Патент на изобретение №2344041

(54) КОМПОЗИТНАЯ СТРУКТУРА

(57) Реферат:

Изобретение относится к композитной структуре, к способу ее получения и к применению композитной структуры. Композитная структура представляет собой сэндвичевую структуру, состоящую из двух внешних структурных слоев С1 и С3 и одного внутреннего облегчающего слоя С2, выполненный из твердой или полутвердой полиамидной пены. Структурный слой представляет собой пластину или лист, выполненные из термопластичной или термоотверждаемой полимерной матрицы, армированной усиливающими волокнами, либо пластину или лист из металла или металлического сплава. Способ получения композитной структуры заключается в том, что соединяют следующие элементы: структурный слой С1, облегчающий слой С2 из полиамидной пены или предшественник упомянутой пены, структурный слой С3. Композитную структуру применяют для изготовления деталей автомобилей или самолетов, либо для изготовления спортивных товаров, таких как лыжи, либо при изготовлении панелей в строительстве. Изобретение позволяет получить композитную структуру, обладающую хорошей твердостью, легкостью, пригодностью для повторного использования. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 1 ил.

Настоящее изобретение относится к композитной структуре, в частности сэндвичевой структуре, содержащей структурный слой С1, облегчающий и, возможно, усиливающий слой С2 из твердой или полутвердой пены, и, в известных случаях, структурный слой С3. Более конкретно изобретение относится к композитной структуре, содержащей слой С2 из пены на основе полиамида, способу получения и применению данной структуры.

Композитные структуры, в частности сэндвичевые структуры, применяют во множестве областей, таких как самолетостроение, автомобилестроение, индустрия спортивных товаров и досуга. Упомянутые структуры используют при изготовлении спортивных товаров, таких как лыжи, или при реализации различных поверхностей, таких как специальные полы, перегородки, кузова транспортных средств, рекламных щитов и т.д. Равным образом композитные структуры могут быть применены при изготовлении покрытий для веранд, террас, крыш, балконов, галерей, стен (переноска на носилках) и т.д. В самолетостроении упомянутые структуры используют, в частности, на уровне обтекателей (фюзеляж, крыло, оперение). В автомобилестроении их используют, например, на уровне полов, оснований, таких как задние полки, и т.д.

Для различных упомянутых применений ищут эффективные композитные структуры. Стремятся получить композитные структуры, обладающие хорошими характеристиками, в частности твердостью, легкостью, пригодностью для повторного использования.

Известно изготовление композитных структур с внутренним облегчающим слоем, имеющим структуру в виде сот, например известна сотовая структура, имеющая ячейки шестиугольной формы. Данная структура обладает, в частности, следующими неудобствами: значительная стоимость изготовления данной сложной структуры; кроме того, могут наблюдаться нежелательные явления, возникающие вследствие самой природы данной структуры, в частности явления заполнения ячеек в случае проникновения воды и явление “телеграфный эффект”.

Композитные структуры с внутренним облегчающим слоем из пенополиуретана также известны. Однако твердые пенополиуретаны имеют тенденцию рассыпаться и, кроме того, обладают низкой ударной прочностью и усталостной прочностью. Температура их применения также ограничена.

Итак, настоящее изобретение предлагает композитную структуру, не имеющую указанных недостатков и обладающую, в частности, хорошими характеристиками твердости, легкости, пригодности для повторного использования.

Настоящее изобретение относится, таким образом, к композитной структуре, в частности сэндвичевой структуре, содержащей, по меньшей мере:

– структурный слой С1,

– облегчающий и, возможно, усиливающий слой С2 из твердой или полутвердой пены, и

– возможно, структурный слой С3,

причем пена представляет собой пену на основе полиамида.

Согласно особому способу осуществления изобретения композитная структура представляет собой сэндвичевую структуру, состоящую из двух внешних структурных слоев С1 и С3 и одного внутреннего облегчающего слоя С2.

