用于保护不同基底免受电化腐蚀的隔离件的制作方法

用于保护不同基底免受电化腐蚀的隔离件
1.本发明涉及不同基底的隔离，这些不同基底否则将易于电化腐蚀，具体地涉及不同金属基底的这种隔离，并且更具体地涉及机械地紧固在一起的不同金属基底的隔离。


背景技术：

2.在运输业(例如，汽车和飞机)中，存在通过使用较低密度材料代替较高密度材料来减轻重量(即，轻量化)的趋势。例如，在汽车业中，较轻的铝和纤维增强塑料复合材料已经代替较重的钢材料用于汽车的一些结构和车身部件(例如，具有钢车身框架的铝材卡车车厢)。在使用这种不同材料的情况下，电化腐蚀的风险增加。已经尝试了各种方法来解决该问题。例如，一种此类方法可在美国专利号9，604，676中找到。本发明是对此类方法的改进。
3.此处提供的背景描述是为了总体上呈现本公开的背景的目的。在此背景技术部分中描述本公开的范围内，目前命名的发明人的工作，以及在提交时可能无法以其他方式视为现有技术的说明书的方面，未明确或暗含地承认为反对本公开的现有技术。


技术实现要素：

4.本发明提供一种隔离屏障或隔离件(例如，以隔离层的形式)，该隔离屏障或隔离件被设计成将不同材料(例如，不同金属)基底彼此隔离，其中如果这些基底中的一者或两者不彼此隔离(即，防止彼此接触，或以其他方式防止离子从一个基底朝向另一个基底传递)，那么这些基底中的一者或两者否则将易于电化腐蚀。
5.在本发明的一个方面中，提供了一种隔离件，用于保护相邻定位的不同材料基底免受电化腐蚀。该隔离件包括：隔离或背衬层，该隔离或背衬层具有相反的主表面和厚度；和任选地未固化的粘合层，该未固化的粘合层具有粘结到背衬层的主表面之一上的一个主表面以及用于能够以粘合方式粘结到不同材料基底之一的表面上的另一个主暴露表面。根据本发明的原理，背衬层不是永久可压缩的，并且在其固化状态下，粘合层也不是永久可压缩的。固化粘合层和背衬层中的至少一者(并且优选地为两者)对极性溶剂(例如水)及其混合物具有足够的耐受性，以便防止电解质(例如水输送的金属离子)的转移完全经过其厚度。任选地，当根据astm d57-99测量时，固化粘合层和背衬层中的至少一者(并且优选地为两者)是电绝缘的。
6.因为其不包括粘合层或包括背衬层和粘合层(即，粘合层独自不会用作隔离件)，所以本发明的隔离件可以(a)在使用较少能量的情况下使用，因为不存在粘合剂或只有少量粘合剂用来固化，以及(b)在没有将不同材料基底粘结在一起的风险的情况下使用，因为粘合层在使用时仅粘结到背衬层的一侧。本发明的隔离件的其他潜在益处包括但不限于：(c)增加对不同材料基底之间的剪切应力和应变的阻力，以及(d)减少噪声和/或抑制从一个基底传递到另一个基底的振动。
7.在本发明的另一个方面中，提供了一种隔离基底接头，该隔离基底接头包括两个不同材料基底、设置在两个不同材料基底之间的至少一个隔离件、以及将不同材料基底连
接在一起的机械紧固件，其中至少一个隔离件相对于其在不同材料基底之间的位置保持固定，以便不允许任一个不同材料基底相对于隔离件移动，该移动会导致隔离件在其厚度方向上磨损。
8.在本发明的另一个方面中，提供了一种用于保护机械地紧固的不同材料基底免受电化腐蚀的方法。该方法包括：提供包含第一材料的第一基底和包含第二材料的第二基底，其中第一材料和第二材料是不同材料(例如，钢和铝)；提供隔离件；以粘合方式将隔离件粘结到第一材料基底的表面上；以及将第一材料基底和第二材料基底机械地固定在一起，使得隔离件以弹性压缩状态设置在第一材料基底和第二材料基底之间。
9.本发明的这些和其他方面、特征和/或优点在本文的附图和详细描述中进一步示出和描述，其中类似的参考数字用于表示相似的部件。然而，应当理解，附图和描述只是出于说明的目的，而不应理解为是对本发明范围的不当限制。
10.本发明的上述发明内容并非旨在描述本发明的每个公开的实施方案或每种实施方式。以下描述更具体地举例说明了例示性实施方案。在本技术全文的若干处，通过实施例列表提供了指导，这些实施例能够以各种组合使用。在每种情况下，所引用的列表都只用作代表性的组，并且不应被理解为排他性列表。
附图说明
11.在附图中：
12.图1是两种不同金属基底的常规机械紧固接头的侧视图，在基底之间的界面处有电化腐蚀的迹象，以及该腐蚀界面的放大图；
13.图2是类似于图1的机械紧固接头的侧视图，但是根据本发明的隔离件的实施方案设置在两个不同金属基底之间，并且以横截面示出界面和隔离件的放大图；
14.图3是图2的接头的侧视图，其中基底之一卸下以便示出接头的可维修性；
15.图4是根据本发明的一个实施方案的已经形成为三维形状的隔离件的照片顶视图；
16.图5是类似于图4的隔离件的横截面侧视图，该隔离件设置在两个不同金属基底的壁之间，其中隔离件以粘合方式粘结到不同金属基底之一的壁的表面上；
17.图6a和图6b分别是用于弯曲半径测试的直径为1.0英寸的圆筒和直径为0.5英寸的圆筒的透视图照片，其中不同尺寸的结构粘合剂背衬隔离件样品粘附到每个圆筒上；
