FR2646432A1 - Heat-stable syntactic foam - Google Patents
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Abstract
Description
Mousse syntactique thermostable.Thermostable syntactic foam.
L'invention concerne une nouvelle mousse syntactique thermostable, en particulier une nouvelle mousse syntactique susceptible d'être utilisée à température élevée.The invention relates to a new thermostable syntactic foam, in particular a new syntactic foam capable of being used at high temperature.
Les mousses syntactiques sont des matériaux solides constitués de microsphères rigides, creuses, mélangées à un liant.Syntactic foams are solid materials made up of rigid, hollow microspheres, mixed with a binder.
Les mousses syntactiques connues, constituées par un liant tel qu'une résine organique époxy ou polyester par exemple, ont des caractéristiques d'utilisation qui sont limitées. En effet leur résistance mécanique diminue avec la température. Lorsque la mousse syntactique est utilisée à une température 'levée, il peut y avoir fusion de la résine lorsqu'elle est thermoplastique ou modification irréversible de la structure lorsqu'elle est thermodurcissable, ce qui entraîne la dégradation des caractéristiques.Known syntactic foams, constituted by a binder such as an organic epoxy or polyester resin for example, have characteristics of use which are limited. Indeed their mechanical resistance decreases with temperature. When the syntactic foam is used at a raised temperature, there may be melting of the resin when it is thermoplastic or irreversible modification of the structure when it is thermosetting, which leads to the degradation of the characteristics.
Lorsque les dégradations ne sont pas immédiates on observe toujours un effet de vieillissement rapide.When the damage is not immediate, there is always a rapid aging effect.
Si l'on veut utiliser des mousses syntactiques comme matériaux structurants elles doivent être capables de supporter des températures élevées et présenter de bonnes propriétés mécaniques.If syntactic foams are to be used as structuring materials, they must be able to withstand high temperatures and have good mechanical properties.
Les mousses syntactiques connues ne satisfont pas à ces exigences.Known syntactic foams do not meet these requirements.
Il existait par conséquent un besoin d'une mousse syntactique utilisable à température élevée, en régime continu, dont les proprié- tés et en particulier les propriétés mécaniques ne diminuent pas de façon notable. La présente invention a pour but de répondre à ce besoin, en proposant une nouvelle mousse syntactique.There was therefore a need for a syntactic foam usable at high temperature, in continuous regime, whose properties and in particular the mechanical properties do not significantly decrease. The present invention aims to meet this need, by proposing a new syntactic foam.
La nouvelle mousse syntactique selon l'invention, comportant des microsphères creuses et un liant, est caractérisée en ce que le liant est b base de résine polystyrylpyridine ou polystyrylpyrazine. The new syntactic foam according to the invention, comprising hollow microspheres and a binder, is characterized in that the binder is based on polystyrylpyridine or polystyrylpyrazine resin.
La combinaison de ce liant et des microsphères permet d'obtenir des mousses qui possèdent une excellente tenue mécanique à température élevée, par exemple de l'ordre de 150' à 200'C, et en régime continu. De plus ces mousses sont légères, leur densité est généralement inférieure w 0,6 et elles présentent une bonne tenue au feu.The combination of this binder and microspheres makes it possible to obtain foams which have excellent mechanical strength at high temperature, for example of the order of 150 'to 200 ° C, and in continuous regime. In addition, these foams are light, their density is generally less than 0.6 and they have good fire resistance.
Les résines pol ystyrylpyridines ou pol ystyrylpyrazines utilisées comme liant pour réaliser la mousse syntactique selon l'invention sont des résines obtenues généralement par polycondensation de dérivés alcoylés de pyridine ou pyrazine et de dialdéhydes ou hydroxyaldéhydes aromatiques ou de leurs dérivés, éventuellement modifiées, en particulier les résines telles que décrites dans les brevets américains N' 3 994 862, 4 163 740, 4 362 860, 4 526 925, 4 500 690, 4 515 938, 4 540 745, 4 736 035, 4 578 439, français
N' 2 261 297 et européens N' 136 226, 136 227, 135 443.The pol ystyrylpyridine or pol ystyrylpyrazine resins used as binder for producing the syntactic foam according to the invention are resins generally obtained by polycondensation of alkylated derivatives of pyridine or pyrazine and of aromatic dialdehydes or hydroxyaldehydes or of their derivatives, optionally modified, in particular the resins as described in U.S. Patents 3,994,862, 4,163,740, 4,362,860, 4,526,925, 4,500,690, 4,515,938, 4,540,745, 4,736,035, 4,578,439, French
No. 2,261,297 and Europeans No. 136,226, 136,227, 135,443.
