Патент на изобретение №2397871

(54) АРМИРОВАННЫЕ ВОЛОКНАМИ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЕ ЛИСТЫ С ПОВЕРХНОСТНЫМ ПОКРЫТИЕМ

(57) Реферат:

Изобретение имеет отношение к листовому композиционному материалу и способу его изготовления. Материал включает, по меньшей мере, один пористый внутренний слой и, по меньшей мере, одну оболочку. Пористый внутренний слой выполнен из холста, изготовленного из материала, имеющего структуру с открытыми ячейками, состоящего из беспорядочно пересекающихся армирующих волокон, скрепленных, по меньшей мере, одним или более невспененным термопластичным материалом. Пористый внутренний слой содержит волокна в количестве примерно от 20 до 80 мас.% от общего веса упомянутого пористого внутреннего слоя. Оболочка включает, по меньшей мере, один из следующих компонентов: термопластичная пленка, эластомерная пленка, металлическая фольга, термореактивное покрытие, неорганическое покрытие, сетка на основе волокон, нетканый материал и тканый материал; имеет предельный кислородный индекс более 22, определяемый согласно ISO 4589, и способна выдерживать температуру от примерно 200°С до примерно 425°С. При этом каждая оболочка покрывает, по меньшей мере, часть поверхности упомянутого одного пористого внутреннего слоя. Полученный материал обладает пониженными скоростью распространения пламени, уровнем плотности дыма, выделения теплоты и уровнем выделения газов. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 3 табл.

Предпосылки создания изобретения

Настоящее изобретение относится в основном к пористым термопластичным листам из армированного волокнами полимерного композиционного материала, и конкретнее к пористым термопластичным листам из армированного волокнами полимерного композиционного материала, имеющим верхние покрытия, обеспечивающие выполнение, по меньшей мере, одного из следующих требований: пониженная скорость распространения пламени, пониженный уровень плотности дыма, пониженное выделение теплоты и пониженный уровень выделения газов.

Пористые термопластичные листы из армированного волокнами композиционного материала были описаны в патентах US 4978489 и 4670331 и находят многочисленное и разнообразное применение в обрабатывающей промышленности вследствие простоты процесса формования армированных волокнами термопластичных листов в готовые изделия. Например, для выполнения готовых изделий из армированных волокнами термопластичных листов успешно применялись такие известные технологические методы, как горячая штамповка, прессование в форме и горячее формование.

Вследствие различного применения армированные волокнами термопластичные листы подвергаются различным эксплуатационным испытаниям. Например, такие характеристики армированных волокнами термопластичных листов, как скорость распространения пламени, уровень плотности дыма и уровень выделения газов имеют существенное значение, когда выполненные из них готовые изделия используются в среде, которая может быть подвергнута воздействию огня, как, например, при пожаре. Исходя из требований безопасности, существует потребность в улучшении эксплуатационных характеристик изделий из армированных волокнами термопластичных листов в отношении скорости распространения пламени, уровня плотности дыма и токсичности.

Краткое описание изобретения

В одном объекте изобретения предлагается листовой композиционный материал, который содержит, по меньшей мере, один пористый внутренний слой, состоящий, по меньшей мере, из одного термопластичного материала, волокон, содержание которых составляет от 20 до 80 массовых процентов от общего веса упомянутого пористого внутреннего слоя, и, по меньшей мере, одну оболочку. При этом каждая оболочка покрывает, по меньшей мере, часть поверхности, по меньшей мере, одного пористого внутреннего слоя. Эта оболочка состоит, по меньшей мере, из одного из следующих компонентов: термопластичная пленка, эластомерная пленка, металлическая фольга, термореактивное покрытие, неорганическое покрытие, сетка на основе волокон, нетканый материал и тканый материал; при этом упомянутая оболочка имеет предельный кислородный индекс более 22, определяемый согласно ISO 4589.

В другом аспекте изобретения предлагается способ производства пористого армированного волокнами термопластичного листа. Этот способ включает в себя производство пористого армированного волокнами термопластичного листа, имеющего, по меньшей мере, один пористый внутренний слой, состоящий из термопластичного материала и волокон, содержание которых составляет от 20 до 80 массовых процентов. Этот способ также включает в себя ламинирование, по меньшей мере, одной оболочки на поверхность упомянутого пористого армированного волокнами термопластичного листа. Каждая оболочка состоит, по меньшей мере, из одного из следующих компонентов: термопластичная пленка, эластомерная пленка, металлическая фольга, термореактивное покрытие, неорганическое покрытие, сетка на основе волокон, нетканый материал и тканый материал; при этом упомянутая оболочка имеет предельный кислородный индекс более 22, определяемый согласно ISO 4589, с целью улучшения, по меньшей мере, одной из следующих характеристик пористого армированного волокнами термопластичного листа: скорость распространения пламени, уровень плотности дыма, выделение теплоты и уровень выделения газов.

В еще одном объекте изобретения предлагается листовой композиционный материал, который содержит проницаемый внутренний слой, включающий дискретные волокна, связанные между собой термопластичной смолой. При этом проницаемый внутренний слой имеет плотность примерно от 0.2 г/см³ до 1.8 г/см³ и содержит поверхностную область. Упомянутый листовой композиционный материал также содержит адгезивный слой, прилегающий к поверхностной области. Упомянутый адгезивный слой состоит из материала, имеющего предельный кислородный индекс более 22, определяемый согласно ISO 4589.

Краткое описание чертежей

Фигура 1 представляет вид в поперечном разрезе типового армированного волокнами термопластичного листа в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения.