Структурный слой композитной структуры представляется, предпочтительно, в форме пластины или листового материала. Пластина может быть образована из нескольких листов, имеющих отличную друг от друга ориентацию для того, чтобы получить пластину, обладающую хорошими механическими свойствами. Пластины или листы могут иметь изменяемые размеры. В качестве примера можно назвать размеры пластин, которые могут быть пригодными в рамках изобретения: пластину длиной 2,5 м и шириной 1 м.

Структурный слой может быть из металла, такого как алюминий, из металлического сплава, такого как сталь, и т.д. Пластины могут быть покрыты лаком или полностью покрыты любым подходящим покрытием.

Толщина структурного слоя композитной структуры согласно изобретению находится, предпочтительно, в интервале от 0,2 до 3 мм.

Наружный слой композитной структуры согласно изобретению может состоять из нескольких слоев.

Предпочтительно, общая толщина композитной структуры согласно изобретению находится в интервале от 3 до 50 мм.

Плотность структуры пены согласно изобретению, предпочтительно, меньше 300 кг/м³, предпочтительно, находится в интервале от 30 до 200 кг/м³. Чем менее плотной является пена, тем более легкой будет композитная структура, что представляет многочисленные преимущества.

Модуль Юнга или модуль эластичности при сжатии пены композитной структуры согласно изобретению, предпочтительно, больше или равен 30 МПа. Упомянутый модуль может быть измерен согласно методу, описанному ниже в экспериментальной части. Структура пены согласно изобретению обладает, предпочтительно, хорошей прочностью на сжатие, что позволяет ей сохранять целостность и свойства при возможном раздавливании структуры. Упомянутое раздавливание может неожиданно случаться в некоторых областях применения структуры, например, при сильных ударах, в частности.

Полиамид согласно изобретению представляет собой полиамид типа тех, которые получают поликонденсацией, исходя из двухосновных карбоновых кислот и диаминов, или типа тех, которые получают поликонденсацией лактамов и/или аминокислот. Полиамид согласно изобретению может представлять собой смесь полиамидов различных типов и/или одного и того же типа и/или сополимеров, полученных исходя из разных мономеров, соответствующих полиамиду одного и того же типа и/или разным типам полиамида.

Предпочтительно, полиамид выбирают в группе, включающей в себя ПА 4.6, ПА 6, ПА 6.6, ПА 6.9, ПА 6.10, ПА 6.12, ПА 6.36, ПА 11, ПА 12, или полиамид, или полукристаллический полуароматический сополиамид, выбранный в группе, включающей в себя полифталамиды, и смеси указанных полимеров и их сополимеров.

Согласно предпочтительному способу осуществления изобретения полиамид выбирают из полиамида 6, полиамида 6.6, их смесей и сополимеров.

Пена из твердого или полутвердого полиамида согласно изобретению может быть получена согласно любому способу, известному специалисту.

Она может быть получена инжектированием газа под давлением в расплав полиамида.

Пена также может быть получена введением в расплав полиамида термически нестойких порофоров-наполнителей, которые выделяют газ при их разложении.

Пенополиамид согласно изобретению можно также получить введением в расплав полиамида соединений, которые растворяются в расплаве, при этом пену получают в результате улетучивания упомянутых соединений.

Пена может быть также получена при помощи химической реакции, сопровождающейся выделением газа, такого как диоксид углерода, например, осуществляя ее в присутствии изоцианатов и лактамов, а также оснований, для того чтобы активировать анионную полимеризацию.

Пенополиамид согласно изобретению получают, предпочтительно, исходя из смеси полиамида и поликарбоната. Пену получают химическим путем, то есть, в частности, химической реакцией между полиамидом и поликарбонатом.

Поликарбонат смеси представляет собой, предпочтительно, поликарбонат, содержащий ароматические циклы формулы

в которой R₁, R₂, одинаковые или разные, представляют собой атомы водорода, галогена или алкильные, или галогеналкильные радикалы, содержащие от 1 до 5 атомов углерода, причем каждый ароматический цикл может быть замещен алкильными или галогеналкильными радикалами, содержащими от 1 до 5 атомов углерода; n представляет собой целое число в интервале от 40 до 300, предпочтительно, от 20 до 300.

