Películas intercaladas de resina cristalina.

Una composición de resina que se puede almacenar a temperatura ambiente, formando dicha composición de resina una resina curada cuando se expone a un agente de curado y se calienta hasta una temperatura de curado que es más elevada que dicha temperatura ambiente

, variando la diferencia entre la temperatura ambiente de almacenamiento y la temperatura de curado entre 10 ºC y 60 ºC, comprendiendo dicha composición de resina: un primer componente no cristalino, incluyendo dicho componente no cristalino una o más resinas termoestables no cristalinas;

un segundo componente no cristalino, incluyendo dicho segundo componente no cristalino una o más resinas termoestables no cristalinas; y

un componente cristalino que comprende una o más resinas termoestables cristalinas donde dicho componente cristalino está ubicado entre dichos primer y segundo componentes no cristalinos para proporcionar una zona en la cual la concentración de dicha una o más resinas termoestables cristalinas varía desde un 50 % en peso hasta un 100 % en peso y donde dicha una o más resinas termoestables cristalinas tienen un punto de fusión que está por encima de dicha temperatura ambiente y por debajo de dicha temperatura de curado y donde la viscosidad de dicha composición de resina varía desde un estado de viscosidad elevada tal que la resina no fluye libremente, pero todavía conserva un determinado grado de adhesividad, hasta un estado de baja viscosidad que corresponde a una viscosidad entre aproximadamente 10 Pas y 0,1 Pas a la temperatura de curado deseada, cuando se aumenta la temperatura de dicha composición de resina desde dicha temperatura ambiente hasta dicha temperatura de curado.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2004/002105.

Solicitante: HEXCEL COMPOSITES LIMITED.

Nacionalidad solicitante: Reino Unido.

Dirección: DUXFORD CAMBRIDGE CB2 4QD REINO UNIDO.

Inventor/es: HADLEY, PHILIP C., HARRINGTON,CHRIS.

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 B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PRODUCTOS ESTRATIFICADOS > PRODUCTOS ESTRATIFICADOS, es decir, HECHOS DE VARIAS... > Productos estratificados compuestos esencialmente... > B32B27/38 (teniendo resinas epoxi)

PDF original: ES-2464842_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Películas intercaladas de resina cristalina

Antecedentes de la invención 1. Campo de la invención La presente invención se refiere a generalmente a resinas termoestables y a los muchos tipos diferentes de composiciones que contienen dichas resinas termoestables. Más particularmente, la invención implica esos tipos de composiciones y resinas termoestables que se almacenan a temperatura ambiente y posteriormente se curan por medio de adición de un agente de curado y aumentando la temperatura de la resina hasta una temperatura de curado que está relativamente próxima a la temperatura de almacenamiento. La presente invención implica proporcionar resinas que tienen una viscosidad relativamente elevada a temperaturas de almacenamiento ambientales y que son apropiadas para su uso como adhesivos y en materiales compuestos no curados prefabricados conocidos como hoja pre-impregnada. Las resinas se convierten en un material de baja viscosidad cuando se calientan hasta las temperaturas de curado para proporcionar un flujo rápido de la resina que puede resultar necesario para una mezcla adecuada con los agentes de curado y/o la penetración en los cuerpos porosos tales como los manojos de fibras y los materiales textiles.

2. Descripción de la técnica relacionada Las resinas termoestables se usan como ingrediente principal en una multitud de materiales diferentes. Por ejemplo, las resinas termoestables se usan ampliamente solas o en combinación con determinados aditivos para formar

adhesivos. Las resinas termoestables también se combinan con una amplia variedad de tipos de fibras y configuraciones para formar materiales compuestos. Las resinas epoxi, las resinas de éster vinílico y las resinas de éster de cianato son ejemplos de resinas termoestables que se han usado ampliamente durante muchos años.

