BRPI0718741A2

BRPI0718741A2 - "favo de mel, artigo, estrutura aerodinâmica e painel"

Info

Publication number: BRPI0718741A2
Application number: BRPI0718741-6A2A
Authority: BR
Inventors: Mikhail R Levit; Subhotosh Khan; Gary Lee Hendren
Original assignee: Du Pont
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2013-12-03
Also published as: MX2009006356A; EP2104607A2; CN101573224A; US20080145598A1; JP5431950B2; WO2008076396A2; CA2669968A1; BRPI0718741B1; KR20090091811A; CA2669968C; JP2010513061A; US7771810B2; WO2008076396A3; CN101573224B

Description

“FAVO DE MEL, ARTIGO, ESTRUTURA AERODINÂMICA E PAINEL”

Campo da Invenção

A presente invenção se refere a um favo de mel aprimorado de alto módulo que compreende uma resina da matriz e um papel que é fabricado 5 com um ligante de fibra termoplástica de alto ponto de fusão que pode suportar certas etapas de fabricação do favo de mel que utiliza água quente ou tratamento a vapor. O ligante de fibra termoplástica possui uma temperatura de fusão acima da temperatura de cura da resina da matriz; uma temperatura de transição vítrea superior a 100° Ceo peso molecular médio do polímero 10 termoplástico nas fibras termoplásticas muda 20% ou menos depois de ser mantido por 10 minutos na temperatura de fusão.

Antecedentes da Invenção O favo de mel com base em papel é tipicamente formado por (1) aplicação da resina adesiva nas folhas de papel ao longo das linhas predeterminadas, denominadas linhas de nó, (2) adesão de diversas folhas de papel ao longo destas linhas de nó para formar uma pilha, com as linhas de nó de cada folha compensando as folhas adjacentes, (3) expansão da pilha para formar um favo de mel que possui as paredes celulares definidas, (4) impregnação das paredes celulares do favo de mel com a resina estrutural ao submergir do favo de mel em uma resina líquida, e (5) cura da resina com calor. A patente US 5.137.768 de Lin; US 5.789.059 de Nomoto; e US 6.544.622 de Nomoto descreve os favos de mel fabricados a partir das folhas fabricadas de materiais de para-aramida de alto módulo. Estes favos de mel são altamente valorizados por suas aplicações estruturais devido à sua alta rigidez e alta proporção de resistência-peso. Em geral, estes favos de mel são fabricados a partir de papéis que compreendem fibras, polpa e/ou outros materiais fibrosos de para-aramida, mais um ligante. Estas patentes descrevem que uma variedade de ligantes pode ser utilizada e foi descoberto que a utilização dos ligantes termoplásticos de baixo custo, tal como ligantes do tipo poliéster, cria um papèl que possui uma estrutura muito aberta ou porosa, permitindo rápida impregnação da resina estrutural termorígida nas paredes do favo de mel quando imerso na resina.

Embora não utilizado especificamente no favo de mel, a patente

US 6.551.456 e US 6.458.244 de Wang et al., e o pedido de patente JP 61- 58.193 de Nishimura et al., descreve papéis fabricados a partir de fibras de aramida combinada com fibras de poliéster. Acredita-se que estes papéis também possuem uma estrutura muito aberto ou porosa, permitindo uma rápida impregnação das resinas estruturais termorígidas.

A patente GB 803.259 descreve um processo pelo qual as estruturas celulares (favos de mel) podem ser fabricadas a partir de folhas celulósicas, tal como o papel Kraft ao submeter a pilha de folhas a um vapor, tal como um vapor durante ou após a expansão das folhas em células. A 15 patente GB 803.259 ainda descreve a necessidade de fornecer algum suporte para os favos de mel fabricados com um papel de baixa resistência à umidade enquanto tais papéis secam. É desejada a utilização de um processo de tratamento a vapor para ajudar a expandir em folhas de papel, aderidas em estruturas de favo de mel, de materiais fibrosos de alto módulo e ligantes 20 termoplásticos, entretanto, a alta temperatura do vapor pode amolecer o ligante termoplástico causa uma deformação indesejada do favo de mel, ou pode liquefazer o termoplástico, que pode fluir e depositar no equipamento de fabricação ou, na pior hipótese, aderir ainda as folhas de papel juntas. Neste caso, a natureza do ligante termoplástico impede a fabricação de um favo de 25 mel de alta qualidade. Portanto, o que é necessário é um ligante termoplástico que fornece resistência de ligação ao papel adequada enquanto que, ao mesmo tempo, pode suportar de modo confiável o tratamento a vapor durante a fabricação do favo de mel. Descricão Resumida da Invenção

A presente invenção se refere a um favo de mel que compreende uma resina da matriz e um papel, o papel compreende de 50 a 80 partes em peso do material fibroso que possui um módulo de 600 gramas por denier (550 5 gramas por dtex) ou maior, de 0 a 50 partes em peso de material inorgânico em pó e de 20 partes em peso ou mais de fibra termoplástica, o aprimoramento que compreende a fibra termoplástica é um ligante para o papel e possui uma temperatura de fusão acima da temperatura de cura da resina da matriz; uma temperatura de transição vítrea superior a 100° Ceo peso molecular médio do 10 polímero termoplástico nas fibras termoplásticas muda 20% ou menos depois de ser mantido por 10 minutos na temperatura de fusão.

Uma realização da presente invenção inclui um artigo que compreende o favo de mel mencionado acima, com tais artigos incluindo um painel ou uma estrutura aerodinâmica.

