聚亚芳基泡沫材料的制作方法_5

文档序号:9264438阅读:来源:国知局
施例中,硅以及任何在加工温度下为刚性的且不溶解的交联的有机材料 也可以起到成核剂的作用。
[0212] 在替代性实施例中,可以使用其他填充剂,只要这些填充剂就提供用于气泡形成 的位点而言具有与成核剂相同的作用。这包括纤维填充剂如芳族聚酰胺纤维、碳纤维、玻璃 纤维、矿物纤维、或包括前述纤维中的至少一种的组合。一些纳米填充剂和纳米强化物也可 以用作成核剂。这些包括这类材料,如纳米硅酸盐、纳米黏土、碳纳纤维及碳纳米管以及石 墨稀和多层石墨纳米片。
[0213] 在一个优选的实施例中,优选地按以下的量使用该成核剂:每种情况下基于组合 物(C)的总重量,有利地按重量计从0. 1%至5%,优选地按重量计从0.2%至3%。
[0214] 当该成核剂是二氧化钛或滑石并且以基于该组合物(C)的总重量按重量计从 0. 5 %至2 %的量使用时,获得了良好的结果。
[0215] 考虑到起泡剂的性质,发泡方法可以是一种化学的或物理的发泡方法。
[0216] 在一个优选的实施例中,该挤出发泡方法是一种物理发泡方法。
[0217] 在一种物理发泡方法中,使用物理发泡成分如物理起泡剂以及任选地成核剂。
[0218] 物理发泡剂总体上指的是在发泡温度下呈气态的那些化合物。
[0219] 可以将这些物理发泡剂(或者以其气态形式或以任何其他形式)进料到在其中发 生发泡的设备中,由此将通过一个物理过程(例如,蒸发、解吸)产生一种气体。这些在环 境条件下可能呈或可能不呈液态。在一个优选的实施例中,该物理起泡剂在室温和环境压 力下呈液态。否则,物理发泡可能包括在有待引进到发泡设备中的预形成组合物(C)中。
[0220] 在本发明的发泡挤出方法中,可以使用任何常规的物理起泡剂,如惰性气体,例如 CO2、氮气、氩气;烃类,如丙烷、丁烷、戊烷、己烷;脂肪醇,如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇; 脂肪酮,如丙酮、甲基乙基酮;脂肪酯,如乙酸甲酯和乙酸乙酯;氟化烃,如1,1,1,2-四氟乙 烷(HFC 134a)和二氟乙烷(HFC 152a);以及它们的混合物。优选地,使用异丙醇或乙醇作 为物理起泡剂。
[0221] 应理解的是由于该物理起泡剂是以流体形式供应给熔体,它有利地生成气泡。这 也可以在挤出装置中实现。
[0222] 在本发明的一个替代性实施例中,该挤出发泡方法是一种化学发泡方法。
[0223] 在一种化学发泡方法中,通常使用化学发泡剂、特别是化学起泡剂。
[0224] 化学发泡剂总体上指的是在发泡条件下在热影响下分解或反应以生成发泡气体 的那些组合物。
[0225] 可以将化学发泡剂添加到熔体中,由此原位生成发泡气体或可替代地,将生成的 发泡气体添加到熔体中。这也可以在挤出装置中实现。
[0226] 合适的化学发泡剂值得注意地包括简单的盐如铵或碳酸氢钠、释放氮气的发泡 剂;值得注意地芳香族的、脂肪-芳香族的以及脂肪族的偶氮化合物和重氮化合物,比如偶 氮二酰胺和磺酰肼如苯磺酰肼和氧-双(苯磺酰肼)。所述化学发泡剂可任选与合适的活 化剂进行混合,这些活化剂是例如像胺类和酰胺类、尿素、磺酰肼(也可充当次级发泡剂); 等。
[0227] 虽然成品泡沫材料基本不含起泡剂,预计的是残留量的一种或多种起泡剂可能保 留在泡沫材料中,尽管这些残留量不足以不利地影响泡沫材料的泡沫性质。
[0228] 在替代性实施例中,可以通过使泡沫材料进一步暴露于一个热循环来降低任何残 留起泡剂。