El procedimiento de curado para las resinas termoestables normalmente implica la adición de uno o más agentes de curado a la resina no curada para formar una resina activada. Normalmente, la resina activada se calienta a continuación durante un tiempo suficiente para curar completamente la resina. En muchas situaciones, resulta deseable preparar la resina activada y posteriormente almacenarla para su uso posterior. Durante el almacenamiento, se deben mantener las resinas activadas a temperaturas que normalmente están por debajo de la temperatura de curado de la resina con el fin de evitar el curado prematuro. Por este motivo, no es posible almacenar muchas resinas termoestables activadas a temperaturas ambientales. Por consiguiente, ha resultado común en el pasado mantener dichas resinas activadas refrigeradas hasta que se encuentren listas para su uso.

Los materiales compuestos se usan ampliamente en situaciones en las cuales se desean elevada resistencia y bajo peso. Normalmente, los materiales compuestos incluyen fibras y una formulación de resina como los dos elementos principales. Se han usado amplios intervalos de tipos de fibras, tamaños y orientaciones en los materiales compuestos. Vidrio, grafito, carbono, p-aramida, m-aramida, cuarzo, materiales termoplásticos, boro, materiales cerámicos y fibras naturales resultan comunes. Se pueden cortar las fibras, se pueden romper por estiramiento, se pueden orientar de forma aleatoria, pueden ser unidireccionales en cuanto a orientación o se pueden tejer para dar lugar a un material textil. Las fibras usadas en los materiales compuestos tienen diámetros que varían desde 45 extremadamente pequeño hasta relativamente grande. Aunque es posible preparar materiales compuestos que usan fibras de gran diámetro, las práctica más común es tomar miles de fibras que tienen diámetros extremadamente pequeños y formarlas para dar lugar a manojos conocidos como haces de filamentos. Estos haces de multi-fibra son mucho más fuertes y más flexibles que las fibras individuales que tienen las mismas dimensiones totales. Los manojos de filamentos pueden tener una amplia variedad de formas de corte transversal incluyendo formas elipsoidales, de riñón o de guisante. Los haces se pueden tejer para dar lugar a un material textil de la misma forma que los hilos convencionales. Alternativamente, los haces se disponen en paralelo para proporcionar una orientación de fibras unidireccional o se pueden orientar de forma aleatoria.

Las resinas termoestables se han usado ampliamente como matriz de resina en materiales compuestos. Existe un 55 número de formas para combinar la resina con las fibras con el fin de formar el material compuesto final. Un enfoque que se ha usado durante años consiste en impregnar las fibras con la resina activada y permitir la "estratificación" para curar a temperatura ambiente. Normalmente, el tiempo de curado se reduce sustancialmente por medio de calentamiento de la estratificación. Este tipo de proceso se adapta bien para su uso en el campo. No obstante, este proceso de estratificación en húmedo tiene una desventaja de que resulta difícil controlar de forma precisa la cantidad de resina que se aplica a las fibras y garantizar que la resina se impregne de manera uniforme en el interior de las fibras. Además, las cantidades de agente de curado y otros aditivos que se añaden a la resina pueden variar entre las estratificaciones.

Con el fin de evitar los problemas anteriores, ha sido una práctica común formar estratificaciones prefabricadas que 65 incluyan fibras, resina y un agente de curado. Estas hojas pre-impregnadas están formadas en condiciones de fabricación que permiten controlar de forma cuidadosa la cantidad de distribución de resina y agente de curado dentro de las fibras. Normalmente, las hojas pre-impregnadas están refrigeradas ruante el almacenamiento y el transporte para evitar el curado prematuro de la matriz de resina. La necesidad de refrigerar las hojas preimpregnadas presenta un número de problemas. Resulta caro almacenar y transportar la hoja pre-impregnada a nivel comercial debido a que se requieren grandes unidades de refrigeración y se deben usar camiones refrigerados.

