介電隔離器的制造方法
【專利摘要】介電隔離器被配置為具有足夠高的阻抗，以將雷閃電流限制到低的等級，但又具有足夠低的阻抗，以允許靜電荷耗散而不允許累積。隔離器包含管和附著到管的相反末端的一對配件，管用包含熱塑性有機聚合物(PEEK)和碳納米管的配合物構(gòu)成。在另一實施例中，介電隔離器包含管、外部環(huán)狀部分、互連網(wǎng)，其各自用包含熱塑性有機聚合物和碳納米管的配合物構(gòu)成。后一實施例為一體化形成的單片結(jié)構(gòu)。當從一個配件到另一個配件測量時，在大于500VDC的施加電位下，介電隔離器(100)能夠表現(xiàn)出大約105Ω到108Ω的電阻。
【專利說明】介電隔離器
[0001]本申請是中國專利申請200980133765.X的分案申請，原申請的申請日為2009年7月2日， 優(yōu)先權(quán)日:為2008年7月2日，發(fā)明名稱為“介電隔離器”。
[0002]相關(guān)申請的交叉引用
[0003]本申請部分為2008年7月2日提交的名為“DIELECTRIC ISOLATORS”的美國申請Serial N0.12/166,698的延續(xù)，其并入此處作為參考。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004]本申請涉及用于流體輸送應用的介電隔離器，特別涉及在航空器燃料系統(tǒng)中用于控制雷閃感應電流并允許靜電荷耗散的介電隔離器。

【背景技術(shù)】
[0005]介電配件或隔離器在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，并可在從天然氣管道到根據(jù)需要提供用于將液體傳送通過所選位置的管道或航空器艙壁(bulkhead)結(jié)構(gòu)的許多應用中使用，在天然氣管道中，它們將監(jiān)視儀器與電流的影響隔離開，并在允許流體流動的同時中斷陰極電流流動。在后一種應用中，介電配件包含航空器艙壁兩側(cè)上的一體化配件連接，其允許管、帶或其他流體承載部件的連接。這樣的介電配件還提供了限制兩個配件連接之間電流流動但允許靜電荷的逐漸耗散的高電阻路徑。
[0006]因此，介電配件——也稱為靜電耗散隔離器——的主要功能在于，耗散來自部分地由于流體移動導致的靜電荷的電能，并限制雷閃發(fā)生時由于雷閃的間接影響導致的電流。這些配件具有同等重要的第二功能，即對于經(jīng)過燃料槽或航空器其他區(qū)域的流體提供安全的流體通道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在一實施例中，公開了一種用于介電隔離器的流體承載元件。流體承載元件包含管，管由包含PEEK和碳納米管的配合物(composit1n)構(gòu)成，其中，管配合物在所施加的5000VDC電位下表現(xiàn)出大約13Q-Cm到101° Ω-cm的體積電阻率(bulk volumeresistivity)。
[0008]在另一實施例中，公開了一種介電隔離器。介電隔離器包含管和附著到管的相反的末端的一對配件，管由包含熱塑性有機聚合物和碳納米管的配合物構(gòu)成。在此實施例中，當從一個配件到另一個配件測量時，在所施加的大于500VDC的電位下，介電隔離器表現(xiàn)出從大約15 Ω到18 Ω的電阻。
[0009]在另一實施例中，公開了一種用于航空器燃料系統(tǒng)的管道型(inline-type)介電隔離器。介電隔離器包含管和螺紋附著到管的相反的末端的一對套環(huán)(ferrules)，管由包含PEEK、碳納米管和碳纖維的配合物構(gòu)成。在此實施例中，當從一個套環(huán)到另一個套環(huán)測量時，在所施加的大于500VDC電位下，介電隔離器表現(xiàn)出從大約105Ω到108Ω的電阻。
[0010]在另一實施例中，公開了一種用于航空器燃料系統(tǒng)的艙壁型(bulkhead-type)介電隔離器。介電隔離器包含管，管由包含PEEK、碳納米管、碳纖維和短切玻璃纖維的配合物構(gòu)成。介電隔離器還包含螺紋附著到管的相反的末端的一對套環(huán)以及螺紋附著到套環(huán)之間的管的法蘭。在此實施例中，當從一個套環(huán)到另一個套環(huán)測量時，在所施加的大于500VDC電位下，介電隔離器表現(xiàn)出從大約15 Ω IlJ 18 Ω的電阻。
[0011]在另一實施例中，公開了用于航空器燃料系統(tǒng)的管道型介電隔離器，其中，介電隔離器包含組合的螺紋以及鍛造配件，用于在燃料線路中產(chǎn)生管道式連接(inlineconnect1n)，由此消除為了以管道式配置安裝隔離器而對分立的耦合裝置的需求。
[0012]在另一實施例中，公開了用于航空器燃料系統(tǒng)的管道型介電隔離器，其中，介電隔離器特別適用于由外保護護罩或套管覆蓋的燃料線路。此實施例中的隔離器包含使燃料線路的朝向末端(facing ends)互聯(lián)的內(nèi)部管狀元件以及使外部護罩的朝向末端互聯(lián)的外部環(huán)狀部分。內(nèi)部管狀元件通過位于管狀元件各個末端的內(nèi)部O形環(huán)布置密封到燃料線路。外部環(huán)狀部分通過一對耦合物安裝到外部套管，耦合物各自具有正鎖定特制件。外部環(huán)狀部分也通過位于外部環(huán)狀部分各個末端的外部O形環(huán)布置密封到外部護罩的朝向末端。關(guān)于正鎖定特制件，耦合器各自包含鎖定螺母，其可螺紋地容納在隔離器的末端延伸上，耦合器各自還包含鎖定環(huán)，其可釋放地接合對應的鎖定螺母。鎖定環(huán)被軸向偏移，以便接合其對應的鎖定螺母，因此形成正鎖定特制件。當耦合器被放置在鎖定位置時，鎖定環(huán)和鎖定螺母的互補的朝向表面接合。這些互補朝向表面包含在各個鎖定環(huán)或鎖定螺母的一個環(huán)形邊上形成的至少一個凹槽或缺口，以及在另一個朝向的鎖定環(huán)/鎖定螺母上形成的相反的凸耳或凸起。當通過在隔離器的末端延伸上螺旋鎖定螺母而使鎖定螺母向著其對應的鎖定環(huán)軸向拉動時，朝向的表面于是可咬入鎖定位置。凹槽和凸耳被記錄(clocked)，使得鎖定螺母的預定軸向位移導致凹槽和凸耳的定位，以便接合在鎖定位置。為了解鎖耦合器，通過克服包含在鎖定環(huán)中的波簧的偏移力并接著通過以遠離鎖定環(huán)的方向旋轉(zhuǎn)鎖定螺母來松脫鎖定螺母，可將鎖定環(huán)從相對的鎖定螺母軸向移開?？商峁┛梢暫涂陕牭闹甘?，以證實正接合。采用指示帶的形式的可視指示可被放置在各個末端延伸的螺紋部分的暴露的周邊表面或邊緣上，以允許用戶觀察對應的鎖定螺母是否已經(jīng)完全螺旋在末端延伸上。由于鎖定環(huán)的偏移布置，可聽指示為當凸耳接合其對應的凹槽時產(chǎn)生的咔噠聲。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]將會明了，附圖中的元件的所示出的分界線僅僅代表分界線的一個實例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會明了，一個元件可被設(shè)計為多個元件，或者，多個元件可被設(shè)計為一個元件。被示為內(nèi)部特征的元件可被實現(xiàn)為外部特征，反之亦然。
[0014]另外，在附圖和下面的介紹中，貫穿附圖和說明書，類似的部件分別用同樣的參考標號表示。附圖可能不是按比例繪制的，特定部件的比例為圖示便利起見已被放大。
[0015]圖1A和IB分別示出了管道型介電隔離器100的一實施例的頂平面圖和局部截面圖；