18.图7a和图7b是图6a和图6b的圆筒和隔离件样品在定位于粘合剂固化炉中时的侧视图照片；并且
19.图8a和图8b是在粘合层固化之后，从粘合剂固化炉中取出的图6a和图6b的圆筒和隔离件样品的侧视图照片。
具体实施方式
20.在描述本发明的优选实施方案时，为清楚起见，将使用具体的术语。然而，本发明并非意图受如此所选特定术语的限制，并且每个如此所选术语都包括相似地工作的所有技术等同物。
21.通过端点表述的数值范围包括以具有与由规定范围的端点指示的准确度相称的
增量包含在该范围内的所有数字(例如，对于从1.000到5.000的范围，增量将为0.001，并且范围将包括1.000、1.001、1.002等，1.100、1.101、1.102等，2.000、2.001、2.002等，2.100、2.101、2.102等，3.000、3.001、3.002等，3.100、3.101、3.102等，4.000、4.001、4.002等，4.100、4.101、4.102等，5.000、5.001、5.002等，至多5.999)以及该范围内的任何范围，除非另外明确指明。
22.除非内容另外明确指明，否则如本说明书和所附权利要求中使用的，单数形式“一个”、“一种”和“所述”涵盖具有多个指代物的实施方案。除非内容另外明确指明，否则如本说明书和所附权利要求书中使用的，术语“或”一般以其包括“和/或”的意义采用。
23.术语“聚合物”应理解为包括聚合物、共聚物(例如，使用两种或更多种不同单体形成的聚合物)、低聚物以及它们的组合，以及可形成为可混溶共混物的聚合物、低聚物或共聚物。
24.术语“包括”及其变型在说明书和权利要求书中出现这些术语的地方不具有限制的含义。
25.词语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况或其他情况下，其他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它实施方案是不可用的，并且并非旨在将其它实施方案排除在本发明范围之外。
26.如本文所用，“一个”、“一种”、“所述”、“至少一种(个)”以及“一种(个)或多种(个)”可互换使用。因此，例如，包含荧光分子结合基团的纳米粒子可解释为意指该纳米粒子包括“一个或多个”荧光分子结合基团。
27.如本文所用，“一个”、“一种”、“所述”、“至少一种(个)”以及“一种(个)或多种(个)”可互换使用。因此，例如，包含荧光分子结合基团的纳米粒子可解释为意指该纳米粒子包括“一个或多个”荧光分子结合基团。
28.术语“和/或”意指所列要素中的一个或全部或所列要素中的任何两个或更多个的组合(如防止和/或处理苦恼意指防止、处理或既处理又防止进一步的苦恼)。
29.如本文所用，术语“或”通常按其包括“和/或”的意义使用，除非上下文清楚表明并非如此。
30.另外，在本文中，通过端点表述的数值范围包含该范围内所含的所有数值(例如，1至5包含1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等)。
31.本发明提供一种隔离屏障或隔离件(例如，以隔离层的形式)，该隔离屏障或隔离件被设计成将不同(例如，不同金属)基底彼此隔离，其中如果这些基底中的一者或两者不彼此隔离(即，防止彼此接触，或以其他方式防止离子从一个基底朝向另一个基底传递)，那么这些基底中的一者或两者否则将易于电化腐蚀。期望隔离件相对于其在不同基底之间的位置保持固定，以便不允许任一个基底相对于隔离件移动，并且具体地是会导致隔离件在其厚度方向上磨损的移动。隔离件可通过在压缩力或压力下机械地夹紧在不同基底之间或通过以粘合方式粘结到不同基底之一或通过这两种方式来像这样固定就位。当使用粘合剂粘结时，优选的是在隔离件与不同基底之一之间形成结构粘合剂粘结，使得隔离件和/或粘合剂在隔离件与粘合剂或粘合剂与基底之间发生粘结失效之前失效。
32.参照图1，两个不同金属基底12和13(例如分别由钢和铝金属制成)的常规机械紧
固接头10是用螺栓14和螺母15来紧固在一起。因为两个不同金属基底12和13彼此直接接触，所以在基底12和13之间的界面处出现电化腐蚀16(例如，参见腐蚀界面16的放大图)。在本发明的一个实施方案中(参见图2)，隔离件20设置在机械紧固接头10的两个不同金属基底12和13之间。隔离件20的该实施方案包括：隔离或背衬层22，该隔离或背衬层具有相反的主表面和其间的厚度；和粘合层24，该粘合层具有由相反的主表面限定的厚度。相反的主表面之一粘结到背衬层22的主表面之一，并且另一个主表面是以粘合方式粘结到不同金属基底13的表面上的主暴露表面。根据基底12和13的构型(参见例如图5)和/或所使用的机械紧固系统，粘合层24可以是任选的。参照图3，因为背衬层22没有粘结到基底12上，所以螺母15和螺栓14可被松开或移除并且基底12和13被分离以允许接头10被维修。
