Uso de resinas endurecibles que contienen un prepolímero a base de (met)acrilato de glicidilo para la fabricación de materiales compuestos para uso espacial.

Uso de una resina endurecible que contiene un prepolímero que comprende al menos un motivo de repetición de la siguiente fórmula (I):

**Fórmula**

en la que R1 representa un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, para la fabricación de un material compuesto que está destinado a rigidizarse en el vacío espacial mediante endurecimiento de la resina endurecible que contiene.

Uso de resinas endurecibles que contienen un prepolímero a base de (met)acrilato de glicidilo para la fabricación de materiales compuestos para uso espacial

Campo técnico

La presente invención se refiere al uso de resinas endurecibles que contienen un prepolímero a base de (met)acrilato de glicidilo para la fabricación de materiales compuestos para uso espacial.

También se refiere a prepolímeros particulares a base de (met)acrilato de glicidilo que son apropiados para participar en la constitución de estas resinas endurecibles.

Se refiere además a estructuras que están diseñadas para rigidizarse en el espacio, normalmente tras desplegarse allí, y que comprenden materiales compuestos preparados a partir de dichas resinas endurecibles.

Tales estructuras son concretamente las estructuras de tipo Gossamer y las estructuras en cuadrícula del tipo de las descritas en la solicitud de patente francesa publicada con el numero 2887523 [1],

Estado de la técnica anterior

El volumen limitado bajo las cofias de las lanzaderas espaciales condujo a diseñar estructuras ligeras, que se lanzan replegadas y se despliegan una vez que llegan al espacio, lo que es, entre otros, el caso de las estructuras de tipo Gossamer.

Estas estructuras, que pueden consistir concretamente en paneles solares, reflectores, parasoles, antenas, espejos, velas solares o análogos, comprenden un conjunto de elementos huecos, generalmente tubulares, que están constituidos por membranas finas, replegadas sobre sí mismas de modo que se forma un fuelle y cuyo despliegue en el espacio resulta de su relleno mediante un gas a presión que se almacena en un depósito contiguo.

Una vez desplegadas en el espacio, las estructuras de tipo Gossamer requieren rigidizarse para poder resistir choques eventuales con meteoritos.

Éste es el motivo por el que se ha propuesto realizar las membranas de las estructuras de tipo Gossamer de materiales compuestos que están constituidos por un material fibroso, por ejemplo un tejido de fibras de carbono o de Kevlar®, que se impregna con una composición a base de una resina endurecible del tipo resina epoxídica, e inducir el endurecimiento de esta resina tras el despliegue de dichas estructuras en el espacio, por ejemplo mediante un aumento de la temperatura o mediante la aplicación de radiación ultravioleta, endurecimiento que conlleva la rigidización de los materiales compuestos.

Se conoce bien que, en el vacío espacial, los materiales emiten gases o bien porque su superficie se ha contaminado o bien porque contienen o generan por degradación compuestos volátiles.

Ahora bien, estas emisiones de gases tienen consecuencias nefastas.

En efecto, si los compuestos volátiles son constituyentes del material que emite gases o resultan de la degradación de constituyentes de este material, entonces este último puede perder sus propiedades al mismo tiempo que sus constituyentes. Además, una emisión de gases constituye de modo general una contaminación del medio. Así, por ejemplo, puede conducir en el caso de una sonda espacial a la formación de depósitos sobre los instrumentos ópticos que pueden, a su vez, conducir a la pérdida de funcionalidad de estos instrumentos.

Con respecto a la emisión de gases en el espacio de resinas endurecibles que participan en la constitución de las membranas de las estructuras de tipo Gossamer, existen extremadamente pocos datos en la bibliografía.

De hecho, los datos existentes se limitan a un artículo a nombre de Cadogan y Scaborough, que se publicó en 21 por el American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA Gossamer Spacecraft Forum, 16-19 de abril de 21, Seattle, WA, [2]) y en el que estos autores minimizan la importancia de esta emisión de gases y, por consiguiente, de sus consecuencias. Cadogan y Scaborough consideran que la emisión de gases será extremadamente limitada debido al hecho de que las capas de material fibroso impregnado con resina endurecible están intercaladas entre dos películas estancas a los gases.

En realidad, resulta que las películas de polímeros cuyo uso se propone para realizar las paredes de estructuras de tipo Gossamer no son realmente estancas a los gases. Además, la experiencia muestra que incluso es deseable que las paredes de las estructuras de tipo Gossamer sean al menos parcialmente permeables a los gases (tal como se describe en la solicitud internacional PCT publicada con el n.2 WO 26/2485, [3]) para evitar mantener bolsas de aire entre las capas de material fibroso, pudiendo provocar estas bolsas de aire, en efecto, una deformación de las

estructuras y perturbar su despliegue en el espacio.

