Плоская структура, состоящая из связанного комплекта соприкасающихся ячеек в виде клеток

Плоская структура, состоящая из связанного комплекта соприкасающихся ячеек в виде клеток

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к плоской структуре, состоящей из связанного комплекта смежных ячеек в виде клеток (или ячеистой структуре) и к способу и устройству, которые являются подходящими для производства подобной структуры.

Для многих промышленных применений, таких как, например, панели для зданий или панели для внутренней облицовки наземных, водных или воздушных транспортных средств, желательно, чтобы составные панели являлись легковесными и недорогими, вместе с тем сохраняющими хорошие механические свойства, в особенности относительно их прочности при ударе и прочности на изгиб. Предпочтительно данные механические свойства не должны чрезмерно подвергаться влиянию температур от около 60 до 100°С, которые обычно достигаются рядом с силовой установкой или нагревательными устройствами или даже когда транспортное средство или невентилируемая стенка подвергаются воздействию солнечных лучей. Подобные панели, которые являются очень подходящими, представляют собой панели, которые обладают сердцевиной с ячеистой структурой.

Чтобы быть экономически рентабельными, данные панели нужно получать простыми, быстрыми способами, которые включают наименьшее количество возможных стадий и с данной точки зрения также является разумным выбор полимеров (особенно термопластичных полимеров) в качестве составляющих материалов. Это происходит, потому что благодаря их термопластичности, данные материалы можно превратить в ячеистую структуру на одной стадии или не больше чем в две стадии.

Таким образом, один способ для производства структур в виде ячеек при непрерывной экструзии предложен в заявке FR 2760999, тогда как в заявке WO 00/32382 описан способ для получения подобных структур при формовании листовых термопластов и сгибании предварительно сформованного листа.

Для достижения соответствия критериям прочности при ударе и жесткости, структуры типа ячеистых часто покрывают с обеих сторон их плоскостей внешними покрытиями, изготовленными из различных термопластов для изготовления панелей. Для изготовления подобных панелей, существует обычная практика при применении или адгезива (WO 00/32382) или применении способов термосварки (FR 2760999) или электромагнитной радиации (WO 2005/014265).

Однако в обоих случаях необходимо, чтобы полимеры, составляющие ячеистую структуру и наружные покрытия, были одинакового химического ряда или приклеивались друг к другу. Когда адгезия является недостаточной, необходимо применять в качестве вкладыша адгезивную пленку или “нетканую” пленку, которая служит в качестве крепежной поверхности между двумя рядами изделий. В настоящее время ячеистые структуры всегда состоят из отдельного полимера или отдельной полимерной композиции, которая требует применение пленок для вкладышей каждый раз, когда получают панели составной структуры. Например, в случае, когда наружные покрытия, полученные из полипропилена, усиленного стекловолокном, соединяются с ячеистыми структурами из полипропилена или ПВХ или когда наружные покрытия из ПВХ или сложного полиэфира соединяются с ячеистыми структурами из РО. В настоящее время применение пленок для вкладышей часто является дорогостоящим и требует дополнительной стадии крепления пленки к наружным покрытиям.

Задача настоящего изобретения заключается в решении данной проблемы путем создания конкретной ячеистой структуры, которая может быть подходящей для прикрепления наружных покрытий, отличающихся по природе от главного составляющего материала ячеек.

Следовательно, одним объектом настоящего изобретения является плоская структура, состоящая из связанного комплекта соприкасающихся ячеек в виде клеток, обладающих любым поперечным сечением и, по существу, параллельными стенками от одной ячейки до другой, отличающаяся тем, что стенки ячеек включают в себя, по меньшей мере, две части на основе различных полимерных композиций, причем соединение между указанными частями, по существу, является параллельным плоскости структуры.

Следует понимать, что термин “ячейки” означает открытые или закрытые ячейки, обладающие любым поперечным сечением, как правило, круглым или гексагональным поперечным сечением, по существу, с параллельными стенками от одной ячейки до другой. В случае гексагональных ячеек, например, следует понимать, что это обозначает, что части соответственных стенок являются параллельными от одной ячейки до другой.

В соответствии с изобретением данные стенки включают в себя, по меньшей мере, две части на основе различных полимерных композиций, соединение которых, по существу, является параллельным плоскости структуры. Следовательно, каждая ячейка является такой, как будто она образована, по меньшей мере, из двух различных ячеек, которые накладываются друг на друга и свариваются вместе.

Следует понимать, что термин “полимерная композиция” является композицией, включающей в себя, по меньшей мере, один полимер и необязательно одну или более добавок.