Фигура 2 представляет вид в поперечном разрезе типового армированного волокнами термопластичного листа в соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения.

Фигура 3 представляет вид в поперечном разрезе типового армированного волокнами термопластичного листа в соответствии с еще одним вариантом выполнения настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Ниже описываются многослойные пористые термопластичные листы из армированного волокнами композиционного материала, эксплуатационные характеристики которых отличаются пониженной скоростью распространения пламени, пониженным уровнем плотности дыма, пониженным выделением теплоты и пониженным уровнем выделения газов. В типовом варианте выполнения многослойные пористые армированные волокнами термопластичные листы содержат один, или более, пористый внутренний слой, который сформирован из одного, или более, термопластичного материала и диспергированных в этом термопластичном материале волокон, содержание которых составляет от 20 массовых процентов до 80 массовых процентов. По меньшей мере, одна поверхность внутреннего слоя покрыта оболочкой, ламинированной на внутренний слой при высокой температуре и/или давлении, с применением клеящего или связывающего слоя или без применения этого слоя. Материалы оболочки выбирают таким образом, чтобы они, по меньшей мере, частично способствовали требуемому понижению скорости распространения пламени, уровня плотности дыма, степени выделения теплоты и уровня выделения газов в композитном листе в случае возникновения пожара. Посредством ламинирования вместе двух или более пористых внутренних слоев, состоящих из разных термопластичных материалов и/или разных волокон, можно также улучшить их восприимчивость к обработке, пластичность и эксплуатационные качества. Более того, во избежание ухудшения эксплуатационных характеристик оболочки можно ламинировать между внутренними слоями. Кроме того, пластичность и способность к формованию можно улучшить ламинированием, по меньшей мере, одной оболочки на поверхность внутреннего слоя, если эта оболочка выполнена, по меньшей мере, из одного из следующих материалов: сетка на основе волокон, нетканый материал и тканый материал.

Фигура 1 представляет вид в поперечном разрезе типового армированного волокнами термопластичного композитного листа 10, который состоит из одного пористого внутреннего слоя 12 и оболочек 14 и 16, ламинированных на наружные поверхности 18 и 20 внутреннего слоя 12. В одном варианте выполнения композитный лист 10 имеет толщину примерно от 0.5 мм до 50 мм, а в другом варианте выполнения – толщину примерно от 0.5 мм до 25 мм. Также оболочки 14 и 16 в одном варианте выполнения имеют толщину примерно от 25 мкм до 5 мм, а в другом варианте выполнения – толщину примерно от 25 мкм до 2.5 мм.

Внутренний слой 12 сформирован из холста, изготовленного из материала, имеющего структуру с открытыми ячейками, состоящего из беспорядочно пересекающихся армирующих волокон, скрепленных, по меньшей мере, частично, одной или более термопластичной смолой, при этом объем пор пористого внутреннего слоя 12 обычно колеблется в пределах между примерно 5% и примерно 95%, а в особенности в пределах между примерно 30% и примерно 80% общего объема внутреннего слоя 12. В другом варианте выполнения пористый внутренний слой 12 сформирован из материала с открытыми ячейками, состоящего из беспорядочно пересекающихся армирующих волокон, скрепленных, по меньшей мере, частично одной или более термопластичной смолой, при этом от примерно 40% до примерно 100% ячеистых структур являются открытыми и позволяют проходить насквозь воздуху и газам. В одном варианте выполнения плотность внутреннего слоя 12 составляет примерно от 0.2 г/см³ до 1.8 г/см³, а в другом варианте выполнения – примерно от 0.3 г/см³ до 1.0 г/см³. Внутренний слой 12 выполняют с применением известных технологических процессов, таких, например, как способ мокрой выкладки, способ воздушной выкладки, процесс сухого смешивания, процесс прочесывания и формования методом надувной иглы и другие известные технологические процессы, применяемые при производстве нетканых изделий. Также пригодны комбинации подобных технологических процессов. Внутренний слой 12 содержит примерно от 20 до 80 массовых процентов волокон, имеющих высокий модуль упругости при растяжении и среднюю длину между примерно 7 и примерно 200 мм, а также примерно от 20 до 80 массовых процентов полностью или в значительной степени несвязанных волокон или частиц термопластичного материала, при этом массовые процентные содержания указаны относительно общего веса внутреннего слоя 12. В другом варианте выполнения во внутреннем слое содержится примерно от 35 до 55 массовых процентов волокон. Холст нагревают выше температуры стеклования термопластичных смол на внутреннем слое 12, чтобы в значительной степени размягчить материал, и пропускают через одно, или более, уплотняющее устройство, например прижимные валки, каландры, ламинаторы с двойным ремнем, поворотные прессы, многоэтажные прессы, автоклавы и другие подобные устройства, применяемые для ламинирования и уплотнения листов и тканых материалов, пластический материал стал текучим и промочил волокна. Зазор между уплотняющими элементами в уплотняющих устройствах устанавливают меньше, чем толщина неуплотненного холста, но больше, чем у холста, если бы он был полностью уплотнен, таким образом позволяя холсту расшириться и оставаться в значительной степени проницаемым после пропускания через валки. В одном варианте выполнения размер этого зазора устанавливают примерно на 5-10% больше, чем толщина холста, если бы он был полностью уплотнен. Под полностью уплотненным холстом подразумевается уплотненный холст, в котором в значительной степени отсутствуют пустоты. В полностью уплотненном холсте пустоты составляют менее 5% и открытые ячейки составляют незначительную часть.

