由可控多孔纸材制成的蜂窝结构
发明背景
1.发明领域
本发明涉及包含具有120℃至350℃的熔点的热塑性粘合剂的改进的高性能蜂窝结构、制备该蜂窝结构的方法以及包括该蜂窝结构的制品；该蜂窝结构由纸材制成，该纸材使得蜂窝结构能够被被热固性树脂快速浸渍，同时在制造过程中延迟节线粘合剂的过度浸渍。
2.背景技术
纸基蜂窝结构通常由以下步骤形成：(1)沿着预定线(称为节线)将粘合剂树脂施加到纸片上，(2)沿着这些节线粘附若干纸片以形成堆叠件，每个片材的节线对相邻片材有偏移，(3)展开堆叠件以形成具有限定的单元壁的蜂窝结构，(4)通过将蜂窝结构浸入液体树脂来用结构型树脂浸渍蜂窝结构的单元壁，以及(5)通过加热来固化该树脂。授予Lin的美国专利5,137,768、以及授予Nomoto的美国专利5,789,059和6,544,622公开了由高模量对位芳族聚酰胺材料制成的片材所制成的蜂窝结构。这些蜂窝结构由于其高刚度、高强度重量比而在结构应用中具有很高的价值。通常这些蜂窝结构由包含对位芳族聚酰胺纤维、纸浆和/或其他纤维材料以及粘合剂的纸材来制成。
授予Wang等人的美国专利6,551,456和6,458,244以及授予Nishimura等人的日本专利特开昭61-58,193公开了由芳族聚酰胺纤维结合聚酯纤维制成的纸材。已发现，这些纸材具有非常开放或多孔的结构，从而使得热固性结构型树脂可快速浸渍。
遗憾的是，如果这些芳族聚酰胺/聚酯纸材用于蜂窝结构，则树脂的透气度也会使得节线粘合剂树脂快速渗透纸材。高度期望粘合剂在印刷或施加到纸材表面上时，基本上保留在纸材表面，而不渗透纸材进入背面。否则，纸片仅仅是粘合到一起，而无法展开成为均匀的蜂窝结构构造。该问题对于具有75微米或更小厚度的薄纸尤其重要，高性能轻量飞行器蜂窝结构非常需要此类纸材。
通常，粘合剂节线的施加或印刷是相对快的过程，而浸渍结构型树脂则是稍微较慢的过程。因此，需要的是由纸材制成的蜂窝结构，该纸材具有可以控制粘合剂树脂的浸渍速率同时保持总体上好的结构型树脂浸渍的特性。
发明简述
本发明涉及具有包含纸材的单元的蜂窝结构，该纸材包含按纸材中热塑性材料和高模量纤维的总量计5至50重量份的具有120℃至350℃的熔点的热塑性材料和50至95重量份的具有600克/旦尼尔(550克/分特)或更高模量的高模量纤维；其中按重量计热塑性材料总量的至少30％在纸材中为离散的薄膜状颗粒的形式，并且颗粒具有约0.1至5微米的薄膜厚度以及在垂直于该厚度的方向上的至少30微米的最小尺寸，薄膜状颗粒粘合纸材中的高模量纤维；并且其中纸材具有2秒或更高的Gurley透气度。
一个实施方案包括包含前述蜂窝结构的制品，此类制品包括面板或空气动力学结构。
附图简述
图1a和1b为六边形形状的蜂窝结构的图示。
图2为六边形单元形状的蜂窝结构的另一图示。
图3为具有面片材的蜂窝结构的例示。
发明详述
本发明涉及由包含高模量纤维和热塑性材料的纸材制备的蜂窝结构，其中热塑性材料至少部分地以离散的薄膜状颗粒的形式存在于纸材中。可以使用许多结构型树脂来浸渍蜂窝结构而不发生不能接受的节线粘合剂树脂的渗透。
图1a为蜂窝结构的一个例示。图1b为图1a所示蜂窝结构的正交视图，图2为该蜂窝结构的三维视图。所示为具有六边形单元2的蜂窝结构1。虽然所示为六边形单元，然而其他几何排列也是可能的，其他最普遍的可能排列为正方形和挠曲芯单元。此类单元类型在本领域中是熟知的，有关可能的几何单元类型的详细信息，参考“Honeycomb Technology”(T.Bitzer著，Chapman&Hall出版社，1997年)。
在许多实施方案中，蜂窝结构具有结构型或基质树脂，通常为可完全浸渍、浸润或涂覆蜂窝结构单元壁的热固性树脂。树脂随后进一步被交联或固化，以获得蜂窝结构的最终特性(刚度和强度)。在一些实施方案中，这些结构型树脂包括环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸类树脂、聚酰亚胺树脂、以及它们的混合物。