[0016]圖2示出了艙壁型介電隔離器200的一實施例的透視圖；
[0017]圖3示出了附著到艙壁300的艙壁型介電隔離器200的透視圖；
[0018]圖4示出了另一實施例中管道型介電隔離器400的片斷透視圖；
[0019]圖5示出了另一實施例中的管道型介電隔離器500的透視截面圖；
[0020]圖6示出了圖5的管道型介電隔離器500的另一截面圖；
[0021]圖6A為圖5和6的實施例中的隔離器的鎖定特制件中使用的部件的平面圖，即在與隔離器的部分的接合中用于保持鎖定環(huán)的環(huán)狀開口環(huán)；
[0022]圖6B為隔離器的鎖定特制件中使用的另一部件的側(cè)視圖，即用于鎖定螺母到對應的鎖定環(huán)的偏移接合的環(huán)狀波簧；
[0023]圖7示出了圖5的組裝后的管道型介電隔離器的平面圖；
[0024]圖8示出了示例性管配合物的雷閃前(pre-lightning)沖擊測試的電阻(y軸)vs管直徑尺寸(X軸)的圖表；
[0025]圖9示出了同一示例性管配合物的雷閃后(post-lightning)沖擊測試的電阻(y軸)vs管直徑尺寸(X軸)的圖表。

【具體實施方式】
[0026]本申請指向用于航空器燃料系統(tǒng)的介電隔離器，其用于控制雷閃感應電流并允許靜電荷的耗散。介電隔離器被配置為具有足夠高的阻抗，以便將雷閃電流限制到低的水平，但又具有足夠低的阻抗，以便允許電荷耗散而不允許累積。盡管介電隔離器可由于雷閃電流的效應及其固有阻抗而在介電長度上建立起電位差，它們被配置為耐受這些感應電壓，而不發(fā)生介質(zhì)擊穿或性能劣化。
[0027]圖1A和IB分別示出了管道型介電隔離器100的一實施例的頂平面圖和局部截面圖。介電隔離器100包含用于傳送例如為碳氫化合物(hydrocarbon)航空燃料或液壓油的流體的管110。在基本維度(basic dimens1ns)下,管110沿著中心縱向軸線A軸向延伸預定的長度L，并具有內(nèi)直徑Di和外直徑D。。如所示實施例所示出的那樣，管110在形狀上為圓柱形，具有圓形截面，有著兩個相反的末端。然而，將會明了，管110可以用包括其他截面形狀和多個末端在內(nèi)的多種其他構(gòu)造構(gòu)成。
[0028]在一實施例中，管110的長度L可以從大約3英寸到5英寸。在另一實施例中，管110的長度L可以從大約2英寸到9英寸。然而，將會明了，長度可高于或低于這些范圍，取決于可用于構(gòu)建管的制造技術(shù)，并取決于系統(tǒng)和/或部件要求。
[0029]在一實施例中，管110的內(nèi)直SDi可以從大約2英寸到3英寸。在另一實施例中，內(nèi)直徑Di可以從大約1.5英寸到4英寸。然而，將會明了，內(nèi)直徑可高于或低于這些范圍，取決于可用于構(gòu)建管的制造技術(shù)，并取決于系統(tǒng)和/或部件要求。
[0030]繼續(xù)參照圖1A和1B，介電隔離器100包含附著到管110的相反的末端的一對鍛接配件120a、b，其各自被配置為連接到分立部件(未示出)的對應耦合器(未示出)。將會明了，任何類型的配件可被附著到管110的末端，使得管110可與燃料線路管道式放置。希望類型的配件可被附著到管的末端，使得管110可被安裝在燃料線路的朝向的末端之間。因此，配件可以與多種不同類型的配件一起使用，包括但不限于螺紋耦合器、快速連接/斷開耦合器或其他類型的耦合器。另外，配件120a、b不限于特定的尺寸，并可覆蓋寬廣范圍的傳統(tǒng)尺寸和非傳統(tǒng)尺寸。
[0031]配件120a、b可用金屬材料構(gòu)成，例如鋁或不銹鋼。在一特定實施例中，配件120a、b為鋁套環(huán)，其滿足SAE AS5836-1-XX (撓性)及SAE AS1656-1-XX (剛性)，并用按照MIL-C-5541的化學轉(zhuǎn)化鍍層精加工。將會明了，配件材料不必局限于此，只要介電隔離器100滿足給定安裝的機械和電氣要求。
[0032]在所示出的實施例中，經(jīng)由短ACME螺紋(stub ACME thread)，配件120a、b螺紋附著到管110的末端。作為替代的是，配件120a、b可粘接結(jié)合到管110的末端。盡管可使用許多不同類型的粘接劑，可用于將配件120a、b結(jié)合到管110的末端的一種合適的粘接劑為 Huntsman Advanced Materials 經(jīng)售的 Araldite AVI 19? 將會明了，配件 120a、b可使用多種其它的附著手段附著到管110的末端。例如，配件120a、b可被鉚接(riveted)或鍛接(waged)到用于附著于其上的管110的末端。在所有情況下，保護性密封劑(例如MIL-S-81733或MIL-S-4383)可被應用到配件120a、b和管110之間的搭接面，以便將粘接結(jié)合(如果存在的話)從外部元件密封，并保護金屬配件120a、b免受原電池效應(galvanic effects)(取決于構(gòu)成管110的材料)。
[0033]從機械的觀點看來，介電隔離器100中的管110用作流體承載元件，以允許流體流過其中。然而，從電氣的觀點看來，介電隔離器100中的管110還用作電阻器，其具有高且具有魯棒性的電阻抗，以便將與雷閃事件相關(guān)聯(lián)的非直接電流限制到介電隔離器100上的低的等級，但又具有足夠低的表面阻抗，以便允許靜電荷耗散而不允許累積。換句話說，管110允許足夠的表面電流i經(jīng)其流動，以便防止由于經(jīng)過燃料線路的流體流動的靜電荷累積，又將與在雷閃沖擊期間經(jīng)過其中的電壓V相關(guān)聯(lián)的電流i的流動限制到相對較低且對于航空器燃料系統(tǒng)安全的電流等級。
[0034]由于雷閃隔離要求電氣魯棒性，管110必須表現(xiàn)出高的電阻，即使在重復暴露于高電壓之后。某些材料在暴露于高電壓——例如在雷閃隔離應用中遭遇的那些——時經(jīng)歷高電壓條件作用(high voltage condit1ning)。高電壓條件作用是這樣的現(xiàn)象:在暴露于高電壓之后，其實質(zhì)上減小了材料的有效電阻。材料有效電阻的潰縮增大了材料的導電率，使得材料實質(zhì)上喪失其隔離器特性。
[0035]相應地，管110用合適的材料構(gòu)成，其使管110有足夠的導電性以耗散與經(jīng)過以及在管110上的燃料流動相關(guān)聯(lián)的靜電荷累積，同時，使得管110具有足夠的電阻性，以便防止與雷閃事件相關(guān)聯(lián)的電流經(jīng)過其間的流動。另外，出于上面討論的理由，管配合物需要有效地免除高電壓條件作用。換句話說，管材料必須在經(jīng)歷重復的雷閃沖擊事件之后保持可接受的電氣性能。
[0036]為了滿足這些電氣要求，管110可由包含熱塑性有機聚合物、碳納米管以及視情況可選的其他導電性碳材料的配合物構(gòu)成。為了適應高電壓事件，這種管配合物在5000伏DC施加電位下表現(xiàn)出大約13Q-Cm到1kiQ-CHI的體積電阻率。也可使用其他電壓，例如1000伏DC或10000伏DC，并確定對應的電阻率，然而，電阻率應當大致處于耗散到絕緣的范圍內(nèi)，如下面所介紹的那樣。
[0037]受到高電壓的熱塑性配合物傾向于隨著時間在其電阻率特性中遭受劣化，在受到高電壓時的小到一個周期中，或甚至是在斜坡上升到高電壓期間。因此，這里的管配合物d被制備為耐受高電壓事件并保持其電阻率特性。術(shù)語“體積電阻率劣化”用于指由于高電壓事件引起的電阻率整體劣化的一個量度。
