具有導電塗層的管道的製作方法

2023-12-03 10:16:01

具有導電塗層的管道的製作方法
【專利摘要】一種管道包括界定流體輸送通道的聚合管壁。所述聚合管壁包括相對於所述流體輸送通道的內表面和外表面。導電塗層被配置於所述內表面和所述外表面的至少一個上。
【專利說明】具有導電塗層的管道
[0001]發明背景
在各種應用中使用管道來輸送空氣或其它流體。塑料管道可容易形成具有例如平滑流面和管道曲率的複雜幾何形狀。塑料管道殼由若干塑料層形成，其中一層包括用於防靜電性能的碳黑、碳纖維或石墨。
發明摘要
[0002]根據本公開的實例的管道包括界定流體輸送通道的聚合管壁。聚合管壁包括相對於流體輸送通道的內表面、外表面以及被配置於內表面和外表面的至少一個上的導電塗層。
[0003]在任一前述實施方案的進一步實施方案中，導電塗層被配置於外表面上。
[0004]在任一前述實施方案的進一步實施方案中,聚合管壁包括聚苯硫醚。
[0005]在任一前述實施方案的進一步實施方案中，聚合管壁包括聚醚醚酮。
[0006]在任一前述實施方案的進一步實施方案中，導電塗層是多層的。
[0007]在任一前述實施方案的進一步實施方案中，導電塗層具有多層不同的金屬組合物。
[0008]在任一前述實施方案的進一步實施方案中，導電塗層包括銅層和鎳層。
[0009]在任一前述實施方案的進一步實施方案中，銅層與外表面介接，以及鎳層與銅層介接。
[0010]在任一前述實施方案的進一步實施方案中，銅層具有第一平均厚度，以及鎳層具有小於第一平均厚度的第二平均厚度。
[0011]在任一前述實施方案的進一步實施方案中，第二平均厚度比第一平均厚度小至少2倍。
[0012]在任一前述實施方案的進一步實施方案中，導電塗層是接地的。
[0013]任一前述實施方案的進一步實施方案包括從內表面延伸到外表面的導電橋。導電橋使電荷從導電塗層消散到接地組件。
[0014]根據本公開的實例的管道包括界定通道的非導電管壁。非導電管壁包括相對於通道的內表面和外表面(內表面和外表面的至少一個收集電荷)、被配置於表面上且收集電荷的導電塗層和從內表面延伸到外表面的導電橋。導電橋使電荷從導電塗層消散到接地組件。
[0015]在任一前述實施方案的進一步實施方案中，導電橋是緊固件。
[0016]在任一前述實施方案的進一步實施方案中，非導電管壁是聚合的。
[0017]在任一前述實施方案的進一步實施方案中，導電塗層是多層的。
[0018]根據本公開的實例的一種用於消散管道中的靜電荷的方法包括:收集界定通道的非導電管壁的表面處的電荷，以及使用放置在表面上的接地導電塗層使電荷從所述表面消散。
[0019]任一前述實施方案的進一步實施方案包括使電荷從延伸通過非導電管壁的導電橋上方的導電塗層消散。
[0020]在任一前述實施方案的進一步實施方案中，導電橋是緊固件。
[0021]附圖簡述
從以下詳細描述中，本公開的各種特徵和優勢將對本領域技術人員顯而易見。伴隨該詳細描述的附圖可簡單描述如下。
[0022]圖1圖示示例性管道。
[0023]圖2圖示圖1的管道的截面，其中導電塗層在管道外部。
[0024]圖3圖示來自圖2的替代，其中導電塗層在管道外部。
[0025]圖4圖示管壁的代表性部分。
[0026]圖5圖示附接到用於電荷消散的接地組件的管道的部分。

【具體實施方式】
[0027]可在航空或其它應用中使用管道來輸送流體。可由聚合物複合材料製成的管道可使用導電塗料塗抹，以滿足靜態消散的要求。然而，塗料不能很好地粘附並且可能會脫落或變形，從而降解導電錶面和消散電荷的能力。另外，在航空工業，可能會有結構和重量要求。本文的實例提供可被製成具有高強度和輕重量的防靜電管道。
[0028]圖1圖示包括防靜電性能的示例性管道20的部分。防靜電性能幫助減少或消除靜電荷(在本公開中可簡稱為電荷)的堆積。電荷由不同的材料之間的摩擦(稱為摩擦電效應)產生，並可具有正極性或負極性。例如，在管道中的流動流體與管壁之間的摩擦可產生電荷。如果允許建立，電荷可消散到電荷相反的物體或中性物體。
