多相粘合剂制品及其方法与流程

1.本公开涉及粘合剂制品和组件，以及相关的制备和使用方法。粘合剂制品可例如用于航空航天、汽车和其他工业粘结应用中。


背景技术：

2.由于车辆制造商寻求更好且更有效的制造其产品的方式，因此粘合剂在高性能粘结应用中已经获得了广泛的认可。结构粘合剂可以粘结不同的材料，支持高重量负荷，抵抗疲劳，并且沿粘结界面均匀地分布应力。粘合剂也很轻质且耐腐蚀。与诸如螺钉和铆钉的紧固件不同，粘合剂不会穿透基底，使得其适合接合中空和薄壁部件，诸如航空航天蜂窝复合材料。消除紧固件还可以改善美观性、减少或分散应力集中、降低对腐蚀的敏感性，并且提供更广的设计可能性。
3.尽管具有上述优点，但是监管要求有时会让制造商使用粘合剂和紧固件的组合来粘结接合部。例如，在航空航天领域中，在飞行器上使用的粘结解决方案必须经过认证才能证实适航性。实现这种认证可能是一项重大的技术挑战。在美国，联邦航空管理局(faa)仅列出了三种方法来确定粘结接合部的适航性。
4.第一合规性方法是结合裂纹阻止特征部，使得可以在阻止特征部之间脱粘的情况下携载极限负荷。此类特征部通常包括紧固件，诸如螺钉或铆钉。第二方法是对每个生产制品的验证测试，其将关键极限设计负荷施加到每个关键粘结接合部。该第二方法可以在粘结结构的尺寸和装载使得此类测试可行的程度下使用。第三合规性方法是可重复且可靠的非破坏性检查技术，该技术确定并确保每个接合部的强度。


技术实现要素：

5.粘结主要结构的先前方法涉及具有高断裂韧度的粘合剂解决方案以及机械铆钉的包含以提供裂纹阻止。在此，提供大型多相结构膜粘合剂体系，其使得能够在一个粘合剂制品内包含两个或更多个传统上对重平衡特性。
6.有利地，本文所述的多相粘合剂可以在粘合剂本身内提供裂纹阻止。粘合剂组合的使用能够使操作温度范围更宽，以实现高断裂韧度特性以在裂纹萌生时阻止其扩展，以及高模量特性以首先抵抗裂纹萌生，即使这些特性在任何一种粘合剂中都无法实现。通过显著改善裂纹阻止，这些粘合剂提供了粘结解决方案，可以使制造商能够消除或显著减少机械紧固件的使用。
7.多相粘合剂体系尤其提供了两种性能和处理益处，这两种益处在传统上被认为是相互排斥的特性。在其最简单的形式中，多相粘合剂可被设想为具有限定相界的两种不同粘合剂的单个条纹层。然而，这些粘合剂体系不限于此，并且可以呈现针对手动施加而定制的图案和几何形状。含有三种或更多种粘合剂和/或多个层的粘合剂体系是可能的，并且图案化可以在多个二维和三维空间中的任一个中概念化。
8.在第一方面，提供了一种粘合剂制品。该粘合剂制品包括：第一图案化粘合剂层，
该第一图案化粘合剂层包含第一粘合剂和第二粘合剂，所述第一粘合剂和第二粘合剂在组成和空间上不同并且在第一图案化粘合剂层内相对于彼此横向设置；其中所述第一粘合剂和所述第二粘合剂各自能够被功能性地固化以共同提供与基底的结构粘结。
9.在第二方面，提供了一种粘合剂制品，该粘合剂制品包括：第一图案化粘合剂层，该第一图案化粘合剂层包含第一粘合剂和第二粘合剂，所述第一粘合剂和第二粘合剂在组成和空间上不同并且在第一图案化粘合剂层内相对于彼此横向设置；以及第二图案化粘合剂层，该第二图案化粘合剂层设置在第一图案化粘合剂层上并且包含第三粘合剂和第四粘合剂，所述第三粘合剂和第四粘合剂在组成和空间上不同并且在第二图案化粘合剂层内相对于彼此横向设置，其中当从垂直于第一图案化粘合剂层和第二图案化粘合剂层的方向观察时，第一图案化粘合剂层和第二图案化粘合剂层具有彼此不基本上重合的相应图案。
10.在第三方面，提供了一种粘合剂组件，该粘合剂组件包括设置在基底或剥离衬垫上的粘合剂制品。
11.在第四方面，一种制备粘合剂组件的方法，该方法包括：将第一粘合剂施加到基底上；并且将第二粘合剂施加到基底上，其中第一粘合剂和第二粘合剂在组成和空间上不同并且在基底内相对于彼此横向设置，并且进一步地，其中第一粘合剂和第二粘合剂能够被功能性地固化以共同提供与基底的结构粘结。
附图说明
12.图1是根据示例性实施方案的粘合剂制品的顶视图；
13.图2是图1的粘合剂制品的侧正视图；
14.图3是根据另一个示例性实施方案的粘合剂制品的顶视图；
15.图4是图3的粘合剂制品的侧正视图；