Además, se debe controlar de forma continua la temperatura de la hoja pre-impregnada para detectar cualquier aumento de temperatura debido a fallo del equipo o similar. Los aumentos de temperatura, incluso durante cortos períodos de tiempo, pueden afectar negativamente al período de caducidad y la función de la hoja pre-impregnada y dar como resultado que se descarte la misma.

Un enfoque para eliminar la necesidad de refrigeración de la hoja pre-impregnada implica colocar la resina y el agente de curado en la estructura pre-impregnada de manera que estén físicamente separados uno de otro. Por ejemplo, la resina y el agente de curado pueden estar ubicados en extremos opuestos de una capa de material textil tejido para formar una hoja pre-impregnada que se puede almacenar de manera indefinida a temperatura ambiente como se describe en la solicitud de patente de Estados Unidos de Nº. Ser. 10/648.159. Cuando se encuentra lista para su uso, se calienta la hoja pre-impregnada, normalmente bajo presión, de forma que la resina y el agente de curado fluyan al interior del material textil para iniciar el proceso de curado. El enfoque básico usado en estos tipos de sistemas es almacenar las resinas y los agentes de curado como entidades separadas que están suficientemente próximas unas de otras para que se puedan mezclar juntas por medio de calentamiento. Este tipo de enfoque también se puede usar para los adhesivos termoestables y otras aplicaciones en las cuales la estructura del sistema permite que las resinas y los agentes de curado se mantengan en estrecha proximidad uno de otro sin contacto. Normalmente, dichos sistemas incluyen un cuerpo poroso de algún tipo que proporciona la estructura en la cual se ubican la resina y los agentes de curado.

Existe un número de propiedades... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Una composición de resina que se puede almacenar a temperatura ambiente, formando dicha composición de resina una resina curada cuando se expone a un agente de curado y se calienta hasta una temperatura de curado que es más elevada que dicha temperatura ambiente, variando la diferencia entre la temperatura ambiente de almacenamiento y la temperatura de curado entre 10 ºC y 60 ºC, comprendiendo dicha composición de resina:

un primer componente no cristalino, incluyendo dicho componente no cristalino una o más resinas termoestables no cristalinas; un segundo componente no cristalino, incluyendo dicho segundo componente no cristalino una o más resinas termoestables no cristalinas; y un componente cristalino que comprende una o más resinas termoestables cristalinas donde dicho componente cristalino está ubicado entre dichos primer y segundo componentes no cristalinos para proporcionar una zona en la cual la concentración de dicha una o más resinas termoestables cristalinas varía desde un 50 % en peso hasta un 100 % en peso y donde dicha una o más resinas termoestables cristalinas tienen un punto de fusión que está por encima de dicha temperatura ambiente y por debajo de dicha temperatura de curado y donde la viscosidad de dicha composición de resina varía desde un estado de viscosidad elevada tal que la resina no fluye libremente, pero todavía conserva un determinado grado de adhesividad, hasta un estado de baja viscosidad que corresponde a una viscosidad entre aproximadamente 10 Pas y 0, 1 Pas a la temperatura de curado deseada, cuando se aumenta la temperatura de dicha composición de resina desde dicha temperatura ambiente hasta dicha temperatura de curado.

2. Una composición de resina de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicho componente cristalino comprende partículas de una o más de las resinas termoestables cristalinas. 25

3. Una composición de resina de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicho componente cristalino está en forma de una película que comprende dicha una o más resinas termoestables cristalinas.

4. Una composición de resina de acuerdo con la reivindicación 1, donde dichos componentes no cristalinos primero y/o segundo comprenden una pluralidad de fibras.

5. Una composición de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicho componente cristalino comprende una pluralidad de fibras.

6. Una composición de resina de acuerdo con la reivindicación 4, donde dicho componente cristalino comprende una pluralidad de fibras.