Breve Descrição das Figuras

As Figuras 1a e 1b são representações de vistas de um favo de mel em formato hexagonal.

A Figura 2 é uma representação de outra vista de um favo de mel em formato celular hexagonal.

A Figura 3 é uma ilustração de um favo de mel fornecido com

folhas de face(s).

Descricão Detalhada da Invenção

A presente invenção se refere a um favo de mel fabricado a partir de uma resina de matriz e um papel que compreende fibra de alto módulo e 25 fibra termoplástica, em que a fibra termoplástica é um ligante para o papel. A Figura 1a é uma ilustração de um favo de mel da presente invenção. A Figura 1a é uma ilustração de um favo de mel. A Figura 1b é uma vista ortogonal do favo de mel mostrado na Figura 1a e a Figura 2 é uma vista tridimensional do favo de mel. É mostrado um favo de mel 1 que possui células hexagonais 2. As células hexagonais são mostradas; entretanto, outras disposições geométricas são possíveis com células quadradas e de núcleo flexível sendo a outra possível disposição mais comum. Tais tipos celulares são bem conhecidos no 5 estado da técnica e pode ser feita a referência ao Honeycomb Technology de T. Bitzer (Chapman & Hall, editores, 1997) para informação adicional sobre possíveis tipos celulares geométricos.

O favo de mel da presente invenção inclui uma resina de matriz, que é geralmente uma resina que fornece o favo de mel com propriedades 10 estruturais ou mecânicas aprimoradas. Em uma realização preferida, a resina é uma resina termorígida que impregna, satura ou reveste completamente as paredes celulares do favo de mel. A resina é então reticulada ou curada ainda para obter as propriedades finais (rigidez e resistência) do favo de mel. Em algumas realizações, estas resinas estruturais incluem as resinas epóxi, 15 resinas fenólicas, resinas acrílicas, resinas de poliimida e suas misturas.

As paredes celulares do favo de mel são formadas, de preferência, a partir de um papel que compreende uma fibra de alto módulo e um ligante termoplástico. Em algumas realizações, o termo papel é empregado em seu significado normal e se refere a uma folha não tecida preparada 20 utilizando processos e equipamentos de fabricação de papel por deposição úmida convencional. Entretanto, a definição do papel em algumas realizações inclui, em geral, qualquer folha não tecida que requer um material ligante e possui propriedades suficientes para fornecer uma estrutura em favo de mel adequada.

O papel utilizado no favo de mel da presente invenção

compreende de 20 partes em peso ou mais, a fibra termoplástica possui uma temperatura de fusão acima da temperatura de cura da resina da matriz utilizada para o favo de mel. Em adição, a fibra termoplástica possui uma temperatura de transição vítrea superior a 100° Ceo peso molecular médio do polímero termoplástico nas fibras termoplásticas aumenta ou diminui 20% ou menos depois de ser mantido por 10 minutos na temperatura de fusão. O papel também compreende de 50 a 80 partes em peso de uma fibra de alto módulo 5 que possui um módulo de 600 gramas por denier (550 gramas por dtex) ou maior e, opcionalmente, até 50 partes em peso do material inorgânico em pó Em algumas realizações, o material fibroso de alto módulo está presente no papel em uma quantidade de cerca de 60 a 80 partes em peso, e em algumas realizações, a fibra termoplástica está presente no papel em uma quantidade 10 de 20 a 40 partes em peso. Todas as partes estão baseadas na quantidade total da fibra termoplástica, do material fibroso de alto módulo e do pó inorgânico no papel.

O pó inorgânico tem por propósito incluir as partículas inorgânicas e as partículas representativas incluem a mica, vermiculita e similares; a adição destas partículas pode proporcionar propriedades, tais como a resistência ao fogo aprimorada, condutividade térmica, estabilidade dimensional e similares ao papel e ao favo de mel final.

O papel utilizado na presente invenção pode ser formado no equipamento de qualquer escala, de telas de laboratório até maquinaria de 20 fabricação de papel de tamanho comercial, incluindo tais máquinas utilizadas comumente como a Fourdrinier ou máquinas de papel de fio inclinado. Um processo típico envolve a fabricação de uma dispersão de material fibroso de alto módulo, tal como um floco e/ou polpa e uma fibra ligante termoplástica em um líquido aquoso, drenando o líquido da dispersão para gerar uma 25 composição úmida e secando a composição de papel úmido. A dispersão pode ser fabricada pela dispersão do material fibroso de alto módulo e, então, pela adição da fibra ligante termoplástica ou pela dispersão da fibra ligante termoplástica e então pela adição do material fibroso de alto módulo. A dispersão final também pode ser fabricada pela combinação de uma dispersão do material fibroso de alto módulo com uma dispersão da fibra ligante termoplástica. Alternativamente, a mistura fibrosa do material fibroso de alto módulo e a fibra ligante termoplástica pode ser primeiro formada e esta mistura 5 é adicionada a um líquido aquoso para formar uma dispersão. A dispersão também pode incluir, opcionalmente, os aditivos, tais como os materiais inorgânicos ou outros ligantes para o papel, caso desejado. A concentração da fibra na dispersão pode variar de 0,01 a 1,0% em peso com base no peso total da dispersão. Em algumas realizações, a concentração de um ligante na 10 dispersão pode ser de até 50% em peso com base no peso total dos sólidos. Em um processo típico, o líquido aquoso da dispersão é, em geral, a água, mas pode incluir diversos outros materiais, tais como os materiais de ajuste do pH, auxiliares de formação, tensoativos, anti-espumantes e similares. O líquido aquoso é geralmente drenado da dispersão pela condução da dispersão sobre 15 uma tela ou outro suporte perfurado, retendo os sólidos dispersos e, então, passando o líquido para gerar uma composição de papel úmido. A composição úmida, uma vez formada no suporte, é geralmente drenada a água em vácuo e/ou por outras forças de pressão e, ainda, seca pela evaporação do líquido remanescente.

