Армирование волокнами анизотропных пеноматериалов - RU2017126243A
Код документа: RU2017126243A
Формула
1. Формованное изделие из экструдированного пеноматериала, отличающееся тем, что по меньшей мере одно волокно (F) находится областью волокна (FB2) внутри формованного изделия и окружено экструдированным пеноматериалом, в то время как область волокна (FB1) волокна (F) выступает наружу из первой стороны формованного изделия и область волокна (FB3) волокна (F) выступает наружу из второй стороны формованного изделия, и экструдированный пеноматериал получают посредством экструзионного способа, включающего следующие стадии:
I) предоставление полимерного расплава в экструдер,
II) внесение по меньшей мере одного вспенивающего средства в предоставляемый на стадии I) полимерный расплав с получением вспениваемого полимерного расплава,
III) экструзия полученного на стадии II) вспениваемого полимерного расплава из экструдера через по меньшей мере одно отверстие фильеры в область низкого давления, причем вспениваемый полимерный расплав расширяется с образованием вспененного пеноматериала, и
IV) калибровка вспененного пеноматериала со стадии III), при котором вспененный пеноматериал проводят через формующий инструмент, с образованием экструдированного пеноматериала,
причем волокно (F) помещают в экструдированный пеноматериал под углом α от 10 до 70° относительно направления по толщине (d) формованного изделия, и причем два или более волокон (F) находятся в формованном изделии под углом β друг к другу, причем угол β находится в диапазоне β=360°/n, причем n означает целое число.
2. Формованное изделие по п. 1, отличающееся тем, что
i) предоставленный на стадии I) полимерный расплав содержит по меньшей мере одну добавку, и/или
ii) во время стадии II) к полимерному расплаву и/или между стадией II) и стадией III) к вспениваемому полимерному расплаву добавляют по меньшей мере одну добавку, и/или
iii) во время стадии III) на вспененный пеноматериал и/или во время стадии IV) на вспененный пеноматериал наносят по меньшей мере одну добавку, и/или
iv) во время и/или непосредственно по окончании стадии IV) на экструдированный пеноматериал наносят по меньшей мере один слой (S2), и/или
v) по окончании стадии IV) проводят следующие стадии способа:
V) обработка со снятием материала полученного на стадии IV) экструдированного пеноматериала.
3. Формованное изделие по п. 1, отличающееся тем, что экструдированный пеноматериал имеет в основе по меньшей мере один полимер, который выбран из полистирола, сложного полиэфира, полифениленоксида, сополимера, полученного из фениленоксида, сополимера, полученного из стирола, простого полиарилового эфирсульфона, полифениленсульфида, простого полиарилового эфиркетона, полипропилена, полиэтилена, полиамида, полиамидимина, простого полиэфиримида, поликарбоната, полиакрилата, полимолочной кислоты, поливинилхлорида, или их смесей,
предпочтительным является полимер, выбранный из полистирола, полифениленоксида, смеси из полистирола и полифениленоксида, полиэтилентерефталата, поликарбоната, простого полиэфирсульфона, полисульфона, простого полиэфиримида, сополимера, полученного из стирола, или смеси из сополимеров, полученных из стирола,
особо предпочтительно полимер представляет собой полистирол, смесь из полистирола и поли(2,6-диметилфениленоксида), смесь из полимера стирола и ангидрида малеиновой кислоты и полимера стирола и акрилонитрила (SMA/SAN), или полимер стирола и ангидрида малеиновой кислоты (SMA),
предпочтительно сополимер, полученный из стирола, имеет в качестве сомономера для стирола мономер, который выбран из α-метилстирола, галогенированных в цикл стиролов, алкилированных в цикл стиролов, акрилонитрила, сложных эфиров акриловой кислоты, сложных эфиров метакриловой кислоты, N-виниловых соединений, ангидрида малеиновой кислоты, бутадиена, дивинилбензола или бутандиолдиакрилата.
