ES2890799T3 - Panal a base de fibra de aramida ignífuga - Google Patents
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Abstract
Un panal para uso en la fabricación de paneles de aeronaves en el que dicho panal tiene paredes que comprenden un material de papel alternativo recubierto con resina que tiene un tiempo de autoextinción de menos de 10 segundos y una longitud de quemado autoextinguible de menos de 30 cm (12 pulgadas) cuando se expone a una llama vertical de 12 segundos de acuerdo con los requisitos de prueba de quemado vertical establecidos en 14 C.F.R. Parte 25.583, dicho material de papel alternativo recubierto con resina que comprende: una capa de papel que comprende de 30 a 50 por ciento en peso de fibras de aramida y de 50 a 70 por ciento en peso de fibras que no son de aramida, basado en el peso total de dicho papel, dicha capa de papel que no tenga una longitud de quemado autoextinguible de al menos 30 cm (12 pulgadas) cuando se exponga a una llama vertical de 12 segundos de acuerdo con los requisitos de prueba de quemado vertical establecidos en 14 C.F.R. Parte 25.583; y una resina fenólica ignífuga que comprende una resina de fenol formaldehído y una cantidad suficiente de un ignífugo que contiene fósforo de modo que dicha resina fenólica ignífuga contenga de 2 a 6 por ciento en peso de fósforo, en el que la cantidad de dicha resina fenólica ignífuga en dicho material de papel alternativo recubierto con resina es suficiente para que dicho material de papel alternativo recubierto con resina tenga un tiempo de autoextinción de menos de 10 segundos y una longitud de quemado autoextinguible de menos de 30 cm (12 pulgadas) cuando se expone a una segunda llama vertical de 12 segundos de acuerdo con los requisitos de prueba de quemado vertical establecidos en 14 C.F.R. Parte 25.583.
Description
DESCRIPCIÓN
Panal a base de fibra de aramida ignífuga
Antecedentes de la invención
Campo de la invención
La presente invención se refiere en general a un panal hecho de papel de fibra de aramida que está recubierto con una resina fenólica. Más particularmente, la presente invención está dirigida a proporcionar papeles alternativos a base de fibra de aramida que tienen un contenido reducido de fibra de aramida, pero que pueden recubrirse con resina fenólica para producir un material de panal alternativo que exhibe propiedades estructurales y térmicas que están al mismo nivel que material de panal convencional fabricado utilizando papel de aramida bien conocido.
Descripción de la técnica relacionada
Un tipo popular de panel estructural de aeronaves se compone de láminas frontales (también denominadas “revestimientos”) que se unen adhesivamente a lados opuestos de un material de núcleo liviano. Estos tipos de paneles sándwich son deseables en aeronaves porque son de peso ligero y muy fuerte. El panal se usa ampliamente como material de núcleo en paneles estructurales de aeronaves debido a su alta relación resistencia/peso y resistencia a fallas por fatiga.
Por ejemplo, se han utilizado paneles estructurales de panal como paneles de suelo en los fuselajes de aeronaves. Los paneles de suelo se utilizan, especialmente en grandes aeronaves comerciales, para separar el habitáculo de los diversos componentes eléctricos, hidráulicos y estructurales situados en la parte inferior del fuselaje. Los paneles del piso generalmente se clasifican según su ubicación y uso previsto. Por ejemplo, las aeronaves comerciales grandes incluyen típicamente cuatro tipos diferentes de paneles de piso: 1) paneles de pasillo; 2) paneles de debajo del asiento; 3) paneles de galera; y 4) paneles de alta carga. Las características físicas de los paneles varían según las cargas particulares experimentadas durante el uso. Por ejemplo, los paneles del piso del pasillo y debajo de los asientos tienden a ser más livianos y no tan fuertes como los paneles del piso de galera y de carga alta.
Los paneles estructurales de panal, así como otras partes y materiales, que se utilizan en el interior de las aeronaves, deben presentar ciertos niveles mínimos de resistencia al calor y al fuego. Los requisitos térmicos específicos para estructuras, partes y otros materiales utilizados en los interiores de las aeronaves se establecen en 14 C.F.R. Parte 25.853.
Un requisito según 14 C.F.R. Parte 25.853 establece que los paneles estructurales de panal, cuando se orientan en posición vertical, deben ser “autoextinguibles” después de ser sometidos a una llama durante 12 o 60 segundos de acuerdo con el procedimiento de prueba establecido en el Apéndice F del 14 C.F.R. Parte 25.853. Otro requisito es que los paneles estructurales de panal deben tener ciertas propiedades de liberación de calor cuando se prueban de acuerdo con las pruebas de liberación de calor estandarizadas de la Universidad Estatal de Ohio (OSU), como se establece en el Apéndice F de 37 C.F.R. Parte 25.853.
El papel de aramida NOMEX® es un material bien establecido que se ha utilizado ampliamente durante muchos años para fabricar panales para uso en paneles estructurales de aeronaves. El papel de aramida NOMEX® es producido por E.I. DuPont de Nemours & Company (Wilmington, Delaware). Los núcleos de panal hechos de papel de aramida NOMEX® que ha sido recubierto con una resina fenólica han sido y continúan siendo muy populares porque brindan una combinación deseable de propiedades térmicas excelentes, de alta resistencia y ligeras.
El papel NOMEX®, por sí mismo, no tiene que cumplir con los requisitos de 14 C.F.R. Parte 25.853 porque los requisitos bajo este reglamento están dirigidos al panel estructural, en su conjunto, a diferencia de los componentes individuales que componen el panel. Aun así, las propiedades térmicas individuales de las láminas frontales, el panal y el papel que se utilizan para hacer los paneles estructurales de panal, siguen siendo importantes y deben tenerse en cuenta al hacer un panel estructural para su uso en el interior de una aeronave. Es deseable que las propiedades térmicas individuales de estos componentes sean suficientes para que puedan combinarse para formar un panel estructural donde el panel, como mínimo, cumplirá con los requisitos de 14 C.F.R. Parte 25.853.
Los procedimientos de prueba establecidos en 14 C.F.R. Parte 25.853 se pueden utilizar para evaluar las propiedades térmicas del papel y el panal hecho a partir del papel con el fin de proporcionar una indicación de la idoneidad del papel y el panal para su uso en la fabricación de un panel estructural que cumpla o supere el requisito de 14 C.F.R. Parte 25.853. Por ejemplo, el papel NOMEX®, por sí solo, se autoextingue en menos de 1 segundo y exhibe una longitud de quemado vertical de menos de 9 pulgadas (22,9 cm) cuando se somete a la prueba de quemado vertical de 12 segundos establecida en el Apéndice F. Cuando el papel de aramida NOMEX® está recubierto con una resina fenólica, el material de papel recubierto resultante se autoextingue en aproximadamente 2 segundos y exhibe una longitud de quemado vertical de aproximadamente 2 a 3 pulgadas (5 a 7,6 cm).
El papel de aramida NOMEX®, que se ha formado en un panal que está recubierto con una resina fenólica, exhibe una liberación de calor máxima de aproximadamente 57 kW/m2, un tiempo para la liberación de calor máxima de aproximadamente 51 segundos y una liberación de calor en 2 minutos de aproximadamente 68 kW-minuto/m2 cuando se prueba de acuerdo con el Apéndice F de 37 C.F.R. Parte 25.853.
Las propiedades térmicas anteriores hacen que el papel de aramida NOMEX® sea particularmente adecuado para su uso en paneles estructurales de aeronaves que cumplen o superan los requisitos de combustión establecidos en 14 C.F.R. Parte 25.853. Sin embargo, el papel de aramida NOMEX® y los papeles de aramida en general que están compuestos completamente de fibras de aramida tienden a ser relativamente costosos. En consecuencia, existe un incentivo para desarrollar papeles alternativos que se puedan recubrir con una resina fenólica para proporcionar un material de papel alternativo recubierto con resina y formar un panal que sea adecuado para hacer paneles estructurales que se puedan usar en aeronaves y otras aplicaciones exigentes donde se requieran excelentes propiedades térmicas, como las que presenta el papel de aramida NOMEX®.