Полимер может являться любым термопластичным полимером или эластомером, или гомополимером или сополимером (особенно бинарным или тройным сополимером) и также смесью подобных полимеров. Примерами применяемых сополимеров являются статистические сополимеры, линейные блок-сополимеры, другие блок-сополимеры и привитые сополимеры.

В частности, является подходящим любой тип термопластичного полимера или сополимера, температура плавления которого является ниже температуры разложения. Также является возможным использование синтетических термопластов, проявляющих полидисперсность в молекулярной массе и обладающих температурным интервалом плавления, разброс которого составляет, по меньшей мере, свыше 10°С.

Таким образом, можно применять следующие, но в связи с этим не ограничиваясь ими: полиолефины, поливинилгалогениды (PVC-PVDF), термопластичные сложные полиэфиры, алифатические или ароматические полифенилсульфоны (PPSU), поликетоны, полиамиды (РА), поликарбонаты и их сополимеры.

В качестве возможных добавок для данных полимеров можно упомянуть пигменты, наполнители, особенно волокнистые наполнители или наполнители в виде микрочастиц, стабилизаторы, пластификаторы, антипирены, антиоксиданты, антистатические агенты, совмещающие агенты, связующие агенты, порообразователи и т.д.

В частности, применение термопласта с порообразующим (вспенивающим) агентом делает возможным получение особенно легковесного структурного элемента. Порообразователь может являться “физическим” порообразователем, то есть газом, растворенным под давлением в материале, вызывая его расширение, по мере того, как он выходит из экструдера. Примерами подобных газов являются СО₂, азот, водяной пар, фторированные углеводороды (такие, как смесь, продаваемая фирмой Solvay под торговой маркой SOLKANE^® XG87, включающая в себя 87 масс.% CF₃CH₂F и 13 масс.% CH₂CH₃), углеводороды (такие, как бутаны или пентан) или их смесь. Он может также являться таким, который называется “химическим” порообразователем, то есть веществом (или смесью веществ), растворенным или диспергированным в материале, который под воздействием температуры выделяет газ или газы, которые будут применяться для расширения. Примерами подобных веществ являются азодикарбонамиды и смеси бикарбоната натрия и лимонной кислоты. Также может быть подходящей смесь двух типов порообразователей.

К термопластичным полимерам можно добавлять частицы целлюлозы в качестве наполнителей для усиления и/или снижения стоимости структуры. Следует понимать, что термин “частицы целлюлозы”, в частности, означает опилки, древесную муку, древесные волокна, бумажные или картонные частицы, растительные волокна, такие как льняные, хлопчатобумажные или бамбуковые волокна, обрезки соломы и их смеси. Подобные частицы предпочтительно обладают в среднем от 0,1 до 3 мм в самом длинном измерении (длине). Желательно, чтобы содержание воды не превышало 15 масс.%. Для улучшения адгезии частиц целлюлозы к основному термопласту может являться полезным сделать их совместимыми, например, при добавлении небольшого количества совмещающих агентов, таких как ненасыщенные органосиланы (винилтриэтоксисилан, γ-метакрилоксипропилтриметоксисилан и т.д.), и также возможно одного или более пероксидов. Эффект подобных совмещающих агентов можно далее усилить комбинированным применением небольших количеств подходящих сшивающих агентов, например триакрилатов, тетраакрилатов или пентаакрилатов полиолов. Другой способ совместимости состоит в применении термопласта, включающего в себя один или более модифицированных полимеров, так чтобы проявлять более высокое сродство по отношению к частицам целлюлозы, такого как полиолефин с привитым малеиновым ангидридом.

Концентрация частиц целлюлозы в термопласте составляет, как правило, по меньшей мере, 15 мас. ч., предпочтительно, по меньшей мере, 50 мас. ч. (на 100 мас. ч. термопласта). Более того, концентрация, как правило, составляет не более 250 ч. и предпочтительно не более 150 ч.

Ячейки структуры в соответствии с изобретением могут включать в себя три части по отношению, по меньшей мере, к двум различным полимерным композициям, соединения которых являются, по существу, (то есть в пределах нескольких градусов и, по меньшей мере, на 75% или даже, по меньшей мере, 90% их длины) параллельными плоскости структуры. Одна структура, которая является очень подходящей, является структурой, в которой стенка каждой ячейки образуется из трех частей с центральной частью из данной композиции и двумя концевыми частями. Предпочтительно две концевые части основаны на одинаковой композиции, которая отличается от композиции центральной части. Предпочтительно концевые части являются несущественными частями по отношению к расширению (и, следовательно, представляют менее чем 50% высоты стенки) и представляют, например, менее чем 30%, предпочтительно менее чем 10% и даже более предпочтительно менее чем 1% высоты стенки.