[0038]在特定數(shù)量的周期后，在特定的電壓(例如100VDC，500VDC，1000VDC，5000VDC，或其他預定的電壓)下確定配合物的體積電阻率劣化。這樣的電阻率變化可稱為五沖擊體積電阻率劣化，其中，五為特定的周期數(shù)。例如,5000VDC時的五沖擊體積電阻率劣化可通過使材料經(jīng)歷零和5000VDC之間的循環(huán)達五個周期并在第一和第五周期期間在5000V下測量電阻率來確定。受歡迎的是，在O和特定電壓之間的循環(huán)之后，當前配合物表現(xiàn)出不超過20x因子的五沖擊體積電阻率劣化。在某些實施例中，在零和例如5000VDC的特定電壓之間的循環(huán)之后，配合物表現(xiàn)出不超過15x、10x或甚至是5x因子的五沖擊體積電阻率劣化。例如，如果最大劣化為20x因子，特定電壓下的初始判斷為6xl08Q-cm的體積電阻率，體積電阻率在第五周期時應當不小于3xl07Q-cm。在其他的實施例中，在零和特定電壓之間的循環(huán)后，例如在零和5000VDC之間循環(huán)5次后，當前配合物可表現(xiàn)出不大于50%的五沖擊體積電阻率劣化。在某些實施例中，在零和例如5000VDC的特定電壓之間的循環(huán)之后，當前配合物表現(xiàn)出不超過25 %、10 %、5 %或甚至是低到2 %的五沖擊體積電阻率劣化。例如，當配合物在其五沖擊體積電阻率劣化中表現(xiàn)出不大于50%的因子的最大劣化時，如果特定電壓下的初始判斷為6xl08Q-cm的體積電阻率，體積電阻率將在第五個周期時不小于3xl08Q-cm ；對應地，對于25%的最大劣化，體積電阻率將在第五周期時不小于4.5xl08Q-cmo
[0039]這里所用的體電阻率(volume resistivity)為對經(jīng)過絕緣材料體的泄漏電流的電阻(ohm-cm)。這里所用的表面電阻率(歐姆每平方)被定義為對沿著絕緣材料表面的泄漏電流的電阻。隨著表面/體電阻率增大，材料的泄漏電流和電導率減小。
[0040]作為體電阻率的基準點，導電材料——例如金屬——為具有小于lxlO_4Q-cm的體電阻率的材料。在導電材料中，電荷流到地或流到材料緊密相鄰或接觸的另一導電物體。靜電屏蔽材料具有小于IxlO3Q-Cm但大于或等于IxlO-4Q-Cm的體電阻率。耗散材料具有從大約IxlO3 Ω -cm到Ix1ki Ω -cm的體電阻率。對于這些材料，與導電性材料相比，電荷更為緩慢并以在某種程度上更可為受控的方式流到地。對于ESD敏感(靜電放電)裝置，這些材料提供了對于能量傳輸?shù)姆ɡ芑\保護。絕緣材料被定義為具有至少lxKTQ-cm的體電阻率的材料。絕緣材料防止或限制電子流經(jīng)其表面或流過其體積，具有高的電阻，且難以接地。靜電荷在絕緣材料中以延長的時間段保持在原位。表I給出了對于上述這些材料的體電阻率與表面電阻率。
[0041]表1:材料類型的體電阻率與表面電阻率
[0042]
材料類型I表面電阻率(Ω/sq) I體電阻率(Ω-cm)
導電性~<lxl0_4〈lxlCT4

靜電屏蔽彡 lxlCT4，〈lxlO4 ^ <1χ10-4, <1χ103
耗散性~ ^ IxlO6, <1χ10η ^ IxlO3, <1χ1010
絕緣性~ 彡 IxlO11IxlO10
[0043]如上面關(guān)于沖擊電阻率劣化所討論的，這里所公開的管配合物不表現(xiàn)出電氣“老化(burn-1n)”，或至少表現(xiàn)出與其他材料相比實質(zhì)上減小的“老化”?！袄匣敝傅氖遣牧弦坏┍┞队诟唠妷簞t不會回到其初始電阻，而是表現(xiàn)出減小的電阻的現(xiàn)象。在沒有碳納米管的情況下公式化的化合物傾向于表現(xiàn)出這樣的“老化”現(xiàn)象。然而，令人吃驚的是，這里公開的包含碳納米管的管配合物消除或至少是實質(zhì)上減小了這樣的“老化”。在不受理論束縛的情況下，相信沒有碳納米管或高碳納米管裝載的配合物在暴露于高電壓時易于受到材料劣化和離子化影響。然而，在這里公開的管配合物中，碳納米管提供了經(jīng)過聚合物基質(zhì)(polymer matrix)的電氣管道，當配合物暴露于高電壓時,使得聚合物基質(zhì)的離子化和劣化得到避免或至少在實質(zhì)上減小。換句話說，在高施加電位下，配合物表現(xiàn)的像靜電耗散器一樣，其允許靜電荷累積的受控釋放，由此防止或至少是實質(zhì)上減小了電弧或快速放電。消除或?qū)嵸|(zhì)上減小由配合物或其接觸的材料產(chǎn)生火花的可能有助于減小傷害周遭環(huán)境以及密切接近此電荷的人的風險。
[0044]如上面討論的，這里公開的管配合物在低的施加電位下是絕緣性的，但卻是溫和導電性的，即該配合物在高施加電位下變?yōu)楹纳⑿?。因此，在一實施例中，通過使用ASTMD-257，管配合物被確定為絕緣體。因此，在100VDC的施加電位下，管配合物表現(xiàn)出大于或等于109Q-cm的體電阻率，更典型的是至少大約KTQ-cm。然而，在其他的實施例中，在1000VDC或更大的電位下，管配合物表現(xiàn)出大約13Q-Cm到101° Ω-cm的體電阻率。高于100VDC——例如超過1000VDC——的電壓的標準協(xié)議和標本尺寸的使用被稱為“修改的ASTM D-257協(xié)議”。在一實施例中，修改的ASTM D257協(xié)議帶來5000VDC的管配合物的體積電阻率的測量。受歡迎的是，這里公開的管配合物在5000VDC下表現(xiàn)出大約16Q-Cm到1iaQ-Cm的體積電阻率。
[0045]ASTM D-257為用于確定材料的表面電阻率和體電阻率的標準化方法。簡短而言，根據(jù)此方法，標準尺寸的標本被放在兩個電極之間，于是，電壓被施加達60秒，測量電阻。計算表面電阻率或體電阻率，對于六十秒起電時間給出表視值。此方法是公知的，整個標準可從賓夕法尼亞州西康舍霍肯的ASTM Internat1nal獲得。在本申請參照的判斷中，通過注塑用當前管配合物形成具有標準ASTM D3801火焰棒(flame bar)形狀和6" x0.5" x0.125"的維度的標準標本。
[0046]在一個實施例中，管配合物中使用的熱塑性有機聚合物為聚醚醚酮(PEEK)。PEEK和其他的聚醚酮(polyetherketones)或聚醚酮酮(polyetherketoneketones)在例如EP O001 879,US 6, 909, 015,US 6，724，770等專利中介紹。在某些實施例中，熱塑性聚合物可以以從大約50?七％到98wt%在管配合物中存在，在其他實施例中以從大約55?七％到95wt%存在，在另一些實施例中以從大約60wt %到90wt %存在。
[0047]不必局限于一個實例，一種商業(yè)上可獲得的PEEK為可從賓夕法尼亞州西康舍霍肯的Victrex USA獲得的Victrexl50P。這種PEEK材料可作為粉末買到，其為PEEK的低粘度等級，用在擠塑用混合物中。PEEK可以以多種其他等級和形式買到，從低中以及標準粘度等級到容易流動的一般用途等級。多種等級的PEEK是已知的，也全都是抗燃且絕緣的。PEEK還表現(xiàn)出耐磨性、低摩擦以及好的耐化學性，特別是對于多種燃料以及其他碳氫化合物。芳香族PEEK,例如 4_(4-(4-oxyphenoxy)-phenoxy)-benzoyl 聚醚醚酮，可在大約 360°C到400°C的聚合物溫度下經(jīng)由擠塑或注塑來加工。