16.图5是根据另一个示例性实施方案的粘合剂制品的侧正视图；
17.图6至图8是示出根据在下面的实施例中描述的各种实施方案的粘合剂制品的照片；
18.图9和图10是示出基于在下面的实施例中描述的现有技术构造的粘合剂制品的照片；以及
19.图11和图12是示出根据在下面的实施例中描述的附加实施方案的粘合剂制品的照片。
20.在说明书和附图中重复使用的参考符号旨在表示本公开的相同或类似的特征结构或元件。应当理解，本领域的技术人员可设计出落入本公开原理的范围和实质内的许多其他修改形式和实施方案。附图可不按比例绘制。
21.定义
22.如本文所用：
[0023]“环境温度”意指在25
±
5℃下；
[0024]
除非另外指明，否则“平均”意指数均；
[0025]“固化”意指通过物理或化学反应诸如通过暴露于电磁辐射或加热使得硬化或粘度增加；
[0026]“差示扫描量热法”是指一种热分析技术，其中升高样品和参比的温度所需的热量
的差异作为温度的函数测量。
[0027]“纤维”意指可以在本质上连续或离散的细丝或长丝；
[0028]“功能性地固化”意指固化至固化材料可用于其预期应用的程度，在一些实施方案中，这反映至少90％的固化度，如通过差示扫描量热法测量(即，在第一次扫描中观察初始积分热流(反应焓))确定的，并且在第二次扫描中实现小于初始反应焓的10％的集分热流(剩余反应焓)；
[0029]“横向”意指在侧面、朝向侧面或从侧面(即，在同一层内)；
[0030]“聚合物”意指相对高分子量的材料，该材料具有至少10,000g/mol的分子量；
[0031]“基本上”意指显著程度，如至少5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、99.9％、99.99％或99.999％、或100％的量；以及
[0032]“厚度”意指在松弛时一层或多层制品的相反侧之间的平均距离。
具体实施方式
[0033]
如本文所用，术语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些益处的本文所述的实施方案。然而，在相同的情况或其它情况下，其它实施方案也可以是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案是不可用的，并且并非旨在将其他实施方案排除在本发明范围之外。
[0034]
如本文和所附权利要求中所用，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个/一种(a/an)”和“该/所述”包括复数对象。因此，举例来说，提及“一个/一种”或“该/所述”部件可包括本领域技术人员已知的一个或多个部件或其等价物。另外，术语“和/或”意指所列元件中的一个或全部或者所列元件中的任何两个或更多个的组合。
[0035]
值得注意的是，术语“包括”及其变型在出现在所附说明书中时不具有限制性含义。此外，“一个”、“一种”、“该”、“至少一个”及“一个或多个”在本文中可互换使用。本文可使用相对术语诸如左、右、向前、向后、顶部、底部、侧面、上部、下部、水平、垂直等，并且如果是这样，则它们来自在具体附图中所观察的视角。然而，这些术语仅用于简化描述，而并非以任何方式限制本发明的范围。
[0036]
贯穿本说明书的对“一个实施方案”、“某些实施方案”、“一个或多个实施方案”或“实施方案”的引用，意指结合实施方案描述的具体特征、结构、材料或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，贯穿本说明书的多处出现的短语，诸如“在一个或多个实施方案中”、“在某些实施方案中”、“在一个实施方案中”或“在实施方案中”，不是必须指本发明的相同实施方案。
[0037]
根据一个示例性实施方案的多相粘合剂制品的暴露主表面示于图1中，并且在本文中由数字100指代。粘合剂制品100的侧正视图示于图2中。
[0038]
如图2所示，粘合剂制品100由具有相对的第一主表面102和第二主表面104的单个层构成。该单个层是由两种不同的粘合剂即第一粘合剂106和第二粘合剂108构成的图案化层。粘合剂106、108相对于彼此横向设置并且根据图1所示的二维棋盘格图案来布置。
