DE60314775T2

DE60314775T2 - Strömungswiderstandsverringernder mehrschichtfilm

Info

Publication number: DE60314775T2
Application number: DE60314775T
Authority: DE
Inventors: Timothy M. Saint Paul DIETZ; Daniel R. Saint Paul FRONEK
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2002-12-31
Filing date: 2003-11-11
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2023-11-12
Also published as: DE60314775D1; WO2004060662A1; AU2003285175A1; EP1578600A1; JP2006512230A; BR0317475A; ATE366181T1; US7070850B2; BRPI0317475B1; EP1578600B1; US20040126541A1

Description

HINTERGRUND
Diese Erfindung betrifft Gegenstände, die auf Oberflächen zum Verringern des Strömungswiderstands aufgebracht werden können, der durch Fluide (beispielsweise Luft, Gas, Wasser usw.), die über derartige Oberflächen strömen, hervorgerufen wird.
Es ist wünschenswert, den Strömungswiderstand zu verringern, der durch Körper hervorgerufen wird, die durch Fluidmedien hindurchgehen, wie beispielsweise Flugzeuge, die sich durch die Luft bewegen, ein Boot, das sich durch Wasser bewegt oder ein Motorfahrzeug, das sich durch Luft bewegt. Relativ geringe Reduktionen des Strömungswiderstands können den Kraftstoff, der zum Antreiben des Körpers erforderlich ist, signifikant reduzieren. Dies kann zu erhöhter Kraftstoffeinsparung führen.
Um ihren Nutzen zu verbessern, sollten den Strömungswiderstand verringernde Gegenstände gewisse Eigenschaften besitzen. Beispielsweise sollten sie witterungsbeständig sein. Das bedeutet, dass die den Strömungswiderstand verringernden Gegenstände durch Aussetzen Ultraviolettstrahlung, Wind, Sand, Regen, Schnee, Eis, wiederholten und starken Temperaturschwankungen usw. gegenüber sich nicht verschlechtern oder an Leistungsfähigkeit verlieren sollten. Des Weiteren sollten der den Strömungswiderstand verringernde Gegenstand an der Außenseite des Fahrzeugs, an die er aufgebracht wird, beispielsweise einem Flugzeug, gut festhalten, und sollte gegen Fluide, denen er eventuell ausgesetzt wird, beispielsweise organische Lösungsmittel, widerstandsfähig sein. Ein gewisser Grad von Anschmiegsamkeit ist ebenfalls erwünscht, um das Aufbringen auf flache Oberflächen oder solche, die glatte Konturen aufweisen, das heißt diejenigen, die im Wesentlichen von Oberflächenvorsprüngen, wie beispielsweise erhobenen Nieten, frei sind, zu erleichtern. Bei einigen Anwendungen sollte der den Strömungswiderstand verringernde Gegenstand sich sauber und leicht von einer Oberfläche, auf die er aufgebracht worden ist, entfernen lassen. Schließlich ist es wünschenswert, dass der den Strömungswiderstand verringernde Gegenstand leicht, beispielsweise durch Minimieren der Anzahl von Schichten bei seiner Konstruktion, herzustellen ist. Durch Minimieren der Anzahl von Schichten, die für einen den Strömungswiderstand verringernden Gegenstand erforderlich sind, können die Herstellungskosten ebenfalls verringert werden.
Verschiedene, den Strömungswiderstand verringernde Gegenstände sind bekannt und umfassen eine thermoplastische oder duroplastische polymere Folie, die eine mit einem Muster versehene Oberfläche aufweist, die den Strömungswiderstand verringert. Beispiele dieser Gegenstände sind in den US-Patentschriften Nr. 4,986,496 ; 5,069,403 und 5,133,516 , die jede an Marentic et al. vergeben worden sind, vorzufinden. Die Gegenstände von Marentic et al. verringern den Strömungswiderstand auf nützliche Weise. Ein anderes Beispiel von den Strömungswiderstand verringernden Gegenständen sind in der an Fronek et al. vergebenen US-Patentschrift Nr. 5,848,769 vorzufinden. Die Gegenstände von Fronek et al. verbessern das Ergebnis im Vergleich mit denjenigen von Marentic et al. durch Bieten verbesserter Handhabungsfähigkeit, Entfernbarkeit und Bewitterungscharakteristiken, während sie den Strömungswiderstand auf nützliche Weise verringern.
ZUSAMMENFASSUNG
Den Strömungswiderstand verringernder Gegenstand aufweisend:

(a) eine Außenschicht mit einer bloßgelegten, mit einem Muster versehenen Oberfläche, die den Strömungswiderstand, der durch ein Fluid hervorgerufen wird, das über die Oberfläche fließt, reduziert, wobei: (1) die Außenschicht eine Mischung von ersten und zweiten Polymeren aufweist, wobei das erste Polymer polymerisierte Einheiten von Vinylidenfluorid aufweist und das zweite Polymer das Polymerisationsprodukt eines Monomers ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Butylmethacrylat und Kombinationen derselben aufweist; und (2) die bloßgelegte, mit einem Muster versehene Oberfläche eine Reihe im Wesentlichen paralleler Gipfel ist, die durch eine Reihe von im Wesentlichen parallelen Tälern getrennt sind;
(b) eine Klebstoffbindungsschicht für das Aufkleben des den Strömungswiderstand verringernden Gegenstands auf eine Fläche; und
(c) eine Zwischenschicht zwischen der Außenschicht und der Klebstoffbindungsschicht; wobei: die Zwischenschicht aufweist: eine Mischung von ersten und zweiten Polymeren, wobei das erste Polymer polymerisierte Einheiten von Vinylidenfluorid aufweist und das zweite Polymer das Polymerisationsprodukt eines Monomers ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Butylmethacrylat und Kombinationen derselben aufweist; und wobei der Gegenstand von verstärkungsmaterial frei ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnung noch besser verständlich, wobei ähnliche Bezugsnummern gleiche oder analoge Komponenten bezeichnen und wobei:
1 eine fragmentarische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, den Strömungswiderstand verringernden Gegenstands ist;
2 eine Schnittansicht, den Linien 2-2 in 1 entlang genommen, ist;
3 eine 2 ähnliche Schnittansicht ist, die jedoch eine alternative Ausführungsform der Erfindung zeigt, in der die den Strömungswiderstand verringernden Gegenstände grafische Bezeichnungen tragen;
4 eine 2 analoge Schnittansicht ist, die jedoch eine andere mit einem Muster versehene Oberfläche zeigt, die in erfindungsgemäßen, den Strömungswiderstand verringernden Gegenständen nützlich ist; und
5 eine 4 ähnliche Schnittansicht zeigt, die eine andere mit einem Muster versehene Oberfläche veranschaulicht, die in erfindungsgemäßen, den Strömungswiderstand verringernden Gegenständen nützlich ist.
6 ist eine 2 ähnliche Schnittansicht, die jedoch eine alternative Ausführungsform der Erfindung zeigt.
GENAUE BESCHREIBUNG
Wenden wir uns nun den Zeichnungen der 1 und 2 zu, die einen erfindungsgemäßen, den Strömungswiderstand verringernden Gegenstand 10 veranschaulichen, der opak, durchscheinend oder transparent sein kann. Der den Strömungswiderstand verringernde Gegenstand 10 umfasst eine äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 mit einer äußeren, mit einem Muster versehenen Oberfläche mit Gipfeln 20 und Tälern 22, eine wahlweise Zwischenschicht 12, eine Klebstoffbindungsschicht 14 und eine wahlweise, vorübergehende, entfernbare Schutzbekleidung 16. Die Begriffe „äußere, mit einem Muster versehene" und „äußere bloßgelegte, mit einem Muster versehene" werden hier auswechselbar verwendet.
Derartige Gegenstände sind an Fahrzeugen wie beispielsweise Flugzeugen, Zügen, Autos, Booten und Schiffen sowie anderen Oberflächen nützlich, über die ein Fluid strömen kann, wie beispielsweise Windmühlenrotorflügel oder die Innenfläche einer fluidfördernden Leitung. Sie können auf lackierten, (beispielsweise mit Epoxidgrundiermittel, chromatiertem Grundiermittel) grundierten oder nackten Oberflächen angewendet werden. Sie können an Metallflächen, insbesondere Aluminiumflächen angewendet werden, die eine anodisierte Oberfläche, eine chromatbehandelte Oberfläche (die durch Behandeln mit Alodine 1200, das von Amchem Products, Inc., Abmoler, PA, erhältlich ist, herrührt) oder eine auf andere Weise behandelte Oberfläche sein kann. Sie können auf Oberflächen von Verbundmaterialien wie beispielsweise durch Kohlefaser verstärkten Kunststoffen verwendet werden.
In einer Ausführungsform umfasst der den Strömungswiderstand verringernde Gegenstand 10 eine Trägerschicht 11 mit einer äußeren, bloßgelegten, mit einem Muster versehenen Oberfläche, eine Klebstoffbindungsschicht 14 und eine wahlweise vorübergehende entfernbare Schutzbekleidung 16 und ist von einer Verstärkungsschicht, wie derjenigen, die in der US-Patentschrift Nr. 5,848,769 beschrieben ist, frei. Es wird gesagt, dass derartige Materialien thermoplastische Polyurethane und Polyvinylchloride enthalten. Es hat sich gezeigt, dass ausreichend anschmiegsame, den Strömungswiderstand verringernde Gegenstände ohne Anwendung einer derartigen Schicht bereitgestellt werden können. Deshalb ist zu erwarten, dass die vorliegende Erfindung eine verbesserte Leichtigkeit der Herstellung und reduzierte Produktionskosten aufweist. Es ist auch zu erwarten, dass die vorliegende Erfindung eine verbesserte chemische Widerstandsfähigkeit gegen Fluide aufweist.
In einer alternativen Ausführungsform besteht der den Strömungswiderstand verringernde Gegenstand im Wesentlichen aus einem äußeren, mit einem Muster versehenen Träger 11, einer Klebstoffbindungsschicht 14 und einer wahlweisen vorübergehenden, entfernbaren Schutzbekleidung.
In einer anderen Ausführungsform umfasst der den Strömungswiderstand verringernde Gegenstand eine äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11, eine Klebstoffbindungsschicht 14 und eine Zwischenschicht 12 zwischen den Träger- und Bindungsschichten und ist von einer verstärkenden Schicht, wie in der US-Patentschrift Nr. 5,848,769 beschrieben, frei ist. Es hat sich gezeigt, dass ausreichend anschmiegsame, den Strömungswiderstand verringernde Gegenstände ohne Anwendung einer derartigen Schicht bereitgestellt werden können. Deshalb ist zu erwarten, dass die vorliegende Erfindung eine verbesserte Leichtigkeit der Herstellung und reduzierte Herstellungskosten aufweisen wird. Es ist auch zu erwarten, dass die vorliegende Erfindung eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen chemische Fluide aufweist.
In einer alternativen Ausführungsform besteht der den Strömungswiderstand verringernde Gegenstand im Wesentlichen aus einer äußeren, mit einem Muster versehenen Trägerschicht 11, die eine äußere, bloßgelegte, mit einem Muster versehene Oberfläche, eine Klebstoffbindungsschicht 14, eine Zwischenschicht 12 zwischen den Träger- und Bindungsschichten und eine wahlweise vorübergehende entfernbare Schutzbekleidung 16 aufweist.
Typischerweise und vorteilhafterweise umfasst der den Strömungswiderstand verringernde Gegenstand (ausschließlich der Bindungsschicht 14) thermoplastische Materialien, um das Herstellen des den Strömungswiderstand verringernden Gegenstands zu erleichtern. Thermoplastische Materialien können wiederholt erneut erhitzt und umgeformt werden, was die Herstellung des den Strömungswiderstand verringernder Gegenstands durch Extrusionsverfahren, wie hier noch vollständiger beschrieben, erleichtert.
Die äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 ist in der Lage, zu einem Muster (hier noch vollständiger beschrieben) gebildet zu werden, die einem Gegenstand 10 den Strömungswiderstand verringernde charakteristische Eigenschaften verleiht. Außerdem ist die äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 gegen die Exposition Chemikalien und dem Wetter gegenüber ausreichend widerstandsfähig, um die Verwendung des den Strömungswiderstand verringernden Gegenstands 10 bei Luftfahrtanwendungen zu erlauben.
Die Zwischenschicht 12 verleiht dem den Strömungswiderstand verringernden Gegenstand gute Handhabungscharakteristiken und fördert die Haftung zwischen der äußeren, mit einem Muster versehenen Trägerschicht 11 und der Klebstoffbindungsschicht 14. Das Einarbeiten der Schicht 12 erlaubt auch die Verwendung einer größeren Auswahl von Modifiziermaterialien in dem Gegenstand 10, wie beispielsweise Pigmenten, Farbstoffen, Antioxidationsmitteln, UV-Stabilisatoren usw., die sonst aufgrund von Verträglichkeitsproblemen bei der äußeren, mit einem Muster versehenen Trägerschicht 11 eventuell nicht verwendet werden könnten.