33.参照图4，本发明包括隔离件30，该隔离件具有隔离或背衬层32和对应的任选粘合层(未示出)，该隔离件已经形成(例如，如下所述)为期望的三维形状，该三维形状具有由带有两个弯曲部的过渡区域36分开的上平坦部分34和下平坦部分35。参照图5，此类隔离件40具有与由对应的一对不同金属基底42和43制成的接头41的轮廓相匹配的期望三维形状。隔离件40包括形成为期望三维形状的隔离或背衬层44和粘合层45。接头41(即，隔离件40以及基底42和43)包括多个平坦部分和过渡弯曲区域。具体地，例如，接头41包括水平上平坦部分46、垂直下部分47和设置在其间的另一水平中间部分48。在部分46和48之间是具有期望曲率半径的弯曲部49，并且在部分48和47之间是具有期望曲率半径的另一弯曲部50。
34.隔离件40可在设置在基底42和43之间之前(即，在形成接头41之前)形成为期望三维形状。另选地，隔离件40可在形成接头41的过程中形成，例如通过使背衬层44变形以符合基底42和43的轮廓，同时将粘合层45粘附至基底43。采用该另选过程，可能期望基底42和43具有匹配的轮廓(即，三维形状)。在另一个实施方案中，隔离件40可在形成接头41的过程中形成，例如，通过使背衬层44变形以符合基底42和43的轮廓，而没有粘合层45或者同时不将粘合层45粘结到基底43上。这可通过以下方式来实现：将两个基底42和43与设置在其间的隔离件40机械地压缩和紧固在一起，并且因此使隔离件40变形以匹配基底42和43的形状。如果包括粘合层45，则可将接头加热或以其他方式进行处理以便以粘合方式将层45粘结到基底43上。采用该后一种过程，期望基底42和43具有足够的硬度和强度，以便在其间的隔离件40变形期间维持它们的期望形状。
35.以下所选实例仅仅是为了进一步说明本发明的特征、优点和其它细节。然而，应当明确地理解，虽然这些实例可起到示例之用，但是不应以不当地限制本发明范围的方式理解其所用的具体成分、量以及其它条件和细节。
36.表1：材料
[0037][0038]
测试方法：
[0039]
扭矩损失测试
[0040]
在约20.32cm
×
30.48cm(8英寸
×
12英寸)的4.76mm(3/16英寸)6061铝板上钻1.27cm(0.5英寸)直径的孔，使得它们在中心距任何相邻孔至少7.62cm(3英寸)。然后用mek清洁该铝板，并用180grit砂纸(从3m公司获得)擦拭，随后用scotch-brite擦洗垫擦拭。将具有1/2”冲孔的5.08cm
×
17.78cm(2英寸
×
7英寸)样品施加到具有1.27cm(0.5英寸)冲孔的铝板上，以与钻穿铝的孔对准。将施加有样品的板在强制通风炉中在121.11℃(250
°
f)下固化一小时。取出后，使板冷却四小时，此时，将1.27cm
×
5.08cm(0.5英寸
×
2英寸)配备有1/28级垫圈的8级螺栓推过孔，使得垫圈将样品夹在基底之间。将螺母应用于每个螺栓的螺纹端并用手拧紧。经由分步扭转(即，首先扭转至25ft/lbs，然后扭转至50ft/lbs，并且然后扭转至80ft/lbs)将螺栓扭转至108.47n
·
m(80ft/lbs)。然后将板置于65.56℃(150
°
f)的强制通风炉中三天(72小时)。取出面板并使其冷却过夜，然后测量输出扭矩。
[0041]
电阻/体积电阻率测试
[0042]
遵循astm d257-14的方法。针对每个实施例对两个样品(a和b)进行测量。
[0043]
弯曲半径测试
[0044]
参照图6a、图6b、图7a、图7b、图8a和图8b，使用实施例1隔离材料来制备两种不同尺寸的结构粘合剂背衬隔离件样品。样品a为1.0英寸(2.54cm)宽和2.75英寸(6.99cm)长，并且样品b为1.0英寸(2.54cm)宽和1.25英寸(3.18cm)长。将两个10英寸(25.4cm)长的铝圆筒(一个圆筒52具有1.0英寸外径并且另一个圆筒54具有0.5英寸外径)在设定于110
°
f的炉中加热20分钟，并且从冷冻储存中取出每种尺寸的隔离件的三个样品并且在相同的炉中加热一分钟。取出圆筒和样品，并且将三个样品a中每一者的粘合剂侧纵向地施加在1.0英寸
直径圆筒的外周周围(参见图6a)，并且将三个样品b中每一者的粘合剂侧纵向地施加在0.5英寸直径圆筒的外周周围(参见图6b)。然后，将附着有样品的两个圆筒放置在设定于250
°
f的炉中，直到粘合层完全固化(参见图7a和图7b)。在粘合层固化后，所有样品a保持完全或基本上粘附到1英寸直径圆筒上(参见图8a)，但样品b中的每一者都表现出在其长度的每一端处沿边缘剥离或弹出(参见图8b)。可通过在粘合剂固化过程期间在每个端部边缘处机械地施加压力(例如，用弹性带或夹具)来避免样品b的这种边缘剥离。
[0045]
实施例1和实施例2(ex1和ex2)
[0046]
