Estructura de material compuesto con un recubrimiento inorgánico adherido a la misma y método para preparar la misma.

estructura de material compuesto que comprende:

un sustrato de base epoxídica;

una capa de recubrimiento inorgánico dispuesta sobre una superficie del sustrato y un agente activador de la adhesión que adhiere la capa de recubrimiento inorgánico al sustrato de base epoxídica

, teniendo el agente activador de la adhesión la siguiente fórmula:**Fórmula**

en la que X es un grupo alcoxi que tiene de 1 a 3 átomos de carbono y n es un número de 1 a 5.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E12174496.

Solicitante: THE BOEING COMPANY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 100 NORTH RIVERSIDE PLAZA CHICAGO, IL 60606-2016 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: CORDARO,JAMES FRANK.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > COMPOSICIONES DE COMPUESTOS MACROMOLECULARES (composiciones... > C08L63/00 (Composiciones de resinas epoxi; Composiciones de los derivados de resinas epoxi)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > PRODUCCION; PROCESOS GENERALES PARA FORMAR MEZCLAS;... > Fabricación de artículos o modelado de materiales... > C08J5/24 (Impregnación de materiales con prepolímeros que pueden ser polimerizados in situ , p. ej. fabricación de productos preimpregnados)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COLORANTES; PINTURAS; PULIMENTOS; RESINAS NATURALES;... > COMPOSICIONES DE REVESTIMIENTO, p. ej. PINTURAS,... > C09D1/00 (Composiciones de revestimiento, p. ej. pinturas, barnices o lacas, a base de sustancias inorgánicas (C04B tiene prioridad; vidriados o esmaltes vítreos C03C))
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > UTILIZACION DE SUSTANCIAS INORGANICAS U ORGANICAS... > Utilización de ingredientes orgánicos > C08K5/544 (conteniendo nitrógeno)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PULVERIZACION O ATOMIZACION EN GENERAL; APLICACION... > PROCEDIMIENTOS PARA APLICAR LIQUIDOS U OTRAS MATERIAS... > Tratamiento previo de superficies sobre las que los... > B05D3/04 (por exposición a gases)

PDF original: ES-2457499_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Estructura de material compuesto con un recubrimiento inorgánico adherido a la misma y método para preparar la misma CAMPO La presente descripción se refiere en general a estructuras de material compuesto que tienen recubrimientos inorgánicos de control térmico y en particular a métodos para preparar estructuras de material compuesto con un recubrimiento térmico inorgánico.

ANTECEDENTES En estos últimos años, ha habido un creciente deseo de usar materiales compuestos en diversas estructuras. Estos materiales compuestos son en general de peso ligero y, por lo tanto, proporcionan una oportunidad para diseñar estructuras más ligeras que pueden ser útiles en vehículos con un mayor alcance, eficacia del combustible mejorada o una mayor carga útil, dependiendo del criterio de diseño.

Los materiales compuestos incluyen en general carga de refuerzo encapsulada en una resina. El material de carga puede ser fibras, materiales en forma de partículas, telas de tejido o puede estar presente en cualquier otra conformación y forma apropiada. El material de carga puede variar y puede incluir por ejemplo fibra de carbono, grafito, fibra de vidrio y otros materiales apropiados. Las resinas pueden incluir, por ejemplo, la familia de resinas termoplásticas o termoestables tales como resinas epoxídicas, fenólicas y otras resinas de ingeniería adecuadas.

Dichos materiales compuestos pueden tener, en general, capacidades limitadas para controlar la exposición térmica. Por ejemplo, una nave espacial, tal como satélites y nave de espacio profundo, se exponen a una amplia variedad de condiciones térmicas durante el servicio. Un lado frente al sol se calienta por absorción de radiación solar directa, mientras un lado frente al vacío del espacio se enfría por emisión de radiación térmica. Si la temperatura de la estructura o carga útil llega a estar demasiado caliente o demasiado fría, puede tener lugar deformación estructural dando como resultado una capacidad reducida del sistema. Además, las cargas útiles tales como sistemas electrónicos, baterías y otros sistemas críticos pueden experimentar menor eficacia, no funcionamiento, duraciones de la vida más cortas o fallos. El control térmico de la nave espacial es, por lo tanto, importante. Se han desarrollado diversas técnicas para reducir las variaciones de temperatura en elementos estructurales externos tales como antenas y botalones y para mantener el interior de la nave espacial a una temperatura adecuada para equipo sensible, cargas útiles y ocupación por seres humanos.

