Materiales compuestos ignífugos.

Un preimpregnado para la fabricación de un material compuesto reforzado por fibras

, comprendiendo el preimpregnado:

i. una matriz de resina epoxi que comprende:

a. al menos una resina no halogenada que contiene epóxido que se ha modificado químicamente con al menos una molécula que contiene un nitrógeno -y/o fósforo- que se ha hecho reaccionar químicamente con la molécula que contiene epóxido;

b. al menos un aditivo de tenacidad que comprende un material elastomérico o termoplástico que se hace reaccionar químicamente con al menos una resina que contiene epóxido;

c. al menos una carga mineral para proporcionar capacidad ignífuga; y

d. al menos un catalizador para curar la resina que contiene epóxido; y

ii. un refuerzo fibroso impregnado al menos parcialmente por la matriz de resina epoxi

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/061383.

Solicitante: GURIT LTD.

Nacionalidad solicitante: Reino Unido.

Dirección: St Cross Business Park NewportIsle of Wight PO30 5WU REINO UNIDO.

Inventor/es: SPENCER,PAUL JOHN, CREASER,BENJAMIN EDWARD.

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)

PDF original: ES-2483118_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Materiales compuestos ignífugos

La presente invención se refiere a materiales compuestos reforzados por fibras ignifugas y a preimpregnados para los mismos.

Es bien sabido el uso de materiales compuestos resinosos reforzados con fibras para la fabricación de componentes estructurales en una diversidad de sectores industriales. Para algunas aplicaciones, los materiales compuestos resinosos reforzados con fibras se elaboran a partir de lo que se conoce en la técnica como preimpregnados - un preimpregnado comprende material fibroso preimpregnado con una resina y la cantidad de resina se combina con la cantidad de fibra de tal forma que después de que se han preparado en un molde preimpregnados plurales y la resina se ha curado, opcionalmente con una impregnación total preliminar del material fibroso por la resina si el preimpregnado estuvo inicialmente no totalmente impregnado, se forma un moldeo de material compuesto reforzado por fibras unitario con la proporción correcta de fibra a resina, de tal forma que el material tiene las propiedades materiales requeridas.

Cuando un material compuesto se usa para construcción de paneles interiores para aplicaciones de transporte de masas, tales como industria aeroespacial, trenes, transbordadores, etc., en particular para los interiores de tales vehículos, es necesariauna especificación sobre fuego, humo y toxicidad. Históricamente, materiales compuestos tales como productos fenólicos, ésterde cianato, compuesto de moldeo en láminas (SMC), éster vinílico modificado y epóxidos halogenados se han usado para estas aplicaciones. Hay desventajas significativas como se muestra en la tabla dada a continuación:

Tabla 1 - Tabla de comparación de materiales conocidos

Familia

Capacidad

Ignífuga

Densidad del humo

Toxicidad del humo

Propiedades

mecánicas

Facilidad de procesamiento

Salud y Seguridad

Coste

Compuesto de moldeado en láminas

(SMC)

Mala

Mala

Mala

Mala

Buena

TBC

Bajo

Éster vinílico modificado

Mala

Mala

Mala

Mala

Mala

Mala

Bajo

Epóxidos

halogenados

Buena

Mala

Mala

Excelente

Excelente

Mala

Medio

Resoles fenólicos

Excelente

Excelente

Excelente

Mala

Mala

Mala

Bajo/medio

Esteres de cianato

Buena

Buena

Excelente

Buena

Buena

Buena

Caro

Preimpregnados que emplean una resina basada en productos fenólicos se han usado históricamente para paneles interiores en industria aeroespacial y en aplicaciones de tránsito de masas durante muchas décadas. Aunque tales resinas fenólicas ofrecen propiedades relacionadas con fuego, humo y toxicidad ("FST") excelentes, hay un deseo industrial para buscar materiales resinosos de reemplazo para tales preimpregnados que ofrezcan actuación sobre salud y seguridad mejorada con respecto a y procesamiento de coste más bajo que, las resinas fenólicas.