将0.254mm(10密耳)厚的thv 500层层合到0.102mm(4密耳)厚的sat1010层上。然后，含氟聚合物层(thv 500)在其表面上接受等离子体纳米结构处理。等离子体纳米结构处理是在定制的平行板电容耦合等离子体反应器中进行的。在将反应器中的膜放置在表面积为1.7m2(18.3ft2)的中心圆柱形通电电极上之后，将反应室泵吸降压至小于1.3pa(2mtorr)的基础压力。将氧气和hmdso分别以750sccm和45sccm的流速引入室中。通过以13.56mhz的频率和7500瓦的施加功率将射频(rf)功率耦接到反应器中来进行处理。通过以3.05m/min(10ft/min)的速率将膜移动通过反应区来控制处理时间，从而得到30秒的暴露时间。在处理后，终止rf功率和气体供应，并且使室返回至大气压。关于应用圆柱形等离子体处理的材料和工艺的附加信息以及关于所使用的反应器的进一步细节可见于美国专利号8,460,568(moses等人)中，该美国专利全文以引用方式并入本文。进行了扭矩测试、弯曲半径测试和电阻测试，并且结果示于表2和表3中。
[0047]
表2：扭矩损失测试结果
[0048][0049]
表3：体积电阻率/电阻测试结果
[0050][0051]
附加实施方案
[0052]
隔离件实施方案
[0053]
1.一种用于保护相邻定位(例如，机械地紧固在一起)的不同材料(例如，含金属)基底免受电化腐蚀的隔离件，电化腐蚀是由不同材料之间的电化腐蚀电位的差异导致的，该隔离件包括：
[0054]
隔离或背衬层，该隔离或背衬层具有相反的主表面、其间的厚度，并且至少在机械紧固的条件(例如，扭矩或施加压力)下不是永久可压缩的；和
[0055]
任选的未固化粘合层，该未固化粘合层具有由相反的主表面限定的厚度，其中一个主表面粘结到背衬层的主表面之一，并且另一个主表面是能够以粘合方式粘结到不同基底之一的表面上的主暴露表面，
[0056]
其中处于其固化状态的粘合层不是永久可压缩的，并且处于其固化状态的粘合层和背衬层中的至少一者(并且优选地为两者)对于极性溶剂(例如，水和乙二醇)以及其混合物是不可渗透的或至少具有足够的耐受性，以便防止电解质(例如，水输送的金属离子)的转移完全、大部分(超过一半)或部分地经过其厚度。极性溶剂及其混合物可通过包含离子或电解质并允许它们在其中传输而充当腐蚀剂。任选地，在根据astm d57-99测量时，固化粘合层和背衬层中的至少一者(并且优选地为两者)是电绝缘的。
[0057]
如本文所用，对“不同材料”的任何提及是指两种或更多种材料(例如，元素、合金或含金属的复合物)，这些材料表现出足够的电化腐蚀电位以使得需要使用隔离件来防止材料中的一者或两者在彼此接近时电化腐蚀，尤其是在存在液态水、水蒸气或其他极性溶剂的情况下。此类不同材料的示例是含铝材料(例如，铝合金)和含铁材料(例如，普通碳或合金钢)。可用于本发明隔离件的不同材料基底可包括但不限于未经涂覆或经电子涂覆的金属，诸如铝合金和钢合金，以及碳纤维聚合物复合材料或含有金属组分(例如金属纤维)的任何其他复合材料。
[0058]
如本文所用，当在不同材料基底的指定寿命(例如，保证寿命、操作寿命或功能使用)内防止或至少显著最小化基底之间的电化腐蚀时，机械紧固的不同材料基底被视为受到隔离件“保护”以免受电化腐蚀。当存在的电化腐蚀程度不足以阻止不同金属基底的安全操作或使用时，认为基底之间的电化腐蚀显著最小化。
[0059]
期望隔离件、背衬和固化粘合层能够承受高弹性应变，而不经历任何或任何显著的塑性变形(即，隔离件在其塑性变形范围之外使用)。因此，如本文所用，当应用于处于其固化状态的粘合层、背衬层和/或隔离件时，术语“不永久可压缩”或“不是永久可压缩的”是指当根据“扭矩损失测试”进行测试时，对永久(即，塑性或非弹性)变形的抗性，该永久变形可产生在从零(即，无扭矩损失)一直到且包括最多约15％的范围内以及其间的任何范围内的低扭矩损失。期望隔离件、背衬层和固化粘合剂各自表现出的扭矩损失在从零一直到最多约15％、更期望地一直到最多约14％、13％、12％、11％、10％、9％、8％、7％、6％或5％的范围内。隔离件不是永久可压缩的，无论是在初始压缩时还是在用隔离件制成的不同材料基底接头的有效或预期寿命(即，抗蠕变)期间。以这种方式，隔离件可相对于其在不同基底之间的位置保持固定，以便不允许任一个基底相对于隔离件移动，并且具体地，此类基底移动会导致基底中的一个或两个基底在其厚度方向上磨损隔离件，不仅是在接头最初形成时，而且还在接头的有效或预期寿命期间。
[0060]
2.根据实施方案1所述的隔离件，其中当粘合层处于其固化状态时，如根据“扭矩损失测试”和当粘合层处于其固化状态时测量的，隔离件表现出在从零(即，无扭矩损失)一直到且包括最多约15％的范围内以及其问的任何范围内的扭矩损失。期望隔离件表现出的扭矩损失在从零一直到且包括最多约14％、13％、12％、11％、10％、9％、8％、7％、6％或5％的范围内。
[0061]