蜂窝结构的单元壁优选由包含高模量纤维和热塑性材料的纸材形成。在一些实施方案中，术语“纸材”采用其标准含义，是指使用常规的湿法成网造纸工艺和设备制备的非织造材料片材。然而，在一些实施方案中，纸材的定义通常包括需要粘合剂物质并且具有足以提供适当蜂窝结构构造的特性的任何非织造材料片材。
用于本发明的纸材的厚度取决于蜂窝结构的最终用途或所需特性，在一些实施方案中，纸材厚度通常为1至5密耳(25至130微米)。在一些实施方案中，纸材的基重为0.5至6盎司/平方码(15至200克/平方米)。
蜂窝结构中所用的纸材包含按纸材中热塑性材料和高模量纤维的总量计5至50重量份的具有120℃至350℃的熔点的热塑性材料和50至95重量份的具有600克/旦尼尔(550克/分特)或更高模量的高模量纤维。至少30重量份的热塑性材料以离散薄膜状颗粒的形式存在于纸材中，并且颗粒具有约0.1至5微米的薄膜厚度以及在垂直于该厚度方向上的至少30微米的最小尺寸。薄膜状颗粒用作纸材中高模量纤维的粘合剂，并且利用这些特性制成具有2秒或更高Gurley透气度的纸材。
在一些实施方案中，高模量纤维在纸材中以约60至80重量份的量存在。在一些实施方案中，热塑性材料以20至40重量份的量存在。
在一些实施方案中，热塑性薄膜状颗粒在垂直于厚度的方向上的最大尺寸为最多1.5mm。
纸材还可包含无机颗粒，代表性颗粒包括云母、蛭石等；添加这些颗粒可赋予纸材和最终蜂窝结构一些特性，例如改善的耐火性、热导率、尺寸稳定性等。
本发明中所用的纸材可由实验室用筛分仪至商业规模造纸机器的任何规模的设备制成，包括例如广泛应用的长网造纸机或斜网造纸机。典型方法涉及：制备高模量纤维材料的分散体如絮状物和/或纸浆，并且制备含水液体中的粘合剂物质，从分散体中排出液体以获得湿组合物并干燥湿纸组合物。可通过如下方式来制备分散体：分散纤维，然后添加粘合剂物质；或者分散粘合剂物质，然后添加纤维。还可通过混合纤维分散体的粘合剂物质分散体来制备最终分散体；分散体可以选择包括其他粘合剂，例如无机材料。如果粘合剂物质为纤维，可通过首先制备高模量纤维的混合物来将纤维添加到分散体，或者可单独将纤维添加至分散体中。分散体中的纤维浓度按分散体的总重量计可在0.01至1.0重量％的范围内。分散体中的粘合剂物质浓度按固体的总重量计可最多为50重量％。在典型方法中，分散体的含水液体通常为水，但是可包括各种其他物质，如pH值调节剂、成型助剂、表面活性剂、消泡剂等。含水液体通常以如下方式从分散体中排出：将分散体引导至筛网或其他有孔支撑件上，保留分散的固体，然后使液体流过，从而得到湿纸组合物。湿组合物在支撑件上形成之后，通常通过真空或其他压力进一步脱水，并且通过蒸发剩余液体进一步干燥。
在一个优选的实施方案中，可将高模量纤维材料和热塑性粘合剂例如短纤维或短纤维与粘合剂颗粒的混合物一起制浆以形成混合物，该混合物在网筛或网带上转化成纸材。对于由各种类型的纤维材料和粘合剂形成纸材的例证性方法，参考以下美国专利和美国专利申请：授予Gross的3,756,908；授予Tokarsky的4,698,267和4,729,921；授予Hesler等人的5,026,456；授予Kirayoglu等人的5,223,094；授予Kirayoglu等人的5,314,742；授予Wang等人的6,458,244和6,551,456；以及授予Samuels等人的6,929,848和2003-0082974。
