具有防腐作用的嵌片的製作方法

2023-07-21 15:13:01

專利名稱：具有防腐作用的嵌片的製作方法
技術領域：
本發明涉及油漆替代膜，尤其是嵌片形式的防腐表面塗層。該嵌片優選包括一個保護膜，它優選為一種彈性體作為外塗層，背面襯以蒸汽隔絕層粘附到像飛機外表之類的基材上。
背景技術：
長期以來，塗漆是將塗料施用到表面(尤其是具有複合曲率的表面)上所選用的方法。塗漆工藝通常可控、可靠、簡單而且通用。油漆可包括能賦予表面以所需物理性能，如光澤、顏色、反射率、或其組合性能的各種添加劑。塗漆工藝是人們所熟識的，而且即使在表面具有複雜曲率的情況下，也能得到性質均勻的優質塗層。遺憾的是，塗漆法不符合現在嚴格的環境要求，因為它們使用顏料時需用揮發性溶劑、或由於顏料本身的緣故。因此，需要一種對環境影響較小的方法來替代該塗漆法。另外，儘管塗漆工藝非常明確、眾所周知而且很通用，但它仍是一種「技術」，師傅生產的產品要優於學徒或生手生產的產品，而又不能夠解釋為什麼或教別人如何操作。
塗漆表面有時耐久性差，達不到有質量意識的用戶的要求。在塗漆之前，必須處理和清洗表面。在通常需要使用噴臺的塗布過程中，必須控制塗布部件周圍的環境。塗層還易被損壞，產生裂紋或刮痕。局部損傷可能需要進行大面積的修復，例如，要對整個板面進行重塗。
噴霧法本身浪費油漆，且由於操作中涉及這種「技術」而不可預測。不適當的操作只有在噴塗完成之後才能檢測出來，而且即使對於小的故障來說，為了修復缺陷往往要進行大面積返工。
在美國專利4986496中，Marentic等人描述了一種為了減少飛機摩擦而用於飛機氣流控制表面的減阻製品，它是具有表面紋理可貼合的片材(貼片材料)。由於基礎載體薄膜的性能與油漆一樣，這種材料在貼到曲面上時不會出現裂紋、氣泡或皺紋。Marentic的貼片材料是平整的，因此可伸展成預定的簡單曲率。如果伸展材料在一段時間之後發生收縮，那麼這種伸展作用就出現問題，即在相鄰貼片之間暴露出空隙，因此各種氣候條件會侵蝕貼片表面間的界面。在伸展中出現的問題往往將Marentic貼片的應用局限於在曲率變化緩慢的表面上。在此將該專利作為參考併入本發明。
美國專利5660667(Davis)也描述了嵌片(即，貼片)，將其作為參考文獻引入本發明。具有複合曲率的嵌片可完整、無氣泡、無皺紋地覆蓋在複合曲率表面上，而沒有明顯的伸展。Davis是這樣使用這些嵌片的
(a)分析和測繪所要包覆表面的高斯曲率，以確定出具有等高斯曲率的曲線；
(b)在表面上確定出短程線，使具有等高斯曲率的曲線和短程線在表面上形成測繪坐標；
(c)分析在不同高斯曲率的相鄰區域的嵌片之間進行協調所需的延伸性；
(d)用一組模具生產每種高斯曲率的貼片；
(e)在表面上確定出由等高斯曲率曲線構成的方格，使短程線相交；和
(f)沿著匹配的等高斯曲率曲線，將一個具體的高斯曲率的嵌片貼到表面上，這樣可在該表面上得到可與常規塗層媲美的完整的、無氣泡的、無皺紋的覆蓋層，同時減少所有嵌片的伸展作用以得到完整的塗層。
確定方格的過程包括自然地標出各曲線、用光學模板將它們顯示出來、或簡單地將它們標在該表面的三維數字數據模型上。
Davis法認為，具有相同高斯曲率的各表面可相應地通過拓撲學進行繪製。例如，假設表面的高斯曲率為5英尺-2，那麼在例如可以是球體的5英尺-2主曲率模具上可模塑出曲率為5英尺-2的嵌片，而不是在表面上進行「噴濺」模塑來製造嵌片。由主模製成的嵌片在實際表面上無氣泡且無皺紋。
表面通常必須是防腐蝕的。這種保護通常包括比較昂貴的表面處理或底漆(即，鉻酸鹽底漆或轉化塗層)，這是由於其中有各種化學品，並與施用的時間有關。這些傳統的塗層較重，尤其在與其它表面塗層結合使用的時候，這些其它表面塗層必須塗覆到防腐塗層之上以產生顏色、光澤、改進的表面耐久性、耐磨性、及其綜合性能、或其它性能。而用於常規防腐塗層的化學品通常是有害的物質。
在當今的商業和軍事航天技術應用中，嵌片具有相當重要的價值。Lockheed Martin和3M正在對無漆飛機技術進行飛行試驗。這些嵌片(象本發明的嵌片)可節省生產成本、降低承載需求、和飛機重量，同時具有明顯的環境優點。Lockheed Martin嵌片詳細描述在以下論文中「Paintless aircrafttechnology(無漆飛機技術)」，Aero.Eng』g，1997年11月，17頁，將其作為參考文獻引入本發明。商業航空公司，如Western Pacific航空公司使用嵌片把它們的交通工具作為飛行的廣告牌。我們要找到能夠替代常規的軍用或商用的航空油漆體系的耐久性嵌片，以降低儲存周期成本、提高性能、和保護下表面不受腐蝕。
發明的概述
本發明通過一排具有蒸汽隔絕層的嵌片與表面塗層的結合使用來產生防腐作用。這些嵌片可提供合適的防腐作用以完全省略常規的表面防腐處理，這樣可降低重量和減少環境問題。或者，通過嵌片防腐與對環境不敏感但性能較差的無鉻酸鹽轉化塗層的結合使用，可替代對環境敏感的傳統防腐技術(即，鉻酸鹽轉化塗層和底漆)。
在樹脂複合材料結構中，金屬表面上或金屬緊固零件周圍的腐蝕產生了氧化作用，因此降低了表面的性能且通常容易影響結構完整性。要抑制腐蝕或確保不發生腐蝕，需要進行勞動密集因而昂貴的養護工作。更可靠的防腐體系將會在商業和軍事航天技術中得到廣泛認可。
除了防腐，蒸汽隔絕層可有利於航天結構中限制水分透過該結構而進行傳輸。例如，通過複合蜂窩多層結構，蒸汽隔絕層嵌片包覆層可減緩或消除水分透過層壓面板向蜂窩核中的遷移作用。
優選的嵌片是在下表面具有耐蝕性，因為它們具有中間蒸汽隔絕層。優選的嵌片具有1-8密耳的含氟彈性體或作為面飾層(通常2-6密耳)的其它聚合物膜，典型的約1-4密耳(一般為3密耳)厚的蒸汽隔絕層，和通常為壓敏的或熱活化的2密耳粘合劑。