3.根据实施方案1或2所述的隔离件，其中背衬层表现出在从零一直到最多约15％的范围内以及其间的任何范围内的扭矩损失，如根据扭矩损失测试测量的。期望背衬层表现出的扭矩损失在从零一直到且包括最多约14％、13％、12％、11％、10％、9％、8％、7％、6％或5％的范围内。
[0062]
4.根据实施方案1至3中任一项所述的隔离件，其中粘合层在其固化状态下表现出
在从零一直到最多约15％的范围内以及其间的任何范围内的扭矩损失，如根据扭矩损失测试所测量的。期望固化粘合层表现出的扭矩损失在从零一直到且包括最多约14％、13％、12％、11％、10％、9％、8％、7％、6％或5％的范围内。
[0063]
5.根据实施方案1至4中任一项所述的隔离件，其中该隔离件对极性溶剂(例如，水或乙二醇)及其混合物是不可渗透的或者至少对极性溶剂具有足够的耐受性，以防止输送的金属离子完全、大部分(超过一半)或部分地经过其厚度。
[0064]
6.根据实施方案1至5中任一项所述的隔离件，其中处于其固化状态的粘合层是极性溶剂不可渗透的或者至少对极性溶剂具有足够的耐受性，以防止极性溶剂输送的金属离子完全、大部分(超过一半)或部分地经过其厚度。
[0065]
7.根据实施方案1至6中任一项所述的隔离件，其中背衬层是极性溶剂不可渗透的或者至少对极性溶剂具有足够的耐受性，以防止极性溶剂输送的金属离子完全、大部分(超过一半)或部分地经过其厚度。
[0066]
8.根据实施方案1至7中任一项所述的隔离件，其中背衬层表现出的热变形温度(即，背衬层能够变得永久可压缩的温度)大于粘合层固化时的温度。
[0067]
9.根据实施方案1至8中任一项所述的隔离件，其中粘合层是热固性或热塑性结构粘合剂。如本文所用，结构粘合剂不是压敏粘合剂(psa)。在一些应用中，psa可能是合适的，诸如，例如当仅需要粘合层来将隔离件保持在不同材料基底之一上的适当位置直到形成不同材料基底接头(例如，直到基底被机械地紧固在一起并且隔离件被压缩在其问)时。
[0068]
10.根据实施方案1至9中任一项所述的隔离件，其中粘合层选自由以下粘合剂组成的组：具有基于苯并嗪、环氧树脂、酚醛树脂、氨基甲酸乙酯、丙烯酸树脂、bmi、苯基-甲醛或它们的混合物的化学物质的粘合剂。
[0069]
11.根据实施方案1至10中任一项所述的隔离件，其中粘合层选自由以下粘合剂组成的组：基于环氧化学的粘合剂。
[0070]
12.根据实施方案1至11中任一项所述的隔离件，其中背衬层能够热成形为三维形状。
[0071]
背衬层可以是平坦的，或者其可具有弯曲的或复杂的三维构型。弯曲的或复杂的三维形状可通过以下方式来产生：加热以使背衬层软化和变形(例如，经由dvt或其他热成形技术)为符合或匹配不同材料基底表面的表面轮廓或形貌的形状。背衬层可在其粘结到基底表面上之前被加热和变形。另选地，背衬层可在其被加热和变形的同时粘结到基底表面上，其中热量用于软化背衬层并引起粘合层的固化。
[0072]
13.根据实施方案1至12中任一项所述的隔离件，其中当粘合层处于未固化状态时，隔离件能够热成形为三维形状。
[0073]
14.根据实施方案1至13中任一项所述的隔离件，其中背衬层具有三维形状。此类三维形状可包括一个或多个二维或三维曲面，其曲率半径在约2.5mm至约25mm的范围内。
[0074]
15.根据实施方案1至14中任一项所述的隔离件，其中粘合层在其固化状态下具有在约1密耳(25.4微米)至约6密耳(152.4微米)并且优选地至约4密耳(101.6微米)的范围内的厚度。
[0075]
期望隔离件的粘合层粘结到油性基底表面，该油性基底表面在其表面上具有0g/m2至约6.0g/m2范围内的油，诸如冲压油(例如，脂肪族冲压油)，其中粘结强度的特征在于重
叠剪切强度(ols)值大于或等于约1000psi(6.895mpa)。
[0076]
期望隔离件的粘合层能够通过暴露于加热或其他固化(例如，光化辐射)过程来固化，该加热或其他固化过程否则将通常用于制造包含隔离件的组件(例如，汽车、飞机或船舶的一个或多个部分)的过程。例如，在汽车中，可能期望粘合层在暴露于典型的汽车电子涂覆固化温度(例如，约205℃)和时间周期时被固化。希望此类正常固化循环至少引发并使粘合剂固化过程进行至以下点：即，粘合剂被固化至足以经受住组件(例如，汽车)的后续或下游加工的粘结强度(例如，ols大于约500psi或3.447mpa)。
[0077]
16.根据实施方案1至15中任一项所述的隔离件，其中背衬层具有在约1密耳(25.4微米)至约20密耳(508微米)或约10密耳(254微米)的范围内的厚度。为了确保背衬层表现出足够的电阻率，同时仍然是足够可弯曲的，并且是极性溶剂不可渗透的或者至少对极性溶剂具有足够的耐受性，以防止极性溶剂输送的金属离子完全、大部分(超过一半)或部分地经过其厚度，可能期望背衬层具有在约10密耳(254微米)至约20密耳(508微米)的范围内的厚度。
[0078]
