Uso de resinas polimerizables, de baja emisión de gases a vacío, para la fabricación de materiales compuestos para uso espacial.

Uso de al menos una resina polimerizable R1 elegida del grupo constituido por las resinas de poli(butadienoepóxido),

las resinas de poli(isopreno-epóxido), las resinas de poli(siloxano-epóxido), las resinas de triglicéridoepóxido y las resinas de poli(éter-epóxido) que presentan en el estado no polimerizado:

- un valor de pérdida de peso total (TML) inferior al 10%, un valor de pérdida de peso relativa (RML) inferior al 10% y un valor de materia volátil condensable (CVCM) inferior al 1% tal como se determinan según la norma ECSS-Q-70- 02A; y

- un peso equivalente de epóxido (EEW) de 100 a 600 g/mol;

para la fabricación de un material compuesto para uso espacial

Uso de resinas polimerizables, de baja emisión de gases a vacío, para la fabricación de materiales compuestos para uso espacial

Campo técnico

La presente invención se refiere al uso de resinas polimerizables particulares para la fabricación de materiales compuestos para uso espacial y, más específicamente, de materiales compuestos destinados a participar en la constitución de estructuras de despliegue mediante hinchado, también conocidas con el nombre de "estructuras de tipo Gossamer".

También se describen composiciones de resinas polimerizables, útiles para la fabricación de materiales compuestos para uso espacial, así como tales materiales compuestos.

Estado de la técnica anterior

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

Estas estructuras, que pueden ser concretamente paneles solares, reflectores, parasoles, antenas, espejos, velas solares o análogos, comprenden un conjunto de elementos huecos, generalmente tubulares, que están constituidos por membranas finas, plegadas 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 a partir de materiales fibrosos, por ejemplo tejidos de fibras de carbono o de Kevlar, que se impregnan con una composición a base de una resina polimerizable, e inducir la polimerización de esta resina por la temperatura o la radiación ultravioleta tras el despliegue de dichas estructuras en el espacio.

Se conoce bien que, en el vacío, 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 específicamente a la emisión de gases en el espacio de resinas polimerizables que participan en la constitución 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) y en el que estos autores minimizan la importancia de esta emisión de gases y, por consiguiente, de sus consecuencias. En efecto, 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 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 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.s WO 26/2485) para evitar mantener bolsas de aire entre las capas de material fibroso, susceptibles de provocar una deformación de estas 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 polimerizables presentes en las estructuras de tipo Gossamer es muy real.

Un determinado número de documentos de patente trata sobre la emisión de gases de resinas polimerizables. No obstante, conviene remarcar que no solamente estos documentos tienen como objetivo aplicaciones (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, es sobre todo la emisión de gases que se produce antes de que se polimericen las resinas lo que es problemático.

Los inventores se han fijado por tanto como objetivo encontrar resinas polimerizables que no emitan gases o sólo emitan pocos gases cuando se someten a condiciones de presión y de temperatura similares a las que predominan en un entorno espacial.

También se han fijado como objetivo que estas resinas presenten características fisicoquímicas compatibles con un uso en la fabricación de materiales compuestos para uso espacial, concretamente en lo que se refiere a la viabilidad de la impregnación de materiales fibrosos del tipo de los que se emplean de manera clásica en el campo espacial y las propiedades mecánicas de los materiales compuestos así obtenidos.

Exposición de la invención

Estos y otros objetivos se logran por la presente invención que se refiere al uso de al menos una resina polimerizable R1 elegida del grupo constituido por las resinas de poli(butadieno-epóxido), las resinas de poli(isopreno-epóxido), las resinas de poli(siloxano-epóxido), las resinas de triglicérido-epóxido y las resinas de poli(éter-epóxido) que presentan en el estado no polimerizado:

- por un lado, un valor de pérdida de peso total (o TML de "Total Mass Loss") inferior al 1%, un valor de pérdida de peso relativa (o RML de "Recovered Mass Loss") inferior al 1% y un valor de materia volátil condensable (o CVCM de "Collected Volatile Condensable Material") inferior al 1%, determinándose estos valores según la norma ECSS-Q- 7-2A de la Agencia Espacial Europea; y

- por otro lado, un peso equivalente de epóxido (o EEW de "Epoxy Equivalent Weight") de 1 a 6 g/mol; para la fabricación de un material compuesto para uso espacial.

En lo anterior y a continuación, se entiende por resina polimerizable, una resina que puede ser tanto una resina que puede estar constituida sólo por monómeros, prepolímeros o una mezcla de monómeros y prepolímeros, como una resina que comprende, además de los monómeros y/o de los prepolímeros, uno o varios aditivos tales como, por ejemplo, un iniciador, un acelerador o un inhibidor de polimerización, un antioxidante, un diluyente reactivo o no, tal como es con frecuencia el caso de las resinas polimerizables disponibles en el comercio.

