蜂窩紙的制作方法
【專利摘要】一種固化纖維墊，包括20重量百分比至50重量百分比的增強纖維；以及連接增強纖維的連續相，該連續相包括50重量百分比至70重量百分比的具有比增強纖維低至少20℃的熔融溫度的聚合物，以及5重量百分比至10重量百分比的具有低于所述聚合物的熔融溫度的粘合劑；其中，增強纖維、聚合物和粘合劑中每種的重量百分比是基于增強纖維、聚合物和粘合劑的組合總重量。
【專利說明】蜂窩紙
【技術領域】
[0001 ] 本公開涉及蜂窩紙、制備方法及包括蜂窩紙的物品。通常，蜂窩紙由結合至每個側面上的覆蓋片材(facing sheet)的波狀芯(波狀夾芯，corrugated core)組成。
【背景技術】
[0002]蜂窩復合材料由包括專門開發的紙產品的各種各樣材料制成，專門開發的紙產品具有航空和運輸中高要求應用所需要的高強度和承溫能力，而且具有包括高水分吸收、邊際火焰性能、難粘結、長期穩定性和韌性的一些負面特性。該產業已經克服那些負面因素中的大部分，但是燃燒性能正變得像粘合過程一樣越來越重要。其取決于環氧樹脂、酚醛樹脂或其它熱固性聚合物技術。這些傾向于降低蜂窩紙的燃燒性能和增加其吸濕性。
[0003]當前高級蜂窩紙由芳香族聚酰胺纖維以及提供高強度和合理的燃燒特性的纖條體制成，但是其是固有易吸濕的并慢慢被水解、在相對高濕度下慢慢失去其強度。大氣壓和相對濕度的持續變化也引起水分在紙中聚集。水吸收實際上對重量有重大影響，通常重量如在航空或運輸中是關鍵因素。
[0004]紙自身以及與裝飾材料的粘合很大程度上取決于高度受限的孔隙率，固化時其允許低粘度熱固性聚合物滲入氣孔，將材料鎖在一起。這些紙還需要在蜂窩形成和打開后用環氧樹脂或酚醛樹脂處理來使結構強化和變硬，在紙的生產上增加工序和時間。環氧樹脂和酚醛樹脂添加燃料、煙和對結構有毒成分并且可以要求額外的材料來提供必要的燃燒性能。粘合劑和涂覆材料具有有限的保存期限并要求冷藏。
【發明內容】
[0005]一方面，提供固化纖維墊(consolidated fibrous mat),該纖維墊包括20至30重量百分比的增強纖維，增強纖維具有高于固化溫度的熔融溫度，以致于纖維在固化纖維墊中是完整的；以及連接增強纖維的連續相，連續相包括50至70重量百分比的具有低于固化溫度且通常低于增強纖維至少20°C的熔融溫度的聚合物，以及5至10重量百分比的粘合齊U，其具有低于聚合物的熔融溫度；其中，增強纖維、聚合物、以及粘合劑中的每個的重量百分比是基于增強纖維、聚合物、以及粘合劑的組合的總重量。
[0006]在另一方面，提供固化纖維墊，其中，增強纖維包括聚酰胺纖維或液晶聚合物纖維，或者包括前述纖維中至少一種的組合；連續相聚合物是聚醚酰亞胺；以及粘合劑是聚碳酸酯共聚物、聚對苯二甲酸亞烷基酯、聚醚醚酮、聚酰胺、或包含前述至少一種的組合。
[0007]在另一方面，提供固化纖維墊，其中，增強纖維是聚醚酰亞胺纖維；連續相聚合物是聚酰胺、液晶聚合物、或包含前述聚合物中至少一種的組合；以及粘合劑是聚碳酸酯共聚物、聚對苯二甲酸亞烷基酯、聚醚醚酮、聚酰胺、或包含上述聚合物中至少一種的組合。
[0008]在另一方面，提供蜂窩紙，其包括組合物如沉積在固化纖維墊上或吸附在固化纖維墊內的清漆或膠粘劑(adhesive)。
[0009]在進一步的方面，提供纖維層，其包括以下的組合:包含20至30重量百分比的具有300°C至350°C熔融溫度的增強聚合物的第一纖維；50至70重量百分比的具有低于增強纖維50°C至20°C的熔融溫度的連續相聚合物纖維；以及5至10重量百分比的具有比連續相纖維熔融溫度低的熔融溫度的粘合劑纖維，其中，每種纖維的重量百分比是基于該層中纖維的總重量。
