JP7211710B2 - チタン及びチタン合金構造体をエポキシ含有化合物に接合するための方法及び装置 - Google Patents
チタン及びチタン合金構造体をエポキシ含有化合物に接合するための方法及び装置 Download PDFInfo
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Description
3‐アミノプロピルトリエトキシシラン(3-amino propyltriethoxysilane)、
3‐グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(3-glycidoxypropyltrimethoxysilane)、
p‐アミノフェニルシラン(p-aminophenylsilane)、
アリルトリメトキシシラン(allyltrimethoxysilane)、
N‐(2‐アミノエチル)‐3‐アミノプロピルトリメトキシシラン、
3‐アミノプロピルトリエトキシシラン、
3‐アミノプロピルトリメトキシシラン、
3‐グリシジルプロピルジイソプロピルエトキシシラン(3-glycidylpropyldiisopropylethoxysilane)、
(3‐グリシドキシプロピル)メチルジエトキシシラン((3-glycidoxypropyl)methyldiethoxysilane)、
3‐グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(3-glycidoxypropyltrimethyoxysilane)、
3‐メルカプトプロピルトリメトキシシラン(3-mercaptopropyltrimethyoxysilane)、
3‐メルカプトプロピルトリエトキシシラン(3-mercaptopropyltriethyoxysilane)、
3‐メタクリルオキシプロピルメチルジエトキシシラン(3-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane)、
3‐メタクリルオキシプロピルメチルジメトキシシラン(3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane)、
3‐メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン(3-methacryloxypropyltrimethoxysilane)、
n‐フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン(n-phenylaminopropyltrimethoxysilane)、
ビニルメチルジエトキシシラン(vinylmethyldiethoxysilane)、
ビニルトリエトキシシラン(vinyltriethoxysilane)、及び
ビニルトリメトキシシラン(vinyltrimethoxysilane)
からなる群から選択された有機シランを含む。
3‐アミノプロピルトリエトキシシラン、
3‐グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、
p‐アミノフェニルシラン、
アリルトリメトキシシラン、
N‐(2‐アミノエチル)‐3‐アミノプロピルトリメトキシシラン、
3‐アミノプロピルトリエトキシシラン、
3‐アミノプロピルトリメトキシシラン、
3‐グリシジルプロピルジイソプロピルエトキシシラン、
(3‐グリシドキシプロピル)メチルジエトキシシラン、
3‐グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、
3‐メルカプトプロピルトリメトキシシラン、
3‐メルカプトプロピルトリエトキシシラン、
3‐メタクリルオキシプロピルメチルジエトキシシラン、
3‐メタクリルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、
3‐メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、
n‐フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン、
ビニルメチルジエトキシシラン、
ビニルトリエトキシシラン、及び
ビニルトリメトキシシラン
からなる有機シランを含む。
Si(OEt)4+2H2O→Si(OH)4+4EtOH 加水分解(1)