4. Формованное изделие по п. 1, отличающееся тем, что экструдированный пеноматериал содержит ячейки, причем
i) по меньшей мере 50%, предпочтительно по меньшей мере 80%, более предпочтительно по меньшей мере 90% ячеек являются анизотропными, и/или
ii) соотношение наибольшей протяженности (а-направление) к наименьшей протяженности (с-направление) по меньшей мере 50%, предпочтительно по меньшей мере 80%, более предпочтительно по меньшей мере 90% ячеек составляет ≥1,05, предпочтительно находится в диапазоне от 1,1 до 10, в частности предпочтительно в диапазоне от 1,2 до 5, и/или
iii) средний размер наименьшей протяженности (с-направление) по меньшей мере 50%, предпочтительно по меньшей мере 80%, более предпочтительно по меньшей мере 90% ячеек находится в диапазоне от 0,01 до 1 мм, предпочтительно в диапазоне от 0,02 до 0,5 мм, и в частности в диапазоне от 0,02 до 0,3 мм, и/или
iv) по меньшей мере 50%, предпочтительно по меньшей мере 80%, более предпочтительно по меньшей мере 90% ячеек являются ортотропными или трансверально изотропными, и/или
v) по меньшей мере 50%, предпочтительно по меньшей мере 80%, более предпочтительно по меньшей мере 90% ячеек, в расчете на их наибольшую протяженность (а-направление) ориентированы под углом γ≤45°, предпочтительно ≤30°, более предпочтительно ≤5° относительно направления по толщине (d) формованного изделия, и/или
vi) экструдированный пеноматериал по меньшей мере на 80%, предпочтительно по меньшей мере на 95%, особо предпочтительно по меньшей мере на 98% является замкнутоячеистым, и/или
vii) волокна (F) находятся под углом ε≤60°, предпочтительно ≤50° относительно наибольшей протяженности (а-направления) по меньшей мере 50%, предпочтительно по меньшей мере 80%, более предпочтительно по меньшей мере 90% ячеек экструдированного пеноматериала.
5. Формованное изделие по п. 1, отличающееся тем, что
i) по меньшей мере одно из механических свойств, предпочтительно все механические свойства, экструдированного пеноматериала являются анизотропными, предпочтительно ортотропными или трансверсально изотропными, и/или
ii) по меньшей мере один из эластичных модулей, предпочтительно все эластичные модули экструдированного пеноматериала проявляют себя согласно анизотропному, предпочтительно ортотропному или трансверсально изотропному материалу, и/или
iii) соотношение прочности на сжатие экструдированного пеноматериала по толщине (z-направление) к прочности на сжатие экструдированного пеноматериала по длине (х-направление) и/или соотношение прочности на сжатие экструдированного пеноматериала по толщине (z-направление) к прочности на сжатие экструдированного пеноматериала по ширине (у-направление) составляет ≥1,1, предпочтительно ≥1,5, в частности предпочтительно между 2 и 10.
6. Формованное изделие по п. 1, отличающееся тем, что
i) экструдированный пеноматериал имеет толщину (z-направление) в диапазоне от 4 до 200 мм, предпочтительно в диапазоне от 5 до 60 мм, длину (х-направление) по меньшей мере 200 мм, предпочтительно по меньшей мере 400 мм, и ширину (у-направление) по меньшей мере 200 мм, предпочтительно по меньшей мере 400 мм, и/или
ii) поверхность по меньшей мере одной стороны формованного изделия имеет по меньшей мере одно углубление, предпочтительно указанное углубление представляет собой шлиц или отверстие, более предпочтительно по меньшей мере одно углубление на поверхности по меньшей мере одной стороны формованного изделия получают в конце осуществления стадии IV) по п. 1, и/или
iii) поверхность по меньшей мере одной стороны формованного изделия имеет по меньшей мере одно углубление, предпочтительно указанное углубление представляет собой шлиц или отверстие, более предпочтительно по меньшей мере одно углубление на поверхности по меньшей мере одной стороны формованного изделия получают в конце осуществления стадии V) по п. 2.