[0039]
任选地，第一粘合剂106和第二粘合剂108为结构粘合剂，或能够进一步固化以与合适的基底提供结构粘结的粘合剂。粘结可以沿着粘合剂制品100的主表面102、104中的一
者或两者发生，并且粘附到一个或多个相应基底。
[0040]
结构粘结通常被认为是提供当在基底之间粘结时并在室温下测量为至少1000psi或6.9兆帕(astm d1002)的重叠剪切强度的粘结。除了重叠剪切强度之外，断裂强度是粘结接合部设计、特别是在航空航天应用中的另一个重要考虑因素。断裂强度可根据标准方法诸如astm d3433-00(2012)测定。在一些实施方案中，结构粘结在-55℃和121℃下提供400j/m2至3000j/m2、700j/m2至3000j/m2、1000j/m2至1500j/m2、或在一些实施方案中小于、等于或大于700、800、900、1000、1200、1500、2000、2500或3000j/m2的断裂强度。
[0041]
第一粘合剂106和第二粘合剂108具有彼此显著不同的组成。差异可以多种方式中的任一种方式反映。例如，当单独固化并在相同条件下测量时，第一粘合剂106和第二粘合剂108可具有各自不同的断裂强度和/或重叠剪切强度。虽然在该构型中并非关键，但第一粘合剂106可具有比第二粘合剂108更大的断裂强度，或反之亦然。
[0042]
在一些实施方案中，一种粘合剂在高温下具有较高的断裂强度并且另一种粘合剂在低温下具有较高的断裂强度可能是有利的。例如，在-55℃第一粘合剂106可以显示的断裂强度大于第二粘合剂108的断裂强度，在121℃第二粘合剂108可以显示的断裂强度大于第一粘合剂106的断裂强度。
[0043]
更一般地，在55℃至121℃的温度范围内，第一粘合剂可以显示的断裂强度与第二粘合剂的断裂强度显著不同。在一些实施方案中，在-55℃至121℃的整个温度范围内，第一粘合剂可以显示的断裂强度显著大于或小于第二粘合剂的断裂强度。
[0044]
类似地，第一粘合剂106和第二粘合剂108可以提供显著不同的储能模量值，所述储能模量值在25℃、15微米的振幅和1hz的频率下在动态力学分析仪上测量。在一些实施方案中，第一粘合剂106可以在所有温度处具有比第二粘合剂108更高或更低的储能模量，或反之亦然。在一些实施方案中，第一粘合剂106可以在仅高于或仅低于某个阈值温度处具有比第二粘合剂108更高或更低的储能模量，或反之亦然。
[0045]
在一些实施方案中，在固化时，第一粘合剂106具有的尺寸扩张或收缩程度高于或低于第二粘合剂108的尺寸扩张或收缩程度。在一些实施方案中，第一粘合剂106是导热的，并且第二粘合剂108是绝热的。在一些实施方案中，第一粘合剂106是导电的，并且第二粘合剂108是电绝缘的。
[0046]
第一粘合剂106和第二粘合剂108中的任一者或两者可包含多种增强填料，诸如增强纤维。合适的增强纤维包括例如碳纤维或玻璃纤维。
[0047]
例如，第一粘合剂可以由嵌入第一可固化组合物中的多根第一纤维构成，并且第二粘合剂由嵌入第二可固化组合物中的多根第二纤维构成。任选地，第一粘合剂106或第二粘合剂108基本上不含任何嵌入的增强纤维。
[0048]
如果存在的话，基于相应第一粘合剂或第二粘合剂的总体积，多根第一纤维或第二纤维可以1体积％至90体积％、5体积％至80体积％、10体积％至75体积％，或在一些实施方案中小于、等于或大于1体积％、2体积％、5体积％、10体积％、15体积％、20体积％、25体积％、30体积％、35体积％、40体积％、45体积％、50体积％、55体积％、60体积％、65体积％、70体积％、75体积％、80体积％、85体积％或90体积％的量存在。
[0049]
第一粘合剂106和第二粘合剂108中的任一者或两者可包含非织造纤维网，或者粘合剂可以涂覆或沉积到非织造纤维网上或层压到非织造纤维网上，这可以稳定粘合剂膜以
改善固化之前的处理特性。
[0050]
第一粘合剂106或第二粘合剂108包含可使用任何已知固化机制固化的相应可固化组合物。固化机制可以基于热固化或暴露于光化辐射。光化辐射可包括可见光谱或紫外光谱中的光。如果可热固化，第一粘合剂106和第二粘合剂108可具有相同或不同的固化活化温度和/或固化动力学。