[0229] 本发明的泡沫材料有利地具有在从10至500kg/m3、优选从20至400kg/m 3、更优选 从20至300kg/m3、甚至更优选从25至250kg/m3、最优选从25至100kg/m 3的范围内的密度。
[0230] 本发明的泡沫材料有利地具有小于1000m、优选地小于500m、更优选地小于250m、 甚至更优选地小于180m并且最优选地小于130m的平均泡孔尺寸。
[0231] 密度可以根据ASTM D792测量。
[0232] 可以使用光学或扫描电子显微镜测量泡孔尺寸。
[0233] 如根据本发明形成的泡沫材料可能呈多种形状,如泡沫板、泡沫片、泡沫膜、泡沫 管、或如本领域技术人员使用标准技术和日常作业、温度、功率、和该组合物在挤出机中的 停留时间确定的任何可能的形状,以便获得所希望的最终成形的具有所希望的空隙率或发 泡水平的泡沫零件。
[0234] 本发明的一个方面还提供一种物品,该物品包括至少一个包含如以上详述的泡沫 材料的部件,提供了超过现有技术的零件和物品的多种优势,特别是在给定高温下(特别 是在150°C与230°C之间的温度下)的密度下相对于现有技术水平的泡沫更高的刚度和改 进的强度特性;尤其当应用高温制造步骤比如例如热固性树脂传递模塑法时,在高温下增 加的强度和刚度将导致泡沫总体上的改进的结构完整性。
[0235] 优选地,该物品或该物品的零件由如以上详述的泡沫材料组成。
[0236] 在一个具体的实施例中,该物品是一种飞机结构部件,结构性或次级飞机部件。
[0237] 在另一个具体实施例中,该飞机结构部件是夹层板,包括:包含本发明的泡沫材料 的芯,以及包括连续的纤维增强的热固性或热塑性复合物的层压的表皮层。
[0238] 所述的夹层板可通过已知的方法制备,如例如通过值得注意地涉及用环氧树脂通 过所施加的真空浸渍一个含有具有表皮的泡沫的系统的真空浸渍,该表皮含有碳纤维或如 以上提及的其他纤维。上述浸渍总体上在低温下进行,这些低温通常在从80°C至130°C的 范围内并且固化总体上在120°C和200°C之间。
[0239] 本发明的泡沫材料作为如以上所描述的飞机结构性部件的一个部分的用途也是 本发明的目的。
[0240] 本领域中已知的是,环氧树脂体系如Hexflow VRM34(-种两部分胺固化的环氧体 系)用于真空辅助的树脂传递模塑(VARTM)过程,用于制造飞机结构性部件如机翼和机身 结构元件。
[0241] 若任何通过引用结合在此的专利、专利申请、以及公开物的披露内容与本申请的 描述相冲突的程度到了可能导致术语不清楚,则本说明应该优先。
[0242] 实例
[0243] 现在将参照以下实例更详细描述本发明,这些实例的目的仅是说明性的并且不旨 在限制本发明的范围。
[0244] 原料
[0245] 二氧化钛:-Tipure? R-105二氧化钛,一种通过氯化物法制造的,用二氧化硅和 氧化铝处理过的金红石TiO2。
[0246] 来自美国苏威特种聚合物公司的RADEL? R PPSU
[0247] 来自美国苏威特种聚合物公司的Primospire'K_ PR-250聚亚苯基聚合物
[0248] 来自巴斯夫公司(BASF Corp.)的'Irganox 1010
[0249] 来自科联电信国际公司(Lintech Inernational)的 Mistronli Vapor 滑石
[0250] 用于制备泡沫材料(P)的通用程序
