具有导电涂层的管道的制作方法
【专利摘要】一种管道包括界定流体输送通道的聚合管壁。所述聚合管壁包括相对于所述流体输送通道的内表面和外表面。导电涂层被配置于所述内表面和所述外表面的至少一个上。
【专利说明】具有导电涂层的管道
[0001]发明背景
在各种应用中使用管道来输送空气或其它流体。塑料管道可容易形成具有例如平滑流面和管道曲率的复杂几何形状。塑料管道壳由若干塑料层形成，其中一层包括用于防静电性能的碳黑、碳纤维或石墨。
发明摘要
[0002]根据本公开的实例的管道包括界定流体输送通道的聚合管壁。聚合管壁包括相对于流体输送通道的内表面、外表面以及被配置于内表面和外表面的至少一个上的导电涂层。
[0003]在任一前述实施方案的进一步实施方案中，导电涂层被配置于外表面上。
[0004]在任一前述实施方案的进一步实施方案中,聚合管壁包括聚苯硫醚。
[0005]在任一前述实施方案的进一步实施方案中，聚合管壁包括聚醚醚酮。
[0006]在任一前述实施方案的进一步实施方案中，导电涂层是多层的。
[0007]在任一前述实施方案的进一步实施方案中，导电涂层具有多层不同的金属组合物。
[0008]在任一前述实施方案的进一步实施方案中，导电涂层包括铜层和镍层。
[0009]在任一前述实施方案的进一步实施方案中，铜层与外表面介接，以及镍层与铜层介接。
[0010]在任一前述实施方案的进一步实施方案中，铜层具有第一平均厚度，以及镍层具有小于第一平均厚度的第二平均厚度。
[0011]在任一前述实施方案的进一步实施方案中，第二平均厚度比第一平均厚度小至少2倍。
[0012]在任一前述实施方案的进一步实施方案中，导电涂层是接地的。
[0013]任一前述实施方案的进一步实施方案包括从内表面延伸到外表面的导电桥。导电桥使电荷从导电涂层消散到接地组件。
[0014]根据本公开的实例的管道包括界定通道的非导电管壁。非导电管壁包括相对于通道的内表面和外表面(内表面和外表面的至少一个收集电荷)、被配置于表面上且收集电荷的导电涂层和从内表面延伸到外表面的导电桥。导电桥使电荷从导电涂层消散到接地组件。
[0015]在任一前述实施方案的进一步实施方案中，导电桥是紧固件。
[0016]在任一前述实施方案的进一步实施方案中，非导电管壁是聚合的。
[0017]在任一前述实施方案的进一步实施方案中，导电涂层是多层的。
[0018]根据本公开的实例的一种用于消散管道中的静电荷的方法包括:收集界定通道的非导电管壁的表面处的电荷，以及使用放置在表面上的接地导电涂层使电荷从所述表面消散。
[0019]任一前述实施方案的进一步实施方案包括使电荷从延伸通过非导电管壁的导电桥上方的导电涂层消散。
[0020]在任一前述实施方案的进一步实施方案中，导电桥是紧固件。
[0021]附图简述
从以下详细描述中，本公开的各种特征和优势将对本领域技术人员显而易见。伴随该详细描述的附图可简单描述如下。
[0022]图1图示示例性管道。
[0023]图2图示图1的管道的截面，其中导电涂层在管道外部。
[0024]图3图示来自图2的替代，其中导电涂层在管道外部。
[0025]图4图示管壁的代表性部分。
[0026]图5图示附接到用于电荷消散的接地组件的管道的部分。
【具体实施方式】
[0027]可在航空或其它应用中使用管道来输送流体。可由聚合物复合材料制成的管道可使用导电涂料涂抹，以满足静态消散的要求。然而，涂料不能很好地粘附并且可能会脱落或变形，从而降解导电表面和消散电荷的能力。另外，在航空工业，可能会有结构和重量要求。本文的实例提供可被制成具有高强度和轻重量的防静电管道。
[0028]图1图示包括防静电性能的示例性管道20的部分。防静电性能帮助减少或消除静电荷(在本公开中可简称为电荷)的堆积。电荷由不同的材料之间的摩擦(称为摩擦电效应)产生，并可具有正极性或负极性。例如，在管道中的流动流体与管壁之间的摩擦可产生电荷。如果允许建立，电荷可消散到电荷相反的物体或中性物体。
