ES2636438T3

ES2636438T3 - Láminas termoplásticas reforzadas con fibra con recubrimientos superficiales

Info

Publication number: ES2636438T3
Application number: ES05731379.3T
Authority: ES
Inventors: Venkatkrishna Raghavendran; Daniel Scott Woodman; Erich Otto Teutsch; Ralph Robert Buoniconti; Scott Michael Davis; Paul Anthony Bristow; Minquan Cheng; Daniel Wardell Sowle; Benny Ezekiel David
Original assignee: Azdel Inc; General Electric Co
Current assignee: Azdel Inc; General Electric Co
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2005-03-25
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2025-03-25
Also published as: US7244501B2; US20050215698A1; EP1735151A4; US20130292076A1; JP4870661B2; CN1950199A; WO2005097879A3; RU2397871C2; WO2005097879A2; US20150284910A1; EP1735151B1; EP1735151A2; CN1950199B; RU2006137702A; JP2007530320A

Abstract

Material (10) laminar de material compuesto, que comprende: al menos una capa (12) de núcleo porosa que comprende una red de estructuras celulares abiertas formadas por cruzamiento aleatorio de fibras de refuerzo mantenidas juntas mediante al menos un material termoplástico, en el que la capa de núcleo porosa está formada por calentamiento de la red por encima de la temperatura de transición vítrea del material termoplástico para ablandar sustancialmente el material termoplástico, haciendo pasar la red calentada a través de uno o más dispositivos de consolidación ajustados a una dimensión menor que la de una red sin consolidar y mayor que la de una red si estuviera completamente consolidada, y permitiendo que la red se expanda y permanezca sustancialmente permeable después de pasar a través del dispositivo de consolidación, en el que de aproximadamente un 40 % a aproximadamente un 100 % de las estructuras celulares abiertas están abiertas y permiten el flujo de aire y gases a través de la capa de núcleo, teniendo dicha capa (12) de núcleo porosa de aproximadamente un 20 por ciento en peso a aproximadamente un 80 por ciento en peso de fibras de refuerzo en base al peso total de dicha capa de núcleo porosa, teniendo dicha capa de núcleo porosa una densidad de 0,2 g/cm3 a 1,8 g/cm3, y teniendo un contenido vacío de aproximadamente un 5 por ciento a aproximadamente un 95 por ciento en volumen de la capa de núcleo porosa, en el que dichas fibras de refuerzo tienen una longitud media de aproximadamente 7 mm a aproximadamente 200 mm; y al menos una piel (14, 16) que cubre al menos una parte de una superficie de dicha al menos una capa de núcleo porosa, comprendiendo dicha piel al menos una de una película termoplástica, una película elastomérica, un revestimiento termoendurecible, un revestimiento inorgánico, un entelado basado en fibra, una tela no tejida, y una tela tejida, en el que dicha película termoplástica comprende al menos uno de poli(éter imida), poli(éter cetona), poli(éter-éter cetona), poli(sulfuro de fenileno), poli(arileno sulfona), poli(éter sulfona), poli(amida-imida), poli(1,4-fenileno), policarbonato, nailon, y silicona, y teniendo dicha piel un índice de oxígeno limitante mayor de 22, según se mide por la norma ISO 4589, para mejorar al menos una de las características de llama, humo, liberación de calor y emisión gaseosa del material laminar de material compuesto.

Description

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DESCRIPCION

Laminas termoplasticas reforzadas con fibra con recubrimientos superficiales Antecedentes de la invencion

La presente invencion se refiere en terminos generales a laminas de material compuesto de polfmero termoplastico reforzadas con fibra porosas, y mas particularmente a laminas de material compuesto de polfmero termoplastico reforzadas con fibra porosas que tienen recubrimientos superficiales que proporcionan al menos una de propagacion de llama reducida, densidad de humo reducida, liberacion de calor reducido, y emisiones de gas reducidas.

Las laminas de material compuesto termoplastico reforzadas con fibra porosas se han descrito en los documentos de Patente de Estados Unidos con numeros 4.978.489 y 4.670.331 y se usan en numerosas y diversas aplicaciones en la industria de fabricacion de productos debido a la facilidad de moldeado de las laminas termoplasticas reforzadas con fibra en artfculos. Por ejemplo, se han usado tecnicas conocidas tales como termoestampado, moldeado por compresion, y termoformacion para formar con exito artfculos a partir de laminas termoplasticas reforzadas con fibra.

A causa de las aplicaciones diversas, las laminas termoplasticas reforzadas con fibra se someten a diversos ensayos de rendimiento. Por ejemplo las caractensticas de propagacion de llama, densidad de humo, y emisiones gaseosas de las laminas termoplasticas reforzadas con fibra son importantes cuando los artfculos formados se usan en entornos que se podnan someter a un suceso de llama, tal como fuego. Debido a preocupaciones de seguridad, existe la necesidad de mejorar el rendimiento de llama, humo y toxicidad de los productos de lamina termoplastica reforzada con fibra.

Breve descripcion de la invencion

En un aspecto, un material laminar de material compuesto de acuerdo con la reivindicacion anexa 1 se proporciona uno de una pelfcula termoplastica, una pelfcula elastomerica, una lamina delgada de metal, un revestimiento termoendurecible, un revestimiento inorganico, un entelado basado en fibra, una tela no tejida, y una tela tejida, teniendo dicha piel un mdice de oxfgeno limitante mayor de aproximadamente 22, segun se mide mediante la norma ISO 4589.

En otro aspecto, se proporciona un procedimiento para fabricar una lamina termoplastica reforzada con fibra porosa de acuerdo con la reivindicacion anexa 9.

Se exponen caractensticas preferentes adicionales en las reivindicaciones dependientes anexas.

Descripcion de las figuras

La Figura 1 es una ilustracion en seccion transversal de una lamina termoplastica reforzada con fibra a modo de ejemplo de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.

La Figura 2 es una ilustracion en seccion transversal de una lamina termoplastica reforzada con fibra a modo de ejemplo de acuerdo con otra realizacion de la presente invencion.

