Тонкая драпирующаяся нетекучая имеющая однородную толщину клеящая пленка, формованное изделие на основе пленки (варианты) и способ изготовления формованного изделия

Тонкая драпирующаяся нетекучая имеющая однородную толщину клеящая пленка, формованное изделие на основе пленки (варианты) и способ изготовления формованного изделия

Реферат

 

Сущность изобретения. Тонкая клейкая нетекучая пленка состоит из несовместимых расширяющихся in situ термопластичных частиц и термореактивной матричной смолы. Пленка обладает существенно однородной плотностью и толщиной по всей длине. Расширяющаяся in situ масса, находясь в нетекучем состоянии, с легкостью размещается однородным образом внутри формы, после чего расширяется до размеров формы. Описываются композиционные материалы, усиленные композиционные материалы с использованием указанной пленки, а также методы их формования. В качестве усиливающего материала могут быть использованы фольга, пленка, холсты и др. Способ изготовления формованных изделий включает укладку в форму пленки предварительно заданной конфигурации и нагревание уложенного материала с получением отвержденной синтактической пены. 5 с. и 31 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл.

Тонкая клейкая пленка, содержащая расширяющиеся in situ термопластические частицы в термореактивной матричной смоле; эта пленка отличается существенно однородной плотностью и толщиной по всей ширине пленки.

На основе пленок и формованных синтактических пенопродуктов получают композиционные материалы путем термического отверждения матричной смолы в пленках.

Известна пленка "Синкор", поставляемая фирмой "Декстер Корпорейшн", которая является заменителем более дорогостоящих слоев полуфабрикатного композиционного слоистого материала (препрега) в критических структурах, увеличивающих жесткость композиционного материала. Этот изотропный пеноматериал является композиционным материалом, состоящим из брикетированных микрошариков в термореактивной матричной смоле. Для получения материалов под названием "Синкор" можно комбинировать большое разнообразие брикетированных микрошариков и матриц. Наиболее обычным материалом микрошариков является стекло, однако, использовались микрошарики с металлическим, термопластическим, углеродным, кварцевым и фенольным покрытием. Эпоксидные смолы, отверждается при температурах 350^oF (177^oC) и 250^oF (121^oC), являются наиболее распространенными термореактивными матричными смолами, однако для изготовления синтактических пенистых пленок "Синкор" использовались матричные смолы с бисмалеинимидными, фенольными, полиэфирными, PMR-15 полиимидными и ацетиленовыми концевыми группами. Разнообразие материалов, из которых успешно может быть изготовлена пленка "Синкор", обеспечивает и возможность ее широкого применения. Существует вариант пленки "Синкор", которая совместно отверждается со всеми известными композиционными термоотверждаемыми смолами для слоистого пластика при нагревании. Пленка "Синкор" обеспечивает возможность использования промежуточных слоев в слоистых структурах более тонкого размера, чем это было возможно до сих пор. Предел толщины для ячеистых промежутков слоев составляет приблизительно 0,125 дюйма. Существуют варианты пленки "Синкор" с толщиной от 0.007 до 0.125 дюйма (от 0.18 мм до 3.2 мм), но можно изготовить и более тонкую и более толстую пленку. Другие материалы сердцевинных слоев, такие, как древесина или поролон, могут быть тонкими, но они не являются достаточно пластичными и обычно требуют наличия дорогостоящей сильно клейкой пленки для соединения с другими необходимыми композиционными компонентами. Кроме того, пленка "Синкор" обладает превосходной однородностью по толщине, что обеспечивает уверенность в получении высокого качества композиционного материала, в котором она используется в качестве компоненты. Пленка "Синкор" обычно используется в качестве слоев полуфабриката композиционного слоистого материала (препрега), когда необходимо повысить твердость путем увеличения толщины.