Молекулярная масса поликарбоната согласно изобретению находится, предпочтительно, в интервале от 5000 до 80000, более предпочтительно, от 10000 до 40000.

Предпочтительно, смесь содержит от 0,5 до 20 мас.% поликарбоната по отношению к полиамиду, предпочтительно, от 5 до 15 мас.%.

Смесь полиамида и поликарбоната согласно изобретению может, равным образом, содержать помимо полиамида и поликарбоната порофоры, которые позволяют усилить явление пенообразования при получении пены, исходя из смеси. Такие порофоры известны специалисту.

Смесь может также содержать другие добавки, используемые для последующего получения пены, такие как поверхностно-активные вещества, зародышеобразователи, как тальк, пластификаторы, и т.д. Указанные добавки известны специалисту.

Равным образом смесь может содержать усиливающие наполнители, такие как волокна из стекла или карбоната, матирующие средства, такие как диоксид титана или сульфид цинка, пигменты, красители, термостабилизаторы или светостабилизаторы, биологически активные вещества, средства против загрязнения, антистатики, средства, придающие огнестойкость, наполнители высокой или низкой плотности и т.д. Данный список не имеет какого-либо ограничительного характера.

Смешивание полиамида и поликарбоната осуществляют любым способом, предназначенным для осуществления смешивания, известным специалисту, например тщательным перемешиванием порошков полиамида и поликарбоната или смешиванием гранулированного полиамида и гранулированного поликарбоната. Смешивание может быть осуществлено в расплавленном состоянии, например в экструдере.

Согласно особому способу осуществления изобретения пену получают нагреванием смеси полиамида и поликарбоната.

Температура, достигаемая при нагревании, должна быть достаточной для того, в частности, чтобы имели место реакция между полиамидом и поликарбонатом, а также выделение газообразных продуктов, которое приводит к образованию пены.

Температура, достигаемая при нагревании, предпочтительно, больше или равна температуре плавления полиамида.

При нагревании может быть использован шнековый смеситель.

Предпочтительно, для того, чтобы осуществить смешивание и нагревание, используют двухшнековый экструдер.

Слой пены С2 находится обычно в форме пластины. Пластины могут быть получены любым способом, известным специалисту. Например, когда пену получают смешиванием и нагреванием в экструдере, пластина может быть отформована при помощи преобразователя на выходе из фильеры.

Согласно особому способу осуществления изобретения структурный слой может содержать термопластичную или термоотверждаемую полимерную матрицу, обычно усиленную усиливающими волокнами, такими как волокна из стекла, углерода, ароматического амида, полиимида, кварца, сизаля, пеньки, льна. Предпочтительно, матрица представляет собой термопластичный полимер.

Предпочтительно, матрица представляет собой термопластичный полимер, содержащий алифатический и/или полукристаллический полиамид или сополиамид, предпочтительно, выбранный из группы, включающей ПА 4.6, ПА 6, ПА 6.6, ПА 6.9, ПА 6.10, ПА 6.12, ПА 6.36, ПА 11, ПА 12, или полукристаллический полуароматический полиамид или сополиамид, выбранный из группы, включающей полифталамиды, и смеси указанных полимеров и их сополимеров.

Таким образом, согласно данному способу осуществления структурный слой и облегчающий слой композитной структуры согласно изобретению изготовлены из полиамида, что представляет преимущество, в частности, для повторного использования структуры данного типа.

Согласно предпочтительному способу осуществления структуры согласно изобретению матрица структурного слоя содержит полиамид со звездчатой структурой, состоящей из:

– звездчатых макромолекулярных цепей, содержащих одно или несколько ядер и по меньшей мере три боковые цепочки или три полиамидных сегмента, связанные с ядром;

– возможно, макромолекулярных линейных полиамидных цепей.

Полимер со звездчатой структурой представляет собой полимер, состоящий из звездчатых макромолекулярных цепей и, возможно, линейных макромолекулярных цепей. Полимеры, состоящие из таких звездчатых макромолекулярных цепей, описаны, например, в документах FR 2743077, FR 2779730, EP 0682057 и EP 0832149. Упомянутые соединения известны тем, что обладают улучшенной текучестью по сравнению с линейными полиамидами.