纸材形成之后，优选将其热压光。这样可增加纸材的密度和强度。通常，在金属与金属、金属与复合材料、或复合材料与复合材料辊之间的辊隙中压光一层或多层纸材。作为另外一种选择，可在对于具体组合物和最终应用来讲最佳的压力、温度和时间下，在平压机中压缩一层或多层纸材。以此方式压光纸材还会减小所形成纸材的透气度，在一些优选的实施方案中，蜂窝结构所用的纸材是压光纸。如果不进行压实或除压实之外还需要增加强度或一些其他特性的改性，则可在压光或压缩之前、之后作为单独步骤或者代替压光或压缩对纸材进行热处理，例如热辐射处理。
本发明所用的纸材具有2秒或更高的Gurley透气度。在一些实施方案中，纸材具有2至约20秒的Gurley透气度，在一些优选的实施方案中，纸材具有约5至10秒的Gurley透气度。据信具有低于2秒透气度的纸材使得粘合剂和结构型树脂均不可控地浸渍纸材，而具有高于20秒透气度的纸材则是不期望的，因为据信在一些情况下低透气度将延迟结构型树脂对纸材的浸渍，使得蜂窝结构浸入/浸渍过程的速率不是很实用。
蜂窝结构包含高模量纤维；如本文所用，高模量纤维是具有600克/旦尼尔(550克/分特)或更高的拉伸模量或杨氏模量的纤维。纤维的高模量为最终蜂窝结构和相应的面板提供必要的刚度。在一个优选的实施方案中，纤维的杨氏模量为900克/旦尼尔(820克/分特)或更高。在该优选的实施方案中，纤维韧度为至少21克/旦尼尔(19克/分特)，并且其伸长率为至少2％，以便为最终蜂窝结构构造提供更高水平的机械特性。
在一个优选的实施方案中，高模量纤维为耐热纤维。所谓“耐热纤维”是指当在空气中以20℃/分钟的速率加热至500℃时，所述纤维优选保留纤维重量的90％。此类纤维通常具有阻燃性，这意味着该纤维或由该纤维制成的织物具有的极限氧指数(LOI)使得纤维或织物不支持空气中的燃烧，优选的LOI范围为约26及更高。
高模量纤维可为絮状物或纸浆或它们的混合物的形式。所谓“絮状物”是指具有2至25毫米、优选3至7毫米的长度以及3至20微米、优选5至14微米的直径的纤维。一般通过将连续的卷绕长丝切割成比长度(specific-length)的段来制备絮状物。如果絮状物的长度小于2毫米，则一般来讲太短，不形成足够强度的纸材；如果絮状物的长度大于25毫米，则非常难以形成均匀的湿法纤网。难以制备具有足够横截面均匀度和可重复生产性的直径小于5微米的絮状物，尤其是直径小于3微米的絮状物；如果絮状物的直径大于20微米，则非常难以形成轻至中等基重的均匀纸材。
本文所用术语“纸浆”是指具有杆和通常自杆延伸的原丝的高模量材料颗粒，其中杆通常为柱形并且直径为约10至50微米，原丝为通常连接到杆的细的毛发状构件，经测量其直径仅为一微米的若干分之一或几微米，长度为约10至100微米。
在一些实施方案中，可用于本发明的高模量纤维包括由对位芳族聚酰胺、聚苯并唑或聚吡啶并唑聚合物或它们的混合物制成的纤维。在一些实施方案中，可用于本发明的高模量纤维包括碳纤维。在一个优选的实施方案中，高模量纤维由芳族聚酰胺聚合物尤其是对位芳族聚酰胺聚合物制成。在尤其优选的实施方案中，高模量纤维为聚对苯二甲酰对苯二胺。
本文所用术语“芳族聚酰胺”是指聚酰胺，其中至少85％的酰胺(-CONH-)连接基直接连接到两个芳族环上。“对位芳族聚酰胺”是指两个环或基沿分子链相对于彼此对位取向。添加剂可与芳族聚酰胺一起使用。事实上已发现，按重量计最多10％的其他聚合材料可与芳族聚酰胺共混使用，或者可使用具有最多10％的其他二胺(取代了芳族聚酰胺的二胺)或最多10％的其他二甲酰氯(取代了芳族聚酰胺的二甲酰氯)的共聚物。在一些实施方案中，优选的对位芳族聚酰胺为聚对苯二甲酰对苯二胺。可用于本发明的制备对位芳族聚酰胺的方法一般公开于例如美国专利3,869,430、3,869,429和3,767,756中。此类芳香族聚酰胺纤维和这些纤维的各种形式可以商标![]()
纤维得自E.I.du Pont de Nemours and Company(Wilmington，Delaware)，以及以商标![]()
得自Teijin，Ltd.。