[0029]雖然在本實例中示出管道20具有特定的幾何形狀，但是應理解，本公開適用於可由聚合材料形成的相對於長度、截面、匝數等的任何幾何形狀的管道。還參考圖2中示出的管道20的截面，管道20包括界定流體輸送通道24的聚合管壁22 (下文「管壁22」)。術語「聚合的」可包括聚合物複合材料和未增強聚合物。管壁22具有內表面22a和外表面22a管壁22是非導電的。在該實例中的通道24是細長的，且可充當用於輸送流體的導管。雖然被示出為具有圓截面，但是該圓截面可替代為非圓形的。
[0030]雖然管壁22的聚合物是輕量級的且耐用的，但是聚合材料可導致電荷。鑑於此，管道20包括被配置於外表面22b上的導電塗層26。替代地，導電塗層26可被配置於內表面22a上，如圖3所示。例如，導電塗層26是連續的，且完全或基本上完全覆蓋外表面22b或內表面22a。導電塗層26比管壁22具有更大的導電性，且因此促進使電荷消散到接地組件。
[0031]管壁22由聚合材料(其如上所指示可為未增強聚合物或聚合物複合材料)製成。聚合材料可包括熱塑性聚合物或熱固性聚合物。在進一步的實例中，聚合物選自聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醯胺、聚醚醯亞胺、芳綸聚合物、環氧樹脂和酚醛樹脂，但是不局限於這些。在進一步的實例中，聚合材料還可包括一種或多種類型的增強相，諸如纖維增強或分散在連續的聚合物基體相中的其它添加劑。增強相可以是連續的、間斷的或連續增強相和間斷增強相的組合。在進一步的實例中，管壁22的聚合物是纖維增強的聚苯硫醚或纖維增強的聚醚醚酮，其在要求良好強度的航空應用中可能是有用的。
[0032]在一個實例中，導電塗層26是金屬塗層。在進一步的實例中，圖4示出管道的代表性部分。在該實例中，導電塗層26是多層的且包括至少第一內金屬層26a (「第一層26a」)和第二外金屬層26b (「第二層26a」)。第一層26a與管壁22的外表面22b介接，以及第二層26b與第一層26a的外表面介接。在圖3的替代實例中，第一層26a將與內表面22a介接。
[0033]第一層26a和第二層26b協作地提供具有防靜電性能的管道，但還可提供良好粘附性和耐用性。例如，第一層26a由第一金屬形成且第二層26b由第二不同的金屬形成。可選擇金屬以提供特定性能，並一起提供良好粘附性、耐用性、強度或其它期望性能。作為實例，銅是良好的導體，並且用作第一層26a。然而，銅相對柔軟且可在潮溼的環境下會氧化。鑑於此，可為第二層26b選擇更耐用的抗環境金屬，第二層26b塗覆且保護第一層26a。在一個實例中，第二層26b由具有良好強度、耐用性和抗環境腐蝕性能的硬質材料(諸如，無電鍍鎳、鉻或另一合適的材料)形成。在進一步的實例中，在各自層26a和26b中的銅和鎳是純金屬或基本上純金屬。
[0034]在進一步的實例中，第二層26b主要用來保護第一層26a。鑑於此，第二層26b可具有根據第一層26a的給定金屬所需的保護等級而選擇的厚度。在其中銅用於具有標稱平均厚度tl的第一層26a的實例中，第二層26b可以是具有小於tl的標稱平均厚度t2的鎳。在進一步的實例中，平均厚度t2比平均厚度tl小至少兩倍。
[0035]圖5圖示管道20如何消散靜電的一個實例。在該實例中，使用至少一個導電的緊固件32將管道固定到接地組件30。緊固件32充當導電塗層26與接地組件30之間的導電橋。在一個實例中，接地組件30是管道的結構安裝特徵件，諸如支架結構。在圖示的實例中，緊固件32是金屬鉚釘，但不限於鉚釘緊固件。
[0036]可將在該示例中的示出為具有負極性的電荷從導電塗層26排出到緊固件32，並且排出到接地組件30。導電塗層26和緊固件32因此提供消散路徑用於移除並減少電荷。並非如管道的表面上的靜電荷般堆積，電荷消散到接地組件30。