Die Klebstoffbindungsschicht 14 kann aus einem Haftklebstoff oder aus einer aushärtbarer Klebstoffschicht oder einer nicht ausgehärteter Verbundgegenstandschicht bestehen, von denen jede nach dem Aufbringen auf ein Substrat ausgehärtet werden können. Die Klebstoffbindungsschicht 14 befestigt den den Strömungswiderstand verringernden Gegenstand an einem Substrat, beispielsweise der Oberfläche eines Flugzeugs, dem Körper eines Boots oder eines anderen Wasserfahrzeugs, der Oberfläche eines Motorfahrzeugs, der Oberfläche eines Windmühlenrotorflügels oder der Innenfläche einer fluidfördernden Leitung.
Trägerschicht und Zwischenschicht
Um diese wünschenswerten Eigenschaften zu erreichen, werden eine äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 mit einer Außenfläche mit einem bloßgelegten Muster darauf und eine Zwischenschicht 12 geeigneterweise als Mischung verschiedener Polymere bereitgestellt, von denen mindestens eines eine gute chemische Widerstandsfähigkeit und Bewitterungsfestigkeit aufweist und mindestens eines von welchen gute Bindungseigenschaften besitzt. („Polymer" wird in diesem Zusammenhang allgemein gesprochen benutzt, um sowohl Homopolymere als auch Copolymere, das heißt Polymere, die von mehr als einem Monomer deriviert sind, einzuschließen.) Fluorpolymere, insbesondere diejenigen, die polymerisierte Einheiten von Vinylidenfluorid enthalten, haben sich als eine gute chemische Widerstandsfähigkeit und Bewitterungsfestigkeit aufweisend erwiesen. Acrylpolymere, insbesondere diejenigen, die polymerisierte Einheiten kurzkettiger Alkylmethacrylate enthalten, haben sich als gute Bindungseigenschaften und Handhabungscharakteristiken aufweisend erwiesen.
In einer Ausführungsform werden die äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 und die Zwischenschicht 12 als verschiedene Mischungen des Fluorpolymers und des Acrylpolymers gebildet, wobei die eigentlichen Mengen von dem erwünschten Gleichgewicht zwischen Fluidwiderstandsfähigkeit, Widerstandsfähigkeit gegen Ultraviolett- (UV-) Strahlung, Bewitterungsfestigkeit und durch das Fluorpolymer verliehene Steifigkeit und Haftung, Flexibilität und Handhabungsfähigkeit, die durch das Acrylpolymer verliehen werden, ab. In der äußeren, mit einem Muster versehenen Trägerschicht 11 wird ein höherer Gewichtsprozentsatz des Fluorpolymers dort verwendet, wo seine UV-Strahlungs-, Bewitterungs- und Chemikalien-Widerstandsfähigkeitseigenschaften erforderlich sind, während in der Zwischenschicht 12 ein höherer Prozentsatz an Acrylpolymer dort verwendet wird, wo gute Bindungseigenschaften zwischen der äußeren, mit einem Muster versehenen Trägerschicht 11 und der Klebstoffbindungsschicht 14 erforderlich sind. In einer Ausführungsform weist die äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 eine Mischung von mindestens etwa 70 Gew.-% Fluorpolymer auf. In einer anderen Ausführungsform weist die äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 eine Menge von bis zu etwa 30 Gew.-% Acrylpolymer auf. In einer Ausführungsform weist die äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht eine Mischung von bis zu etwa 90 Gew.-% Fluorpolymer auf. In einer anderen Ausführungsform weist die äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 mindestens etwa 10 Gew.-% Acrylpolymer auf. In einer weiteren Ausführungsform weist die äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 etwa 90 Gew.-% Fluorpolymer und 10 Gew.-% Acrylpolymer auf. Derartige Mischungen ermöglichen es, dass die äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 der Exposition über lange Zeit Wasser, Öl, Brennstoff, Lösungsmitteln, Hydraulikfluiden und dergleichen gegenüber ohne irgendeine auffallende Verschlechterung ihrer physikalischen Eigenschaften, Leistungsfähigkeit oder ihres Aussehens widersteht. Des Weiteren wird sie nicht wesentlich durch sauren Regen, Vogelkot oder andere angreifende Umgebungsagentien, denen der den Strömungswiderstand verringernde Gegenstand 10 während der normalen Verwendung ausgesetzt werden kann, nicht wesentlich beeinflusst. In einer Ausführungsform weist die Zwischenschicht 12 eine Mischung von mindestens etwa 70 Gew.-% Acrylpolymer auf. In einer anderen Ausführungsform weist die Zwischenschicht 12 bis zu etwa 30 Gew.-% Fluorpolymer auf. In einer anderen Ausführungsform weist die Zwischenschicht 12 eine Mischung von bis zu etwa 90 Gew.-% Acrylpolymer. In einer anderen Ausführungsform weist die Zwischenschicht 12 mindestens etwa 10 Gew.-% Fluorpolymer auf. In einer weiteren Ausführungsform weist die Zwischenschicht 12 etwa 90 Gew.-% Acrylpolymer und 10 Gew.-% Fluorpolymer auf. Derartige Mischungen ermöglichen es, dass die Zwischenschicht 12 dem den Strömungswiderstand verringernden Gegenstand gute Handhabungscharakteristiken verleiht und die Haftung zwischen der äußeren, mit einem Muster versehenen Trägerschicht 11 und der Klebstoffbindungsschicht 14 verbessert. Das Einarbeiten der Zwischenschicht 12 erlaubt auch die Verwendung einer größeren Auswahl von modifizierenden Materialien in dem Gegenstand 10, wie beispielsweise von Pigmenten, Farbstoffen, Antioxidationsmitteln, UV- Stabilisatoren usw., die sonst aufgrund von Verträglichkeitsproblemen mit der äußeren, mit einem Muster versehenen Trägerschicht 11 eventuell nicht verwendet werden könnten.
Geeignete Vinylidenfluorid enthaltende Fluorpolymere umfassen Poly(vinylidenfluorid) (PVDF). Ebenfalls nützlich sind Copolymere, die von polymerisierten Einheiten von Vinylidenfluorid und einem Monomer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylen, Hexafluorpropylen, Tetrafluorethylen und Kombinationen derselben deriviert sind, und Kombinationen von PVDF und Copolymeren von PVDF. Derartige Materialien weisen im Allgemeinen einen Schmelzindex (MI) von etwa 6–120, wenn ASTM D-1238 bei 230°C und 5 kg gemäß gemessen, und eine scheinbare Viskosität von 400–30.000 Pascal·Sekunden, wenn bei 240°C und 50 sec^–1 durch herkömmliche Möglichkeiten unter Anwendung eines Kapillarrheometers gemessen, auf. PVDF ist deshalb geeignet, weil es zu genauen Mustern geformt werden kann, um die äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 mit einer den Strömungswiderstand verringernden Gestalt bereitzustellen und Steifigkeit verleiht. PVDF weist die Fähigkeit auf, ein genaues, den Strömungswiderstand verringerndes Muster leichter beizubehalten, als die thermoplastischen Materialien, die bisher für den Strömungswiderstand verringernde Gegenstände verwendet worden sind.
Verschiedene Acrylpolymere, beispielsweise Acrylharze mittlerer bis niedriger Molmasse mit einer gewichtsdurchschnittlichen Molmasse unter 750.000, einschließlich Mischungen oder Copolymere, die mindestens zwei Materialien aufweisen, die aus der Gruppe ausgewählt sind bestehend aus Methylmethacrylat-, Ethylmethacrylat-, Butylmethacrylat- und Methacrylatcopolymeren, können verwendet werden. Poly(methylmethacrylat) (PMMA) ist geeignet.
Die Schichten 11 und 12 können auch Zusatzmittel wie UV-Stabilisatoren (beispielsweise die TINUVIN-Familie von Stabilisatoren, die von Ciba-Geigy Corp., Hawthorne, NY, erhältlich ist); Antioxidationsmittel; Füllstoffe wie Glas, Keramik- oder Polymerkugeln; Pigmente; Verarbeitungshilfsmittel wie Polyolefinpolymere und Flammenschutzmittel enthalten.
In einer Ausführungsform kann die äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 mindestens etwa 5 Mikrometer (0,0002 Zoll) dick sein. In einer anderen Ausführungsform kann die äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 bis zu etwa 410 Mikrometer (0,016 Zoll) dick sein. In einer Ausführungsform kann die äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 mindestens etwa 13 Mikrometer (0,0005 Zoll) dick sein. In einer anderen Ausführungsform kann die äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 bis zu etwa 40 Mikrometer (0,0015 Zoll) dick sein. Bei Verwendung ohne Zwischenschicht 12 kann die äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 mindestens etwa 13 Mikrometer (0,0005 Zoll) dick sein. In einer anderen Ausführungsform kann die äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 bis zu etwa 410 Mikrometer (0,016 Zoll) dick sein, wenn sie ohne Zwischenschicht 12 verwendet wird.
Bei Verwendung in Kombination mit der Zwischenschicht 12 kann die äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 mindestens etwa 5 Mikrometer (0,0002 Zoll) dick sein. In einer anderen Ausführungsform kann die die äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 bis zu etwa 410 Mikrometer (0,016 Zoll) dick sein, wenn sie in Kombination mit der Zwischenschicht 12 verwendet wird. Die Zwischenschicht 12 kann mindestens etwa 3 Mikrometer (0,0001 Zoll) dick sein. In einer anderen Ausführungsform kann die Zwischenschicht 12 bis zu etwa 410 Mikrometer (0,016 Zoll) dick sein. In einer weiteren Ausführungsform kann die Zwischenschicht 12 bis zu etwa 12 Mikrometer (0,0005 mil) dick sein. Insgesamt kann die kombinierte Dicke der Schichten 11 und 12 mindestens etwa 8 Mikrometer (0,0003 Zoll) betragen. In einer anderen Ausführungsform kann die kombinierte Gesamtdicke der Schichten 11 und 12 bis zu etwa 415 Mikrometer (0,016 Zoll) betragen. In einer Ausführungsform beträgt die kombinierte Gesamtdicke der Schichten 11 und 12 mindestens etwa 50 Mikrometer (0,002 Zoll). In einer anderen Ausführungsform beträgt die kombinierte Gesamtdicke der Schichten 11 und 12 bis zu etwa 150 Mikrometer (0,006 Zoll). Wenn die kombinierte Dicke mehr als etwa 410 Mikrometer (0,016 Zoll) beträgt, so kann die Anschmiegsamkeit des den Strömungswiderstand verringernden Gegenstands eventuell abnehmen und es werden das Gewicht und die Kosten des den Strömungswiderstand verringernden Gegenstands erhöht, was unerwünscht ist.
Die Schichten 11 und 12 liegen typischerweise in Form von Plattenmaterialien vor, von denen jedes zwei Hauptoberflächen aufweist. Wahlweise kann mindestens eine der Oberflächen dieser Schichten so behandelt werden, dass sie sich mit der Klebstoffbindungsschicht 14 je nachdem, welche Schicht der Bindungsschicht anliegt, verbinden kann. Derartige Behandlungsverfahren umfassen Coronabehandlung, insbesondere Coronaentladung in einer Atmosphäre, die Stickstoff und etwa 0,1 bis etwa 10 Volumenprozent eines Zusatzgases enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Ammoniak und Mischungen derselben, wie in der US-Patentschrift Nr. 5,972,176 (Kirk et al.) offenbart ist. Ein anderes nützliches Behandlungsverfahren umfasst eine chemische Ätzung unter Anwendung von Natriumnaphthalenid. Derartige Behandlungsverfahren sind in Polymer Interface and Adhesion, Souheng Wu, Verfasser, Marcel Dekker, Inc., NY und Basel, Seite 279–336 (1982); und Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Zweite Ausgabe, Ergänzungsband, John Wiley & Sons, Seite 674–689 (1989) offenbart. Ein anderes nützliches Behandlungsverfahren ist das FLUOROETCH-Verfahren, das von Acton Industries, Inc., Pittston, PA, erhältlich ist. Andere Behandlungsverfahren umfassen die Verwendung von derartigen Materialien als Grundiermittel. Diese können entweder anstatt von oder zusätzlich zu den oben beschriebenen Oberflächenbehandlungen angewendet werden. Ein Beispiel eines nützlichen Grundiermittels ist der ADHESION PROMOTOR #86A (ein flüssiges Grundiermittel, das von 3M Company, St. Paul, MN, erhältlich ist).
Eine Grafikschicht 18 kann auf die äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 oder die Zwischenschicht 12 oder, wie in 3 gezeigt, die Klebstoffbindungsschicht 14, aufgebracht werden.