Em uma realização preferida, o material fibroso de alto módulo e

uma fibra termoplástica podem ser transformados em calda para formar uma mistura que é convertida em papel em uma tela de fio ou correia. É feita referência às patentes e pedidos de patente US 3.756.908 de Gross; US 4.698.267 e US 4.729.921 de Tokarsky; US 5.026.456 de Hesler et al.; US 25 5.223.094 de Kirayoglu et al.; US 5.314.742 de Kirayoglu et al.; US 6.458.244 e US 6.551.456 de Wang et al.; e US 6.929.848 e 2003-0082974 de Samuels et al., para os processos ilustrativos para a formação de papéis de diversos tipos de material fibroso e ligantes. Uma vez que o papel de aramida é formado, ele é, de preferência, calandrado a quente. Isto pode aumentar a densidade e a resistência do papel. Geralmente uma ou mais camadas de papel são calandradas na junção entre os rolos de metal-metal, metal-compósito ou 5 compósito-compósito. Alternativamente, uma ou mais camadas de papel podem ser comprimidas em uma prensa plana em uma pressão, temperatura e tempo que são ótimas para uma composição particular e uma aplicação final. O papel de calandragem, deste modo, também diminui a porosidade do papel formado e, em algumas realizações preferidas, o papel utilizado no favo de mel 10 é o papel calandrado. O tratamento a quente do papel, tais como os aquecedores radiantes ou rolos não juntos, como uma etapa independente antes, após ou ao invés da calandragem ou da compressão, pode ser conduzido caso o reforço ou alguma outra modificação na propriedade seja desejada, sem, ou em a adição à, densificação.

A espessura do papel é dependente do uso final ou das

propriedades desejadas do favo de mel e, em algumas realizações, é tipicamente de 1 a 5 mils (25 a 130 μιτι) de espessura. Em algumas realizações, o peso de base do papel é de 0,5 a 6 onças por jardas quadradas (15 a 200 gramas por metro quadrado).

O termo “fibrídeos”, conforme utilizado no presente, significa um

produto de polímero muito finamente dividido de partículas pequenas, membranosas, essencialmente bidimensionais possuindo um comprimento e uma largura na ordem de 100 a 1.000 micrômetros e uma espessura apenas na ordem de 0,1 a 1 micrômetro. Os fibrídeos são, tipicamente, fabricados ao 25 jorrar uma solução polimérica em um banho de coagulação de líquido que é imiscível com o solvente da solução. A corrente de solução polimérica é submetida às forças de cisalhamento estrênuas e à turbulência a medida que o polímero é coagulado. O favo de mel compreende o material fibroso de alto módulo; conforme utilizado no presente, os materiais fibrosos de alto módulo são tipicamente fibras que possuem, ou no caso da polpa que foram fabricados a partir das fibras, um módulo de Yang ou de tensão de 600 gramas por denier 5 (550 gramas por dtex) ou maior. O módulo elevado da fibra fornece a rigidez necessária da estrutura de favo de mel final e dos artigos correspondentes. Em uma realização preferida da presente invenção, o módulo de Young da fibra é de 900 gramas por denier (820 gramas por dtex) ou maior. Em uma realização preferida, a tenacidade da fibra é de pelo menos 21 gramas por denier (19 10 gramas por dtex) e sua elongação é de pelo menos 2% de modo a fornecer maior nível das propriedades mecânicas para a estrutura de favo de mel final.

Em uma realização preferida, o material fibroso de alto módulo é a fibra resistente ao calor. Por “fibra resistente ao calor” entende-se que a fibra retém, de preferência, 90% de seu peso da fibra quando aquecido ao ar a 500° 15 C em uma velocidade de 20° C por minuto. Tal fibra é normalmente resistente à chama, significando que a fibra ou um tecido fabricado a partir da mesma possui um índice de Oxigênio Limitante (LOI), tal que a fibra ou o tecido não irá suportar uma chama ac ar, o intervalo de LOI preferido sendo de cerca de 26 e maior.

O material fibroso de alto módulo pode estar na forma de um floco

ou uma polpa ou uma de suas misturas. Por “floco” entende-se as fibras que possuem um comprimento de 2 a 25 milímetros, de preferência, de 3 a 7 milímetros e um diâmetro de 3 a 20 micrômetros, de preferência, de 5 a 14 micrômetros. O floco é, em geral, fabricado pelo corte de filamentos fiados 25 contínuos em pedaços de comprimentos específicos. Se o comprimento do floco for inferior a 2 milímetros, ele é geralmente muito curto para fornecer um papel com resistência adequada; se o comprimento do floco for superior a 25 milímetros, é muito difícil de formar redes de deposição a úmido uniformes. Um floco que possui um diâmetro inferior a 5 micrometros e, em especial, inferior a 3 milímetros, é difícil de produzir com uniformidade seccional transversal e reprodutibilidade adequada; se o diâmetro do floco for maior de que 20 micrômetros, é muito difícil formar os papéis uniformes de pesos de base de leve a médio.