En una propuesta de control térmico, la superficie externa de la nave espacial se cubre con un material de recubrimiento térmico inorgánico. El recubrimiento está diseñado para absorber muy poca radiación solar, sin embargo irradia de manera eficaz energía térmica en el espectro infrarrojo, predisponiendo así la temperatura total de la estructura del satélite sobre el que se dispone a temperaturas más frías. El recubrimiento es sustancialmente estable a la radiación y entorno gaseoso de baja presión encontrado en el espacio sin perder sus propiedades térmicas por decoloración, oscurecimiento o degradación de otro modo con el tiempo en el duro entorno de la órbita terrestre baja a alta. Para algunas aplicaciones, el recubrimiento también debe ser suficientemente conductor de manera eléctrica para disipar la carga electrostática sobre la superficie de la nave espacial.

En general, los materiales de recubrimiento inorgánicos presentan deficiente adhesión a materiales compuestos y se han limitado, por lo tanto, a ser aplicados a sustratos de aluminio. De acuerdo con esto, existe una necesidad de desarrollar materiales compuestos mejorados y métodos para preparar los mismos en que el material compuesto presente un recubrimiento inorgánico adherido a un sustrato termoplástico o termoestable.

BREVE SUMARIO La presente descripción se refiere a una estructura de material compuesto y método asociado para preparar un sustrato de material compuesto que pueda aplicarse a uno o más de los problemas mencionados. Según un aspecto de la presente invención se proporciona, una estructura de material compuesto que comprende un recubrimiento inorgánico que se adhiere a un sustrato con base epoxídica mediante un agente activador de la adhesión que comprende una molécula con un resto urea en un extremo de la molécula y un resto alcoxisilano en el otro extremo de la molécula. El uso de agente activador de la adhesión con un resto urea y un resto alcoxisilano activa la adhesión firme del recubrimiento inorgánico al sustrato.

Ventajosamente, el agente activador de la adhesión puede tener la siguiente estructura como se muestra en la fórmula (I) a continuación: en la que X es un grupo alcoxi que tiene de 1 a 3 átomos de carbono y n es un número de 1 a 5.

En algunos ejemplos, el agente activador de la adhesión presenta una estructura seleccionada de las fórmulas (II) (1-[3- (trimetoxisilil) propil]urea) y (III) (1-[3- (trietoxisilil) propil]urea) a continuación:

Además, el agente activador de la adhesión puede estar presente como en las fórmulas (II) y (III) , anteriormente, o cualquier combinación en la que X sea un metoxi o etoxi. Por ejemplo, en algunos ejemplos, el agente activador de la adhesión puede comprender una molécula "mixta" que tenga restos tanto metoxi como etoxi.

Ventajosamente, la capa de recubrimiento inorgánico puede comprender una resina a base de silicato de potasio.

Ventajosamente, el sustrato puede comprender fibras de vidrio impregnadas con una resina de base epoxídica. Alternativamente, el sustrato puede comprender fibras de carbono impregnadas con una resina de base epoxídica.

Alternativamente, el sustrato puede comprender una matriz de base epoxídica. Alternativamente, el sustrato de base epoxídica puede comprender un material no de base epoxídica que esté recubierto con un material de base epoxídica. La capa de recubrimiento inorgánico comprende un material básico con un pH mayor que 7.

Según un aspecto más de la presente invención se proporciona, un método para preparar una estructura de material

compuesto que comprende: aplicar una disolución que contiene un agente activador de la adhesión a una superficie sobre un sustrato de base epoxídica, donde el agente activador de la adhesión puede presentar la siguiente fórmula:

en la que X es un grupo alcoxi que tiene de 1 a 3 átomos de carbono y n es un número de 1 a 5; secar la disolución para formar una capa que contenga el agente activador de la adhesión; aplicar un recubrimiento inorgánico sobre la capa del agente activador de la adhesión y curar el recubrimiento inorgánico para proporcionar un sustrato de material compuesto en que la capa de recubrimiento inorgánico se adhiera de manera firme al sustrato.