Работа с пленкой "Синкор" не вызывает затруднений, поскольку все методы анализа, которые применяются для других промежуточных (сердцевинных) материалов, таких, как ячеистая структура, применимы и к ней. Жесткость при изгибе плоских пластин и стержней возрастает как кубическая функция толщины, что обеспечивает более легкое, более жесткое расслоение, чем это можно было бы получить от использования только слоев препрега. Поскольку пленка "Синкор", в расчете по объему обычно стоит меньше, чем половина соответствующего количества углеродных слоев препрега, она дает возможность получения менее дорогостоящего изготовления слоистых материалов. Это иллюстрируется следующими примерами: 1) Добавление одного слоя пленки "Синкор" толщиной 0.020 дюйма (0,5 мм) и удалением одного слоя препрега практически не меняет веса и стоимости, но почти вдвое повышает жесткость при изгибе.

2) Добавление одного слоя пленки "Синкор" толщиной 0.020 дюйма и удаление всех трех слоев препрега резко уменьшает стоимость и вес при небольшом снижении жесткости.

3) Добавление одного слоя пленки "Синкор" толщиной 0.040 дюйма (1 мм) и удаление трех слоев препрега обеспечивает более низкий вес, меньшую стоимость и резкое повышение жесткости.

4) Введение однонаправленной ленты позволяет получить более высокие технические характеристики при более низкой стоимости и меньшим весе при приблизительно той же толщине.

5) Сложная конструкция из пленки, ткани и пленки "Синкор" дает большое преимущество в весе и стоимости наряду с повышением жесткости при изгибе в 3.4 раза.

Пленка "Синкор" рекомендована для тонких композиционных структур во всех случаях, когда используется жесткая к изгибу и короблению конструкция. Было показано, что ее использование позволяет сохранить вес и стоимость в углеродных волокнистых композиционных материалах. Использование этой пленки позволяет сохранить вес при приблизительно той же стоимости в случае стекловолокнистых композиционных материалов. Примеры применения изложены в Патентах США NN 4,861,648 и 4,968,545.

Методы изготовления с использованием пленки "Синкор" очень сходны с соответствующими методами, использующими слои препрега. Поскольку она не вулканизирована, она является клейкой и очень пластичной при комнатной температуре и более легко поддается обработке по сравнению с препреговым слоем. Она может поставляться в фиксированной форме с легким холстом, предохраняющим ее от повреждения при обработке, когда она находится в охлажденном состоянии. Хранить ее следует, как и полуфабрикаты композиционного слоистого материала, при температуре 0^oF (-17.7^oC) или ниже. Обычно время, в течение которого различные материалы из пленки "Синкор" могут находиться не при комнатной температуре, намного больше, чем для сопутствующих ей полуфабрикатов композиционного слоистого материала. Пленка "Синкор" менее чувствительна к изменениям циклов отверждения по сравнению с препрегом, обуславливающим выбор цикла отверждения композиционного материала. Она отверждается без пустот при полном вакууме или низком автоклавном давлении (например, около 10 фунтов/квадратный дюйм, т.е. 0.7 атм. Процесс отверждения проходил в ней и при давлении, достигающем 150 фунтов/квадратный дюйм, т.е. 105 атм.

В обычном применении, слоистая структура, состоящая из пленки "Синкор" и полуфабриката композиционного слоистого материала (препрега), в которой более толстый слой пленки "Синкор" находится между двумя более тонкими слоями препрега, выдерживается при нагревании и давлении до отверждения структуры в твердую панель. Такие слоистые конструкции описаны в патентах США NN 4,013,810; 4,433,068 и 3,996,654. Этим композиционным структурам обычно придается вид плоских щитов или разделяющихся деталей, из которых могут быть получены разнообразные конструкции.

Хотя получение отвержденной пленки "Синкор" без пустот достигается либо в условиях значительно пониженного давления, либо под давлением, было бы желательно избежать этих дорогостоящих условий, применяемых для достижения уменьшения пористости. Было бы желательно иметь такой материал, который обладал бы свойствами пленки "Синкор", но при этом получали не содержащие пустоты композиционные материалы без необходимости применения дорогостоящих операций в условиях полного вакуума или в системах низкого автоклавного давления. Эти методы обычно представляют собой операции периодического типа, которые существенно повышают стоимость изготовления композиционного материала.