[0048]在其他實施例中，管配合物中使用的熱塑性有機聚合物可包含典型用于注塑應用的其他聚合物。例如，這種聚合物可包括但不限于聚縮醒(polyacetal)、聚丙烯酸(polyacrylic)、聚對苯二甲酸燒基二醇酯(polyalkylene terephthalate)、polyalkylene terephthalate glycol、聚碳酸酉旨(polycarbonate)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚酯(polyester)、聚酰胺(polyamide)、聚酰胺酰亞胺(polyamideimide)、聚芳酯(polyarylate)、聚芳諷(polyarylsulfone)、聚醚諷(poIyethersulfone)、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide)、聚氯乙烯(polyvinylchloride)、聚砜(polysulfone)、聚酰亞胺(polyimide)、聚醚酰亞胺(polyetherimide)、聚四氟乙烯(polytetrafIuoroethylene)、聚醚酮(polyetherketone)、聚醚醚酮(polyetheretherketone)、聚醚酮酮(polyetherketoneketone)、聚苯并卩惡唑(polybenzoxazoIe)、聚 A惡二唑(polyoxadiazole)、polybenzothiazinophenothiazine、聚苯并噻唑(polybenzothiazole)、polypyrazinoquinoxaline、聚均苯四甲酸亞胺(polypyromellitimide)、聚喹喔啉(polyquinoxaline)、聚苯并咪唑(polybenzimidazole)、聚氧化口引哚(polyoxindole)、polyoxoisoindoline、polyd1xoisoindoline、polytriazine、polypyridazine、polypiperazine、polypyridine、polypiperidine、polytriazole、polypyrazole、polypyrroIidine> polycarborane、polyoxabicyclononane、polydibenzofuran、polyphthalide、聚縮醒(polyacetal) >聚酐(polyanhydride)、聚乙烯醚(polyvinyl ether)、聚乙烯硫醚(polyvinylth1ether)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、聚乙烯酮(polyvinyl ketone)、聚乙烯齒化物(polyvinyl halide)、聚乙烯腈(polyvinyl nitrile)、聚乙烯酉旨(polyvinylester)、聚砜類(polysulfonate)、聚硫化合物(polysulfide)、聚硫酯(polyth1ester) >聚砜(polysulfone)、聚磺酰胺(polysulfonamide)、聚脲(polyurea)、聚磷腈(polyphosphazene)、聚娃氮燒(polysiIazane)、聚對苯二甲酸丁二酉旨(polybutyleneterephthalate)、polyethyleneterephthalate glycol 或任意兩種或兩種以上的混合物。
[0049]適合用于管配合物的碳納米管包括多壁和單壁納米管二者。碳納米管可使用多種技術(shù)來制備，包括但不限于電弧放電、激光燒蝕、高壓一氧化碳(HiPCO)、化學氣相沉積(CVD)、觸媒化學氣相沉積(CCVD)。這些技術(shù)可使用真空技術(shù)或加工氣體(processinggases)。碳納米管可具有多種尺寸。單壁碳納米管具有這樣的形狀:其類似于通過每次卷繞一張紙制造的管，使得紙的相反的側(cè)面彼此接觸并鄰接。而多壁管具有這樣的形狀:其類似于多次卷繞的卷曲紙張或細鐵絲網(wǎng)。碳納米管的內(nèi)核區(qū)域可以是空的，或者可包含與外部區(qū)域的有序碳原子相比有序性較低的碳原子。這里所用的術(shù)語“有序碳原子”指的是其c軸基本上垂直于碳納米管的柱軸的石墨晶域(graphitic domains)。個體石墨碳層在纖維的長軸周圍同心布置，類似于樹的年輪，或類似于六邊形細鐵絲網(wǎng)的卷軸。通常存在在直徑上為幾個納米的中空的芯，其可部分或全部地用組織性較低的碳。芯周圍的各個碳層可延伸達幾百納米。相鄰層之間的間距可由高分辨率電子顯微鏡來確定，在某些實施例中，僅僅略大于在單晶石墨中觀察到的間距，即從大約0.339到0.348納米。
[0050]術(shù)語“納米管”指的是納米尺度上實質(zhì)上為圓柱形的離散碳管。單壁碳納米管典型地具有基本恒定的直徑，從大約2nm到lOOnm。例如,從大約3nm到75nm,從大約4nm到50nm,從大約4nm到25nm,或從5nm到15nm,根據(jù)不同的實施例。在一實施例中,碳納米管具有從大約3.5nm到70nm的直徑。碳納米管的長度也可變化，并可覆蓋從幾百納米到微米區(qū)域的范圍。典型地，碳納米管的長度大于直徑的100倍。例如，碳納米管可具有從大約10nm到10 μ m、從大約500nm到5 μ m、從大約750nm到5 μ m、從大約I μ m到5 μ m或從大約Iym到2 μ m的長度，根據(jù)不同的實施例。單壁或多壁納米管的外部區(qū)域用實質(zhì)上連續(xù)的有序碳原子層和不同的內(nèi)部芯區(qū)域構(gòu)成。在多壁管中，芯和層各自在碳納米管的柱軸周圍基本上同心地布置。優(yōu)選為，整個碳納米管基本上沒有熱碳涂層(thermal carbon overcoat)。
[0051]這里所用的術(shù)語“圓柱形”以廣義幾何學意義使用，即直線平行于固定直線移動的軌跡形成并與曲線相交的表面。圓或橢圓僅僅為圓柱的多種可能的曲線中的兩種。
[0052]碳納米管的純度也可在管配合物中的碳納米管的有效性上扮演角色。在某些實施例中，碳納米管可具有大于50 %的純度，在某些實施例中大于60 %，在某些實施例中大于70 %，在某些實施例中大于80 %，或在某些實施例中大于90 %。典型地，由于制造方法，碳納米管包含金屬氧化物雜質(zhì)。盡管金屬氧化物雜質(zhì)在某些實施例中可能影響、或者可能不影響管配合物性能，碳納米管的金屬氧化物含量小于50%。在其他實施例中，碳納米管的金屬氧化物含量小于60 %、小于40 %、小于30 %或小于20 %。在另外一些實施例中，碳納米管具有小于10%的金屬氧化物雜質(zhì)。
[0053]在某些實施例中，碳納米管可在管配合物中以從大約0.05?七％到2wt%存在，在其他實施例中，以從大約0.1界1:%到lwt%存在,或在另外的實施例中，以從大約0.2界1:%到0.5wt%存在。在某些實施例中，管配合物具有大約0.2?丨％到0.4wt%或大約0.25?丨％到0.35wt % ο
[0054]如上面所討論的，除碳納米管以外，管配合物可視情況可選地包含作為另一導體的其他的碳材料，例如石墨、炭黑、碳纖維和/或磨碎碳纖維。在一實施例中，導電碳材料為磨碎碳纖維。碳纖維的長度可在寬廣范圍內(nèi)變化。在某些實施例中，磨碎碳纖維的平均長度不大于大約0.5_。在其他實施例中，磨碎碳纖維的平均長度不大于0.2_。在某些實施例中，磨碎碳纖維在管配合物中以從Owt%到20wt%存在，在其他實施例中以從大約Iwt%到10wt%存在，或在另外的實施例中以從大約4￥七％到12wt%存在。
[0055]管配合物可包含可影響多種特性的多種其他的材料。例如，在某些實施例中，管配合物包含例如玻璃纖維等的增強材料，以便為用管配合物制備的部件或裝置提供剛性和強度。在某些實施例中，玻璃纖維在管配合物中以從Owt %到60wt%存在，在其他實施例中，以從大約5?七％到60wt%存在，或在另外的實施例中，以從大約15?七％到40wt%存在。