La Figura 3 es una ilustracion en seccion transversal de una lamina termoplastica reforzada con fibra a modo de ejemplo de acuerdo con otra realizacion de la presente invencion.

Descripcion detallada de la invencion

Las laminas de material compuesto termoplastico reforzadas con fibra porosas de multiples capas que tienen caractensticas de propagacion de llama reducida, densidad de humo reducida, liberacion de calor reducida, y emisiones de gas reducidas se describen a continuacion con mayor detalle. En una realizacion a modo de ejemplo, las laminas termoplasticas reforzadas con fibra porosas de multiples capas incluyen una o mas capas de nucleo porosas que se forman a partir de uno o mas materiales termoplasticos y de aproximadamente un 20 por ciento en peso a aproximadamente un 80 por ciento en peso de fibras dispersas en el material termoplastico. Al menos una superficie de la capa de nucleo esta cubierta con una piel laminada a la capa de nucleo con calor y/o presion con o sin el uso de un adhesivo o una capa de union. Los materiales de piel se seleccionan, al menos en parte, para impartir la reduccion deseada en la propagacion de llama, liberacion de calor, densidad de humo, y emisiones gaseosas de la lamina de material compuesto cuando se expone a un suceso de fuego. Ademas, la manipulacion, moldeabilidad y rendimiento de uso final se pueden mejorar por laminacion de dos o mas capas de nucleo porosas juntas que tienen diferentes materiales termoplasticos y/o diferentes fibras. Ademas, las pieles se pueden laminar entre las capas de nucleo para afectar a las caractensticas de rendimiento. Ademas, la moldeabilidad y formalidad se puede mejorar por laminacion de al menos una piel a una superficie de la capa de nucleo donde la piel es al menos una de un entelado basado en fibra, una tela no tejida y una tela tejida.

Por referencia a las figuras, la Figura 1 es una ilustracion en seccion transversal de una lamina 10 de material compuesto termoplastico reforzada con fibra a modo de ejemplo que incluye una capa 12 de nucleo porosa y las

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pieles 14 y 16 laminadas a las superficies exteriores 18 y 20 de la capa 12 de nucleo. En una realizacion, la lamina 10 de material compuesto tiene un espesor de aproximadamente 0,5 mm a aproximadamente 50 mm y en otra realizacion, un espesor de aproximadamente 0,5 mm a aproximadamente 25 mm. Ademas, las pieles 14 y 16 tienen cada una un espesor en una realizacion de aproximadamente 25 micrometros a aproximadamente 5 mm, y en otra realizacion de aproximadamente 25 micrometros a aproximadamente 2,5 mm.

La capa 12 de nucleo se forma a partir de una red compuesta por estructuras celulares abiertas formada por cruzamiento aleatorio sobre fibras de refuerzo mantenidas juntas, al menos en parte, mediante una o mas resinas termoplasticas, donde el contenido vado de la capa 12 de nucleo porosa vana generalmente entre aproximadamente un 5 % y aproximadamente un 95 % y en particular entre aproximadamente un 30 % y aproximadamente un 80 % del volumen total de la capa 12 de nucleo. La capa 12 de nucleo porosa esta compuesta por estructuras celulares abiertas formadas por cruzamiento aleatorio sobre fibras de refuerzo mantenidas juntas, al menos en parte, mediante una o mas resinas termoplasticas, donde de aproximadamente un 40 % a aproximadamente un 100 % de la estructura celular esta abierto y permite el flujo de aire y gases a su traves. La capa 12 de nucleo tiene una densidad en una realizacion de aproximadamente 0,2 g/cm3 a aproximadamente 1,8 g/cm3 y en otra realizacion de aproximadamente 0,3 g/cm3 a aproximadamente 1,0 g/cm3. La capa 12 de nucleo se forma usando procedimientos de fabricacion conocidos, por ejemplo, un procedimiento de deposicion por via humeda, un procedimiento de deposicion en aire, un procedimiento de mezcla en seco, un procedimiento de cardado y aguja, y otros procedimientos conocidos que se emplean para fabricar productos no tejidos. Las combinaciones de tales procedimientos de fabricacion tambien son utiles. La capa 12 de nucleo incluye de aproximadamente un 20 % a aproximadamente un 80 % en peso de fibras que tienen un elevado modulo de traccion de elasticidad y una longitud media entre aproximadamente 7 y aproximadamente 200 mm, y de aproximadamente un 20 % a aproximadamente un 80 % en peso de materiales termoplasticos fibrosos o formados por parffculas completamente o sustancialmente sin consolidar, donde los porcentajes en peso se basan en el peso total de la capa 12 de nucleo. En otra realizacion, la capa de nucleo incluye de aproximadamente un 35 % a aproximadamente un 55 % en peso de fibras. La red se calienta por encima de la temperatura de transicion vffrea de las resinas termoplasticas sobre la capa 12 de nucleo para ablandar sustancialmente los materiales plasticos y se hace pasar a traves de uno o mas dispositivos de consolidacion, por ejemplo rodillos de presion, rodillos de calandrado, laminadores de cinta doble, prensas de indexacion, prensas de luz diurna multiples, autoclaves, y otros dispositivos tales usados para la laminacion y consolidacion de laminas y tejidos de un modo tal que el material plastico pueda fluir y humedecer las fibras. La separacion entre los elementos de consolidacion en los dispositivos de consolidacion se ajusta a unas dimensiones menores que la red sin consolidar y mayores que las de la red si estuviera completamente consolidada, permitiendo de este modo que la red se expanda y permanezca sustancialmente permeable despues de pasar a traves de los rodillos. En una realizacion, la separacion se ajusta a unas dimensiones de aproximadamente un 5 % a aproximadamente un 10% mayores que las de la red si estuviera completamente consolidada. Una red completamente consolidada significa una red que esta completamente comprimida y sustancialmente exenta de vacfo. Una red completamente consolidada tendna menos de un 5 % de contenido vacfo y tendna una estructura celular abierta insignificante.