Las resinas fenólicas para usar en tales preimpregnados se curan usando una condensación de reacción que libera productos volátiles y agua durante el curado. Esto requiere el uso de curado por prensado con una presión impuesta con el fin de conferir presiones altas (6 bar) para reducir la expansión de grandes vacíos en el laminado durante el curado de la resina. Tales vacíos disminuirían de otro modo las propiedades mecánicas del laminado. Este curado por prensado incrementa el coste del procedimiento. En segundo lugar, la liberación de productos volátiles crea acabados de superficie malos que requieren rellenado y recubrimiento significativos de los componentes curados a un coste adicional sustancial. La liberación de los componentes volátiles y de los disolventes, también da como resultado la necesidad de tomar precauciones de seguridad y salud específicas cuando se usan tales resinas fenólicas.

Las torres de perforación de plataformas petrolíferas y de gas tienen requerimientos de instalación de paneles de protección de explosión ligeros. Estos son típicamente paneles en sándwich de compuestos. Preimpregnados fenólicos conocidos se usan a menudo en estas aplicaciones. Sin embargo; están limitados en su aplicación en estructuras primarias debido a sus propiedades de tenacidad y resistencia relativas malas.

El uso de materiales compuestos en construcción civil ofrece gran libertad según las estructuras que pueden

construirse. Formas más complejas, más grandes que no son posibles con materiales de construcción tradicionales se forman fácilmente con materiales compuestos. Debido a propiedades de fuego, humo y toxicidad relativas malas comparadas con las de materiales tales como hormigón y acero, el uso de materiales compuestos en estas aplicaciones está limitado. Se pueden usar paneles de compuestos fenóllcos; sin embargo, sufren de propiedades mecánicas malas que limitan su uso en estructuras primarias.

Resinas epoxídicas curadas por adición se conocen bien en la Industria de los materiales compuestos por ofrecer propiedades mecánicas excelentes y propiedades de salud y seguridad buenas. Son, sin embargo, materiales Intrínsecamente inflamables y cuando se usan sin modificarse, no son adecuados para aplicaciones donde se requieren propiedades relacionadas con el fuego, el humo y la toxicidad. Esto ha mermado su uso en la industria aeroespacial, en particular para componentes de interior.

Los epóxldos se han modificado comúnmente con halógenos (tales como bromo y cloro) con el fin de conferir propiedades Ignífugas a la matriz curada. Las dos desventajas principales para esta aproximación son la alta toxicidad del humo durante la combustión y las características de seguridad y salud malas asociadas con el material tanto en el estado no curado como en el estado curado.

Los Inventores presentes han abordado estos problemas de materiales compuestos conocidos y se han fijado como objetivo proporcionar materiales compuestos reforzados por fibras Ignífugos y prelmpregnados para ello,que puedan presentar propiedades ignífugas buenas en combinación con buenas propiedades mecánicas y en conjunción con procesabilidad buena, con respecto a coste y a consideraciones de salud y seguridad.

La presente invención de acuerdo con ello proporciona un prelmpregnado para la fabricación de un material compuesto reforzado por fibras, comprendiendo el preimpregnado:

i. una matriz de resinas epoxi, que comprende:

a. al menos una resina no halogenada que contiene epóxldo que se ha modificado químicamente con al menos una molécula que contiene un nitrógeno -y/o fósforo- que se ha hecho reaccionar químicamente con la molécula que contiene epóxido;

b. al menos un aditivo de tenacidad que comprende un material elastomérlco o termoplástico que se hace reaccionar químicamente con al menos una resina que contiene epóxldo;

c. al menos una carga mineral para proporcionar capacidad ignífuga; y

d. al menos un catalizador para curar la... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un preimpregnado para la fabricación de un material compuesto reforzado por fibras, comprendiendo el preimpregnado:

i. una matriz de resina epoxi que comprende:

a. al menos una resina no halogenada que contiene epóxido que se ha modificado químicamente con al menos una molécula que contiene un nitrógeno -y/o fósforo- que se ha hecho reaccionar químicamente con la molécula que contiene epóxido;

b. al menos un aditivo de tenacidad que comprende un material elastomérico o termoplástico que se hace reaccionar químicamente con al menos una resina que contiene epóxido;

c. al menos una carga mineral para proporcionar capacidad ignífuga; y

d. al menos un catalizador para curar la resina que contiene epóxido; y

ii. un refuerzo fibroso impregnado al menos parcialmente por la matriz de resina epoxi.

2. Un preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 1 en el que el al menos un aditivo de tenacidad comprende la combinación del material elastómero hecho reaccionar químicamente con la al menos una resina que contiene epóxido y el material termoplástico hecho reaccionar químicamente con la al menos una resina que contiene epóxido.