[0056]這里提供的管配合物可經(jīng)受注塑過程。在復合之后，管配合物擠出料作為意大利面條狀的材料退出擠出機，該材料被冷卻并切割成小片，以便處理、快速包裝和或方便的運輸?；蛘?，大塊材料(bulk material)可被擠出，并在大塊處理(bulk process)中使用。于是，可用擠出料裝填擠塑設(shè)備，并將之模制成部件或者裝置，該裝置可照原樣使用或需要另外的加工以將裝置精加工為可用的部件。例如，管、連接器、螺紋連接器等可通過擠塑過程來制備。
[0057]也提供了制備管配合物的方法。方法可包含在料斗中混合將形成管配合物的所有原料并擠出混合物?；蛘撸椒砂瑤讉€步驟，多種原料在過程的任何給定點上加入。例如，第一量的熱塑性聚合物可與碳納米管在擠出機中混合，以便產(chǎn)生第一擠出料。第一擠出料于是可與玻璃纖維、碳纖維和或磨碎碳纖維混合，并受到第二擠出，以產(chǎn)生作為管配合物的第二擠出料。復合可在單螺桿、雙螺桿或其他類型的擠出機中進行。該方法還可包含，在饋送到擠出機之前，在制備的任何特定階段中翻滾所有原料。
[0058]在制備管配合物中，同樣的熱塑性聚合物可在第一與第二擠出料的制備中使用，或者，可使用不同的熱塑性聚合物。如果在步驟中使用不同的熱塑性聚合物，它們可以是化學上不同的聚合物，或者僅僅是具有變化的粘性、熔化指數(shù)或其他聚合物特性的同一聚合物的不同等級。
[0059]再次參照圖1A和1B，管110可使用多種制造過程來制造。例如，在一特定實施例中，管110被注塑為希望的直徑和長度。可用于制造管110的替代性制造過程包括擠出和滾塑(roto-molding)(也稱為壓塑)。
[0060]當介電隔離器100用于航空器燃料系統(tǒng)時，需要滿足特定的介電和雷閃沖擊性能要求。關(guān)于介電性能要求，在一實施例中，在一個測試探針位于一個鍛接配件(例如配件120a)的外側(cè)表面上、另一個測試探針位于另一個鍛接配件(例如配件120b)的情況下，在500VDC或更大的施加電位下，當從一端到一端測量時，介電隔離器100表現(xiàn)出從大約105Ω至IJlO8Q的電阻。當然，當用于航空器燃料系統(tǒng)時，期望介電隔離器100從初始安裝到航空器壽命結(jié)束時表現(xiàn)出此電阻范圍。另外，將會明了，電阻范圍可依賴于希望的應用而不同。
[0061]關(guān)于雷閃沖擊性能要求，在一個特定實施例中，在暴露于多個(例如十個與三十個之間)電壓脈沖期間或之后，介電隔離器100應當不表現(xiàn)出無論內(nèi)部還是外部的電弧或火花，或者電壓/電流波形崩潰(waveform collapse),其中，電壓脈沖處于(+/-)任意極性，并具有滿足根據(jù)SAE ARP5412的電壓波形B的9000V峰值振幅。此仿真雷閃沖擊測試按照ARP5416執(zhí)行，其中，一個測試探針位于一個配件(例如配件120a)的外側(cè)表面，另一個測試探針位于另一個配件(例如配件120b)。將會明了，雷閃沖擊性能要求可依賴于希望的應用而不同。
[0062]為了驗證電氣魯棒性，介電隔離器100的電阻在暴露于各個仿真雷閃測試之后測量，以便證實電阻仍保持在希望的范圍內(nèi)。
[0063]圖2示出了介電隔離器200的另一實施例的頂平面圖。介電隔離器200基本上類似于上面介紹和圖1所示的管道型介電隔離器100(結(jié)構(gòu)和材料)，除了其包含在配件120a、b之間附著到管110的法蘭210外。介電隔離器200的特征可在于為艙壁型介電隔離器，因為法蘭210允許介電隔離器200附著到容器一例如飛行器燃料槽一的艙壁300，如圖3所示。為了使到壁300的附著便利，法蘭210包含多個孔220，用于容納螺栓或其他類型的緊固器。
[0064]法蘭210可用金屬材料制成，例如鋁或不銹鋼。然而，將會明了，法蘭材料不必僅限于此，只要介電隔離器100滿足給定安裝的機械和電氣要求。
[0065]在所示出的實施例中，經(jīng)由短ACME螺紋，法蘭210螺紋附著到管110的末端。或者，法蘭210可粘接結(jié)合到管110。盡管可使用許多不同類型的粘接劑，可用于將法蘭210結(jié)合到管110的一種合適的粘接劑為由Huntsman Advanced Materials發(fā)售的AralditeAVligo將會明了，法蘭210可使用多種其他的附著手段附著到管110。例如，法蘭210可被鉚接到用于附著于其上的管110。在所有情況下，保護性密封劑(例如MIL-S-81733或MIL-S-4383)可應用到法蘭210和管110之間的搭接面，以便將粘接結(jié)合(如果存在的話)從外部元件密封，并保護法蘭210免于原電池效應(依賴于構(gòu)成管110的材料)。
[0066]當介電隔離器200用在航空器燃料系統(tǒng)中時，需要滿足特定的介電和雷閃沖擊性能要求。關(guān)于介電性能要求，在一特定實施例中，在一個測試探針位于一個配件(例如配件120a)的外側(cè)表面上、另一個測試探針位于法蘭210的情況下，在500VDC或更大的施加電位下，當從一端到一端測量時，介電隔離器200表現(xiàn)出從大約15 Ω IlJlO8Q的電阻。當然，當用于航空器燃料系統(tǒng)時，期望介電隔離器200從初始安裝到航空器壽命結(jié)束時表現(xiàn)出此電阻范圍。另外，將會明了，電阻范圍可依賴于希望的應用而不同。
[0067]關(guān)于雷閃沖擊性能要求，在一個特定實施例中，在暴露于多個(例如十個與三十個之間)電壓脈沖期間或之后，介電隔離器200應當不表現(xiàn)出無論內(nèi)部還是外部的電弧或火花，或者電壓/電流波形崩潰，其中，電壓脈沖處于(+/_)任意極性，并具有滿足根據(jù)SAEARP5412的電壓波形B的9000V峰值振幅。此測試按照ARP5416執(zhí)行，其中，一個測試探針位于一個配件(例如配件120a)的外側(cè)表面，另一個測試探針位于法蘭210。將會明了，雷閃沖擊性能要求可依賴于希望的應用而不同。
[0068]圖4示出了本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，其采用另一管道式配置介電隔離器400的形式。介電隔離器400包含介電管402，其互連例如燃料線路404的流體傳送線路的朝向的末端。在此實施例中，通過一對鍛接配件410，管402被連接到燃料線路404的朝向末端。各個配件410具有有著內(nèi)部螺紋413的第一末端，以及具有內(nèi)部鍛制凹線412的相反的末端。配件410被鍛接到燃料線路404的朝向末端，如所示出的那樣。內(nèi)部螺紋413被螺紋地容納在管402的外表面末端上形成的一組互補的外螺紋上。密封劑(未示出)覆蓋螺紋413，使得管402被密封到配件410。密封劑的一個實例可包括基于硅的密封劑。如所示出的那樣，管402的一個末端416鄰接燃料線路404的朝向末端，而管402的另一末端414鄰接燃料線路402的另一朝向末端。鍛接且螺紋的配件410消除了為將管402固定到線路中而對耦合器的需要，由此，減小了將介電隔離器400與燃料線路404管道式并入所用的材料和重量。
[0069]圖4的實施例還示出了防火絕緣包裹物，其覆蓋管402和配件422。防火絕緣覆蓋物包含裝在外殼422內(nèi)的防火材料420。一對金屬帶434可用于將絕緣帶的相反末端固定到燃料線路404。帶可通過折邊或其他已知的手段來固定。用于防火絕緣包裹物的可接受的材料的一個實例包括RCF Technologies制造的Rishoil?.