Un elevado modulo de traccion de elasticidad significa un modulo de traccion de elasticidad sustancialmente mayor que el de una lamina consolidada que podna formarse a partir de la estructura de red. Las fibras que entran dentro de esta categona incluyen fibras de metal, inorganicas metalizadas, sinteticas metalizadas, de vidrio, de grafito, de carbono y ceramicas y fibras tales como las fibras de aramida comercializadas con los nombres comerciales Kevlar y Nomex, y generalmente incluyen cualquier fibra que tenga un modulo de traccion mayor de aproximadamente 10.000 Mega Pascales a temperatura y presion ambiente.

Los materiales plasticos formados por parffculas incluyen fibras elasticas cortas que se pueden incluir para mejorar la cohesion de la estructura de la red durante la fabricacion. La union se efectua utilizando las caractensticas termicas de los materiales plasticos dentro de la estructura de la red. La estructura de la red se calienta lo suficiente para hacer que el componente termoplastico funda en sus superficies a parffculas y fibras adyacentes.

En una realizacion, las fibras de refuerzo individuales no debenan ser en promedio mas cortas que aproximadamente 7 miffmetros, debido a que las fibras mas cortas no proporcionan generalmente un refuerzo adecuado en el arffculo moldeado final. Ademas, las fibras no debenan ser en promedio mas largas que aproximadamente 200 miffmetros dado que tales fibras son diffciles de manipular en el procedimiento de fabricacion.

En una realizacion, se usan fibras de vidrio, y con el fin de conferir resistencia estructural las fibras tienen un diametro medio entre aproximadamente 7 y aproximadamente 22 micrometros. Las fibras de diametro menor de aproximadamente 7 micrometros pueden llegar a transportarse por el aire facilmente y pueden causar problemas de salud y seguridad medioambiental. Las fibras de diametro mayor de aproximadamente 22 micrometros son diffciles de manipular en procedimientos de fabricacion y no refuerzan de forma eficaz la matriz de plastico despues del moldeado.

En una realizacion, el material termoplastico esta, al menos en parte, en una forma formada por parffculas. Los materiales termoplasticos adecuados incluyen, pero no se limitan a, polietileno, polipropileno, poliestireno, acrilonitriloestireno, butadieno, tereftalato de polietileno, tereftalato de polibutileno, teraclorato de polibutileno, y cloruro de polivinilo, tanto plastificados como sin plastificar, y las mezclas de estos materiales entre sf o con otros

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materiales polimericos. Otros materiales termoplasticos adecuados incluyen, pero no se limitan a, eteres de poliarileno, policarbonatos, poliestercarbonatos, poliesteres termoplasticos, polieterimidas, poUmeros de acrilonitrilo- acrilato de butilo-estireno, nailon amorfo, poliarileno eter cetona, sulfuro de polifenileno, poliaril sulfona, polieter sulfona, polfmeros cristalinos Kquidos, compuestos de poli(1,4-fenileno) conocidos en el mercado como PARMAX®, policarbonatos de alta resistencia termica tales como APEC® PC de Bayer, nailon de alta temperatura, y siliconas, asf como las aleaciones y las mezclas de estos materiales entre sf o con otros materiales polimericos. Preferentemente, el material termoplastico tiene un mdice de oxfgeno limitado (LOI) mayor de aproximadamente 22, segun se mide de acuerdo con el procedimiento de ensayo de la norma ISO 4589. Se anticipa que se puede usar cualquier resina termoplastica que no sea atacada qmmicamente por agua y que se pueda ablandar lo suficiente por calor para permitir fusion y/o moldeado sin descomponerse qmmica o termicamente.

En una realizacion, las partfculas de plastico no necesitan ser excesivamente finas, pero las partfculas mas gruesas de aproximadamente 1,5 milfmetros son insatisfactorias en que no fluyen lo suficiente durante el procedimiento de moldeado para producir una estructura homogenea. El uso de partfculas mas grandes puede dar como resultado la reduccion del modulo de elasticidad del material cuando esta consolidado. En una realizacion, las partfculas de plastico tienen no mas de aproximadamente 1 milfmetro de tamano.

Por referencia a la Figura 1, las pieles 14 y 16 se forman a partir de materiales que pueden soportar temperaturas de procesamiento entre aproximadamente 2O0 °C y aproximadamente 425 °C. Las pieles 14 y 16 pueden ser pelfculas termoplasticas, pelfculas elastomericas, laminas delgadas de metal, revestimiento termoendurecible, revestimientos inorganicos, entelados reforzados con fibra, o materiales de tela tejida o no tejida. Cualquier material termoplastico adecuado, incluyendo mezclas de materiales termoplasticos, que tengan un LOI mayor de aproximadamente 22, segun se mide de acuerdo con el procedimiento de ensayo de la norma ISO 4598, se puede usar para formar las pelfculas termoplasticas, por ejemplo, poli(eter imida), poli(eter cetona), poli(eter-eter cetona), poli(sulfuro de fenileno), poli(eter sulfona), poli(amida-imida), poli(aril sulfona) y las combinaciones de los mismos. Las fibras adecuadas para formar los entelados incluyen, pero no se limitan a, fibras de vidrio, fibras de aramida, fibras de carbono, fibras inorganicas, fibras de metal, fibras sinteticas metalizadas, fibras inorganicas metalizadas, y las combinaciones de las mismas. Preferentemente, las fibras que se usan en la formacion de entelados tienen un LOI mayor de aproximadamente 22, segun se mide de acuerdo con el procedimiento de ensayo de la norma ISO 4598.

En una realizacion, el revestimiento inorganico incluye una capa de al menos una pasta de yeso, una pasta de carbonato de calcio, un mortero y un hormigon. El entelado basado en fibra incluye un material de cobertura no tejido liviano fabricado mediante procedimientos de deposicion por via humeda, deposicion en aire, hilado y entrelazado. El entelado basado en fibra incluye, por ejemplo, vidrio, carbono, poliacrilonitrilo, aramida, poli(p-fenilen- benzobisoxazol), poli(eter-imida), poli(sulfuro de fenileno), etc. La tela no tejida incluye un material termoplastico, un aglutinante termoestable, fibras inorganicas, fibras de metal, fibras inorganicas metalizadas y fibras sinteticas metalizadas.