3. Un preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la molécula que contiene epóxido se ha hecho reaccionar químicamente con un derivado de ácido fosfínico, opcionalmente en el que el derivado de ácido fosfínico comprende dihidro-oxa-fosfa-fenantreno-óxido (DOPO).

4. Un preimpregnado de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que la resina que contiene epóxido comprende del 2 al 1 % en peso de fósforo añadido, en base al peso de la resina que contiene epóxido que contiene fósforo.

5. Un preimpregnado de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que la resina que contiene epóxido que comprende fósforo, comprende del 24 al 44 % en peso, en base al peso de la matriz de resina.

6. Un preimpregnado de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que el al menos un aditivo de tenacidad comprende del 3 al 3 % en peso en base al peso de la matriz de resina.

7. Un preimpregnado de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que el al menos un aditivo de tenacidad comprende, como el material elastomérico, un caucho con terminación difuncional hecho reaccionar con los grupos epóxido de la al menos una resina que contiene epóxido, opcionalmente (a) en el que el caucho con terminación difuncional comprende del 1 al 15 % en peso, en base al peso de la matriz de resina, y/o (b) en el que el caucho con terminación difuncional es un caucho con terminación carboxilo, preferentemente un caucho de acrilonitrilo butadieno con terminación carboxilo.

8. Un preimpregnado de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que el al menos un aditivo de tenacidad comprende, como el material termoplástico, un éter polihidroxílico hecho reaccionar con los grupos epóxido de la al menos una resina que contiene epóxido, opcionalmente en el que el éter polihidroxílico comprende del 2 al 15 % en peso en base al peso de la matriz de resina.

9. Un preimpregnado de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que el al menos un aditivo de tenacidad comprende adicionalmente una dispersión de caucho por toda la matriz de resina, opcionalmente en el que la dispersión de caucho comprende del 3 al 15 % en peso en base al peso de la matriz de resina.

1. Un preimpregnado de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que el al menos un aditivo de tenacidad comprende la combinación de un caucho con terminación difuncional hecho reaccionar químicamente con los grupos epóxido de la al menos una resina que contiene epóxido, un éter polihidroxílico hecho reaccionar químicamente con los grupos epóxido de la al menos una resina que contiene epóxido y una dispersión de caucho por toda la matriz de resina.

11. Un preimpregnado de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que la al menos una carga mineral comprende al menos una carga mineral ignífuga y al menos una carga mineral supresora del humo, opcionalmente (a) en el que la al menos una carga mineral ignífuga comprende polifosfato de amonio, y/o (b) en el que el al menos un mineral ignífugo está presente en una cantidad del 15 al 3 % en peso en base al peso de la matriz de resina, y/o (c) en el que la al menos una carga mineral supresora de humo comprende borato de cinc, adicionalmente opcionalmente en el que el al menos un mineral supresorde humo está presente en una cantidad del 1 al 1 % en peso en base al peso de la matriz de resina.

12. Un preimpregnado de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que el al menos un catalizador

comprende catalizadores plurales, teniendo cada uno un intervalo de temperatura de curado respectivo y los Intervalos de temperatura plurales solapan para proporcionar un Intervalo de temperatura de curado acumulativo más amplio para la resina que contiene epóxido.

13. Un preimpregnado de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que el al menos un catalizador para 5 curar la resina que contiene epóxldo comprende dlcianamida, opcionalmente (a) en el que el al menos un catalizador

para curar la resina que contiene epóxido comprende adicionalmente un catalizador para reducir la temperatura de curado de la dicianamida, y/o (b) en el que el al menos un catalizador para curar la resina que contiene epóxido comprende adicionalmente un agente de curado basado en imidazol.

14. Un preimpregnado de acuerdo con cualquier reivindicación precedente que comprende adicionalmente al menos 1 un agente suspensor para la al menos una carga mineral, opcionalmente (a) en el que el al menos un agente

suspensor comprende dióxido de silicio amorfo, y/o (b) en el que el al menos un agente suspensor está presente en una cantidad del ,1 al 1,5 % en peso en base al peso de la matriz de resina.

15. Un material compuesto reforzado por fibras producido a partir del preimpregnado de cualquier reivindicación precedente, opcionalmente en el que el material compuesto reforzado por fibras está adherido por la matriz de resina

epoxi a un material de núcleo, opcionalmente un material de núcleo en panal.