17.根据实施方案1至16中任一项所述的隔离件，其中可能期望背衬层由杨氏模量在约0.20gpa至约5.0gpa的范围内、优选地在约0.20gpa至约3.0gpa的范围内、并且更优选地在约1.5gpa至约2.5gpa的范围内的材料制成，以便当压缩力被施加在不同材料基底之间(例如，经由机械紧固件)时，背衬层不是永久可压缩的(即，不是塑性或非弹性可变形的)。优选地，选择用于制造背衬层的材料能够在隔离件在组件的制造期间或在其使用期间所将暴露于的任何温度下(例如，在高达约205℃的温度下——以经受住车辆加工)展现出此类杨氏模量。
[0079]
18.根据实施方案1至17中任一项所述的隔离件，其中背衬层由以下材料组成、基本上由以下材料组成、或至少包括以下材料，该材料选自由以下项组成的组：聚酰胺、pvdf、聚砜、聚醚砜、聚氨酯、peek 4gpa、paek、uhmw聚烯烃、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸、聚醚酰亚胺、pek、thv。
[0080]
19.根据实施方案1至18中任一项所述的隔离件，其中背衬层表现出的剪切模量在约0.1gpa至约30gpa的范围内、并且优选地在约2.0gpa至约10gpa的范围内。
[0081]
20.根据实施方案1至19中任一项所述的隔离件，其中，当必要时，可对背衬层的在其上粘结并固化粘合层的主表面进行表面处理，以在粘合层与背衬层之间提供更好的粘附性。此类表面处理可包括例如火焰处理、电晕处理、闪光灯处理、ir灯处理、底漆涂覆、表面磨损和喷砂处理。
[0082]
21.根据实施方案1至20中任一项所述的隔离件，其中当粘合层处于其固化状态时，隔离件表现出的电阻程度在约1.0e+7ω至约5.0e+10ω的范围内，如根据电阻测试所测量的。
[0083]
本发明的隔离件可具有在自动以及手动应用过程中使用的通用性。本发明的隔离件具有足够的耐磨性和抗蠕变性，从而不仅在最初形成不同材料基底接头时而且在不同材料基底接头的有效或预期寿命期间保持完整。还期望粘合剂粘结对大多数标准汽车流体(astm 543-20)具有耐化学性。本发明的隔离件可适于在结构上粘结到多种基底表面材料和形貌上。例如，本发明的隔离件不仅可容易地粘结到平坦的基底表面，而且在粘合层处于其未固化状态的情况下，背衬层可形成为能够粘结到简单弯曲的、复杂弯曲的或其他非平
坦的表面构造和应用，诸如但不限于被边缘包裹(例如，参见图5)。本发明的隔离件可具有足够保护不同材料基底免受电化腐蚀所需的任何期望表面积。
[0084]
当其包括粘合层时，本发明的隔离件可被优化，使得粘合层在现有汽车工艺(例如，在液体涂料干燥和电子涂覆固化过程中使用的烘烤循环)中被处理的同时固化。一旦粘合层固化，还期望选择用于隔离件(背衬层和粘合层两者)的材料，使得隔离件能够经受住此类汽车电子涂覆固化和液体涂料干燥过程。另外，在粘合层仅处于一侧上的情况下，本发明的隔离件允许在粘合层被固化之后容易地拆卸不同材料基底的接头，这有利于包含不同材料接头的设备(例如，汽车、飞机或船只)的可维修性。例如，如果使用本发明将铝制卡车车厢与其钢架隔离，并且卡车车厢由于例如意外而需要更换或修理，则本发明将有助于这种更换或修理。
[0085]
期望选择用于粘合层的粘合剂在制造后在室温下具有至少六个月的使用寿命，并且当保持在冷冻状态时具有无限的(即，几乎永远)的寿命。还期望粘合层能够粘结到表面被标准的冲压、拉伸或其他加工油和其他润滑剂污染的基底上，以便最小化对预备清洁操作的需要。期望粘合层与对应的不同材料基底之间的粘结强度表现出在约-40
°
f至180
°
f范围内的使用温度。
[0086]
本发明的隔离件的潜在应用包括但不限于需要将不同材料基底进行隔离的任何汽车应用、航空航天应用和商用车辆应用，诸如保险杠、卡车车厢、车身、拖车、床架或电动系统等应用。本发明的隔离件还可用于需要此类隔离的电子应用中。
[0087]
期望隔离件或至少背衬层在车辆使用或组装的温度范围内(例如，约-55℃至约205℃)表现出上述特性。
[0088]
隔离基底接头实施方案
[0089]
22.一种隔离基底接头，该隔离基底接头包括：
[0090]
两个不同材料基底；
[0091]
至少一个根据实施方案1至21中任一项所述的隔离件，其中该隔离件设置在两个不同材料基底之间；和
[0092]
机械紧固件，该机械紧固件将不同材料基底连接在一起，其中至少一个隔离件位于该不同材料基底之间，使得至少一个隔离件相对于其在不同基底之间的位置保持固定，以便不允许任一个不同材料基底相对于隔离件移动，该移动会导致隔离件在其厚度方向上磨损。
[0093]