El documento EP1149691 divulga un material de núcleo de panal para una estructura de sándwich, que comprende un cuerpo de panal y un relleno en al menos una parte de las celdas del mismo, en el que el cuerpo de panal tiene un tamaño de celda de 3 a 100 mm y una porosidad de 92 a 99,5 %, según lo estipulado en JIS-A6931, y el relleno es una espuma compuesta que comprende una espuma inorgánica obtenida a partir de un material ácido que contiene fósforo, un agente de curado y, si es necesario, un agente de expansión, y una espuma orgánica obtenida a partir de un prepolímero de uretano que tiene grupos NCO y agua.
El documento WO2007/050536 divulga una estructura de panel y un método para formar la estructura de panel, incluyendo típicamente la estructura de panel al menos un panel o soporte asociado con un material activable.
Sumario de la invención
De acuerdo con la presente invención, se descubrió que se pueden fabricar papeles alternativos a base de fibra de aramida, que tienen cantidades sustancialmente menores de fibra de aramida que las presentes en el papel de aramida estándar de la industria NOMEX® y que, cuando se recubre con una resina fenólica ignífuga, exhibe propiedades estructurales y térmicas que son en muchos aspectos similares al papel de aramida NOMEX® recubierto de resina fenólica.
A diferencia del papel de aramida NOMEX®, los papeles alternativos a base de fibra de aramida de acuerdo con la presente invención no exhiben los mismos tiempos de autoextinción bajos y longitudes de quemado cuando se someten a la prueba de quemado vertical de 12 segundos, como se establece en 14 C.F.R. Parte 25.853. Como característica de la presente invención, se descubrió que un material de papel alternativo recubierto con resina, que tiene tiempos de autoextinción y longitudes de quemado por debajo de 14 C.F.R. Parte 25.853, que son similares al papel de aramida NOMEX® recubierto de resina, se puede fabricar con el papel alternativo a base de fibra de aramida siempre que el papel alternativo esté recubierto con una resina fenólica ignífuga.
La presente invención está dirigida a un panal para uso en la fabricación de paneles de aeronaves en el que dicho panal tiene paredes que comprenden un material de papel alternativo recubierto con resina que tiene un tiempo de autoextinción de menos de 10 segundos y una longitud de quemado autoextinguible de menos de 12 pulgadas cuando se expone a una llama vertical de 12 segundos de acuerdo con los requisitos de prueba de quemado vertical establecidos en 14 C.F.R. Parte 25.583, dicho material de papel alternativo recubierto con resina que comprende: una capa de papel que comprende de 30 a 50 por ciento en peso de fibras de aramida y de 50 a 70 por ciento en peso de fibras que no son de aramida, basado en el peso total de dicho papel, dicha capa de papel que no tiene una longitud de quemado autoextinguible de al menos 12 pulgadas cuando se expone a una llama vertical de 12 segundos de acuerdo con los requisitos de prueba de quemado vertical establecidos en 14 C.F.R. Parte 25.583; y una resina fenólica ignífuga que comprende una resina de fenol formaldehído y una cantidad suficiente de un ignífugo que contiene fósforo de modo que dicha resina fenólica ignífuga contenga de 2 a 6 por ciento en peso de fósforo, en donde la cantidad de dicha resina fenólica ignífuga en dicho material de papel recubierto con resina alternativa es suficiente para que dicho material de papel recubierto de resina alternativa tenga un tiempo de autoextinción de menos de 10 segundos y una longitud de quemado autoextinguible de menos de 12 pulgadas cuando se expone a una llama vertical de 12 segundos de acuerdo con los requisitos de prueba de quemado vertical establecidos en 14 C.F.R. Parte 25.583.
La presente invención también se refiere a un método para fabricar un material de papel recubierto de resina alternativa para uso en la fabricación de un panal, en el que dicho material de papel recubierto de resina alternativa tiene un tiempo de autoextinción de menos de 10 segundos y una longitud de autoextinción de 12 pulgadas cuando se expone a una llama vertical de 12 segundos de acuerdo con los requisitos de prueba de quemado vertical establecidos en 14 C.F.R. Parte 25.583, dicho método comprende los pasos de: proporcionar una capa de papel que comprende de 30 a 50 por ciento en peso de fibras de aramida y de 50 a 70 por ciento en peso de fibras que no son de aramida, basado en el peso total de dicho papel, dicha capa de papel no teniendo una longitud de quemado autoextinguible de al menos 12 pulgadas cuando se expone a una llama vertical de 12 segundos de acuerdo con los requisitos de prueba de quemado vertical establecidos en 14 C.F.R. Parte 25.583; añadiendo una resina fenólica retardante al fuego a dicha capa de papel, comprendiendo dicha resina fenólica retardante al fuego una resina de fenol formaldehído y una
cantidad suficiente de un retardante al fuego que contiene fósforo para que dicha resina fenólica retardante al fuego contenga de 2 a 6 por ciento en peso de fósforo, en el que la cantidad de dicha resina fenólica ignífuga que se agrega a dicha capa de papel es suficiente para que dicho material de papel recubierto de resina alternativa tenga un tiempo de autoextinción de menos de 10 segundos y una longitud de quemado autoextinguible de menos de 12 pulgadas cuando se expone a una llama vertical de 12 segundos de acuerdo con los requisitos de prueba de quemado vertical establecidos en 14 C.F.R. Parte 25.583; y curar dicha resina fenólica retardante al fuego.
El material de papel alternativo recubierto con resina es particularmente adecuado para su uso en la fabricación de un panal que está diseñado para su uso en paneles estructurales interiores de aeronaves donde los paneles estructurales son autoextinguibles cuando se exponen al fuego.
El material de papel alternativo recubierto con resina fabricado de acuerdo con la presente invención incluye un papel alternativo a base de fibra de aramida que contiene de 30 a 50 por ciento en peso de fibras de aramida y de 50 a 70 por ciento en peso de fibras que no son de aramida, basado en el peso total del papel. La capa de papel alternativo a base de fibra de aramida, por sí misma, tiene tiempos de autoextinción relativamente altos de 60 segundos o más y longitudes de quemado de 12 pulgadas (30,5 cm) o más cuando se somete a la prueba de quemado vertical de 12 segundos, según lo establecido adelante en 14 C.F.R. Parte 25.853. El material de papel alternativo recubierto con resina incluye una resina fenólica ignífuga compuesta de una resina de fenol formaldehído y una cantidad suficiente de un ignífugo que contiene fósforo de modo que la resina fenólica ignífugo contiene de 2 a 6 por ciento en peso de fósforo. Se descubrió que la combinación de papel alternativo a base de fibra de aramida y revestimiento de resina fenólica ignífuga tenía tiempos de autoextinción y longitudes de quemado que coincidían con las del papel de aramida NOMEX®, siempre que se aplicase una cantidad suficiente de resina fenólica ignífuga sobre el papel alternativo a base de fibra de aramida.
La presente invención también está dirigida a un método para hacer un panal que comprende el método para fabricar un material de papel alternativo recubierto con resina para uso en la fabricación de un panal de acuerdo con la invención y el paso adicional de formar un panal que comprende dicho material de papel alternativo recubierto de resina.
Como característica de la invención, se pueden usar fibras de metaaramida y/o paraaramida para constituir del 30 al 50 por ciento en peso de fibras de aramida en el papel alternativo basado en fibras de aramida. El 50 a 70 por ciento en peso de las fibras que no son de aramida están hechas de fibras menos costosas que no tienen las mismas propiedades térmicas y rigidez que las fibras de aramida, pero que brindan otras ventajas al papel alternativo a base de fibra de aramida, como flexibilidad, conformabilidad y procesabilidad.