[0070]參照圖5和6，此實施例中的介電隔離器500包含隔離器500，其連結(jié)兩個分立的元件，即例如燃料線路550的流體承載元件以及外保護護罩/套管560。在燃料泄漏的情況下，某些燃料線路必須包裝或保護在外護罩中，在該情況下，漏出的流體在護罩與燃料線路之間的環(huán)狀間隙之中收集。漏出的液體在典型地位于燃料線路系統(tǒng)最低區(qū)域的容器或儲槽中收集。如所示出的那樣，護罩560為管狀元件，其被設(shè)計為傳送流體。因此，在需要耗散電能以防止靜電荷累積的方面，關(guān)于此護罩560存在同樣的擔心。相應地，隔離器500在此實施例中特別適用于同時隔離靜電荷，其可能在燃料線路500和護罩560 二者中存在。隔離器500是一體化地形成的單件式結(jié)構(gòu)，其能夠?qū)崿F(xiàn)這種雙方面的要求，并適應燃料線路和保護性外護罩的正常配置。因此，可實現(xiàn)雙方面的隔離而不進一步修改燃料系統(tǒng)，除了在選定的管道位置并入隔離器以外。
[0071]隔離器500包含:內(nèi)部管狀元件502，其互聯(lián)燃料線路550的朝向末端；外部環(huán)狀部分506，其互聯(lián)外部套管/護罩560的相反末端。周緣網(wǎng)504互聯(lián)內(nèi)部管狀元件502與外部環(huán)狀元件506。多個環(huán)向間隔開并且縱向延伸的開口 508伸過網(wǎng)504，使得在燃料線路550和護罩560之間的環(huán)狀間隙中收集的任何流體能被傳送到儲槽(未示出)。多個間隔器570用于在外部護罩560中穩(wěn)定燃料線路550。這些間隔器570也包含多個環(huán)向間隔開的間隙/開口 572，其允許在環(huán)狀間隙中積累的液體被傳送到儲槽。
[0072]在密封配置中，通過并入保持在內(nèi)配件510中的O形環(huán)，內(nèi)部管狀元件502附著到燃料線路550的朝向末端。例如通過鍛接，各個內(nèi)配件510在一端被固定到其相應的燃料線路512。配件510的相反末端各自包含沿周凹線512，其容納O形環(huán)514。管狀元件504的各個末端包含末端延伸516。內(nèi)部管狀元件502的末端延伸516構(gòu)成環(huán)狀空腔，其容納內(nèi)部保護邊緣518。內(nèi)部保護邊緣518用金屬材料制造。O形環(huán)514被捕獲在環(huán)狀空腔內(nèi)，并產(chǎn)生與保護性邊緣518的密封接觸。保護性邊緣518提供對于O形環(huán)的可靠的密封表面。如果與復合材料直接接觸的話，O形環(huán)的摩擦接觸可潛在地以防礙充分密封的方式使復合材料的表面變粗糙。因此，保護性邊緣518有助于隨時間保持可靠的密封表面。外部環(huán)狀元件506被連接且密封到外部護罩560，以與關(guān)于內(nèi)部管狀元件502和燃料線路550實現(xiàn)密封接合同樣的方式。具體而言，夕卜部配件530將外護罩560的朝向末端互聯(lián)到外部環(huán)狀兀件506。類似于內(nèi)部配件510，外部配件530在一端鍛接，并在相反端并入O形環(huán)。相應地，配件530被鍛接到護罩560的朝向末端，配件530各自包含沿周凹線532，其容納對應的外部O形環(huán)534。類似于內(nèi)部管狀元件502，外部環(huán)狀元件506包含末端延伸520，其位于元件506的相反末端。外部保護邊緣522被容納在由外部環(huán)狀元件506的末端延伸520形成的環(huán)狀空腔中。外部O形環(huán)534產(chǎn)生與保護性邊緣522的密封接合。
[0073]外部耦合器用于可移除地將隔離器500固定到護罩560。如圖所示，一對耦合器被提供，以組裝隔離器。各個耦合器包含鎖定螺母536和對應的鎖定環(huán)600。各個鎖定螺母536螺旋在其對應的螺紋末端延伸520上，鎖定環(huán)600被定位在鎖定螺母之間的空間中。鎖定環(huán)的位置上的外部環(huán)狀元件506包含一對環(huán)狀凸起606，其被容納在鎖定環(huán)的內(nèi)部環(huán)狀部分中。各個鎖定環(huán)600還容納對應的開口環(huán)602，其鄰接鄰近的凸起606。具體而言，各個開口環(huán)被容納在對應的鎖定環(huán)的內(nèi)部形成的環(huán)狀凹線中，開口環(huán)由此將鎖定環(huán)保持在適當?shù)奈恢?。為了在外部環(huán)狀元件506上對鎖定環(huán)600進行軸向偏移，鎖定環(huán)還容納環(huán)狀波簧604，其被容納在元件506的最外表面和鎖定環(huán)600的內(nèi)表面之間的間隙608中(見圖6)。圖6A、6B分別示出了鎖定環(huán)602和波簧604。波簧604橫切(transverse)間隙608，使得波簧同時接觸沿著凸起606的朝向表面以及鎖定環(huán)600的相反內(nèi)表面的點，由此沿著元件606對于軸向位移使鎖定環(huán)600偏移。耦合器各自還包含軸向定界位移環(huán)538，其用于防止對應的外部配件530的過度的軸向位移。在操作中，來自隔離器內(nèi)的流體的壓力將導致配件530的遠離隔離器的某些軸向位移。為了防止O形環(huán)對于其對應的保護性邊緣的密封接合的喪失，配件530的軸向位移必須被限制為由環(huán)538實現(xiàn)。如所示出的，環(huán)538各自被容納在在外部耦合器536的內(nèi)表面上形成的其對應的沿周凹線540中。
[0074]圖7示出了圖5和6的實施例的平面圖。如圖所示，鎖定螺母536被定位在外部環(huán)狀元件506的相反末端，一對鎖定環(huán)600被定位在鎖定螺母之間。鎖定環(huán)536和鎖定螺母600具有略大于護罩560的直徑，然而，隔離器500仍提供相對緊湊的管道式方案，其可容易地安裝在燃料系統(tǒng)中的大多數(shù)位置。此實施例的正鎖定特制件通過鎖定螺母與其對應的螺定環(huán)的有選擇的可釋放的接合來實現(xiàn)。如圖7所示，凸耳612在一個鎖定螺母上形成，互補的凹槽610在對應的鎖定環(huán)上形成。當鎖定螺母以預定的距離螺旋在元件506上時，凸耳612和凹槽610對準。圖7中的左鎖定環(huán)已經(jīng)向著右邊軸向位移，因此示出了對準的凸耳612和凹槽612之間的間隙。鎖定環(huán)以這種方式的位移允許左鎖定螺母536解旋，因此解鎖耦合布置的該側(cè)。如上面提到的，波簧604提供了偏移力，以便在鎖定螺母螺旋到用于對準凸耳/凹槽的位置時將鎖定螺母/鎖定環(huán)對保持接合。圖7還示出了右鎖定螺母/鎖定環(huán)對上的一個凸耳612和凹槽610。如果希望解鎖右側(cè)鎖定螺母/鎖定環(huán)對，右鎖定環(huán)可向左軸向位移，因此允許右鎖定螺母被解旋。將會明了，鎖定環(huán)或鎖定螺母中的任一個可以以互補的方式具有在其上形成的凸耳或凹槽。當螺母被鎖定到其對應的鎖定螺母時產(chǎn)生可聽的咔噠聲。如已經(jīng)提到的，也可在元件506上提供可視的指示，以便確定正鎖定布置，例如指示帶，如果可視的話，其可指示耦合器未鎖定。
[0075]參照下面的實例，將會更為容易地理解由此概括介紹的本發(fā)明，實例僅僅作為說明給出，不是為了進行限制。
[0076]SM
[0077]材料。CF為碳纖維的縮寫，MCF為磨碎碳纖維的縮寫，通過研磨CF而制備。下面的表中使用的CF為可從田納西州羅克伍德的Toho Tenax獲得的Tenax303。GF為玻璃纖維的縮寫，下面使用的GF為可從俄亥俄州托萊多的Owens Corning獲得的Vetrotex EClO0PEEK為聚醚醚酮的縮寫。下面的表格中使用的PEEK為可從賓夕法尼亞州西康舍霍肯的Victrex USA獲得的Victrex 150P。CNT為碳納米管的縮寫。下面的表格中使用的CNT為可從 Nanocyl, Inc 獲得的 Nanocyl7000。