Предпочтительно, полиамид со звездчатой структурой относится к типу полиамидов, получаемых сополимеризацией смеси мономеров, содержащей, по меньшей мере:

а) мономеры следующей общей формулы (I):

б) мономеры следующих общих формул (IIa) и (IIb):

или

в) возможно, мономеры следующей общей формулы (III):

в которых:

– R₁ представляет собой углеводородный радикал, содержащий по меньшей мере 2 атома углерода, линейный или циклический, ароматический или алифатический, и который может содержать гетероатомы,

– А означает ковалентную связь или алифатический углеводородный радикал, который может содержать гетероатомы и содержит от 1 до 20 атомов углерода,

– Z представляет собой первичную аминогруппу или функциональную группу карбоновой кислоты,

– Y представляет собой первичную аминогруппу, когда Х представляет собой функциональную группу карбоновой кислоты,

или

– Y представляет собой функциональную группу карбоновой кислоты, когда Х представляет собой первичную аминогруппу,

– R₂, R₃, одинаковые или разные, представляют собой алифатические, циклоалифатические или ароматические углеводородные радикалы, замещенные или незамещенные, содержащие от 2 до 20 атомов углерода, которые могут содержать гетероатомы,

– m представляет собой целое число в интервале от 3 до 8.

Предпочтительно, соединение формулы (I) выбирают среди 2,2,6,6-тетра(-карбоксиэтил)циклогексанона, тримезиновой кислоты, 2,4,6-три(аминокапроновая кислота)-1,3,5-триазина и 4-аминоэтил-1,8-октандиамина.

Изобретение относится также к способу получения композитной структуры, описанной выше. Способ включает стадию соединения по меньшей мере следующих элементов:

– (С1′): структурный слой или предшественник упомянутого слоя;

– (С2′): облегчающий и, возможно, усиливающий слой из пены на основе полиамида или предшественника упомянутой пены;

– возможно (С3′): структурный слой или предшественник упомянутого слоя.

Предшественником пены может быть расширяющийся полиамидный состав, например смесь полиамида и поликарбоната, такая как описанная выше. Под расширяющимся полиамидным составом понимают полиамидный состав, способный в определенных условиях температуры и/или давления образовывать пену. Обычно расширяющийся полиамидный состав содержит полиамид и вспучивающий агент.

Вспучивающий агент может представлять собой газ, способный диспергироваться или растворяться в полиамиде в расплавленном состоянии. Может быть использован любой газ, известный специалисту, способный диспергироваться или растворяться в полиамиде. Предпочтительно, газ является инертным. В качестве примера газа, подходящего в объеме изобретения, можно назвать диоксид углерода, бутан и т.д.

Вспучивающий агент может также представлять собой порофор. Может быть использован любой порофор, известный специалисту. Его вводят в полиамид согласно способу, известному специалисту. В качестве примера порофора можно назвать диазокарбонамид.

Равным образом, вспучивающий агент может представлять собой летучее соединение, способное растворяться в полиамиде в расплавленном состоянии. Может быть использовано любое летучее соединение, известное специалисту, которое может растворяться в полиамиде. В качестве примера летучего соединения, подходящего в рамках изобретения, можно назвать бутанол.

Наконец, вспучивающий агент может представлять собой химическое соединение, которое может химически взаимодействовать с полиамидом при нагревании. Обычно во время упомянутой реакции генерируется газ, который лежит в основе вспучивания смеси. Например, вспучивающий агент может представлять собой поликарбонат.

Вспучивающийся полиамидный состав может находиться в форме порошка, детали (пластины), полученной, например, регулируемым литьем под давлением смеси в расплавленном состоянии таким образом, чтобы избежать образования пены, и т.д.

Предшественник структурного слоя может представлять собой изделие, содержащее усиливающие волокна. Изделие может быть в форме непрерывных или резаных нитей, лент, матов, жгутов, тканей, трикотажа, полотен, многоосных, нетканых и/или в комплексных формах, содержащих несколько из вышеупомянутых форм.