Como una característica adicional de la invención, el ignífugo que contiene fósforo que está presente en la resina fenólica ignífugo es un oligómero de fenoxifosfaceno o fosfonato. Se descubrió que estos tipos particulares de ignífugos que contienen fósforo son especialmente ventajosos cuando se combinan con una resina de fenol formaldehído para formar una resina ignífuga que se puede revestir sobre el papel alternativo a base de fibra de aramida en una cantidad suficiente para mejorar las propiedades térmicas del material de papel alternativo recubierto con resina resultante para igualar las propiedades autoextinguibles del papel de aramida NOMEX® cuando se prueba de acuerdo con 14 C.F.R. Parte 25.853.
Las características descritas anteriormente y muchas otras características y ventajas concomitantes de la presente invención se entenderán mejor con referencia a la siguiente descripción detallada cuando se tome junto con los dibujos adjuntos.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista en perspectiva de un núcleo de panal ejemplar preferido y dos láminas frontales compuestas antes de unir el panal a las láminas frontales.
La figura 2 es una vista en perspectiva de un panel sándwich ejemplar preferido donde los componentes mostrados en la figura 1 se han unido y curado para formar el panel sándwich de panal final.
Descripción detallada del invento
La presente invención está destinada a proporcionar un material alternativo de papel recubierto con resina que se puede utilizar como sustituto de los papeles recubiertos con resina que se utilizan actualmente para fabricar núcleos alveolares para paneles estructurales de aeronaves. Por ejemplo, HRH®10 es un panal fabricado por Hexcel Corporation (Dublin, CA) que está compuesto de papel de aramida NOMEX® que ha sido recubierto con una resina fenólica. HRH®36 es un panal fabricado por Hexcel Corporation (Dublin, CA) que está compuesto de papel de aramida KEVLAR® que ha sido recubierto con una resina fenólica. El papel de aramida KEVLAR® es producido por E.I. DuPont de Nemours & Company (Wilmington, Delaware). Como es bien sabido, el papel de aramida NOMEX® está compuesto de fibras de metaaramida, mientras que el papel de aramida KEVLAR® está hecho de fibras de paraaramida. Tanto el panal HRH®10 como el panal HRH®36 se han utilizado ampliamente como núcleo en paneles estructurales de aeronaves. El material de papel alternativo recubierto con resina está destinado a ser un material de panal sustituto
en cualquier situación, incluidos los usos no aeronáuticos, donde se ha encontrado que el pana1HRH®10 y/o el panal HRH®36 son un panal adecuado.
Aunque el uso principal previsto para el material de papel alternativo recubierto con resina es como material de panal para paneles estructurales de aeronaves, el papel alternativo recubierto de resina se puede utilizar en cualquier situación en la que se utilice un panal de alta resistencia, peso ligero y resistente al fuego requerido. Estas otras aplicaciones incluyen la direccionalización del aire y la absorción de energía.
Los tres componentes básicos de un panel estructural de panal ejemplar para uso en aeronaves y otras aplicaciones aeroespaciales se muestran en la figura 1 antes de la formación del panel. Los componentes incluyen un núcleo 12 de panal que tiene paredes 11 que forman una pluralidad de celdas 13 de panal. Las paredes tienen bordes que forman las caras o bordes del panal como se muestra en 14 y 16. Los otros dos componentes son láminas 17 y 19 frontales Las láminas 17 y 19 frontales incluyen superficies 21 y 23 interiores, respectivamente, para unir a los bordes de panal. Las láminas 17 y 19 frontales también incluyen superficies 25 y 27 exteriores, respectivamente.
La lámina frontal se puede fabricar a partir de una amplia variedad de materiales, incluidos metales, plásticos y materiales compuestos. Los metales ejemplares incluyen aluminio y acero inoxidable. Los plásticos ejemplares incluyen plástico KYDEX®, materiales basados en acrílico WILSONARt ® y laminados de alta presión de materiales de superficie sólida de melamina. Las láminas frontales compuestas ejemplares están compuestas por un refuerzo fibroso y una matriz de resina. Los materiales de fibra ejemplares incluyen vidrio, aramida, carbono, cerámica e híbridos de los mismos. Las fibras pueden ser tejidas, unidireccionales o en forma de esterilla de fibras al azar. Se prefieren las fibras de carbono tejidas, tales como los estilos lisos, arneses de satén, sarga y tejido de cesta que tienen pesos de área de 80 a 600 g/m2, pero más preferiblemente de 190 a 300 g/m2. Las fibras de carbono pueden tener de 3.000 a 40.000 filamentos por cable, pero más preferiblemente de 3.000 a 12.000 filamentos por cable. Todos los cuales están disponibles comercialmente. También se pueden usar estilos similares de tela de vidrio, siendo el más común 7781 a 303 g/m2y 120 a 107 g/m2. Cuando se utilizan construcciones unidireccionales, los pesos de las capas típicas son 150 gm2 para el carbono y 250 g/m2 para el vidrio. También son adecuadas las fibras de paraaramida Kevlar®.
La matriz de resina que impregna las fibras en una lámina frontal de material compuesto puede ser una resina epoxi, resina fenólica u otra resina adecuada que se usa convencionalmente en láminas frontales compuestas. Para un funcionamiento a alta temperatura y resistencia a las llamas, se prefiere una lámina frontal de metal o una lámina frontal compuesta hecha de fibra de vidrio o carbono y una matriz de resina epoxi fenólica. Otras láminas frontales compuestas adecuadas incluyen aquellas que contienen fibras de cuarzo. Otras resinas incluyen resinas de poliéster, resinas de bismaleimida, resinas de poliimida, resinas de poliamideimida y resinas de polieterimida. Son posibles láminas frontales que son una combinación de una capa interna de material compuesto y una capa externa de metal, especialmente cuando la resistencia a altas temperaturas y al fuego son una preocupación. Las láminas de caras particularmente preferidas son aquellas compuestas por fibras de vidrio o carbono combinadas con una matriz de resina fenólica. Se prefieren estos tipos de láminas frontales compuestas debido a su alta resistencia, peso ligero y propiedades térmicas.
Las láminas 17 y 19 frontales se unen típicamente a los bordes de panal 14 y 16, respectivamente, usando un adhesivo separado. Dichos adhesivos incluyen epoxis, acrílicos, fenólicos, cianoacrilatos, bismaleimidas, poliamidaimidas y poliimidas. Para operaciones a alta temperatura, se prefieren los adhesivos fenólicos y de bismaleimida. Como se sabe, las láminas frontales compuestas se pueden proporcionar en un estado sin curar (preimpregnado) donde la resina de matriz no se ha curado. La lámina frontal preimpregnada se cura solo después de haber sido aplicada al borde en forma de panal con la resina de matriz funcionando como adhesivo de unión. Este tipo de lámina frontal se denomina comúnmente lámina frontal “autoadhesiva”.
El panel 10 estructural ensamblado se muestra en la figura 2, con las láminas frontales 18 y 20 unidas en su lugar a cada lado del panal 12. Cabe señalar que el uso principal del panal hecho con el material de papel alternativo recubierto con resina son paneles estructurales del tipo mostrado en la figura 2, donde un panal 12 está intercalado entre dos láminas frontales 18 y 20. Sin embargo, puede haber situaciones en las que sean útiles los paneles estructurales que tienen una lámina frontal unida a un solo lado del panal. Por ejemplo, en algunas situaciones es deseable unir el panal directamente a una estructura subyacente de modo que se requiera un panel estructural que tenga solo una lámina frontal. Por consiguiente, la presente invención no se limita a un panal intercalado entre dos láminas frontales.
Las dimensiones del panal se pueden variar a voluntad. Para uso aeronáutico, los núcleos de panal tendrán típicamente celdas de 18 a 1/2 pulgada (3.2 -12.7 mm) de ancho con núcleos de 1/8 de pulgada (3.2 mm) a 2 pulgadas (50.8 mm) de espesor (distancia entre los bordes de panal). El grosor de las paredes de panal también se puede variar, siendo las paredes de panal típicas del orden de 0.001 pulgadas (0.25 mm) a 0.005 pulgadas (0.13 mm) de espesor. La combinación de tamaño de celda, espesor de pared y densidad del material que se utiliza determina el peso del núcleo que se expresa en libras por pie cúbico (pcf). Se prefieren panales con pesos del orden de 2 pcf a 12 pcf.