精密塗層對於現代民用和軍用飛機的空氣動力學摩擦和其它方面都是很重要的，在製造時，噴塗法是較不可靠的工藝，因為它難以控制噴頭和噴塗條件在制品間得到幾乎相同的塗層。該噴塗法通常被忽略的一個變數是，在油漆所施用的交通工具中，各製品之間存在性質差異。這種差異是由劑量偏差的積累(即，由於組件中的每一部分在可允許控制限度內的差異而導致差異的積聚)所造成的。嵌片法可更好地控制塗層的製造，這樣，通過將顏料、添加劑、和薄膜適當地分布在整個嵌片中，由此在表面上，可產生合適的光譜性能。如果嵌片同時具有防腐作用，則嵌片的效果進一步提高。在精密製造塗層以得到所需性能時的困難得到克服的同時，無需因為塗層不完美和不適當而刮擦整個製品，或只得進行昂貴的刮去塗層和重塗。
在使用嵌片時，可簡單地通過切去受損部分，然後重新放入合適的新嵌片而對飛機表面的精密塗層進行小面積修復。而對於油漆，切去部分與原塗層之間在這種修復過程中不易進行噴塗修補。例如，整個板材通常需要用油漆進行重塗以修復小面積缺陷。噴塗、表面處理、掩蓋或隔絕修復部分等操作減緩了重塗過程。
對於薄的嵌片，建議使用單或雙轉移保護紙比較方便。將一張保護紙壓在要與製品接觸和粘結的嵌片的表面上。該表面具有粘合劑或本身具有粘性可粘結到金屬或複合材料的飛機表面上。可在定位時，和在適當定位之後進行剝離轉移時，暴露表面用類似的保護紙進行增強和保護。標誌信息和指令可塗在轉移紙上以簡化嵌片的施用。
因此，本發明涉及一種用於對表面進行基本上完整的、無氣泡的、無皺紋的包覆的防腐嵌片。該嵌片具有蒸汽隔絕層以降低或消除水分向表面轉移，且在蒸汽隔絕層的至少一個表面上具有用於將蒸汽隔絕層粘結到表面上的粘合劑。
本發明還涉及一種無漆包覆體系用於金屬或複合材料的飛機部件和組件中用於替代常規的油漆，其中包括面飾層、與面飾層接觸且基本上位於面飾層下方的蒸汽隔絕層、和用於將蒸汽隔絕層粘結到各部件上的粘合劑。
用可替換的、可密封的保護包覆層，本發明方法可替代金屬或複合材料飛機部件或組件中的常規塗層，其中所述包覆層可通過阻止水分遷移而產生明顯的防腐作用。該方法包括
(a)將蒸汽隔絕層的三角條切成適於覆蓋部件的預定表面的多個嵌片；
(b)將這些三角形嵌片粘結到部件上，然後
(c)視情況可在這些嵌片之間的邊緣接縫處進行密封，在部件和其環境之間得到連續的蒸汽隔絕層。
在裸露的金屬層包覆(clad)Al 2024中，該蒸汽隔絕層可使相當於具有能滿足軍事要求的常規油漆、鉻酸鹽轉化塗層、和矽酸鹽底漆的部件，具有防腐作用。
本發明還涉及一種將基材上密封的相鄰嵌片進行密封以得到基本上連續的蒸汽隔絕層的方法。首先，通過將基材上相鄰的兩個嵌片進行定位確定接縫，其中每個嵌片都包括由聚合物製成的蒸汽隔絕層。然後，將具有蒸汽隔絕層的密封嵌片置於接縫上，形成密封嵌片和定位嵌片之間的搭接。視情況可用聚合物將密封嵌片的邊緣進行密封，使密封嵌片粘結到定位嵌片上。
在其它方面，本發明涉及一種用於基本上阻止飛機的某個部位發生腐蝕的方法，其中包括，將嵌片形式的蒸汽隔絕層貼到該部位上以消除水分向該部位傳輸。
附圖的簡要描述


圖1是典型嵌片的平面示意圖。
圖2是圖1嵌片的橫截面示意圖，其中包括位於接觸表面和暴露表面上的保護紙。
圖3和4是顯示防腐作用的本發明蒸汽隔絕層的伯德(Bode)圖。
圖5是顯示圖3和4嵌片的破裂頻率作為時間的函數。
圖6是表示圖3和4嵌片的電阻·面積作為時間函數的另一圖。
圖7是表示圖3和4嵌片的恆相元件參數作為時間函數的另一圖。
圖8是表示圖3和4嵌片的「n」參數作為時間函數的另一圖。
圖9和10是表示圖3和4嵌片的介電常數作為時間函數的圖。
圖11是用嵌片包覆以得到無漆包覆層的飛機的等角投影圖。
圖12是圖11飛機的機翼翼盒的分解圖，表示典型嵌片的位置和方向。
圖13是說明如何使用阻抗數據計算各種腐蝕參數的流程圖。
圖14是用於EIS分析的五元件電路模型。
圖15是在本發明中用於EIS分析的串並聯電路模型。
圖16和17是對應於表1情形1的伯德圖。
圖18和19是對應於表1情形2的伯德圖。
圖20和21是對應於表1情形3的伯德圖。
圖22和23是具有實施例1所述優異防腐性能的本發明優選嵌片的伯德圖。
圖24和25是類似於圖22和23但如實施例1所述進行溼式塗覆的另一優選嵌片的伯德圖。
圖26和27是聚氨酯對比嵌片的伯德圖，如實施例1所述，表示沒有蒸汽隔絕層作用的嵌片膜典型性能。
圖28是在用於說明本發明嵌片優異性能的實施例1的嵌片試驗中，破裂頻率作為時間函數的圖。
圖29是在實施例1的嵌片試驗中，電阻作為時間函數的圖。
圖30是在實施例1的嵌片試驗中，恆定狀態元件參數(CPE)作為時間函數的圖。
圖31是在實施例1的嵌片試驗中，「n」參數作為時間函數的圖。
圖32是在實施例1的嵌片試驗中，介電常數作為時間函數的圖。
圖33是在Alodine 600處理過的包覆金屬2024 T3鋁測試樣品上，穿過軍用標準聚氨酯油漆-環氧樹脂底漆塗層體系的合縫的放大斷面圖，用於說明絲狀腐蝕過程。
圖34是在沒有Alodine 600轉化塗層或軍用標準底漆的包覆金屬2024 T3鋁中，穿過本發明透明含氟聚合物嵌片的合縫的放大斷面圖，類似於圖33，用於說明絲狀腐蝕過程。
圖35是在沒有轉化塗層或底漆的包覆金屬2024 T3鋁中，在類似於圖34的測試樣品中的合縫的放大平面圖，用於說明在嵌片條件下的絲狀腐蝕過程。
圖36是對應於圖33樣品的測試樣品中接縫的另一放大平面圖，用於說明在常規軍用標準塗層-底漆-轉化塗層體系下的絲狀腐蝕過程。
圖37是在鹽噴霧條件下，在用Alodine 600轉化塗層和MIL-P-85582底漆保護的包覆金屬2024 T3鋁上，本發明嵌片所產生的防腐作用的另一放大平面圖。
圖38是在95°F和pH6.5-7.2下，在5％NaCl霧中暴露2000小時之後，如實施例33的測試樣品上的接縫的另一放大平面圖。
圖39是在如圖38樣品的鹽霧條件下，在2000小時之後，用本發明灰色嵌片包覆裸露的包覆金屬2024 T3鋁的測試樣品上的接縫的另一放大平面圖。
圖40是表示在粘結到基材上的嵌片的封邊視圖。
圖41是表示本發明嵌片封邊的典型搭接接合的另一視圖。
圖42是表示用於基材上嵌片間的封邊的另一視圖。
圖43是表示在嵌片間斜端面接合封邊的另一視圖。
圖44是表示使用帶封和邊封，在嵌片間端面接合上密封的另一視圖。