Las pieles 14 y 16 se laminan a la capa 12 de nucleo mediante cualquier procedimiento de laminacion adecuado usando calor y/o presion con o sin el uso de un adhesivo o una capa de union, por ejemplo usando rodillos de presion o una maquina de laminacion. Las pieles 14 y 16 se laminan al nucleo 12 despues de que se haya formado, y en una realizacion, las pieles 14 y 16 se laminan a la capa 12 de nucleo antes de que se haya cortado en laminas de un tamano predeterminado. En una realizacion, las pieles 14 y 16 se laminan a la capa 12 de nucleo despues de que se haya cortado en laminas. En una realizacion, la temperatura del procedimiento de laminacion es mayor que la temperatura de transicion vttrea de las resinas termoplasticas de las pieles y la capa de nucleo, por ejemplo, mayor de aproximadamente 100 °C. En otra realizacion, las pieles 14 y 16 se unen a la capa 12 de nucleo a temperatura ambiente usando adhesivos termoestables y presion.

La Figura 2 es una ilustracion en seccion transversal de otra lamina 30 termoplastica reforzada con fibra a modo de ejemplo que incluye las capas 32 y 34 de nucleo, y las pieles 36, 38 y 40 laminadas a las capas 32 y 34 de nucleo. Particularmente, la capa 32 de nucleo incluye una primera superficie 42 y una segunda superficie 44, y la capa 34 de nucleo incluye una primera superficie 46 y una segunda superficie 48. Las capas 32 y 34 de nucleo se disponen de modo que la segunda superficie 44 de la capa 32 de nucleo sea adyacente a la primera superficie 46 de la capa 34 de nucleo. La piel 36 se situa sobre la primera superficie 42 de la capa 32 de nucleo, la piel 38 se situa sobre la segunda superficie 48 de la capa 34 de nucleo, y la piel 40 se situa entre la segunda superficie 44 de la capa 32 de nucleo y la primera superficie 46 de la capa 34 de nucleo. Las capas 32 y 34 de nucleo, y las pieles 36, 38, y 40 se laminan juntas para formar la lamina 30 termoplastica reforzada con fibra.

Las capas 32 y 34 de nucleo, de forma similar a la capa 12 de nucleo descrita anteriormente, incluyen de aproximadamente un 20 % a aproximadamente un 80 % en peso de fibras que tienen un elevado modulo de traccion de elasticidad y de aproximadamente un 20 % aproximadamente un 80 % en peso de material termoplastico. El material termoplastico y/o las fibras de la capa 32 de nucleo pueden ser iguales o diferentes que el material termoplastico y/o las fibras de la capa 34 de nucleo dependiendo de las propiedades deseadas de la lamina 30.

Las pieles 36, 38, y 40, de forma similar a las pieles 14 y 16 descritas anteriormente, se forman a partir de materiales que pueden soportar temperaturas de procesamiento entre aproximadamente 200 °C y aproximadamente 425 °C. Las pieles 36, 38, y 40 pueden ser pelfculas termoplasticas, entelados reforzados con fibra, y materiales de tela

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tejida o no tejida. Las pieles 36, 38, y 40 se pueden formar a partir de materiales iguales o se pueden formar a partir de materiales diferentes dependiendo de las propiedades deseadas de la lamina 30.

En una realizacion alternativa, la lamina 30 no incluye la piel 40 laminada entre las capas 32 y 34 de nucleo. En realizaciones alternativas adicionales, solo una de las superficies exteriores de la lamina 30 incluye una piel y/o una piel laminada entre las capas 32 y 34 de nucleo. En una realizacion alternativa adicional, la lamina 30 incluye una piel o una piel 40 laminada entre las capas 32 y 34 de nucleo que cubre al menos una parte de la segunda superficie 44 de la capa 32 de nucleo y la primera superficie 46 de la capa 34 de nucleo.

La Figura 3 es una ilustracion en seccion transversal de otra lamina 60 termoplastica reforzada con fibra a modo de ejemplo que incluye las capas 62, 64, y 66 de nucleo y las pieles 68, 70, 72, y 74 laminadas a las capas 62, 64, y 66 de nucleo. Particularmente, la capa 62 de nucleo incluye una primera superficie 76 y una segunda superficie 78, la capa 64 de nucleo incluye una primera superficie 80 y una segunda superficie 82, y la capa 66 de nucleo incluye una primera superficie 84 y una segunda superficie 86. Las capas 62, 64, y 66 de nucleo se disponen de un modo tal que la segunda superficie 78 de la capa 62 de nucleo es adyacente a la primera superficie 80 de la capa 64 de nucleo, y la segunda superficie 82 de la capa 64 de nucleo es adyacente a la primera superficie 84 de la capa 66 de nucleo. La piel 68 se situa sobre la primera superficie 76 de la capa 62 de nucleo, la piel 70 se situa sobre la segunda superficie 86 de la capa 66 de nucleo, la piel 72 se situa entre la segunda superficie 78 de la capa 62 de nucleo y la primera superficie 80 de la capa 64 de nucleo, y la piel 74 se situa entre la segunda superficie 82 de la capa 64 de nucleo y la primera superficie 84 de la capa 66 de nucleo. Las capas 62, 64, y 66 de nucleo, y las pieles 68, 70, 72, y 74 se laminan juntas para formar la lamina 60 termoplastica reforzada con fibra.