El material de papel alternativo recubierto con resina de acuerdo con la presente invención se puede fabricar utilizando cualquier proceso de fabricación de papel convencional, siempre que la capa de papel resultante esté compuesta de 30 a 50 por ciento en peso de fibras de aramida y de 50 a 70 por ciento en peso de fibras que no son de aramida, basado en el peso total del papel. Las fibras de aramida que forman la porción de aramida del papel alternativo pueden ser una fibra de metaaramida del tipo que se utiliza en papeles de fibra de metaaramida bien conocidos, como el papel de aramida NOMEX®. Sin embargo, se prefiere la fibra de paraaramida del tipo utilizado en papeles de fibra de paraaramida bien conocidos, como el papel de aramida KEVLAR® porque son más rígidos que las fibras de metaaramida y proporcionan la rigidez necesaria que puede faltar debido a la presencia de fibras que no son de aramida. Las fibras de metaaramida y las fibras de paraaramida pueden combinarse para formar la porción de aramida del papel alternativo a base de fibra de aramida. Cuando se usa una combinación de fibras de metaaramida y paraaramida, se prefiere que no más del 10 por ciento en peso del peso de la fibra de aramida combinada sean fibras de metaaramida y lo más preferido sea menos del 5 por ciento en peso de fibras de metaaramida.
Las fibras de aramida que forman la porción de aramida del papel alternativo a base de fibras de aramida son una combinación de fibras cortas y pulpa que proporciona un papel adecuado. La porción de aramida contiene 1 a 40 por ciento en peso de pulpa de aramida, basado en el peso de la porción de aramida, siendo el resto fibras de aramida cortas. Una porción de aramida preferida es aquella que contiene de 15 a 35 por ciento en peso de pulpa de aramida, basado en el peso de la porción de aramida.
Las fibras de aramida cortas tienen longitudes de entre 0.1 mm y 50 mm y deniers de un solo filamento de 0.2 a 5. Las fibras de aramida cortas preferidas tendrán longitudes de entre 1 mm y 20 mm, siendo los deniers de un solo filamento preferidos de 0.5 a 3. La pulpa de aramida está compuesta por fibras cortas de aramida, las cuales tienen longitudes entre 1 mm y 6 mm que han sido suspendidas en agua u otra solución adecuada y fibriladas. El área superficial de la pulpa de aramida, determinada por el grado de fibrilación, se encuentra entre 3 y 16 m2/g. Los diámetros de los filamentos de fibra de aramida varían de 5 a 30 micrómetros, prefiriéndose los diámetros de 10 a 15 micrómetros.
Las fibras que componen la porción no aramida del papel alternativo a base de fibra de aramida pueden ser fibras de poliéster, fibra acrílica, fibra de polietileno, fibra de poliamida de fibra de polipropileno, óxido de polifenileno (PPO), sulfuro de polifenileno (PPS), fibra de poliamidoimida, polibencimidazol (PBI) y fibra de celulosa. Estas fibras se prefieren como componente de fibra que no son de aramida del papel alternativo a base de fibra de aramida porque no son tan rígidas como las fibras de aramida y, por lo tanto, proporcionan un grado de flexibilidad, conformabilidad y procesabilidad que no es posible con papel hecho exclusivamente de fibras de aramida. Se requiere el límite inferior del 50 por ciento en peso para las fibras que no son de aramida para tener suficientes fibras que no son de aramida presentes en el papel alternativo a base de fibras de aramida para lograr la mejora deseada en flexibilidad y conformabilidad, y se requiere el límite superior del 70 por ciento en peso para asegurar que el papel alternativo a base de fibra de aramida, cuando se reviste para formar el material de papel alternativo recubierto con resina, coincida con las propiedades de combustión del papel de aramida NOMEX® recubierto con resina cuando se pruebe como se establece en el Apéndice F del 14 C.F.R. 25.853. El papel alternativo recubierto de resina debe tener un tiempo de autoextinción de menos de 10 segundos, preferiblemente menos de 5 segundos y más preferiblemente de 0 a 2 segundos, cuando se expone a una llama vertical de 12 segundos como se establece en el Apéndice F de 14. C.F.R.
25.853. El papel alternativo recubierto de resina también debe tener una longitud de quemado autoextinguible de menos de 12 pulgadas (30.5 cm), preferiblemente menos de 8 pulgadas (20.3 cm) y más preferiblemente menos de 5 pulgadas (12.7 cm), cuando se expone a una llama vertical de 12 segundos como se establece en el Apéndice F de 14 C.F.R. 25.853.
Las fibras que no son de aramida que componen la porción que no son de aramida del papel alternativo a base de fibras de aramida son una combinación de fibras cortas y pulpa que proporciona un papel adecuado. La porción que no son de aramida contiene de 1 a 40 por ciento en peso de pulpa que no son de aramida, basado en el peso de la porción que no son de aramida, siendo el resto fibras cortas que no son de aramida. Una porción preferida que no son de aramida es aquella que contiene de 15 a 35 por ciento en peso de pulpa que no son de aramida, basado en el peso total de la porción de fibra que no son de aramida.
Las fibras cortas que no son de aramida tienen longitudes de entre 0.1 mm y 50 mm y deniers de un solo filamento de 0.001 a 10. Las fibras cortas preferidas que no son de aramida tendrán longitudes de entre 1 mm y 25 mm, siendo los deniers preferidos de un solo filamento de 2 a 10. La pulpa que no son de aramida se compone de fibras cortas que no son de aramida que han sido suspendidas en agua u otra solución adecuada y fibriladas. Por ejemplo, la pulpa de fibra de celulosa que tiene un volumen de entre 1 y 2 cm3/g está disponible comercialmente.
En una realización preferida, la capa de papel alternativo a base de fibra de aramida, antes de cualquier recubrimiento de resina, contiene de 35 a 45 por ciento en peso de fibra de paraaramida y de 55 a 65 por ciento en peso de fibras que no son de aramida que son preferiblemente una combinación de fibras de poliéster y fibras acrílicas. Tanto el denier como la longitud de la fibra y pulpa de aramida y no aramida pueden variarse dependiendo del tamaño y peso deseados de la capa de papel. La capa de papel alternativo a base de fibra de aramida tendrá típicamente un peso superficial de 20 a 120 g/m2 y un grosor de 0.0015 pulgadas (0.04 mm) a 0.005 pulgadas (0.13 mm).
El papel alternativo a base de fibra de aramida se fabrica utilizando cualquiera de los procesos de fabricación de papel que se han utilizado para fabricar papel que contiene fibra de aramida. Los procesos implican típicamente mezclar la combinación deseada de fibra y pulpa en una solución adecuada para formar una suspensión que preferiblemente no contiene un aglutinante polimérico. Los procesos utilizados para convertir la lechada en papel son bien conocidos. Los procesos ejemplares para fabricar papel que contiene aramida se establecen en: Patente de EE.UU. No. 4,729,921; Patente de e E.UU. No. 5,026,456; Patente de EE.UU No. 8,764,941; Publicación de patente estadounidense 2009/0214848A1; Publicación de patente de EE.UU. 2011/0281063A1; y EP 1756360B1, cuyo contenido se incorpora aquí como referencia.