Кроме усиливающих волокон, предшественник структурного слоя содержит, предпочтительно, полимерную матрицу, например в форме порошка, пленки, и т.д. Предшественник структурного слоя может представлять собой предварительно пропитанное изделие, то есть ткань, пропитанную смолой, причем смола содержит отвердитель с целью последующего отверждения нагреванием.

Согласно особому способу осуществления изобретения предшественник структурного слоя представляет собой изделие, содержащее усиливающие нити и/или волокна и нити и/или волокна полимерной матрицы.

Все, что было описано перед этим в отношении полимерной матрицы композитной структуры согласно изобретению, распространяется здесь на предшественника, в частности все, что касается природы матрицы.

Под нитью подразумевают моноволокно, непрерывную многоволоконную нить, пряжу из волокон, полученную исходя из одного типа волокон или гомогенной смеси нескольких типов волокон. Непрерывная нить также может быть получена соединением нескольких многоволоконных нитей.

Под волокном подразумевают филаментарное волокно или совокупность резаных, крекированных или конвертированных филаментарных волокон.

Изделие, содержащее усиливающие нити и/или волокна и нити и/или волокна полимерной матрицы, может быть в форме непрерывных или резаных нитей, лент, матов, жгутов, тканей, трикотажа, полотен, многоосных, нетканых и/или в комплексных формах, содержащих несколько из вышеупомянутых форм.

В объеме патентной охраны способа согласно изобретению может быть использован любой способ соединения различных слоев.

Различные элементы (C1′), (C2′) и, возможно, (C3′) могут быть соединены одновременно или последовательно, например, склеиванием. Склеивание осуществляют согласно любому способу соединения элементов многослойной композитной структуры, известному специалисту. Например, можно склеить различные элементы при помощи пленки клея, совместимого с материалами элементов.

Согласно особому варианту осуществления способа согласно изобретению соединение осуществляют термоформованием или каландрованием различных элементов (C1′), (C2′) и, возможно, (C3′), описанных выше. Различные элементы подвергают термоформованию или каландрованию одновременно или последовательно. Например, можно одновременно термоформовать или каландровать совокупность слой (C1′), слой (C3′) и, возможно, слой (C2′). Равным образом, можно термоформовать или каландровать совокупность слоев (C1′) и (C2′), затем термоформовать или каландровать слой (C3′) и совокупность слоев (C1′) и (C2′).

Данная стадия может быть осуществлена нагреванием, затем холодным прессованием различных элементов (штамповкой).

Обычно данную стадию осуществляют при нагревании и под давлением.

Обычно в используемых способах термоформования применяют низкие давления (меньше 20 бар и, в случае необходимости, в вакууме), температуры ниже 270°С и короткое время (меньше 15 минут).

Данная стадия позволяет, в частности, получить хорошее сцепление между облегчающим слоем и структурным слоем.

Согласно особому варианту осуществления способа согласно изобретению температура во время термоформования или каландрования больше или равна температуре плавления полимерной матрицы предшественника структурного слоя, когда данный предшественник содержит изделие, состоящее из усиливающих волокон и полимерной матрицы.

Относительно высокая температура плавления полиамида пеноматериала позволяет применять высокие температуры при получении композитных структур, что невозможно с известными пенами. Действительно, пенополиамид плавится при более высокой температуре, чем пены известного уровня техники, такие как пенополиуретаны.

Температура при термоформовании или каландровании, предпочтительно, больше или равна температуре плавления термопластичной полимерной матрицы структурного слоя, когда он содержит термопластичную полимерную матрицу.

Когда структурный слой композитной структуры представляет собой пластину или листовой материал, содержащий термопластичную полимерную матрицу, соединение пены со структурным слоем может быть осуществлено благодаря плавлению матрицы при термоформовании или каландровании, которая внедряется в поры поверхности пены, и которая, отверждаясь, играет тогда роль клея. Кроме того, если температура термоформования или каландрования более или менее равна температуре плавления полиамида пены, может происходить частичное плавление пены на уровне точек контакта пены и структурного слоя, и упомянутая часть расплавленной пены, отверждаясь, также может играть роль клея.