Si(OH)4→SiO2+2H2O 縮合(2)
Etは、CH3CH2--である。加水分解及び縮合反応が完了して、金属酸化物又は含水金属水酸化物に完全に転化することができる。それらは部分的であり得、完成したゲル中にアルコキシド官能性をより多く残す。反応条件に応じて、反応(1)及び(2)は、ナノスケール粒子の合成において実証されるように、別個の酸化物微粒子を生成することができ、又は、膜形成において利用され得るネットワークゲルを形成することができる。得られるゲルの溶媒への溶解度は、粒子の大きさ及びネットワーク形成の程度に左右される。
水平安定板ジョイントにおける成形可能なプラスチックシム(MPS)として用いられるエポキシ含有化合物用の結合剤としてチタン表面(スプライスプレート)に施されたゾル‐ゲルを用いる効果を判断するために、試験が実施された。以下の2つの構成を表すためにサンプルが集められた。(1)MPSに直接結合したゾル‐ゲル、及び(2)ゾル‐ゲルとMPSとの間で配向された接着プライマー層。これらのサンプルは、高温及び低温条件下の疲労荷重のためにゾル‐ゲルジョイントで結合したMPSに対するものであった。すべての試験片は、ジョイントに熱応力をかけるためにケブラーサイクルにかけられた。試験は、500000サイクルまで行なわれた。サンプルは、航空機ジョイント(すなわち、29700ポンドの最大引張)を表す、チタンスプライスプレートの応力レベル17ksiで処理された。試験中、サンプルは、取り付けられたボルトの使用を通して予荷重を失う可能性があるかどうかが評価された。
多層構造を形成するために、チタン構造体を複合構造体に接合する方法であって、
第1のチタン構造体表面を含む第1のチタン構造体を位置付けするステップであって、前記第1のチタン構造体表面が第1のゾル‐ゲル層を含む、ステップ、
複合構造体を位置付けするステップであって、前記複合構造体が、複合構造体第1表面及び複合構造体第2表面を含み、前記複合構造体第1表面が、前記第1のチタン構造体表面の近傍に且つ前記第1のチタン構造体表面から所定の距離離れて位置付けされている、ステップ、
所定量のエポキシ含有化合物を前記第1のチタン構造体表面上の前記第1のゾル‐ゲル層と前記複合構造体第1表面との間に位置付けするステップ、
前記エポキシ含有化合物を前記第1のチタン構造体表面に結合するステップ、及び
前記多層構造を形成するために、前記第1のチタン構造体を前記複合構造体第1表面に接合するステップ
を含む方法。
第1のチタン構造体を位置付けする前記ステップの前に、第1のゾル‐ゲル層を前記第1のチタン構造体表面に施すステップをさらに含む、条項1に記載の方法。
複合構造体を位置付けする前記ステップの前に、コーティングを前記第1のチタン構造体表面上の前記第1のゾル‐ゲル層に施すステップをさらに含む、条項1に記載の方法。
前記エポキシ含有化合物を硬化することをさらに含む、条項1に記載の方法。
複合構造体を前記第1のチタン構造体表面の近傍に且つ前記第1のチタン構造体表面から所定の距離離して位置付けする前記ステップでは、前記複合構造体が、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、ポリオレフィン繊維、セラミック繊維、又はこれらの組み合わせを含む、条項1に記載の方法。
所定量のエポキシ含有化合物を前記第1のゾル‐ゲル層と前記複合構造体第1表面との間に位置付けする前記ステップでは、前記エポキシ含有化合物が、グレード120のエポキシ系又はグレード190のエポキシ系を含む、条項1に記載の方法。
所定量のエポキシ含有化合物を前記第1のゾル‐ゲル層と前記複合構造体第1表面との間に位置付けする前記ステップでは、前記エポキシ含有化合物が、成形可能なプラスチックシムを形成する、条項1に記載の方法。
複合構造体を前記第1のチタン構造体表面の近傍に且つ前記第1のチタン構造体表面から所定の距離離して位置付けする前記ステップでは、前記複合構造体が、エポキシ樹脂を含む、条項1に記載の方法。
第1のチタン構造体表面を含む第1のチタン構造体を位置付けする前記ステップでは、前記第1のチタン構造体が、スプライスプレート部材を含む、条項1に記載の方法。
条項1に記載の方法に従って製作された、接合された構造体。
第1のチタン構造体を位置付けする前記ステップの後、
第2のチタン構造体表面を含む第2のチタン構造体を位置付けするステップであって、前記第2のチタン構造体表面が第2のゾル‐ゲル層を含む、ステップ、