圖45是表示通過在去除了面飾層的蒸汽隔絕層上使用嵌片帶進行的蒸汽隔絕層密封、以及該嵌片帶的封邊的另一斷面圖。
圖46和47是在實施例2所述的聚氨酯塗布、環氧樹脂塗底、轉塗的包覆金屬2024 T3鋁樣品上，進行鹽霧試驗的伯德圖。
圖48和49是在實施例2所述的鹽霧試驗中，本發明嵌片的伯德圖。
圖50是用於F-18龜背狀截面的嵌片圖案的等角投影圖。
圖51是使用計算機切割裝置從嵌片片料上切出的三角圖案的平面圖。
圖52是具有蒸汽隔絕層的嵌片的等角投影圖，粘結到複合材料的蜂窩多層板上以減少水分通過面板向蜂窩芯遷移。
優選實施方案的詳細描述
美國專利4986496介紹了用於覆蓋氣流控制表面的平整嵌片的製造方法，這種嵌片製造方法適用於本發明。美國專利5660667(Davis)描述了彎曲嵌片的製造方法，尤其是在宇航中常用的複合(即，混合)彎曲表面。通常將蒸汽隔絕層製備成片料，然後向該片料上輥塗面飾層和粘合劑。
嵌片10的外膜或面飾層20(圖2)通常是有機樹脂基材彈性複合材料，特別是約0.001-0.004英寸(1-4密耳)厚的含氟彈性體。蒸汽隔絕層30(特別是氟化三元共聚物、金屬化聚合物，尤其是具有鋁薄膜的金屬化聚合物，或另一種含氟聚合物)、和作為單獨層使用的合適粘合劑40，尤其是壓敏或熱活化粘合劑(特別是3M的966型粘合劑)實現了本發明優選嵌片的三層結構。該粘合劑通常為丙烯酸基物質、或橡膠狀聚合物或共聚物。含氟彈性體應該柔韌、耐久、且耐候。
該粘合劑應該在蒸汽隔絕層與下方的基材之間產生足夠的粘附性。此外，它應該吸水慢。
蒸汽隔絕層是本發明通過消除水分向金屬表面的轉移作用從而提高防腐性能的關鍵。該蒸汽隔絕層在野外應該具有較長適用期。它在至少高至250°F的熱溼條件下應該具有穩定性。它應該是可撕碎的，這樣可限制在使用過程中出現的撕裂和剝離的發展。如果需要進行檢查或替換，它應該可用拉伸剝離而去除，但它在飛行時應該保持粘附態。
面飾層應該可提高蒸汽隔絕層的耐久性和硬度。它可通過分散碳纖維或石墨纖維，而賦予嵌片無漆包覆層以抗靜電性能。該面飾層可通過使用合適的顏料而產生顏色和光澤。它應該是明顯的，這樣可將可去除的標記印在該面飾層上。它應該耐紫外線。本發明含氟彈性體以及我們所發現的其它物質可滿足這些要求。
面飾層和蒸汽隔絕層的組合體應該耐久，而且在飛行過程中，在發生剝離時，應該可以撕裂和撕碎。
嵌片可用單或雙轉移保護紙(50，圖2)進行保護以利於其施工。將一張保護紙壓在要與製品接觸和粘結的嵌片的表面上。該表面具有粘合劑或本身具有粘性，以便粘結到金屬或複合材料的飛機表面上。對於非常薄的嵌片，面飾層的暴露表面也可具有類似的保護紙，以便在定位和轉移時進行增強和保護。在適當定位之後才剝掉該保護紙。有關如何、何處、以及以何順序施用嵌片的標記信息和指令，可印刷在轉移紙上(或直接印刷在嵌片的面飾層上)，以便簡化其布置和定位操作。
無漆覆蓋層在航空中的優點包括(1)減少了在開始施用時以及剝去和替換時的有害物質和廢物，(2)減輕了腐蝕作用，由此減少了對腐蝕檢查、修復和替換的各種要求，(3)明顯提高了飛機的使用期，和(4)明顯節省了應用和養護時的循環使用成本。如圖11所示，可在飛機110上，例如駕駛員座艙中同時進行各種養護，即檢查、修復或替換嵌片。儘管曲率表示嵌片的尺寸和形狀，但施用到上機翼外殼130的典型嵌片120可以是長方形的，如圖12所示。為了替代油漆，嵌片可覆蓋全部、基本上全部、或僅部分的要使用油漆的飛機表面。特別易於腐蝕的受熱部分可能要進行傳統的處理或除了一般嵌片之外的塗布。
三角形的面通常為二維的平板，其大小要適應三維表面，類似於棒球的切面。在安裝過程中，需要進行修整，最後達到完全匹配。該三角形平面可根據它們在物體上的預定位置而具有不同的厚度。在經受高摩擦的區域或在衝擊區的厚度較厚。
貼片和嵌片通常是製成柔軟易彎的平整材料。這種材料易用到平整表面和簡單彎曲表面，如圓柱體、圓錐體、和轉角彎管上。只有當該材料可伸展或壓縮而不起皺和撕裂時，才能覆蓋具有複合曲率的複雜表面。如果該材料的彈性不夠，可通過切割使其重疊、或劈離、以及加接縫的辦法，這對於擴大標記平的嵌片或貼片的覆蓋範圍是有用的。如果該材料具有任何優選取向(例如，對於肋)，那麼這種方法就會費時、浪費材料，使用就有問題。
假設一種材料有點彈性，據Davis介紹，高斯曲率(GC)的貼片適用於在某些高斯曲率範圍內的表面。給定的複雜彎曲表面可用相應的高斯曲率範圍分成幾個區域。在每個區域中，可以使用單個的預模塑嵌片。用平的材料覆蓋的表面時，每個區域對於特定高斯曲率範圍有各種不同表面形狀。
通常完全由平的(GC＝0)材料製造嵌片，並通過嵌片本身的伸展性和彈性來適應曲率。本發明嵌片主要由比較容易加工的含氟彈性體製成。在表面的曲率變化較大時，如Davis所介紹的模塑嵌片可能是理想的，但通常並不需要用它們。
本發明對用嵌片獲得無漆覆蓋層的研究涉及到對各種不同膜、塗層、和粘合劑的性能評估。本發明選擇蒸汽隔絕層和耐溼性粘合劑用於本發明無漆覆蓋層。評估了蒸汽隔絕層相對油漆明顯提高防腐作用的能力。本發明假設，金屬和其它表面的腐蝕作用可通過防止水分在表面上進行動力學傳輸。通過選擇本發明蒸汽隔絕層，有可能防止或減緩飛機的內部腐蝕。它們還可減緩或防止水分穿過樹脂複合材料層壓面板102向下方蜂窩芯106的遷移作用，否則會導致重量增加。
本發明的評估試驗包括，對接縫和未接縫板材進行標準的鹽浸漬和鹽霧試驗。通過使用顯微鏡和電化學阻抗光譜學(EIS)，本發明將表面的變化作為受鹽作用的函數。這些試驗表明，在經歷2000小時鹽霧暴露時和之後，用粘結到表面上的蒸汽隔絕層包覆的板材具有突出的防腐作用(在表面上的變化可忽略)，而用作對比的油漆表面則發生了顯著的腐蝕破壞。對於在MIL-P-85582(一種鉻酸鹽環氧樹脂)底漆上具有這些嵌片的許多接縫試驗板材，沒有或很少在表面或接縫處觀察到降解作用。相對化學處理或電化學處理的各種板材而言，本發明還在各種未處理鋁上表現出無漆包覆層的優點，而且在用各種非鉻酸鹽底漆處理表面時，本發明還要測試嵌片的性能。這些試驗表明，蒸汽隔絕層在表面防腐上具有優點。在保持防腐作用的前提下，完全可不使用底漆。