Равным образом, изобретение относится к применению композитной структуры, описанной выше, для изготовления деталей автомобилей или самолетов или для изготовления спортивных товаров, таких как лыжи, или при изготовлении панелей в строительстве.

Другие детали или преимущества изобретения проявятся более ясно при рассмотрении примеров, приведенных ниже только для сведения.

Испытание для измерения модуля Юнга пены

Испытание осуществляют на образце пены диаметром 20 мм и толщиной 25 мм при помощи установки INSTRON 1185 в условиях температуры 23°С и относительной степени влажности 50%. Модуль Юнга определяют исходя из кривой усилие-смещение, регистрируемой при помощи аппарата, работающего при скорости смещения 20 мм/мин.

Испытание для измерения плотности пены

Плотность измеряют на образцах, обработанных до размеров 100×100×15 мм. Данные образцы затем взвешивают на прецизионных весах согласно стандарту ASTM D 3748-98.

ПРИМЕРЫ

Пример 1. Получение слоя С2 из пенополиамида

Гранулы ПА 66, поставляемые в продажу фирмой Rhodia Engineering Plastics под маркой A 216 Naturel® (90 мас.%/мас.) смешивают с гранулами поликарбоната, поставляемыми в продажу фирмой Bayer под маркой Makrolon 2205® (10 мас.%/мас.). Смесь на одну ночь помещают в сушильный шкаф, находящийся в условиях частичного вакуума и продувки азотом. Данную смесь используют для того, чтобы питать двухшнековый экструдер, снабженный фильерой с режущей кромкой. Температурный профиль двухшнекового экструдера следующий, °С: 270-280-280-280-280-280. Скорость вращения двойного шнека регулируют на уровне 250 об/мин^-1. Экструдат формуют в преобразователе и охлаждают на транспортировочном стенде перед тем, как его распилить и придать ему форму пластины, например, шириной 10 см и толщиной 1 см. Производительность загрузки экструдера составляет 15 кг/ч. Полученные пластины имеют среднюю плотность 0,15. Модуль Юнга полученных пластин равен 43,3 МПа. На чертеже представлена кривая напряжение/деформация пенополиамида по примеру 1 (кривая А) и аналогичная кривая для пенополиметакрилимида ПМИ (PMI) (кривая В), поставляемого в продажу фирмой Degussa под маркой Rohacell 71 IG® (модуль Юнга: 57,9 МПа, плотность d=0,08), для сравнения. На чертеже абсцисса соответствует деформации (%), а ордината – напряжению (мПа). В противоположность пенополиамиду пенополиметакрилимид ПМИ разрушается при деформации больше 27%.

Примеры 2 и 3. Получение структурного слоя: полуфабрикат пластины из звездчатого полиамида 6 и усиливающих волокон

Используемая матрица: звездчатый полиамид 6, полученный сополимеризацией, исходя из капролактама в присутствии 0,5% мол. 2,2,6,6-тетра(-карбоксиэтил)циклогексанона согласно способу, описанному в документе FR 2743077, содержащий около 80% звездчатых макромолекулярных цепей и 20% линейных макромолекулярных цепей, с показателем текучести в расплавленной фазе, измеренным при 275°С под нагрузкой 1000 г, 55 г/10 минут.

Серия испытаний была осуществлена на многоволоконной нити из звездчатого полиамида 6, имеющей титр по одиночному волокну, находящийся в интервале от 3 до 8 дтекс, и прочность на разрыв, близкую к 15-20 сН/текс. Такое мультиволокно соединяют в ходе операции многоосного тканья с непрерывной усиливающей углеродной нитью с высокими характеристиками, состоящей из 12000 волокон (пример 2), или с усиливающим стекловолокном, имеющим титр 600 текс (пример 3). Для того чтобы утвердить высокую текучесть матрицы в расплавленном состоянии, многоосные ткани получают исходя из элементарных слоев, определенных как следует ниже.