複合構造体を位置付けするステップであって、前記複合構造体が、複合構造体第1表面及び複合構造体第2表面を含み、前記複合構造体第1表面が、前記第1のチタン構造体表面の近傍に且つ前記第1のチタン構造体表面から所定の距離離れて位置付けされ、前記複合構造体第2表面が、前記第2のチタン構造体表面の近傍に且つ前記第2のチタン構造体表面から所定の距離離れて位置付けされている、ステップ、
所定量のエポキシ含有化合物を前記第2のチタン構造体表面上の前記第2のゾル‐ゲル層と前記複合構造体第2表面との間に位置付けするステップ、及び
多層構造を形成するために、前記第1のチタン構造体と前記第2のチタン構造体との間で前記複合構造体を接合するステップ
を含む、条項1に記載の方法。
第1及び第2のチタン構造体表面を含む第1及び第2のチタン構造体を位置付けする前記ステップでは、前記第1のチタン構造体表面が第1のゾル‐ゲル層を含み、前記第2のチタン構造体表面が第2のゾル‐ゲル層を含み、前記第1及び第2のゾル‐ゲル層が、
前記第1及び第2のチタン構造体表面に金属‐有機界面を形成するために、アルコキシジルコニウムを通して、前記第1のチタン構造体及び前記第2のチタン構造体に共有結合するための、アルコールを含まない前記アルコキシジルコニウムの希薄水性混合物、
前記水性混合物内で溶解した有機シランカップリング剤、
有機酸触媒、並びに
所定量のアンモニア又は水酸化アンモニウム
を含む、条項11に記載の方法。
コーティングを前記ゾル‐ゲル層に施す前記ステップでは、前記コーティングがエポキシ含有化合物を含む、条項3に記載の方法。
前記多層構造を硬化する前記ステップでは、前記硬化が、約120°Fから約140°Fの範囲内の温度で行われる、条項4に記載の方法。
第2のチタン構造体を位置付けする前記ステップの前に、ゾル‐ゲル層を前記第2のチタン構造体表面に施すステップをさらに含む、条項11に記載の方法。
前記エポキシ含有化合物を硬化するステップをさらに含む、条項11に記載の方法。
前記第1及び第2のチタン構造体を位置付けする前記ステップでは、前記第1及び第2のチタン構造体が、チタン、チタン合金、又はこれらの組み合わせを含む、条項11に記載の方法。
第1のチタン構造体表面を含む第1のチタン構造体、
前記第1のチタン構造体表面に施されたゾル‐ゲル層、
複合構造体第1表面及び複合構造体第2表面を含む複合構造体であって、前記複合構造体第1表面が、前記第1のチタン構造体表面の近傍に且つ前記第1のチタン構造体表面から所定の距離離れて位置付けされている、複合構造体、並びに
前記第1のチタン構造体表面に施された前記ゾル‐ゲル層と前記複合構造体第1表面との間に位置付けされた、所定量のエポキシ含有化合物
を含むアセンブリ。
前記ゾル‐ゲル層と前記複合構造体第1表面との間に位置付けされた前記所定量のエポキシ含有化合物が、前記第1のチタン構造体に結合する、条項18に記載のアセンブリ。
前記第1のチタン構造体は、スプライスプレートを含む、条項18に記載のアセンブリ。
前記第1のチタン構造体が、チタン、チタン合金、又はこれらの組み合わせを含む、条項18に記載のアセンブリ。
前記複合構造体が、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、ポリオレフィン繊維、セラミック繊維、又はこれらの組み合わせを含む、条項18に記載のアセンブリ。
前記複合構造体がエポキシ樹脂を含む、条項18に記載のアセンブリ。
前記エポキシ含有化合物が、グレード120のエポキシ系又はグレード190のエポキシ系を含む、条項18に記載のアセンブリ。
前記エポキシ含有化合物が、成形可能なプラスチックシムを形成するように構成されている、条項18に記載のアセンブリ。
前記ゾル‐ゲル層をコーティングするように構成されたコーティングをさらに含む、条項18に記載のアセンブリ。
第2のチタン構造体表面を含む第2のチタン構造体、
前記第2のチタン構造体表面の近傍に且つ前記第2のチタン構造体表面から所定の距離離れて位置付けされた前記複合構造体第2表面、及び
前記第2のチタン構造体表面に施された前記ゾル‐ゲル層と前記複合構造体第2表面との間に位置付けされた、所定量のエポキシ含有化合物
をさらに含む、条項18に記載のアセンブリ。
前記ゾル‐ゲル層が、
前記第1及び第2のチタン構造体表面に金属‐有機界面を形成するために、アルコキシジルコニウムを通して、前記第1のチタン構造体及び前記第2のチタン構造体に共有結合するための、アルコールを含まない前記アルコキシジルコニウムの希薄水性混合物、
前記水性混合物内で溶解した有機シランカップリング剤、
