Procedimientos para formar artículos de materiales compuestos a partir de sistemas de resina de poliimida adaptables usando las técnicas MTR e IR.

Un procedimiento que comprende:

adherir una estructura de preforma con un primer componente prepolimérico que comprende una combinaciónmonomérica o un producto de reacción de un componente de protección terminal,

al menos un dianhídrido oderivado del mismo, y al menos una diamina;

poner en contacto la estructura de preforma adherida mediante una técnica seleccionada entre infusión deresina y moldeo por transferencia de resina con un segundo componente prepolimérico diferente del primercomponente prepolimérico, incluyendo el segundo componente prepolimérico una combinación monomérica deun producto de reacción de un componente de grupo terminal, al menos un dianhídrido o derivado del mismo, yal menos una diamina, estando compuesto el sistema de resina de poliimida por el primer componenteprepolimérico y el segundo componente prepolimérico; y

curar el sistema de resina de poliimida en condiciones adecuadas tales que el primer y segundo componentesprepoliméricos se mezclan y reaccionan para proporcionar una estructura de material compuesto de poliimida.

Procedimientos para formar artículos de materiales compuestos a partir de sistemas de resina de poliimida adaptables usando las técnicas MTR e IR

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere, en general, a procedimientos de moldeo por transferencia de resina (MTR) y de infusión de resina (IR) aplicable a sistemas de resina de poliimida, sistemas de resina procesables usando los procedimientos MTR e IR y a artículos de materiales compuestos reforzados obtenidos a partir de los mismos.

Los materiales compuestos reforzados con fibra, que se fabrican a partir de fibras de refuerzo y resinas de matriz, son de peso ligero y pueden presentar excelentes propiedades mecánicas. Como tales, estos materiales compuestos se han usado ampliamente en una diversidad de aplicaciones estructurales y no estructurales en la industria aeroespacial.

Diversos procedimientos o técnicas, tales como impregnación, tendido a mano, bobinado de filamentos, tracciónrefuerzo, MTR e IR se han usado para producir materiales compuestos reforzados. En el procedimiento MTR, una estructura de preforma fabricada de material de refuerzo se pone en un molde, una resina se vierte en su interior para impregnar la preforma y la estructura de preforma impregnada se cura para producir el producto moldeado. El procedimiento MTR ofrece la ventaja de que un componente grande que tiene una forma complicada puede moldearse en un corto periodo de tiempo.

La estructura de preforma puede incluir un adherente que, cuando se calienta, se fundirá sobre la superficie del material de refuerzo y después solidificará tras el enfriamiento. Las capas de materiales de refuerzo con el adherente pueden apilarse juntas, el adherente calentarse, fundiendo las capas juntas a una presión apropiada, y después enfriando para formar la estructura de preforma con forma de red. La estructura de preforma multicapa se pone en un molde, se añade la resina de matriz y el material compuesto se forma usando procedimientos de moldeo por transferencia de resina habituales. La Patente de Estados Unidos 5.766.534 desvela un procedimiento para preparar un material compuesto de resina de matriz utilizando una preforma que comprende dos o más capas de material de refuerzo y un adherente de una resina curable aplicado a al menos una capa de un material de refuerzo. El ensamblaje laminado se comprime mientras el adherente está al menos parcialmente reticulado. Posteriormente, la preforma se pone en contacto con la resina de matriz, que puede ser la misma o diferente de la resina del adherente. La resina de matriz y el adherente finalmente se curan para formar el material compuesto de resina de matriz.

Como se desvela en la Patente de Estados Unidos Nº 7.129.318, el uso de materiales compuestos que tienen matrices de resina de poliimida aumenta debido a su peso ligero y características de soporte de carga, y su estabilidad oxidativa a temperaturas elevadas. Sin embargo, los sistemas de resina de poliimida presentan desafíos para su uso con las técnicas MTR e IR. Los materiales compuestos reforzados con fibra que usan resinas de poliimida como la resina de matriz generalmente se preparan usando procedimientos de pre-impregnación. Por ejemplo, soluciones de ácido poli (amida) pueden procesarse en un pre-impregnado con diversas fibras de refuerzo. Las soluciones de ácido poli (amida) tienen un bajo contenido de sólidos y alta viscosidad, presentando problemas de procesamiento. Este material después se tiende a mano en materiales compuestos en una operación muy trabajosa.