Klebstoffbindungsschicht
Die Klebstoffbindungsschicht 14 befestigt den den Strömungswiderstand verringernden Gegenstand an ein Substrat, beispielsweise die Oberfläche eines Flugzeugs, den Körper eines Boots oder eines anderen Wasserfahrzeugs, die Oberfläche eines Kraftfahrzeugs, die Oberfläche eines Windmühlenrotorflügels oder die Innenfläche einer fluidfördernden Leitung.
In einer Ausführungsform wird die Klebstoffbindungsschicht 14 an eine äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 auf der Seite aufgebracht, die der mit einem Muster versehenen Seite gegenüberliegt. Die Klebstoffbindungsschicht 14 kann unter Klebstoffen wie beispielsweise Raumtemperaturhaftklebstoffen (RHK), Heißschmelz-RHK, Thermoplasten oder einem aushärtbaren Klebstoff wie beispielsweise einem feuchtigkeitsaushärtenden Klebstoff, thermohärtenden Klebstoff oder einem Prepregmaterial (beispielsweise einem, das eine aushärtbare organische Harzmatrix und Verstärkungsmaterial wie beispielsweise anorganische Fasern enthält) ausgewählt werden. In einer anderen Ausführungsform können, wenn die Zwischenschicht 12 eingesetzt wird, derartige Bindungsschichten auf die Oberfläche der Zwischenschicht aufgebracht werden, die derjenigen gegenüber liegt, die an der äußeren, mit einem Muster versehenen Trägerschicht 11 anliegt.
In einer Ausführungsform ist der Klebstoff ein Raumtemperatur-RHK. Ein Beispiel eines Raumtemperatur-RHK ist ein Acrylathaftklebstoff. Derartige Materialien weisen eine vierfache Ausgeglichenheit zwischen Haftung, Kohäsion, Streckfähigkeit und Elastizität und eine Glasübergangstemperatur (T_g) von weniger als etwa 20°C auf. So sind sie bei Raumtemperatur (beispielsweise bei etwa 20°C bis etwa 25°C) klebrig anzufühlen, wie sich durch einen Fingerklebrigkeitstest oder durch herkömmliche Messgeräte bestimmen lässt, und können ohne weiteres eine nützliche Klebstoffbindung durch Aufbringen von leichtem Druck bilden. Eine akzeptable quantitative Beschreibung eines Haftklebstoffs ist durch die Dahlquist-Kriterienlinie (wie im Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology (Handbuch der Haftklebstofftechnologie), zweite Ausgabe, D. Satas, Verfasser, Van Nostrand Reinhold, New York, NY, Seite 171–176 (1989) beschrieben) angegeben, die typischerweise anzeigt, dass Materialien, die einen Speichermodul (G') von weniger als etwa 3 × 105 Pascal (bei 10 Radianten/Sekunde bei einer Temperatur von etwa 20°C bis etwa 22°C gemessen) Haftklebstoffeigenschaften aufweisen, während Materialien mit einem G' von mehr als diesem Wert dies nicht tun.
Nützliche Acrylhaftklebstoffe umfassen diejenigen, die ein Polymer eines Acrylatesters von Acrylsäure mit einem nichttertiären Alkohol umfassen. Multifunktionelle Acrylate, copolymerisierbare Fotoinitiatoren oder Kombinationen der beiden können ebenfalls vorliegen, um ein gewisses Vernetzen zu bieten, das ohne Weiteres zur Entfernbarkeit, besseren Fluidwiderstandsfähigkeit und verbesserten Hochtemperaturleistungsfähigkeit des den Strömungswiderstand verringernden Gegenstands beitragen kann. Schließlich ist die Entfernbarkeit ein Kompromiss zwischen der Schälhaftung, dem Grad an Vernetzung und der Dicke der Bindungsschicht. Klebhaftstoffe, die für die Bindungsschicht geeignet sind und die Verfahren zu ihrer Herstellung sind in er US-Patentschrift Nr. 6,475,616 (Dietz et al.) und unten beschrieben.
Nützliche thermisch oder feuchtigkeitsaushärtbare Klebstoffe umfassen Epoxidharze (Epoxidharz + Aushärtungsmittel), Acrylate, Cyanoacrylate und Urethane (durch Isocyanat terminierte Verbindung + aktive wasserstoffhaltige Verbindung). Die aushärtbaren Klebstoffe, die in den erfindungsgemäßen, den Strömungswiderstand verringernden Gegenständen verwendet werden, sind nach dem Aushärten beim Berühren nicht klebrig; das bedeutet, dass sie nach dem Aushärten nicht wiedererhitzt und erneut fließbar gemacht werden können. Des Weiteren können erfindungsgemäße, den Strömungswiderstand verringernde Gegenstände auf Prepreg-Material (d.h. eines, das eine aushärtbare organische Harzmatrix und Verstärkungsmaterial wie beispielsweise anorganische Fasern enthält), das hier auch als nicht ausgehärtete Verbundgegenstände bezeichnet wird, aufgebracht werden. Bei Verwendung auf diese Art und Weise kann das aushärtbare organische Harz des Prepregmaterials als Klebstoffhaftungsschicht 14 wirken, wodurch die Notwendigkeit, eine getrennte Bindungsschicht 14 auf dem den Strömungswiderstand verringernden Gegenstand bereitzustellen, entfällt.
Acrylklebstoff
Die hier verwendeten Acrylathaftklebstoffcopolymere sind deshalb vorteilhaft, weil sie wünschenswerte Klebstoffeigenschaften über einen breiten Temperaturbereich, insbesondere bei niederen Temperaturen, einer umfangreichen Reihe von Substraten gegenüber aufweisen. Außerdem weisen sie wünschenswerte Klebeeigenschaften selbst nach der Exposition verschiedenen Fluiden gegenüber auf.
Geeignete Poly(acrylate) werden von Folgenden deriviert: (A) mindestens einem monofunktionellen Alkyl(meth)acrylatmonomer (das heißt einem Alkylacrylat- und Alkylmethacrylatmonomer); und (B) mindestens einem monofunktionellen radikalcopolymerisierbaren säurehaltigen Verstärkungsmonomer. Das Verstärkungsmonomer weist eine Homopolymerglasübergangstemperatur (T_g) auf, die höher ist als diejenige des Alkyl(meth)acrylathomopolymers und ist eines, das die Glasübergangstemperatur und den Modul des dabei gebildeten Copolymers erhöht. Hier bezieht sich „Copolymer" auf Polymere, die zwei oder mehrere verschiedene Monomere, einschließlich Terpolymere, Tetrapolymere usw. enthalten.
In einer Ausführungsform umfassen die Monomere, die beim Herstellen der erfindungsgemäßen Haftklebstoffcopolymere verwendet werden, Folgende: Monomer A – ein monofunktionelles Alkyl(meth)acrylatmonomer, das, wird es homopolymerisiert, im Allgemeinen eine Glasübergangstemperatur von nicht mehr als etwa 0°C aufweist; und Monomer B – ein monofunktionelles, radikalcopolymerisierbares, säurehaltiges, verstärkendes Monomer, das, wird es homopolymerisiert, im Allgemeinen eine Glasübergangstemperatur von mindestens etwa 10°C aufweist. Die Glasübergangstemperaturen der Homopolymere der Monomere A und B sind typischerweise bis zu ± 5°C genau und werden durch Differentialcalorimetrie gemessen.
Das Monomer A, das ein monofunktionelles Alkylacrylat oder -methacrylat (das heißt (Meth)acrylsäureester) ist, trägt zur Flexibilität und Klebrigkeit des Copolymers bei. Beispielhafte Materialien, die für das Monomer A verwendet werden, weisen eine Homopolymer-T_g von nicht mehr als etwa 0°C auf. In einer Ausführungsform weist die Alkylgruppe des (Meth)acrylats im Durchschnitt 4 bis 20 Kohlenstoffatomen und in einer anderen Ausführungsform im Durchschnitt 4 bis 14 Kohlenstoffatomen auf. Die Alkylgruppe kann wahlweise Sauerstoffatome in der Kette enthalten, wodurch beispielsweise Ether oder Alkoxyether gebildet werden. Beispiele von Monomer A umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, 2-Methylbutylacrylat, Isooctylacrylat, Laurylacrylat, 4-Methyl-2-pentylacrylat, Isoamylacrylat, sec-Butylacrylat, n-Butylacrylat, n-Hexylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, n-Octylacrylat, Isooctylacrylat, n-Decylacrylat, Isodecylacrylat, Idodecylmethacrylat und Isonotylacrylat. Andere Beispiele umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, polyethoxyliertes oder -propoxyliertes Methoxy(meth)acrylat- (das heißt Poly(ethylen-/propylenoxid)mono(meth)acrylat-) Makromere (das heißt, makromoleculare Monomere), Polymethylvinylethermono(meth)acrylatmakromere und ethoxylierte oder propoxylierte Nonylphenolacrylatmakromere. Die Molmasse derartiger Makromere beträgt typischerweise etwa 100 Gramm/Mol bis etwa 600 Gramm/Mol und in einer anderen Ausführungsform etwa 300 Gramm/Mol bis etwa 600 Gramm/Mol. Geeignete monofunktionelle (Meth)acrylate, die als Monomer A verwendet werden können, umfassen 2-Methylbutylacrylat, Isooctylacrylat, Laurylacrylat und poly(ethoxyliertes) Methoxyacrylat (das heißt durch Methoxy terminiertes Poly(ethylenglykol)monoacrylat oder Poly(ethylenoxid)monomethacrylat). Kombinationen verschiedener monofunktioneller Monomere, die als A-Monomer kategorisiert werden, können zum Herstellen des Haftstoffcopolymers, das beim Herstellen der erfindungsgemäßen Applikationen verwendet wird, verwendet werden.
Das Monomer B, das ein monofunktionelles, radikalcopolymerisierbares, säurehaltiges, verstärkendes Monomer ist, erhöht die Glasübergangstemperatur des Copolymers. Wie hier verwendet sind „verstärkende" Monomere diejenigen, die den Modul des Klebstoffs und dadurch dessen Stärke erhöhen. Beispielhafte Materialien, die für das Monomer B verwendet werden, weisen eine Homopolyer-T_g von mindestens etwa 10°C auf. Wie hier verwendet, sind „säurehaltige" Monomere diejenigen, die eine Säurefunktionalität, wie beispielsweise eine Acrylsäure- oder eine Methacrylsäurefunktionalität, enthalten. Beispiele des Monomers B sind, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Acrylsäure und Methacrylsäure, Itaconsäure, Crotonsäure, Maleinsäure und Fumarsäure. Ein geeignetes verstärkendes, monofunktionelles Acrylmonomer, das als Monomer B verwendet werden kann, weist Acrylsäure und Methacrylsäure auf. Kombinationen verschiedener verstärkender monofunktioneller Monomere, die als B-Monomer kategorisiert sind, können zum Herstellen des Copolymers verwendet werden, das beim Herstellen der erfindungsgemäßen den Strömungswiderstand verringernden Gegenstände verwendet wird.
Wahlweise kann das Copolymer, falls erwünscht, auch ein monofunktionelles, radikalcopolymerisierbares, neutrales oder nichtpolares verstärkendes Monomer zusätzlich zum säurehaltigen Monomer umfassen. Beispiele derartiger Monomere umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, 2,2-(Diethoxy)ethylacrylat, Hydroxyethylacrylat oder -methacrylat, 2-Hydroxypropylacrylat oder -methacrylat, Methylmethacrylat, Isobutylacrylat, n-Butylmethacrylat, Norbornylacrylat, Isobornylacrylat, 2-(Phenoxy)ethylacrylat oder -methacrylat, Biphenylylacrylat, tert.-Butylphenylacrylat, Cyclohexylacrylat, Dimethyladamantylacrylat, 2-Naphthylacrylat, Phenylacrylat und N-Vinylpyrrolidon. Kombinationen derartiger neutraler verstärkender monofunktioneller Monomere können zum Herstellen des Copolymers, das zum Herstellen der erfindungsgemäßen Applikationen verwendet wird, verwendet werden.
In einer Ausführungsform wird das Acrylatcopolymer so formuliert, dass es eine dabei entstehende T_g von weniger als etwa 25°C, und in einer anderen Ausführungsform weniger als etwa 0°C aufweist. Derartige Acrylatcopolymere umfassen geeigneterweise 80 Gew.-% bis 96 Gew.-% mindestens einer Alkyl(meth)acrylat-Wiederholungseinheit und 4 Gew.-% bis 20 Gew.-% mindestens einer copolymerisierbaren, säurehaltigen, verstärkenden Wiederholungseinheit. In einer anderen geeigneten Ausführungsform enthalten die Acrylatcopolymere 85 Gew.-% bis 95 Gew.-% mindestens einer Alkyl(meth)acrylat-Wiederholungseinheit und 5 Gew.-% bis 15 Gew.-% mindestens einer copolymerisierbaren, säurehaltigen, verstärkenden Wiederholungseinheit. Diese Gewichtsprozentsätze sind auf das Gesamtgewicht der Monomere bezogen.