Ventajosamente, la disolución que contiene el agente activador de la adhesión comprende alcohol isopropílico.

Ventajosamente, el agente activador de la adhesión comprende una molécula que tiene la siguiente fórmula:

Ventajosamente, la etapa de humidificación de la superficie del sustrato de base epoxídica previamente a la etapa 5 de aplicar el agente activador de la adhesión.

Ventajosamente, la etapa de aplicar un recubrimiento inorgánico sobre la capa del agente activador de la adhesión comprende aplicar una primera capa de recubrimiento inorgánico como un revestimiento nebulizado. Preferiblemente, la etapa de aplicar una segunda capa de recubrimiento inorgánico, en la que la segunda capa del

recubrimiento inorgánico se aplica después de al menos 5 minutos después de la aplicación de la primera capa del recubrimiento inorgánico.

Ventajosamente, el recubrimiento inorgánico... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Una estructura de material compuesto que comprende:

un sustrato de base epoxídica; una capa de recubrimiento inorgánico dispuesta sobre una superficie del sustrato y un agente activador de la adhesión que adhiere la capa de recubrimiento inorgánico al sustrato de base epoxídica, teniendo el agente activador de la adhesión la siguiente fórmula:

en la que X es un grupo alcoxi que tiene de 1 a 3 átomos de carbono y n es un número de 1 a 5.

2. La estructura de material compuesto según la reivindicación 1, en la que el agente activador de la adhesión 15 comprende una molécula que tiene la siguiente fórmula:

3. La estructura de material compuesto según la reivindicación 1 ó 2, en la que la capa de recubrimiento inorgánico 20 comprende una resina a base de silicato de potasio.

4. La estructura de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en la que el sustrato comprende fibras de vidrio impregnadas con una resina de base epoxídica.

5. La estructura de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en la que el sustrato comprende fibras de carbono impregnadas con una resina de base epoxídica.

6. La estructura de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en la que el sustrato comprende una matriz de base epoxídica. 30

7. La estructura de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en la que el sustrato de base epoxídica comprende un material no de base epoxídica que está recubierto con un material de base epoxídica.

8. La estructura de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en la que la capa de 35 recubrimiento inorgánico comprende un material básico con un pH mayor que 7.

9. Un método para preparar una estructura de material compuesto que comprende aplicar una disolución que contiene un agente activador de la adhesión a una superficie sobre un sustrato de base epoxídica, teniendo el agente activador de la adhesión la siguiente fórmula:

en la que X es un grupo alcoxi que tiene de 1 a 3 átomos de carbono y n es un número de 1 a 5; secar la disolución para formar una capa que contiene el agente activador de la adhesión;

aplicar un recubrimiento inorgánico sobre la capa del agente activador de la adhesión y curar el recubrimiento inorgánico para proporcionar un sustrato de material compuesto en que la capa de recubrimiento inorgánico se adhiere de manera firme al sustrato.

10. El método según la reivindicación 9, en el que la disolución que contiene el agente activador de la adhesión comprende alcohol isopropílico.

11. El método según la reivindicación 9 ó 10, en el que el agente activador de la adhesión comprende una molécula con la siguiente fórmula: 10

12. El método según la reivindicación 9, que comprende además la etapa de humidificar la superficie del sustrato de base epoxídica previamente a la etapa de aplicar el agente activador de la adhesión. 15

13. El método según la reivindicación 9, en el que la etapa de aplicar un recubrimiento inorgánico sobre la capa del agente activador de la adhesión comprende aplicar una primera capa de recubrimiento inorgánico como un revestimiento nebulizado.

14. El método según la reivindicación 13, que comprende además la etapa de aplicar una segunda capa de recubrimiento inorgánico, en el que la segunda capa del recubrimiento inorgánico se aplica después de al menos 5 minutos después de la aplicación de la primera capa del recubrimiento inorgánico.

15. El método según la reivindicación 9, en el que el recubrimiento inorgánico presenta un pH mayor que 7. 25

16. El método según la reivindicación 9, en el que el agente activador de la adhesión se aplica al sustrato frotando el agente activador de la adhesión sobre la superficie del sustrato.

17. El método según cualquiera de las reivindicaciones 9-16, en el que el recubrimiento inorgánico comprende una 30 resina a base de silicato de potasio.