7. Un material compuesto no curado que es apropiado para el almacenamiento a temperatura ambiente, comprendiendo dicho material compuesto no curado:

a) un cuerpo poroso que comprende una superficie exterior y superficies interiores ubicadas dentro de dicho cuerpo poroso que definen espacios intersticiales ubicados con dicho cuerpo poroso; b) una composición de resina ubicada en dicha superficie exterior del cuerpo poroso, formando dicha composición de resina una resina curada cuando se expone a un agente de curado y se calienta hasta una 45 temperatura de curado que es mayor que dicha temperatura ambiente, variando la diferencia entre la temperatura de almacenamiento ambiente y la temperatura de curado entre 10 ºC y 60 ºC, comprendiendo dicha composición:

un primer componente no cristalino, incluyendo dicho componente no cristalino una o más resinas termoestables no cristalinas; un segundo componente no cristalino, incluyendo dicho componente no cristalino una o más resinas termoestables no cristalinas; y un componente cristalino que comprende una o más resinas termoestables cristalinas donde dicho componente cristalino está ubicado entre dichos componentes no cristalinos primero y segundo para 55 proporcionar una zona en la cual la concentración de dicha una o más resinas termoestables cristalinas varía desde un 50 % en peso hasta un 100 % en peso y donde dicha una o más resinas termoestables cristalinas tienen un punto de fusión que está por encima de dicha temperatura ambiente y por debajo de dicha temperatura de curado y donde la viscosidad de dicha composición de resina varía desde un estado de viscosidad elevada tal que la resina no fluye libremente, pero todavía conserva un cierto grado de adhesividad, hasta un estado de baja viscosidad que corresponde a una viscosidad entre aproximadamente 10 Pas y 0, 1 Pas a la temperatura de curado deseada, cuando se aumenta la temperatura de dicha composición de resina desde temperatura ambiente hasta dicha temperatura de curado; y

c) un componente curativo que comprende un agente de curado para dicha composición de resina, estando 65 separado dicho agente de curado de dicha composición de resina durante el almacenamiento de dicho material compuesto no curado a dicha temperatura ambiente, donde la viscosidad de dicha composición de resina en dicho estado de baja viscosidad es suficiente para permitir que dicha composición de resina fluya al interior de los espacios intersticiales.

8. Un material compuesto no curado de acuerdo con la reivindicación 7, donde dicho componente curativo está

ubicado en las superficies interiores de dicho cuerpo poroso y dicha composición de resina está ubicada en dicha superficie exterior de dicho cuerpo poroso.

9. Un material compuesto no curado de acuerdo con la reivindicación 7, donde dicho cuerpo poroso comprende una pluralidad de fibras en la forma de un material textil o cinta unidireccional que tiene un primer lado y un segundo lado que definen la superficie exterior de dicho cuerpo poroso y donde dicha composición de resina está ubicada solo en el primer lado de dicho material textil o cinta unidireccional y dicho componente curativo está ubicado sobre dicho segundo lado de dicho material textil o cinta unidireccional.

10. Un material compuesto no curado de acuerdo con la reivindicación 7 donde el cuerpo poroso comprende una

pluralidad de fibras en forma de un material textil o cinta unidireccional que tiene un primer lado y un segundo lado que definen la superficie exterior de dicho cuerpo poroso y donde dicha composición de resina está ubicada tanto en el primer lado como en el segundo lado de dicho material textil o cinta unidireccional y dicho componente curativo se encuentra ubicado en las superficies interiores de dicho material textil o cinta unidireccional.

11. Un material compuesto no curado de acuerdo con la reivindicación 7, donde dicha composición de resina es reactiva con dicho componente curativo a dicha temperatura ambiente, estando dicho componente curativo en forma de un revestimiento que cubre al menos una parte de la superficies interior y/o exterior de dicho cuerpo poroso para proporcionar una pluralidad de superficies de revestimiento curativas, comprendiendo además dicha composición una barrera de reacción que se puede retirar ubicada entre dicha composición de resina y dichas superficies de revestimiento curativo para evitar el contacto de dicha composición de resina y dichas superficies de revestimiento curativo durante el almacenamiento de dicha composición de resina no curada a dicha temperatura ambiente.