Существуют определенные области применения, в которых желательно применять однородную тонкую гибкую синтактическую пленку в процессе получения слоистого композиционного материала, обладающую к тому же способностью автогенно расширяться, чтобы заполнять любое свободное пространство в структуре композиционного материала, и тем самым, минимизировать эффекты макро- и микропустотных дефектов на межслоевых поверхностях раздела.

Число этих микро- и макропустотных пространств на межслоевых поверхностях раздела увеличивается при нерегулярности усиливающего слоя композиционной структуры. Например, если композиционная структура состоит из слоя материала термореактивной смолы, усиленной углеродным волокном из препрега, и соединенной с синтактическим поролоном, таким, как тонкая однородная пленка "Синкор", то слой, содержащий материал из препрега, будет иметь неравную поверхность, а слой пленки "Синкор" будет иметь относительно гладкую однородную поверхность. Хотя пленка "Синкор" является тонкой и пластичной, она не способна заполнить все неровности слоя, полученного из препрега. Для значительного уменьшения пустотного пространства могут быть применены технология полного вакуума или автоклава с низким давлением, однако, полностью избежать наличия микропустот вряд ли удастся. Кроме того, приведение пленки "Синкор" в соприкосновение с неровной поверхностью вызывает перевод неровностей на противоположную поверхность пленки "Синкор". Такого перевода поверхностной неровности можно избежать путем создания слоистой конструкции пленки "Синкор" с использованием нагревания и давления, в результате чего происходит репозиция матричной смолы пленки и микросфер с последующей потерей изначальной однородности пленки, находящейся внутри составленной из слоев структуры.

Было бы желательно обеспечение адекватной связи синтактического тонкого поролона с неправильной поверхностью (такая поверхность может содержать волнистости, трещины, крупные поры, коробление и тому подобные дефекты) и заполнение дефектов поверхности без перевода формы дефектов на несвязанную сторону пленки. Было бы также желательно обеспечение адекватной связи синтактической пенистой пленки с поверхностью и, без использования вакуума или автоклавов с низким давлением, заполнение микропустот синтактической пеной без репозиции матричной смолы пленки и микросфер.

Преимущество пленки "Стинкор" для многих применений заключается в ее однородности с точки зрения распределения микросфер по матричной смоле. Эти микросферы остаются в значительной степени интактными в процессе цикла вулканизации. В результате этого невозможно получить конечный материал, в котором микросферы концентрировались бы на одной или более поверхностях, или в одном или более других местах. Было бы желательно иметь гибкую тонкую пленку, обладающую технологичными свойствами пленки "Синкор", но позволяющую, в то же время, получать синтактический поролон с контролируемым градиентом плотности, удовлетворяющий определенным требованиям при конечном использовании.

Имеется целый ряд прикладных задач, в которых тонкая синтактическая пористая пленка должна служить в качестве изолятора, препятствующего прохождению газов и жидкостей. В некоторых случаях изолятор может подвергаться усилиям на истирание. Было бы желательно иметь тонкую синтактическую пористую пленку, которую можно было бы использовать таким образом, чтобы она была непроницаема для газового или жидкостного потока в ограниченном пространстве и устойчивости по отношению к условиям на истирание.