可用于本发明的可商购获得的聚苯并唑纤维包括得自Toyobo，Japan的![]()
PBO-AS(聚(对亚苯基-2，6-苯并双噁唑)纤维、![]()
PBO-HM(聚(对亚苯基-2，6-苯并双噁唑))纤维。可用于本发明的可商购获得的碳纤维包括得自Toho Tenax America，Inc的![]()
纤维。
蜂窝结构具有5至50重量份的熔点为120℃至350℃的热塑性材料。热塑性是指具有其传统的聚合物定义；这些材料在受热时以粘滞液体的方式流动，并在被冷却时硬化，以及在随后的屡次加热和冷却步骤中可逆地反复流动和硬化。在一些其他优选的实施方案中，热塑性材料的熔点为180℃至300℃。在一些其他优选的实施方案中，热塑性材料的熔点为220℃至250℃。当使用具有低于120℃的熔点的热塑性材料制备纸材时，该纸材在纸材制备之后容易受到有害的熔融流动、粘性和其他问题的影响。例如，在蜂窝结构制造期间，在将节线粘合剂施加到纸材之后，一般会施加热量以从粘合剂中去除溶剂。在另一步骤中，纸片被压在一起以在节线处粘附片材。在这些步骤中的任一个期间，如果纸材具有低熔点的热塑性材料，则该材料可流动并且会不可取地将纸片粘附到制造设备和/或其他片材上。因此，优选地，用于纸材的热塑性材料在纸材形成和压光期间可熔融或流动，但在蜂窝结构制造期间则不希望熔融或流动。具有350℃以上熔点的热塑性材料是不可取的，因为它们需要如此高的温度来软化，使得纸材中的其他组分在纸材制造期间可能开始降解。在存在一种以上的热塑性材料的那些实施方案中，至少30％的热塑性材料应具有不高于350℃的熔点。
热塑性材料粘合蜂窝结构所用纸材中的高模量纤维。热塑性材料可采用薄片、颗粒、沉析纤维、絮状物或它们的混合物的形式。当把这些材料加入纸材时，其可形成离散的薄膜状颗粒，该颗粒具有约0.1至5微米的膜厚度以及在垂直于该厚度方向上的至少30微米的最小尺寸。在一个优选的实施方案中，颗粒在垂直于厚度方向上的最大尺寸为最多1.5mm。蜂窝结构所用的纸材以及蜂窝结构本身具有至少30重量％以离散的薄膜状颗粒形式存在的热塑性材料。所谓“离散的”是指颗粒在高模量纤维的海洋中形成薄膜状颗粒的岛屿，并且即便存在薄膜状颗粒的一些重叠，它们不会在纸材平面内形成热塑性材料的连续薄膜。这使得用于浸渍由纸材制成的蜂窝结构单元壁的任何基质树脂可相对完全移动。这些颗粒在纸材和蜂窝结构中的存在和含量可通过光学方法来确定，例如通过检查在足够功率下适当制备和看到的纸材或蜂窝结构的样本，测量颗粒的尺寸并计算单位样本中颗粒的平均数。
本发明所用的热塑性材料包括选自聚酯、聚烯烃、聚酰胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚、以及它们的混合物的热塑性材料。
在一些优选的实施方案中，热塑性材料包括聚丙烯或聚酯聚合物和/或共聚物。在一些实施方案中，聚酯聚合物薄片和沉析纤维为优选的粘合剂；然而有意使用可形成如前所述离散的薄膜状颗粒的任何材料。如果使用粘合剂粉末，则优选的粘合剂粉末为热塑性粘合剂粉末，例如共聚酯GriltexEMS 6E粘合剂粉末。
如本文所用，术语“沉析纤维”是指小的薄膜状的基本上为二维颗粒的细分聚合物产品，其具有约100至1000微米的宽度和仅约0.1至1微米的厚度。通常通过使聚合物溶液流动至与该溶液的溶剂不混容的液体的凝固浴中来制备沉析纤维。聚合物溶液流在聚合物凝固时受到剧烈剪切力和紊流的影响。
在一些实施方案中，本发明的纸材中使用的优选热塑性聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二羧酸乙二酯(PEN)聚合物。这些聚合物可以包括多种共聚单体，包括二甘醇、环己烷二甲醇、聚(乙二醇)、戊二酸、壬二酸、癸二酸、间苯二甲酸等。除了这些共聚单体外，还可以使用支化剂，如均苯三甲酸、均苯四甲酸、三羟甲基丙烷和三羟甲基乙烷、以及季戊四醇。可以通过已知的聚合技术由对苯二甲酸或其低级烷基酯(如，对苯二甲酸二甲酯)和乙二醇或它们的共混物或混合物来获得PET。可以通过已知的聚合技术由2，6-萘二甲酸和乙二醇来获得PEN。