O termo “polpa”, conforme utilizado no presente, significa partículas de material de alto módulo possuindo uma haste e fibrilas que se prolongam geralmente a partir da mesma, em que a haste é geralmente colunar e de cerca de 10 a 50 micrômetros de diâmetro e as fibrilas são 10 membros tipo cabelo, finos, geralmente ligados à haste medindo apenas uma fração de um micrômetro ou de apenas poucos micrômetros de diâmetro e de cerca de 10 a 100 micrômetros de comprimento.

Em algumas realizações, as fibras de alto módulo úteis na presente invenção incluem a fibra fabricada a partir do polímero de para- 15 aramida, polibenzazol, polipiridazol ou suas misturas. Em algumas realizações, as fibras de alto módulo úteis na presente invenção incluem a fibra de carbono. Em uma realização preferida, a fibra de alto módulo é fabricada a partir do polímero de aramida, especialmente o polímero de para-aramida. Em uma realização especialmente preferida, a fibra de alto módulo é a poli(tereftalamida 20 de para-fenileno).

Conforme empregado no presente, o termo aramida significa uma poliamida em que pelo menos 85% das ligações de amida (-CONH-) estão ligadas diretamente a dois anéis aromáticos. Por “para-aramida” entende-se dois anéis ou radicais que são para orientados com relação entre si ao longo 25 da cadeia molecular. Os aditivos podem ser utilizados com a aramida. Na verdade, foi descoberto que até tanto quando 10%, em peso, de outro material polimérico pode ser misturado com a aramida ou que os copolímeros podem ser utilizados possuindo tanto quanto 10% de outra diamina substituída pela diamina da aramida ou tanto quanto 10% de outro cloreto diácido substituído pelo cloreto diácido da aramida. Em algumas realizações, a para-aramida preferida é a poli(tereftalamida de para-fenileno). Os métodos para a fabricação das fibras de para-aramida úteis na presente invenção são geralmente 5 descritos, por exemplo, nas patentes US 3.869.430; US 3.869.429 e US 3.767.756. Tais fibras de poliamida aromáticas e diversas formas destas fibras estão disponíveis pela E. I. DuPont de Nemours and Company, Wilmington, Delaware com o nome comercial de fibras de Kevlar® e pela Teijin, Ltd., com o nome comercial de Twaron®.

As fibras de polibenzazol disponíveis comercialmente e úteis na

presente invenção incluem as fibras de Zylon® PBO-AS (poli-(p-fenileno-2,6- benzobisoxazol)), fibra de Zylon® PBO-HM (poli-(p-fenileno-2,6- benzobisoxazol)), disponível pela Toyobo, Japão. As fibras de carbono disponíveis comercialmente e úteis na presente invenção incluem as fibras de Tenax® disponíveis pela Toho Tenax America, Inc.

O favo de mel da presente invenção possui pelo menos 20 partes em peso da fibra termoplástica que possui uma temperatura de fusão acima da temperatura de cura da resina da matriz. Estas fibras termoplásticas utilizadas nos papéis da presente invenção agem como um ligante para o papel e 20 amolecem, fundem ou fluem durante a formação e a calandragem do papel, mas não fundem ou fluém de modo apreciável durante a fabricação do favo de mel, particularmente, aquelas etapas de fabricação requerem calor para expandir o favo de mel e fornecem a cura do favo de mel com uma resina da matriz. Em algumas realizações preferidas, a fibra termoplástica possui um 25 ponto de fusão superior a 200° C. Em algumas realizações preferidas, o ponto de fusão do termoplástico é de 250° a 300° C. Os termoplásticos que possuem um ponto de fusão acima de 350° C são indesejados em muitas realizações porque eles requerem tais temperaturas elevadas para amolecer outros componentes no papel podem começar a degradar durante a fabricação do papel. Naquelas realizações, onde mais de um tipo de fibra termoplástica está presente, então pelo menos 30% da fibra termoplástica deve possuir um ponto de fusão não acima de 350° C. Termoplástico significa que possui sua 5 definição do polímero tradicional; estes materiais fluem como modo um líquido viscoso quando aquecidos e solidificados quando resfriados, e o faz de forma reversível diversas vezes nas etapas de aquecimento e resfriamento subseqüentes. Os pontos de fusão são medidos pelo Método ASTM D3418. Os pontos de fusão são obtidos como o máximo da fusão endotérmica e são 10 medidos no segundo calor e em uma velocidade de aquecimento de 10° C por minuto. Se mais de um ponto de fusão estiver presente, o ponto de fusão do polímero é obtido como o maior dos pontos de fusão.

A fibra termoplástica compreende um polímero termoplástico que possui uma temperatura de transição vítrea superior a 100° C. Em álgurrias realizações preferidas, a temperatura de transição vítrea do polímero termoplástico é de 125° C ou maior. Em algumas realizações de maior preferência, o polímero termoplástico possui uma temperatura de transição vítrea de 200° C ou maior. As fibras termoplásticas fabricadas a partir dos polímeros termoplásticos que possuem uma temperatura de transição vítrea superior a 100° C são úteis como ligantes para os papéis enquanto sobrevivem ao tratamento a vapor de baixa pressão durante a fabricação do favo de mel sem amolecer ou fundir de modo apreciável. A seleção da fibra termoplástica é dependente das propriedades finais do material e do balanço do calor requerido para formar e calandrar o papel versus a temperatura que o papel irá encontrar durante a fabricação do favo de mel.