Существует область технологических исследований, направленных на изготовление расширяющегося термопластического материала. Например, патент США N 2,958,905 посвящен способу изготовления пористых структур из микроскопического разбухающего гранулированного смолистого материала, частицы которого содержат порофор для дальнейшего своего расширения. Большое число термопластических смол описываются как пригодные для достижения этой цели. Применяют порофоры, обычные для такого случая. Расширяющийся гранулированный термопластический полимерный материал может быть смешан с термореактивной смолой, способной генерировать при вулканизации экзотермический эффект, необходимый для расширения гранулированного термопластического полимерного материала. Получающаяся в результате масса может быть влита в форму для изготовления ряда продуктов. Владельцы патентов указывают, что расширяющийся гранулированный термопластический полимерный материал может быть сформирован в присутствии нерасширяющихся материалов наполнителей, таких, как штапельные волокна. Такую смесь подают в форму для получения расширяющегося продукта. Получаемый сформованный продукт может быть приклеен к слою ткани для прочности. Плотность формованного продукта можно контролировать по уровню расширяющегося материала, подаваемого в форму. В соответствии с мнением владельцев патентов, начиная со столбца 12, строки 5-ой и дальше, формованные продукты получаются путем загрузки в форму "расширяющегося материала любым способом, включая загрузку ручным способом или с помощью пневматического конвейера". Согласно описанию со столбца 12 и со ссылкой на фиг. 3 и 4 (смотрите столбец 12, строки 16 - 32): "между загруженными в изготавливаемую массу расширяющимися шариками 21 находится значительное количество пустотных пространств, каждое из которых (в случае, когда материал находится в предшествующем расширению состоянии) представляет собой пенистую структуру, имеющую множество внутренних ячеек или открытых пустот. Когда в такие межчастотные пустоты добавляется жидкое экзотермическое вещество, тепло, выделяющееся в результате спонтанной самореакции, приводит к расширению шариков, посредством чего, как показано на фиг. 4, разбухшие частицы 22 вытесняют существенную часть (и часто наибольшую) экзотермического вещества, за исключением необходимого количества вступившего в реакцию материала 23, который зачастую остается в виде переплетенной связующей сети между расширившимися частицами для удерживания расширившихся ячеистых пенистых частиц вместе".

Патент США N 2959508 описывает другой вариант использования расширившихся термопластических частиц. В этом патенте, нерасширившиеся частицы и экзотермическое вещество, например, такое, как эпоксидная смола, сначала смешиваются, а потом вливаются в форму до получения композиционной пены, когда экзотермическое вещество нагревает смесь и способствует испарению раздувающего вещества.

Раздувающие вещества вводят в термореактивные смолы (см. патент США N 3322700) для получения вспученных формованных продуктов, и согласно уровню техники при получении частично синтактических пенистых пленок, в такие смолы вводят предварительно полученные микросферы. Эти расширенные термореактивные пластики обеспечивают более открытую ячеистую структуру, в отличие от структуры синтактических пленок, и добавление предварительно сформированных микросфер не меняет этого условия.

Существуют промышленные способы формования, которые используют клейкие слои термореактивных смол и усиливающего материала. Один из таких процессов включает компрессионное формование листовых формованных веществ ("ЛФВ"). В этом процессе, термореактивная полиэфирная смола, наполненная стекловолокном, и низкопрофильные термопластики листуют и утоньшают до способной к отливу пасты, остающейся между антиадгезионными поверхностями, например, такими, как полиэтиленовая пленка. Комки утонченной пасты располагают вокруг поверхности формы ручным способом, и когда форма подвергается нагреванию, паста расплавляется, и она сама и ее волоконные наполнители перераспределяются по форме, заполняют ее и формируют требуемое изделие. Другими словами, комки листов ЛФВ позволяют удобную технологию, заключающуюся в добавлении в форму плавящегося пластичного материала. Данный процесс в настоящее время нашел коммерческое применение в ряде промышленных отраслей. Преимущества этого процесса заключается в удобстве хранения формируемой смеси и в удобстве заполнения ею формы.

Данное изобретение относится к тонкой клейкой пленке, содержащей несовместимые расширяющиеся in situ термопластические частицы в термореактивной матричной смоле, которая обладает существенно однородной плотностью и толщиной по всей ширине пленки. Изобретение направлено на формуемую расширяющуюся in situ массу, которая, не являясь текучей, может быть с легкостью однородно распределена внутри формы, после чего расширена без расплавления до размеров данной формы. Расширение in situ может быть выполнено без перераспределения массы до образования синтактического пенистого термореактивного (отверждающегося) изделия с заранее определенной плотностью.