[0029]虽然在本实例中示出管道20具有特定的几何形状，但是应理解，本公开适用于可由聚合材料形成的相对于长度、截面、匝数等的任何几何形状的管道。还参考图2中示出的管道20的截面，管道20包括界定流体输送通道24的聚合管壁22 (下文“管壁22”)。术语“聚合的”可包括聚合物复合材料和未增强聚合物。管壁22具有内表面22a和外表面22a管壁22是非导电的。在该实例中的通道24是细长的，且可充当用于输送流体的导管。虽然被示出为具有圆截面，但是该圆截面可替代为非圆形的。
[0030]虽然管壁22的聚合物是轻量级的且耐用的，但是聚合材料可导致电荷。鉴于此，管道20包括被配置于外表面22b上的导电涂层26。替代地，导电涂层26可被配置于内表面22a上，如图3所示。例如，导电涂层26是连续的，且完全或基本上完全覆盖外表面22b或内表面22a。导电涂层26比管壁22具有更大的导电性，且因此促进使电荷消散到接地组件。
[0031]管壁22由聚合材料(其如上所指示可为未增强聚合物或聚合物复合材料)制成。聚合材料可包括热塑性聚合物或热固性聚合物。在进一步的实例中，聚合物选自聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚酰胺、聚醚酰亚胺、芳纶聚合物、环氧树脂和酚醛树脂，但是不局限于这些。在进一步的实例中，聚合材料还可包括一种或多种类型的增强相，诸如纤维增强或分散在连续的聚合物基体相中的其它添加剂。增强相可以是连续的、间断的或连续增强相和间断增强相的组合。在进一步的实例中，管壁22的聚合物是纤维增强的聚苯硫醚或纤维增强的聚醚醚酮，其在要求良好强度的航空应用中可能是有用的。
[0032]在一个实例中，导电涂层26是金属涂层。在进一步的实例中，图4示出管道的代表性部分。在该实例中，导电涂层26是多层的且包括至少第一内金属层26a (“第一层26a”)和第二外金属层26b (“第二层26a”)。第一层26a与管壁22的外表面22b介接，以及第二层26b与第一层26a的外表面介接。在图3的替代实例中，第一层26a将与内表面22a介接。
[0033]第一层26a和第二层26b协作地提供具有防静电性能的管道，但还可提供良好粘附性和耐用性。例如，第一层26a由第一金属形成且第二层26b由第二不同的金属形成。可选择金属以提供特定性能，并一起提供良好粘附性、耐用性、强度或其它期望性能。作为实例，铜是良好的导体，并且用作第一层26a。然而，铜相对柔软且可在潮湿的环境下会氧化。鉴于此，可为第二层26b选择更耐用的抗环境金属，第二层26b涂覆且保护第一层26a。在一个实例中，第二层26b由具有良好强度、耐用性和抗环境腐蚀性能的硬质材料(诸如，无电镀镍、铬或另一合适的材料)形成。在进一步的实例中，在各自层26a和26b中的铜和镍是纯金属或基本上纯金属。
[0034]在进一步的实例中，第二层26b主要用来保护第一层26a。鉴于此，第二层26b可具有根据第一层26a的给定金属所需的保护等级而选择的厚度。在其中铜用于具有标称平均厚度tl的第一层26a的实例中，第二层26b可以是具有小于tl的标称平均厚度t2的镍。在进一步的实例中，平均厚度t2比平均厚度tl小至少两倍。
[0035]图5图示管道20如何消散静电的一个实例。在该实例中，使用至少一个导电的紧固件32将管道固定到接地组件30。紧固件32充当导电涂层26与接地组件30之间的导电桥。在一个实例中，接地组件30是管道的结构安装特征件，诸如支架结构。在图示的实例中，紧固件32是金属铆钉，但不限于铆钉紧固件。
[0036]可将在该示例中的示出为具有负极性的电荷从导电涂层26排出到紧固件32，并且排出到接地组件30。导电涂层26和紧固件32因此提供消散路径用于移除并减少电荷。并非如管道的表面上的静电荷般堆积，电荷消散到接地组件30。