Ce sont généralement des résines en solution ou des produits solides dont la viscosité peut être abaissée par fusion.They are generally resins in solution or solid products whose viscosity can be lowered by melting.
On préfère utiliser les résines polystyrylpyridines modifiées ou non dont le motif principal comporte au moins des radicaux dérivés d'une pyridine di- ou tri-alcoylée, en particulier di- ou triméthylée, et d'un dialdéhyde aromatique ou d'un hydroxyaldéhyde aromatique. A titre d'exemple on peut citer les résines comportant des motifs du type
dans lequel X est un substituant méthyle ou éthyle ou un motif du même type, comme décrites dans le brevet américain N' 3 994 862 et celles décrites dans les brevets américains Ns4 163 740, 4 515 938, 4 736 035, français Ns 2 261 297 et européens N 136 226, 136 227 et 135 443.It is preferred to use polystyrylpyridine resins, modified or not, the main unit of which comprises at least radicals derived from a di- or tri-alkylated pyridine, in particular di- or trimethylated, and from an aromatic dialdehyde or an aromatic hydroxyaldehyde. By way of example, mention may be made of resins comprising patterns of the type
in which X is a methyl or ethyl substituent or a motif of the same type, as described in American patent N '3,994,862 and those described in American patents Ns 4,163,740, 4,515,938, 4,736,035, French Ns 2,261 297 and Europeans N 136 226, 136 227 and 135 443.
Les microsphères creuses convenables pour la réalisation des mousses syntactiques suivant l'invention sont des microsphères en verre, silice, céramique, matière synthétique telles que résine acrylique, polyéthylène ou phénolique.The hollow microspheres suitable for the production of syntactic foams according to the invention are microspheres made of glass, silica, ceramic, synthetic material such as acrylic resin, polyethylene or phenolic.
Leur diamètre moyen est généralement compris entre 15 m et 250 pm et de préférence entre 150 pm et 200 iim. Des microsphkes de différentes tailles peuvent être utilisées, les plus petites s'insérant généralement entre les plus grosses.
Their average diameter is generally between 15 m and 250 μm and preferably between 150 μm and 200 μm. Microspheres of different sizes can be used, the smaller ones generally being between the larger ones.
La proportion volumique de ces microsphères dans la mousse syntactique est comprise entre environ 40 % et 85 % par rapport à la mousse, avantageusement entre 50 % et 80 %. The volume proportion of these microspheres in the syntactic foam is between approximately 40% and 85% relative to the foam, advantageously between 50% and 80%.
Les charges préférées selon l'invention sont des microsphères creuses en verre.The preferred fillers according to the invention are hollow glass microspheres.
La mousse syntactique peut également contenir une autre charge, telle que la silice ou le verre, sous forme granulaire ou de fibres courtes. La proportion de cette charge peut aller jusqu'à 50 % en volume par rapport à la résine.The syntactic foam can also contain another filler, such as silica or glass, in granular or short fiber form. The proportion of this charge can be up to 50% by volume relative to the resin.
Un ou plusieurs-agents couplants peuvent être ajoutés pour améliorer la liaison entre les charges et le liant. Les agents couplants convenables sont par exemple les silanes, les alcoxytitanates et les résines époxy. La quantité d'agents couplants est au maximum de 5 % en masse par rapport à l'ensemble microsphères et autre charge éventuelle.One or more coupling agents can be added to improve the bond between the fillers and the binder. Suitable coupling agents are, for example, silanes, alkoxytitanates and epoxy resins. The amount of coupling agents is at most 5% by mass relative to the combined microspheres and any other charge.