Los sistemas de resina de poliimida para su uso en procedimientos MTR generalmente usan poliimidas preimidizadas con pesos moleculares que varían de 800 a 1100 g/mol. El polvo pre-imidizado puede fundirse e inyectarse en una preforma de fibra seca. Sin embargo, las piezas de poliimida MTR actuales sufren micro-grietas, tienen mala estabilidad térmica u ofrecen solo una capacidad de temperatura limitada. La baja viscosidad/bajo peso molecular necesarios para la inyección a menudo no crean propiedades finales favorables. Actualmente no existe un sistema adherente adecuado para su uso con poliimidas.

Por consiguiente, sería deseable proporcionar procedimientos MTR e IR que utilicen los beneficios de un adherente, adecuado para los sistemas de resina de poliimida, que proporcione estructuras de materiales compuestos reforzadas y que presente buenas propiedades mecánicas y térmicas.

El documento WO 94/26493 desvela un procedimiento mejorado para fabricar materiales compuestos que comprenden las etapas de: (1) poner en contacto un sustrato con una resina adherente curable parcialmente curada termoplástica por encima de la temperatura de transición vítrea para formar una preforma; (2) añadir una resina de matriz que pueda disolver el adherente o que sea esencialmente idéntica al adherente, y curar el adherente y la resina de matriz para formar un material compuesto. Los materiales compuestos resultantes son útiles en aplicación estructural.

Breve descripción de la invención

En una realización el procedimiento comprende adherir una estructura de preforma con un primer componente prepolimérico que comprende al menos uno de una mezcla monomérica o un producto de reacción de un componente de protección terminal, al menos un dianhídrido o derivado del mismo y al menos una diamina. Usando

técnicas de infusión de resina o de moldeo por transferencia de resina, la estructura de preforma adherida se pone en contacto con un segundo componente prepolimérico, diferente del primer componente prepolimérico, incluyendo al menos una mezcla monomérica de un producto de reacción de un componente de protección terminal, al menos un dianhídrido o derivado del mismo, y al menos una diamina. Un sistema de resina de poliimida está comprendido por el primer componente prepolimérico y el segundo componente prepolimérico. El sistema de resina de poliimida se cura en condiciones adecuadas, de manera que el primer y segundo componentes prepoliméricos se mezclan y reaccionan para proporcionar una estructura de material compuesta de poliimida.

Descripción detallada de la invención

Las realizaciones desveladas en el presente documento proporcionan sistemas de poliimida que simultáneamente ofrecen baja toxicidad, una alta temperatura de transición vítrea, excelente estabilidad oxidativa térmica y la capacidad de ser procesados usando los procedimientos MTR e IR. Adicionalmente, las realizaciones desveladas en el presente documento proporcionan sistemas de poliimida adaptables en los que cantidades relativas de materiales de partida pueden alterarse para conseguir los resultados deseados.

En una realización ejemplar, una matriz de poliimida de un artículo de material compuesto reforzado es el producto de reacción de una mezcla de reactantes monoméricos, productos de reacción precursores de poliimida, oligómeros y mezclas de los mismos. Los artículos de materiales compuesto se forman por los procedimientos MTR o IR.

Las realizaciones ejemplares incluyen un sistema de resina de poliimida prepolimérica que incluye un primer componente prepolimérico y un segundo componente prepolimérico. El primer componente prepolimérico puede ser una mezcla de monómeros, una mezcla de oligómeros o un componente pre-imidizado. El segundo componente prepolimérico puede ser una mezcla de monómeros, una mezcla de oligómeros o un componente pre-imidizado. El primer y segundo componentes prepoliméricos son capaces de reaccionar para proporcionar la matriz de poliimida curada para un artículo de material compuesto.