Данное изобретение направлено на формуемые, расширяющиеся in situ пленки, содержащие массу расширяющихся in situ термопластичных частиц с различной степенью расширения, однородно распределенных в матричной термореактивной смоле, которая является несовместимой с термопластичным полимером расширяющихся in situ частиц. Эта несовместимость остается в течение всего термического расширения in situ в процессе получения термореактивной синтактической пленочной формуемой структуры. Во время этого цикла, несовместимые расширяющиеся термопластичные частицы достаточно размягчаются, а находящиеся в них агенты расширения испаряются, в результате чего частицы превращаются в полые микросферы, внешние стенки которого представлены термопластичным полимером, образующим замкнутые микроячейки. Существенное преимущество изобретения состоит в формовании термоотверждающихся синтактических пленок с однородно распределенными расширенными замкнуто-ячеистыми микросферами, плотность которых меньше, чем плотность термореактивной пленки "Синкор", содержащей предварительно сформированные микросферы (не in situ сформированные), и которые обладают сравнимыми свойствами, позволяющими заменить более дорогостоящие слои полуфабриката композиционного слоистого материала (препрега) в увеличивающих жесткость критических структурах.

Данное изобретение относится к тонкой однородной клейкой нетекучей пленке, содержащей несовместимую смесь расширяющихся in situ термопластических частиц, рассеянных в термореактивной матричной смоле. Пленка может быть аккуратно размещена в форме, без отливки. После подвергания размещенных пленок нагреву получается отвержденная синтактическая пена. Изобретение включает также возможность нагревания пленки, размещенной в форме неравномерным способом в целях обеспечения влияния на термический градиент в форме и получение отвержденного продукта, обладающего таким градиентом плотности, который соответствует этому термическому градиенту. Результатом выполнения изобретения является возможность получения формованных синтактических пенистых структур, обладающих однородностью или способных к варьированию жесткости и прочности в зависимости от цели конечного использования.

Настоящее изобретение направлено на клейкую и пластичную, нетекучую пленку, обладающую однородной толщиной (10%, предпочтительно, 5%) в интервале от 1,5 миллиметров до 3,5 миллиметров, которая содержит (i) непрерывную фазу термореактивной матричной смолистой системы и (ii) прерывистую фазу частиц из расширяющегося in situ термопластичного полимера, содержащего в себе расширяющий агент. Как фаза (i), так и фаза (ii), однородно распределена по пленке, так что при расширении термопластичного полимера до микроячеистого, получающаяся в результате пленка становится термореактивной тонкой пленочной синтактической пеной, толщина которой в 1.01 - 4 раза больше, предпочтительно в 1.1 - 3.5 больше, чем нерасширенная пленка. Особенность нетекучих клейких и пластичных пленок состоит в том, что в то время как их толщина является однородной, получающаяся в результате отвержденная синтактическая пена может значительно меняться по плотности и толщине, что обусловливается условиями формования. Желательно, чтобы из тонкой нетекучей пластичной нерасширенной однородной пленки при расширении в результате однородного нагревания пленки, свободной от каких бы то ни было ограничений, формировалась расширенная пленка однородной толщины (10%, предпочтительно, 5%).

Особенность пленок, являющихся предметом настоящего изобретения, состоит в том, что термопластичные частицы достаточно размягчены, чтобы они могли расширяться при температуре, при которой термореактивная матричная смола отверждается. Поскольку такие термореактивные смолы отверждаются при температурах, достигающих 400^oC, практически все термопластичные полимеры пригодны для использования в качестве термопластичных частиц.

Изобретение делает возможным легкое изготовление термореактивных синтактических пенистых материалов в соответствии с предварительно заданной плотностью в пределах объема формования. "Пределы объема формования" означают то пространство формы, которое заполняется термореактивным синтактическим пенистым материалом настоящего изобретения и которое физически охватывает границы термореактивного синтактического материала. Пределы объема формования ограничиваются металлическими поверхностями формы, охватывающими объем формы, в котором происходит расширение нетекучей клейкой и пластичной пленки. Пределы объема формования ограничиваются также другими материалами, к которым в процессе операции по формованию приклеивается термореактивный синтактический пенистый материал настоящего изобретения, чтобы сформировать композиционную структуру. Другие материалы могут быть получены из тонкой металлической пленки или фольги (из алюминия, стали, титана и тому подобное), ткани, полуфабриката композиционного слоистого материала (препрега), других усиленных волокнами композиционных материалов, предварительно сформированных, но не отвержденных синтактических пенистых материалов другого состава, и тому подобное. В типичной ситуации, расширяющиеся тонкие пленки, являющиеся предметом настоящего изобретения, заполняют пределы формуемого объема, в то время как другие материалы занимают не более, чем ту часть формы, которую они занимали до отверждения.