[0078]下面的各個實例為確定配合物的個體組分的影響的階段性研究。通過在雙螺桿擠出機中將PEEK與CNT復合以形成PEEK中1wt %的CNT的母料(MB CNT)，制備擠出的配合物。于是，母料進一步在單螺桿擠出機中與附加的PEEK、CF以及GF復合。在擠出和冷卻后，復合的材料被切割為適當?shù)某叽纭?br> [0079]比較性實例1:MCF和GF常數(shù)
[0080]

#π°η |ρεεκ(% ) Imb cnt(% ) |mcf(% ) |gf(% )~
1432Γ01225
2382751225
333Γ01225
428Γδ1225
523Γ01225
618Tl1225
[0081]比較性實例2:CNT與GF常數(shù)
[0082]

#π°η |ρεεκ(% ) Imb cnt(% ) |mcf(% ) |gf(% )~
76051025
8625825
9 [64?δ?θ[25
10~665425
[0083]實例1:GF常數(shù)
[0084]

樣品 |ρεεκ(%) Imb cnt(% ) Imcf(% ) |gf(% )~
Tl~675325
12~685225
13~ 65.5375625
14~ 67.5375425
15~ 68.5375325
16~ 69.5375225
[0085]實例2:GF、MCF 和 PEEK 常數(shù)
[0086]

樣品 |peek(%) Imb cnt(% ) Imcf(% ) |gf(% )~
26~67.33?7425
27~ 67.5375425
28~67.73?3425
29~ 67.9~425
30~687?279425
31 ~68.32?7425
[0087]
[0088]實例3:體電阻率
[0089]樣 500VDC下的體 I個周期后1000VDC下I個周期后5000VDC下
Mt 電阻率《fl-cm》的體電扉專I錄體電_■率(Ω-ein)
111.923Ε+065.123Ε-Η)7TC
12NR/11.775Ε補6丨 TC
_13_ NR/1_NWI_[ 5.00Ε+08_
14NR/INR/I7.58Ε+08
15NR/INWl[ NR/I
16NR/INR/Ij WR/I
26 2.79E+0S1.76E+9S[ 2J2E+04
27_1.69E+06_8.98E+05_ 1.07E+05_
28 7J1E+085 Jl E十_2.73E+07
mmm---| mmm
^iJiWmmmt響..[ mmmmm
7,^
飛 ■麵麵麵IMiiMMi『 mmtmmm
[0090]TC =導電性太強，不能測量
[0091]NR/I =無讀數(shù)，因為材料絕緣性太強，不能確定
[0092]在上面的實例中，發(fā)現(xiàn)比較性實例I和2對于高沖擊電壓應用中的應用導電性過強。如所提出的，希望在施加例如5000VDC的電壓時，通常為絕緣性的配合物將表現(xiàn)出從大約103Q-cm到1uiQ-Cm的體積電阻率，于是，其為耗散材料或屏蔽材料。其他的實例示出了滿足希望的特性的配合物的至少某些廣度。由所介紹的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會想到其他的配合物。
[0093]一個示例性配合物包含熱塑性有機聚合物、多個碳納米管以及多個碳纖維，其中，配合物在5000VDC下表現(xiàn)出從大約13 Ω -cm到101° Ω -cm的體積電阻率，熱塑性有機聚合物包含大約 60wt% 到 75wt% 的 4_ (4_ (4-oxyphenoxy)-phenoxy)-benzoyl 聚醚醚酮。在這種配合物中，可能存在從大約60wt%到75wt%的熱塑性有機聚合物，可能存在從大約0.2到
0.5wt%的碳納米管,可能存在從大約15到40wt%的玻璃纖維,可能存在從大約2到7wt%的碳纖維。配合物可在5000VDC下表現(xiàn)出大約16 Ω -cm到101° Ω -cm的體積電阻率。在這種材料中，配合物可在100VDC下表現(xiàn)出至少大約106Q-cm的體積電阻率。在其他的實施例中，管配合物可在100VDC下表現(xiàn)出至少大約108Q-cm的體積電阻率，或者，作為替代地，在100VDC下表現(xiàn)出至少大約109Q-cm的體積電阻率。
[0094]實例4:介電隔離器的電阻
[0095]在一個特定的航空器燃料系統(tǒng)應用中，當500VDC或更大的施加電位下從端到端測量時，要求介電隔離器表現(xiàn)出從大約105ω到ιο8ω的電阻。為了滿足這些要求，管道型介電隔離器一類似于上面介紹以及圖1A與IB中示出的一由包含67.5wt%的PEEK>0.35wt%的碳納米管、4wt%的碳纖維和25wt %的玻璃纖維的材料注塑而成。介電隔離器被模塑為具有三種不同標稱直徑的圓柱形管:0.75英寸，2英寸，4英寸。滿足SAEAS5836-1-XX(撓性)和SAE AS1656-1-XX (剛性)并用按照MIL-C-5541的化學轉(zhuǎn)化鍍層精加工的鋁套環(huán)經(jīng)由短ACME螺紋附著到管的末端。各個介電隔離器的總長度從一個套環(huán)的末端到另一個套環(huán)的末端為5.4英寸。
[0096]在一個測試探針位于一個套環(huán)的外側(cè)表面、另一個測試探針位于另一個套環(huán)的情況下，通過在500VDC或更大(高達6000VDC)的施加電位下從端到端測量介電隔離器的電阻，對各個介電隔離器測試介電性能(雷閃前測試)。如圖8所示，測試結(jié)果顯示，非常高百分比的介電隔離器滿足從大約105Ω IlJlO8Q的電阻要求。然而，如圖9的圖表的過程變異性帶寬(process variability bandwidth)所示,對于0.5英寸直徑的隔離器以及4英寸直徑的隔離器，不存在完全的覆蓋(full coverage) 0為了滿足整個尺寸矩陣上的電阻要求，已經(jīng)建議，提供兩種輕微不同的管配合物，一種管配合物具有略高的碳纖維含量(例如
4.2wt% )，另一種管配合物具有略低的碳纖維含量(例如3.Swt % )。一般而言，通過增大配合物中的碳纖維含量，隔離器的電阻減小。
[0097]在完成上述介電隔離器電阻測量之后，于是將隔離器暴露于仿真雷閃事件，仿真雷閃事件由十二個電壓脈沖構(gòu)成，每種極性六個(正與負)，具有9000V的峰值振幅，其滿足根據(jù)SAE ARP5412的電壓波形B。測試按照SAE ARP5416進行，一個測試探針放在一個套環(huán)的外側(cè)表面，另一個測試探針放在另一個套環(huán)上。為了通過測試，在暴露于十二個電壓脈沖期間或之后，各個隔離器不應表現(xiàn)出無論是內(nèi)部還是外部的電弧或火花，或是電壓/電流波形崩潰。在測試結(jié)束時，通過仿真雷閃沖擊測試的所有隔離器沒有一個表現(xiàn)出電弧、火花或波形崩潰。
[0098]于是，在一個測試探針放在一個套環(huán)的外側(cè)表面、另一個測試探針放在另一個套環(huán)上的情況下，通過在500VDC或更大(高達6000VDC)的施加電位下從末端到末端測量介電隔離器的電阻，針對介電性能再度測試各個介電隔離器(雷閃后測試)，以便確定各個隔離器的電阻仍然在大約105Ω和108Ω之間。如圖9所示，測試結(jié)果顯示，在仿真雷閃沖擊測試之后，大的百分比的介電隔離器滿足大約105Ω和108Ω之間的電阻要求。
[0099]盡管已經(jīng)圖示和介紹了幾個非限制性實例，應當明了，在不脫離所附權(quán)利要求以其更為寬廣的實施形態(tài)限定的本發(fā)明的情況下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可做出改變和修改。