Parmi les procédés connus pour préparer les mousses syntactiques, ceux décrits par la publication "Syntactic Foams I. Preparations,
Structure and Propertiesw de Puterman et coll., dans la revue
Journal of Cellular Plastics, juillet-août 1980, pages 223-229 peuvent être utilisés.Among the known processes for preparing syntactic foams, those described by the publication "Syntactic Foams I. Preparations,
Structure and Propertiesw of Puterman et al., In the journal
Journal of Cellular Plastics, July-August 1980, pages 223-229 can be used.
Un procédé convenant bien pour la fabrication d' une mousse syntactique conforme à l'invention consiste à disperser les microsphkes et éventuellement les autres charges dans la résine et à durcir ensuite l'ensemble par cuisson, de préférence dans un moule sous pression modérée.A process which is very suitable for the production of a syntactic foam in accordance with the invention consists in dispersing the microspheres and possibly the other fillers in the resin and then hardening the whole by baking, preferably in a mold under moderate pressure.
Pour effectuer la dispersion des microsphères, on peut amener la résine à une viscosité suffisamment faible, soit par fusion, soit par mise en solution. Dans ce dernier cas, lorsque le mélange est terminé, on élimine le solvant par des méthodes classiques, par exemple par chauffage et/ou sous vide partiel. On obtient un solide qui est friable, que l'on peut réduire en petits blocs pour faciliter l'introduction dans un moule.To effect the dispersion of the microspheres, the resin can be brought to a sufficiently low viscosity, either by melting or by dissolving. In the latter case, when the mixing is complete, the solvent is removed by conventional methods, for example by heating and / or under partial vacuum. A solid which is brittle is obtained, which can be reduced into small blocks to facilitate introduction into a mold.
Plus particulièrement, selon l'invention une étape de précuisson est réalisée préalablement à l'introduction dans le moule ou après celle-ci, à une température comprise entre 160' et 300'C, de préférence entre 180 et 270-C, pendant une durée en général inférieure à une heure.More particularly, according to the invention, a precooking step is carried out before introduction into the mold or after it, at a temperature between 160 'and 300 ° C, preferably between 180 and 270-C, during a duration generally less than one hour.
La cuisson s'effectue à une température comprise entre 180' et 350'C, de préférence entre 240' et 300'C pendant plusieurs heures sous une pression comprise entre 0,1 MPa et 5 MPa, de préférence entre 0,5 et 2 MPa.Cooking takes place at a temperature between 180 'and 350'C, preferably between 240' and 300'C for several hours under a pressure between 0.1 MPa and 5 MPa, preferably between 0.5 and 2 MPa.
La mise en oeuvre de la mousse obtenue est possible avec toutes les techniques conventionnelles. Elle pourra notamment être facilement découpée et usinée par enlèvement de matière.The implementation of the foam obtained is possible with all conventional techniques. In particular, it can be easily cut and machined by removing material.
L'invention sera mieux comprise au vu des exemples illustratifs ci-après.The invention will be better understood in the light of the illustrative examples below.