Ein oder mehrere nichtionische Vernetzungsmittel, die mit den Monomeren A und B copolymerisierbar sein können oder auch nicht, können, falls erwünscht, in den Haftklebstoffen der erfindungsgemäßen Applikationen verwendet werden. Ein Vernetzungsmittel wird hier als die Komponente C bezeichnet. Typischerweise modifiziert die Komponente C die Haftung des Haftklebstoffs und verbessert seine Kohäsivstärke. Das Vernetzungsmittel stellt typischerweise chemische Vernetzungen (beispielsweise kovalente Bindungen) her. For dem Aufbringen des den Strömungswiderstand verringernden Gegenstands auf ein Substrat wird die Vernetzungsfunktionalität aufgebraucht, das heißt sie wird im Wesentlichen vollständig mit den Monomeren A und B oder den Copolymeren derselben reagiert. Die Vernetzung kann zur leichten Entfernbarkeit, besseren Fluidwiderstandsfähigkeit und verbesserten Hochtemperaturleistung des den Strömungswiderstand verringernden Gegenstands beitragen.
Wenn die Komponente C eine ethylenische Ungesättigtheit enthält, so wird sie in die Rückgratkette des Copolymers durch Copolymerisation mit den Monomeren A und B durch die ethylenische Ungesättigtheit eingearbeitet. Derartige Vernetzungsmittel sind in den US-Patentschriften Nr. 4,379,201 (Heilmann et al.); 4,737,559 (Kellen et al.); 5,073,611 (Rehmer et al.); und 5,506,279 (Babu et al.) offenbart. Als Alternative kann die Komponente C im Wesentlichen von der polymeren Rückgratkette unabhängig sein. Materialien dieses Typs können das Vernetzen beispielsweise durch Reaktion mit der Carbonsäureseitengruppe des Monomers B, wie in der US-Patentschrift Nr. 5,604,034 (Matsuda) offenbart, oder durch fotoaktivierte Wasserstoffabspaltung, wie in den US-Patentschriften Nr. 4,330,590 (Vesley) und 4,329,384 (Vesley) offenbart, verursachen. Matsuda offenbart die Verwendung von multifunktionellen Vernetzungsmitteln, deren Funktionalitäten mit Carbonsäuregruppen reaktiv sind, während Vesley Zusatzmittel beschreibt, die das Vernetzen auf das Aussetzen Ultraviolettstrahlung (beispielsweise Strahlung einer Wellenlänge von etwa 250 Nanometern bis etwa 400 Nanometern) hin verursachen können.
In einer Ausführungsform ist die Komponente C (1) eine copolymerisierbare, olefinisch ungesättigte Verbindung, die im angeregten Zustand in der Lage ist, Wasserstoff abzuspalten; (2) eine Verbindung mit mindestens zwei reaktiven funktionellen Gruppen, die mit Carbonsäuregruppen reaktiv sind; oder (3) eine nichtcopolymerisierbare Verbindung, die im angeregten Zustand in der Lage ist, Wasserstoff abzuspalten. Die Komponente C1 ist ein radikalpolymerisierbares Monomer, das in der Lage ist, mit den Monomeren A und/oder B zu polymerisieren. Die Komponenten C2 und C3 sind im Wesentlichen von olefinischen Ungesättigtheiten frei und daher mit den Monomeren A und/oder B typischerweise nicht copolymerisierbar. Kombinationen verschiedener Vernetzungsmittel können zum Herstellen des erfindungsgemäßen Haftklebstoffs verwendet werden.
Ein Typ von nichtionischem Vernetzungsmittel (das heißt die Komponente C1) ist eine olefinisch ungesättigte Verbindung, die mit den Monomeren A und B copolymerisiert ist und freie Radikale an dem Polymer auf Bestrahlung des Polymers hin bildet. Beispiele einer derartigen Verbindung umfassen ein acryliertes Benzophenon, wie in der US-Patentschrift Nr. 4,737,559 (Kellen et al.) beschrieben; p-Acryloxybenzophenon, das von Sartomer Company, Exton, PA, erhältlich ist; und Monomere, die in der US-Patentschrift Nr. 5,073,611 (Rehmer et al.) beschrieben sind, einschließlich p-N-(Methacryloyl-4-oxapentamethylen)-carbomoyloxybenzophenon, N-(Benzoyl-p-phenylen)-N'-(methacryloxymethylen)carbodiimid und p-Acryloxybenzophenon. Die US-Patentschrift Nr. 5,506,279 (Babu et al.) beschreibt in der Spalte 5-6 ein anderes geeignetes olefinisch ungesättigtes Vernetzungsmittel, das hier als Formel 2 bezeichnet wird, bei dem es sich um {2-[4-(2-Hydroxy-2-methylpropan-1-on)phenoxy]}ethyl-(2-methyl-2-(2-methyl-2-propen-1-on)amino)propanoat handelt. Die olefinisch ungesättigte Verbindung, die im angeregten Zustand in der Lage ist, Wasserstoff abzuspalten, enthält geeigneterweise eine Acrylfunktionalität. Kombinationen derartiger Vernetzungsmittel können zum Herstellen des Haftklebstoffs, der bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, verwendet werden.
Ein zweiter Typ von nichtionischem Vernetzungsmittel (das heißt die Komponente C2) ist eine Vernetzungsverbindung, die im Wesentlichen von einer olefinischen Ungesättigtheit frei und in der Lage ist, mit den Carbonsäuregruppen des Monomers B zu reagieren. Es umfasst mindestens zwei funktionelle Gruppen, die mit Carbonsäuregruppen reaktiv sind. Es kann einer Mischung der Monomere A und B vor ihrer Polymerisation oder nachdem sie zu einem teilweise polymerisierten Sirup oder zu einem Copolymer der Monomere gebildet worden sind, zugegeben werden. Beispiele derartiger Komponenten umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, 1,4-Bis(ethyleniminocarbonylamino)benzol; 4,4-Bis(ethyleniminocarbonylamino)diphenylmethan; 1,8-Bis(ethyleniminocarbonylamino)octan; 1,4-Tolylendiisocyanat und 1,6-Hexamethylendiisocyanat, wie in der US-Patentschrift Nr. 5,604,034 (Matsuda) beschrieben. Ein anderes Beispiel ist N,N'-Bis-1,2-propylenisophthalamid, wie in der US-Patentschrift Nr. 4,418,120 (Kealy et al.) beschrieben. Andere derartige Vernetzungsmittel sind von K.J. Quin and Co., Seabrook, NH, und EIT Inc., Lake Wyllie, SC, erhältlich. Andere Beispiele von C2-Vernetzungsmitteln umfassen Diepoxide, Dianhydride, Bis(amide) und Bis(imide). Kombinationen derartiger Vernetzungsmittel können zum Herstellen des bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Haftklebstoffs verwendet werden.
Ein dritter Typ von nichtionischem Vernetzungsmittel (das heißt die Komponente C3) ist eine Verbindung, die im Wesentlichen von einer olefinischen Ungesättigtheit frei, mit den Monomeren A und B nicht copolymerisierbar und im angeregten Zustand in der Lage ist, Wasserstoff abzuspalten. Es wird einem Copolymer der Monomere A und B oder einem teilweise polymerisierten Sirup der Monomere A und B zugesetzt. Auf das Bestrahlen der Mischung hin bildet die Komponente C3 freie Radikale an dem Polymer oder dem teilweise polymerisierten Material. Beispiele derartiger Komponenten umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, 2,4-Bis(trichlormethyl)-6-(4-methoxy)phenyl)-s-triazin; 2,4-Bis(trichlormethyl)-6-(3,4-dimethoxy)phenyl)-s-triazin; 2,4-Bis(trichlormethyl)-6-(3,4,5- trimethoxy)phenyl)-s-triazin; 2,4-Bis(trichlormethyl)-6-(2,4-dimethoxy)phenyl)-s-triazin; 2,4-Bis(trichlormethyl)-6-(3-methoxy)phenyl)-s-triazin, wie in der US-Patentschrift Nr. 4,330,590 (Vesley) beschrieben und 2,4-Bis(trichlormethyl)-6-naphthenyl-s-triazin und 2,4-Bis(trichlormethyl)-6-(4-methoxy)naphthenyl-s-triazin, wie in der US-Patentschrift Nr. 4,329,384 (Vesley) beschrieben. Kombinationen derartiger Vernetzungsmittel können zum Herstellen des bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Haftklebstoffs verwendet werden.
Ein anderer Typ von Vernetzungsmittel, der zusätzlich zu einer oder mehreren der Komponenten C1–C3 verwendet werden kann, ist ein Acrylvernetzungsmonomer (die Komponente C4), die mindestens zwei Acrylanteile enthält. Geeignete derartige Materialien weisen einen Durchschnitt von weniger als etwa 12 Atome in der Kette zwischen Acrylgruppen auf. Beispiele dieses Typs von Vernetzungsmittel umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Trimethylolpropantriacrylat, 1,6-Hexandioldiacrylat, Pentaerythrittetraacrylat, 1,2-Ethylenglykoldiacrylat, Dodecyldiacrylat und das mit Diacrylat von Ethylenoxid modifizierte Bisphenol A.
Wird es verwendet, so wird das Vernetzungsmittel in einer wirksamen Menge verwendet, womit eine Menge gemeint ist, die ausreicht, um das Vernetzen des Haftklebstoffs zu verursachen, um eine ausreichende Kohäsivstärke bereitzustellen, um die erwünschten endgültigen Haftungseigenschaften dem Substrat, das von Interesse ist, zu verleihen. In einer Ausführungsform wird das Vernetzungsmittel in einer Menge von etwa 0,01 Gewichtsteil bis etwa 2 Gewichtsteilen, auf 100 Teile des Copolymers bezogen, verwendet.
Ist ein Fotovernetzungsmittel verwendet worden, so kann der Klebstoff Ultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge von etwa 250 nm bis etwa 400 nm ausgesetzt werden. Die Strahlungsenergie in diesem geeigneten Wellenlängenbereich, der zum Vernetzen des Klebstoffs erforderlich ist, beträgt etwa 100 Millijoules/Zentimeter² (mJ/cm²) bis etwa 1.500 mJ/cm² und in einer anderen Ausführungsform etwa 200 mJ/cm² bis etwa 800 mJ/cm².
Herstellung von Acrylatcopolymeren
Die erfindungsgemäßen Acrylathaftklebstoffe können durch eine Reihe verschiedener Radikalpolymerisationsverfahren, einschließlich Lösungs-, Strahlungs-, Massen-, Dispersions-, Emulsions- und Suspensionspolymerisationsverfahren synthetisiert werden. Die Polymerisation der Monomere unter Bildung des Copolymers, das in der erfindungsgemäßen Haftklebstoffzusammensetzung nützlich ist, wird typischerweise mit Hilfe von Wärmeenergie, Elektronenstrahlstrahlung, Ultraviolettstrahlung und dergleichen durchgeführt. Derartige Polymerisationen können durch einen Polymerisationsinitiator ermöglicht werden, bei dem es sich um einen Wärmeinitiator oder einen Fotoinitiator handeln kann. Beispiele geeigneter Fotoinitiatoren umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Benzoinether wie Benzoinmethylether und Benzoinisopropylether, substituierte Benzoinether wie Anisoinmethylether, substituierte Acetophenone wie 2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenon und substituierte alpha-Ketole, wie beispielsweise 2-Methyl-2-hydroxypropiophenon. Beispiele von im Handel erhältlichen Fotoinitiatoren umfassen IRGACURE 651 und DAROCUR 1173, die beide von Ciba-Geigy Corp. erhältlich sind und LUCERIN TPO von BASF, Parsippany, NJ. Beispiele geeigneter Wärmeinitiatoren umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Peroxide wie Dibenzoylperoxid, Dilaurylperoxid, Methylethylketonperoxid, Cumolhydroperoxid, Dicyclohexylperoxydicarbonat sowie 2,2-Azo-bis(isobutyronitril) und tert.-Butylperbenzoat.
Beispiele von im Handel erhältlichen Wärmeinitiatoren umfassen VAZO 64, das von ACROS Organics, Pittsburgh, PA, erhältlich ist und LUCIDOL 70, das von Elf Atochem North America, Philadelphia, PA, erhältlich ist. Der Polymerisiationsinitiator wird in einer Menge verwendet, die zum Ermöglichen der Polymerisation der Monomere wirksam ist. Der Polymerisationsinitiator wird geeigneterweise in einer Menge von 0,1 Gewichtsteil bis 5,0 Gewichtsteilen und in einer anderen Ausführungsform 0,2 Gewichtsteilen bis 1,0 Gewichtsteilen, auf 100 Teile des Copolymers bezogen, verwendet.
Wird ein Fotovernetzungsmittel verwendet, so kann der schichtförmig aufgebrachte Klebstoff Ultraviolettstrahlung einer Wellenlänge von etwa 250 nm bis etwa 400 nm ausgesetzt werden. Die Strahlungsenergie in diesem geeigneten Wellenlängenbereich, der zum Vernetzen des Klebstoffs erforderlich ist, beträgt etwa 100 Millijoules/cm² bis etwa 1.500 Millijoules/cm² und in einer anderen Ausführungsform etwa 200 Millijoules/cm² bis etwa 800 Millijoules/cm².