Элементарный слой:

– сборка №1: усиливающая нить – ориентация: – 45°;

– сборка №2: усиливающая нить – ориентация: + 45°;

– сборка №3: нить из звездчатого полиамида 6 (матрица) – ориентация: 90°.

Слоистый композит получают, затем помещая несколько элементарных слоев (от 2 до 10) полученной ткани в пресс-форму, имеющую форму пластины, под пресс с нагревающими пластинами на период времени от 1 до 3 минут, при давлении в интервале от 1 до 20 бар и температуре, выше температуры плавления звездчатого полиамида: (230-260°С). После охлаждения до температуры 50-60°С композит изымают из пресс-формы. Массовое содержание усилителя находится в таком случае в интервале от 60 до 70%.

Пример 4. Получение сэндвичевой композитной структуры с двумя внешними структурными слоями С1 и С3 и одним внутренним облегчающим слоем С2

Два слоистых композита по примеру 2 (слои С1 и С3) помещают по одну и по другую сторону слоя С2 из пены, полученной по примеру 1. Набор помещают между пластинами пресса с нагревающими пластинами с размерами 270 мм × 270 мм на время 10 минут при температуре 240°С и давлении 15 бар, затем охлаждают под давлением до 130°С и изымают из формы. Получают сэндвичевую структуру с очень хорошей целостностью пены и хорошим сцеплением слоев между собой.

Пример 5. Получение сэндвичевой композитной структуры с двумя внешними структурными слоями С1 и С3 и одним внутренним облегчающим слоем С2

Два слоистых композита по примеру 3 (слои С1 и С3) помещают по одну и по другую сторону слоя С2 из пены, полученной по примеру 1. Набор помещают между пластинами пресса с нагревающими пластинами с размерами 270 мм × 270 мм на время 10 минут при температуре 240°С и давлении 15 бар, затем охлаждают под давлением до 130°С и изымают из формы. Получают сэндвичевую структуру с очень хорошей целостностью пены и хорошим сцеплением слоев между собой.

Пример 6. Получение сэндвичевой композитной структуры с двумя внешними структурными слоями С1 и С3 и одним внутренним облегчающим слоем С2

Две пластины из алюминия размером 270 мм ×270 мм и толщиной 1 мм, защитный слой которых был удален (слои С1 и С3), помещают по одну и по другую сторону слоя С2 из пены, полученной по примеру 1. Набор помещают между пластинами пресса с нагревающими пластинами с размерами 270 мм × 270 мм на время 10 минут при температуре 240°С и давлении 15 бар, затем охлаждают под давлением до 130°С и изымают из формы. Получают сэндвичевую структуру с очень хорошей целостностью пены и хорошим сцеплением слоев между собой.

Формула изобретения

1. Композитная структура, состоящая из структурного слоя С1; облегчающего слоя С2 из твердой или полутвердой пены; и структурного слоя С3, отличающаяся тем, что она представляет собой сэндвичевую структуру, состоящую из двух внешних структурных слоев С1 и С3 и одного внутреннего облегчающего слоя С2, причем структурный слой представляет собой пластину или лист, выполненные из термопластичной или термоотверждаемой полимерной матрицы, армированной усиливающими волокнами, либо пластину или лист из металла или металлического сплава, а пена представляет собой полиамидную пену.

2. Композитная структура по п.1, отличающаяся тем, что металлическим сплавом является сталь.

3. Композитная структура по п.1 или 2, отличающаяся тем, что толщина структурного слоя находится в интервале от 0,2 до 3 мм.

4. Композитная структура по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она имеет толщину в интервале от 3 до 50 мм.

5. Композитная структура по одному из п.1 и 2, отличающаяся тем, что плотность пены меньше 300 кг/м³, предпочтительно, находится в интервале от 30 до 200 кг/м³.

6. Композитная структура по одному из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что модуль Юнга (модуль упругости при сжатии) пены больше или равен 30 МПа.

7. Композитная структура по одному из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что полиамидную пену получают инжектированием газа в расплав полиамида или введением в расплав полиамида летучих соединений, порофоров или соединения, способного реагировать с полиамидом с образованием газа.