[0037]管壁22可通过模制制成。一个示例性模制过程是吸吹(suct1n blow)模制，这可提供相对薄的壁。鉴于此，可相对于管壁22的厚度来进一步选择第一层26a和第二层26b的厚度，以满足例如给定的结构机械要求。
[0038]使用铜和镍作为实例，可使用无电镀和/或电解铜层上方的无电镀镍层来使管壁22金属化。可使用类似的沉积技术来应用其它金属，但是不限于此类技术。
[0039]在进一步的实例中，可在应用第一层26a之前处理管壁的表面(B卩，内表面22a或外表面22b)以增强粘附性。使用外表面22b作为实例，外表面22b可经受研磨表面制备过程。示例性表面制备过程包括将外表面22b蚀刻到至少部分溶解管壁22的选定聚合物的异丙醇或其它溶剂。例如，可使用具有溶剂的抹布以将溶剂应用到外表面22b。蚀刻时间可根据选定聚合物、溶剂和目标蚀刻效果而变化，但可介于一到二十分钟之间。
[0040]然后，研磨外表面22b。一个示例性磨损过程包括喷砂处理以增加表面粗糙度。示例性喷砂处理过程包括使用具有筛目大小为80-320的喷砂介质在每平方英尺20-60磅的投掷压力下研磨外表面，其中喷嘴距离外表面22b —至四英尺远，且喷嘴与外表面22b成投掷角度20-90°。如可理解，这些和其它喷砂处理参数可根据管壁22的聚合物和目标表面粗糙度而变化。表面粗糙度促进管壁22与导电涂层26之间的机械键合。
[0041]虽然在图示的实例中示出特征的组合，但是并不需要组合所有的特征来实现本公开的各种实施方案的益处。换言之，根据本公开的实施方案设计的系统将不一定包括任一附图中示出的所有特征或附图中示意性示出的所有部分。此外，一个示例性实施方案的选定特征可与其它示例性实施方案的选定特征组合。
[0042]前述描述在本质上是示例性的而非限制性的。对本领域技术人员显而易见的是，对公开的实例的变形或修改不一定背离本公开的实质。给予本公开的合法保护的范围仅可通过研究以下权利要求来确定。
【权利要求】
1.一种管道，其包括: 聚合管壁，其界定流体输送通道，所述聚合管壁包括相对于所述流体输送通道的内表面和外表面；和 导电涂层，其被配置于所述内表面和所述外表面的至少一个上。
2.根据权利要求1所述的管道，其中所述导电涂层被配置于所述外表面上。
3.根据权利要求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.根据权利要求1所述的管道，其中所述导电涂层具有多层不同的金属组合物。
5.根据权利要求4所述的管道，其中所述导电涂层包括铜层和镍层。
6.根据权利要求5所述的管道，其中所述铜层与所述外表面介接，并且所述镍层与所述铜层介接。
7.根据权利要求6所述的管道，其中所述铜层具有第一平均厚度，以及所述镍层具有小于所述第一平均厚度的第二平均厚度。
8.根据权利要求1所述的管道，导电涂层是接地的。
9.根据权利要求1所述的管道，其进一步包括从所述内表面延伸到所述外表面的导电桥，所述导电桥使电荷从所述导电涂层消散到接地组件。
10.根据权利要求9所述的管道，其中所述导电桥是紧固件。
11.根据权利要求10所述的管道，其中所述导电涂层是多层的。
12.一种用于消散管道中的静电荷的方法，所述方法包括: 收集界定通道的非导电管壁的表面处的电荷；以及 使用被配置于所述表面上的接地导电涂层来从所述表面消散所述电荷。
13.根据权利要求12所述的管道，其包括从延伸通过所述非导电管壁的导电桥上方的所述导电涂层消散所述电荷。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述导电桥是紧固件。
【文档编号】F16L11/127GK104235522SQ201410253953
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月10日 优先权日:2013年6月10日
【发明者】O. 布朗 R., R. 威索基 G. 申请人:哈米尔顿森德斯特兰德公司