Davis介紹，平的材料在用於複合曲率表面時會發生起皺或撕裂，因為該材料不是可充分壓縮和伸展的。儘管接縫或斜面移動法之類用於縫紉衣服的技術可在某種程度上仿形於複合曲率，但這些裁剪技術需要熟練技術人員進行複雜的設計才能得到無縫的、完整的、無氣泡的和無皺紋的包覆層。這同樣也浪費材料，而且不適用於具有獨特不規整度的實際製品。也就是說，這種裁剪方法是假設相同標準類型的各種製品具有相同的表面輪廓。實際上，對於象飛機那樣複雜的金屬元件來說，每個飛機具有精細的但明顯不同的表面曲率和特性。這些精細的變化要求進行單獨的處理，而不是大規模生產。
如果選擇按照Davis的建議製造彎曲嵌片，就需要一個接一個地評估表面曲率以確定出等高斯曲率線。另外，通過分析表面曲率，設計出具有合適尺寸和形狀的平整三角形以包覆該表面(圖51)。如果設計製品能夠允許對各部件(如波音777飛機所採用的)的實體模型進行數字式預裝配，那麼這種分析在某種程度上可簡化，但曲率仍可通過常規的雷射坐標測量裝置、攝影測繪儀或類似裝置來確定。表面輪廓可用於確定出物體表面的實際曲率，而不是由數據得出的理論曲率。輪廓測量儀可能是進行精確包覆必不可少的。用於繪製輪廓的裝置也可用於在物體表面上標記出等高斯曲率線和短程線，這樣可用「按數字標顏色」的方法安裝各個嵌片。「標記」是指，確定出每個嵌片的位置。這種標記可用投射光或用更傳統的標記法(粉筆、鉛筆、等)來進行。
表面分析可用於確定出包覆物體表面所需的嵌片三角形的尺寸和形狀。它還可確定出哪個嵌片要由平整片料製成，以及哪個嵌片要模塑成複合曲率。本發明要確定關於使用三角形的次序，並將數目或其它指令塗覆在嵌片本身或保護紙之上以安排貼合工具箱中的三角形。彎曲表面可能要求彎曲嵌片、或相應曲率的小的平嵌片。每個嵌片的面積優選儘可能地大，同時嵌片要便於由單個工人處理。大面積的嵌片可降低成套工具的部件數目。本發明嵌片通常為2-4英尺寬和5-8英尺長，儘管尺寸和形狀可根據嵌片所用的表面的形狀和曲率而變化。圖50給出了嵌片的一種圖案，其中字母數字標記表示不同的三角形。本發明嵌片通常具有顯著的伸展性，尤其是薄嵌片，這樣它們可適應彎曲的表面。
高斯曲率是用於度量複合曲率的一種表面性能。這個問題通常是在微積分幾何的教科書中進行討論，而在工程技術領域中並不為人所熟知。要充分理解這一概念可以通過考慮一個數學平面，該平面在一個曲面上的一個特定點包括表面法向矢量。平面與彎曲表面相交形成的曲線通常稱作法向曲線。如果該表面繞著由表面法線確定的軸線旋轉，可得到無窮多的法向曲線。在某一特定方向上，可得到最大曲率。由微積分幾何導出的意想不到的結果是，平面轉90度時出現曲率最小的法向曲線。這兩個曲率通常稱作主曲率，並可通過一個簡單的公式用它們來描述其它方向法線平面上的曲率。每個主曲率可用該處曲率半徑的倒數來表示。高斯曲率簡單地說是這兩個主曲率的乘積。兩個最基本的例子將有助於說明這一概念。對於圓柱形表面上的某一點來說，其一個主曲率為0(即，沿著縱向軸線方向在該表面上移動的軌跡是一條直線)。因為其中的一個主曲率為0的主曲率之間的乘積為0，因此高斯曲率也為0。對於由平的材料彎曲形成的所有其它表面來說，其高斯曲率也為0，因為這些形狀可相互轉化。
另一個簡單的例子是球體。整個球面的高斯曲率等於半徑的負二次方。馬鞍形表面的高斯曲率為負值，因為其曲率中心位於該表面的不同側面。在大多數情況下，高斯曲率可在整個表面上進行變化。另一個很好的比較普遍的例子是(橄欖球狀)扁橢球，其兩端的高斯曲率最大。
具有特定高斯曲率(GC)的貼片或嵌片可在對稱模具，如球狀(或對稱馬鞍狀)模具中製造。如果嵌片或貼片是柔性的，那麼在粘貼到具有相同GC的任何其它表面上時就不會出現起皺，即便該表面是彎曲的和不對稱的。在這種情況下，該模塑材料可用在任何所需方向上而不是在特定方向上(如鋸齒狀部件所需的)的實際表面。如果該材料能夠伸展(或壓縮)，它就適用於包覆某些GC值範圍內的表面。可以使用橢球狀模具來製造具有一定梯度(即，GC上的一定變化)的過渡貼片。
預模塑嵌片可用於以複合曲率表面為特徵的飛機上，並可替代油漆。儘管在商用飛機上具有價值，但該嵌片特別適用於需要改變偽裝和其它低標記包覆層以適應交戰的軍事飛機。嵌片的商業價值還在於許多其它領域，如汽車、艦船、和其它商品。
Davis描述了具有等高斯曲率線的橢球模具，它從中心到兩端具有對稱圖案。這些線在表面上是「直」線，並在橢球模具的橫向上相互平行延伸。這些線對應於普通地圖上的地球緯度線。標記在該表面上的短程線從橢球的一極向另一極以適度的曲線縱向延伸，類似於全球地圖上的經度線。Davis嵌片以每個等GC線為中心，通常為菱形。本發明使用類似的繪圖方案，以按照合適的位置和方向來定位本發明的平的三角形嵌片。
對本發明而言，短程線是在表面上延伸的兩點之間的最短線。在球面上，短程線是連接兩點的「大圈」的一部分。短程線的一個曲率矢量等於0，並具有與表面法線一致的主法線。
具有一個標稱GC的Davis嵌片沿著相應的等GC線放置，而具有不同標稱GC的嵌片則沿著其相應的等GC線放置。嵌片體通過伸展在不同曲率之間轉變。物體的端部通常包覆成較大的杯形或鬱金香花形。各種嵌片貼在一起以包覆整個表面，而不會出現皺紋、空隙或氣泡。
等高斯曲率嵌片可在模具中製造，然後將嵌片放置在需要的表面的相應GC線上，將其轉移到飛機、艦船、車輛或其它類似產品上。選擇其它的嵌片，然後用類似方式進行放置以包覆整個表面。每個嵌片沿著一個特徵主軸基本上具有一個高斯曲率，並具有由該主軸向外延伸的嵌片過渡指狀部分或延伸部分。指狀部分的高斯曲率是變化的，因為它們是延伸的，或者因為它們不是沿著短程線進行模塑的。
嵌片原來的大小取決於所包覆表面的曲率變化的程度。如果曲率的變化梯度較大，即GC在短距離內變化較大，就需要較小的片材。當然，GC為0的平整嵌片可用於圓柱體、平整表面、以及GC為0的任何其它表面。大小不同的一組模具可得到正高斯曲率嵌片。類似的馬鞍形模具組可得到高斯曲率為負值的相應嵌片。