Exemple 1
A 133 parties en poids d'une solution de résine polystyrylpyridine tPSP 6022M", fabriquée par la SNPE, à 75 * d'extrait sec dans la méthyléthylcétone ce qui correspond à 100 parties de résine hors solvant, on ajoute 75 parties en poids de méthyléthylcétone, puis avec un faible cisaillement 100 parties en poids de microsphères de verre "28/750' (densité 0,28) vendue par la Société 3M. On sèche le mélange en étuve sous vide pendant environ 3 heures et le solide obtenu, contenant 80 t en volume de microsphères et dont le taux de volatils est inférieur à 2 *, est découpé en petits blocs On introduit ces blocs dans un moule de compression à poin çon placé entre les plateaux d'une presse.On effectue une pré- cuisson à 250'C pendant environ 15 minutes, on applique une pression de 0,7 MPa à la matière et l'on effectue la cuisson pendant 6 heures à 250 C. La plaque en mousse syntactique d'épaisseur environ 7 mm est démoulée et a les propriétés suivantes
Densité : 0,57 à 20'C
Résistance à la compression : 9,2 MPa à 20"C
10 MPa à 150 C
Module de compression : 480 MPa à 20*C
190 MPa à 150'C
Exemple 2
On mélange 100 parties en poids d'une solution de résine polystyrylpyridine "PSP 6022N", fabriquée par la SNPE, b 75 % d'extrait sec dans la méthyléthylcétone avec 100 parties en poids de microsphères de verre "B 30 B" (densité 0,25 à 0,30) vendues par la Société 3M.Example 1
To 75 parts by weight of a solution of polystyrylpyridine resin tPSP 6022M ", manufactured by SNPE, at 75% of dry extract in methyl ethyl ketone, which corresponds to 100 parts of resin without solvent, 75 parts by weight of methyl ethyl ketone are added. , then with a low shear 100 parts by weight of glass microspheres "28/750 '(density 0.28) sold by the company 3M. The mixture is dried in an oven under vacuum for approximately 3 hours and the solid obtained, containing 80 t by volume of microspheres and whose volatile content is less than 2 *, is cut into small blocks. These blocks are introduced into a compression mold. with a punch placed between the plates of a press. Pre-baking is carried out at 250 ° C for approximately 15 minutes, a pressure of 0.7 MPa is applied to the material and baking is carried out for 6 hours at 250 C. The syntactic foam plate, approximately 7 mm thick, is demolded and has the following properties
Density: 0.57 at 20'C
Compressive strength: 9.2 MPa at 20 "C
10 MPa at 150 C
Compression module: 480 MPa at 20 * C
190 MPa at 150'C
Example 2
100 parts by weight of a solution of polystyrylpyridine resin "PSP 6022N", manufactured by SNPE, are mixed with 75% of dry extract in methyl ethyl ketone with 100 parts by weight of glass microspheres "B 30 B" (density 0 , 25 to 0.30) sold by the company 3M.
Après séchage, le mélange sous forme d'un mastic épais est placé dans un moule de compression et cuit à 1800C sous une faible pression pendant 16 heures.After drying, the mixture in the form of a thick mastic is placed in a compression mold and baked at 1800C under low pressure for 16 hours.
On obtient une mousse syntactique de densité 0,27 à 23-C, peu friable, dont la résistance à la compression est de 2,3 MPa à 23 C et dont l'indice d'oxygène limite (IOL) est compris entre 62 % et 65 t. We obtain a syntactic foam with a density of 0.27 at 23-C, not very brittle, whose compressive strength is 2.3 MPa at 23 C and whose limit oxygen index (IOL) is between 62% and 65 t.
Exemple 3
On dissout 250 g (100 parties) de résine polystyrylpyridine solide "PSP 7022PL" fabriquée par la SNPE dans de la méthyléthylcétone (133 parties en poids) sous agitation à température ambiante et on introduit les microsphères de verre "28/750" (100 parties) comme à l'exemple 1. Example 3
250 g (100 parts) of solid polystyrylpyridine resin "PSP 7022PL" manufactured by SNPE are dissolved in methyl ethyl ketone (133 parts by weight) with stirring at room temperature and the glass microspheres "28/750" (100 parts) are introduced. ) as in example 1.
Le mélange obtenu est séché en étuve sous vide, d'abord à température ambiante, puis à 80 C pendant 2 heures. Le taux de volatils mesuré après 10 minutes à 160 C est de 1,4 %, Le mélange solide contenant 80 % en volume de microsphères est découpé en petits blocs que l'on introduit dans un moule.The mixture obtained is dried in a vacuum oven, first at room temperature, then at 80 ° C. for 2 hours. The volatile content measured after 10 minutes at 160 ° C. is 1.4%. The solid mixture containing 80% by volume of microspheres is cut into small blocks which are introduced into a mold.