Con respecto a las resinas de triglicérido-epóxido, el lector podrá remitirse a los artículos de Güner et al. (Prog. Polym. Sci. 26, 31, 633-67) y de Sperling y Manson (JAOCS 1983, 6(11), 1887-1892). Tales resinas son, por ejemplo, las resinas Vikoflex® comercializadas por la sociedad Arkema.

Por otro lado, se entiende por polimerización, no sólo la formación de cadenas poliméricas por unión de monómeros o prepolímeros entre sí, sino también la formación de una red tridimensional mediante el establecimiento de enlaces entre estas cadenas poliméricas, que se denomina comúnmente reticulación.

El ensayo de emisión de gases de la norma ECSS-Q-7-2A consiste en acondicionar muestras del material del que desea someterse a prueba la tendencia a la emisión de gases dejando las muestras durante 24 horas (to t24) a una temperatura de (22 ± 3)2C y a una humedad relativa del (55 ± 1)%, después en someter estas muestras a un análisis termogravimétrico que se realiza durante 24 horas (t24 t4s), a una temperatura de 1252C y con un vacío de al menos 1'5 Pa, y en acondicionar de nuevo las muestras dejándolas durante 24 horas (t48 Í72) a una temperatura de (22 ± 3)2C y a una humedad relativa del (55 ± 1)%.

De este modo se determina:

- la TML, que corresponde a la pérdida de peso total presentada por las muestras durante el análisis termogravimétrico, es decir entre t24 y t4s, y que se expresa en porcentaje del peso de las muestras a t24;

- la RML, que corresponde a la pérdida total de peso presentada por las muestras... [Seguir leyendo]

1. Uso de al menos una resina polimerizable R1 elegida del grupo constituido por las resinas de poli(butadieno- epóxido), las resinas de poli(isopreno-epóxido), las resinas de poli(siloxano-epóxido), las resinas de triglicérido- epóxido y las resinas de poli(éter-epóxido) que presentan en el estado no polimerizado:

- un valor de pérdida de peso total (TML) inferior al 1%, un valor de pérdida de peso relativa (RML) inferior al 1% y un valor de materia volátil condensable (CVCM) inferior al 1% tal como se determinan según la norma ECSS-Q-7- 2A; y

- un peso equivalente de epóxido (EEW) de 1 a 6 g/mol; para la fabricación de un material compuesto para uso espacial.

2. Uso según la reivindicación 1, en el que la resina R1 es una resina de poli(butadieno-epóxido).

3. Uso según la reivindicación 2, en el que la resina de poli(butadieno-epóxido) comprende prepolímeros que comprenden unidades de repetición que responden a las siguientes fórmulas (I), (II) y (III):

así como dos grupos terminales hidroxilo.

4. Uso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la resina R1 se usa en mezcla con al menos otra resina polimerizable R2, elegida del grupo constituido por las resinas epoxídicas de tipo novolaca y las resinas epoxídicas de tipo diglicidil éter de bisfenol A que presentan en el estado no polimerizado:

- un valor de pérdida de peso total (TML) inferior al 1%, un valor de pérdida de peso relativa (RML) inferior al 1% y un valor de materia volátil condensable (CVCM) inferior al 1% tal como se determinan según la norma ECSS-Q-7- 2A; y

- un peso equivalente de epóxido (EEW) de 1 a 6 g/mol.

5. Uso según la reivindicación 4, en el que la resina R2 es una resina epoxídica de tipo novolaca.

6. Uso según la reivindicación 4 o la reivindicación 5, en el que la mezcla de resinas R1 y R2 presenta, en el estado no polimerizado, una viscosidad de ,2 a 4 Pa.s a una temperatura de 4 a 62C.

7. Uso según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en el que la mezcla de resinas R1 y R2 presenta, en el estado no polimerizado, un valor de pérdida de peso total (TML) inferior al 5%, un valor de pérdida de peso relativa (RML) inferior al 5% y un valor de materia volátil condensable (CVCM) inferior al 1% tal como se determinan según la norma ECSS-Q-7-2A.

8. Uso según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en el que la mezcla de resinas R1 y R2 comprende una resina de poli(butadieno-epóxido) con grupos terminales hidroxilo y una resina epoxídica de tipo novolaca en una razón en peso que va de 1/3 a 3/1.

9. Uso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el material compuesto se fabrica mediante impregnación de un material fibroso con la resina R1 o la mezcla de resinas R1 y R2.

(I)

(II)

(III)

1. Uso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el material compuesto para uso espacial es un material compuesto de una estructura de tipo Gossamer.