嵌片可用溼法或幹法鋪設，使用塗刷器、墊刀、橡膠輥、壁紙貼具、和類似的工具將貼膜放上和弄平。可用皮下注射器取出殘餘空氣或水分以消除氣泡。相接觸的嵌片通常搭按1/4-1/2英寸或更多，但可以是對接。搭接的程度不僅受重量和成本因素的限制，而且由於嵌片可粘結到基材上比相互粘結更牢固。搭接在飛行中發生剝離的一個根源是因為嵌片間的粘附性較差。
如美國專利4986496所述，嵌片可具有表面圖案，而且為了產生所需的顏色、光澤、反射率、或其它表面特性，還可包括增塑劑、增量劑、抗氧化劑、紫外線穩定劑、染料、顏料、反射能力增強劑(如，碳化矽)、短切或連續纖維增強劑、或類似物。例如，短切纖維可改進韌性和抗靜電性能。
一般來說，顏料為金屬片、金屬氧化物顆粒、或有機金屬顆粒，而且通常為幾種物質的混合物。合適的鋁片顏料包括，得自Siberline ManufacturingCo.的Aquasil系列顏料。這些顏料可以是玻璃、雲母、金屬(如，得自Novamet的鎳、鈷、銅、青銅、和類似物)或得自Potters Industries，Inc的玻璃片、包銀玻璃片、雲母片、或類似物。這些薄片的特徵尺寸通常為約17-55μm。在某些場合中，陶瓷顏料可能較為合適。當然，這些顏料可通過混合而產生所需的塗層特性。
Titanox 2020二氧化鈦顏料可得自NL Industries。氧化銅或氧化鐵顏料可得自Fischer Scientific。NANOTEK二氧化鈦、氧化鋅、或氧化銅顏料可得自Nanophase Technologies Corporation。這些顏料通常是球狀的，其直徑為約30納米(對於NANOTEK顏料)至微米大小。
優選的顏料是基本上純淨的金屬(具有合適的表面轉化塗層)，其厚度為約1000埃±5-10％(即，900-1100埃，優選950-1050埃)。另外，這樣顏料應該能夠滿足油漆顏料的各種常規要求。因此，這些顏料(也稱作顆粒物或薄片)必須具有足夠的厚度以產生不透明性，同時產生最小的邊緣效應(散射)。因此，長度或寬度的特徵尺寸為20-100μm，優選30-50μm。本發明標稱特徵尺寸的目標值為50μm×50μm×1000埃(即，1μm)。
具有所需厚度的純金屬膜可通過將金屬濺射到2密耳厚的氟化乙烯丙烯(FEP)片料上而製成。按照常規用於製造食品或真空包裝材料的加工步驟，製造這種膜產品。本發明方法可通過兩個簡單且迅速的浸漬步驟而從金屬化膜中去除金屬。首先，將金屬化膜浸漬在苛性鈉(鹼性)浴中約15秒以鬆動金屬。然後，將膜卷浸漬在稀酸溶液中約15秒以中和鹼和分離金屬。將顆粒從FEP上刷掉，然後將這些顆粒沉澱在酸溶液中，再進行過濾、清洗和乾燥。
為了將金屬從FEP上分離出來，一般將金屬與反轉圓柱狀尼龍毛刷接觸。有時僅使用超聲波振動法，或結合使用刷擦法。對於刷子，優選得自Richards Brush Company的3英寸尼龍毛(0.01，直徑)螺旋卷刷。
對於鋁薄膜，優選使用7％重量的碳酸鈉作為鹼，但可以使用碳酸氫鈉、碳酸鈉/碳酸氫鈉混合物、或稀釋至pH約9.0的常規的鹼金屬或鹼土金屬氫氧化物。酸溶液優選為pH3.4-3.6的0.01-0.1N乙酸，但也可為磷酸或稀無機酸。
對於鍺薄膜，優選使用2.5N的氫氧化鈉作為鹼、並使用乙酸或用超聲波振動來替代酸溶液。
鹼浸漬大約要15秒。在酸浸漬之前，將鹼處理金屬化膜暴露於空氣約25秒。酸浸漬持續約15秒，然後將顆粒從FEP上刷掉。通過連續法中的幾個操作來牽引金屬化膜卷，這是本領域普通技術人員可以理解的。
用常規的pH或ORP儀來控制酸罐的pH值，並根據需要加入酸以保持所需的pH和氧化還原電位。
通過過濾、清洗和乾燥從酸浴中回收出顆粒。測量這些顆粒的大小。然後，通過使用常規的鋁處理，如鉻酸陽極氧化、磷酸陽極氧化、鋁表面化學處理劑(Alodine)處理(特別是使用Alodine 600或Alodine 1200)；波音的美國專利5298092、5378293、5411606、5415687、5468307、5472524、5487949和5551994中所描述的鈷基轉化塗布法；或溶膠塗布法，將這些顆粒進行轉化塗布。如波音的美國專利申請08/742168「金屬的溶膠塗布」或美國專利申請08/742169「改進的油漆粘附作用」所述，溶膠塗布法通過使用有機鋯和有機矽烷的混合溶膠而在表面上產生溶膠-凝膠膜。將這些波音的專利和專利申請作為參考文獻引入本發明。
不同的處理法可賦予薄片以不同的色調。鋁表面化學處理劑(Alodine)可產生黃色或綠黃色。鈷處理可產生藍色。
溶膠塗料優選為有機金屬化合物的混合物，其中鋯共價鍵接到鋁薄片上，同時有機矽烷的有機尾部與油漆粘合劑鍵接。在陽極氧化處理表面時，粘附性主要通過機械錶面作用而產生。溶膠塗布可同時產生機械粘附性(表面微粗糙化)、以及通過化學親和性、相容性和共價化學鍵而產生的粘附性。
面飾層在蒸汽隔絕層上形成保護膜，因此應該選擇合適的材料以保持嵌片體系的防腐性能。對於本發明優選的蒸汽隔絕層，防腐性能可通過圖3-10和22-32來說明。即便這些嵌片對於消除腐蝕不是最優的，但通過在常規保存養護過程中進行簡單的包覆層替換和飛機的局部翻修(同時養護)，該嵌片包覆層應該可提高使用周期成本和養護效果。例如，可在飛機的一側翻修發動機，同時可在飛機在另一側，檢查、修補和修復無漆包覆層，如圖11所示。正常的油漆修復要求將飛機單獨放置在噴臺中，但不能同時進行其它的養護或檢查。
優選的面飾層為含氟彈性體，尤其是得自CAAP Company的改性CAAPCOAT III型或IV型耐雨水和耐熱的含氟彈性體，它適用於輥塗以產生合適的顏色並用前述的合適添加劑。優選的蒸汽隔絕層為得自3M的含氟聚合物，尤其是衍生自四氟乙烯、六氟丙烯、和偏二氟乙烯(THV)的三元共聚物。金屬化薄膜蒸汽隔絕層也可用於本發明，尤其是鋁蒸汽沉積層。蒸汽隔絕層的作用是消除水蒸汽或其它腐蝕劑向表面的活性轉移。優選的粘合劑為壓敏丙烯酸系粘合劑，具體有得自3M的產品966或其它實驗粘合劑。粘合劑在交通工具正常的運行過程中應當能將嵌片固定在表面上，但在對下表面的嵌片進行檢查時，該粘合劑應該是可剝離的以進行替換而不會留下殘餘物。它應該具有低電解(離子傳輸)性能以產生最佳的防腐效果。常用於粘合劑中以提高粘性的添加劑可能會有損於防腐作用。嵌片有時可重新粘合到表面上，尤其是未覆蓋部分較小時。