Un primer componente prepolimérico ejemplar incluye una primer mezcla monomérica, o unidades de repetición de los monómeros, incluyendo al menos un agente de protección terminal, al menos un dianhídrido aromático o un derivado del mismo (por ejemplo, el producto éster formado a partir del dianhídrido y disolvente alcohólico) , y al menos una diamina. El segundo componente prepolimérico incluye una segunda mezcla monomérica o unidades de repetición a partir de monómeros incluyendo al menos un agente de protección terminal, al menos un dianhídrido aromático y al menos una diamina. El al menos un dianhídrido aromático o la al menos una diamina en el primer componente prepolimérico es diferente de el al menos un dianhídrido aromático o derivado del mismo, o la al menos una diamina en el segundo componente prepolimérico. La selección del agente o agentes de protección terminal, dianhídridos aromáticos,... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento que comprende:

adherir una estructura de preforma con un primer componente prepolimérico que comprende una combinación monomérica o un producto de reacción de un componente de protección terminal, al menos un dianhídrido o derivado del mismo, y al menos una diamina; poner en contacto la estructura de preforma adherida mediante una técnica seleccionada entre infusión de resina y moldeo por transferencia de resina con un segundo componente prepolimérico diferente del primer componente prepolimérico, incluyendo el segundo componente prepolimérico una combinación monomérica de un producto de reacción de un componente de grupo terminal, al menos un dianhídrido o derivado del mismo, y al menos una diamina, estando compuesto el sistema de resina de poliimida por el primer componente prepolimérico y el segundo componente prepolimérico; y curar el sistema de resina de poliimida en condiciones adecuadas tales que el primer y segundo componentes prepoliméricos se mezclan y reaccionan para proporcionar una estructura de material compuesto de poliimida.

2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que incluye proporcionar la estructura de preforma en la que la estructura de preforma comprende reforzar con fibra que tiene una forma seleccionada entre tejido tejido, tejido no rizado, monobanda, película de fibra, uniaxial, trenzado y combinaciones de los mismos.

3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que adherir la estructura de preforma incluye poner en contacto la estructura de preforma con el primer componente prepolimérico que tiene al menos una propiedad física de restricción de uso del primer componente prepolimérico en una técnica de infusión de resina (IR) o moldeo por transferencia de resina (MTR) .

4. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que adherir la estructura de preforma incluye poner en contacto la estructura de preforma con el primer componente prepolimérico que comprende al menos uno de una combinación monomérica o un producto de reacción del ácido norborneno 2, 3dicarboxílico (NE) ; dianhídrido 3, 4, 3', 4'-benzofenonatetracarboxílico (BTDA) ; 1, 3-fenilendiamina (mPDA) ; y 4, 4'- (1, 3fenileno-bis (1-metiletliden) bisanilina (Bis-M) .

5. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que adherir la estructura de preforma incluye poner en contacto la estructura de preforma con el primer componente prepolimérico que comprende al menos uno de una combinación monomérica o un producto de reacción del ácido norborneno 2, 3dicarboxílico (NE) ; dianhídrido 3, 4, 3', 4'-benzofenonatetracarboxílico (BTDA) ; dianhídrido 3, 3'4, 4'-bifeniltetracarboxílico (BPDA) ; parafenilendiamina (pPDA) ; y 4, 4'- (1, 3-fenileno-bis (1-metiletliden) bisanilina (Bis-M) .

6. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que poner en contacto la estructura de preforma adherida con el segundo componente prepolimérico incluye utilizar una técnica de procesamiento seleccionada entre infusión de resina (IR) o moldeo por transferencia de resina (MTR) .

7. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye adicionalmente proporcionar el segundo componente prepolimérico en al menos una forma seleccionada entre un compuesto de moldeo y un material de película.