Под высоким модулем упругости при растяжении подразумевается модуль упругости при растяжении, который существенно выше, чем в уплотненном листе, который мог бы быть выполнен из материала с паутинной структурой. В подпадающие под эту категорию волокна включают металлические волокна, металлизированные неорганические волокна, металлизированные синтетические волокна, стекловолокно, графитовые, углеродные и керамические волокна, а также такие волокна, как, например, арамидные волокна, которые продаются под торговыми марками Kevlar и Nomex, и, как правило, сюда включают любое волокно, у которого модуль упругости при растяжении выше, чем примерно 10000 мПа при комнатной температуре и нормальном давлении.

Пластиковые материалы в виде частиц содержат короткие пластиковые волокна, которые могут добавляться для усиления когезии паутинной структуры в процессе производства. Связывание волокон осуществляется посредством использования термических характеристик пластиковых материалов внутри паутинной структуры. Материал с паутинной структурой нагревается до такой степени, чтобы заставить термопластичную составляющую сплавиться на своей поверхности с прилежащими частицами и волокнами.

В одном варианте выполнения отдельные армирующие волокна в среднем не должны быть короче чем примерно 7 миллиметров, поскольку более короткие волокна, как правило, не обеспечивают требуемое армирование в конечном формованном изделии. В то же время длина волокон в среднем не должна превышать примерно 200 миллиметров, поскольку такие волокна трудно обрабатывать во время процесса производства.

В одном варианте выполнения используют стекловолокно, и для придания конструкционной прочности это волокно имеет средний диаметр примерно 7-20 микрон. Волокна с диаметром меньше чем примерно 7 микрон могут перейти во взвешенное состояние, чем нанести вред состоянию окружающей среды и создать проблемы безопасности. Волокна с диаметром больше чем примерно 22 микрона трудно обрабатывать во время процесса производства, и они недостаточно эффективно армируют матрицу пластика после завершения формования.

В одном варианте выполнения термопластичный материал находится, по меньшей мере, частично в виде частиц. К пригодным термопластичным материалам относятся, ими не ограничиваясь, полиэтилен, полипропилен, полистирол, акрилонитрилстирол, бутадиен, полиэтилентерефталат, полибутилентерефталат, полибутилентерахлорат и поливинилхлорид, как пластифицированные, так и непластифицированные, и смеси этих материалов друг с другом и другими полимерными материалами. К другим пригодным термопластичным материалам относятся, ими не ограничиваясь, простые ароматические полиэфиры, поликарбонаты, полиэфиркарбонаты, термопластичные полиэфиры, полиэфиримиды, сополимеры акрилонитрила, бутилакрилата и стирола, аморфный нейлон, ароматические полиэфиркетоны, полифениленсульфид, полиарилсульфон, полиэфирсульфон, жидкокристаллические полимеры, поли(1,4-фенилен)соединения, известные под торговой маркой PARMAX, тугоплавкие поликарбонаты, такие, например, как Bayer’s APEC PC, высокотемпературный нейлон и силиконы, а также сплавы и смеси этих материалов друг с другом или другими полимерными материалами. В варианте термопластичный материал имеет предельный кислородный индекс (LOI) более 22, измеренный согласно методу испытаний ISO 4589. Предполагается, что возможно использовать любую термопластичную смолу, при условии, что она химически не разрушается водой и может достаточно размягчаться под воздействием тепла, чтобы плавиться или формоваться без угрозы химического или термического разложения.

В одном варианте выполнения частицы пластика не обязательно должны быть очень мелкими, но частицы крупнее чем примерно 1.5 миллиметра непригодны, поскольку они не обладают достаточной текучестью во время процесса формования, чтобы сформировать гомогенную структуру. Использование более крупных частиц может привести к уменьшению модуля изгиба материала в процессе его уплотнения. В одном варианте выполнения размер частиц не превышает примерно 1 миллиметра.

Оболочки 14 и 16, представленные на фигуре 1, выполнены из материалов, которые могут выдержать температуры технологического процесса в диапазоне примерно от 200°С до 425°С. Оболочки 14 и 16 могут представлять собой термопластичные пленки, эластомерные пленки, металлическую фольгу, термореактивные покрытия, неорганические покрытия, армированные волокнами сетки, тканые и нетканые материалы. Для формования термопластичных пленок может быть использован любой подходящий термопластичный материал, включая смеси термопластичных материалов, имеющих предельный кислородный индекс (LOI) более 22, измеренный согласно методу испытаний ISO 4589, как, например, полиэфиримид, полиэфиркетон, полиэфирэфиркетон, полифениленсульфид, полиэфирсульфон, полиамидоимид, полиариленсульфон и комбинации из них. К пригодным для формования оболочек волокнам относятся, ими не ограничиваясь, стекловолокно, арамидные волокна, углеродные волокна, неорганические волокна, металлические волокна, металлизированные синтетические волокна, металлизированные неорганические волокна и комбинации из них. В варианте волокна, используемые при формовании оболочек, имеют предельный кислородный индекс (LOI) более 22, измеренный согласно методу испытаний ISO 4589.

В одном варианте выполнения неорганическое покрытие содержит слой, по меньшей мере, одного из следующих компонентов: гипсовое тесто, паста из карбоната кальция, известковый раствор и бетон. Сетка на основе волокон содержит легкий нетканый материал покрытия, изготовленный посредством способа мокрой выкладки, воздушной выкладки, прядения и сшивки. Сетка на основе волокон содержит, например, стекло, углерод, полиакрилонитрил, арамид, поли-п-фениленбензобисоксазол, полиэфиримид, полифениленсульфид и т.д. Нетканый материал включает в себя термопластичный материал, термоотверждаемое связующее, неорганические волокна, металлические волокна, металлизированные неорганические волокна и металлизированные синтетические волокна.