23.根据实施方案22所述的隔离基底接头，其中机械紧固件是至少一个相配螺母和螺栓，每个螺栓的螺纹部分位于穿过一个隔离件和每个不同材料基底形成的孔内并穿过该孔，并且对应的螺母被拧紧到每个螺栓上，以达到在至少约30nm(22.1ft./lbs.)至至少约110nm(81.1ft./lbs.)的范围内以及其间的任何量的扭矩。例如，可能期望将螺母拧紧到至少约105nm(77.4ft./lbs.)、100nm(73.76ft./1bs.)、90nm(66.4ft./lbs.)、80nm(59ft./lbs.)、70nm(51.6ft./lbs.)、60nm(44.3ft./lbs.)、50nm(36.9ft./lbs.)、40nm(29.5ft./lbs.)或30nm(22.1ft./lbs.)的扭矩。
[0094]
24.根据实施方案22或23所述的隔离基底接头，其中每个不同材料基底具有三维表面轮廓或形状，并且隔离件具有三维轮廓或形状，使得当隔离件设置在不同材料基底之间并且不同材料基底机械地固定在一起时，对应的三维表面轮廓或形状配合在一起，以便
将隔离件机械地互锁在不同材料基底之间。
[0095]
保护不同材料基底的方法实施方案
[0096]
25.一种保护机械地紧固的不同材料基底免受电化腐蚀的方法，该方法包括：
[0097]
提供包含第一材料的第一基底和包含第二材料的第二基底，其中第一材料和第二材料是不同材料(例如，钢和铝)；
[0098]
提供根据实施方案1至21中任一项所述的隔离件；
[0099]
任选地利用粘合剂将隔离件粘结到第一基底的表面上；
[0100]
将隔离件设置在第一基底与第二基底之间；以及
[0101]
将第一基底和第二基底机械地固定在一起，使得隔离件以弹性压缩状态设置在第一基底和第二基底之间。
[0102]
26.根据实施方案25所述的方法，该方法还包括：
[0103]
提供机械紧固件(例如，螺母和螺栓)，用于将第一材料基底和第二材料基底机械地固定在一起，
[0104]
其中第一基底和第二基底使用机械紧固件来机械地固定。
[0105]
27.根据实施方案25或26所述的方法，其中第一基底和第二基底中的每一者设有通孔，机械紧固件包括至少一个或多个匹配螺母和螺栓，并且机械地固定在一起还包括：
[0106]
穿过第一基底和第二基底中的每一者的一个通孔设置每个螺栓；
[0107]
将匹配螺母拧在每个螺栓的螺纹端上；以及
[0108]
扭转每个匹配螺母，直到隔离件处于压缩状态。
[0109]
28.根据实施方案25至27中任一项所述的方法，该方法还包括：
[0110]
以粘合方式将隔离件粘结到第一基底的表面上，
[0111]
其中以粘合方式粘结隔离件还包括在将第一基底和第二基底机械地固定在一起之前固化粘合层。
[0112]
29.根据实施方案25至28中任一项所述的方法，该方法还包括：
[0113]
以粘合方式将隔离件粘结到第一基底的表面上；
[0114]
其中以粘合方式粘结隔离件还包括在将第一基底和第二基底机械地固定在一起之后固化粘合层。
[0115]
30.根据权利要求29所述的方法，该方法还包括：
[0116]
提供机械紧固件，用于将第一基底和第二基底机械地固定在一起，
[0117]
其中所述机械紧固件是至少一个相配螺母和螺栓，每个螺栓位于穿过一个隔离件和每个不同材料基底形成的孔内，并且所述的将第一基底和第二基底机械地固定在一起包括将对应的螺母拧紧到每个螺栓上，以达到在至少约30nm(22.1ft./lbs.)至至少约110nm(81.1ft./lbs.)的范围内的扭矩。
[0118]
31.根据实施方案25至30中任一项所述的方法，该方法还包括：
[0119]
在以粘合方式粘结隔离件之前，将耐腐蚀层(例如，汽车电子涂层)施加到第一基底的表面上。
[0120]
32.根据实施方案25至31中任一项所述的方法，该方法还包括：
[0121]
在以粘合方式粘结隔离件之前或之后，将耐腐蚀层(例如，汽车电子涂层)施加到第二基底的表面上。
[0122]
33.根据实施方案25至32中任一项所述的方法，其中第一基底具有三维表面轮廓或形状，第二基底具有三维表面轮廓或形状，并且隔离件具有三维轮廓或形状，使得当隔离件设置在第一基底与第二基底之间并且第一基底和第二基底机械地固定在一起时，对应的三维表面轮廓或形状配合在一起，以便将隔离件机械地互锁在第一基底与第二基底之间。
[0123]
在不脱离本发明的实质和范围的情况下，可对本发明进行各种修改和更改。因此，本发明并不局限于上述实施方案，而是受下述权利要求及其任何等同物中提及的限制的约束。本发明可在不存在本文中未具体描述的任一元件的情况下适当地实施。以上引用的所有专利和专利申请，包括在背景技术部分中的专利和专利申请，均以引用方式全文并入本文中。

技术特征：