[0051]
重新参见图1，第一粘合剂106的横向尺寸由横向尺寸a1和b1表示，并且第二粘合剂108的横向尺寸由横向尺寸a2和b2表示。该图案在粘合剂制品100的整个主表面上重复。此处所示的图案具有多个正方形区域，其中尺寸a1、a2、b1和b2相当，但这不必是这种情况。
[0052]
例如，尺寸a1、a2、b1和b2可以各自独立地为0.5毫米至50毫米、3毫米至25毫米、6毫米至15毫米，或在一些实施方案中小于、等于或大于0.5毫米、1毫米、2毫米、3毫米、4毫米、5毫米、6毫米、7毫米、8毫米、9毫米、10毫米、12毫米、15毫米、17毫米、20毫米、25毫米、30毫米、35毫米、40毫米、45毫米或50毫米。
[0053]
由第一粘合剂106和第二粘合剂108构成的层具有如图2所示的厚度t。厚度t不受特别限制，并且可为25微米至500微米、50微米至400微米、100微米至250微米，或在一些实施方案中小于、等于或大于25微米、30微米、35微米、40微米、45微米、50微米、60微米、70微米、80微米、90微米、100微米、110微米、120微米、150微米、175微米、200微米、225微米、250微米、275微米、300微米、325微米、350微米、375微米、400微米、425微米、450微米、475微米或500微米。
[0054]
在一些实施方案中，厚度t可在第一粘合剂106和第二粘合剂108之间不同。一般来讲，这种差异优选地是小的。第一粘合剂106优选地比第二粘合剂108厚不超过2％、不超过5％、不超过10％或不超过15％(反之亦然)。
[0055]
第一粘合剂106和第二粘合剂108可以独立地表示粘合剂层的任何合适的重量分数。例如，基于粘合剂层的总重量，第一粘合剂106和第二粘合剂108可以1重量％至99重量％、15重量％至85重量％、30重量％至70重量％，或在一些实施方案中小于、等于或大于1重量％、2重量％、5重量％、7重量％、10重量％、12重量％、15重量％、17重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量％、92重量％、95重量％或99重量％的量存在。
[0056]
第二示例性实施方案示于图3和图4的粘合剂制品200中。图3示出了条纹图案，而不是棋盘格图案，其通过条带尺寸a1和a2表征。如前所述，尺寸a1和a2可以相同或不同，并且可具有相对于前一段落中的尺寸a1、a2、b1和b2列举的任何值。图4以侧正视图示出了制品200，其中示出其单层构造。如图所示，制品200具有可具有上文关于制品100列举的任何厚度的厚度t。
[0057]
用于图案化粘合剂层的图案不必限于图1和图3所示的那些。尽管此处未明确示出，例如，粘合剂制品可通过类似于图3和图4所示的条纹波形图案来表征，不同的是条带具有当从垂直于粘合剂制品的方向观察时的平面而弯曲的构型。
[0058]
另选地，第一粘合剂和第二粘合剂可根据网格图案布置，其中一种粘合剂是连续的，从粘合剂制品的一侧延伸到另一侧而不中断，并且另一种粘合剂是不连续的。在另一个实施方案中，一种粘合剂可以多个随机定位的岛状物的形式设置，所述岛状物被同一层内
的其他粘合剂的连续基底包围。
[0059]
图5示出了其中多个单层粘合剂制品(诸如粘合剂制品100、200)被层压或以其他方式设置在彼此顶部以形成多层粘合剂制品300的实施方案。在该示例性实施方案中，制品300具有三个不连续的层，即沿第一主表面302暴露的顶层310、在顶层310下方延伸的中间层312以及在中间层312下方延伸并沿第二主表面304暴露的底层314。
[0060]
顶层310是具有第一粘合剂306和第二粘合剂308的图案化粘合剂层，中间层312是具有第三粘合剂326和第四粘合剂328的图案化粘合剂层，并且底层314是具有第五粘合剂336和第六粘合剂338的图案化层。
[0061]
任选地且如图所示，第一粘合剂306、第三粘合剂326和第五粘合剂336由相同的粘合剂组合物构成。任选地且如图所示，第二粘合剂308、第四粘合剂328和第六粘合剂338由相同的粘合剂组合物构成。