Оболочки 14 и 16 ламинируются на внутренний слой 12 любым подходящим способом ламинирования с применением высокой температуры и/или давления, с применением клеящего или связывающего слоя или без него с использованием, например, прижимных роликов или ламинирующих машин. Оболочки 14 и 16 ламинируются на внутренний слой 12 после завершения его формования и в одном варианте выполнения оболочки 14 и 16 ламинируются на внутренний слой 12 до его разрезания на листы, заранее предусмотренного размера. В другом варианте выполнения оболочки 14 и 16 ламинируются на внутренний слой 12 после его разрезания на листы. В одном варианте выполнения температура процесса ламинирования выше температуры стеклования термопластичных смол оболочек и внутреннего слоя, например выше чем примерно 100°С. В другом варианте выполнения оболочки 14 и 16 ламинируются на внутренний слой 12 при комнатной температуре с применением термоотверждаемого клея отверждения и давления.

Фигура 2 представляет вид в поперечном разрезе другого типового армированного волокнами термопластичного листа 30, который состоит из внутренних слоев 32 и 34 и оболочек 36, 38 и 40, ламинированных на внутренние слои 32 и 34. Более конкретно, внутренний слой 32 содержит первую поверхность 42 и вторую поверхность 44, а внутренний слой 34 содержит первую поверхность 46 и вторую поверхность 48. Внутренние слои 32 и 34 расположены так, что вторая поверхность 44 внутреннего слоя 32 прилегает к первой поверхности 46 внутреннего слоя 34. Оболочка 36 размещается над первой поверхностью 42 внутреннего слоя 32, оболочка 38 размещается над второй поверхностью 48 внутреннего слоя 34, а оболочка 40 размещается между второй поверхностью 44 внутреннего слоя 32 и первой поверхностью 46 внутреннего слоя 34. Внутренние слои 32 и 34 и оболочки 36, 38 и 40 сформованы вместе и образуют армированный волокнами термопластичный лист 30.

Внутренние слои 32 и 34, как и описанный выше внутренний слой 12, содержат примерно от 20 до 80 массовых процентов волокон, имеющих высокий модуль упругости при растяжении, и примерно от 20 до 80 массовых процентов термопластичного материала. Термопластичный материал и/или волокна внутреннего слоя 32, а так же и термопластичный материал и/или волокна внутреннего слоя 34 могут быть одинаковыми или разными, в зависимости от требуемых свойств листа 30.

Оболочки 36, 38 и 40, как и описанные выше оболочки 14 и 16, выполнены из материалов, которые могут выдержать температуры технологического процесса в диапазоне примерно от 200°С до 425°С. Оболочки 36, 38 и 40 могут представлять собой термопластичные пленки, армированные волокнами сетки и тканые или нетканые материалы. Материалы, из которых выполнены оболочки 36, 38 и 40, могут быть одинаковыми или разными, в зависимости от требуемых свойств листа 30.

В другом варианте выполнения лист 30 не содержит оболочку 40, ламинированную между внутренними слоями 32 и 34. Согласно другим вариантам выполнения только одна из наружных поверхностей листа 30 имеет оболочку и/или оболочку, ламинированную между внутренними слоями 32 и 34. В другом альтернативном варианте выполнения лист 30 содержит оболочку или оболочку 40, ламинированную между внутренними слоями 32 и 34, которая покрывает, по меньшей мере, часть второй поверхности 44 внутреннего слоя 32 и первой поверхности 46 внутреннего слоя 34.

Фигура 3 представляет вид в поперечном разрезе другого типового армированного волокнами термопластичного листа 60, который состоит из пористых внутренних слоев 62, 64 и 66 и оболочек 68, 70, 72 и 74, ламинированных на внутренние слои 62, 64 и 66. Более конкретно, внутренний слой 62 содержит первую поверхность 76 и вторую поверхность 78, внутренний слой 64 содержит первую поверхность 80 и вторую поверхность 82, а внутренний слой 66 содержит первую поверхность 84 и вторую поверхность 86. Внутренние слои 62, 64 и 66 расположены так, что вторая поверхность 78 внутреннего слоя 62 прилегает к первой поверхности 80 внутреннего слоя 64, а вторая поверхность 82 внутреннего слоя 64 прилегает к первой поверхности 84 внутреннего слоя 66. Оболочка 68 размещается над первой поверхностью 76 внутреннего слоя 62, оболочка 70 размещается над второй поверхностью 86 внутреннего слоя 66, оболочка 72 размещается между второй поверхностью 78 внутреннего слоя 62 и первой поверхностью 80 внутреннего слоя 64, а оболочка 74 размещается между второй поверхностью 82 внутреннего слоя 64 и первой поверхностью 84 внутреннего слоя 66. Внутренние слои 62, 64 и 66 и оболочки 68, 70, 72 и 74 ламинированы вместе и образуют армированный волокнами термопластичный лист 60.

Внутренние слои 62, 64 и 66, как и описанный выше внутренний слой 12, содержат примерно от 20 до 80 массовых процентов волокон, имеющих высокий модуль упругости при растяжении, и примерно от 20 до 80 массовых процентов термопластичного материала. Термопластичный материал и/или волокна каждого из внутренних слоев 62, 64 и 66 могут быть одинаковыми или могут отличаться от термопластичного материала и/или волокон каждого из других внутренних слоев, в зависимости от требуемых свойств листа 60.