[0037]管壁22可通過模製製成。一個示例性模製過程是吸吹(suct1n blow)模製，這可提供相對薄的壁。鑑於此，可相對於管壁22的厚度來進一步選擇第一層26a和第二層26b的厚度，以滿足例如給定的結構機械要求。
[0038]使用銅和鎳作為實例，可使用無電鍍和/或電解銅層上方的無電鍍鎳層來使管壁22金屬化。可使用類似的沉積技術來應用其它金屬，但是不限於此類技術。
[0039]在進一步的實例中，可在應用第一層26a之前處理管壁的表面(B卩，內表面22a或外表面22b)以增強粘附性。使用外表面22b作為實例，外表面22b可經受研磨表面製備過程。示例性表面製備過程包括將外表面22b蝕刻到至少部分溶解管壁22的選定聚合物的異丙醇或其它溶劑。例如，可使用具有溶劑的抹布以將溶劑應用到外表面22b。蝕刻時間可根據選定聚合物、溶劑和目標蝕刻效果而變化，但可介於一到二十分鐘之間。
[0040]然後，研磨外表面22b。一個示例性磨損過程包括噴砂處理以增加表面粗糙度。示例性噴砂處理過程包括使用具有篩目大小為80-320的噴砂介質在每平方英尺20-60磅的投擲壓力下研磨外表面，其中噴嘴距離外表面22b —至四英尺遠，且噴嘴與外表面22b成投擲角度20-90°。如可理解，這些和其它噴砂處理參數可根據管壁22的聚合物和目標表面粗糙度而變化。表面粗糙度促進管壁22與導電塗層26之間的機械鍵合。
[0041]雖然在圖示的實例中示出特徵的組合，但是並不需要組合所有的特徵來實現本公開的各種實施方案的益處。換言之，根據本公開的實施方案設計的系統將不一定包括任一附圖中示出的所有特徵或附圖中示意性示出的所有部分。此外，一個示例性實施方案的選定特徵可與其它示例性實施方案的選定特徵組合。
[0042]前述描述在本質上是示例性的而非限制性的。對本領域技術人員顯而易見的是，對公開的實例的變形或修改不一定背離本公開的實質。給予本公開的合法保護的範圍僅可通過研究以下權利要求來確定。
【權利要求】
1.一種管道，其包括: 聚合管壁，其界定流體輸送通道，所述聚合管壁包括相對於所述流體輸送通道的內表面和外表面；和 導電塗層，其被配置於所述內表面和所述外表面的至少一個上。
2.根據權利要求1所述的管道，其中所述導電塗層被配置於所述外表面上。
3.根據權利要求1所述的管道，其中所述聚合管壁包括聚苯硫醚或聚醚醚酮。
4.根據權利要求1所述的管道，其中所述導電塗層具有多層不同的金屬組合物。
5.根據權利要求4所述的管道，其中所述導電塗層包括銅層和鎳層。
6.根據權利要求5所述的管道，其中所述銅層與所述外表面介接，並且所述鎳層與所述銅層介接。
7.根據權利要求6所述的管道，其中所述銅層具有第一平均厚度，以及所述鎳層具有小於所述第一平均厚度的第二平均厚度。
8.根據權利要求1所述的管道，導電塗層是接地的。
9.根據權利要求1所述的管道，其進一步包括從所述內表面延伸到所述外表面的導電橋，所述導電橋使電荷從所述導電塗層消散到接地組件。
10.根據權利要求9所述的管道，其中所述導電橋是緊固件。
11.根據權利要求10所述的管道，其中所述導電塗層是多層的。
12.一種用於消散管道中的靜電荷的方法，所述方法包括: 收集界定通道的非導電管壁的表面處的電荷；以及 使用被配置於所述表面上的接地導電塗層來從所述表面消散所述電荷。
13.根據權利要求12所述的管道，其包括從延伸通過所述非導電管壁的導電橋上方的所述導電塗層消散所述電荷。
14.根據權利要求13所述的方法，其中所述導電橋是緊固件。
【文檔編號】F16L11/127GK104235522SQ201410253953
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月10日 優先權日:2013年6月10日
【發明者】O. 布朗 R., R. 威索基 G. 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司