Die erfindungsgemäßen Copolymere können durch eine Reihe verschiedener Techniken hergestellt werden, die Lösungsmittel oder Kettenübertragungsmittel (beispielsweise CBr₄) zum Regulieren der Molmasse umfassen können oder auch nicht. Diese Techniken können die Verwendung geeigneter Polymerisationsinitiatoren involvieren. Ein geeignetes lösungsmittelfreies Polymerisationsverfahren, bei dem die Monomere A, B und ein Vernetzungsmittel verwendet werden, ist in der US-Patentschrift Nr. 4,379,201 (Heilmann et al.) offenbart. Zu Beginn wird eine Mischung der Monomere A und B mit einem Teil eines Fotoinitiators durch Aussetzen der Mischung UV-Strahlung gegenüber in einer inerten Umgebung für eine Zeit, die ausreicht, um einen schichtförmig aufbringbaren Basissirup zu bilden, und daraufhin Zusetzen eines Vernetzungsmittels und des Rests des Fotoinitiators polymerisiert. Dieser ein Vernetzungsmittel enthaltende endgültige Sirup (der beispielsweise eine Brookfield-Viskosität von etwa 100 Centipoise bis etwa 6000 Centipoise bei 23°C, wie mit einer LTV-Spindel Nr. 4 bei 60 Umdrehungen pro Minute gemessen, aufweist), wird dann schichtförmig auf ein Substrat, wie beispielsweise einen Träger, aufgebracht. Sobald der Sirup schichtförmig auf den Träger aufgebracht worden ist, werden typischerweise weiteres Polymerisieren und Vernetzen in einer inerten Umgebung (das heißt einer Umgebung, die mit der Monomermischung nicht reaktiv ist) durchgeführt. Geeignete inerte Umgebungen umfassen Stickstoff, Kohlendioxid, Helium und Argon, was Sauerstoff ausschließt. Eine ausreichend inerte Atmosphäre kann durch Bedecken einer Schicht des fotoaktiven Sirups mit einer Polymerfolie, wie beispielsweise mit Silicon behandelter Polyethylenterephthalat- (PET-) Folie, die für UV-Strahlung oder E-Strahlung transparent ist, und Bestrahlen durch die Folie in der Luft erreicht werden.
Ein geeignetes Lösungspolymerisationsverfahren zum Herstellen eines Copolymers unter Anwendung der Monomere A, B und wahlweise eines Vernetzungsmittels ist in der US-Patentschrift Nr. 5,073,611 (Rehmer et al.) offenbart. Geeignete Lösungsmittel für derartige Herstellungsverfahren umfassen beispielsweise Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol, Xylol, normale Hexane, Cyclohexan sowie Ester, Alkohole, Ether und Mischungen derselben. Um die Polymerisation in Lösung durchzuführen, wird etwas oder das gesamte Lösungsmittel mit einem Teil der Monomermischung und einem Teil oder dem gesamten Wärmeinitiator erhitzt. Wenn die Polymerisation beginnt, werden der Rest der Monomermischung und, wo relevant, der Rest des Wärmeinitiators und des Lösungsmittels hinzugegeben. Nach der Polymerisation kann die Zusammensetzung schichtförmig auf den Träger aufgebracht werden und das Lösungsmittel kann durch Verdampfen mit oder ohne Wärme entfernt werden.
Ein Latexpolymerisationsverfahren zum Herstellen eines Copolymers unter Anwendung der Monomere A, B und eines Vernetzungsmittels ist in der US-Patentschrift Nr. 5,424,122 (Crandall et al.) offenbart. Beispielsweise wird eine Latexemulsionspolymerisation durch Kombinieren der Monomere A und B und eines Vernetzungsmittels, eines oleophilen nichtionischen Radikalinitiators, von Wasser und einem nichtionischen Tensid durchgeführt. Die Mischung wird unter Bildung einer Emulsion homogenisiert, gefolgt vom Initiieren der Radikalpolymerisation, typischerweise unter Anwendung von Hitze, während die Emulsion unter einer inerten Atmosphäre gerührt wird. Nach der Polymerisation kann der Latex schichtförmig auf einen Träger aufgebracht und typischerweise bei einer Temperatur von mindestens etwa 65°C getrocknet werden. Nötigenfalls kann Wasser zugegeben oder entfernt werden, um eine geeignete Beschichtungsviskosität zu erreichen.
Eine Haftklebstoffzusammensetzung kann auf die äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 oder die Zwischenschicht 12, wird diese verwendet, durch eine Reihe von Beschichtungsverfahren, einschließlich Rakelbeschichten, Schlitzrakelbeschichten, Umkehrwalzenbeschichten, Coextrusion oder Lamination (beispielsweise, wenn der Klebstoff anfänglich auf eine Trennverkleidung aufgebracht worden ist) aufgebracht werden. Wenn die Zusammensetzung ein Lösungsmittel umfasst, so wird sie dann bei einer Temperatur (beispielsweise 65°C bis 120°C) und für eine Zeitspanne (beispielsweise mehrere Minuten bis etwa eine Stunde) getrocknet, um einen den Strömungsgegenstand verringernden Gegenstand bereitzustellen. Die Dicke der Klebstoffschicht kann über einen breiten Bereich von etwa 10 Mikrometern bis hunderten von Mikrometern variieren.
Sobald die Klebstoffzusammensetzung im Wesentlichen vollständig ausgehärtet und wahlweise vernetzt worden ist, um einen den Strömungsgegenstand verringernden Gegenstand bereitzustellen, kann die Klebstoffoberfläche des Gegenstands wahlweise mit einer vorläufigen, entfernbaren Trennverkleidung (das heißt Schutzverkleidung), wie beispielsweise einer Papierverkleidung oder Kunststofffolien, wie beispielsweise Polyolefin- (beispielsweise Polyethylen- oder Polypropylen-) oder Polyester- (beispielsweise Polyethylenterephthalat-) Folie geschützt werden. Derartiges Papier oder derartige Folien können mit einem Trennmaterial, wie beispielsweise Siliconen, Wachsen, Fluorkohlenstoffen und dergleichen behandelt werden. Nur nachdem die Klebstoffzusammensetzung im Wesentlichen vollständig ausgehärtet und wahlweise vernetzt worden ist, derart, dass im Wesentlichen keine Ungesättigtheit vorliegt, werden die erfindungsgemäßen, den Strömungsgegenstand verringernden Gegenstände auf ein Substrat aufgebracht.
Aushärtbarer Klebstoff
Die erfindungsgemäße, äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 kann mit Hilfe einer aushärtbaren Klebstoffbindungsschicht 14, wie beispielsweise einem durch Wärme oder Feuchtigkeit aushärtbarem Klebstoff, an einem Substrat befestigt werden. Alternativ können derartige Bindungsschichten auf die Zwischenschicht 12, wird sie eingesetzt, aufgebracht werden. Beispiele derartiger aushärtbarer Klebstoffe umfassen Epoxidharze (Epoxidharz + Aushärtungsmittel), Acrylate, Cyanoacrylate und Urethane. Die aushärtbaren Klebstoffe, die in den erfindungsgemäßen, den Strömungsgegenstand verringernden Gegenständen verwendet werden, sind beim Berühren nach dem Aushärten nicht klebrig und thermohärtend.
Epoxidharze
Epoxidharze, die in den erfindungsgemäßen, den Strömungsgegenstand verringernden Gegenständen nützlich sind, sind irgendwelche organischen Verbindungen, die mindestens einen Oxiranring aufweisen, das heißt
durch eine Ringöffnungsreaktion polymerisierbar sind. Derartige Materialien, die allgemein gesprochen Epoxide genannt werden, umfassen sowohl monomere als auch polymere Epoxide und können aliphatisch, heterocyclisch, cycloaliphatisch oder aromatisch und Kombinationen davon sein. Sie können flüssig oder fest oder Mischungen davon sein, wobei Mischungen zum Bereitstellen klebriger Klebstofffilme vor dem Aushärten nützlich sind. In einer Ausführungsform weisen diese Materialien im Allgemeinen im Durchschnitt mindestens zwei Epoxygruppen pro Molekül auf und werden auch „Polyepoxide" genannt. Die polymeren Epoxide umfassen lineare Polymere mit endständigen Epoxygruppen (beispielsweise einen Diglycidylether eines Polyoxyalkylenglykols), Polymere mit Rückgratkettenoxiraneinheiten (beispielsweise Polybutadienpolyepoxid) und Polymere mit Epoxyseitengruppen (beispielsweise einem Glycidylmethacrylatpolymer oder -copolymer). Die Molmasse des Epoxidharzes kann von etwa 74 bis etwa 100.000 oder mehr variieren.
Nützliche Epoxidharze umfassen diejenigen, die Cyclohexenoxidgruppen enthalten wie beispielsweise die Epoxycyclohexancarboxylate, die durch 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexancarboxylat, 3,4-Epoxy-2-methylcyclohexylmethyl-3,4-epoxy-2- methylcyclohexancarboxylat und Bis (3,4-Epoxy-6-methylcyclohexylmethyl)adipat verkörpert sind. Bezüglich einer Liste nützlicher Epoxide dieser Art in weiteren Einzelheiten sollte Bezug genommen werden auf die US-Patentschrift Nr. 3,117,099 .
Weitere Epoxidharze, die bei der praktischen Anwendung dieser Erfindung besonders nützlich sind, umfassen Glycidylethermonomere der Formel:
wobei R' aliphatisch, beispielsweise Alkyl; aromatisch, beispielsweise Aryl; oder Kombinationen derselben ist und n eine ganze Zahl von 1 bis 6 ist. Beispiele sind Glycidylether mehrwertiger Phenole wie beispielsweise der Diglycidylether von 2,2-Bis-(4-hydroxyphenol)propan (Bisphenol A) und Copolymere von (Chlormethyl)oxiran und 4,4'-(1-Methylethyliden)bisphenol. Weitere Beispiele von Epoxiden dieses Typs, die bei der praktischen Anwendung dieser Erfindung eingesetzt werden können, sind in der US-Patentschrift Nr. 3,018,262 beschrieben.
Es gibt eine Vielzahl im Handel erhältlicher Epoxidharze, die bei dieser Erfindung verwendet werden können. Insbesondere umfassen Epoxide, die ohne Weiteres erhältlich sind, Styroloxid, Vinylcyclohexenoxid, Glycidol, Glycidylmethacrylat, Diglycidylether von Bisphenol A (beispielsweise diejenigen, die unter den Handelsbezeichnungen „EPON 828", „EPON 1004" und „EPON 1001F" von Shell Chemical Company, Houston, TX, und „DER-332" und „DER-334" von Dow Chemical Company, Midland, MI, erhältlich sind), Diglycidylether von Bisphenol F (beispielsweise diejenigen mit den Handelsbezeichnungen „ARALDITE GY281" von Ciba-Geigy Corp., und „EPON 862" von Shell Chemical Company, Vinylcyclohexandioxid (beispielsweise mit der Handelsbezeichnung „ERL-4206" von Union Carbide Corporation, Midland, MI), 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexencarboxylat (beispielsweise mit der Handelsbezeichnung „ERL-4221" von Union Carbide Corporation), 2-(3,4-Epoxycyclohexyl-5,5-spiro-3,4-epoxy)cyclohexanmetadioxan (beispielsweise mit der Handelsbezeichnung „ERL-4234" von Union Carbide Corporation), Bis(3,4-epoxycyclohexyl)adipat (beispielsweise mit der Handelsbezeichnung „ERL-4299" von Union Carbide Corporation), Dipentendioxid (beispielsweise mit der Handelsbezeichnung „ERL-4269" von Union Carbide Corporation), epoxydiertes Polybutadien (beispielsweise mit der Handelsbezeichnung „OXIRON 2001" von FMC Corporation), flammverzögernde Epoxidharze (beispielsweise mit der Handelsbezeichnung „DER-542", einem Epoxidharz vom bromierten Bisphenoltyp, das von Dow Chemical Company erhältlich ist), 1,4-Butandioldiglycidylether (beispielsweise mit der Handelsbezeichnung „ARALDITE RD-2" von Ciba-Geigy Corp.), Diglycidylether von Epoxidharzen auf der Basis von hydriertem Bisphenol A (beispielsweise mit der Handelsbezeichnung „EPONEX 1510" von Shell Chemical Company) und Polyglycidylether von Phenolformaldehydnovolak (beispielsweise mit der Handelsbezeichnung „DEN-431" und „DEN-438" von Dow Chemical Company)
Epoxidharzaushärtungsmittel
Der Begriff „Aushärtungsmittel" wird allgemein verwendet, um nicht nur diejenigen Materialien einzuschließen, die herkömmlicherweise als Aushärtungsmittel betrachtet werden, sondern auch diejenigen Materialien, die die Epoxypolymerisation katalysieren, sowie diejenigen Materialien, die sowohl als Aushärtungsmittel als auch als Katalysator wirken können. Geeignete Aushärtungsmittel für das Epoxidharz umfassen beispielsweise Raumtemperaturaushärtungsmittel, wärmeaktivierte Aushärtungsmittel und Kombinationen derselben sowie fotolytisch aktivierte Aushärtungsmittel. Raumtemperaturaushärtungsmittel und wärmeaktivierte Aushärtungsmittel können beispielsweise Mischungen von Aushärtungsmitteln vom Epoxyhomopolymerisationstyp und Aushärtungsmittel vom Additionstyp umfassen. Die Aushärtungsmittel reagieren bei Temperaturen zwischen etwa Raumtemperatur und etwa 200°C, etwa Raumtemperatur und 150°C oder alternativ zwischen etwa Raumtemperatur und etwa 115°C. Falls die Aushärtungsmittel in Epoxidharzen verwendet werden, die zum Herstellen von Prepregs zum Herstellen von Verbundartikeln verwendet werden, so reagieren geeignete Aushärtungsmittel bei Temperaturen im Bereich von 200°F (93°C) bis 350°F (177°C) und in einer anderen Ausführungsform von 200°F (93°C) bis 230°F (121°C).