Après une précuisson de 20 minutes à 220 C, une pression de 0,34
MPa est appliquée à la matière et on effectue la cuisson pendant 16 heures à 220 C. On obtient après démoulage une plaque dont l'épaisseur est d'environ 9 mm.After 20 minutes precooking at 220 C, a pressure of 0.34
MPa is applied to the material and baking is carried out for 16 hours at 220 C. A plate whose thickness is approximately 9 mm is obtained after demolding.
Les propriétés de la mousse syntactique obtenue sont les suivantes
Densité : 0,53 à 23 C,
Résistance à la flexion (rapport d/e = 16) : 23 MPa à 23 C
8 MPa à 200C
Module de flexion : 4 200 MPa à 23 C
1 100 MPa à 200 C
Résistance à la compression : 16 MPa à 230C
2,9 MPa à 200 C
Module de compression : 900 MPa à 230C
60 MPa à 200 C
Exemple 4
Le mélange est réalisé comme précédemment avec 250 g (100 parties) de résine "HSP SL", fabriquée par l'ONERA (température de fusion 160 C, taux de volatils 10 % à 250 C), 133 parties de méthyléthylcétone et 133 parties de microsphères de verre 28/750.The properties of the syntactic foam obtained are as follows
Density: 0.53 to 23 C,
Flexural strength (ratio d / e = 16): 23 MPa at 23 C
8 MPa at 200C
Flexural modulus: 4,200 MPa at 23 C
1,100 MPa at 200 C
Compressive strength: 16 MPa at 230C
2.9 MPa at 200 C
Compression module: 900 MPa at 230C
60 MPa at 200 C
Example 4
The mixing is carried out as above with 250 g (100 parts) of "HSP SL" resin, manufactured by ONERA (melting temperature 160 C, volatile content 10% at 250 C), 133 parts of methyl ethyl ketone and 133 parts of glass microspheres 28/750.
Après un séchage final de 4 heures à 80 C sous vide, on obtient un solide dont le taux de volatils est inférieur 9 5 % et qui contient 73 % en volume de microsphères.After a final drying of 4 hours at 80 ° C. under vacuum, a solid is obtained, the volatile content of which is less than 95% and which contains 73% by volume of microspheres.
Le moulage est réalisé dans les memes conditions que précédemment. La plaque obtenue a une épaisseur d'environ 11 uni. The molding is carried out under the same conditions as above. The plate obtained has a thickness of approximately 11 mm.
Les propriétés de la mouse syntactique sont les suivantes
Densité : 0,48 à 23 C
Résistance à la flexion : 27 MPa à 23 C
19 MPa à 200'C
Module de flexion : 3 300 MPa à 23 C
2 690 MPa à 200 C
Résistance à la compression : 20 MPa à 23 C
14 MPa à 200 C
Module de compression :# 1 300 MPa à 23 C
# 400 MPa à 200 C. The properties of the syntactic mouse are as follows
Density: 0.48 to 23 C
Flexural strength: 27 MPa at 23 C
19 MPa at 200'C
Flexural modulus: 3300 MPa at 23 C
2,690 MPa at 200 C
Compressive strength: 20 MPa at 23 C
14 MPa at 200 C
Compression module: # 1300 MPa at 23 C
# 400 MPa at 200 C.
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Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR8905627A FR2646432B1 (en) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | THERMOSTABLE SYNTACTIC FOAM |
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Country Status (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1994022535A1 (en) * | 1993-04-07 | 1994-10-13 | Howden Buffalo Calidair Division | Fire dampers |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4540745A (en) * | 1984-07-19 | 1985-09-10 | The Dow Chemical Company | Allyl styryl pyridines and pyrazines and polymers thereof |
-
1989
- 1989-04-28 FR FR8905627A patent/FR2646432B1/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US4540745A (en) * | 1984-07-19 | 1985-09-10 | The Dow Chemical Company | Allyl styryl pyridines and pyrazines and polymers thereof |
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WO1994022535A1 (en) * | 1993-04-07 | 1994-10-13 | Howden Buffalo Calidair Division | Fire dampers |
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FR2646432B1 (en) | 1991-07-12 |
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