7. Формованное изделие по пп. 1-6, отличающееся тем, что
i) волокно (F) представляет собой отдельное волокно или пучок волокон, предпочтительно пучок волокон, и/или
ii) волокно (F) представляет собой органическое, неорганическое, металлическое, керамическое волокно или их комбинацию, предпочтительно полимерное волокно, базальтовое волокно, стекловолокно, углеродное волокно или природное волокно, в частности предпочтительно полиарамидное волокно, стекловолокно, базальтовое волокно или углеродное волокно; полимерным волокном является предпочтительно волокно из сложного полиэфира, полиамида, полиарамида, полиэтилена, полиуретана, поливинилхлорида, полиимида и/или полиамидимида, природным волокном является предпочтительно волокно из сизаля, конопли, льна, бамбука, кокоса и/или джута, и/или
iii) волокно (F) применяют в форме пучка волокон, с количеством отдельных волокон на каждый пучок по меньшей мере 10, предпочтительно от 100 до 100000, особо предпочтительно от 300 до 10000 в случае стекловолокон и от 1000 до 50000 в случае углеродных волокон, и в частности предпочтительно от 500 до 5000 в случае стекловолокон и от 2000 до 20000 в случае углеродных волокон, и/или
iv) область волокна (FB1) и область волокна (FB3) в каждом случае независимо друг от друга составляют от 1 до 45%, предпочтительно от 2 до 40% и особо предпочтительно от 5 до 30%, область волокна (FB2) составляет от 10 до 98%, предпочтительно от 20 до 96%, особо предпочтительно от 40 до 90% от общей длины волокна (F), и/или
v) волокно (F) вводят в экструдированный пеноматериал под углом α от 30 до 60°, предпочтительно от 30 до 50°, еще более предпочтительно от 30 до 45°, в частности 45°, относительно направления по толщине (d) формованного изделия, и/или
vi) в формованном изделии первая сторона формованного изделия, из которой выступает наружу область волокна (FB1) волокна (F), находится напротив второй стороны формованного изделия, из которой выступает наружу область волокна (FB3) волокна (F), и/или
vii) формованное изделие содержит множество волокон (F), предпочтительно пучков волокон, и/или включает более 10 волокон (F) или пучков волокон на м2, предпочтительно более 1000 на м2, особо предпочтительно от 4000 до 40000 на м2.
8. Панель, содержащая по меньшей мере одно формованное изделие по одному из пп. 1-7 и по меньшей мере один слой (S1).
9. Панель по п. 8, отличающаяся тем, что слой (S1) содержит по меньшей мере одну смолу, предпочтительно смола представляет собой реакционноспособную термореактивную или термопластичную смолу, более предпочтительно смолу на основе эпоксидов, акрилатов, полиуретанов, полиамидов, сложных полиэфиров, ненасыщенных сложных полиэфиров, виниловых сложных эфиров или их смесей, в частности смола представляет собой отверждаемую аминами эпоксидную смолу, латентно отверждаемую эпоксидную смолу, отверждаемую ангидридами эпоксидную смолу или полиуретан из изоцианатов и полиолов.
10. Панель по п. 8, отличающаяся тем, что слой (S1) содержит дополнительно по меньшей мере один волокнистый материал, причем
i) волокнистый материал содержит волокна в форме одного или нескольких пластов из нарезанных волокон, нетканых материалов, однонаправленных тканей, вязанных полотен и/или обычных тканей, предпочтительно в форме однонаправленных тканей или обычных тканей, особо предпочтительно в форме однонаправленных тканей или обычных тканей с массой единицы поверхности на каждую однонаправленную ткань или соответственно обычную ткань от 150 до 2500 г/м2, и/или
ii) волокнистый материал содержит органические, неорганические, металлические или керамические волокна, предпочтительно полимерные волокна, базальтовые волокна, стекловолокна, углеродные волокна или природные волокна, особо предпочтительно стекловолокна или углеродные волокна.
11. Панель по п. 8, отличающаяся тем, что указанная панель имеет два слоя (S1), и оба слоя (S1) в каждом случае нанесены на одну сторону формованного изделия, которая находится в каждом случае напротив другой стороны формованного изделия.
