应性组分和第二共反应性组分形成共反应性混合物;
逐层沉积所述反应性混合物以形成所述细长主体;以及
经由光化辐射源使沉积的反应性混合物固化。
2.根据权利要求1所述的增材制造的密封部件,其中所述第一凹部和所述第二凹部被配置成各自接收厚度为所述凹部的凹部开口的尺寸的一至十倍的面板。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的增材制造的密封部件,其中所述第一凹部和所述第二凹部延伸所述细长主体的整个长度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的增材制造的密封部件,其中所述细长主体的大部分具有均匀的横截面几何形状。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的增材制造的密封部件,其中所述细长主体具有多孔结构。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的增材制造的密封部件,其中所述第一凹部和所述第二凹部是三角形的。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的增材制造的密封部件,其中:
所述第一凹部被配置成使得在接收厚度大于所述第一凹部开口的面板时,所述第一尖端区段、所述第二尖端区段和所述第一壁经由三点接触固定所述面板;并且
所述第二凹部被配置成使得在接收厚度大于所述第二凹部开口的面板时,所述第三尖端区段、所述第四尖端区段和所述第二壁经由三点接触固定所述面板。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的增材制造的密封部件,其中:
所述第一凹部被配置成使得在接收厚度大于所述第一凹部开口的面板时,所述第一尖端区段和所述第二尖端区段弹性变形以加宽所述第一凹部开口;并且
所述第二凹部被配置成使得在接收厚度大于所述第二凹部开口的面板时,所述第三尖端区段和所述第四尖端区段弹性变形以加宽所述第二凹部开口。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的增材制造的密封部件,其中所述第三容积至少沿着所述中心线是可压缩的,使得当所述第三容积被压缩时,所述第一凹部和第二凹部之间的距离减小。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的增材制造的密封部件,其中所述细长主体被配置成:
将第一面板接收在所述第一凹部中,并且将第二面板接收在所述第二凹部中;
其中所述第一凹部和所述第二凹部之间的距离至少从所述密封部件的壁厚度的两倍的最小值是可变的。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的增材制造的密封部件,其中所述第一共反应性组分包括含硫预聚物。
12.根据权利要求11所述的增材制造的密封部件,其中所述含硫预聚物包括聚硫醚、多硫化物、含硫聚缩甲醛、单硫化物或前述任何一种的组合。
13.根据权利要求12所述的增材制造的密封部件,其中所述聚硫醚是硫醇封端的聚硫醚。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的增材制造的密封部件,其中所述第二共反应性组分包括多烯预聚物。
15.根据权利要求14所述的增材制造的密封部件,其中所述多烯预聚物是聚乙烯基醚。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的增材制造的密封部件,其中所述第一共反应性组分和所述第二共反应性组分中的至少一者进一步包括阻燃填料颗粒。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的增材制造的密封部件,其中所述第一共反应性组分和所述第二共反应性组分中的至少一者进一步包括流变改性填料颗粒。
18.根据权利要求17所述的增材制造的密封部件,其中所述流变改性填料颗粒包括有机填料颗粒或无机填料颗粒。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的增材制造的密封部件,其中所述第一共反应性组分和所述第二共反应性组分中的至少一者进一步包括轻质填料颗粒。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的增材制造的密封部件,其中所述第一共反应性组分和所述第二共反应性组分中的至少一者进一步包括消音填料颗粒。
21.一种飞机部件,其包括:
第一面板;
第二面板;和
细长密封部件,所述细长密封部件具有:
第一凹部和与所述第一凹部相对的第二凹部,所述第一凹部和所述第二凹部限定中心线,所述第一凹部牢固地联接到所述第一面板,所述第二凹部牢固地联接到所述第二面板;
在所述中心线的第一侧上的第一容积;
在所述中心线的第二侧上的第二容积;和
在所述第一凹部和所述第二凹部之间的第三容积,使得所述中心线穿过所述第三容积;
其中所述第一凹部由第一凹部开口、所述第一容积的第一尖端区段、所述第二容积的第二尖端区段和所述第三容积的第一壁勾勒;
其中所述第二凹部由第二凹部开口、所述第一容积的第三尖端区段、所述第二容积的第四尖端区段和所述第三容积的第二壁勾勒;
其中所述细长密封部件包括热固性聚合物,所述热固性聚合物通过以下形成:
通过至少混合至少第一共反应性组分和第二共反应性组分来形成反应性混合物,所述第一共反应性组分包括硫醇封端的聚硫醚,所述第二共反应性组分包括聚乙烯基醚;
逐层沉积所述反应性混合物以形成所述细长密封部件;以及
经由光化辐射源使沉积的反应性混合物固化。
22.一种增材制造密封部件的方法,其包括:
将第一共反应性组分和第二共反应性组分输送到混合室中,所述第一共反应性组分包括硫醇封端的聚硫醚,所述第二共反应性组分包括聚乙烯基醚;
所述第一共反应性组分和所述第二共反应性组分混合以形成反应性混合物;
逐层沉积所述反应性混合物以形成细长主体;以及
经由光化辐射源使沉积的反应性混合物固化;
其中所述细长主体包括:
第一凹部和与所述第一凹部相对的第二凹部,所述第一凹部和所述第二凹部限定中心线;
在所述中心线的第一侧上的第一容积;
在所述中心线的第二侧上的第二容积;和
在所述第一凹部和所述第二凹部之间的第三容积,使得所述中心线穿过所述第三容积;
其中所述第一凹部由第一凹部开口、所述第一容积的第一尖端区段、所述第二容积的第二尖端区段和所述第三容积的第一壁勾勒;
其中所述第二凹部由第二凹部开口、所述第一容积的第三尖端区段、所述第二容积的第四尖端区段和所述第三容积的第二壁勾勒。
23.一种物质组合物,其包括:
第一共反应性组分,所述第一共反应性组分包括含硫预聚物;
第二共反应性组分,所述第二共反应性组分包括多烯预聚物,并且所述第二共反应性组分在混合并暴露于光化辐射源时与所述第一共反应性组分具有反应性;和
阻燃填料颗粒,所述阻燃填料颗粒分散在物质组合物中;
其中当以0.125英寸的厚度浇铸并固化时,所述组合物具有:
在310至360psi之间的拉伸强度;或者
420%至480%的伸长率。
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