Оболочки 68, 70, 72 и 74, как и описанные выше оболочки 14 и 16, выполнены из материалов, которые могут выдерживать температуры технологического процесса в диапазоне примерно от 200°С до 425°С. Упомянутые оболочки 68, 70, 72 и 74 могут представлять собой термопластичные пленки, армированные волокнами сетки и тканые или нетканые материалы. Материалы, из которых выполнены оболочки 68, 70, 72 и 74, могут быть одинаковыми или разными, в зависимости от требуемых свойств листа 60. В другом варианте выполнения лист 60 содержит одну или более из упомянутых оболочек 68, 70, 72 и 74, но не все четыре оболочки. В другом варианте выполнения лист 60 содержит одну или более из оболочек 68, 70, 72 и 74, покрывающих, по меньшей мере, часть поверхностей внутренних слоев 62, 64 и 66.

Описанные выше пористые армированные волокнами термопластичные композитные листы могут применяться, не ограничиваясь перечисленным ниже, в строительной промышленности, авиации, поездах и морских судах в качестве боковых стеновых панелей, потолочных панелей, прокладочного материала для грузов, офисных перегородок, внутренней обивки лифтовых шахт, потолочной облицовочной плитки, утапливаемых кожухов для легких конструкций и других вариантах применения подобного рода, где в настоящее время используются сотовые структуры из трехслойного композитного материала, термопластичные листы и армированные волокнами материалы из пластика. Из упомянутых композитных листов можно формовать различные готовые изделия с применением известных в данной области техники методов, как, например, штамповка листовых термопластов, горячее формование, горячая штамповка, вакуумное формование, компрессионное формование и автоклавная обработка. Сочетание соотношения высокой жесткости и веса, способность к обработке горячим формованием с участками глубокой вытяжки, пригодность к переработке для вторичного использования после окончания периода эксплуатации, характеристики по звукоизоляции и подходящие низкие показатели по распространению пламени, выделению теплоты, плотности дыма и выделению газов делают упомянутый пористый армированный волокнами термопластичный композитный материал более приемлемым материалом, чем те, которые используются в настоящее время.

Далее изобретение описывается со ссылкой на следующие примеры, которые представлены исключительно с целью иллюстрации и без намерения ограничить объем применения настоящего изобретения. Если не указано иначе, все перечисленные величины указаны в массовых частях.

В сравнительном примере проводится сравнение показателей по пламени, дыму и выделению газов между контрольным образцом, обозначенным Образец А, и типовыми образцами варианта выполнения настоящего изобретения, обозначенными Образец В и Образец С. Образец А представляет собой пористый армированный волокнами лист, выполненный из смеси полиэфиримида, приобретенного у фирмы General Electric Company под торговой маркой ULTEM, и поликарбонатной смолы бисфенол А, содержащей огнезащитную добавку на основе брома, приобретенного у фирмы General Electric Company под торговой маркой LEXAN, при этом упомянутые смолы смешиваются в массовом соотношении 5 процентов и 55 процентов. Смешанные смолы были диспергированы в пористом армированном волокнами листе, содержащем примерно 40 массовых процентов стекловолокна с номинальным диаметром волокон, составляющим 16 микрон, и средней длиной, равной 12.7 мм. Образец В представляет собой пористый армированный волокнами лист Образца А, ламинированный, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения, пленками из полиэфиримида толщиной 76 микрон, приобретенной у фирмы General Electric Company под торговой маркой ULTEM. Образец С представляет собой пористый армированный волокнами лист Образца А, ламинированный с арамидными сетками плотностью 27 г/м², приобретенными у фирмы E.I. du Pont de Nemours and Company под торговой маркой KEVLAR, ламинированными на внешние поверхности в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения. Образец D представляет собой пористый армированный волокнами лист Образца А, ламинированный с полипропиленовыми пленками толщиной 8 мил (1 мил = 0,0254 мм). Образец D является сравнительным образцом, который содержит полипропиленовые пленки с предельным кислородным индексом (LOI), равным 17. Результаты испытаний представлены ниже в таблицах I и II.

В сравнительном примере проводится сравнение характеристик по пламени и дыму между Образцом Е, пористым армированным волокнами листом, выполненным из смеси полиэфиримида и поликарбонатных смол, в массовом соотношении по 25 массовых процентов каждого из этих компонентов, и 50 массовых процентов стекловолокна диаметром 16 микрон и длиной 12.7 мм. Образцом F, пористым армированным волокнами листом, выполненным из смеси полиэфиримида и экологически безвредного замедлителя горения на основе поликарбонатной смолы в массовом соотношении 5 и 55 массовых процентов, комбинированной с 40 массовыми процентами стекловолокна диаметром 16 микрон и длиной 12.7 мм; Образцом G, пористым армированным волокнами листом, выполненным из поликарбонатной смолы с 50 массовыми процентами стекловолокна диаметром 16 микрон и длиной 12.7 мм; Образцом Н, пористым армированным волокнами листом, выполненным из полипропилена с 55 массовыми процентами стекловолокна диаметром 16 микрон и длиной 12.7 мм; Образцом I, пористым армированным волокнами листом, выполненным из смолы простого ароматического полиэфира с 50 массовыми процентами стекловолокна, и Образцом J, пористым армированным волокнами листом, выполненным из смеси поликарбоната и полибутилентерефталата, комбинированных в массовом соотношении 33 процента и 17 процентов каждого компонента, с 50 массовыми процентами стекловолокна диаметром 16 микрон и длиной 12.7 мм; результаты испытаний представлены ниже в таблице III.