Beispiele geeigneter Aushärtungsmittel umfassen mehrbasige Säuren und ihre Anhydride, beispielsweise Di-, Tri- und höhere Carbonsäuren wie beispielsweise Oxalsäure, Phthalsäure, Terephthalsäure, Bernsteinsäure, Maleinsäure, alkyl- und alkenylsubstituierte Bernsteinsäuren, Weinsäure und Anhydride beispielsweise Phthalsäureanhydrid, Bernsteinsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid, Nadinsäureanhydrid und Pyromellitsäureanhydrid; polymerisierbare ungesättigte Säuren, beispielsweise diejenigen, die mindestens 10 Kohlenstoffatome enthalten, beispielsweise Dodecendionsäure, 10,12-Eicosadiendionsäure und Mercaptane.
Beispiele anderer geeigneter Aushärtungsmittel umfassen stickstoffhaltige Verbindungen beispielsweise Benzyldimethylamin, Benzylamin, N,N-Diethylanilin, Melamin, Pyridin, Hydrazide und aromatische Polyamine wie o-, m- und p-Phenylendiamin, 4,4'-Diaminodiphenylsulfon, 3,3'-Diaminodiphenylsulfon und 4,4'-Diaminodiphenylsulfid, 4,4'-Diaminodiphenylketon, 4,4'-Diaminodiphenylether, 4,4'-Diaminodiphenylmethan, 1,3-Propandiol-bis(4-aminobenzoat), fluorenhaltige Amine (beispielsweise 9,9-Bis(4-aminophenyl)fluoren, 9,9-Bis(3-methyl-4-aminophenyl)fluoren, 9,9-Bis(3,5-dimethyl-4-methylaminophenyl)fluoren, 9,9-Bis(3,5-dimethyl-4-aminophenyl)fluoren, 9,9-Bis(3,5-diisopropyl-4-aminophenyl)fluoren und 9,9-Bis(3-chlor-4-aminophenyl)fluoren); 1,4-Bis[α-(4-aminophenyl)-α-methylethyl]benzol, 1,4-Bis[α-(4-amino-3,5-dimethylphenyl)-α-methylethyl]benzol, Bis (4-amino-3-methylphenyl)sulfon, 1,1'-Biphenyl-3,3'-dimethyl-4,4'-diamin, 1,1'-Biphenyl-3,3'-dimethoxy-4,4'-diamin, 4,7,10-Trioxatridecan-1,13-diamin und Diaminonaphthaline.
Geeignete Aushärtungsmittel umfassen beispielsweise aliphatische stickstoffhaltige Verbindungen einschließlich Poly(ether)amine, Guanidine (beispielsweise Dicyandiamid und Tetramethylguanidin), Imidazole (beispielsweise 2-Ethyl-4-methylimidazol), Cyclohexylamin, Diethylentriamin, Triethylentetraamin, Cyclohexyldiamin, Tetramethylpiperamin, N,N-Dibutyl-1,3-propandiamin, N,N-Diethyl-1,3-propandiamin, 1,2-Diamino-2-methylpropan, 2,3-Diamino-2-methylbutan, 2,3-Diamino-2-methylpentan und 2,4-Diamino-2,6-dimethyloctan.
Beispiele geeigneter phenolischer Aushärtungsmittel umfassen mehrwertige Phenole, beispielsweise Brenzcatechin, Resorcin, Hydrochinon, 4,4'-Dihydroxydiphenylmethan, 4,4'-Dihydroxydiphenyldimethylmethan, 4,4'-Dihydroxy-3,3'-dimethyldiphenylmethan, 4,4'-Dihydroxydiphenylmethylmethan, 4,4'-Dihydroxydiphenylcyclohexan, 4,4'-Dihydroxy-3,3'-Dimethyldiphenyldimethylmethan, 4,4'-Dihydroxydiphenylsulfon und Tris-(4-hydroxyphenyl)methan und 9,9-Bis(4- hydroxyphenyl)fluoren und orthosubstituierte Analoge derselben.
Andere nützliche Aushärtungsmittel umfassen chlor-, brom- und fluorhaltige Lewis-Säuren von Aluminium, Bor, Antimon und Titan wie beispielsweise Aluminiumtrichlorid, Aluminiumtribromid, Bortrifluorid, Antimonpentafluorid, Titantetrafluorid und dergleichen. Es ist manchmal auch wünschenswert, dass diese Lewis-Säuren geblockt sind, um die Latenz von Klebstoffzusammensetzungen, die sie enthalten, zu erhöhen. BF₃-Monoethylamin und die Addukte von SbF₅X, wobei X ein Halogen, -OH oder -OR¹ ist, wobei R¹ der Rest eines aliphatischen oder aromatischen Alkohols, Anilins oder eines Derivats desselben ist, wie in der US-Patentschrift Nr. 4,503,211 beschrieben, sind repräsentativ für geblockte Lewis-Säuren.
Geeignete fotolytisch aktivierte Aushärtungsmittel umfassen beispielsweise Iodonium- und Sulfoniumsalze von Antimon und Kobalt und Bis(aren)eisenverbindungen.
Beispiele im Handel erhältlicher Aushärtungsmittel, die zur Verwendung in den Epoxiden geeignet sind, umfassen EPI-CURE 8535-W-50 und EPI-CURE 8537-WY-60 (von Shell Chemical Company erhältlich), HY 955 (von Ciba Specialty Chemicals Corporation erhältlich), AMICURE CG-1400, ANCAMINE 23375, CUREZOL 2E4MZ und CUREZOL PHZS (von Air Products, Pacific Anchor Chemical, Allentown, PA, erhältlich) und DCA-221 (von Dixie Chemical Company, Pasadena, TX, erhältlich).
Das Aushärtungsmittel kann in einer Menge von 2 bis 110 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile des Epoxidharz vorliegen. Wenn das Aushärtungsmittel eine Carbonsaure, ein Guanidin, ein Phenol, ein Anhydrid oder ein primäres oder sekundäres Amin ist, so liegt das Aushärtungsmittel geeigneterweise in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 1,7 Äquivalenten Säure, Anhydrid oder Amin pro Äquivalent Epoxidgruppe vor. Wenn das Aushärtungsmittel ein Anhydrid oder ein Phenol ist, können Beschleuniger in Mengen von etwa 0,1 % bis etwa 5,0 %, auf das Gewicht des Epoxidharzes bezogen, zugegeben werden. Beschleuniger können auch als solche und in den angegebenen Mengen verwendet werden. Beispiele geeigneter Beschleuniger umfassen aromatische tertiäre Amine, wie beispielsweise Benzyldimethylamin, und Imidazole, wie beispielsweise 2-Ethyl-4-methylimidazol. Lewis-Säuren werden in Mengen von etwa 0,1 bis etwa 5 Gew.-%, auf das Gesamtgewicht des Epoxidharzes bezogen, angewendet.
Epoxid-, Acrylat-, Cyanoacrylat- und Urethanklebstoffe
Nützliche Epoxidharzklebstoffe umfassen 3M^WZ-Scotch-Weld^WZ-Epoxidharzklebstoffe, die von 3M Company erhältlich sind und beispielsweise die Produktbezeichnungen DP-100; DP-105, DP-110; DP-125, DP-190, DP-270, DP-420, DP-460, 1751, 1833, 1838, 2158, 2210, 2216 und 3601 besitzen.
Andere nützliche Epoxidharzzusammensetzungen sind diejenigen, die Glycidylether von Hydroxyphenylfluoren und/oder ein Aminophenylfluoren-Aushärtungsmittel enthalten. Diese und andere nützliche Epoxidharzzusammensetzungen, die als aushärtbarer Klebstoff verwendet werden können, sind allgemein in den US-Patentschriften Nr. 4,684,678 , 4,707,534 , 4,770,084 , 5,276,106 , 5,369,192 , 5,728,755 und 6,054,221 beschrieben.
Im Handel erhältliche Beispiele aushärtbarer vernetzender Acrylatklebstoffe umfassen die Gruppe der Cyanoacrylatklebstoffe 3M^WZ-Scotch-Weld^WZ DP-8005 und Pronto^WZ-Sofortklebstoffe (von 3M Company erhältlich).
Nützliche Urethanklebstoffe umfassen diejenigen, die durch Aussetzen Feuchtigkeit gegenüber aushärten und vernetzen. Im Handel erhältliche aushärtbare Urethanklebstoffe umfassen diejenigen, die die Produktbezeichnungen 3M^WZ-Scotch-Weld^WZ DP-605NS, 3592, 3535 und 3549 (von 3M Company erhältlich) besitzen.
Die Dicke der Klebstoffbindungsschicht 14 ist nicht kritisch und kann mindestens etwa 2,5 Mikrometer (0,0001 Zoll) betragen. In einer anderen Ausführungsform kann die Klebstoffbindungsschicht 14 bis zu etwa 125 Mikrometern (0,005 Zoll) dick sein. In einer Ausführungsform ist die Klebstoffbindungsschicht 14 mindestens etwa 13 Mikrometer (0,0005 Zoll) dick. In einer anderen Ausführungsform kann die Klebstoffbindungsschicht 14 bis zu 50 Mikrometer (0,002 Zoll) dick sein. Wenn die Klebstoffbindungsschichtdicke größer als etwa 125 Mikrometer ist, so wird sie eventuell für das Aufquellen durch Fluide anfälliger und das Gewicht des Gegenstands kann sich unnötigerweise erhöhen. Jedoch kann, wenn die Bindungsschichtdicke weniger als etwa 2,5 Mikrometer beträgt, sie eventuell nicht genügend Haftung bieten, um den den Strömungswiderstand verringernden Gegenstand während der Anwendung an Ort und Stelle zu halten.
Der den Strömungswiderstand verringernde Gegenstand 10 kann des Weiteren und wahlweise eine vorübergehende Verkleidung 16 umfassen, die die Klebstoffbindungsschicht 14 gegen Kontamination durch Schmutz und andere Materialien schützt und die kurz bevor der den Strömungswiderstand verringernde Gegenstand auf eine Oberfläche aufgebracht wird, entfernt wird. Die Verkleidung 16 kann beispielsweise als unbehandelte Polyolefinplatte oder als mit Silicon oder Fluorsilicon behandeltes Papier oder Kunststoffplatte bereitgestellt werden.
Die äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 umfasst eine mit einem Muster versehene Außenfläche, die dazu geeignet ist, den Widerstand (Strömungswiderstand) gegen ein Fluid (beispielsweise Luft, Gas, Wasser usw.), das über die Schicht 11 fließt, zu verringern. Im Allgemeinen und immer noch unter Bezugnahme auf 1 bis 3 weist die mit einem Muster versehene Oberfläche eine Reihe von im Wesentlichen parallelen Gipfeln 20, die durch eine Reihe von im Wesentlichen parallelen Tälern 22 getrennt sind, auf. Im Querschnitt kann die mit dem Muster versehene Oberfläche eine Reihe von Wellenformen annehmen. Beispielsweise zeigen die 1 bis 3 ein symmetrisches Sägezahnmuster, bei dem jeder der Gipfel wie auch jedes der Täler identisch sind. 4 zeigt eine Reihe paralleler Gipfel 28 und 30, die verschiedene Höhen aufweisen, die durch eine Reihe paralleler Täler 22 getrennt. 5 zeigt ein Sägezahnmuster abwechselnder, paralleler, asymmetrischer Gipfel 40, die durch eine Reihe paralleler, asymmetrischer Täler 42 getrennt sind.