顏料和其它添加劑可加入面飾層、蒸汽隔絕層、或兩者中。一般在暴露表面加入抗靜電層。
嵌片之間在搭接接頭和對接接頭的縫隙可用得自面飾層的密封珠400(seal bead 400)將相鄰嵌片粘結在一起而密封，如圖40-45所示(搭接接頭和對接接頭，平整嵌片和錐形邊嵌片)。圖44和45表示使用密封膠帶進行密封操作。在圖45中，去除面飾層20，這樣膠帶可粘結到蒸汽隔絕層30上。
較厚的蒸汽隔絕層或多蒸汽隔絕層可能有助於保持完全防腐。蒸汽隔絕層通常約1-4密耳厚，一般為3密耳。較厚的膜增加重量，但嵌片通常比目前常用的多油漆塗層要輕。這些嵌花原來的重量大約與普通的、單塗層的、油漆-底漆塗層體系(如在MIL-P-25377環氧樹脂底漆上的MIL-C-85285聚氨酯)相同至比它們稍重。
蒸汽隔絕層可包括位於一面或兩面(一般來說，在鄰近粘合劑的表面上，如果使用金屬噴鍍)上的金屬化薄膜。這些隔絕層似乎可顯著提高防腐作用，這也許是由於產生了保護膜，但更象是由於降低構成隔絕層的有機樹脂膜的滲透性所造成的。
這些嵌片可消除在基材上對鉻酸鹽底漆的需求。例如，如果試驗包覆金屬2024 T3鋁合金測試板，嵌片可產生與在2024鋁上使用鉻酸鹽底漆和鉻酸鹽轉化塗層相當的防腐效果。絲狀腐蝕和鹽霧試驗的對比結果示於圖33-39。在所有這些試驗中，嵌片在防腐效果上與油漆毫不相同，通常要好於油漆。
據信，嵌片可用於大多數航空金屬上，其中包括2024、6061、7075、和其它的鋁合金；所有的鈦合金；高強度(低碳)鋼，如4130、4340、和9310；鎳合金，如INCONEL 718；和用Dow轉化塗層保護的鎂合金。本發明試驗針對2024和7075鋁，它們是用於評估防腐作用的標準材料。此外，這些嵌片可用於複合材料的結構中。在碳纖維增強複合材料與金屬結構的界面上，嵌片可通過減少電解質向金屬表面的通道而降低原電池腐蝕。也就是說，這些嵌片可密封水分和飛機上的流體以避免與金屬(導體)接觸。
基材是金屬覆蓋層。它們可用化學轉化塗料，尤其是alodine 600、1000或1200之類的鉻酸鹽轉化塗料進行陽極氧化和處理。用非鉻酸鹽底漆進行的試驗表明，防腐性能不均勻或不好，且該缺陷歸因於非鉻酸鹽底漆。據推測，在這些試驗中，底漆可吸引和捕獲與金屬表面接觸的腐蝕劑。完全不使用底漆，可得到更好的結果。
標準的絲狀腐蝕試驗表明，在用嵌片包覆腐蝕部位之後，腐蝕並不是從其原始狀態進行的。這意味著，腐蝕部件上的嵌片可阻止較小的腐蝕鏽斑。
在Univ of Dayton進行嵌片的雨水腐蝕試驗，結果發現，在使用短切纖維以提高其強度和耐撕性時，可得到最佳的封邊效果。另外發現，這些嵌片可與標準塗層相媲美或比它好得多。這些嵌片在某些條件下可產生500mph的保護作用，這可與特殊的雨水腐蝕塗層相比。在幾個測試樣品中，可觀察到面飾層與蒸汽隔絕層之間的脫層作用。搭接和對接具有比較完好性能。錐形邊性能優於平整邊。即使在不加入特殊腐蝕塗層的情況下，這些嵌片也可產生至少相當的保護作用。
在修補區域，需要與蒸汽隔絕層的形成對接，同時修薄面飾層。較薄的蒸汽隔絕層-面飾層膜可在蒸汽隔絕層上填充該修補區域，其中面飾層如圖45所示進行選擇性的修剪。這樣，蒸汽隔絕層可跨越相鄰蒸汽隔絕層的對接間隙，由此形成連續的蒸汽隔絕層。
這些嵌片的邊優選為錐形的(圖40、41和44)以改進空氣動力學。
嵌片包覆層的修復要求切割嵌片，最好不要劃傷下方的基材。為了切割嵌片，需要一個可控制深度的可調切割器。設定切割深度並保持該深度是一種挑戰，尤其當工作深度是以密耳(0.001英寸)計的。本發明通過使用滾動切割器控制深度，它具有一個壓在切口後的基材上的隨動輪以設定切割深度。
使用電化學阻抗光譜(EIS)體系來進行試驗，其中包括EG&G PrincetonResarch(PAR)273A型恆電位儀-恆電流儀、Schlumberge SI 1260型阻抗/增益-相分析儀、和個人計算機。然後使用開路電勢(OCP)測量合適的性能。EIS測量所用的交流電壓為15mV(對於非油漆樣品)和15-40mV(對於油漆樣品)，並在1.6E-2至1.0E+5Hz的頻率範圍內，用以十進位對數方式均勻間隔的5種頻率進行測量。
另外，在PAR K0235型Flat Cells上測試樣品，其中包括具有三個電極的玻璃圓柱體
●包鉑的鈮篩選計數器
●測試樣品和
●Ag/AgCl/KCl參照電極(在中心玻璃井；Luggin探針，幾乎延伸到測試
樣品上的毛細管位於井的一側)。測試面積為16平方釐米。對於每個樣品，將5％的新氯化鈉溶液灌入電池中。
對於每次操作，計算機將每種頻率下阻抗的實部和虛部(分別為Z』和Z」)進行列表。通過這些數據，可計算出表示腐蝕作用的其它參數。圖13是表示如何由阻抗數據計算所需參數的流程圖。
例如，絕對阻抗|Z|(歐姆)可計算如下相移φ(度)計算如下。伯德圖表示|Z|·A(歐姆·釐米2，其中A為樣品面積，通常16釐米2)與作為輸入頻率函數的頻率和相移的關係曲線。根據需要，本發明使用DeltaGraph軟體來生成作為暴露時間函數的三維伯德圖。
Boukamp等效電路分析(ECA)軟體適合Z』和Z」數據。通常使用五元件電路模型(圖14)。R1為溶液電阻，C4為包覆層的電容，且R4通常稱作孔電阻，它表示可產生穿過包覆層至基材的電路短路的針孔缺陷或其它非均勻處。C2為雙層電容，且R2為發生在包覆層以下，特別是在針孔缺陷或其它非均勻處的腐蝕過程的極化電阻。在腐蝕研究中，極化電阻與腐蝕過程的速率成反比；換句話說，極化電阻越高，腐蝕速率越低。