Упомянутые, армированные волокнами, термопластичные листы для Образцов А-J были выполнены с использованием процесса на основе способа мокрой выкладки для производства бумажной продукции, описанного в патентах GB 1129757 и 1329409. Армированный волокнами термопластичный лист был затем подвергнут обработке в ламинаторе с двойным ремнем при температуре 325°С и давлении 2 бара с тем, чтобы этот лист частично уплотнить и дать возможность смоле промочить волокна. Образец В был выполнен из того же армированного волокнами термопластичного листа, что и Образец А, но с добавлением пленки из полиэфиримида толщиной 75 микрометров, покрывающей его поверхности, с применением обработки в ламинаторе с двойным ремнем при описанных выше условиях. Образец С был выполнен из того же армированного волокнами термопластичного листа, что и Образец А, но с добавлением арамидной сетки плотностью 27 г/м², покрывающего его поверхности, с применением обработки в ламинаторе с двойным ремнем при описанных выше условиях. Образец D был выполнен из того же армированного волокнами термопластичного листа, что и Образец А, но с добавлением арамидной сетки плотностью 27 г/м², покрывающего его поверхности, с применением обработки в ламинаторе с двойным ремнем при описанных выше условиях. Образец D был выполнен из того же армированного волокнами термопластичного листа, что и Образец А, но с добавлением полипропиленовой пленки толщиной 8 мил, покрывающей его поверхности, с применением обработки в ламинаторе с двойным ремнем при описанных выше условиях.

Характеристики скорости распространения пламени измерялись с применением источника излучающего тепло и сжигаемого образца испытываемого материала в соответствии с методом ASTM E-162-02A под названием «стандартный метод определения возгораемости поверхности материалов при использовании источника терморадиационной энергии». Индекс скорости распространения пламени был выведен из скорости продвижения фронта распространения пламени и скорости выделения теплоты тестируемым материалом. Основными критериями являются индекс скорости распространения пламени (FSI) и результаты наблюдений за отеканием каплями – горением – отеканием каплями. В соответствии с требованиями США и Канады для материалов, применяемых внутри пассажирских автобусов, индекс скорости распространения пламени (FSI) не должен превышать 35, и образование горящих капель не допускается. В соответствии с требованиями компании “Underwriters Laboratory” (UL) для получения сертификации UL необходимо, чтобы детали площадью более 10 квадратных футов имели индекс скорости распространения пламени (FSI) не более 200.

Для определения характеристик по дыму испытываемые образцы подвергались воздействию условий с образованием и без образования пламени внутри закрытой камеры в соответствии с методом ASTM E-662-03 под названием «стандартный метод измерения удельной оптической плотности дыма, выделяемого твердыми материалами». Были сделаны измерения пропускания света, на основании которых была рассчитана удельная оптическая плотность дыма, выделяемого за время проведения испытания. Основными критериями являются оптическая плотность (D_s) дыма, выделяемого образцом, подверженным воздействию радиационной печи, или воздействию радиационной печи в сочетании с многократным воздействием пламени. Изменение оптической плотности относительно времени регистрируется в течение, как правило, 20 минут. Важными показателями являются максимальная оптическая плотность и время, за которое оптическая плотность достигла своего максимального значения. Положениями о железнодорожном транспорте США и Канады, а также некоторыми руководствами по эксплуатации автобусов в США и Канаде устанавливается максимальное значение D_s на уровне не более 100 за 1.5 минуты и максимальное значение D_s на уровне не более 200 за 4 минуты. Международные правила эксплуатации воздушного транспорта устанавливают максимальное значение D_s на уровне не более 200 за 4 минуты для многих крупноформатных изделий внутреннего применения.

Соответствие требованиям Федерального авиационного управления США (FAA) по характеристикам токсичности и пламени было также проверено согласно критериям BSS-7239, разработанным корпорацией Боинг (Boeing Corporation), с применением калориметра согласно Федеральному авиационному уставу США (FAR) 25.853(a), приложение F, часть IV (OSU 65/65).

Большая часть внутреннего салона пассажирского лайнера обычно должна соответствовать описанным выше ASTM E162 и ASTM E662 и иметь максимальное значение D_s на уровне не более 200 за 4 минуты. Трудным для прохождения тестом для пластмасс традиционно было испытание на выделение теплоты по методу OSU 65/65. Согласно этому испытанию испытуемый материал подвергается воздействию определенного источника, излучающего тепло, и регистрируются показания калориметра. Основными критериями являются среднее максимальное значение выделения теплоты в течение 5-минутного испытания, которое не должно превышать 65 киловатт/м², и среднее общее количество теплоты, выделенной за первые 2 минуты этого испытания, которое не должно превышать 65 киловатт-мин/м².

В 60-секундном тесте на вертикальное выгорание испытуемая часть подвергается воздействию открытого пламени небольшой интенсивности в течение 60 секунд, и основными критериями являются выгоревшая длина не более 150 мм, время горения после окончания воздействия открытого пламени не более 15 секунд и время стекания горящих капель не более 3 секунд.