La capa de papel alternativo a base de fibra de aramida puede revestirse con una resina fenólica ignífuga antes o después de la formación del papel en forma de panal. Se prefiere que el papel alternativo a base de fibras de aramida se revista con la resina fenólica ignífuga después de formar un panal usando un método de formación de panal convencional. Por ejemplo, se aplican líneas de un adhesivo de panal adecuado mediante impresión u otros medios adecuados a múltiples capas del papel alternativo a base de fibra de aramida. El papel alternativo a base de fibra de aramida se apila y se presiona para formar un hobe en la que se desplazan las líneas de adhesivo entre las capas. A continuación, se expande el hobe para formar el panal deseado y se endurece por calor, si es necesario. A continuación, el panal se sumerge en un líquido que contiene la resina fenólica ignífuga para recubrir el panal. El revestimiento resultante de resina fenólica ignífuga se cura de acuerdo con métodos de curado convencionales. Por ejemplo, el panal recubierto con resina se cura a temperaturas de 140 a 200 °C durante tiempos que varían de 30 a 90 minutos. La etapa de inmersión/curado puede repetirse una o más veces dependiendo de la carga deseada de resina fenólica ignífuga. Este tipo de método de formación de panal se denomina comúnmente “método de expansión”. Cuando se usa el método de expansión, el material de papel alternativo recubierto con resina y la pared de panal final se forman al mismo tiempo. Por consiguiente, el material de papel alternativo recubierto con resina se convierte en la pared de panal durante la formación del material de papel alternativo recubierto con resina.
Si se desea, la resina fenólica ignífuga se puede aplicar mediante pulverización u otro método de revestimiento. Además, el panal se puede formar usando el método de “ondulación”. El método de ondulación implica formar las capas de papel alternativo a base de fibra de aramida en láminas onduladas que se unen para formar el panal. El método de ondulación puede usarse en aquellas situaciones en las que no se desea el uso del método de expansión preferido. Cuando se usa el método de ondulación, el material de papel alternativo recubierto con resina puede formarse antes de la formación del panal. Por consiguiente, el material de papel alternativo recubierto con resina puede existir por separado del panal y se convierte en la pared del panal sólo después de unir las capas onduladas entre sí.
El papel alternativo a base de fibra de aramida debe estar recubierto con una cantidad suficiente de resina fenólica ignífuga que incluya una cantidad suficiente de ignífugo que contenga fósforo para asegurar que el material de papel recubierto de resina alternativo tenga propiedades térmicas que coincidan con el papel de aramida NOMEX® recubierto de resina, mientras que al mismo tiempo no afecta negativamente a otras propiedades del panal, tal como la resistencia a la compresión sola, la resistencia a la tensión horizontalmente, la resistencia a la compresión estabilizada, el módulo de compresión estabilizado, la resistencia al cizallamiento de la placa y el módulo de cizalla de la placa. Se descubrió que la resina fenólica ignífuga debería estar presente como un recubrimiento que pesa del 40 al 65 por ciento en peso del peso total del material de papel alternativo recubierto de resina o pared de panal para proporcionar la combinación deseada de propiedades térmicas, resistencia y peso ligero. Se prefiere un revestimiento de resina fenólica ignífuga que constituya del 50 al 60 del peso total del material de papel alternativo recubierto con resina o de la pared del panal.
La resina fenólica ignífuga puede incluir cualquiera de las resinas de fenol formaldehído que se emplean como una “resina de inmersión” fenólica para revestir panal de papel de aramida. Se pueden usar otras resinas de inmersión siempre que puedan tratarse con una cantidad suficiente de ignífugo que contenga fósforo de modo que el papel alternativo recubierto con resina resultante coincida con las propiedades térmicas del papel de aramida NOMEX® recubierto con resina, medido de acuerdo con 14 C.F.R. Parte 25.853. Una resina de fenol formaldehído ejemplar preferida está disponible de Durez Corporation (Niagara Falls, NY) con el nombre comercial 23056NF.
El ignífugo que está presente en la resina fenólica ignífugo es un ignífugo que contiene fósforo, tal como un oligómero de fenoxifosfaceno o fosfonato. Los ignífugos preferidos incluyen OL3001, que es un oligómero de fosfonato que está disponible en FRX Polymers (Chelmsford, MA). OL3001 se proporciona como gránulos blancos gruesos que contienen un 10 por ciento en peso de fósforo. El peso molecular medio (Mn) del oligómero de fosfonato es 2.500. OL3001 tiene una temperatura de transición vítrea (Tg) de 85 °C. Otros oligómeros de fosfonato adecuados se describen en la patente de EE.UU. No. 4,331,614 y en la publicación PCT WO2009/012286, cuyo contenido se incorpora aquí como referencia.
Otro ignífugo que contiene fósforo preferido es SBP-100, que es un fenoxifosfaceno ([N = P (OPh)2]3 ) que está disponible en Otsuka Chemical Company (Osaka, Japón). SBP-100 se proporciona como un polvo de color blanco a amarillo pálido de gránulos finos o gruesos. SBP-100 tiene un contenido de fósforo del 13 por ciento en peso y un punto de fusión de 110 °C. Se pueden usar otros fosfacenos como ignífugos siempre que permanezcan uniformemente suspendidos en la resina fenólica y puedan proporcionar el mismo nivel de retardo al fuego que SBP-100.
Para que sea adecuado para su uso de acuerdo con la presente invención, el ignífugo que contiene fósforo debe poder mezclarse con la resina fenólica para formar una suspensión o solución estable. Los ignífugos que se asientan o no permanecen uniformemente suspendidos en la resina fenólica no son adecuados. Tanto el OL3001 como el SBP-100 son particularmente preferidos porque se descubrió que se podían mezclar con resina fenólica para formar una mezcla estable en la que el ignífugo se dispersaba uniformemente y no se asentaba antes de la aplicación de la resina al papel alternativo a base de fibra de aramida.
El ignífugo que contiene fósforo se disuelve preferiblemente en un disolvente adecuado, tal como acetona, para formar una solución que contiene de 30 a 40 por ciento en peso de ignífugo. Luego se agrega una cantidad de la solución ignífuga a la resina fenólica y se mezcla completamente. Se deja que la acetona se evapore de la resina para producir la resina de inmersión final para su aplicación al papel alternativo a base de fibra de aramida. La cantidad de solución ignífuga que se añade a la resina fenólica es suficiente para proporcionar una resina de inmersión que tiene de 2 a 6 por ciento en peso de fósforo, basado en el peso de la resina de inmersión. La cantidad de solución ignífuga necesaria para alcanzar los niveles de fósforo deseados en la resina de inmersión se calcula basándose en el contenido de fósforo conocido del ignífugo, la cantidad de ignífugo en la solución y la cantidad de solución añadida a la resina fenoxi.
Se descubrió que se necesita al menos 2 por ciento en peso de fósforo en la resina de inmersión para hacer que el material de papel alternativo recubierto de resina se autoextinga en 10 segundos o menos con una longitud de quemado de 12 pulgadas (30.5 cm) o menos cuando se expone a una llama vertical de 12 segundos como se establece en el Apéndice F del 14 C.F.R. 25.853. Cantidades de fósforo superiores al 6 por ciento en peso en la resina de inmersión no proporcionan ninguna mejora adicional en la autoextinción y pueden comenzar a tener un efecto perjudicial sobre otras propiedades deseables del material de papel alternativo recubierto con resina. Se descubrió además que el 4 por ciento en peso de fósforo en la resina de inmersión proporciona una reducción en las longitudes de quemado autoextinguible con respecto a las resinas de inmersión que contienen 2 por ciento en peso de fósforo. Por consiguiente, se prefiere que la resina de inmersión contenga una cantidad suficiente de ignífugo que contiene fósforo de modo que la cantidad de fósforo en la resina de inmersión sea de aproximadamente 4 por ciento en peso.