В соответствии с одним вариантом изобретения концевые части основаны на полимерной композиции, обладающей модулем упругости при изгибе, отличающимся от модуля упругости при изгибе полимерной композиции центральной части. Так как для некоторых применений может являться целесообразным для увеличения прочности на изгиб структуры применение для двух концевых частей полимерной композиции, обладающей более высоким модулем упругости при изгибе, чем модуль упругости при изгибе полимерной композиции, применяемой для центральной части. И наоборот, в особенности для увеличения прочности при ударе и придания структуре ощущения “мягкости” может являться выгодным применять для двух концевых частей полимерную композицию, обладающую более низким модулем упругости при изгибе, чем модуль упругости при изгибе полимерной композиции, применяемой для центральной части.

Как упоминается выше, роль данных двух концевых частей может заключаться в ускорении адгезии наружных покрытий на каждой стороне структуры. Также можно доказать, что является целесообразным для некоторых применений простое желание защитить ячейки от любых ударов и загрязнений до того, как наружные покрытия соединятся. В данном случае полимер, составляющий наружные части, будет выбираться так, чтобы он был способен отсоединиться при отслаивании от центральной части (то есть при механическом отделении от нее без его повреждения) непосредственно перед тем, как кладут наружные покрытия.

Когда наружные части предназначены для использования в качестве адгезивного слоя для наружных покрытий, полимерные композиции, применяемые в данных слоях, предпочтительно включают в себя адгезивы при совместной экструзии. Будет предпочтительным выбрать сополимеры или терполимеры, продаваемые под торговой маркой LOTADER^®, полиолефины с привитым малеиновым ангидридом, продаваемые под торговой маркой PRIEX^®, или иономеры, также продаваемые под торговой маркой PRIEX^®.

Также следует отметить, что нет необходимости, чтобы ячейки структуры обладали одинаковой композицией. Таким образом, например, некоторые ячейки могут обладать, по меньшей мере, одной частью, отличающейся по природе от находящихся рядом с ней ячеек.

Настоящее изобретение также относится к способу изготовления структур в виде клеток, как описано выше, и состоящего в загрузке восходящей экструзионной головки посредством узла загрузки при совместной экструзии (такого как описанный в патенте США 4657497, содержание которого включено в качестве ссылки в настоящее описание), причем указанная восходящая экструзионная головка питает нисходящую экструзионную головку (такую как описанная в патенте FR 2760999, содержание которого также включено в качестве ссылки в настоящее описание) по меньшей мере, двумя соединенными (наложенными) полосами полимеров. Восходящая экструзионная головка распределяет термопласт в расплавленном состоянии вдоль плоского листа по всей ширине в нисходящей экструзионной головке. Последняя применяется для образования плоского листа расплава, полученного восходящей экструзионной головкой, в трехмерный профиль, предоставляющий структурный элемент.

Другими словами, настоящее изобретение относится к способу для изготовления структуры, как описано выше, причем способ включает в себя следующие стадии:

- в первую (“восходящую”) щелевую экструзионную головку подают посредством узла совместной экструзии, по меньшей мере, две различные полимерные композиции, и посредством данной экструзионной головки получают плоский лист расплава полимера, содержащий в себе две сварные полосы на основе указанных композиций; и

- данный лист преобразуют посредством второй (“нисходящей”) экструзионной головки в трехмерный профиль, который после охлаждения образует структуру.

Другой способ согласно изобретению заключается в применении в качестве нисходящей щелевой экструзионной головки “многоканальной” щелевой экструзионной головки, включающей в себя два отдельных канала, которые объединяются сразу же перед входом расплава в нисходящую экструзионную головку; подобные экструзионные головки, например, описываются в “Polymer Extrusion” Chris Rauwendaal, Hanser Publishers, pp. 455-6 (репринтное издание, 1990).

Другими словами, настоящее изобретение также относится к способу для изготовления структуры, как описано выше, причем способ включает в себя следующие стадии, на которых:

- во вторую (“нисходящую”) экструзионную головку подают посредством первой (“восходящей”) щелевой экструзионной головки два соприкасающихся плоских потока на основе двух различных расплавленных полимерных композиций; и

- данные два потока преобразуют посредством второй (“нисходящей”) экструзионной головки в трехмерный профиль, который после охлаждения образует структуру.

Окончательно настоящее изобретение также относится к устройству для осуществления способа, как описано выше.

Данное устройство отличается тем, что оно содержит две экструзионные головки:

- первая (“нисходящая”) щелевая экструзионная головка, способная производить лист, включающий в себя два соприкасающихся или сваренных плоских потоков на основе двух различных расплавленных полимерных композиций; и

- вторая (“нисходящая”) экструзионная головка, способная преобразовать данный лист в трехмерный профиль, который после охлаждения образует структуру.