12. Панель по одному из пп. 8-11, отличающееся тем, что
i) область волокна (FB1) волокна (F) частично или полностью, предпочтительно полностью, находится в контакте с первым слоем (S1), и/или
ii) область волокна (FB3) волокна (F) частично или полностью, предпочтительно полностью, находится в контакте со вторым слоем (S1), и/или
iii) панель имеет между по меньшей мере одной стороной формованного изделия и по меньшей мере одним слоем (S1) по меньшей мере один слой (S2), предпочтительно слой (S2) состоит из плоских волокнистых материалов или полимерных пленок, особо предпочтительно из стекловолокон или углеродных волокон в форме нетканных материалов, однонаправленных тканей или обычных тканей, и/или
iv) по меньшей мере один слой (S1) содержит смолу и экструдированный пеноматериал формованного изделия панели имеет поверхностное поглощение смолы ≤2000 г/м2, предпочтительно ≤1000 г/м2, более предпочтительно ≤500 г/м2, в высшей степени предпочтительно ≤100 г/м2, и/или
v) по меньшей мере один слой (S1) содержит смолу и панель имеет прочность на расслаивание ≥200 Дж/м2, предпочтительно ≥500 Дж/м2, более предпочтительно ≥2000 Дж/м2.
13. Способ получения формованного изделия по одному из пп. 1-7, отличающийся тем, что по меньшей мере одно волокно (F) вводят в экструдированный пеноматериал частично, в результате чего волокно (F) находится областью волокна (FB2) внутри формованного изделия и окружено экструдированным пеноматериалом, в то время как область волокна (FB1) волокна (F) выступает наружу из первой стороны формованного изделия и область волокна (FB3) волокна (F) выступает наружу из второй стороны формованного изделия, и в результате чего волокно (F) вводят в экструдированный пеноматериал под углом α от 10 до 70°, относительно направления по толщине (d) формованного изделия.
14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что частичное введение по меньшей мере одного волокна (F) в экструдированный пеноматериал осуществляют посредством вшивания с использованием иглы,
предпочтительно частичное введение осуществляют посредством стадий а)-f):
а) при необходимости нанесение по меньшей мере одного слоя (S2) на по меньшей мере одну сторону экструдированного пеноматериала,
b) формирование отверстия для волокна (F) в экструдированном пеноматериале и при необходимости в слое (S2), причем отверстие простирается от первой стороны ко второй стороне экструдированного пеноматериала и при необходимости через слой (2),
c) предоставление по меньшей мере одного волокна (F) на второй стороне экструдированного пеноматериала,
d) проведение иглы от первой стороны экструдированного пеноматериала через отверстие ко второй стороне экструдированного пеноматериала и при необходимости проведение иглы через слой (S2),
e) прикрепление по меньшей мере одного волокна (F) к игле на второй стороне экструдированного пеноматериала, и
f) возвращение иглы вместе с волокном (F) через отверстие, так что волокно (F) находится областью волокна (FB2) внутри формованного изделия и окружено экструдированным пеноматериалом, в то время как область волокна (FB1) волокна (F) выступает наружу из первой стороны формованного изделия или при необходимости из слоя (S2) и область волокна (FB3) волокна (F) выступает наружу из второй стороны формованного изделия,
особо предпочтительно стадию b) и d) проводят одновременно.
15. Способ получения панели по одному из пп. 8-12, отличающийся тем, что по меньшей мере один слой (S1) получают и наносят в форме реакционноспособной, вискозной смолы на формованное изделие по одному из пп. 1-7 и подвергают отверждению, предпочтительно посредством способов жидкостной пропитки, особо предпочтительно посредством способов пропитки с использованием давления или, соответственно, вакуума, в частности предпочтительно посредством вакуумной инфузии или инжекционного способа с использованием давления, в высшей степени предпочтительно посредством вакуумной инфузии.
16. Применение формованного изделия по одному из пп. 1-7 или панели по одному из пп. 8-12 для лопастей в ветровых энергогенерирующих установках, в транспортном секторе, в строительном секторе, в автомобилестроении, в судостроении, в строительстве железнодорожного подвижного состава, в контейнеростроении, в санитарно-техническом оборудовании и/или в авиации и космонавтике.