[0062]
任选地且如图所示，相邻层具有相对于彼此类似或相同的图案。在图5的粘合剂制品300中，例如，第一粘合剂306和第二粘合剂308表现出与第三粘合剂326和第四粘合剂328相同的图案尺寸、周期性和厚度。同样，第三粘合剂326和第四粘合剂328表现出与第五粘合剂336和第六粘合剂338相同的图案尺寸、周期性和厚度。第一粘合剂306、第二粘合剂308、第三粘合剂326、第四粘合剂328、第五粘合剂336和第六粘合剂338中的每一者是结构粘合剂。
[0063]
任选地且如图所示，彼此相邻的图案化粘合剂层具有当从垂直于第一图案化粘合剂层和第二图案化粘合剂层的方向观察时彼此不重合的相应图案。例如，即使一层上的粘合剂图案与相邻层的粘合剂图案类似或相同，图案化粘合剂层也显示出沿横向相对于彼此偏移和/或旋转的图案。图5示出了相邻层中的图案的不对准如何在不同粘合剂之间不仅沿给定层还在各层之间(沿垂直于粘合剂层的方向)提供相界。
[0064]
粘合剂制品300不必限于所示的层。例如，粘合剂制品100、200、300中的任一者还可包括连续(即，非图案化)的粘合剂层。连续粘合剂层可设置在粘合剂制品100、200、300的主表面上或设置在其两个图案化粘合剂层之间。任选地，连续粘合剂层可以由与图案化粘合剂层之一相同的粘合剂组合物构成。
[0065]
所提供的任何粘合剂制品可以设置有一个或多个剥离衬垫，所述剥离衬垫可以设置在粘合剂制品的一个或两个暴露主表面上。由于暴露的表面在环境温度下可为发粘的，因此此类剥离衬垫可以有利于这些粘合剂制品的储存、运输和处理。剥离衬垫通常在即将粘结之前从粘合剂制品剥离。
[0066]
可用的剥离衬垫可以由非织造纤维网、热塑性膜或其他聚合物涂覆的纸构成。剥离衬垫可以涂覆有任选的材料以提供从粘合剂制品的剥离。合适的涂层是本领域已知的用作结构粘合剂的涂层。涂层的示例包括有机硅、溶剂和无溶剂型、热固化和辐射固化型、缩合固化型和加成固化型、环氧化物官能化、丙烯酸酯官能化、硅烷醇官能化型、有机硅氢化物官能化型和剥离改性剂，诸如硅氧烷。在具体的实施方案中，剥离涂层为有机硅涂层。
[0067]
如本文所述，多相构造可用于需要在宽泛的温度范围内的高度粘合韧性和延展性的粘结应用。所提供的粘合剂制品可以克服现有结构粘合剂的特定缺点。据发现，250
°
f固化温度粘合剂具有高韧性和延展性，但不能承受高温环境，而350
°
f固化温度粘合剂可以处理高温，但显示出较差的韧性和延展性。
[0068]
如图1至图5所示，在宏观水平上得益于具有多相结构的其他技术优点更一般地涉及基于粘合剂的组成而倾向于相互排斥的特性。例如，所提供的多相粘合剂可包括与高热导率结构域组合的高结构强度结构域。在这些实施方案中，当功能性地固化时，结构粘合剂提供至少0.2w/m-k的热导率。
[0069]
又如，所提供的多相粘合剂可包括高结构强度结构域以及具有高振动衰减或高结构强度的结构域，以及具有高抗冲击性的单独结构域。又如，所提供的多相粘合剂可包括具有显著不同的固化温度的结构域，其中第一结构域在相对低的温度下提供粘结以快速固定，并且第二结构域在相对高的温度下增强粘结的强度，并且其特征在于相对较高的储能模量和玻璃化转变温度(tg)。
[0070]
给定可固化粘合剂的固化温度可以例如通过差示扫描量热法表征。在示例性实施方案中，如通过差示扫描量热法测量，第一粘合剂相具有的峰值放热温度与第二粘合剂相的峰值放热温度显著不同。
[0071]
所提供的粘合剂制品的适用性不限于航空航天和汽车粘结。在显示器材料应用中，存在对于具有热导率或电导率并且仍满足足够粘结强度和粘结可靠性要求的功能粘合剂的需求。用于赋予这些可用特性的导热或导电填料也倾向于降低粘合剂性能，并且所提供的多相粘合剂制品可限制单独的粘合剂结构域中的这些功能。
[0072]
可以使用多种方法中的任一种方法制备单层和多层粘合剂制品。粘合剂制品可以设置在剥离衬垫上或另选地直接施加到基底上。制备这些粘合剂制品的方法包括可扩展的连续方法，使其特别适合于工业制造工艺。在前述粘合剂制品中具有显著不同组成的两种或更多种粘合剂可以同时或顺序施加。这些方法可用于获得粘结的粘合剂组件，该粘结的粘合剂组件由设置在给定基底上并且在结构上粘结到给定基底的粘合剂制品构成。有利地，可以使用软件控制的工艺(例如，柔版印刷或喷墨印刷工艺)铺设合适的粘合剂。如果使用喷墨工艺，则可以将粘合剂组合物稀释于溶剂中，印刷并且稍后干燥。