有機酸触媒、並びに
所定量のアンモニア又は水酸化アンモニウム
を含む、条項27に記載のアセンブリ。
条項18に記載のアセンブリを含む、接合された表面。
条項18に記載のアセンブリを含む、静止物体。
条項18に記載のアセンブリを含む、ビークル。
前記コーティングがプライマーを含む、条項26に記載のアセンブリ。
前記第1のチタン構造体及び前記第2のチタン構造体が、スプライスプレートを含む、条項27に記載のアセンブリ。
条項31に記載のビークルであって、有人航空機、無人航空機、有人宇宙船、無人宇宙船、有人回転翼航空機、無人回転翼航空機、ミサイル、ロケット、有人地上ビークル、無人地上ビークル、有人水上輸送ビークル、無人水上輸送ビークル、有人水面下輸送ビークル、及び無人水面下輸送ビークルからなる群から選択される、ビークル。
第1のチタン構造体表面を含むチタン構造体、
前記第1のチタン構造体表面に付着した少なくとも1つのゾル‐ゲル層、
前記第1のチタン構造体表面の近傍にあり且つ前記第1のチタン構造体表面から所定の距離離れた複合構造体、及び
前記ゾル‐ゲル層と前記複合構造体との間で配向されたエポキシ含有化合物
を含む、水平安定板アセンブリ。
前記第1のチタン構造体が、スプライスプレート部材を含む、条項35に記載の水平安定板アセンブリ。
前記複合構造体が、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、ポリオレフィン繊維、セラミック繊維、又はこれらの組み合わせを含む、条項35に記載の水平安定板アセンブリ。
前記複合構造体がエポキシ樹脂を含む、条項35に記載の水平安定板アセンブリ。
前記エポキシ含有化合物が、グレード120のエポキシ系又はグレード190のエポキシ系を含む、条項35に記載の水平安定板アセンブリ。
前記エポキシ含有化合物が、成形可能なプラスチックシムを形成するように構成されている、条項35に記載の水平安定板アセンブリ。
前記ゾル‐ゲル層をコーティングするように構成されたコーティングをさらに含む、条項35に記載の水平安定板アセンブリ。
第2のチタン構造体表面を含む第2のチタン構造体、
前記第2のチタン構造体表面に付着した少なくとも1つのゾル‐ゲル層、
前記第2のチタン構造体の近傍にあり且つ前記第2のチタン構造体から所定の距離離れた複合構造体、及び
前記第2のチタン構造体表面に付着した前記ゾル‐ゲル層と前記複合構造体との間で配向されたエポキシ含有化合物
をさらに含む、条項35に記載の水平安定板アセンブリ。
前記第1のチタン構造体及び前記第2のチタン構造体が、ジョイントを形成するように接合される、条項42に記載の水平安定板アセンブリ。
前記ゾル‐ゲル層に付着したコーティングをさらに含む、条項42に記載の水平安定板アセンブリ。
前記ゾル‐ゲル層に付着した前記コーティングがプライマーを含む、条項44に記載の水平安定板アセンブリ。
Claims (12)
- 多層構造を形成するために、チタン構造体を複合構造体に結合する方法であって、
第1のチタン構造体表面を含む第1のチタン構造体(21a)(31a)(41)(62a)を位置付けするステップ(81)であって、前記第1のチタン構造体表面が第1のゾル‐ゲル層(22a)(32a)(42)を含む、ステップ(81)、
複合構造体(26)(36)(46)を位置付けするステップ(85)であって、前記複合構造体が、複合構造体第1表面及び複合構造体第2表面を含み、前記複合構造体第1表面が、前記第1のチタン構造体表面の近傍に且つ前記第1のチタン構造体表面から所定の距離離れて位置付けされている、ステップ(85)、
所定量のエポキシ含有化合物(25a)(35a)(45)を前記第1のチタン構造体表面上の前記第1のゾル‐ゲル層と前記複合構造体第1表面との間に位置付けするステップ(86)であって、前記エポキシ含有化合物が成形可能なプラスチックシムを形成するステップ、
前記多層構造(20a)(20b)(30)(40)を形成するために、前記エポキシ含有化合物を前記第1のチタン構造体表面及び前記複合構造体第1表面に結合するステップを含む方法。 - 第1のチタン構造体を位置付けする前記ステップの前に、第1のゾル‐ゲル層を前記第1のチタン構造体表面に施すステップ(83)をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 複合構造体を位置付けする前記ステップの前に、プライマーコーティング(23a)を前記第1のチタン構造体表面上の前記第1のゾル‐ゲル層に施すステップ(102)をさらに含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 複合構造体を前記第1のチタン構造体表面の近傍に且つ前記第1のチタン構造体表面から所定の距離離して位置付けする前記ステップでは、前記複合構造体が、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、ポリオレフィン繊維、セラミック繊維、又はこれらの組み合わせを含み、