1.一种用于保护相邻定位的不同材料基底免受电化腐蚀的隔离件，所述隔离件包括：背衬层，所述背衬层具有相反的主表面、其间的厚度，并且不是永久可压缩的；和任选的未固化粘合层，所述未固化粘合层具有由相反的主表面限定的厚度，其中一个主表面粘结到所述背衬层的所述主表面之一，并且另一个主表面是能够以粘合方式粘结到所述不同基底之一的表面上的主暴露表面，其中处于其固化状态的所述粘合层不是永久可压缩的，并且处于其固化状态的所述粘合层和所述背衬层中的至少一者对极性溶剂具有足够的耐受性，以防止极性溶剂输送的金属离子完全经过其厚度。2.根据权利要求1所述的隔离件，其中所述隔离件包括处于其固化状态的所述粘合层，并且表现出在从零一直到且包括最多约15％的范围内的扭矩损失，所述扭矩损失是根据“扭矩损失测试”测量的。3.根据权利要求1或2所述的隔离件，其中所述隔离件对极性溶剂具有足够的耐受性，以防止极性溶剂输送的金属离子完全经过其厚度。4.根据权利要求1至3中任一项所述的隔离件，其中所述隔离件包括所述粘合层，并且所述背衬层表现出的热变形温度大于所述粘合层固化时的温度。5.根据权利要求1至4中任一项所述的隔离件，其中所述隔离件包括所述粘合层，并且当所述粘合层处于未固化状态时，所述隔离件能够热成形为三维形状。6.根据权利要求1至5中任一项所述的隔离件，其中所述隔离件包括所述粘合层，并且所述粘合层在其固化状态下具有在约1密耳(25.4微米)至约6密耳(152.4微米)的范围内的厚度，并且所述背衬层具有在约1密耳(25.4微米)至约20密耳(508微米)的范围内的厚度。7.根据权利要求1至6中任一项所述的隔离件，其中所述背衬层由杨氏模量在约0.20gpa至约5.0gpa的范围内的材料制成。8.根据权利要求1至7中任一项所述的隔离件，其中所述背衬层包含四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯(thv)材料。9.根据权利要求1至8中任一项所述的隔离件，其中所述背衬层表现出的剪切模量在约0.1gpa至约30gpa的范围内。10.一种隔离基底接头，所述隔离基底接头包括：两个不同材料基底；至少一个根据权利要求1至9中任一项所述的隔离件，其中所述隔离件设置在所述两个不同材料基底之间；和机械紧固件，所述机械紧固件将所述不同材料基底连接在一起，其中所述至少一个隔离件位于所述不同材料基底之间，使得所述至少一个隔离件相对于其在所述不同基底之间的位置保持固定，以便不允许任一个不同材料基底相对于所述隔离件移动，所述移动会导致所述隔离件在其厚度方向上磨损。11.根据权利要求10所述的隔离基底接头，其中每个不同材料基底具有三维表面轮廓或形状，并且所述隔离件具有三维轮廓或形状，使得当所述隔离件设置在所述不同材料基底之间并且所述不同材料基底机械地固定在一起时，对应的三维表面轮廓或形状配合在一起，以便将所述隔离件机械地互锁在所述不同材料基底之间。12.一种保护机械地紧固的不同材料基底免受电化腐蚀的方法，所述方法包括：
提供包含第一材料的第一基底和包含第二材料的第二基底，其中所述第一材料和所述第二材料是不同材料；提供根据权利要求1至9中任一项所述的隔离件；任选地利用粘合剂将所述隔离件粘结到所述第一基底的表面上；将所述隔离件设置在所述第一基底与所述第二基底之间；以及将所述第一基底和所述第二基底机械地固定在一起，使得所述隔离件以压缩状态设置在所述第一基底和所述第二基底之间。13.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括：提供机械紧固件，用于将所述第一基底和所述第二基底机械地固定在一起，其中所述第一基底和所述第二基底使用所述机械紧固件来机械地固定，使得所述隔离件处于压缩状态。14.根据权利要求12或13所述的方法，所述方法还包括：以粘合方式将所述隔离件粘结到所述第一基底的表面上，其中所述的以粘合方式粘结所述隔离件还包括在将所述第一基底和所述第二基底机械地固定在一起之后固化所述粘合层。15.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括：提供机械紧固件，用于将所述第一基底和所述第二基底机械地固定在一起，其中所述机械紧固件是至少一个相配螺母和螺栓，每个螺栓位于穿过一个隔离件和每个不同材料基底形成的孔内，并且对应的螺母被拧紧到每个螺栓上，以达到在至少约30nm(22.1ft./lbs.)至至少约110nm(81.1ft./lbs.)的范围内的扭矩。

技术总结
一种隔离件，该隔离件用于保护相邻定位的不同材料基底免受电化腐蚀。该隔离件包括：背衬层，该背衬层具有相反的主表面和厚度；和任选的未固化的粘合层，该未固化的粘合层具有粘结到背衬层的主表面之一上的一个主表面以及用于能够以粘合方式粘结到不同材料基底之一的表面上的另一个主暴露表面。在其固化状态下，粘合层和背衬层各自不是永久可压缩的。固化的粘合层和背衬层中的至少一者或两者对极性溶剂具有足够的耐受性，以防止极性溶剂输送的金属离子完全经过其厚度。在优选的实施方案中，背衬层包含四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯(THV)材料，并且粘合层包含环氧树脂。并且粘合层包含环氧树脂。并且粘合层包含环氧树脂。


技术研发人员：德米特里
受保护的技术使用者：3M创新有限公司
技术研发日：2021.09.30
技术公布日：2023/8/6