[0100]將會明了，上面介紹的介電隔離器100、200特別適用于航空器燃料系統(tǒng)，因為它們允許足夠的電流流過其中，以防止由于經(jīng)過或在燃料線路外表面周圍的流體流動引起的靜電荷累積，又將與雷閃沖擊期間經(jīng)過其間的電壓相關(guān)聯(lián)的間接電流的流動限制到對于航空器燃料系統(tǒng)相對較低和安全的電流等級。它們具有電氣魯棒性，因為重復的雷閃事件不應實質(zhì)上影響其電阻。另外，由于管配合物的實質(zhì)性部分包含PEEK，介電隔離器100、200重量輕，并具有高的機械強度。另外，由于介電隔離器100、200是注塑而成的，可獲得一個或多于一個的以下優(yōu)點:快速的加工周期時間，廉價的加工成本，最小的孔隙度問題(porosity issue),減少的廢料。
[0101]將會明了，上面介紹的介電隔離器100、200不僅可用在航空器燃料系統(tǒng)中，還可用在許多其他應用中，包括但不限于石油及其他流體分配應用。
[0102]出于公開的目的，除非另有規(guī)定，“一”或“一個”意味著“一個或多于一個”。就說明書或權(quán)利要求書中用的用語“包括”或“包含”而言，其旨在表示包括性，以類似于用語“具有”的方式，如同該用語在用作權(quán)利要求中的過渡詞時所解釋的那樣。另外，就所使用的用語“或”而言(例如A或B),其旨在表示“A或B或二者”。當 申請人:想要表示“僅僅A或者B而不是二者”時，則將使用用語“僅僅A或者B而不是二者”。因此，用語“或”在這里的使用是包括性的而不是排除性的。見Bryan A.Garber, A Dict1nary of Modern LegalUsage624(2d, Ed.1995)。另外，就說明書或權(quán)利要求書中使用的用語“……中”而言，旨在附帶地表示“……上”。另外，就說明書或權(quán)利要求書中使用的用語“連接”而言，旨在不僅表示“直接連接到”，還表示“間接連接到”，例如通過另一部件或多個部件連接。
[0103]這里所用的“大約”將由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員領(lǐng)會，并在某種程度上取決于其所用的上下文而變化。在給出使用的上下文的情況下，如果存在該用語對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員不清楚的用法，“大約”將意味著該特定項加或減10%。從大約X到y(tǒng)旨在表示從大約X到大約y，其中，X和y為特定值。
[0104]盡管本申請示出了多個實施例，并且盡管已經(jīng)在某些細節(jié)上介紹了這些實施例， 申請人:并非旨在將本發(fā)明的范圍限制或以任何方式局限到這些細節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會容易地想到其他的優(yōu)點和修改。因此，本發(fā)明在其更為寬廣的實施形態(tài)上不限于特定的細節(jié)和所示出以及介紹的實例。因此，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可作出對這些細節(jié)的修改。另外，前面的實施例是說明性的，沒有單個特征或元素對于此申請或后續(xù)申請的所有可能的組合是實質(zhì)性的。
【權(quán)利要求】
1.一種流體承載元件，其用作介電隔離器且特別適用于以管道式配置互聯(lián)流體承載元件的相反末端，流體承載元件包含: 管，其由包含PEEK和碳納米管的配合物構(gòu)成， 一對附著到管的相反末端的配件，各個配件包含螺紋部分，其被螺旋到在管的對應末端上形成的外部螺紋上，各個配件還包含鍛接部分，其被鍛接到流體承載元件的朝向的末端上，且 其中，管配合物在5000VDC的施加電位下表現(xiàn)出從大約103Q-cm到1uiQ-Cm的體積電阻率。
2.權(quán)利要求1的流體承載元件(100)，其中，管配合物包含從大約5(^丨％到98￥丨％的PEEK。
3.權(quán)利要求1的流體承載元件(100)，其中，管配合物包含從大約0.05被％到2.0wt %的碳納米管。
4.權(quán)利要求1的流體承載元件(100)，其中，管配合物還包含磨碎碳纖維。
5.權(quán)利要求4的流體承載元件(100),其中，管配合物包含從大約1￥1:%到10wt%的磨碎碳纖維。
6.權(quán)利要求4的流體承載元件(100)，其中，管配合物還包含玻璃纖維。
7.權(quán)利要求6的流體承載元件(100)，其中，管配合物包含從大約5被％到60wt%的玻璃纖維。
8.權(quán)利要求6的流體承載元件(100)，其中，管配合物包含從大約60到75被％的PEEK，從大約0.2到0.4wt%的碳納米管,從大約2到7wt%的碳纖維,從大約15到40wt%的玻璃纖維。
9.權(quán)利要求1的流體承載元件(100)，其中，管配合物在大于5000VDC的施加電位下表現(xiàn)出不大于50%的因子的五沖擊體積電阻率劣化。
10.一種介電隔離器(100)，其特別適用于以管道式配置互聯(lián)流體承載元件的相反的末端，包含: 管，其用包含熱塑性有機聚合物和碳納米管的配合物構(gòu)成；以及一對配件，其附著到管的相反的末端，各個配件包含螺紋部分，其被螺旋到在管的對應末端上形成的外部螺紋上，各個配件還包含鍛接部分，其被鍛接到流體承載元件的朝向的末端上，且 其中，當從一個配件到另一個配件測量時，在大于500VDC的施加電位下，介電隔離器表現(xiàn)出大約15 Ω到18 Ω的電阻。
11.權(quán)利要求10的介電隔離器，其中，熱塑性有機聚合物包含PEEK。
12.權(quán)利要求11的介電隔離器，其中，管配合物包含從大約50被％到98被％的PEEK。
13.權(quán)利要求10的介電隔離器，其中，管配合物包含從大約0.05￥丨％到2.0wt %的碳納米管。
14.權(quán)利要求11的介電隔離器，其中，管配合物還包含磨碎碳纖維。
15.權(quán)利要求14的介電隔離器，其中，管配合物包含從大約Iwt%到1wt %的磨碎碳纖維。
16.權(quán)利要求14的介電隔離器，其中，管配合物還包含玻璃纖維。
17.權(quán)利要求16的介電隔離器，其中，管配合物包含從大約5￥丨％到6(^丨％的玻璃纖維。
18.權(quán)利要求16的介電隔離器，其中，管配合物包含從大約60到75被％的PEEK，從大約0.2到0.4wt%的碳納米管,從大約2到7wt%的碳纖維,從大約15到40wt%的玻璃纖維。
19.權(quán)利要求10的介電隔離器，其還包含在末端配件之間附著到管并被配置為附著到艙壁的法蘭。
20.權(quán)利要求19的介電隔離器，其中，法蘭用鋁構(gòu)成，并經(jīng)由短ACME螺紋附著到管。
21.權(quán)利要求10的介電隔離器，其中，介電隔離器能夠在暴露于十二個電壓脈沖期間以及之后不表現(xiàn)出無論是內(nèi)部還是外部的電弧或火花或是波形崩潰，其中，電壓脈沖每種極性(正和負)六個，并具有滿足根據(jù)SAE ARP5412的電壓波形B的9000V的峰值振幅。
【文檔編號】B64D45/02GK104192312SQ201410348029
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2009年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2008年7月2日
【發(fā)明者】C·P·布雷, S·D·普凡嫩施蒂爾, S·C·馬修斯, E·W·S·布賴恩特 申請人:伊頓公司