[0073]
在一个优选的实施方案中，使用自动胶带铺设(atl)或自动纤维放置(afp)工艺将所提供的粘合剂制品施加到布置成图案的基底上。自动胶带铺设和自动纤维放置工艺使用计算机引导的机器人将一层或若干层的胶带或纤维束和粘合剂铺设到模具上，以形成部件或结构。典型的应用包括飞行器机翼和机身。在其他实施方案中，铺层可以手动进行。
[0074]
通过其性质，atl或afp工艺尤其可适用于铺设如前述内容中描述的不同粘合剂的条带。有利地，条带可以直接沉积到具有不规则形状的表面或具有复合曲率的基底上。粘合剂条带可以同时或顺序施加。例如，一种粘合剂组合物的条带可沉积在其间具有纵向间隙的基底上，然后不同粘合剂组合物的条带可沉积在那些间隙内的基底上。另选地，分配头可具有将两种粘合剂同时沉积到基底上的构型。
[0075]
一旦过程完成，优选的是粘合剂条带邻接每个相邻条带以形成连续粘合剂层。然而，应当理解，可以耐受条带之间的较小空间，而不会不当影响粘合剂性能。
[0076]
实施例
[0077]
通过以下非限制性实施例，进一步示出了本公开的目的和优点，但在这些实施例中引用的具体材料及其量以及其它条件和细节不应视为对本公开的不当限制。除非另有说明，否则实施例及本说明书其余部分中的所有份数、百分比、比等均以重量计。
[0078]
测试方法：
[0079]
开口模式断裂韧度
[0080]
粘结金属接合部中粘合剂分裂的断裂强度(g
ic
)-根据astm d3433-99(于2012年重新批准)中描述的方法测量开口模式断裂韧度。从每个粘结面板切下八个20.32cm(8英寸)
×
2.54cm(1英寸)样品。每个数据点是在以下四个温度之一处测试的两个样本的平均值：-55℃(-67
°
f)、24℃(75
°
f)、82℃(180
°
f)和121℃(250
°
f)。基底：使用228.6mm
×
228.6mm
×
9.95mm的2024t3裸铝板生成用于开口模式断裂韧度的所有实施例的所有数据。面板购自美国明尼苏达州库恩拉匹兹的埃里克森金属公司(erickson metals，coon rapids，minn.united states)。测试结果以j/m2为单位报告。
[0081]
重叠剪切(osl)测试
[0082]
如标题为“fpl蚀刻和磷酸阳极化铝基底制备”的部分中所述，制备测量为4英寸长
×
7英寸宽
×
0.063英寸厚(10.16厘米
×
17.78厘米
×
0.16厘米)的2024-t3裸铝的涂底漆面板以用于测试。使用15.9mm宽的粘合剂膜条将涂底漆面板沿它们的纵向尺寸以重叠关系彼此粘结用于比较例1和比较例2或者如实施例1至实施例5所述构造。在从一侧移除衬垫之后，使用小橡胶辊以排除夹带的空气并确保暴露的粘合剂和基底之间紧密接触的方式手动将粗布支撑的膜施加到第一粘附体。在移除第二衬垫之后，将第二粘附体放置成与暴露的粘合剂表面接触以提供具有0.5英寸(12.7mm)重叠区域的组件。使用条带将所得的组件扣紧在一起，并且在上述固化循环中的一个中在高压釜中固化。将粘结的面板沿其整个宽度锯成1英寸(2.54cm)宽的条，并且使用张力检验器，使用0.05英寸/分钟(1.3毫米/分钟)的夹持分离率，根据astm d-1002评估重叠剪切强度。列出的每个数据点是在以下六个温度之一处测试的6个样本的平均值：-55℃(-67
°
f)、24℃(75
°
f)、82℃(180
°
f)、121℃(250
°
f)、136℃(277
°
f)和177℃(350
°
f)。测试结果以mpa和psi为单位报告。
[0083]
粘合剂膜的浮动辊剥离(frp)强度测试
[0084]
如标题为“fpl蚀刻和磷酸阳极化铝基底”的部分中所述，制备测量为8英寸长
×
3英寸宽
×
0.063英寸厚(20.3厘米
×
7.6厘米
×
0.16厘米)和10英寸长
×
3英寸宽
×
0.025英寸厚(25.4厘米
×
7.6厘米
×