Las capas 62, 64, y 66 de nucleo, de forma similar a la capa 12 de nucleo descrita anteriormente, incluyen de aproximadamente un 20 % a aproximadamente un 80 % en peso de fibras que tienen un elevado modulo de elasticidad y de aproximadamente un 20 % a aproximadamente un 80 % en peso de uno o mas materiales termoplasticos. El material termoplastico y/o las fibras de cada una de las capas 62, 64, y 66 de nucleo pueden ser iguales o diferentes que el material termoplastico y/o las fibras de cada una de otra capa de nucleo dependiendo de las propiedades deseadas de la lamina 60.

Las pieles 68, 70, 72, y 74, de forma similar a las pieles 14 y 16 descritas anteriormente, se forman a partir de materiales que pueden soportar temperaturas de procesamiento entre aproximadamente 200 °C y aproximadamente 425 °C. Las pieles 68, 70, 72, y 74 pueden ser fibras termoplasticas, entelados reforzados con fibra, y materiales de tela tejida o no tejida. Las pieles 68, 70, 72, y 74 se pueden formar a partir de los mismos materiales o se pueden formar a partir de materiales diferentes dependiendo de las propiedades deseadas de la lamina 60. En realizaciones alternativas, la lamina 60 incluye una o mas de las pieles 68, 70, 72, y 74 pero no las cuatro pieles. En otra realizacion, la lamina 60 incluye una o mas de las pieles 68, 70, 72, y 74 cubriendo al menos una parte de las superficies de las capas 62, 64, y 66 de nucleo.

Las laminas de material compuesto termoplasticas reforzadas con fibra porosas que se han descrito anteriormente se pueden usar, pero sin limitarse a, en infraestructuras de construccion, aeronaves, paneles de muros laterales de trenes y navfos, paneles de techo, buques de carga, particiones de oficina, revestimiento de eje de ascensor, placas de techo, cuerpo empotrable para elementos fijos de luz y otras aplicaciones tales como las que se fabrican actualmente con estructuras emparedadas de panal de abeja, laminas termoplasticas, y FRP. Las laminas del material compuesto se pueden moldear en diversos artfculos usando procedimientos conocidos en la tecnica que incluyen, por ejemplo, formacion a presion, formacion termica, estampado termico, formacion al vado, formacion por compresion, y formacion con autoclave. La combinacion de alta rigidez con respecto a la proporcion en peso, capacidad para termoformarse con perfiles estirados profundos, final de reciclabilidad de vida, acustica y deseable bajo mdice de propiedades de propagacion de llama, liberacion de calor, densidad de humo y emision de gases hace el material compuesto termoplastico reforzado con fibra un producto mas deseable que los productos que se usan en la actualidad.

La invencion se describira adicionalmente por referencia a los siguientes ejemplos que se presentan unicamente con el fin de ilustracion y no se pretende que limiten el alcance de la invencion. A menos que se indique de otro modo, todas las cantidades se enumeran como partes en peso.

El ejemplo comparativo somete a ensayo la comparacion de llama, humo y emisiones gaseosas de una muestra de control denominada Muestra A y muestras a modo de ejemplo de una realizacion de la invencion denominadas Muestras B y C. La Muestra A es una lamina reforzada con fibra porosas formada a partir de una mezcla de poli(eter-imida), disponible en el mercado en General Electric Company con el nombre comercial ULTEM, y resina de policarbonato de bisfenol A que contiene un aditivo retardante de llama basado en bromo, disponible en el mercado en General Electric Company con el nombre comercial LEXAN, las resinas mezcladas en proporciones en peso de un 5 por ciento y un 55 por ciento. Las resinas mezcladas se dispersan en una lamina reforzada con fibra porosa que contiene aproximadamente un 40 por ciento en peso de fibras de vidrio que tienen un diametro de fibra nominal de 16 micrometros y una longitud media de 12,7 mm. La Muestra B es la lamina reforzada con fibra porosa de la Muestra A laminada con pelfculas de poli(eter-imida) de 76 micrometros de espesor, disponible en el mercado en General Electric Company con el nombre comercial ULTEM, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion. La Muestra C es la lamina reforzada con fibra porosa de la Muestra A laminada con entelados de aramida

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de 27 g/m2, disponibles en el mercado en E.I. du Pont de Nemours and Company con el hombre comercial KEVLAR laminados sobre las superficies exteriores de acuerdo con una realizacion de la presente invencion. La Muestra D es la lamina reforzada con fibra porosa de la Muestra A laminada con pelmulas de polipropileno de 203,2 pm de espesor. La Muestra D es una muestra comparativa que contiene pelmulas de polipropileno laminado que tienen un LOI de 17. Los resultados se presentan posteriormente en las Tablas I a II.

Los ensayos de ejemplo comparativo que comparan las caractensticas de llama y humo de la Muestra E, una lamina reforzada con fibra porosa formada a partir de una mezcla de resinas de poli(eter-imida) y policarbonato con una proporcion en peso de un 25 por ciento cada una con un 50 por ciento en peso de fibras de vidrio de 16 micrometros de diametro y 12,7 mm de longitud, la Muestra F, una lamina reforzada con fibra porosa formada a partir de una mezcla de poli(eter-imida) y una resina de policarbonato basada en retardante de llama ecologico en unas proporciones en peso de un 5 y un 55 por ciento combinado con un 40 por ciento en peso de fibras de vidrio de 16 micrometros de diametro y 12,7 mm de longitud, la Muestra G, una lamina reforzada con fibra porosa formada a partir de resina de policarbonato con un 50 por ciento en peso de fibras de vidrio de 16 micrometros de diametro y 12,7 mm de longitud, la Muestra H, una lamina reforzada con fibra porosa formada a partir de polipropileno con un 55 por ciento en peso de fibras de vidrio de 16 micrometros de diametro y 12,7 mm de longitud, la Muestra I, una lamina reforzada con fibra porosa formada a partir de resina de eter de poliarileno con un 50 por ciento en peso de fibras de vidrio, la Muestra J, una lamina reforzada con fibra porosa formada a partir de una mezcla de policarbonato y tereftalato de polibutileno combinados en una proporcion en peso de un 33 por ciento y un 17 por ciento cada uno con un 50 por ciento en peso de fibras de vidrio de 16 micrometros de diametro y 12,7 mm de longitud se presentan posteriormente en la Tabla IV.