Los ejemplos de práctica son los siguientes:
Ejemplo 1
Un primer papel alternativo a base de aramida ejemplar está disponible en 3M Electrical Markets Division (Tilton, NH) con el nombre comercial 83A. Este primer papel ejemplar se fabrica de acuerdo con procedimientos estándar de fabricación de papel en los que se procesa una lechada que contiene la combinación deseada de fibras y pulpa para formar una hoja de papel. La lechada utilizada para fabricar este papel alternativo a base de aramida contiene un examen de fibras cortas de paraaramida, pulpa de paraaramida, fibras termoplásticas cortas y pulpa de celulosa. La lechada se procesa para formar un papel alternativo a base de aramida que contiene aproximadamente menos de la mitad en peso de fibras cortas de paraaramida y pulpa de paraaramida y aproximadamente más de la mitad en peso de fibras termoplásticas cortas y pulpa de celulosa. Se formaron muestras de diversos materiales de papel alternativo recubierto con resina recubriendo por inmersión un papel alternativo a base de aramida 83A con resinas ignífugas que contenían diferentes cantidades de fósforo. La resina utilizada para fabricar la resina ignífuga fue resina fenólica Durez 23056NF. Los ignífugos que contienen fósforo SBP-100 y OL3001 se disolvieron en acetona en cantidades suficientes para formar soluciones ignífugas que contienen diversas cantidades del ignífugo que varían de 15 a 40 por ciento en peso del peso total de la solución. Se incorporaron soluciones ignífugas que contenían los diversos porcentajes en peso del ignífugo en la resina fenólica para proporcionar resinas de inmersión que contenían 0, 2 o 4 por ciento en peso de fósforo. El papel alternativo a base de aramida se recubrió con las diversas resinas de inmersión y se curó para proporcionar las muestras para la prueba de autoextinción de acuerdo con los procedimientos de prueba de llama vertical de 12 segundos establecidos en el Apéndice F de 14 C.F.R. Parte 25.853. Todas las muestras analizadas tenían un contenido de resina del 55 por ciento en peso basado en el peso total del material de papel alternativo recubierto con resina.
La muestra de prueba que contenía 0 fósforo tuvo un tiempo de autoextinción de al menos 60 segundos y la longitud de quemado vertical fue de al menos 12 pulgadas (30.5 cm). Las muestras de fósforo al 2 por ciento en peso que usaron SBP-100 u OL3001 como ignífugo exhibieron tiempos de autoextinción de 0 segundos. La longitud de quemado de la muestra SBP-100 fue de 8.0 pulgadas (20.3 cm), siendo la longitud de quemado de la muestra OL3001 un poco más larga a 8.3 pulgadas (21.1 cm). Las muestras de fósforo al 4 por ciento en peso que usaron SBP-100 u OL3001 como ignífugo exhibieron tiempos de autoextinción de 0 segundos. La longitud de quemado de la muestra SBP-100 fue de 5.9 pulgadas (15.0 cm) y la longitud de la combustión de la muestra OL3001 fue ligeramente más corta, de 4.4 pulgadas (11.2 cm).
El primer papel alternativo a base de aramida ejemplar se probó de acuerdo con los procedimientos de prueba de llama vertical de 12 segundos establecidos en el Apéndice F de 14 C.F.R. Parte 25.853 antes de recubrir con una resina fenólica. El primer papel alternativo a base de aramida ejemplar solo tenía un tiempo de autoextinción de al menos 60 segundos y una duración de quemado vertical de al menos 12 pulgadas (30.5 cm).
Ejemplo 2
Se fabricó un segundo papel alternativo a base de aramida ejemplar de acuerdo con el procedimiento estándar de fabricación de papel en el que se procesa una lechada que contiene la combinación deseada de fibras y pulpa para formar una hoja de papel. La lechada utilizada para fabricar el papel alternativo a base de aramida contenía una combinación patentada de fibras de paraaramida, pulpa de paraaramida, fibras que no son de aramida y pulpa que no son de aramida. La lechada se procesó para formar un papel alternativo a base de aramida que contenía aproximadamente un 40 por ciento en peso de fibra y pulpa de paraaramida y aproximadamente un 60 por ciento en peso de fibras y pulpa que no eran de aramida. Se formaron muestras de diversos materiales de papel alternativos recubiertos de resina recubriendo por inmersión el papel alternativo a base de aramida con resinas ignífugas que contenían diferentes cantidades de fósforo. La resina utilizada para fabricar la resina ignífuga fue resina fenólica Durez 23056NF. Los ignífugos que contienen fósforo SBP-100 y OL3001 se disolvieron en acetona en cantidades suficientes para formar soluciones ignífugas que contienen diversas cantidades del ignífugo que varían de 15 a 40 por ciento en peso del peso total de la solución. Se incorporaron soluciones ignífugas que contenían los diversos porcentajes en peso del ignífugo en la resina fenólica para proporcionar resinas de inmersión que contenían 0, 2 o 4 por ciento en peso de fósforo. El papel alternativo a base de aramida se recubrió con las diversas resinas de inmersión y se curó para proporcionar las muestras para la prueba de autoextinción de acuerdo con los procedimientos de prueba de llama vertical de 12 segundos establecidos en el Apéndice F de 14 C.F.R. Parte 25.853. Todas las muestras analizadas tenían un contenido de resina del 55 por ciento en peso basado en el peso total del material de papel alternativo recubierto con resina.
La muestra de prueba que contenía 0 fósforo tuvo un tiempo de autoextinción de al menos 60 segundos y la longitud de quemado vertical fue de al menos 12 pulgadas (30.5 cm). Las muestras de fósforo al 2 por ciento en peso que usaron SBP-100 u OL3001 como ignífugo exhibieron tiempos de autoextinción de 0-1 segundos. La longitud de quemado de la muestra SBP-100 fue de 4.7 pulgadas (11.9 cm), siendo la longitud de quemado de la muestra OL3001 un poco más larga a 7.5 pulgadas (19.0 cm). Las muestras de fósforo al 4 por ciento en peso que usaron SBP-100 u OL3001 como ignífugo exhibieron tiempos de autoextinción de 0 segundos. La longitud de quemado de la muestra SBP-100 fue de 4.4 pulgadas (11.2 cm), siendo la longitud de quemado de las muestras OL3001 ligeramente más corta a 4.0 pulgadas (10.2 cm).
El segundo papel alternativo a base de aramida ejemplar se probó de acuerdo con los procedimientos de prueba de llama vertical de 12 segundos establecidos en el Apéndice F de 14 C.F.R. Parte 25.853 antes de recubrir con una resina fenólica. El segundo papel alternativo a base de aramida ejemplar solo tenía un tiempo de autoextinción de al menos 60 segundos y una duración de quemado vertical de al menos 12 pulgadas (30.5 cm).
Muestras para ensayo de acuerdo con el conjunto de procedimientos de ensayo de llama vertical de 12 segundos que figura en el Apéndice F del 14 C.F.R. La parte 25.853 también se preparó utilizando papel de aramida MOMEX® estándar. El papel de aramida NOMEX® se revistió con resina fenólica Durez 23056MF que contiene ignífuga SBP-100 u OL3001 de la misma manera que en los Ejemplos 1 y 2 para formar muestras de ensayo que contienen 0.2 y 4 por ciento en peso de fósforo.
La muestra de prueba NOMEX® revestida con fenólico que contenía 0 fósforo tuvo un tiempo de autoextinción de 2 segundos y la longitud de quemado vertical fue de 2.8 pulgadas (7.1 cm). Las muestras de prueba NOMEX® recubiertas de fósforo fenólico al 2 por ciento en peso, que usaron SBP-100 u OL3001 como ignífugo, exhibieron tiempos de autoextinción de 0 segundos. La longitud de quemado de la muestra SBP-100 fue de 2.0 pulgadas (5.1 cm), siendo la longitud de quemado de la muestra OL3001 ligeramente más corta a 1.5 pulgadas (3.8 cm). Las muestras de prueba de NOMEX® recubiertas de fósforo fenólico al 4 por ciento en peso, utilizando SBP-100 u OL3001 como ignífugo, exhibieron tiempos de autoextinción de 0 segundos. Las longitudes de quemado para la muestra SBP-100 fueron de 1.4 pulgadas (3.6 cm), siendo la longitud de quemado de la muestra OL3001 un poco más larga a 1.5 pulgadas (3.8 cm).