Предметом изобретения является как способ получения, так и его продукты. Способ заключается в определении пределов объема формования (форма, которая содержит или не содержит в себе другие материалы) и плотности термореактивного синтактического пенистого материала. Затем по крайней мере один слой нетекучей клейкой и пластичной пленки, обладающей однородной толщиной, составляющей от 1.5 до 3.5 мл, который содержит (i) непрерывную фазу термореактивной матричной смолы и (ii) прерывистую фазу частиц из расширяющегося in situ термопластичного полимера, содержащего расширяющийся агент, размещается и распределяется в форме до достижения заданной плотности. Как фаза (i), так и фаза (ii), однородно распределены по всей пленке, так что при расширении термопластичного полимера до микроячеек в пленке получающаяся в результате пленка становится термореактивным тонким пленочным синтактическим пенистым материалом, толщина которого приблизительно в 1.01 - 4 раза больше, предпочтительно приблизительно в 1.1 - 3.5 раза больше, чем толщина нерасширенной пленки. Возможно предварительно задать однородность расширения и получающуюся в результате плотность термореактивного синтактического материала, поскольку фазы (i) и (ii) однородного распределены по всей пленке, так что при расширении термопластического полимера в микроячейки получающаяся в результате пленка становится тонким пленочным синтактическим материалом, толщина которого, как отмечалось выше, больше, чем толщина нерастянутой пленки. Когда в форму подается достаточное количество энергии, чтобы началось отверждение термореактивной матричной смолы в клейкой и пластичной пленке, до температуры, являющейся также достаточной для размягчения термопластических частиц и испарения находящегося в них расширяющего агента, образуется синтактический термореактивный пеноматериал. Цикл формования завершается тогда, когда достигается необходимая плотность. Затем получающийся в результате формованный продукт из синтактического пеноматериала извлекается из формы.

Как было отмечено выше, тонкие и пластичные расширяющиеся in situ клейкие пленки могут быть скомбинированы с другими материалами. Простым и практичным сокомпонентом может стать такой материал, который усиливает пленку перед тем, как она расширена и переведена в термореактивное состояние. Нетекучие тонкие пластичные клейкие пленки можно обрабатывать без применения материалов-носителей. Однако, во избежание преждевременного отверждения пленки и в целях облегчения работы с ней, ее можно до использования хранить в охлажденном состоянии, как и полуфабрикаты композиционного слоистого материала (препрега), обычно при температуре 0^oF (-17.7^oC) или ниже. Подобно разнообразным материалам типа "Синкор", пленки, являющиеся предметом настоящего изобретения, можно выдерживать не при комнатной температуре гораздо дольше по сравнению с препрегами, с которыми они должны быть сформованы. Поскольку пленка настоящего изобретения не отверждена, при подогреве до комнатной температуре она становится клейкой и очень пластичной, что делает работу с ней более легкой по сравнению с препрега. Желательно изготавливать пленку на носителе из легкого грубого холста, что позволяет избежать повреждений, когда она обрабатывается в охлажденном состоянии. Вообще было бы желательно присоединять пленки к другим, более прочным тонким слоям, более успешно выдерживающим обработку. Например, нетекучие тонкие пластичные расширяющиеся in situ пленки могут быть наложены на другие слои, например, такие, как полотно, фольга или пластические пленки. Один из удобных способов присоединения удобных в обработке материалов к пленкам состоит в конструировании слоистой структуры, то есть размещению пленок между пластичными пленками. Соединение пленки с другим материалом обычно возможно благодаря ее клейкости. Если облегчающий обработку материал является полотном открытого типа, таким, как тканое, нетканое или трикотажное полотно, пластичность пленки содействует соединению, поскольку она обволакивает отдельные волокна ткани и, попадая в межволоконные промежуточные ткани, готова к обеспечению межслоевой связи.

Кроме того, пленки, являющиеся предметом настоящего изобретения, могут быть скомбинированы с обычным синтактическим пеноматериалом, который представляет собой тонкие пленки однородной толщины, содержащие предварительно сформированные микрошарики правильной формы, равномерно распределенные в матрице смолы. Синтактическим пеноматериалом, комбинируемым с расширяющейся in situ пленкой, может быть любой из синтактических пеноматериалов типа "Синкор", которые можно совместно отверждать.