Während nur kontinuierliche Gipfel und Täler gezeigt sind, wird ein diskontinuierliches Muster von Gipfeln und Tälern ebenfalls in Betracht gezogen. So können die Täler und Gipfel beispielsweise für einen Abschnitt des Gegenstands beendet sein. Die Täler können mit fortschreitendem Gipfel oder Tal von einem Ende des Gegenstands zum anderen schmäler oder breiter werden. Noch weiter kann die Höhe und/oder Breite eines vorgegebenen Gipfels oder Tals mit fortschreitendem Gipfel oder Tal von einem Ende des Gegenstands zum anderen sich ändern.
Die Dimensionen der Gipfel und Täler sind bei der Erfindung nicht kritisch, vorausgesetzt, dass, gleichgültig welche mit einem Muster versehene Oberfläche eingesetzt wird, sie die erwünschte Verringerung des Strömungswiderstand bietet. Die optimalen Dimensionen hängen bis zu einem gewissen Grad von der Geschwindigkeit ab, mit der das zu bedeckende Substrat durch das Fluid hindurchgeht (oder die Geschwindigkeit, mit der das Fluid über das Substrat hinweggeht). Bezüglich einer weiteren Besprechung dieses Themas vergleiche AIAA-88-0138 „Drag Reduction for External Boundary Lagers Using Riblets and Polymers (Strömungswiderstandsverringerung für externe Grenzschichten unter Anwendung von Rippchen und Polymeren)", L.W. Reidy und G.W.Anderson, an der 26. AIAA Aerospace Sciences Versammlung, 11.–14. Januar, 1988, in Reno, NV, vorgetragen. Jedoch hat es sich erwiesen, dass Gipfel mit einer Höhe von mindestens etwa 10 Mikrometern (0,0004 Zoll) nützlich sind. In einer anderen Ausführungsform sind Gipfel, die eine Höhe von bis zu etwa etwa 250 Mikrometern (0,010 Zoll) aufweisen, nützlich. In einer Ausführungsform sind die Gipfel mindestens etwa 20 Mikrometer (0,0008 Zoll) für Hochgeschwindigkeitsanwendungen (beispielsweise Flugzeuge) hoch. In einer anderen Ausführungsform sind die Gipfel bis zu etwa 150 Mikrometern (0,006 Zoll) für Hochgeschwindigkeitsanwendungen (beispielsweise Flugzeuge) hoch. Der Abstand von Gipfel zu Gipfel zwischen nebeneinanderliegenden Gipfeln ist ebenfalls für die Erfindung nicht kritisch. Ein Abstand von mindestens etwa etwa 10 Mikrometern (0,0004 Zoll) ist nützlich. In einer anderen Ausführungsform ist ein Abstand von bis zu etwa 250 Mikrometern (0,010 Zoll) nützlich. Für Anwendungen in der Luftfahrt ist ein Abstand von mindestens etwa 20 Mikrometern (0,0008) nützlich. In einer anderen Ausführungsform ist ein Abstand von bis zu etwa 150 Mikrometern (0,006 Zoll) nützlich. Der zwischen nebeneinanderliegenden Gipfeln eingeschlossene Winkel kann ebenfalls variieren. Die Täler können flach, rund oder keilförmig sein. Die Gipfel sind im Allgemeinen keilförmig und weisen einen eingeschlossenen Winkel von mindestens etwa 15° auf. In einer anderen Ausführungsform kann der eingeschlossene Winkel bis zu etwa 140° betragen. In einer Ausführungsform kann der eingeschlossene Winkel mindestens etwa 50° betragen. In einer anderen Ausführungsform kann der eingeschlossene Winkel bis zu etwa 60° betragen.
Erfindungsgemäße, den Strömungswiderstand verringernde Gegenstände können ohne Weiteres durch eine Reihe von Techniken hergestellt werden. Beispielsweise kann das den Strömungswiderstand verringernde Muster während der Herstellung der Schichten 11 und/oder 12 verliehen werden oder alternativ kann eine vorgeformte Bahn, die eine oder mehrere der Schichten 11, 12, 14 und 16 aufweist, bereitgestellt und ein den Strömungswiderstand verringerndes Muster in der Schicht 11 gebildet werden. Nach der Herstellung kann der den Strömungswiderstand verringernde Gegenstand um eine Spule zu einer Rollenform zur leichten Lagerung, Transportierung und Verwendung gewunden werden.
In einem Ansatz werden die Polymere für die äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 und die Zwischenschicht 12 coextrudiert (das heißt gleichzeitig zusammen extrudiert). Alternativ könnte jede der Schichten getrennt extrudiert und daraufhin beispielsweise durch Laminieren oder Klebstoffverbinden miteinander verbunden werden. Fast irgendeine Kombination von Schichten kann coextrudiert und dann mit den verbleibenden Schichten verbunden werden. Die verschiedenen Schichten können auch durch verschiedene sequentielle oder gleichzeitige Beschichtungsverfahren zusammengebaut werden. Kombinationen von Beschichtung und Extrusion werden ebenfalls in Betracht gezogen. Die mit einem Muster versehene Oberfläche kann durch Prägetechniken unter Anwendung von Hitze und/oder Druck geformt werden. Natürlich sind andere Techniken ebenfalls möglich und werden von den mit dem Stand der Technik vertrauten Fachleuten ohne Weiteres erdacht.
Im Allgemeinen sind die Materialien in nebeneinanderliegenden Schichten verträglich und haften entweder selbst aneinander an oder sind dazu fähig, aneinander befestigt zu werden, um eine ausreichende Haftung zwischen den Schichten zu bieten, die der den Strömungswiderstand verringernde Gegenstand während der normalen Verwendung nicht delaminiert. Ein großer Anteil von Acrylpolymer in der Zwischenschicht 12 kann eine gute Haftung zwischen der äußeren, mit einem Muster versehenen Trägerschicht 11 und der Klebstoffbindungsschicht 14 bereitstellen. Die Zwischenschicht 12 kann mit einer Oberflächenbehandlung, wie beispielsweise Ätzen oder Coronabehandlung, wie oben beschrieben, versehen werden, um eine gute Haftung zwischen der Zwischenschicht 12 und einer äußeren, mit einem Muster versehenen Trägerschicht 11 oder der Klebstoffbindungsschicht 14 oder beiden zu unterstützen. Alternativ können derartige Oberflächenbehandlungen zum Unterstützen einer guten Haftung direkt zwischen der äußeren, mit einem Muster versehenen Trägerschicht 11 und der Klebstoffbindungsschicht 14 verwendet werden.
Die Klebstoffbindungsschicht 14 wird auf die Oberfläche der äußeren, mit einem Muster versehenen Trägerschicht 11, die sich der mit einem Muster versehenen Oberfläche gegenüber befindet, aufgebracht. Beispielsweise kann die Bindungsschicht 14 schichtförmig auf eine Bahn aufgebracht werden, die eine äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 aufweist, die vorher extrudiert worden ist. Eine vorübergehende, entfernbare Schutzverkleidung 16 kann dann auf die Bindungsschicht 14 auflaminiert werden. Alternativ kann die Bindungsschicht 14 schichtförmig auf eine Schutzverkleidung 16 aufgebracht und auf eine vorgeformte Bahn, die eine äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 aufweist, durch Hindurchführen der vorgeformten Bahn und der mit der Bindungsschicht beschichteten Schutzverkleidung zwischen Gummiwalzen, die nötigenfalls erhitzt worden sind, übertragungslaminiert werden. Der so gebildete, den Strömungswiderstand verringernde Gegenstand ist in
6 gezeigt. Wenn die Zwischenschicht 12 verwendet wird, wird die Klebstoffbindungsschicht unter Anwendung dieser gleichen Techniken auf die Oberfläche der Zwischenschicht 12 aufgebracht, die derjenigen gegenüber liegt, die an der äußeren, mit einem Muster versehenen Trägerschicht 11 anliegt.
Eine andere nützliche Technik umfasst das Aufbringen einer durch Strahlung aushärtbaren Zusammensetzung auf einen flexiblen Träger, das Kontaktieren der durch Strahlung aushärtbaren Zusammensetzung mit einer Vorlage, die die positive Struktur des erwünschten Musters trägt und Strahlungsaushärten der Zusammensetzung. Die so hergestellte Bearbeitungsplatte kann von der Vorlage entfernt und daraufhin zum Aufbringen eines Musters auf die äußere Trägerschicht 11 durch Beschichten, Extrudieren oder Coextrudieren der Materialien für die Schichten 11 und 12 auf die Bearbeitungsplatte verwendet werden. Zusätzliche Informationen über derartige Herstellungstechniken sind in der US-Patentschrift Nr. 4,576,850 (harten); US-Patentschrift Nr. 5,183,597 (Lu) und US-Patentschrift Nr. 5,468,540 (Lu) zu finden.
Noch ein anderer Ansatz involviert das Hernehmen einer Bahn bestehend aus einer äußeren Trägerschicht 11 und das Laminieren einer Bearbeitungsplatte auf die Schichten 11 und 12 unter Anwendung von Hitze und/oder Druck, um das Muster der Bearbeitungsplatte auf die Oberfläche der äußeren Trägerschicht 11 aufzubringen.
Die Verwendung einer Bearbeitungsplatte kann deshalb vorteilhaft sein, weil sie auch als Trägerbahn zum Schützen der äußeren, mit einem Muster versehenen Trägerschicht 11 während irgendwelcher zusätzlicher Verarbeitungsvorgänge, wie Coronabehandlung, Befestigen der Klebstoffbindungsschicht, Schlitzen oder Durchlöchern, wirken kann. Sie kann auch vor Verwendung des den Strömungswiderstand verringernden Gegenstands oder nach dem Aufbringen des den Strömungswiderstand verringernden Gegenstands 10 auf ein Substrat entfernt werden oder sie kann zu irgendeinem Zeitpunkt während der Herstellung des den Strömungswiderstand verringernden Gegenstands entfernt werden.
Die erfindungsgemäßen, den Strömungswiderstand verringernden Gegenstände können ohne Weiteres auf eine Reihe verschiedener Substrate aufgebracht werden, um den Strömungswiderstand zu verringern, dem man dann begegnet, wenn dieses Substrat durch ein Fluidmedium hindurchgeht, oder wenn ein Fluid sich am Substrat vorbeibewegt. Der Gegenstand wird derart auf dem Substrat positioniert, dass die mit einem Muster versehene Oberfläche eine maximale Verringerung des Strömungswiderstands bietet. Wenn die mit einem Muster versehene Oberfläche parallele Gipfel und Täler aufweist, so wird die maximale Strömungswiderstandverringerung dann erreicht, wenn die Gipfel und Täler allgemein parallel zur Fluidströmung liegen. Es ist zu erwarten, dass die erfindungsgemäßen, den Strömungswiderstand verringernden Gegenstände, bei denen die hier beschriebenen Bindungsschichten verwendet werden, eine ausgezeichnete Bewitterungs- und Fluidwiderstandsfähigkeit, wie in der US-Patentschrift Nr. 6,475,616 und der PCT-Veröffentlichung Nr. WO 02/070623 offenbart, besitzen und ohne Weiteres über flache Oberflächen oder solche mit glatten Konturen, das heißt, solche, die im Wesentlichen von Oberflächenvorsprüngen, beispielsweise erhöhten Nieten, wie sie typischerweise auf den Außenflächen von kommerziellen Flugzeugen zu finden sind, frei sind, aufgebracht werden können. Das Bereitstellen von Durchlöcherungen oder anderen Diskontinuitäten (beispielsweise Schlitzen) in dem den Strömungswiderstand verringernden Gegenstand kann das Aufbringen des den Strömungswiderstand verringernden Gegenstands auf ein Substrat erleichtern und den Durchgang von Feuchtigkeit und Dämpfen durch den Gegenstand erlauben. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht aus seiner Einfachheit der Herstellung und reduzierten Produktionskosten aufgrund einer reduzierten Anzahl von Schichten, die für seine Konstruktion erforderlich sind. Die erfindungsgemäßen, den Strömungswiderstand verringernden Gegenstände enthalten keine Verstärkungsschicht, wie diejenige, die in der US-Patentschrift Nr. 5,848,769 beschrieben ist. Von derartigen Materialien wird gesagt, dass sie thermoplastische Polyurethane und Polyvinylchlorid enthalten. Es hat sich gezeigt, dass ausreichend anschmiegsame, den Strömungswiderstand verringernde Gegenstände ohne Anwendung einer derartigen Schicht bereitgestellt werden können. Des Weiteren ist zu erwarten, dass die Eliminierung der Verstärkungsschicht zu einer verbesserten Fluidwiderstandsfähigkeit bei der vorliegenden Erfindung beiträgt.