12. Un material compuesto no curado de acuerdo con la reivindicación 7, donde dicho componente cristalino comprende partículas de una o más resinas termoestables cristalinas.

13. Un material compuesto no curado de acuerdo con la reivindicación 7, donde dicho componente cristalino está en forma de una película que comprende dichas una o más resinas termoestables cristalinas.

14. Un material compuesto no curado de acuerdo con la reivindicación 7, donde dichos componentes no cristalinos 35 primero y/o segundo comprenden una pluralidad de fibras.

15. Un material compuesto no curado de acuerdo con la reivindicación 7, donde dicho componente cristalino comprende una pluralidad de fibras.

16. Un material compuesto no curado de acuerdo con la reivindicación 15, donde dicho componente cristalino comprende una pluralidad de fibras.

17. Una composición de resina curada que comprende una composición de resina no curada de acuerdo con la

reivindicación 1, que se ha expuesto a un agente de curado y se calienta hasta dicha temperatura de curado durante 45 un tiempo suficiente para formar dicha composición de resina curada.

18. Un material compuesto curado que comprende un material compuesto no curado de acuerdo con la reivindicación 7, que se ha calentado hasta dicha temperatura de curado durante un tiempo suficiente para proporcionar dicho material compuesto curado.

19. Un método para formar una composición de resina que se almacena a temperatura ambiente, formando dicha composición de resina una resina curada cuando se expone a un agente de curado y se calienta hasta una temperatura de curado que es más elevada que dicha temperatura ambiente, variando la diferencia entre la temperatura de almacenamiento ambiente y la temperatura de curado entre 10 ºC y 60 ºC, comprendiendo dicho

método las etapas de:

formar un primer componente no cristalino, incluyendo dicho primer componente no cristalino una o más resinas termoestables no cristalinas; formar un segundo componente no cristalino, incluyendo dicho segundo componente no cristalino una o más resinas termoestables no cristalinas; y formar un componente cristalino que comprende una o más resinas termoestables cristalinas y ubicar dicha composición cristalina entre dichos componentes no cristalinos primero y segundo para proporcionar una zona donde la concentración en dicha una o más resinas termoestables cristalinas varía de 50 % en peso hasta 100 % en peso y donde dicha una o más resinas termoestables cristalinas tienen un punto de fusión que está por

encima de dicha temperatura ambiente y por debajo de dicha temperatura de curado y donde la viscosidad de dicho componente cambia desde un estado de viscosidad elevada tal que la resina no fluye libremente, pero todavía conserva un cierto grado de adhesividad, hasta un estado de viscosidad baja que corresponde a una viscosidad entre aproximadamente 10 Pas y 0, 1 Pas a la temperatura de curado deseada, cuando se aumenta la temperatura de dicho componente de resina desde dicha temperatura ambiente hasta dicha temperatura de curado.

20. Un método para preparar una composición de resina de acuerdo con la reivindicación 19, donde dicho componente cristalino comprende partículas de una o más resinas termoestables cristalinas.

21. Un método para preparar una composición de resina de acuerdo con la reivindicación 19, donde dicho

componente cristalino está en forma de una película que comprende dicha una o más resinas termoestables cristalinas.

22. Un método para preparar una composición de resina de acuerdo con la reivindicación 19, donde dichos componentes no cristalinos primero y/o segundo comprenden una pluralidad de fibras. 15

23. Un método para preparar una composición de resina de acuerdo con la reivindicación 19, donde dicho componente cristalino comprende una pluralidad de fibras.

24. Un método para preparar una composición de resina de acuerdo con la reivindicación 22, donde dicho 20 componente cristalino comprende una pluralidad de fibras.

25. Un método de acuerdo con la reivindicación 19, que incluye la etapa adicional de combinar dicha composición de resina con un cuerpo poroso y un componente curativo donde dicho componente curativo no está en contacto con dicha composición de resina para formar una composición de resina apta para curado.