Приведенные выше результаты испытаний показывают, что армированный волокнами термопластичный лист с оболочками из полиэфиримидов согласно Образцу В и с арамидными сетками согласно Образцу С обладают характеристиками с пониженным индексом распространения пламени F_s, пониженной плотностью дыма D_s, пониженным выделением теплоты и пониженным выделением газов по сравнению с Образцом А. Как представлено в таблице I, результаты испытаний Образцов В и С лучше, чем результаты испытаний Образца А. Например, Образцы В и С демонстрируют более низкий индекс распространение пламени F_s, соответственно 5.5 и 6.0, чем Образец А, у которого F_s равен 10. Особенно низкие результаты тестирования Образцы В и С продемонстрировали по испытаниям, проведенным в соответствии с требованиями ASTM Е-162, ASTM E-662, FAR 25.853(a) и теста на 60-секундное вертикальное выгорание. Единственным отклонением явился результат испытания Образца С на 4-минутную плотность дыма D_s. У испытуемого Образца D, содержащего термопластичную пленку с предельным кислородным индексом LOI, равным только 17, индекс распространения пламени F_s оказался более 200 и имели место горящие капли. Далее, каждый из образцов Е-J продемонстрировал, что, по меньшей мере, один из таких показателей, как индекс распространения пламени F_s и четырехминутная плотность дыма D_s, у них оказались значительно выше, чем индекс распространения пламени F_s и четырехминутная плотность дыма D_s, у Образцов В и С.

Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано со ссылкой на показатели отдельных предпочтительных вариантов выполнения, специалисты понимают, что настоящее изобретение можно осуществлять на практике с изменениями в рамках духа и объема формулы настоящего изобретения.

Формула изобретения

1. Листовой композиционный материал с пониженной скоростью распространения пламени, пониженным уровнем плотности дыма, пониженным выделением теплоты и пониженным уровнем выделения газов, включающий
по меньшей мере, один пористый внутренний слой из холста, изготовленного из материала, имеющего структуру с открытыми ячейками, состоящего из беспорядочно пересекающихся армирующих волокон, скрепленных, по меньшей мере, одним или более невспененным термопластичным материалом, причем указанный пористый внутренний слой содержит волокна в количестве примерно от 20 до 80 мас.% от общего веса упомянутого пористого внутреннего слоя; и
по меньшей мере, одну оболочку, при этом каждая оболочка покрывает, по меньшей мере, часть поверхности упомянутого одного пористого внутреннего слоя; упомянутая оболочка включает, по меньшей мере, один из следующих компонентов: термопластичная пленка, эластомерная пленка, металлическая фольга, термореактивное покрытие, неорганическое покрытие, сетка на основе волокон, нетканый материал, и тканый материал, имеет предельный кислородный индекс более 22, определяемый согласно ISO 4589, и способна выдерживать температуру от примерно 200 до примерно 425°С.

2. Листовой композиционный материал по п.1, в котором упомянутая термопластичная пленка включает, по меньшей мере, один из следующих компонентов: полиэфиримид, полиэфиркетон, полиэфирэфиркетон, полифениленсульфид, полиариленсульфон, полиэфирсульфон, полиамидоимид, поли(1,4-фенилен), поликарбонат, нейлон и силикон.

3. Листовой композиционный материал по п.1, в котором упомянутая сетка на основе волокон содержит, по меньшей мере, один из следующих материалов: стекловолокна, арамидные волокна, графитовые волокна, углеродные волокна, неорганические минеральные волокна, металлические волокна, металлизированные синтетические волокна и металлизированные неорганические волокна.

4. Листовой композиционный материал по п.3, в котором упомянутая сетка на основе волокон содержит, по меньшей мере, один из следующих компонентов: полиакрилонитрил, п-арамид, м-арамид, поли(п-фенилен 2,6-бензобисоксазол), полиэфиримид и полифениленсульфид.

5. Листовой композиционный материал по п.1, в котором упомянутое термореактивное покрытие содержит, по меньшей мере, один из следующих компонентов: ненасыщенные полиуретаны, сложные виниловые эфиры, фенольные смолы и эпоксидные смолы.

6. Листовой композиционный материал по п.1, в котором упомянутое неорганическое покрытие включает минералы, содержащие катионы, выбранные из группы Са, Mg, Ba, Si, Zn, Ti и Al.

7. Листовой композиционный материал по п.6, в котором упомянутое неорганическое покрытие включает, по меньшей мере, один из следующих компонентов: гипс, карбонат кальция и известковый раствор.

8. Листовой композиционный материал по п.1, включающий
первый пористый внутренний слой, имеющий первую поверхность и вторую поверхность; и
по меньшей мере, одну оболочку, покрывающую, по меньшей мере, часть, по меньшей мере, одной из упомянутых первой и второй поверхностей.

9. Листовой композиционный материал по п.1, включающий
первый и второй пористый внутренний слой, при этом каждый упомянутый внутренний слой включает первую и вторую поверхности, и упомянутая вторая поверхность упомянутого первого внутреннего слоя прилегает к упомянутой первой поверхности упомянутого второго внутреннего слоя; и
по меньшей мере, одну оболочку, покрывающую, по меньшей мере, часть, по меньшей мере, одной из упомянутых первой и второй поверхностей упомянутого первого внутреннего слоя, и упомянутых первой и второй поверхностей упомянутого второго внутреннего слоя.

10. Листовой композиционный материал по п.9, в котором упомянутый первый пористый внутренний слой содержит, по меньшей мере, один термопластичный материал и одно волокно, которые отличаются от содержащихся в упомянутом втором пористом внутреннем слое.