As fibras termoplásticas possuem um grau de estabilidade na fusão. Por grau de estabilidade na fusão, entende-se que o processo de fusão do termoplástico, mantendo a fusão na temperatura de fusão para um certo tempo e, então, a re-solidificação do termoplástico, não muda substancialmente o peso molecular médio do polímero. O peso molecular médio dos polímeros termoplásticos pode ser muito sensível para os efeitos térmicos. Dependendo da estrutura química particular dos termoplásticos e outros fatores, a exposição 5 às temperaturas próximas da temperatura, na temperatura ou acima da temperatura do ponto de fusão pode causar uma redução no peso molecular, em geral, devido à decomposição do polímero, ou pode causar um aumento no peso molecular, em geral, devido à reticulação. Qualquer mudança principal no peso molecular médio irá resultar nas mudanças correspondentes em outras 10 propriedades do termoplástico. Portanto, na presente invenção, o peso molecular médio do polímero termoplástico nas fibras termoplásticas aumenta ou diminui 20% ou menos após serem mantidos por 10 minutos na temperatura de fusão. Em uma realização preferida, o processo de fusão, mantendo a fusão na temperatura de fusão por 10 minutos e então re-solidificando a fusão, 15 resulta em uma mudança (aumento ou diminuição) de 15% ou menos no peso molecular médio.

Em algumas realizações da presente invenção, a fibra termoplástica preferida é fabricada a partir das poliamidas ou poliésteres possuindo uma cristalinidade o u orientação adequada para possuir um Tg 20 superior a 100° C. Em algumas realizações, a fibra termoplástica útil na presente invenção pode ser selecionada a partir do grupo que consiste em poliolefina, poliimida, polietercetona, poliamida-imida, poliéter-imida e suas misturas. Em algumas realizações preferidas, a fibra de poliéster compreende os polímeros de naftalato de polietileno (PEN). Os polímeros de poliéster úteis 25 podem incluir uma variedade de comonômeros, incluindo o dietileno glicol, ciclo-hexanodimetanol, poli(etileno glicol), ácido glutárico, ácido azeláico, ácido sebácico, ácido isoftálico e similares. Em adição a estes comonômeros, os agentes de ramificação como o ácido trimésico, ácido piromelítico, « 13

trimetilolpropano e trimetiloletano, e o pentaeritritol podem ser utilizados. O PET pode ser obtido pelas técnicas de polimerização conhecidas do ácido tereftálico ou seus ésteres de alquila inferiores (por exemplo, tereftalato de dimetila) e etileno glicol ou as misturas dos mesmos. O PEN pode ser obtido 5 pelas técnicas de polimerização conhecidas do ácido de 2,6-naftaleno dicarboxílico e do etileno glicol.

Em algumas realizações, a fibra Iigante de poliéster é fabricada a partir do termotrópico ou do poliéster cristalino líquido. Por “poliéster cristalino líquido” (LCP) no presente, indica-se um polímero de poliéster que é 10 anisotrópico quando testado utilizando o teste TOT ou qualquer variação razoável do mesmo, conforme descrito na patente US 4.118.372, que é inclusa no presente como referência. Uma forma preferida de LCP é “todo aromático”, isto é, todos os grupos na cadeia principal do polímero são aromáticos (exceto para os grupos de ligação, tal como os grupos éster), mas os grupos laterais 15 que não são aromáticos podem estar presentes. O material LCP que é particularmente útil como um Iigante termoplástico na presente invenção possui um ponto de fusão de até 350° C. Um LCP preferido da presente invenção inclui os graus correspondentes de Zenite® disponíveis pela DuPont Co, e Vectra® LCP, disponível pela Ticona Co.

Outros materiais, particularmente aqueles freqüentemente

encontrados ou fabricados para a utilização nas composições termoplásticas também podem estar presentes na fibra termoplástica. Estes materiais devem ser, de preferência, quimicamente inertes e, de modo razoável, termicamente estáveis nas condições ambientais operantes do favo de mel. Tais materiais 25 podem incluir, por exemplo, um ou mais preenchedores, agentes de reforço, pigmentos e agentes nucleantes. Outros polímeros também podem estar presentes, formando, deste modo, as misturas de polímeros. Em algumas realizações, outros polímeros estão presentes e é preferido que eles sejam O 14

inferiores a 25% da composição. Em outra realização preferida, outros polímeros não estão presentes na fibra termoplástica exceto para uma pequena quantidade total (menos de 5% em peso) dos polímeros, tais como aqueles que funcionam como lubrificantes e auxiliares do processamento.

Outra realização da presente invenção é um artigo que

compreende um favo de mel fabricado a partir de um papel que compreende a fibra de alto módulo e uma fibra termoplástica, em que a fibra termoplástica é um Iigante para o papel e possui uma temperatura de fusão acima da temperatura de cura da resina da matriz, uma temperatura de transição vítrea 10 superior a 100° Ceo peso molecular médio do polímero termoplástico nas fibras termoplásticas aumenta ou diminui 20% ou menos após serem mantidas por 10 minutos na temperatura de fusão. Quando utilizado em artigos, o favo de mel pode funcionar, caso desejado, como um componente estrutural. Em algumas realizações preferidas, o favo de mel é utilizado pelo menos em parte 15 em uma estrutura aerodinâmica. Em algumas realizações, o favo de mel possui utilização como um componente estrutural em coisas como latas de armazenamento superiores e carenagem de asa-para-corpo em aviões comerciais. Devido às propriedades estruturais leves do favo de mel, uma utilização preferida são as estruturas aerodinâmicas, em que os pesos mais 20 leves possibilitam economias de combustível ou força requerida para propelir um objeto através do ar.