Согласно изобретению, тонкие и пластичные клейкие пленки, являющиеся предметом настоящего изобретения, могут быть скомбинированы со слоем полуфабриката композиционного слоистого материала, препрега, для формования продукта настоящего изобретения. В этом случае комбинация из препрега и тонкой пластичной клейкой пленки может закладываться в форму в разнообразных конфигурациях, чтобы получить легкий термореактивный композиционный материал, обладающий высокой твердостью и прочностью.

Также согласно изобретению, тонкая пластичная клейкая пленка, являющаяся предметом настоящего изобретения, может быть скомбинирована с более, чем однослойным материалом. В частности, комбинация может состоять из слоя удобного в обработке материала, и по крайней мере из одного слоя другого материала, такого, как предварительно сформированный синтактический пеноматериал или слой полуфабриката композиционного слоистого материала, препрега, или комбинации из двух последних. В альтернативном варианте композиционный материал может состоять по крайней мере из двух слоев удобного в обработке материала, такого, как слой полотна или слой фольги, или два слоя фольги, или один слой полотна и два слоя фольги, или один слой полотна и один слой пластика и тому подобное.

Наиболее предпочтительно согласно изобретению, тонкая пластичная клейкая пленка содержит массу штапельных термопластических волокон и расширяющихся термопластичных неволокнистых частиц, однородно распределенных в нетекучей матрице, состоящей из термореактивной смолы, которая является несовместимой с термопластичным полимером волокон и расширяющихся частиц. Значение T_m и T_g для термопластичных волокон выше, чем температура отверждения матричной смолы. Термопластический полимер растяжимых частиц размягчается при более низких температурах, чем температура вулканизации матричной смолы. Эта усиленная волокнами пленка предпочтительно содержит волокна, ориентированные в направлении, существенно параллельном поверхности пленки. Когда пленка превращается в синтактический пеноматериал, волокна могут оказаться сконцентрированными на поверхности, в результате чего может получиться твердая, устойчивая по отношению к воздействиям на истирание, поверхность. Это, в целом, дает формованные синтактические пеноматериалы, которые обладают уникальной устойчивостью поверхностей по отношению к воздействиям на истирание по сравнению с другими синтактическими пенистыми материалами. При этом получают синтактические пеноматериалы, пригодные для использования в воздушном пространстве, то есть в тех случаях, когда от материала требуется прочность и устойчивость по отношению к разрушительным силам и, одновременно с этим, легкий вес, универсальное требование в самолетостроении.

Интересное выполнение настоящего изобретения заключается в заполнении (посредством ввинчивания) нетекучей тонкой пластической пленкой, предпочтительно наклеенной на слой холста, в трубках малого диаметра, которые приклеиваются к слоям полуфабриката композиционного слоистого материала, препрега, содержащим усиление из углеродных волокон, для получения композиционной трубки, содержащей в центре маленькое отверстие. Поперечное сечение таких композиционных трубок имеет вид тороидальной камеры. Когда трубка отверждается, внутреннее отверстие может быть частично или полностью заполнено расширенным синтактическим пеноматериалом, что обеспечивает плотную сердцевину, как и в изобретении, описанном в патенте США N 4968545.

Фиг.1 представляет собой схематичный вид (частично изометрический) каландрующей системы для изготовления расширяющихся in situ пленок, являющихся предметом настоящего изобретения.

Фиг. 2 представляет собой схематичный вид (частично, изометрический) варианта каландрующей системы, изображенной на фиг.1 и снабженной устройством для соединения тонкой пленки с носителем-холстом.

Фиг. 3 представляет собой схематичный вид варианта каландрующей системы, изображенной на фиг.2 и снабженной устройством для получения слоистой структуры, состоящей из носителя-слоя холста и тонкой пленки.

Фиг. 4 представляет собой схематичный вид (частично, изометрический) варианта каландрующей системы фиг.1, снабженной устройством для включения на этапе каландрирования холста-носителя внутри тонкой пленки.