圖15表示本發明所用的串並聯(SP)電路模型。R值為電阻，Q值為恆相元件(constant phase elements，CPE)參數。R1表示溶液電阻。R2和Q2分別表示腐蝕過程的極化電阻和非理想雙層電容。R3和Q3表示腐蝕產品或陽極氧化產品的電阻和非理想電容。R4和Q4表示底漆的電阻和電容。
恆相元件(CPE)的阻抗通過下式確定其中Q為CPE參數，
ω為角頻率，且
n為相係數。
使用該定義，CPE的單位為mho·secn。
·當n＝0時，CPE參數單位為姆歐(mho)，它是電阻的倒數(即，R＝1/Q)。
·當0＜n＜1時，CPE單位為「CPE mho」(mho·secn)，它在SP模型中可看作非理想電容。
·當n＝1時，CPE單位為mho·sec(法拉弟)，它是電容的單位(即，C＝Q)。
為了驗證SP模型，我們利用選擇的R和C值，由SP模型和五元件模型得到三種情形的伯德圖。對於溶液電阻，R1＝30歐姆·釐米2。對於破裂頻率，f2＝(2pR2C2)-1且f4＝(2pR4C4)-1。這些情形匯總於表1。
表1
圖16-21是在三種驗證情形下，使用SP和五元件模型的伯德圖。這些圖表示本發明所選SP模型與更常見的五元件電路模型之間的總體上相符。在情形1中(圖16和17)，腐蝕過程幾乎被覆蓋層所遮蔽。如果極化電阻R2較低或覆蓋層電阻R4較大，覆蓋層下的腐蝕過程可能就檢測不出。這兩種模型的伯德圖基本上是相同的。破裂頻率f2和f4相差4個數量級。在情形2中(圖18和19)，在最低限覆蓋層的存在下，耐腐蝕作用明顯較高。同樣，這兩種模型的伯德圖基本上是相同的。
只有在情形3(圖20和21)中，兩種模型之間出現不同；這種差異在相圖(圖21)中特別明顯。Rs和Cs的數量級與另外兩種情形是相同的；主要區別在於破裂頻率f2和f4相互在一個數量級之內。如果破裂頻率相似，R和C值就取決於所用的模型。在情形3下得到相似破裂頻率的可能性較小，因為各種腐蝕過程、腐蝕產品、和覆蓋層的破裂頻率的範圍較寬。因此，SP模型基本上相當於五元件電路模型。
SP模型可得到與常見的五元件模型類似的伯德圖，同時SP模型可使底漆、嵌片、面飾層、腐蝕產品、和腐蝕過程專分成各個R和Q元件，這些元件易於用暴露時間進行標識、選分、和監控。另外，每個RiQi電路的破裂頻率fRQ可用暴露時間進行監控。在本發明中，使用整數來標識電路元件，如1、2、3或4。破裂頻率是不取決於表面積的一個重要內在性能。fRiQi得自ith並聯RiQi電路的時間常數τRiQi，其中如果替換了合適的單位，那麼τRiQi的單位為(ohm·mbo·secni)1/ni＝sec。由於
且ω=2πf，所以
可謹慎使用的通則是，1E+1至1E+5Hz範圍內的fRiQi與陽極氧化、腐蝕產品、和有機塗層如底漆有關，而1E-2至1E+1Hz範圍內的fRiQi與腐蝕過程有關。
一旦由ECA確定了嵌片和包覆體系的CPE，就可由以下公式計算出介電常數其中d為包覆層的厚度，ε0為自由空間的介電常數(8.85E-14法拉弟/釐米)。
分別將含氟聚合物(FP)嵌片和聚氨酯(PU)嵌片用到已經化學轉化塗布了Alodine 600的包覆金屬2024-T3 Al的3英寸×6英寸片材上。在施用之前，在片材的一端，在表面上劃以「×」從×的中心點引線的長度為O.75英寸。將FP嵌片放在×劃線之上以模擬受損區域PU嵌片並不這樣做。
採用兩種施工方法，將FP嵌片用到Alodine處理的表面上。在溼法中，用水稍微噴灑表面。然後將FP嵌片放在表面上。水可使得嵌片易於固定在表面上，並只要能夠小心去除嵌片下方的水就可接受。否則，截留水分會產生氣泡。用作基線的PU嵌片可通過幹法進行施工。將嵌片放在包括劃線的整個表面上，然後沿著邊用含氟彈性體進行密封以防止鹽溶液從邊緣的滲漏。
圖22-25表示本發明溼法和幹法嵌片作為隔絕層和作為劃線補綴的伯德圖。這些圖類似於圖3-10中所列出的數據。阻抗(|Z|)隨著頻率的降低而升高，這歸因於嵌片作為隔絕包覆層的電性能(即，電阻和電容)。近90度的負相(圖23)表示嵌片的電容性能高。修補劃線的作用與隔絕層相同。在經過53天暴露之後，阻抗基本上保持恆定，只是在非常低的頻率下稍微降低。阻抗的保持作用表明，在試驗過程中，嵌片下沒有發生任何腐蝕。這些嵌片是目前防腐領域中所能得到的最好處理方式。
圖24和25是本發明嵌片作為隔絕層和作為劃線補綴進行溼法施工的伯德圖。施工方法對嵌片作為隔絕層進行防腐沒有明顯影響。
圖26和27是幹法施工的對比聚氨酯嵌片的伯德圖。在4天內，阻抗隨著頻率的降低而升高，這歸因於嵌片的電性能。阻抗的平緩升高在約10Hz處開始降低。覆蓋層的阻抗低於作為蒸汽隔絕層的本發明優選嵌片。同樣，負相也下降較快。隨著浸漬時間的繼續，包覆層的阻抗連續降低。可觀察到阻抗的第二次升高，這在相圖中特別明顯。例如，在51天內，相位降低至最低100Hz，升高至最高值，然後又降低至最低值。阻抗的第二次升高和最大相位歸因於聚氨酯嵌片下方的腐蝕作用。
圖28-32表示本發明嵌片的ECA結果(衍變得到的參數，圖13)，其中包括破裂頻率、電阻·面積、恆相元件和n參數。在圖28中，本發明優選的含氟聚合物嵌片的破裂頻率在1E-2附近，而對比聚氨酯嵌片的破裂頻率為1E+2Hz。在包覆層下的腐蝕時的破裂頻率為約5Hz。本發明優選的含氟聚合物嵌片具有較低的破裂頻率，這歸因於較高的耐腐蝕性。儘管這些數據比較分散，但破裂頻率並不明顯取決於時間。
在圖29中，FP嵌片的電阻(通常稱作孔電阻)為1E+11ohm·cm，這對於任何市售有機塗料來說都非常高；而且它並不取決於施工方法。對於本發明嵌片來說，電阻值1E+7ohm·cm更常見於市售有機塗料體系。耐腐蝕性較好的隔絕包覆層的電阻通常大於1E+7ohm·cm。本發明嵌片的電阻比市售有機塗料體系要大幾個數量級，這表明防腐隔絕性能非常高。此外，包覆層下的腐蝕過程的極化電阻明顯要高，這表明腐蝕進行得很慢，如果確實發生了腐蝕。
在圖30和31中，恆相元件參數(CPE)非常小(1E-10CPE mho/cm2)，「n」參數接近1.0，它們表示嵌片的電容。1E-6至1E-9CPE mho/cm2的CPE值以及0.6-1.0的n參數代表發生在對比聚氨酯嵌片下方的腐蝕過程的非理想電容。聚氨酯對比嵌片的較大分散性是因為在高阻抗下難以將EIS數據消卷積。