0.064厘米)的2024-t3裸铝的涂底漆面板以用于测试。涂底漆的面板使用对重叠剪切样品所采用的相同膜粘合剂和固化周期粘合到一起，随后根据具有以下修改的astm d-3167-76评估浮动辊剥离强度。沿着粘结铝面板的纵向切出测量为0.5英寸(12.7cm)宽的测试条。使用以6英寸/分钟(30.5cm/min)的速率操作的张力测试机来从较厚基底上剥离较薄基底，并且将结果归一化为一英寸的宽度。
[0085]
fpl蚀刻和磷酸阳极化铝基底制备
[0086]
在粘结之前，对铝板进行处理。首先，在85摄氏度(℃)(185华氏度(
°
f))的温度处，将面板在oakite 165苛性洗涤溶液(购自德国凯密特尔公司(chemetall gmbh，germany))中浸泡十分钟。将面板(在机架中)浸没在自来水槽中十分钟，并且在从自来水槽中取出后，用自来水喷雾冲洗两到三分钟。然后将面板浸泡在66℃(151
°
f)的fpl蚀刻液(硫酸和重铬酸钠的热溶液，购自美国威斯康星州麦迪逊的森林产品实验室(forest products laboratory(fpl)，madison，wisc.united states))槽中十分钟，并且在从fpl蚀刻液槽中取出后，用自来水喷雾冲洗两到三分钟。接下来，将它们在环境温度下风干十分钟，然后在54℃(129℃)的再循环热空气箱中进一步干燥三十分钟。
[0087]
在所有情况下，面板如下进行进一步处理。蚀刻面板通过在22℃(72
°
f)下在磷酸
中浸渍，用15伏特的施加电压阳极化二十至二十五分钟，之后用自来水冲洗(测试断水)，在室温下风干十分钟，然后在66℃(151
°
f)下的鼓风烘箱中烘干十分钟。所得阳极化铝面板在处理的24小时内立即涂底漆。根据制造商的说明，使用用于铝的抗蚀底漆(3m.scotch-weld
tm
结构粘合剂底漆ew-5000，购自美国明尼苏达州圣保罗的3m公司(3m，st.paul，minn.)对阳极化面板涂底漆，得到介于2.6微米至5.2微米(0.00010英寸和0.00020英寸)之间的干燥底漆厚度。
[0088]
高压釜粘合剂固化
[0089]
将所有粘合剂接合的基底铺设在典型的真空袋中以有利于高压釜固化。在施加真空以将压力降低至约94.8kpa(13.7psi)之后，施加约310kpa(45psi)的外部压力，并且以2.5℃/分钟(4.5
°
f/min)的速率将高压釜的温度从约室温(22℃(72
°
f))加热至121℃(250
°
f)或177℃(350
°
f)，具体取决于所采用的特定粘合剂膜。当压力达到约103.4kpa(15psi)时释放真空。将最终温度和压力保持90分钟，然后以2.8℃/分钟(5
°
f/分钟)的速率冷却至室温，此时释放压力并获得固化的接合结构。
[0090]
实施例1(ex1)：
[0091]
如图6所示，按照用于开口模式断裂韧度测试、重叠剪切(ols)测试或浮动辊剥离(frp)测试的适当铺设构型，将3m
tm scotch-weld
tm
结构粘合剂膜af 500m 0.06(购自美国明尼苏达州圣保罗的3m公司)和3m
tm
scotch-weld
tm
结构粘合剂膜af 555m 0.05(购自3m公司)以竖直图案以交替的0.3175cm(0.125英寸)宽条带手动铺设到经蚀刻和阳极化的铝面板上。固化铺设的面板，直至形成粘结线。将样品进行开口模式断裂韧度、ols和frp测试，并且结果报告于表1、表2和表3中。
[0092]
实施例2(ex2)：
[0093]
将3m
tm scotch-weld
tm
结构粘合剂膜af 500m 0.06和3m
tm scotch-weld
tm
结构粘合剂膜af 555m 0.05以对角线图案以交替的0.3175cm(0.125英寸)宽条带手动铺设到经蚀刻和阳极化的铝面板上，如图7所示。固化铺设的面板，直至形成粘结线。对样品进行开口模式断裂韧度测试，并且结果报告于表1中。
[0094]
实施例3(ex3)：
[0095]
将3m
tm scotch-weld
tm
结构粘合剂膜af 500m 0.06和3m
tm scotch-weld
tm