Фиг. 5 представляет собой схематичное изображение поперечного сечения входа каландрирующей системы, изображенной на фиг. 4, где обеспечивается однородное перемешивание частиц расширяющегося in situ термопластичного полимера в термореактивной матричной смоле.

Фиг. 6 представляет собой схематичное изображение поперечного сечения каландрующей системы, изображенной на фиг. 5, где обеспечивается однородное распределение штапельных волокон среди частиц расширяющегося in situ термопластичного полимера, который равномерно перемешан с термореактивной матричной смолой.

Фиг. 7 представляет собой схематичное изображение вида с края сегмента тонкой пленки, сформованной в процессе каландрования в соответствии с фиг.6, который иллюстрирует характер ориентации штапельных волокон в тонкой пленке матричной смолы.

Фиг. 8 представляет собой перспективный вид с конца формы, содержащей тонкую пленку, которая является предметом настоящего изобретения, пригодной для получения формованных деталей.

Фиг.9 представляет собой вид в плане конца формы, изображенной на фиг.8.

Как отмечалось ранее, синтактические поролоновые пленки, подобные пленкам "Синкор", обычно используются при изготовлении прочных материалов. Прочность структуры при изгибе пропорциональна третьей степени толщины (T³). Относительно небольшие отклонения в толщине будут приводить к значительным изменениям прочности при изгибе. Опыт данной области техники свидетельствует о том, что контролирование толщины пленки является критическим параметром при изготовлении формованной композиционной структуры из синтактических поролоновых пленок.

Пространственный объем (ячейки пеноматериала) в тонких однородных синтактических пленках, подобных пленкам "Синкор", достигается замещением относительно плотной матричной смолы легкими полыми микросхемами в соотношении объем на объем. Уровень пространственного достижимого объема ограничивается физическим барьером и препятствиями, связанными с процессом.

Физический барьер имеет место при максимальной степени упаковки. Если учитывать упаковку сфер в фиксированный объем, легко понять, что при максимально плотной упаковке ближайшие соседние сферы касаются друг друга. Находясь выше этой точки, физически невозможно поместить дополнительные сферы в данный фиксированный объем. В случае монодисперсных сфер, степень упаковки составляет 64% от заполняемого объема. В существующих промышленных системах, использующих мультидисперсные сферы, уменьшение веса лимитируется специфической для данной системы степенью упаковки.

С точки зрения обработки, добавка стеклянных микросфер в матричную смолу повышает ее вязкость, аналогично добавкам наполнителей или тиксотропных агентов. Повышение вязкости происходит за счет взаимодействия между текущей смолой и поверхностью сферы. Упрощенно говоря, в то время как смола обволакивает сферу, она сообщает поверхности сферы равную и противоположную по знаку силу торможения и создает поперечное напряжение в направлении к центру сферы. Обычно поперечное напряжение полых сфер является низким, и в процессе обработки вязкость смолы возрастает пропорционально объему добавленных полых сфер. В результате пропорционального возрастания поперечного напряжения, вызываемого возрастающей вязкостью смолы, происходит повреждение или даже разрушение сфер. Именно поперечное напряжение является непосредственной причиной повреждения и разрушения сфер в процессе обработки. Когда сферы повреждены, исчезает преимущество сохранения веса, свойственное методу использования полых сфер.

Согласно настоящему изобретению этих связанных со сферами ограничениями можно избежать, если использовать расширяющиеся термопластичные частицы, чтобы создавать в тонкой пленке микросферы in situ и получать в результате тонкую (хотя, более толстую) синтетическую поролоновую пленку. Эти расширяющиеся in situ термопластичные частицы обладают поведением и рабочими характеристиками, подобными пигментам и наполнителям. Средний размер термопластичных расширяющихся in situ частиц обычно на один или несколько порядков меньше, чем размер предварительно расширенных полых сфер, используемых в коммерческих синтактических пеноматериалах, изготовленных на основе тонких пленок. Например, при данном объеме, можно добавить в смолу гораздо большее число нерасширенных частиц, чем предварительно расширенных частиц. Поскольку расширение п