[0010]在另一方面，提供形成固化纖維墊的方法，該方法包括將纖維組合物投到懸浮溶劑中以形成層；使層脫水；并固化該層以形成固化的纖維墊。
[0011]提供包括結合至保護層的蜂窩紙芯的制品，保護層包括聚碳酸酯共聚物膜、用聚酰亞胺產生的玻璃纖維墊、阻燃織物或片狀金屬。
【具體實施方式】
[0012]本發明通過仔細選擇物料和工藝克服了(address)現有蜂窩紙的一些缺點如結合、吸濕性、孔隙率、以及水解穩定性。通過混合幾種不同的選定具有十分不同的熔融溫度的切斷的熱塑性聚合物纖維產生紙以允許固化，在該過程中將主聚合物壓成連續膜，而增強纖維聚合物作為未熔融的纖維保留。該組合形成非常強勁的增強膜，其能夠與另一個不降低燃燒性能的熱塑性聚合物膜結合。該三種熱塑性聚合物的組合表現出大大降低的吸濕性、非常低的孔隙率，但對聚碳酸酯優異的粘附性，當在壓力下加熱至大約375° F(190.5°C )時，這也很好的結合至聚醚酰亞胺聚合物。
[0013]根據本領域中已知的方法如在K.U.Leuven Department MTM, Belgium的文章“Continuously Produced Honeycomb Cores”中論述的那些，由本發明提供的蜂窩紙可以用于形成蜂窩芯。例如，蜂窩可以通過傳統膨脹工藝生產，其中一系列的平行膠線(glueline)印刷在平板(flat sheet)上，然后在平板上堆疊以致于連續板上的線在登記處(印刷處，registry)不對齊，而是偏移，通常為偏移膠線之間的間距的一半。膠固化后，將堆垂直于膠線切割成期望寬度的兩塊。為了膨脹蜂窩，將單塊的頂板和底板像打開手風琴一樣拉開。該塊從而膨脹為蜂窩樣式，其中膠線限定堆中板之間的連接點，并且鄰對膠線之間的空間限定制作蜂窩樣式的單個墻壁的長度。空氣可吹過蜂窩以助于膨脹。
[0014]固化纖維墊可以包含20至50重量百分比(wt.% )的增強纖維，例如，20至45wt.%、20 至 40wt.%、20 至 35wt.%、20 至 30wt.%、20 至 25wt.%、25 至 50wt.%、25 至40wt.%>25 至 30wt.%>30 至 50wt.%>35 至 50wt.%>40 至 50wt.%>30 至 50wt.%>30 至45wt.%、或者30至40wt.%的增強纖維。
[0015]固化纖維墊可以包含50至70重量百分比的具有比增強纖維低至少20°C的熔融溫度的聚合物，例如，50 至 65wt.%、50 至 60wt.%、55 至 65wt.%、55 至 60wt.% >55 M70wt.%、60至70?丨.％、65至70wt.%的具有比增強纖維低至少20°C的熔融溫度的聚合物。
[0016]固化纖維墊可以包含大于O重量百分比的具有低于聚合物的熔融溫度的粘合劑，例如，5至20wt.%、5至15wt.%、5至1wt.%的具有低于聚合物的熔融溫度的粘合劑。
[0017]在本專利申請中公開了各種數值范圍。因為這些范圍是連續的，所以它們包括最小值和最大值之間的每個值。除非另有清楚地指明，否則在本申請中指定的各種數值范圍是近似值。涉及相同組分或性質的所有范圍的端點包括端點且可獨立地組合。
[0018]術語“一個”和“一種”不表示數量的限制，而是表示存在至少一種指示物。“或”是指“和/或”。如本文中使用的，“其組合”包括一種或多種指示物，可選地與未指出的類似要素的一起。整個說明書中提及的“一個實施方式”、“另一個實施方式”、“一些實施方式”等是指與該實施方式相關描述的具體要素(如特征、結構、性質、和/或特性)包含在至少一個本文中描述的實施方式中，并且可以存在或可以不存在于其他實施方式。另外，應當理解的是，所描述的要素可以在各種實施方式中以任何合適的方式組合。