Outra realização da presente invenção é um painel que compreende um favo de mel fabricado a partir de um papel que compreende a fibra alto módulo e a fibra termoplástica, em que a fibra termoplástica é um 25 Iigante para o papel e possui uma temperatura de fusão acima da temperatura de cura da resina da matriz, uma temperatura de transição vítrea superior a 100° Ceo peso molecular médio do polímero termoplástico nas fibras termoplásticas aumenta ou diminui 20% ou menos após serem mantidas por 10 t 15

minutos na temperatura de fusão. Uma ou mais faces das folhas podem estar ligadas à face do favo de mel da presente invenção para formar um painel. As faces das folhas fornecem integridade à estrutura e auxiliam a concretizar as propriedades mecânicas do núcleo do favo de mel. Do mesmo modo, as faces 5 das folhas podem selar as células do favo de mel para evitar que o material das células, ou das faces das folhas, possam ajudar a manter o material nas células. A Figura 3 mostra o favo de mel 5 possuindo uma face da folha 6 ligada a uma face pela utilização de um adesivo. Uma segunda face da folha 7 está ligada à face oposta do favo de mel e o favo de mel, com as duas faces 10 das folhas opostas ligadas, forma um painel. As camadas adicionais do material 8 podem ser ligadas a um lado do painel conforme desejado. Em algumas realizações preferidas, as folhas da face aplicadas em ambos os lados do favo de mel contém duas camadas do material. Em algumas realizações preferidas, a folha da face compreende um tecido ou um tecido unidirecional 15 transversal. Em algumas realizações, o tecido unidirecional transversal é um transversal 0/90. Caso desejado, a folha da face pode possuir uma superfície decorativa, tal como estampagem ou outro tratamento para formar uma superfície externa que é agradável ao olhar. Os tecidos contendo fibra de vidro e/ou fibra de carbono são úteis como materiais de face da folha.

Em algumas realizações, o favo de mel pode ser fabricado pelos

métodos, tais como aqueles descritos nas patentes US 5.137.768; US 5.789.059; US 6.544.622; US 3.519.510 e US 5.514.444. Estes métodos para a fabricação do favo de mel requerem, em geral, a aplicação ou impressão de um número de linhas de adesivo (linhas de nó) em um certo comprimento e pilha 25 em uma superfície do papel alto módulo, seguido pela secagem do adesivo. Tipicamente, a resina adesiva é selecionada a partir das resinas epóxi, resinas fenólicas, resinas acrílicas, resinas de poliimida e outras resinas, entretanto, é preferido que uma resina termorígida seja utilizada. Após a aplicação das linhas de nó, o papel alto módulo é cortado em um intervalo pré-determinado para formar uma pluralidade de folhas. As folhas cortadas são dobradas uma em cima das outras, tal que cada uma das folhas é mudada para a outra por metade de uma pilha ou uma metade do 5 intervalo do adesivo aplicado. As folhas de papel contendo fibra de alto módulo dobrada são então unidas ao longo das linhas de nó pela aplicação de pressão e calor. As folhas unidas são então puxadas ou expandidas nas direções perpendiculares para o plano das folhas para formar um favo de mel que possui células. No caso do papel relativamente espesso que possui uma 10 espessura de 3 mils ou acima (75 μητι ou acima), isto é realizado pela pulverização, despejamento ou pelo contato do bloco de folhas unidas com vapor ou água quente enquanto o bloco de folhas unidas está sendo expandido. Conseqüentemente, as células do favo de mel formadas são compostas de um conjunto plano de células colunares ocas separadas pelas 15 paredes celulares fabricadas de faces de papel que foram unidas ao longo de uma série de linhas e que foram expandidas.

Em algumas realizações, o favo de mel é então tipicamente impregnado com uma resina estrutural após ser expandido. Tipicamente, isto é realizado pela imersão do favo de mel expandido em um banho de resina 20 termorígida, entretanto, outras resinas ou meios, tais como sprays podem ser empregados para revestir e impregnar totalmente e/ou saturar as paredes celulares do favo de mel expandido. Após o favo de mel ser completamente impregnado com resina, a mesma é então curada pelo aquecimento do favo de mel saturado para reticular a resina. Em geral, esta temperatura está no 25 intervalo de 150° C a 180° C para muitas resinas termorígidas.

O favo de mel, antes ou após a impregnação e a cura da resina, pode ser cortado em pedaços. Deste modo, as seções finas múltiplas ou fatias de favo de mel podem ser obtidas a partir de um bloco grande de favo de mel. O favo de mel é, em geral, cortado perpendicular ao plano das extremidades celulares, tal que a natureza celular do favo de mel é preservada.

O favo de mel da presente invenção pode ainda compreender partículas inorgânicas e, dependendo do formato da partícula, da composição do papel particular e/ou outras razões, estas partículas podem ser incorporadas no papel durante a fabricação do papel (por exemplo, flocos de mica, vermiculite e similares) ou podem ser incorporadas na matriz ou na resina estrutural (por exemplo, pó de sílica, óxidos metálicos e similares).

Métodos de Teste

A temperatura de transição vítrea (Tg) e a temperatura do ponto de fusão (Tm) são medidas utilizando a norma ASTM D3418. Os pontos de fusão são obtidos como o máximo da fusão endotérmica e são medidos no segundo calor em uma velocidade de aquecimento de 10° C/ min. Se mais de um ponto de fusão estiver presente, o ponto de fusão do polímero é obtido como o maior dos pontos de fusão.

A fibra denier é medida utilizando a norma ASTM D1907. O módulo da fibra é medido utilizando a norma ASTM D885. A densidade do papel é calculada utilizando a espessura do papel conforme medido pela norma ASTM D374 e o peso de base conforme medido pela norma ASTM D646.