Por tanto, el problema de las consecuencias nefastas del a emisión de gases en el espacio de las resinas endurecibles presentes en las estructuras de tipo Gossameres muy real.

Este problema también se plantea, y en los mismos términos, para todas las demás estructuras destinadas a desplegarse y rigidizarse en el espacio y en las que está previsto usar un material fibroso impregnado con una composición a base de una resina endurecible como las estructuras de cuerdas descritas en la referencia [1] citada previamente.

Un determinado número de documentos de patente trata sobre la emisión de gases de resinas endurecibles.

No obstante, conviene remarcar que no solamente estos documentos tienen como objetivo aplicaciones (adhesivos, embalajes, protección contra incendios, fotogliptografía para microprocesadores, microelectrónica,...) que no tienen nada que ver con el campo espacial, sino que, además, su objetivo es el de evitar una emisión de gases tras la polimerización de las resinas o durante la despolimerización de estas resinas mientras que, en el caso de las estructuras de tipo Gossamer y otras estructuras ligeras para el despliegue y la rigidización en el espacio, es sobre todo la emisión de gases que se produce antes de que se polimericen las resinas y durante la polimerización de estas resinas lo que es problemático.

Los inventores se han fijado por tanto como objetivo proporcionar resinas endurecibles con baja emisión de gases cuando se someten a condiciones de temperatura y de presión similares a las que predominan en un entorno espacial de modo que el uso de estas resinas pueda conducir a materiales compuestos satisfactorios según la norma ECSS-Q-7-2A de la Agencia Espacial Europea, relativa a la emisión de gases de los materiales para uso espacial.

También se han fijado como objetivo que estas resinas endurecibles presenten, antes del endurecimiento, una viscosidad tal que sea posible usarlas para impregnar materiales fibrosos y que los materiales así impregnados conserven, cuando se repliegan sobre sí mismos como en una estructura de tipo Gossamer, una flexibilidad durante todo el tiempo que no se rigidice esta estructura en el espacio.

Exposición de la invención

Estos objetivos y otros se logran por la presente invención que se refiere al uso de una resina endurecible que contiene un prepolímero que comprende al menos un motivo de repetición de la siguiente fórmula (I):

en la que R1 representa un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, para la fabricación de un material compuesto que está destinado a rigidizarse en el espacio, es decir en el vacío espacial, mediante endurecimiento de la resina endurecible que contiene.

Así, según la invención, se usa una resina que contiene un prepolímero que comprende al menos un motivo de repetición que resulta de la polimerización de metacrilato o de acrilato de glicidilo y que comprende por tanto una función epóxido.

En lo anterior y a continuación, se entiende por "resina endurecible que contiene un prepolímero", una resina endurecible que puede ser tanto una resina constituida únicamente por este prepolímero (como las resinas descritas en el ejemplo 1) como una resina que comprende este prepolímero en mezcla con otros constituyentes como una resina formulada, que contiene uno o varios aditivos del tipo iniciador latente de reticulación, acelerador o inhibidor de reticulación, antioxidante, agente de compatibilización, cargas, diluyente reactivo o no reactivo, etc.

Según la invención, el porcentaje molar del motivo de repetición de fórmula (I) en el prepolímero es ventajosamente del 2 al 1%, lo que significa que este motivo de repetición representa, en número de moles, al menos el 2% del número total de moles que constituyen el prepolímero y puede representar hasta el 1% del mismo.

Según una disposición preferida de la invención, el prepolímero comprende:

- al menos un primer motivo de repetición de la fórmula (I) anterior; y

- al menos un segundo motivo... [Seguir leyendo]

1. Uso de una resina endurecible que contiene un prepolímero que comprende al menos un motivo de repetición de la siguiente fórmula (I):

en la que R1 representa un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, para la fabricación de un material compuesto que está destinado a rigidizarse en el vacío espacial mediante endurecimiento de la resina endurecible que contiene.

2. Uso según la reivindicación 1, en el que el porcentaje molar del motivo de repetición de fórmula (I) en el prepolímero es del 2 al 1%.

3. Uso según la reivindicación 1, en el que el prepolímero comprende:

- al menos un motivo de repetición de fórmula (I); y

- al menos un motivo de repetición de la siguiente fórmula (II):

(II)

en la que R2 representa un átomo de hidrógeno o un grupo metilo y R3 representa un grupo alquilo de cadena lineal o ramificada y que tiene de 1 a 1 átomos de carbono.

4. Uso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el motivo de repetición de fórmula (I) responde a la siguiente fórmula particular (la):

CH,

-CH.

r+

<A>

:h.

o;

r

'CH,

da)

5. Uso según la reivindicación 3, en el que el motivo de repetición de fórmula (II) responde a la siguiente fórmula

particular (lia):

(CH2)3

ch3

(Ha)

6. Uso según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, en el que el prepolímero es un poll(metacrllato de gllcldilo-co-acrllato de butilo).