[0019]利用標準命名法描述了化合物。例如，未由任何指定基團取代的任何位置應當理解為具有通過指定的鍵或氫原子填充的其化合價。兩個字母或符號之間的破折號(
用來表示用于取代基的連接點。例如，-CHO通過羰基基團的碳連接。術語“烷基”包括具有指定數量碳原子的C1,支鏈和直鏈、不飽和脂肪族烴基團。烷基的實例包括但不限于甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、仲戊基、正己基和仲己基、正庚基和仲庚基、以及正新輯和仲辛基。術語“芳基”是指含有指定數量的碳原子和可選地I至3個雜原子(例如，O、S、P、N、或Si)的芳香族部分，例如，苯基、環庚三烯酮、茚滿基、或萘基。
[0020]除非另外指出，否則本申請中的所有分子量是指重均分子量。所有此類提及的分子量以道爾頓表示。
[0021]除非另有指出，否則所有ASTM測試基于2003版的ASTM標準的年度書刊。
[0022]本文中所使用的術語“纖維”包括廣泛種類的具有大于2、尤其大于5、大于10、或大于100的長徑比(長度:直徑)的單個細絲的結構。術語纖維還包括纖條體(非常短(長度小于I毫米(mm))、高度分支且不規則的導致高表面積的細(直徑小于50微米(μπι))膜裂纖維(fibrillated fiber)、以及原纖維、纖維的微絲組分。纖維的直徑由其纖維數量表示，其一般報告為dtex或dpf。報告為“dtex”的數值是指每10，000米纖維的質量(g)。數值“dpf”表示旦/纖維。在兩個和單個細絲纖維上使用測量的旦尼爾體系，并且dpf =總旦/相同細絲的重量。一些普遍的與旦尼爾相關的算法如下:
[0023]I 旦=I 克 /9，000 米=0.05 克每 450 米=0.111 毫克 / 米。
[0024]本文中使用的術語“纖條體”是指非常小的、非顆粒狀的、纖維狀或類膜狀顆粒，它們三維尺寸中的至少一個相對最大的尺寸是次量級的，以使得它們基本上是二維的顆粒，通常具有大于O至小于0.3mm的長度，和大于O至小于0.3mm的寬度以及大于O至小于0.1mm的深度。在一個示例性實施方式中，纖條體大約是100 μ m xlOOym x0.1ym0
[0025]纖條體通常通過將聚合物溶液投入到與該溶液的溶劑不混溶的液體的凝固浴中制備。當聚合物被凝固時聚合物溶液流經受劇烈的剪切力和動蕩。本發明的纖條體材料可以是間或對芳香聚酰胺或其摻混物。更具體地，纖條體是對芳香聚酰胺。此類芳香聚酰胺纖條體在干燥前可以使用濕的并且可以作為沿紙的絮凝物組分物理纏繞的粘合劑存放。
[0026]聚醚酰亞胺包含大于I如10至1，000個或10至500個式(I)的結構單元
[0027]
OO
OO (I)
[0028]其中，每個R是相同的或不同的，并且是取代或未取代的二價有機基團如C6_2(l芳香烴基團或其鹵代衍生物、直鏈或支鏈C2_2(l亞烷基基團或其鹵代衍生物、c3_8亞環烷基基團或其鹵代衍生物，尤其是式(2)的二價基團
【權利要求】
1.一種固化纖維墊，包括 20重量百分比至50重量百分比的增強纖維；以及 連接所述增強纖維的連續相，包括 50重量百分比至70重量百分比的具有比所述增強纖維低至少20°C的熔融溫度的聚合物，以及 5重量百分比至10重量百分比的具有低于所述聚合物的熔融溫度的粘合劑； 其中，所述增強纖維、所述聚合物和所述粘合劑中每種的重量百分比是基于所述增強纖維、所述聚合物和所述粘合劑的組合總重量。