El papel de aramida NOMEX® estándar se probó de acuerdo con los procedimientos de prueba de llama vertical de 12 segundos establecidos en el Apéndice F de 14 C.F.R. Parte 25.853 antes de recubrir con una resina fenólica. El papel de aramida NOMEX® solo tuvo un tiempo de autoextinción de 0 segundos y una longitud de quemado vertical de 8.3 pulgadas (21.1 cm).
Como se puede ver en los ejemplos anteriores, el uso de ignífugos que contienen fósforo en el revestimiento de resina fenólica para proporcionar niveles de fósforo de entre 2 y 6 por ciento en peso, da como resultado solo una mejora menor en las propiedades autoextinguibles del papel de aramida NOMEX® estándar. Por el contrario, se descubrió que la incorporación de tales niveles de fósforo en el revestimiento fenólico proporciona una mejora significativa en las propiedades de autoextinción del papel alternativo a base de aramida de acuerdo con la presente invención. La presente invención proporciona materiales de papel alternativos recubiertos con resina que tienen propiedades de autoextinción que coinciden con el papel de aramida NOMEX® recubierto con resina. Como resultado, el material de papel alternativo recubierto con resina se puede usar como un reemplazo “inmediato” de papel de aramida recubierto con fenólico convencional que se usa en la fabricación de un panal.
Ejemplo 3
El primer papel alternativo a base de aramida ejemplar descrito en el Ejemplo 1 se convirtió en bloques de panal imprimiendo líneas adhesivas en capas del primer papel alternativo a base de aramida ejemplar y formando una pila de acuerdo con el proceso de expansión conocido. Luego, la pila se presionó para formar un babe que se expandió y se batió para formar bloques de panal con tamaños de celda de 1/8 de pulgada (3 mm). Los bloques de panal se sumergieron una o más veces en las mismas resinas ignífugas descritas en el Ejemplo 1 y se curaron para formar un panal con paredes revestidas con resina fenólica que contenía 0, 2 o 4 por ciento en peso de fósforo. El panal curado se cortó para proporcionar rebanadas de 0.50 pulgadas (1.3 cm) de grosor de panal como muestras para la prueba de autoextinción cuando se expone a una llama vertical durante 60 segundos, OSU liberación de calor máxima y OSU liberación de calor en 2 minutos de acuerdo con los procedimientos de prueba establecidos en el Apéndice F del 14 C.F.R. Parte 25.853. Todas las muestras analizadas tenían un contenido de resina del 55 por ciento en peso basado en el peso total del panal.
Todas las muestras de panal probadas para autoextinción y quemado vertical (exposición de llama vertical de 60 segundos) tuvieron tiempos de autoextinción de 1 segundo o menos y longitudes de quemado vertical de 5 pulgadas (12.7 cm) o menos independientemente de la cantidad de fósforo en el revestimiento de resina.
Para las muestras de panal revestidas con 0 por ciento en peso de resina de fósforo, la liberación de calor máxima OSU fue de 70 kW/m2 y la liberación de calor de 2 minutos de OSU fue de 80 kW-minuto/m2 Para las muestras de panal recubiertas con resina de fósforo al 2 por ciento en peso, la liberación de calor máxima de OSU se redujo a 59 kW/m2 para las muestras que contienen ignífugo SBP-100 y a 56 kW/m2 para las muestras que contienen ignífugo OL3001. La liberación de calor de 2 minutos OSU se redujo a 73 kW-minuto/m2 para las muestras que contienen ignífugo SBP-100 y 67 kW-minuto/m2 para las muestras que contienen ignífugo OL3001.
Para las muestras de panal revestidas con un 4 por ciento en peso de resina de fósforo, la liberación de calor máxima OSU se redujo a 58 kW/m2 para las muestras que contenían el ignífugo SBP-100 o el ignífugo OL3001. La liberación de calor de 2 minutos OSU se redujo a 67 kW-minuto/m2 para las muestras que contienen ignífugo SBP-100 y a 66 kW-minuto/m2 para las muestras que contienen ignífugo OL3001.
Ejemplo 4
El segundo papel alternativo a base de aramida ejemplar descrito en el Ejemplo 2 se convirtió en muestras de panal recubiertas de resina de la misma manera que en el Ejemplo 3 y se probó para autoextinción y liberación de calor de la misma manera que en el Ejemplo 3. Todas las muestras de panal probadas para autoextinción y quemado vertical tuvieron tiempos de autoextinción de 0 segundos y longitudes de quemado vertical de 3 pulgadas (7.6 cm) o menos, independientemente de la cantidad de fósforo, en el revestimiento de resina.
Para las muestras de panal recubiertas con 0 por ciento en peso de resina de fósforo, la liberación de calor máxima OSU fue de 85 kW/m2 y la liberación de calor de 2 minutos OSU fue de 88 kW-minuto/m2 para las muestras de panal recubiertas con resina de fósforo al 2 por ciento en peso, la liberación de calor máxima OSU se redujo a 60 kW/m2 para las muestras que contenían ignífugo SBP-100 o ignífugo OL3001. La liberación de calor de 2 minutos OSU se redujo a 68 kW-minuto/m2 para las muestras que contienen ignífugo SBP-100 y a 56 kW-minuto/m2 para las muestras que contienen ignífugo OL3001.
Para la muestra de panal revestida con un 4 por ciento en peso de resina de fósforo, la liberación de calor máxima OSU se redujo a 75 kW/m2 para las muestras que contienen el ignífugo SBP-100 y 59 kW/m2 para las muestras que contienen el ignífugo OL3001. La liberación de calor de 2 minutos OSU se redujo a 70 kW-minuto/m2 para las muestras que contienen ignífugo SBP-100 y 59 kW-minuto/m2 para las muestras que contienen ignífugo OL3001.
El papel de aramida NOMEX® que se revistió con resina fenólica Durez 23056NF que contiene ignífugo SBP-100 u OL3001 de la misma manera que en los Ejemplos 1 y 2 también se usó para hacer muestras de panal revestidas con resina de la misma manera que en el Ejemplo 3 y probado para autoextinción y liberación de calor de la misma manera que 3. Todas las muestras de panal de papel de aramida MOMEX® recubiertas de resina probadas para autoextinción y quemado vertical tuvieron tiempos de autoextinción de 0 segundos y longitudes de quemado vertical de 2 pulgadas (5.1 cm) o menos independientemente de la cantidad de fósforo en el revestimiento de resina.
Para las muestras de panal de papel de aramida NOMEX® recubiertas con resina de fósforo al 0 por ciento en peso, la liberación de calor máxima o Su fue de 57 kW/m2 y la liberación de calor de 2 minutos OSU fue de 68 kW-minuto/m2. Para las muestras de panal revestidas con resina de fósforo al 2 por ciento en peso, la liberación de calor máxima OSU fue de 46 kW/m2 para las muestras que contienen ignífugo SBP-100 y de 43 kW/m2 para muestras que contienen ignífugo OL3001. La liberación de calor de 2 minutos OSU fue de 61 kW-minuto/m2 para las muestras que contienen ignífugo SBP-100 y de 50 kW-minuto/m2 para las muestras que contienen ignífugo OL3001.