O peso molecular médio Mw é definido como:

Mw = Σ [Ni*MiA2 ]/ Σ [Ni*Mi]

Onde Ni é o número de moléculas do peso molecular Mi para cada espécie i.

O peso molecular médio é medido pela difusão da Iuz de acordo com a norma ASTM D4001. Um solvente apropriado deve ser utilizado para cada termoplástico particular.

Para o LCP, tal solvente pode consistir em uma mistura 60/40 (em peso) de pentafluorofenol/ 1,2,4-triclorobenzeno conforme descrito na página 220 do Thermotropic Liquid Crystal Poiymers; Thin-Film Polymerization, Characterization, Blends, and Applications editado por Tai-Shung Chung (Technomic Publishing Company1 Inc, 2001).

A mudança no peso molecular médio é determinada pela comparação do peso molecular médio do polímero medido antes e após um ciclo de fusão; por ciclo de fusão entende-se que o termoplástico é trazido para a temperatura de fusão, mantida na temperatura de fusão por 10 minutos e resfriada para re-solidificar o termoplástico.

Exemplo

Exemplo 1

Os pellets cortados em tiras de LCP são refinados em um refinador de disco giratório único Sprout- Waldron tipo C-2976-A de 30,5 cm de diâmetro em uma pasfeagem com a fenda entre as placas sendo de cerca de 25 μηι e uma velocidade de alimentação de cerca de 60 g/min e a adição contínua 15 de água na quantidade de cerca de 4 Kg de água por 1 kg de pellets. A polpa de LCP resultante é refinada adicionalmente em um micropulverizador Bantam®, Model CF, para passar através de um filtro de malha 30. O LCP possui a composição descrita no Exemplo 5 da patente US 5.110.896, derivado da hidroquinona/ 4,4’-bifenol/ ácido tereftálico/ ácido 2,6-naftalenodicarboxílico/ 20 ácido 4-hidroxibenzóico na proporção molar de 50/50/70/30/350. Nenhuma transição vítrea pode ser observada para este LCP e seu ponto de fusão é de cerca de 340° C.

Um papel de aramida/ termoplástico possuindo uma composição de 50% em peso de floco de para-aramida e 50% em peso de polpa de LCP é 25 formado no equipamento de formação do papel por deposição a úmido convencional com uma seção de secagem que consiste em um secador de ar que opera em uma temperatura do ar de cerca de 338° C. Portanto, o papel contém 50% em peso de fibra de módulo elevado e 50% em peso de fibra termoplástica. O floco de para-aramida é a fibra de poli(tereftalamida de para- fenileno) comercializada pela E. I. DuPont de Nemours and Company, Wilmington, Delaware (DuPont) com o nome comercial de fibras de Kevlar® 49 e possui uma densidade linear do filamento nominal de 1,5 denier por filamento 5 (1,7 dtex por filamento) e um comprimento de corte nominal de 6,7 mm. Esta fibra possui um módulo de tensão de cerca de 930 g/denier (850 g/dtex), uma resistência à tensão de cerca de 24 g/denier (22 g/dtex) e uma elongação de cerca de 2,5%. Após a formação, o papel é calandrado em uma temperatura ambiente entre dois rolos metálicos em uma pressão linear de cerca de 6.500 10 N/cm. O papel final possui um peso de base de 85 g/m2 e uma espessura de cerca de 4,1 mils.

Um favo de mel é então formado a partir do papel calandrado da seguinte maneira. As linhas de nó da resina do adesivo são aplicadas à superfície do papel com a largura das linhas do adesivo sendo de 2,67 mm. A 15 pilha, ou a distância linear entre o começo de uma linha e a próxima linha, é de 8,0 mm. A resina adesiva é uma solução de 50% de sólidos que compreende 70 partes em peso de uma resina epóxi identificada como Epon 826 comercializada pela Shell Chemical Co.; 30 partes em peso de uma resina epóxi modificada por elastômero identificada como Heloxy WC 8006 20 comercializada pela Wilmington Chemical Corp, Wilmington, DE, EUA; 54 partes em peso de um agente de cura de resina de bisfenol A -formaldeído identificado como UCAR BRWE 5400 comercializado pela Union Carbide Corp.; 0,6 partes em peso de 2-metilimidazol como um catalisador de cura, em um solvente de glicol éter identificado como Dowanol PM comercializado pela 25 The Dow Chemical Company; 7 partes em peso de uma resina de poliéter identificada como Eponol 55-B-40 comercializado pela Miller-Stephenson Chemical Co.; e 1,5 partes em peso de sílica coloidal pirogenada identificada como Cab-O-Sil comercializada pela Cabot Corp. O adesivo é parcialmente seco no papel em um forno a 130° C por 6,5 minutos.

A folha com as linhas de nó adesivas é cortada em paralelo às linhas de nó para formar 50 folhas menores. As folhas de corte são empilhadas uma em cima das outras, tal que cada uma das folhas é mudada para a outra 5 por meia pilha ou metade do intervalo das linhas de nó adesivas aplicadas. A mudança ocorre alternadamente para um lado ou o outro, tal que a pilha final é uniformemente vertical. A pilha das folhas é então prensada a quente a 345 kPa em uma primeira temperatura de 140° C por 30 minutos e então em uma temperatura de 177° C por 40 minutos, ocasionando a fusão das linhas de nó 10 adesivas; uma vez que o calor é removido, o adesivo endurece para ligar as folhas entre si.