複合構造体を前記第1のチタン構造体表面の近傍に且つ前記第1のチタン構造体表面から所定の距離離して位置付けする前記ステップでは、前記複合構造体がエポキシ樹脂を含み、且つ
第1のチタン構造体表面を含む第1のチタン構造体を位置付けする前記ステップでは、前記第1のチタン構造体がスプライスプレート部材を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。 - 第1のチタン構造体を位置付けする前記ステップの後、
第2のチタン構造体表面を含む第2のチタン構造体(21b)(31b)(62b)を位置付けするステップ(82)であって、前記第2のチタン構造体表面が第2のゾル‐ゲル層(22b)(32b)を含む、ステップ(82)、
複合構造体(85)(85a)を位置付けするステップであって、前記複合構造体が、複合構造体第1表面及び複合構造体第2表面を含み、前記複合構造体第1表面が、前記第1のチタン構造体表面の近傍に且つ前記第1のチタン構造体表面から所定の距離離れて位置付けされ、前記複合構造体第2表面が、前記第2のチタン構造体表面の近傍に且つ前記第2のチタン構造体表面から所定の距離離れて位置付けされている、ステップ、
所定量のエポキシ含有化合物(25b)(35b)を前記第2のチタン構造体表面上の前記第2のゾル‐ゲル層と前記複合構造体第2表面との間に位置付けするステップ(87)、及び
多層構造を形成するために、前記第1のチタン構造体と前記第2のチタン構造体との間で前記複合構造体を結合するステップ
をさらに含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。 - 第2のチタン構造体を位置付けする前記ステップの前に、ゾル‐ゲル層を前記第2のチタン構造体表面に施すステップ(84)をさらに含む、請求項5に記載の方法。
- 前記第1及び第2のチタン構造体を位置付けする前記ステップでは、前記第1及び第2のチタン構造体が、チタン、チタン合金、又はこれらの組み合わせを含む、請求項5又は6に記載の方法。
- 第1のチタン構造体表面を含む第1のチタン構造体(21a)(31a)(41)(62a)、
前記第1のチタン構造体表面に施されたゾル‐ゲル層(22a)(32a)(42)、
複合構造体第1表面及び複合構造体第2表面を含む複合構造体であって、前記複合構造体第1表面が、前記第1のチタン構造体表面の近傍に且つ前記第1のチタン構造体表面から所定の距離離れて位置付けされている、複合構造体(26)(36)(46)、並びに
前記第1のチタン構造体表面に施された前記ゾル‐ゲル層と前記複合構造体第1表面との間に位置付けされたエポキシ含有化合物(25a)(35a)(45)
を含み、前記エポキシ含有化合物が成形可能なプラスチックシムを形成する、アセンブリ。 - 前記ゾル‐ゲル層と前記複合構造体第1表面との間に位置付けされた前記エポキシ含有化合物が、前記第1のチタン構造体に結合する、請求項8に記載のアセンブリ。
- 前記第1のチタン構造体が、スプライスプレートを含む、請求項8又は9に記載のアセンブリ。
- 前記複合構造体が、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、ポリオレフィン繊維、セラミック繊維、又はこれらの組み合わせを含み、前記複合構造体が、エポキシ樹脂を含む、請求項8から10のいずれか一項に記載のアセンブリ。
- 第2のチタン構造体表面を含む第2のチタン構造体(21b)(31b)(62b)、
前記第2のチタン構造体表面の近傍に且つ前記第2のチタン構造体表面から所定の距離離れて位置付けされた前記複合構造体第2表面、及び
前記第2のチタン構造体表面に施された前記ゾル‐ゲル層と前記複合構造体第2表面との間に位置付けされたエポキシ含有化合物(25b)(35b)
をさらに含む、請求項8から11のいずれか一項に記載のアセンブリ。
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