Im Falle nicht ausgehärteter Verbundgegenstände, die Matrixbindemittelharze (typischerweise, jedoch nicht darauf beschränkt, duroplastische Matrixbindemittelharze) und Fasern aufweisen, kann ein den Strömungswiderstand verringernder Gegenstand, der eine äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 und wahlweise eine Zwischenschicht 12 aufweist, mit dem nicht ausgehärteten Verbundgegenstand unter Bildung eines fertigen Verbundgegenstands, der eine den Oberflächenwiderstand verringernde Gegenstandsoberfläche darauf aufweist, gleichzeitig ausgehärtet werden. Bei dieser Ausführungsform dient der nicht ausgehärtete Verbundgegenstand als Bindungsschicht 14. Als Alternative kann eine dünne Schicht Klebstoffbindungsmaterial 14 auf die äußere, mit einem Muster versehene Trägerschicht 11 oder die Zwischenschicht 12, liegt sie vor, aufgebracht werden und der den Strömungswiderstand verringernde Gegenstand wird über den nicht ausgehärteten Verbundgegenstand aufgebracht und dann mit dem nicht ausgehärteten Verbundgegenstand unter Bildung eines fertigen Verbundgegenstands, auf dem sich eine den Strömungswiderstand verringernde Oberfläche befindet, gleichzeitig ausgehärtet werden. Beispielsweise kann ein den Strömungswiderstand verringernder Gegenstand, der eine Haftklebstoffbindungsschicht auf einer Oberfläche aufweist, auf den nicht ausgehärteten Verbundgegenstand aufgebracht und dann mit dem nicht ausgehärteten Verbundgegenstand unter Bildung eines fertigen Verbundgegenstands, der eine den Strömungswiderstand verringernde Oberfläche darauf aufweist, gleichzeitig ausgehärtet werden. Bei einem anderen Beispiel kann ein erfindungsgemäßer, den Strömungswiderstand verringernder Gegenstand, der eine aushärtbare Klebstoffschicht aufweist, auf einen ausgehärteten Verbundgegenstand aufgebracht werden, und der ausgehärtete Klebstoff des den Strömungswiderstand verringernden Gegenstands wird ausgehärtet. Beim gleichzeitigen Aushärten nicht ausgehärteter Verbundgegenstände und der den Strömungswiderstand verringernden Gegenstände, die oben beschrieben worden sind, wird ein Handdruck zum Inkontaktbringen der den Strömungswiderstand verringernden Gegenstände mit den nicht ausgehärteten Verbundgegenständen angewendet, gefolgt vom Reduzieren der Masse (wie in Engineered Materials Handbook, Band 1: Composites beschrieben), um irgendwelche eingeschlossene Luft zu entfernen. Auf diese Weise kann der erfindungsgemäße, den Strömungswiderstand verringernde Gegenstand zum Bereitstellen von den Strömungswiderstand verringernden Oberflächen auf Verbundgegenständen verwendet werden.
Bei der praktischen Anwendung dieser Erfindung kann der erfindungsgemäße, den Strömungswiderstand verringernde Gegenstand bei der anfänglichen Herstellung eines Substrats, das eine den Strömungswiderstand verringernde Oberfläche aufweist, beispielsweise eines Verbundgegenstands oder im Feld zum Bereitstellen derartiger Substrate eingesetzt werden, in welchem Fall die Klebstoffbindungsschicht, ist sie aushärtbar, bei Raumtemperatur ausgehärtet werden kann oder sie eventuell eine erhöhte Temperatur erfordert, verwendet werden. Die erforderliche erhöhte Temperatur kann durch irgendeine Möglichkeit, wie beispielsweise IR-Lampen, Hitzepistolen, tragbare Heizvorrichtungen und dergleichen bereitgestellt werden.
Im Allgemeinen kann der erfindungsgemäße, den Strömungswiderstand verringernde Gegenstand auf irgendeinem Substrat verwendet werden, mit dem sich die Klebstoffbindungsschicht verbinden lässt. Beispiele derartiger Substrate umfassen lackierte Oberflächen, grundierte Oberflächen, Metallflächen, Keramik-, ausgehärtete und nicht ausgehärtete Verbundflächen, fluorierte Polymerflächen, plattierte Flächen, galvanisierte Flächen und dergleichen.

Die Erfindung lässt sich unter Bezugnahme auf das folgende nicht einschränkende Beispiel noch besser verstehen. Verschiedene Abkürzungen und Handelsbezeichnungen, die in den Beispielen benutzt werden, sind der unteren Tabelle gemäß definiert. Abkürzungen und Handelsbezeichnungen

Äußere, mit einem Muster versehene Schicht und Zwischenschicht
Abkürzung	Beschreibung	Quelle
PVDF	Polyvinylidenfluorid, nomineller SI = 120 g/10 Minuten*	Solef^WZ Qualität 1006 von Solvay Plastics, Houston, TX
PMMA	Poly(methylmethacrylat), Schmelzindex 27	CP-41 von ICI Acrylics Inc., St Louis, MO
* Alle Schmelzindizes (SI) sind bei 230°C und mit 5 kg, ASTM D-1238 gemäß, gemessen

Herstellung einer Trägerbahn/Bearbeitungsplatte
Eine mit einem Muster versehene Bearbeitungsplatte wurde aus folgenden Materialien hergestellt:
Eine 125 Mikrometer (0,005 Zoll) dicke Polyesterfolie wurde mit einer durch W aushärtbaren Acrylpräpolymerlösung folgender Bestandteile beschichtet, um ein Beschichtungsgewicht von etwa 34 g/m² (3,2 gm/ft²) bereitzustellen:

a. 59,5 Gew.-% Bisphenol-A-epoxydiacrylat (Photomer^WZ 3016 von Henkel Corp., Ambler, PA);
b. 39,5 Gew.-% Phenoxyethylacrylat (Photomer^WZ 4035 von Henkel Corp.); und
c. 1,0 Gew.-% 2-Hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-on (Darocur^WZ 1173 von Ciba-Geigy Corp.)

Die Folie wurde mit der sich darauf befindenden Lösung durch den Quetschspalt einer Quetschwalze hindurchgeführt, wobei die Lösung einen Zylinder kontaktierte, der mit einem rillenförmigen Muster eingraviert worden war. Während die Lösung sich in Kontakt mit dem eingravierten Zylinder befand, wurde sie einer Quelle von UV-Licht (Quecksilberlampe von mittlerem Druck, 400 Watt, von Actek International, Plainsville, IL) etwa 0,1–1,0 Sekunden lang zum Aushärten der Lösung ausgesetzt. Das ausgehärtete Material wurde von dem Zylinder abgezogen und als Trägerbahn/Bearbeitungsplatte verwendet, um das mit Rillen versehene Muster auf die Oberfläche des den Strömungswiderstand verringernden Gegenstands aufzubringen.
Das Muster auf der aus ausgehärtetem Material bestehenden Oberfläche wies einen Querschnitt auf, der demjenigen der 2 ähnlich war, mit einer Gipfelhöhe von 62,5 Mikrometern (2,5 Mil), einem Abstand von Gipfel zu Gipfel von 62,5 Mikrometern (2,5 Mil) und einem zwischen nebeneinanderliegenden Gipfeln eingeschlossenen Winkel von 53°.
Die Probe wurde dann unter einem Mikroskop mit einer 100-fachen Vergrößerung untersucht, um die Schärfe des erzeugten Profils zu bestimmen. Die Probe wies scharfe Gipfel und Täler auf.
Beispiel
Ein den Strömungswiderstand verringernder Gegenstand mit einem Träger mit einem den Strömungswiderstand verringernden Muster auf einer Seite und einer Klebstoffbindungsschicht auf der anderen Seite wurde wie folgt hergestellt:
Eine Mischung von PVDF:PMMA/90:10 (Gewichtsverhältnis) wurde durch einen Einschneckenextruder eines Verhältnisses von Länge:Durchmesser von 24:1 zu einem Fünfschichtenspeiseblock transportiert, der wiederum einer Einschichtextrusionsdüse mit einer Öffnung von 914 mm × 1,02 mm (36 × 0,04 Zoll) zuspeiste. Der Extruder wies mehrfache Erhitzungszonen auf, wobei die letzte Zone auf zwischen 204,5°C–215,5°C (400–420°F) eingestellt war. Die Coextrusionsdüsentemperatur wurde auf 215,5°C (420°F) eingestellt.
Der Extruder wurde so an die Düse angeschlossen, dass die Mischung die Düse verließ und direkt mit der oben beschriebenen Trägerbahn/Bearbeitungsplatte in Berührung gebracht wurde.
Die Trägerbahn wurde durch einen Quetschspalt geführt, der aus einer polierten Chromwalze und einer geschliffenen Siliconkautschukwalze von matter Oberflächenbeschaffenheit bestand. Die Temperatur beider Quetschwalzen wurde bei 88°C (190°F) gehalten.
Das heiße Extrudat wurde auf die Trägerbahn/Bearbeitungsplatte aufgegossen und sofort zwischen Quetschwalzen bei einem Walzendruck von 21 kg/cm (118 Pfund pro linearer Zoll) quetschgewalzt. Die Oberflächengeschwindigkeit der Walzen betrug 8,5 m (28 Fuß)/Minute. Die so gebildete Folie wies eine Gesamtdicke, wie von oben an den Gipfeln bis zur gegenüber liegenden Seite der Trägerschicht gemessen, von 114,3 Mikrometern (0,0045 Zoll) auf und spiegelte das Muster der Trägerbahn/Bearbeitungsplatte genau wider.
Die Trägerbahn wurde dann auf ihrer nicht mit einem Muster versehenen Seite coronabehandelt, woraufhin sie bei Raumtemperatur auf 3M^WZ 468-Laminierklebeband (einem Acrylklebstoff auf einer Silicontrennverkleidung, von 3M Company erhältlich) auflaminiert wurde. Die Klebstoffdicke betrug etwa 125 Mikrometer (0,005 Zoll). Nach Entfernung der Trägerbahn/Bearbeitungsplatte und der Schutzverkleidung wurden Proben des den Strömungswiderstand verringernden Gegenstands auf 1) flache und 2) glatte mit Konturen versehene Substrate aufgebracht. Der Aufbringvorgang erfolgte einfach und die Proben schmiegten sich ohne weiteres an die Substratflächen an.
Der den Strömungswiderstand verringernde Gegenstand wurde dann unter einem Mikroskop mit einer 100-fachen Vergrößerung untersucht, um die Schärfe des erzeugten Profils zu bestimmen. Die mit einem Muster versehene Oberfläche wies scharfe Gipfel und Täler auf.

Claims

Den Strömungswiderstand verringernder Gegenstand aufweisend: (a) eine Außenschicht mit einer bloßgelegten, mit einem Muster versehenen Oberfläche, die den Strömungswiderstand, der durch ein Fluid hervorgerufen wird, das über die Oberfläche fließt, reduziert, wobei: (1) die Außenschicht eine Mischung von ersten und zweiten Polymeren aufweist, wobei das erste Polymer polymerisierte Einheiten von Vinylidenfluorid aufweist und das zweite Polymer das Polymerisationsprodukt eines Monomers ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Butylmethacrylat und Kombinationen derselben aufweist; und (2) die bloßgelegte, mit einem Muster versehene Oberfläche eine Reihe im Wesentlichen paralleler Gipfel ist, die durch eine Reihe von im Wesentlichen parallelen Tälern getrennt sind; (b) eine Klebstoffbindungsschicht für das Aufkleben des den Strömungswiderstand verringernden Gegenstands auf eine Fläche; und (c) eine Zwischenschicht zwischen der Außenschicht und der Klebstoffbindungsschicht; wobei: die Zwischenschicht aufweist: eine Mischung von ersten und zweiten Polymeren, wobei das erste Polymer polymerisierte Einheiten von Vinylidenfluorid aufweist und das zweite Polymer das Polymerisationsprodukt eines Monomers ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Butylmethacrylat und Kombinationen derselben aufweist; und wobei der Gegenstand von Verstärkungsmaterial frei ist.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die Außenschicht eine Mischung von ersten und zweiten Polymeren aufweist, wobei das erste Polymer mindestens 70 Gew.-% eines Polymers aufweist, das aus der Gruppe bestehend aus: (A) Poly(vinylidenfluorid), (B) Copolymeren, die von polymerisierten Einheiten von Vinylidenfluorid und einem Monomer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylen, Hexafluorpropylen, Tetrafluorethylen und Kombinationen derselben deriviert sind und (C) Kombinationen von (A) und (B) ausgewählt ist und das zweite Polymer bis zu 30 Gew.-% Poly(methylmethacrylat) aufweist.
Den Strömungswiderstand verringernder Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Klebstoffbindungsschicht aus der Gruppe bestehend aus Haftklebern, aushärtbaren Klebstoffen und aushärtbaren Verbundgegenständen ausgewählt ist.
Den Strömungswiderstand verringernder Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die äußere, bloßgelegte, mit einem Muster versehene Oberfläche eine Reihe im Wesentlichen paralleler Gipfel aufweist, die durch eine Reihe von im Wesentlichen parallelen Tälern getrennt sind.
Den Strömungswiderstand verringernder Gegenstand nach Anspruch 1 haftend an eine Oberfläche geklebt, um den Strömungswiderstand, der durch ein Fluid verursacht wird, das über diese Oberfläche fließt, zu reduzieren.