2.根據權利要求1所述的固化纖維墊，其中， 所述增強纖維包括芳香族聚酰胺纖維、液晶聚合物纖維、或包括至少一種前述纖維的組合； 所述連續相聚合物是聚醚酰亞胺；以及 所述粘合劑包括聚碳酸酯共聚物、聚對苯二甲酸亞烷基酯、聚醚醚酮、聚酰胺、或包括至少一種前述項的組合。
3.根據權利要求1或2所述的固化纖維墊，其中， 所述增強纖維是聚醚酰亞胺纖維； 所述連續相聚合物包括聚酰胺、液晶聚合物、或包括至少一種前述聚合物的組合；以及 所述粘合劑包括聚碳酸酯共聚物、聚對苯二甲酸亞烷基酯、聚醚醚酮、聚酰胺、或包括至少一種前述聚合物的組合。
4.蜂窩紙，包括蜂窩芯，其包括根據前述權利要求中任一項所述的固化纖維墊。
5.根據權利要求4所述的蜂窩紙，進一步包括沉積在所述固化纖維墊上或吸附在所述固化纖維墊內的清漆或膠粘劑。
6.根據前述權利要求中任一項所述的蜂窩紙，進一步包括結合至所述蜂窩芯表面的保護層。
7.根據權利要求6所述的蜂窩紙，其中，所述保護層是聚碳酸酯共聚物膜、夾帶有聚酰亞胺的玻璃纖維墊、液晶聚合物墊、碳纖維織物、阻燃織物或片狀金屬。
8.一種物品，包括前述權利要求中任一項所述的蜂窩紙。
9.根據權利要求8所述的物品，包括用于運輸、家具、踏板和集裝箱中的結構面板。
10.根據權利要求8所述的物品，包括地板、墻壁、天花板、門、蓋子、覆蓋物、座椅、桌子和用于航空、鐵路、船舶、汽車和建筑應用的桌臺。
11.一種纖維層，包括以下的組合: 第一纖維，包括 20重量百分比至50重量百分比的增強纖維； 50重量百分比至70重量百分比的具有比所述增強纖維低至少20°C的熔融溫度的連續相聚合物纖維；以及 5重量百分比至10重量百分比的具有低于所述連續相纖維的熔融溫度的熔融溫度的粘合劑纖維， 其中，所述纖維中每種的重量百分比是基于層中纖維的總重量，墊的厚度大于O至小于300 μ m，以及 所述墊的孔隙率大于129至小于774秒/空氣米柱。
12.根據權利要求11所述的纖維層，其中 所述第一纖維包括以下的組合: 增強纖維，包括液晶聚合物纖維、聚酰胺纖維、或包括至少一種前述纖維的組合，以及 連續相聚合物纖維，包括聚醚酰亞胺；以及 粘合劑纖維包括聚碳酸酯共聚物纖維、聚對苯二甲酸亞烷基酯纖維、聚醚醚酮纖維、聚酰胺纖維、或包括至少一種前述纖維的組合。
13.根據權利要求11所述的纖維層，其中， 所述第一纖維包括以下的組合: 聚醚酰亞胺增強纖維，以及 液晶連續相聚合物纖維；以及 所述粘合劑纖維包括聚碳酸酯共聚物纖維、聚對苯二甲酸亞烷基酯纖維、聚醚醚酮纖維、聚酰胺纖維、或包括至少一種前述纖維的組合。
14.根據權利要求11所述的纖維層，其中，所述第一纖維是包括增強聚醚酰亞胺芯和連續相液晶殼的多組分纖維。
15.根據權利要求11所述的纖維層，其中，所述第一纖維是包括增強液晶聚合物芯和連續相聚醚酰亞胺殼的多組分纖維。
16.一種形成權利要求1的固化纖維墊的方法，包括 將纖維組合物投到懸浮溶劑中以形成層； 使所述層脫水；以及 固化所述層以形成所述固化纖維墊。
【文檔編號】D04H1/58GK104169481SQ201380015364
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年3月28日 優先權日:2012年3月30日
【發明者】本尼·伊齊基爾·戴維, 金·R·喬特, 丹尼斯·洛克耶, 托馬斯·阿杰伊, 文森特·L·蘭寧, 克雷格·勞倫斯·米爾恩, 埃里克·奧托·托伊奇 申請人:沙特基礎創新塑料Ip私人有限責任公司