Las laminas termoplasticas reforzadas con fibra de las Muestras A-J se fabricaron usando el procedimiento de fabricacion de papel de deposicion por via humeda que se describe en los documentos de Patente del Reino Unido con numeros 1129757 y 1329409. La lamina termoplastica reforzada con fibra se sometio ademas a calor y presion en un laminador de doble cinta a 325 °C y 2 bar para consolidar parcialmente la lamina y tener la resina humeda las fibras. La Muestra B se preparo a partir de la misma lamina termoplastica reforzada con fibra que la Muestra A, pero con una pelmula de poli(eter-imida) de 75 micrometros de espesor cubriendo las superficies usando el laminador de doble cinta en las condiciones que se han descrito anteriormente. La Muestra C se preparo a partir de la misma lamina termoplastica reforzada con fibra que la Muestra A, pero con un entelado de aramida de 27 g/m2 cubriendo las superficies usando el laminador de doble cinta en las condiciones que se han descrito anteriormente. La Muestra D se preparo a partir de la misma lamina termoplastica reforzada con fibra que la Muestra A, pero con una pelmula de polipropileno de 203,2 pm de espesor cubriendo las superficies usando el laminador de doble cinta en las mismas condiciones que se han descrito anteriormente.

Las caractensticas de llama se midieron usando una fuente de calor radiante y una muestra del material de muestra de acuerdo con el procedimiento de la norma ASTM titulado Procedimiento convencional para inflamabilidad de superficie de materiales usando una fuente de energfa termica radiante. Se obtiene un mdice de propagacion de llama a partir de la tasa de progreso del frente de llama y la tasa de liberacion de calor por parte del material que se somete a ensayo. Los criterios principales son el mdice de propagacion de llama (FSI) y las observaciones de goteo/goteo ardiente. Los requisitos de los Estados Unidos y Canada para aplicaciones de autobuses de pasajeros para materiales de interior son un FSI de 35 o menos sin ningun goteo flairngero. El laboratorio Underwriters Laboratory (UL) requiere que las partes mayores de 10 pies cuadrados tengan un FSI de 200 o menos para obtener la catalogacion del UL.

Las caractensticas de humo se midieron por exposicion de las muestras de ensayo a condiciones flamfgeras y no flamfgeras dentro de una camara cerrada de acuerdo con el procedimiento de la norma ASTM E-662-03 titulado Procedimiento de ensayo convencional para densidad optica espedfica de humo generado por materiales solidos. Se realizaron mediciones de transmisiones de luz y se usaron para calcular la densidad optica espedfica del humo generado durante el penodo de tiempo del ensayo. Los criterios principales son la densidad optica (Ds) del humo producido por una muestra expuesta a un horno radiante o un horno radiante mas multiples llamas. La densidad optica se representa frente al tiempo durante generalmente 20 minutos. La densidad optica maxima y el tiempo para alcanzar este maximo son resultados importantes. Las normas ferroviarias de los Estados Unidos y Canada y algunas directrices de autobuses de los Estados Unidos y Canada establecen una Ds maxima de 100 o menos en 1,5 minutos, y una Ds maxima de 200 o menos en 4 minutos. Las normas de Global Air establecen una Ds en 4 minutos para numerosas aplicaciones de grandes volumenes interiores de 200 o menos.

Los requisitos de la FAA para toxicidad y llama tambien se midieron de acuerdo con los ensayos de la FAA BSS- 7239, desarrollados por Boeing Corporation., y FAR 25.853 (a) Apendice F, Parte IV (OSU 65/65) Calonmetro.

Una gran parte de los interiores de las cabinas de pasajeros de aeronaves necesitaran cumplir por lo general las normas ASTM E162 y ASTM E662 descritas anteriormente asf como una Ds maxima de 200 en 4 minutos. Un ensayo diffcil para los plasticos ha sido tradicionalmente el ensayo de liberacion de calor OSU 65/65. En este ensayo, el material sometido a ensayo se expone a una fuente de calor radiante definida, y se registran las mediciones del calonmetro. Los criterios principales son la liberacion de calor maxima media durante el ensayo de 5 minutos que no debena exceder 65 kW/m2, y el calor total medio liberado durante los primeros 2 minutos del ensayo que no debena exceder 65 kW-min/m2.

En el ensayo de combustion vertical de 60 segundos, la parte se expone a una llama abierta a pequena escala durante 60 segundos y los criterios principales son una longitud quemada de 150 mm o menos, un tiempo despues de llama de 15 segundos o menos, y goteos de tiempo de llama de 3 segundos o menos.

TABLAI

Procedimiento de ensayo: Muestra A Muestra B Muestra C Muestra D

ASTM E-162:

fndice medio de propagacion de llama Fs: 10 5,5 6,0 > 200

Goteos flairngeros: Ninguno Ninguno Ninguno Sf

ASTM E-662:

Densidad de humo Ds en 1,5 minutos: 9 2 6 6

Densidad de humo Ds en 4,0 minutos: 65 25 133 133

Densidad maxima de humo DsMax: 315 182 289 289

FAR 25.853 (a) Apendice F, Parte IV:: N/A

Liberacion total de calor en 2 minutos: 54 kW/m2 45 kW/m2 48 kW/m2

Liberacion maxima de calor: 54 kW/m2 41 kW/m2 48 kW/m2

Combustion vertical de 60 segundos: Tiempo de combustion vertical: Superado Superado Superado

Longitud de combustion: 91,4 mm 61,0 mm 53,3 mm

5

TABLA II

BSS-7239: Gases: Muestra A (ppm en 4 minutos) Muestra B (ppm en 4 minutos)

HCN: 1 1

CO: 200 100

NO + NO3: 2 2

SO2: <1 <1

HF: <1 <1

HCl: 2 1

TABLA III

Procedimiento de ensayo: Muestra E Muestra F Muestra G Muestra H Muestra I Muestra J

ASTM E-162:

Fs: 27,5 50 45 245 39 69

Gotas flamfgeras: Ninguna Ninguna Ninguna F. D.* Ninguna Ninguna

ASTM E-662: Ds en 1,5 minutos: 13 N/A 18 21 28 16

Ds en 4,0 minutos: 114 100 146 53 79

Max. DsMax: 299 388 495 59 294

* F. D. = gotas flamfgeras.