8. Композитная структура по п.7, отличающаяся тем, что пену получают, исходя из смеси полиамида и поликарбоната.

9. Композитная структура по п.8, отличающаяся тем, что поликарбонат представляет собой поликарбонат, содержащий ароматические циклы формулы:

в которой R₁, R₂, одинаковые или разные, представляют собой атомы водорода, галогена или алкильные или галогеналкильные радикалы, содержащие от 1 до 5 атомов углерода, причем каждый ароматический цикл может быть замещен алкильными или галогеналкильными радикалами, содержащими от 1 до 5 атомов углерода; n представляет собой целое число в интервале от 40 до 300.

10. Композитная структура по п.8 или 9, отличающаяся тем, что молекулярная масса поликарбоната находится в интервале от 5000 до 80000.

11. Композитная структура по одному из пп.8 и 9, отличающаяся тем, что смесь содержит от 0,5 до 20 мас.% поликарбоната по отношению к полиамиду, предпочтительно, от 5 до 15 мас.%.

12. Композитная структура по одному из пп.8 и 9, отличающаяся тем, что пену получают нагреванием смеси полиамида и поликарбоната до температуры, большей или равной температуре плавления полиамида.

13. Композитная структура по п.1 или 2, отличающаяся тем, что по меньшей мере один структурный слой представляет собой пластину или лист, выполненные из термопластичной или термоотверждаемой полимерной матрицы и усиливающих волокон, таких как волокна из стекла, углерода, ароматического амида, полиимида, кварца, сизаля, пеньки, льна.

14. Композитная структура по п.13, отличающаяся тем, что матрица содержит полиамид со звездчатой структурой, состоящей из звездчатых макромолекулярных цепей, содержащих одно или несколько ядер и по меньшей мере три боковые цепочки или три полиамидных сегмента, связанные с ядром, возможно, макромолекулярные линейные полиамидные цепи.

15. Композитная структура по п.14, отличающаяся тем, что полиамид со звездчатой структурой относится к типу полиамидов, получаемых сополимеризацией смеси мономеров, содержащей, по меньшей мере:

а) мономеры следующей общей формулы (I):

б) мономеры следующих общих формул (IIa) и (IIb):

или

в) возможно, мономеры следующей общей формулы (III):

в которых R₁ представляет собой углеводородный радикал, содержащий по меньшей мере 2 атома углерода, линейный или циклический, ароматический или алифатический, и который может содержать гетероатомы,

А означает ковалентную связь или алифатический углеводородный радикал, который может содержать гетероатомы и содержит от 1 до 20 атомов углерода,

Z представляет собой первичную аминогруппу или функциональную группу карбоновой кислоты,

Y представляет собой первичную аминогруппу, когда Х представляет собой функциональную группу карбоновой кислоты, или

Y представляет собой функциональную группу карбоновой кислоты, когда Х представляет собой первичную аминогруппу,

R₂, R₃, одинаковые или разные, представляют собой алифатические, циклоалифатические или ароматические углеводородные радикалы, замещенные или незамещенные, содержащие от 2 до 20 атомов углерода, которые могут содержать гетероатомы,

m представляет собой целое число в интервале от 3 до 8.

16. Способ получения композитной структуры по одному из пп.1-15, включающий стадию соединения по меньшей мере следующих элементов: структурного слоя С1; облегчающего слоя С2 из полиамидной пены или предшественника упомянутой пены; и структурного слоя С3.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что предшественник пены представляет собой порошок или изделие, содержащие способный расширяться полиамидный состав, состоящий из полиамида и порофора.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что порофор представляет собой поликарбонат.

19. Способ по п.16, отличающийся тем, что соединение осуществляют термоформованием или каландрованием различных элементов С1, С2 и С3, причем различные элементы термоформуют или каландруют одновременно или последовательно.

20. Применение композитной структуры по одному из пп.1-15 для изготовления деталей автомобилей или самолетов, или для изготовления спортивных товаров, таких, как лыжи, или при изготовлении панелей в строительстве.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 18.09.2009

Извещение опубликовано: 27.07.2010 БИ: 21/2010