Para la muestra de panal de papel de aramida NOMEX® recubierta con resina de fósforo al 4 por ciento en peso, la liberación de calor máxima OSU fue de 54 kW/m2 para las muestras que contenían el ignífugo SBP-100 y 41 kW/m2 para las muestras que contienen el ignífugo OL3001. La liberación de calor de 2 minutos OSU fue de 60 kW-minuto/m2
para las muestras que contienen ignífugo SBP-100 y 53 kW-minuto/m2 para las muestras que contienen ignífugo OL3001
Como puede verse en los ejemplos anteriores, todo el panal recubierto con resina tiene tiempos de autoextinción bajos y longitudes de quemado independientemente de la cantidad, si la hay, de ignífugo en el revestimiento de resina. Sin embargo, la liberación de calor máxima y las propiedades de liberación de calor en 2 minutos del panal hecho con los materiales de papel recubiertos de resina alternativos dependen y requieren la presencia de un ignífugo que contiene fósforo. Como se muestra en los ejemplos, del 2 al 4 por ciento en peso del ignífugo en el revestimiento de resina proporciona un panal de material alternativo que tiene propiedades de liberación de calor máxima y liberación de calor de 2 minutos que se reducen a niveles que son similares a los del panal de papel de aramida NOMEX® que ha sido recubierto con resina fenólica que no contiene ignífugo. Además, los panales de material alternativo tienen propiedades de liberación de calor máxima y liberación de calor de 2 minutos que están solo ligeramente por encima de las propiedades de liberación de calor correspondientes para el panal de papel de aramida MOMEX® que ha sido recubierto con resina fenólica que contiene un ignífugo. Esto además confirma que el material de papel alternativo recubierto con resina se puede utilizar como un sustituto “inmediato” del papel de aramida recubierto con fenólico convencional que se utiliza en la fabricación de un panal.
Habiendo descrito así realizaciones ejemplares de la presente invención, los expertos en la técnica deberían señalar que las divulgaciones incluidas son solo ejemplares y que se pueden realizar otras diversas alternativas, adaptaciones y modificaciones dentro del alcance de la presente invención. Por consiguiente, la presente invención no está limitada por las realizaciones descritas anteriormente, sino que solo está limitada por las siguientes reivindicaciones.
Claims (15)
1. Un panal para uso en la fabricación de paneles de aeronaves en el que dicho panal tiene paredes que comprenden un material de papel alternativo recubierto con resina que tiene un tiempo de autoextinción de menos de 10 segundos y una longitud de quemado autoextinguible de menos de 30 cm (12 pulgadas) cuando se expone a una llama vertical de 12 segundos de acuerdo con los requisitos de prueba de quemado vertical establecidos en 14 C.F.R. Parte 25.583, dicho material de papel alternativo recubierto con resina que comprende: una capa de papel que comprende de 30 a 50 por ciento en peso de fibras de aramida y de 50 a 70 por ciento en peso de fibras que no son de aramida, basado en el peso total de dicho papel, dicha capa de papel que no tenga una longitud de quemado autoextinguible de al menos 30 cm (12 pulgadas) cuando se exponga a una llama vertical de 12 segundos de acuerdo con los requisitos de prueba de quemado vertical establecidos en 14 C.F.R. Parte 25.583; y una resina fenólica ignífuga que comprende una resina de fenol formaldehído y una cantidad suficiente de un ignífugo que contiene fósforo de modo que dicha resina fenólica ignífuga contenga de 2 a 6 por ciento en peso de fósforo, en el que la cantidad de dicha resina fenólica ignífuga en dicho material de papel alternativo recubierto con resina es suficiente para que dicho material de papel alternativo recubierto con resina tenga un tiempo de autoextinción de menos de 10 segundos y una longitud de quemado autoextinguible de menos de 30 cm (12 pulgadas) cuando se expone a una segunda llama vertical de 12 segundos de acuerdo con los requisitos de prueba de quemado vertical establecidos en 14 C.F.R. Parte 25.583.
2. El panal para uso en la fabricación de paneles de aeronaves de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho material de papel alternativo recubierto con resina comprende de 40 a 65 por ciento en peso de dicha resina fenólica ignífuga, basado en el peso total de dicha pared de panal.
3. El panal para uso en la fabricación de paneles de aeronaves de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dichas fibras de aramida comprenden fibras de paraaramida y pulpa de paraaramida.
4. El panal para uso en la fabricación de paneles de aeronaves de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dichas fibras que no son de aramida comprenden fibras que no son de aramida y pulpa que no son de aramida.
5. El panal para uso en la fabricación de paneles de aeronaves de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dichas fibras que no son de aramida se seleccionan del grupo que consiste en fibras de poliéster, fibra acrílica y celulosa.
6. El panal para su uso en la fabricación de paneles de aeronaves de acuerdo con la reivindicación 3 o 4, en el que dichas fibras no aramidas se seleccionan del grupo que consiste en fibras de poliéster, fibra acrílica y celulosa.
7. El panal para uso en la fabricación de paneles de aeronaves de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho ignífugo que contiene fósforo es un oligómero fenoxifosfaceno o fosfonato.
8. Un método para fabricar un material de papel alternativo recubierto con resina para uso en la fabricación de un panal, en el que dicho material de papel alternativo recubierto con resina tiene un tiempo de autoextinción de menos de 10 segundos y una longitud de quemado autoextinguible de menos de 30 cm (12 pulgadas) cuando se expone a una llama vertical de 12 segundos de acuerdo con los requisitos de prueba de quemado vertical establecidos en 14 C.F.R. Parte 25.583, dicho método comprende los pasos de: proporcionar una capa de papel que comprende de 30 a 50 por ciento en peso de fibras de aramida y de 50 a 70 por ciento en peso de fibras que no son de aramida, basado en el peso total de dicho papel, dicha capa de papel no tiene una longitud de quemado autoextinguible de al menos 30 cm (12 pulgadas) cuando se expone a una llama vertical de 12 segundos de acuerdo con los requisitos de prueba de quemado vertical establecidos en 14 C.F.R. Parte 25.583; añadir una resina fenólica ignífuga a dicha capa de papel, comprendiendo dicha resina fenólica ignífuga una resina de fenol formaldehído y una cantidad suficiente de un ignífugo que contiene fósforo para que dicha resina fenólica ignífuga contenga de 2 a 6 por ciento en peso de fósforo, en el que la cantidad de dicha resina fenólica ignífuga que se añade a dicha capa de papel es suficiente para que dicho material de papel alternativo recubierto con resina tenga un tiempo de autoextinción de menos de 10 segundos y una longitud de quemado autoextinguible de menos de 30 cm (12 pulgadas) cuando se expone a una llama vertical de 12 segundos de acuerdo con los requisitos de prueba de quemado vertical establecidos en 14 C.F.R. Parte 25.583; y curar dicha resina fenólica ignífuga.
9. El método para fabricar un material de papel alternativo recubierto con resina para uso en la fabricación de un panal de acuerdo con la reivindicación 8, en el que dicho material de papel alternativo recubierto con resina comprende de 40 a 65 por ciento en peso de dicha resina fenólica ignífuga, basado en el peso total de dicho material de papel alternativo recubierto de resina.
10. El método para fabricar un material de papel alternativo recubierto con resina para uso en la fabricación de un panal de acuerdo con la reivindicación 8, en el que dichas fibras de aramida comprenden fibras de paraaramida y pulpa de paraaramida.
11. El método para fabricar un material de papel alternativo recubierto con resina para uso en la fabricación de un panal de acuerdo con la reivindicación 8, en el que dichas fibras que no son de aramida comprenden fibras que no son de aramida y pulpa que no es de aramida.
12. El método para fabricar un material de papel alternativo recubierto con resina para uso en la fabricación de un panal de acuerdo con la reivindicación 8 o 10, en el que dichas fibras no aramidas se seleccionan del grupo que consiste en fibras de poliéster, fibra acrílica y celulosa.
13. El método para fabricar un material de papel alternativo recubierto con resina para uso en la fabricación de un panal de acuerdo con la reivindicación 11, en el que dichas fibras no aramidas se seleccionan del grupo que consiste en fibras de poliéster, fibra acrílica y celulosa.
14. El método para fabricar un material de papel alternativo recubierto con resina para su uso en la fabricación de un panal de acuerdo con la reivindicación 8, en el que dicho ignífugo que contiene fósforo es un oligómero fenoxifosfaceno o fosfonato.
15. Un método para hacer un panal que comprende el método para fabricar un material de papel alternativo recubierto con resina para uso en la fabricación de un panal de acuerdo con la reivindicación 8 y el paso adicional de formar un panal que comprende dicho material de papel alternativo recubierto con resina.
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