Utilizando uma estrutura de expansão, as folhas de aramida ligadas são então expandidas na direção contra a direção do empilhamento para formar células que possuem uma secção transversal eqüilateral. Cada 15 uma das folhas são estendidas entre si, tal que as folhas são dobradas ao longo das extremidades das linhas de nó ligadas e as porções não ligadas são estendidas na direção da força de tensão para separar as folhas entre si. Para tornar o processo de expansão mais fácil, o favo de mel é tratado com água quente para possuindo uma temperatura de cerca de 90° C imediatamente 20 após uma leve abertura das células. A água está plastificando a folha similar àquela que foi descrita na patente GB 803.259. Tal tratamento é repetido diversas vezes em diferentes graus de expansão até uma expansão total ser obtida. O favo de mel expandido é colocado no forno a 120° C por 2 horas para secagem. Não são observados defeitos no favo de mel expandido e seco.

O favo de mel expandido é então colocado em um banho de

impregnação contendo uma solução de resina fenólica Plyophen 23900 da Durez Corporation. Após impregnar com resina, o favo de mel é retirado do banho e é seco em uma fornalha secante utilizando ar quente. O favo de mel é aquecido da temperatura ambiente para 82° C desta maneira e então esta temperatura é mantida por 15 minutos. A temperatura é então aumentada para 121° C e esta temperatura é mantida por mais 15 minutos, seguido pelo aumento da temperatura a 182° Cea manutenção desta temperatura por 60 5 minutos. A estrutura de expansão é então removida. Após isto, os processos de impregnação e secagem são repetidos em um total de 12 vezes. O favo de mel final possui uma densidade aparente de cerca de 130 kg/m3.

Exemplo Comparativo Os fibrídeos de poliéster são obtidos pelo processo descrito na patente US 2.999.788, exemplo 176, utilizando um copolímero contendo 80% de unidades de tereftalato de etileno e 20% de unidades de isoftalato de etileno com uma temperatura de transição vítrea de cerca de 70° C. A espessura média de um fibrídeo é de cerca de 1 pm, a dimensão mínima no plano membranoso do fibrídeo é de cerca de 40 pm e a dimensão máxima no plano é de cerca de 1,3 mm.

Um papel de aramida/ termoplástico que possui uma composição de 50% de floco de para-aramida do Exemplo 1 e 50% em peso de fibrídeos de poliéster é formado no equipamento de formação do papel por deposição a úmido convencional com uma seção de secagem que consiste em um secador de ar que 20 opera em uma temperatura do ar de cerca de 255° C. Portanto, o papel contém 50% em peso de fibra de módulo elevado e 50% em peso de fibra termoplástica.

O papel é calandrado como no Exemplo 1 e o papel final possui um peso de base de cerca de 85 g/m2 e uma espessura de cerca de 4,1 mils (102 pm).

Um favò de mel é fabricado conforme descrito no Exemplo 1. Entretanto, após a expansão com água quente, existem numerosos defeitos na estrutura das células, incluindo buracos, áreas finas e espessas nas paredes e fibras de para-aramida sobressalentes das paredes. Como resultado, não é obtido nenhum favo de mel utilizável.

Claims

1. FAVO DE MEL, que compreende uma resina da matriz e um papel, o papel compreende de 50 a 80 partes em peso do material fibroso que possui um módulo de 600 gramas por denier (550 gramas por dtex) ou maior, de 0 a 50 partes em peso de material inorgânico em pó e 20 partes em peso ou mais de fibra termoplástica, o aprimoramento que compreende: - a fibra termoplástica é um Iigante para o papel e possui: (i) uma temperatura de fusão acima da temperatura de cura da resina da matriz; (ii) uma temperatura de transição vítrea superior a 100° C; e - em que o peso molecular médio do polímero termoplástico nas fibras termoplásticas muda 20% ou menos depois de ser mantido por 10 minutos na temperatura de fusão.

2. FAVO DE MEL, de acordo com a reivindicação 1, em que a fibra termoplástica está presente em uma quantidade de 20 a 40 partes em peso.

3. FAVO DE MEL, de acordo com a reivindicação 1, em que o material fibroso de alto módulo compreende uma fibra de para-aramida.

4. FAVO DE MEL, de acordo com a reivindicação 3, em que a fibra de para-aramida é a fibra de poli(tereftalamida de para-fenileno).

5. FAVO DE MEL, de acordo com a reivindicação 1, em que a fibra de alto módulo é selecionada a partir do grupo que consiste em fibra de polibenzazol, fibra de polipiridazol, fibra de carbono e suas misturas.

6. FAVO DE MEL, de acordo com a reivindicação 1, em que a fibra termoplástica compreende o naftalato de polietileno.

7. FAVO DE MEL, de acordo com a reivindicação 1, em que a fibra termoplástica compreende a poliamida.

8. FAVO DE MEL, de acordo com a reivindicação 1, em que a fibra termoplástica é selecionada a partir do grupo que consiste em poliolefina, poliimida, polietercetona, poliamida-imida, poliéter-imida e suas misturas.

9. FAVO DE MEL, de acordo com a reivindicação 1, em que o Iigante inorgânico em pó é a mica, vermiculita, sílica ou vidro.

10. ARTIGO, que compreende o favo de mel, conforme descrito na reivindicação 1.

11. ESTRUTURA AERODINÂMICA, que compreende o favo de mel, conforme descrito na reivindicação 1.

12. PAINEL, que compreende o favo de mel, conforme descrito na reivindicação 1, e uma folha de face ligada a uma face do favo de mel.