Настоящее изобретение иллюстрируется неограниченным образом фиг. 1-5.

На фиг. 4 изображен экструдер диаметром 30 мм и экструдер диаметром 20 мм, которые питаются натуральным ПВХ (слой А) и черным ПВХ (слой В) соответственно, питающий узел для совместной экструзии, как описано на фиг. 2, 3 и 4 патента США 4657497. Данный узел подает В/А/В трехслойный поток материала (см. фиг.1) в восходящую экструзионную головку, которая является щелевой экструзионной головкой шириной 4 см, подходящей для течения ПВХ. Данная восходящая экструзионная головка преобразует трехслойный поток в плоскую полосу, состоящую из трех слоев В/А/В расплавов полимеров (см. фиг. 2), которые подаются в нисходящую экструзионную головку; последняя преобразует плоскую трехслойную полосу в вертикальные полосы, состоящие из трех полос материалов В/А/В (см. фиг. 3). Данные полосы свариваются вместе при входе в нисходящую экструзионную головку при помощи системы для создания дополнительного давления/вакуума между двумя соседними полосами так, чтобы предоставить ячеистую структуру, в которой полимер В находится на двух поверхностях ячеистой структуры и полимер А находится в центре вертикальных стенок (см. фиг. 5). Соотношение высот полос А и В является пропорциональным соотношению производительностей экструдеров, подающих полимер А и полимер В, регулируемых в соответствии с выбором геометрии питающего узла и различиями в вязкости полимеров А и В. На наружные покрытия можно затем нанести полимер В, на каждую сторону ячеистой структуры любым известным непрерывным или прерывистым способом, особенно посредством горячего прессования или ламинирования на ячеистую структуру посредством сварки при применении лазерного луча.

1. Плоская структура, состоящая из связанного комплекта соприкасающихся ячеек в виде клеток, имеющих любое поперечное сечение и, по существу, параллельные стенки от одной ячейки до другой, отличающаяся тем, что стенки ячеек содержат, по меньшей мере, две части на основе различных полимерных композиций, причем соединение между указанными частями, по существу, является параллельным плоскости структуры.

2. Структура по п.1, отличающаяся тем, что стенки ячеек включают в себя три части на основе, по меньшей мере, двух различных полимерных композиций, соединение которых, по существу, является параллельным плоскости структуры.

3. Структура по п.2, отличающаяся тем, что стенки ячеек включают в себя центральную часть данной композиции и две концевые части на основе той же композиции, но отличающейся от композиции центральной части.

4. Структура по п.3, отличающаяся тем, что концевые части являются незначительными частями по отношению к расширению и, следовательно, представляют менее чем 50% от стенки ячеек.

5. Структура по пп.3 или 4, отличающаяся тем, что концевые части основаны на полимерной композиции, обладающей модулем упругости при изгибе, отличающимся от модуля упругости при изгибе полимерной композиции центральной части.

6. Структура по п.3, отличающаяся тем, что концевые части выполнены с возможностью отсоединения при отслаивании от центральной части.

7. Структура по п.3, отличающаяся тем, что полимерные композиции, применяемые в концевых частях, включают в себя адгезивы при совместной экструзии.

8. Способ изготовления структуры по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что он включает в себя следующие стадии, на которых:в первую "восходящую" щелевую экструзионную головку подают посредством узла совместной экструзии, по меньшей мере, две различные полимерные композиции и посредством данной экструзионной головки производят плоский лист расплава полимера, содержащий в себе две сварные полосы на основе указанных композиций; и затемданный лист преобразуют посредством второй "нисходящей" экструзионной головки в трехмерный профиль, который после охлаждения образует структуру.

9. Способ изготовления структуры по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что он включает в себя следующие стадии, на которых:во вторую "нисходящую" экструзионную головку подают посредством первой "восходящей" щелевой экструзионной головки два соприкасающихся плоских потока на основе двух различных расплавленных полимерных композиций; иданные два потока преобразуют посредством второй "нисходящей" экструзионной головки в трехмерный профиль, который после охлаждения образует структуру.

10. Устройство для осуществления способа по п.8, отличающееся тем, что оно содержит две экструзионные головки:первая "нисходящая" щелевая экструзионная головка, выполненная с возможностью производства листа, включающего в себя два соприкасающихся или сваренных плоских потока на основе двух различных расплавленных полимерных композиций; ивторая "нисходящая" экструзионная головка, выполненная с возможностью преобразования листа в трехмерный профиль, который после охлаждения образует структуру по любому из пп.1-7.