11. Листовой композиционный материал по п.1, включающий
первый, второй и третий пористый внутренний слои, при этом каждый упомянутый внутренний слой включает первую и вторую поверхности, и упомянутая вторая поверхность упомянутого первого внутреннего слоя прилегает к упомянутой первой поверхности упомянутого второго внутреннего слоя, а упомянутая вторая поверхность упомянутого второго внутреннего слоя прилегает к упомянутой первой поверхности упомянутого третьего внутреннего слоя; и
по меньшей мере, одну оболочку, покрывающую, по меньшей мере, одну из упомянутых первой и второй поверхностей упомянутого первого внутреннего слоя, упомянутых первой и второй поверхностей упомянутого второго внутреннего слоя и упомянутых первой и второй поверхностей упомянутого третьего внутреннего слоя.

12. Листовой композиционный материал по п.11, в котором один из упомянутых пористых внутренних слоев включает, по меньшей мере, один термопластичный материал и одно волокно, которые отличаются от содержащихся в, по меньшей мере, одном из упомянутых других слоев.

13. Способ изготовления пористого армированного волокнами термопластичного листа с пониженной скоростью распространения пламени, пониженным уровнем плотности дыма, пониженным выделением теплоты и пониженным уровнем выделения газов, включающий
выполнение пористого армированного волокнами термопластичного листа, содержащего, по меньшей мере, один пористый внутренний слой из холста, изготовленного из материала, имеющего структуру с открытыми ячейками, состоящего из беспорядочно пересекающихся армирующих волокон, скрепленных невспененным термопластичным материалом, причем указанный пористый внутренний слой содержит волокна в количестве примерно от 20 до 80 мас.% от общего веса упомянутого пористого внутреннего слоя; и
ламинирование, по меньшей мере, одной оболочки на поверхность пористого армированного волокнами термопластичного листа, при этом каждая оболочка включает, по меньшей мере, один из следующих компонентов: термопластичная пленка, эластомерная пленка, металлическая фольга, термореактивное покрытие, неорганическое покрытие, сетка на основе волокон, нетканый материал, и тканый материал; имеет предельный кислородный индекс более 22, определяемый согласно ISO 4589, с целью улучшения, по меньшей мере, одной из следующих характеристик пористого армированного волокнами термопластичного листа: скорость распространения пламени, уровень плотности дыма, выделение теплоты, уровень выделения газов, и способна выдерживать температуру от примерно 200 до примерно 425°С.

14. Способ по п.13, в котором термопластичная пленка содержит, по меньшей мере, один из следующих компонентов: полиэфиримид, полиэфиркетон, полиэфирэфиркетон, полифениленсульфид, полиариленсульфон, полиэфирсульфон, полиамидоимид, поли(1,4-фенилен), поликарбонат, нейлон и силикон.

15. Способ по п.13, в котором сетка на основе волокон содержит, по меньшей мере, один из следующих материалов: стекловолокна, арамидные волокна, графитовые волокна, углеродные волокна, неорганические минеральные волокна, металлические волокна, металлизированные синтетические волокна и металлизированные неорганические волокна.

16. Способ по п.15, в котором сетка на основе волокон содержит, по меньшей мере, один из следующих компонентов: полиакрилонитрил, п-арамид, м-арамид, поли(п-фенилен 2,6-бензобисоксазол), полиэфиримид и полифениленсульфид.

17. Способ по п.13, в котором термореактивное покрытие содержит, по меньшей мере, один из следующих компонентов: ненасыщенные полиуретаны, сложные виниловые эфиры, фенольные смолы и эпоксидные смолы.

18. Способ по п.13, в котором неорганическое покрытие включает минералы, содержащие катионы, выбранные из группы Са, Mg, Ba, Si, Zn, Ti и Al.

19. Способ по п.18, в котором неорганическое покрытие включает, по меньшей мере, один из следующих компонентов: гипс, карбонат кальция и известковый раствор.

20. Способ по п.13, в котором пористый армированный волокнами термопластичный лист выполнен в виде пористого армированного волокнами термопластичного листа, содержащего первый пористый внутренний слой, имеющий первую поверхность и вторую поверхность, и упомянутое ламинирование, по меньшей мере, одной оболочки включает ламинирование, по меньшей мере, одной оболочки, покрывающей, по меньшей мере, одну из упомянутых первой и второй поверхностей.

21. Способ по п.13, в котором пористый армированный волокнами термопластичный лист выполнен в виде пористого армированного волокнами термопластичного листа, содержащего первый и второй пористый внутренний слой, при этом каждый внутренний слой содержит первую и вторую поверхности, и вторая поверхность первого слоя прилегает к первой поверхности второго внутреннего слоя, и упомянутое ламинирование, по меньшей мере, одной оболочки включает ламинирование, по меньшей мере, одной оболочки, покрывающей, по меньшей мере, одну из первой и второй поверхностей первого внутреннего слоя и первой и второй поверхностей второго внутреннего слоя.

22. Способ по п.13, в котором упомянутое выполнение пористого армированного волокнами термопластичного листа включает выполнение пористого армированного волокнами термопластичного листа, содержащего первый, второй и третий пористый внутренний слой, при этом каждый внутренний слой содержит первую и вторую поверхности, и вторая поверхность первого внутреннего слоя прилегает к первой поверхности второго внутреннего слоя, а вторая поверхность второго внутреннего слоя прилегает к первой поверхности третьего внутреннего слоя, и упомянутое ламинирование, по меньшей мере, одной оболочки включает ламинирование, по меньшей мере, одной оболочки, покрывающей, по меньшей мере, одну из первой и второй поверхностей первого внутреннего слоя, первой и второй поверхностей второго внутреннего слоя и первой и второй поверхностей третьего внутреннего слоя.

23. Способ по п.13, в котором оболочка включает, по меньшей мере, один из следующих материалов: сетка на основе волокон, нетканый материал и тканый материал.

РИСУНКИ