[0251] 将一种聚合物或聚合物混合物与Tipure? R-105 TiO^ Mistronu Vapor滑石以 及任选地广丨rganox 1010混配。在Berstorff 25mm的双螺杆挤出机上进行混配成球粒,该 挤出机具有40:1的L/D比以及八个机筒段,其中段2-8配备有加热和冷却。然后将该物理 混合物计重地进料至一个25mm Berstorff同向旋转嗤合双螺杆挤出机的第一机筒段中,该 挤出机具有40的L/D比以及八个机筒段。分别根据适当的温度(参见以下详情)设定机 筒段2至8的机筒温度设定并且不将热施加到该挤出机进料喉管位于的机筒段1上。模口 温度设定是在330°C或340°C下。使用适当的挤出机螺杆速度(参见以下详情)并且将真 空通风施加在机筒段7处以去除可能存在的任何残留的挥发性化合物。将来自每一种共混 物配制品的挤出物成股至一个水浴中,在该水浴中冷却这些线料并且然后使用造粒机将其 切成球粒。在发泡之前将由每一种配制品生产的球粒在混配之后在干燥状态下包装至或者 不透气密封的聚乙烯桶中或者铝内衬防潮袋中以保持干燥。将来自每一种配制品的球粒接 着进料至由来自Reifenhhser的串联挤出生产线组成的发泡设置中,该串联挤出生产线由 两个挤出机组成,第一个是具有43的L/D和41mm的螺杆直径的双螺杆挤出机(即,挤出机 "A")以塑炼这些聚合物并且注入该发泡剂,并且第二个是单螺杆挤出机(即,挤出机"B") 以冷却该聚合物/发泡剂混合物并且将其泵送通过一个狭缝模口以产生泡沫。该第二或冷 却挤出机具有30的L/D和50mm的螺杆直径。在挤出机"B"的出口处使用一个具有30mm 宽度和I. 5mm高度的狭缝模口。异丙醇或乙醇被用作发泡剂并且将其浓度设定在适当值 (参见表1和2中,以wt%表示)。将该发泡剂使用三个高压液相色谱法(HPLC)泵计量至 该挤出机"A"中,这些泵的进料线被并入一个T结构中。来自这三个泵的发泡剂的合并通 过量相对于树脂配制品和发泡剂的总通过量总计为所希望量的进料速率。在该挤出机"A" 上的发泡剂的计量点是从该挤出机的进料喉管沿着该机筒的长度向下约三分之二处。在该 挤出机"A"的后部分中的混合段保证了在该聚合物配制品与该发泡剂之间的良好的均化。 在挤出机"A"中有9个机筒段并且这些机筒段温度设定如下:段1为140°C,段2为330°C, 段3至5为340°C _360°C并且段6至9为330°C。该挤出机"A"的三个加热区域中的温度 设定对于所有三个区域是360°C。在该挤出机"B"中的温度设定低得多并且从在该入口段 的250°C逐步下降至就在该模口之前的区域中的150°C _200°C的范围。通过电加热器结合 在单独控制的机筒段中循环水用于冷却的电磁控制的水线控制挤出机"B"温度设定。从该 模口中挤出该泡沫材料。
[0252] 通过DSC进一步分析由该聚合物或聚合物混合物制成的球粒以确定它们的玻璃 化转变温度(Tg)(结果总结于表1中)。
[0253] 通过DSC进一步分析所获得的泡沫以确定它们的玻璃化转变温度(Tg),并且对密 度和泡孔尺寸分布进行表征(结果总结于表1中)。
[0254] 在实例材料上进行的下列表征在以下表明:
[0255] 玻璃化转变温度(Tg)测量
[0256] 根据ASTM D 3418标准通过差示扫描量热法(DSC)测量如以上描述的由聚合物或 聚合物混合物制成的球粒以及如以上描述的所获得的泡沫的玻璃化转变温度(Tg)。
[0257] 密度测量
[0258] 使用两种技术测量密度。对于未校准的泡沫样品(实例Cl、2_4和C5),它们不具 有精确的几何形状,按照ASTM方法D792的程序通过在空气和水中称重这些泡沫试样使用 浮力技术。另一方面,为了校准的泡沫样品,采用ASTM方法D1622,其中密度作为具有精确 尺寸的泡沫块的重量与体积的比例进
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