10 Los resultados de ensayo indicados anteriormente muestran que la lamina termoplastica reforzada con fibra con pieles de poli(eter imida) de la Muestra B y con entelados de aramida de la Muestra C exhiben un mdice de propagacion de llama Fs reducido, una densidad de humo Ds reducida, liberacion de calor reducida, y emisiones gaseosas reducidas con respecto a la Muestra A. Como se muestra en la Tabla 1, las Muestras B y C exhiben resultados de ensayo que son superiores a los resultados de ensayo de la Muestra A. Por ejemplo, las Muestras B y 15 C exhibieron un mdice de propagacion de llama Fs menor, 5,5 y 6,0 respectivamente, que la Muestra A, que tuvo un Fs de 10. Particularmente, las Muestras B y C exhibieron resultados de ensayo menores para los procedimientos de ensayo de acuerdo con las normas ASTM E-162, ASTM E-662, FAR 25.853(a), y el ensayo de combustion vertical

de 60 segundos, siendo la unica anomaKa el resultado de densidad de humo Ds en 4 minutos de la Muestra C. El Ejemplo Comparativo D, que inclma una pelfcula termoplastica que tema un LOI de solo 17, exhibio un mdice de propagacion de llama Fs de mas de 200 y exhibio gotas flairngeras. Ademas, cada densidad Ds es significativamente mayor que el mdice de propagacion de llama Fs y la densidad Ds de humo en cuatro minutos de las Muestras B y C.

5 Aunque la invencion se ha descrito en terminos de diversas realizaciones espedficas, los expertos en la materia reconoceran que la invencion se puede poner en practica con modificacion dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Material (10) laminar de material compuesto, que comprende:

al menos una capa (12) de nucleo porosa que comprende una red de estructuras celulares abiertas formadas por cruzamiento aleatorio de fibras de refuerzo mantenidas juntas mediante al menos un material termoplastico, en el 5 que la capa de nucleo porosa esta formada por calentamiento de la red por encima de la temperatura de transicion vftrea del material termoplastico para ablandar sustancialmente el material termoplastico, haciendo pasar la red calentada a traves de uno o mas dispositivos de consolidacion ajustados a una dimension menor que la de una red sin consolidar y mayor que la de una red si estuviera completamente consolidada, y permitiendo que la red se expanda y permanezca sustancialmente permeable despues de pasar a traves del 10 dispositivo de consolidacion, en el que de aproximadamente un 40% a aproximadamente un 100% de las estructuras celulares abiertas estan abiertas y permiten el flujo de aire y gases a traves de la capa de nucleo, teniendo dicha capa (12) de nucleo porosa de aproximadamente un 20 por ciento en peso a aproximadamente un 80 por ciento en peso de fibras de refuerzo en base al peso total de dicha capa de nucleo porosa, teniendo dicha capa de nucleo porosa una densidad de 0,2 g/cm3 a 1,8g/cm3, y teniendo un contenido vado de 15 aproximadamente un 5 por ciento a aproximadamente un 95 por ciento en volumen de la capa de nucleo porosa, en el que dichas fibras de refuerzo tienen una longitud media de aproximadamente 7 mm a aproximadamente 200 mm; y

al menos una piel (14, 16) que cubre al menos una parte de una superficie de dicha al menos una capa de nucleo porosa, comprendiendo dicha piel al menos una de una pelfcula termoplastica, una pelfcula elastomerica, 20 un revestimiento termoendurecible, un revestimiento inorganico, un entelado basado en fibra, una tela no tejida, y una tela tejida, en el que dicha pelfcula termoplastica comprende al menos uno de poli(eter imida), poli(eter cetona), poli(eter-eter cetona), poli(sulfuro de fenileno), poli(arileno sulfona), poli(eter sulfona), poli(amida-imida), poli(1,4-fenileno), policarbonato, nailon, y silicona, y teniendo dicha piel un mdice de oxfgeno limitante mayor de 22, segun se mide por la norma ISO 4589, para mejorar al menos una de las caractensticas de llama, humo, 25 liberacion de calor y emision gaseosa del material laminar de material compuesto.
2. Material laminar de material compuesto de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que dicho entelado basado en fibra comprende al menos una de fibras de vidrio, fibras de aramida, fibras de grafito, fibras de carbono, fibras de mineral inorganico, fibras de metal, fibras sinteticas metalizadas, y fibras inorganicas metalizadas.
3. Material laminar de material compuesto de acuerdo con la reivindicacion 2, en el que dicho entelado basado en 30 fibra comprende al menos una de poliacrilonitrilo, p-aramida, m-aramida, poli(p-fenileno 2,6, benzobisoxazol),

poli(eter-imida) y poli(sulfuro de fenileno).
4. Material laminar de material compuesto de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la al menos una capa de nucleo porosa comprende una primera superficie y una segunda superficie; y

la al menos una piel cubre al menos una parte de al menos una de dichas primera y segunda superficies.