圖32描繪了嵌片的介電常數(DE)相對時間的圖。嵌片的DE大小為2-3，這與Teflon大約相同。但嵌片的施用方式(溼法，或幹法)對DE沒有明顯影響。聚氨酯對比嵌片的DE稍低於記錄值4-8。本發明優選的嵌片在試驗時間內，在浸漬於鹽溶液的情況下相當穩定。實施例2
相對用於油漆商業飛機的常規塗層的情況，我們還試驗了優選的嵌花。作為對比，在用Alodine 600(一種化學轉化塗料)處理的3英寸×6英寸2024-T3包覆金屬鋁板上的BMS 10-79環氧樹脂底層上，使用BMS 10-60聚氨酯面飾層。按照ASTM B117，將塗布的板材暴露於鹽霧環境中。將板材周期性地取出以進行目測和EIS測試。
圖46和47是油漆塗層作為最多24天時間的函數的伯德圖。在5天的鹽霧暴露之後，阻抗隨著頻率降低到約1Hz而升高。阻抗的升高開始衰減。在較長的暴露時間內，阻抗在較高的頻率下開始衰減。隔絕包覆層的電阻隨著暴露時間而降低。
圖48和49是本發明嵌片在11天試驗期內的伯德圖。阻抗隨著頻率的降低而升高。阻抗保持恆定。接近90度的負相表示嵌片的電容性能。與油漆塗層相比，該嵌片明顯更耐鹽霧暴露，這表明在嵌片之下基本上沒有任何腐蝕作用，因為嵌片本身就是蒸汽隔絕層。
儘管已經描述了優選的實施方案，但本領域熟練技術人員容易看出，可在不背離本發明主旨的情況下作出各種替換、改變和改進。因此，在該說明的基礎上，可對權利要求進行充分解釋，只要能夠得到本領域普通技術人員已知的整個等效範圍的支持。這些實施例只用於說明本發明而非用於限定。因此，只有根據相關的已有技術，才能對權利要求進行限定。
權利要求
1.一種用於對表面進行基本上完整的、無氣泡的、無皺紋的包覆的防腐嵌片，包括蒸汽隔絕層 用於基本上減少或消除水分向表面的傳輸，以及在蒸汽隔絕層的至少一個表面上用於將蒸汽隔絕層粘結到表面上的粘合劑。
2根據權利要求1的嵌片，它在蒸汽隔絕層上還具有含氟彈性體面飾層。
3.根據權利要求1的嵌片，其中所述蒸汽隔絕層為含氟聚合物或金屬化聚合物。
4.根據權利要求1的嵌片，通過模塑，它在一個軸線上具有基本上一個高斯曲率，而在橫向軸線上具有變化的曲率。
5.根據權利要求3的嵌片，其中所述面飾層和蒸汽隔絕層為含氟聚合物，所述面飾層包括抗靜電層。
6.一種使飛機表面具有防腐作用的方法，該方法包括下面的步驟
將嵌片施用到飛機表面上，所述嵌片具有蒸汽隔絕層以基本上減少或消除水分向表面上的傳輸。
7.由權利要求6的方法而得到的一種防腐表面。
8.一種在金屬或複合材料的飛機部件或組件上用於替代常規油漆的包覆體系，其中包括
(a)在預定區域與部件或組件進行面接的蒸汽隔絕層；和
(b)在預定區域中用於將蒸汽隔絕層粘結到部件上的粘合劑。
9.根據權利要求8的體系，它還包括覆蓋在蒸汽隔絕層上的面飾層，其中所述面飾層和所述蒸汽隔絕層的至少一層包含有效量的至少一種顏料以賦予所述體系至少一種預定的物理和化學性能。
10.用權利要求8的體系包覆的部件。
11.根據權利要求8的體系，它是嵌片形式的。
12.一種使用可替換的、可密封的保護性覆蓋層替代金屬或複合材料飛機部件或組件上的常規塗層的方法，該方法包括以下步驟
(a)將蒸汽隔絕層的三角條切成適於覆蓋部件的預定表面的多個嵌片；然後
(b)將這些三角形片粘結到部件上；然後
(c)視情況可在這些嵌片之間的邊緣接縫處進行密封，在部件與其環境之間得到連續的蒸汽隔絕層，
其中所述蒸汽隔絕層可在包覆金屬Al 2024上產生與具有油漆、鉻酸鹽轉化塗層、和鉻酸鹽底漆的部件相當的防腐作用。
13.根據權利要求12的方法，其中所述蒸汽隔絕層包括至少一層鋪設在其上的有機基材樹脂面飾層。
14.根據權利要求13的方法，其中所述面飾層、蒸汽隔絕層或兩者包含顏料、增塑劑、增量劑、抗氧化劑、紫外線穩定劑、染料、反射能力增強劑、纖維增強劑、或其混合物中的至少一種。
15.一種用於在飛機上保持表面覆蓋層完整性的隨時修補方法，其中包括以下步驟
檢查和修復或替換位於飛機一部分的嵌片，同時在飛機的不同部分進行其它積存的養護檢查、修理、或修復。
16.一種無漆包覆體系，其中包括
(a)具有表面的基材；
(b)表面上的粘合劑；
(c)基本上覆蓋在粘合劑上表面的蒸汽隔絕層；和
(d)視情況可包括粘結到蒸汽隔絕層上的面飾層。
17.一種在基材上進行相鄰嵌片密封的方法，其中包括以下步驟
將面飾層施用在相鄰嵌片之間的縫隙處將嵌片相互接合起來。
18.一種用於在基材上密封相鄰嵌片以得到基本上連續的蒸汽隔絕層的方法，其中包括以下步驟
(a)通過將彼此相鄰基材上的兩個嵌片進行定位確定出接縫，其中每個嵌片都包括由聚合物製成的蒸汽隔絕層；
(b)將具有蒸汽隔絕層的密封嵌片施用到接縫上，形成密封嵌片和定位嵌片之間的搭接；然後
(c)視情況可使用聚合物將密封嵌片的邊緣進行密封，使密封嵌片粘結到定位嵌片上。
19.一種用於飛機某個部位上基本上阻止腐蝕的方法，其中包括以下步驟
將嵌片形式的蒸汽隔絕層施用到所述部位上以消除水分向該部位的傳輸。
20.一種用於降低水分向複合材料蜂窩多層板材的蜂窩芯內傳輸的方法，其中包括以下步驟
將蒸汽隔絕層粘結到所述板材的面板上以減少或消除水分向核芯傳輸。
全文摘要
越來越嚴格的環境保護限制使得傳統的塗層施工方法(如噴漆)因揮發性溶劑和有害顏料而受到挑戰。環境檢查特別集中於常規的防腐表面處理,尤其是鉻酸鹽底漆和轉化塗層。本發明使用嵌片(10)在基材上形成蒸汽隔絕層,從而達到防腐效果。本發明在一組具有不同高斯曲率的模具中能製造彎曲的嵌片,從而無需製造嵌片對象表面的「噴濺」模具。使用彎曲嵌片可減少隆起、皺痕或空隙,而用平整(平面)嵌片包覆複雜曲率表面時就經常出現這樣一些缺陷。
文檔編號C09J7/02GK1241202SQ9718085
公開日2000年1月12日 申請日期1997年12月19日 優先權日1997年12月19日
發明者戴恩·C·羅林斯, 丹尼斯·L·達爾 申請人:波音公司