结构粘合剂膜af 555m 0.05以横向图案以交替的0.3175cm(0.125英寸)宽条带手动铺设到经蚀刻和阳极化的铝面板上，如图8所示。固化铺设的面板，直至形成粘结线。切割八个20.32cm(8英寸)
×
2.54cm(1英寸)样品。将样品进行开口模式断裂韧度、ols和frp测试，并且结果报告于表1、表2和表3中。
[0096]
实施例4(ex4)
[0097]
将0.635cm(0.25in)宽的pyrofil
tm tr50s 12l pan基碳纤维(购自日本东京的三菱丽阳公司(mitsubishi rayon company，tokyo，japan))束以交替方式放置在3m
tm scotch-weld
tm
结构粘合剂膜af 500m 0.06的两个表面上，其中水平图案中束之间的间隙为1.27cm(0.5英寸)。水平图案意味着碳纤维束垂直于剥离方向纵向定向。交替方式意味着束在粘合剂膜的相对表面上没有空间重叠。图11示出了ex4的铺层。最暗水平线指示膜粘合剂顶侧上的碳纤维束。从暗碳束垂直移动，表示最亮颜色的条带并且仅突出膜粘合剂。继续垂直移动，位于最暗线之间的浅灰色线是明显的，这指示膜粘合剂背面的碳纤维束。在图像中
继续垂直移动，最亮颜色的另一层仅表示膜粘合剂。图案在样品的长度上重复多次。对样品进行frp测试，并且结果报告于表3中。
[0098]
实施例5(ex5)
[0099]
将0.635cm(0.25in)宽的pyrofil
tm tr50s 12l pan基碳纤维束以交替方式放置在3m
tm scotch-weld
tm
结构粘合剂膜af 555m 0.05的两个表面上，其中水平图案中束之间的间隙为1.27cm(0.5英寸)。水平图案意味着碳纤维束垂直于剥离方向纵向定向。交替方式意味着束在粘合剂膜的相对表面上没有空间重叠。图12示出了ex5的铺层，其具有类似于图11中的ex4所示的特征。对样品进行frp测试，并且结果报告于表3中。
[0100]
比较例1(ce1)：
[0101]
将3m
tm scotch-weld
tm
结构粘合剂膜af 500m 0.06以竖直图案以交替的3.81em(1.5英寸)宽条带手动铺设到经蚀刻和阳极化的铝面板上，如图9所示。固化铺设的面板，直至形成粘结线。切割八个20.32cm(8英寸)
×
2.54cm(1英寸)样品。将样品进行开口模式断裂韧度、ols和frp测试，并且结果报告于表1、表2和表3中。
[0102]
比较例2(ce2)
[0103]
将3m
tm scotch-weld
tm
结构粘合剂膜af 555m 0.05以竖直图案以交替的3.81cm(1.5英寸)宽条带手动铺设到经蚀刻和阳极化的铝面板上，如图10所示。固化铺设的面板，直至形成粘结线。切割八个20.32cm(8英寸)
×
2.54cm(1英寸)样品。将样品进行开口模式断裂韧度、ols和frp测试，并且结果报告于表1、表2和表3中。
[0104]
表1：开口模式断裂韧度测试结果(j/m2)
[0105][0106]
表2：重叠剪切测试结果(mpa(psi))
[0107][0108]
dnt＝未测试
[0109]
表3：浮动辊剥离测试结果(n/25mm)
[0110][0111][0112]
如果构建frp剥离力对比样品的测试长度的图形表示，则结果将落入两个类别。ex1、ce1和ce2均显示出围绕平均值相当恒定的剥离强度作为剥离距离的函数。相比之下，ex3、ex4和ex5示出剥离力对比距离的曲线图，其由系统峰和谷组成，所述系统峰和谷显著偏离平均值并且对应于粘结中纤维的空间位置以及存在和/或不存在。虽然表3中ex4和ce1、以及ex5和ce2的剥离强度平均值非常相似，并且ex3类似于ce1和ce2的平均值，但是比较例与在剥离力的横向定向上包含纤维束或图案的实施例之间的剥离强度对比距离的性质显著不同。
[0113]
以上获得专利证书的申请中所有引用的参考文献、专利和专利申请以一致的方式全文以引用方式并入本文中。在并入的参考文献部分与本技术之间存在不一致或矛盾的情况下，应以前述说明中的信息为准。为了使本领域的普通技术人员能够实践受权利要求书保护的本公开而给出的前述说明不应理解为是对本公开范围的限制，本公开的范围由权利要求书及其所有等同形式限定。