35 5. Material laminar de material compuesto de acuerdo con la reivindicacion 1, que comprende:

una primera y una segunda capas de nucleo porosas, comprendiendo cada una de dichas capas de nucleo una primera y una segunda superficies, dicha segunda superficie de dicha primera capa de nucleo situada adyacente a dicha primera superficie de dicha segunda capa de nucleo; y

al menos una piel que cubre al menos una parte de al menos una de dichas primera y segunda superficies de 40 dicha primera capa de nucleo y dichas primera y segunda superficies de dicha segunda capa de nucleo.
6. Material laminar de material compuesto de acuerdo con la reivindicacion 5, en el que dicha primera capa de nucleo porosa comprende al menos uno de un material termoplastico diferente y una fibra diferente que dicha segunda capa de nucleo porosa.
7. Material laminar de material compuesto de acuerdo con la reivindicacion 1, que comprende:

45 una primera, una segunda, y una tercera capas de nucleo porosas, comprendiendo cada una de dichas capas de nucleo una primera y una segunda superficies, dicha segunda superficie de dicha segunda capa de nucleo situada adyacente a dicha primera superficie de dicha segunda capa de nucleo, dicha segunda superficie de dicha segunda capa de nucleo situada adyacente a dicha primera superficie de dicha tercera capa de nucleo; y al menos una piel que cubre al menos una de dichas primera y segunda superficies de dicha primera capa de 50 nucleo, dichas primera y segunda superficies de dicha segunda capa de nucleo, y dichas primera y segunda superficies de dicha tercera capa de nucleo.
8. Material laminar de material compuesto de acuerdo con la reivindicacion 7, en el que una de dichas capas de nucleo porosas comprende al menos uno de un material termoplastico diferente y una fibra diferente que al menos una de dichas otras capas de nucleo porosas.

55 9. Procedimiento de fabricacion de una lamina termoplastica reforzada con fibra porosa, comprendiendo dicho

procedimiento:

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

proporcionar una lamina termoplastica reforzada con fibra porosa que comprende al menos una capa de nucleo porosa que comprende una red de estructuras celulares abiertas formada por cruzamiento aleatorio de fibras de refuerzo mantenidas juntas mediante un material termoplastico, comprendiendo dicha capa de nucleo porosa de aproximadamente un 20 por ciento en peso a aproximadamente un 80 por ciento en peso de fibras de refuerzo y teniendo una densidad de 0,2 g/cm3 a 1,8 g/cm3, y teniendo un contenido vado de aproximadamente un 5 por ciento a aproximadamente un 95 por ciento en volumen de la capa de nucleo porosa, en el que las fibras de refuerzo tienen una longitud media de aproximadamente 7 mm a aproximadamente 200 mm, en el que la capa de nucleo porosa se forma mediante:

calentamiento de la red por encima de la temperatura de transicion vftrea del material termoplastico para ablandar sustancialmente el material termoplastico,

haciendo pasar la red calentada a traves de uno o mas dispositivos de consolidacion ajustados a una dimension menor que la de una red sin consolidar y mayor que la de una red si estuviera completamente consolidada, y

permitiendo que la red se expanda y permanezca sustancialmente permeable despues de pasar a traves del dispositivo de consolidacion, en la que de aproximadamente un 40 % a aproximadamente un 100 % de las estructuras celulares abiertas estan abiertas y permiten el flujo de aire y gases a traves de la capa de nucleo;

comprendiendo ademas el procedimiento laminar al menos una piel en una superficie de la lamina termoplastica reforzada con fibra porosa, comprendiendo cada piel al menos uno de una pelfcula termoplastica, una pelfcula elastomerica, un revestimiento termoendurecible, un revestimiento inorganico, un entelado basado en fibra, una tela no tejida, y una tela tejida, en el que la pelfcula termoplastica comprende al menos uno de poli(eter imida), poli(eter cetona), poli(eter-eter cetona), poli(sulfuro de fenileno), poli(arileno sulfona), poli(eter sulfona), poli(amida-imida), poli(1,4-fenileno), policarbonato, nailon, y silicona, y teniendo la piel un mdice de oxfgeno limitante mayor de 22, segun se mide por la norma ISO 4589, para mejorar al menos una de las caractensticas de llama, humo, liberacion de calor y emision gaseosa de la lamina termoplastica reforzada con fibra porosa.
10. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 9, en el que el entelado basado en fibra comprende al menos una de fibras de vidrio, fibras de aramida, fibras de grafito, fibras de carbono, fibras de mineral inorganico, fibras de metal, fibras sinteticas metalizadas, y fibras inorganicas metalizadas.
11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 10, en el que el entelado basado en fibra comprende al menos uno de poliacrilonitrilo, p-aramida, m-aramida, poli(p-fenileno 2,6, benzobisoxazol), poli(eter-imida) y poli(sulfuro de fenileno).
12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 9, en el que dicha provision de una lamina termoplastica reforzada con fibra porosa comprende proporcionar una lamina termoplastica reforzada con fibra porosa que comprende una primera capa de nucleo porosa que tiene una primera superficie y una segunda superficie, y dicha laminacion de al menos una piel comprende laminar al menos una piel que cubre al menos una de dichas primera y segunda superficies.
13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 9, en el que dicha provision de una lamina termoplastica reforzada con fibra porosa comprende proporcionar una lamina termoplastica reforzada con fibra porosa que comprende una primera y una segunda capas de nucleo porosas, comprendiendo cada capa de nucleo una primera y una segunda superficies, la segunda superficie de la primera capa de nucleo situada adyacente a la primera superficie de la segunda capa de nucleo, y dicha laminacion de al menos una piel comprende laminar al menos una piel que cubre al menos una de la primera y la segunda superficies de la primera capa de nucleo y la primera y la segunda superficies de la segunda capa de nucleo.
14. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 9, en el que dicha provision de una lamina termoplastica reforzada con fibra porosa comprende proporcionar una lamina termoplastica reforzada con fibra porosa que comprende una primera, una segunda, y una tercera capas de nucleo porosas, comprendiendo cada capa de nucleo una primera y una segunda superficies, la segunda superficie de la primera capa de nucleo situada adyacente a la primera superficie de la segunda capa de nucleo, la segunda superficie de la segunda capa de nucleo situada adyacente a la primera superficie de la tercera capa de nucleo, y dicha laminacion de al menos una piel comprende laminar al menos una piel que cubre al menos una de la primera y la segunda superficies de la primera capa de nucleo, la primera y la segunda superficies de la segunda capa de nucleo, y la primera y la segunda superficies de la tercera capa de nucleo.
15. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 9, en el que la piel comprende un entelado basado en fibra.