7. Uso según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, en el que el porcentaje molar del motivo de repetición de fórmula (I) en el prepolímero es del 4 al 7% mientras que el porcentaje molar del motivo de repetición de fórmula (II) en el prepolímero es del 3 al 6%.

8. Uso según la reivindicación 7, en el que el porcentaje molar del motivo de repetición de fórmula (I) en el prepolímero es del 45 al 65% mientras que el porcentaje molar del motivo de repetición de fórmula (II) en el prepolímero es del 35 al 55%.

9. Uso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el prepolímero se obtiene mediante polimerización por radicales en disolución de al menos un monómero constituido por un (met)acrilato de glicidilo.

1. Uso según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8, en el que el prepolímero se obtiene mediante polimerización por radicales en disolución de al menos un primer monómero constituido por un (met)acrilato de glicidilo y de al menos un segundo monómero constituido por un (met)acrilato de un alquilo de cadena lineal o ramificada y que tiene de 1 a 1 átomos de carbono.

11. Uso según la reivindicación 9 o la reivindicación 1, en el que la polimerización por radicales se realiza por vía térmica o por vía fotoquímica.

12. Uso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el prepolímero presenta una estructura compuesta por un motivo central de la siguiente fórmula (VI):

en el que se injertan cuatro cadenas lineales formadas por la repetición de al menos un motivo de repetición de fórmula (I).

13. Uso según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 11, en el que el prepolímero presenta una estructura compuesta por un motivo central de la siguiente fórmula (Vi):

s

o

s

(VI)

o

o=(

o

s-----

s

i (VI)

en el que se injertan cuatro cadenas lineales formadas por la repetición aleatoria de al menos un motivo de repetición de fórmula (I) y de al menos un motivo de repetición de fórmula (II).

14. Uso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el material compuesto se fabrica Impregnando un material fibroso mediante la resina endureclble o mediante una mezcla que comprende esta resina y uno o varios aditivos del tipo Iniciador latente de reticulación, acelerador o Inhibidor de reticulación, antioxidante, agente de compatibilización, cargas, diluyente reactivo o no reactivo.

15. Uso según la reivindicación 14, en el que el material fibroso se elige del grupo constituido por las fibras de vidrio, las fibras de cuarzo, las fibras de carbono, las fibras de grafito, las fibras de sílice, las fibras metálicas, las fibras de poli(p-fenilen-benzobisoxazol), las fibras de aramida, las fibras de polietileno, las fibras de poliéster, las fibras de carburo de silicio y sus mezclas.

16. Uso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el material compuesto es un material compuesto por una estructura para el despliegue y la rigidización en el espacio.

17. Prepolímero que presenta una estructura compuesta por un motivo central de la siguiente fórmula (VI):

s

}=°

r

o

(VI)

en el que se injertan cuatro cadenas lineales formadas por la repetición de al menos un motivo de repetición de la siguiente fórmula (I):

-CH,

~F

y\

CH

2 (I)

en la que R1 representa un átomo de hidrógeno o un grupo metilo.

18. Prepolímero según la reivindicación 17, que comprende una estructura compuesta por un motivo central de fórmula (VI), en el que se injertan cuatro cadenas lineales formadas por la repetición aleatoria de al menos un motivo de repetición de fórmula (I) y de al menos un motivo de la siguiente fórmula (II):

(II)

en la que R2 representa un átomo de hidrógeno o un grupo metilo y R3 representa un grupo alquilo de cadena lineal o ramificada y que tiene de 1 a 1 átomos de carbono.

19. Prepolímero según la reivindicación 17 o la reivindicación 18, en el que el motivo de repetición de fórmula (I) responde a la siguiente fórmula particular (la):

9h3"

2. Prepolímero según la reivindicación 18, en el que el motivo de repetición de fórmula (II) responde a la siguiente fórmula particular (lia):

\

O

(CH2)3

CH3 (Ha)

21. Estructura para el despliegue y la rigidización en el vacío espacial, que comprende un material compuesto que comprende un material fibroso impregnado con una resina endurecible según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 o con una mezcla que comprende esta resina y uno o varios aditivos.

22. Estructura según la reivindicación 21, en la que el material fibroso se elige del grupo constituido por las fibras de

vidrio, las fibras de cuarzo, las fibras de carbono, las fibras de grafito, las fibras de sílice, las fibras metálicas, las fibras de poli(p-fenilen-benzobisoxazol), las fibras de aramida, las fibras de polietileno, las fibras de poliéster, las fibras de carburo de silicio y sus mezclas.