在其他实施方案中，使用的优选热塑性聚酯为液体结晶的聚酯。本文所谓“液体结晶的聚酯”(LCP)是指当使用TOT测试或其任何合理的变型进行测试时为各向异性的聚酯聚合物，如美国专利4,118,372所述，该专利以引用的方式并入本文。LCP的一个优选形式为“全芳族”，即聚合物主链中的所有基团均为芳族基(连接基除外，如酯基)，但可以存在不是芳族的侧基。本发明中用作热塑性材料的LCP具有最高350℃的熔点。熔点通过ASTMD3418测试法测得。熔点被认为是熔融吸热的最大值，并且在加热速率为10℃/分钟的第二次加热中测量熔点。如果存在一个以上的熔点，则认为聚合物的熔点是这些熔点中的最高熔点。用于本发明的优选LCP包括得自E.I.du Pont de Nemours and Company的相应等级的![]()
和得自TiconaCo的相应等级的![]()
LCP。
热塑性材料中可以存在其他材料，尤其是常见于热塑性组合物中的或用于热塑性组合物的那些材料。这些材料在蜂窝结构的操作环境下应优选为化学惰性的和适度热稳定的。此类材料可以包括例如一种或多种填充剂、增强剂、颜料和成核剂。还可以存在其他聚合物，从而形成聚合物共混物。在一些实施方案中，存在其他聚合物，优选地它们在组合物中小于25重量％。在另一个优选的实施方案中，热塑性材料中不存在其他聚合物，占总量很少(小于5重量％)的聚合物除外，例如用作润滑剂和加工助剂的那些。
本发明的一个实施方案是包含由纸材制备的蜂窝结构的制品，该纸材包含高模量纤维和热塑性材料，其中热塑性材料至少部分地以离散的薄膜状颗粒的形式存在于纸材中。当蜂窝结构用于制品中时，如果需要，其可起到结构组件的作用。在一些优选的实施方案中，蜂窝结构至少部分地用于空气动力学结构。在一些实施方案中，蜂窝结构用作商用客机上顶置存储箱和机翼机身整流装置之类装置上的结构组件。由于蜂窝结构的轻型结构性能，一种优选的用途是用于空气动力学结构中，其中较轻的重量可节省推动物体穿过空气所需的燃料或力。
本发明的另一个实施方案是包含由纸材制备的蜂窝结构的面板，该纸材包含高模量纤维和热塑性材料，其中热塑性材料至少部分地以离散的薄膜状颗粒的形式存在于纸材中。可将一个或多个面片材连结到蜂窝结构的面上以形成面板。面片材为结构提供完整性，并且有助于实现蜂窝结构芯的机械特性。而且，面片材可密封蜂窝结构的单元以防止材料从单元中出来，或者面片材可有助于将材料保持在单元内。图3示出了具有面片材6的蜂窝结构5，该面片材通过使用粘合剂连结到一个面上。第二面片材7连结到蜂窝结构的相对面，连结有两个相对面片材的蜂窝结构便形成面板。可根据需要将其他材料层8连结到面板的任一面上。在一些优选的实施方案中，应用到蜂窝结构的两个面上的面片材包含两层材料。在一些优选的实施方案中，面片材包括织造织物或正交的单向织物。在一些实施方案中，正交的单向织物为0/90正交。如果需要，面片材可具有装饰性表面，例如经压花或其他处理以形成悦目的外表面。包含玻璃纤维和/或碳纤维和/或其他高强度和高模量纤维的织物可用作面片材材料。
在一些实施方案中，蜂窝结构可由例如在美国专利5,137,768、5,789,059、6,544,622、3,519,510和5,514,444中描述的那些方法来制成。制备蜂窝结构的这些方法通常需要以特定宽度和节距在高模量纸材的一个表面上施加或印刷多条粘合剂线(节线)，然后再干燥粘合剂。通常粘合剂树脂可选自环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸类树脂、聚酰亚胺树脂和其他树脂，然而优选使用热固性树脂。
施加节线之后，以预定间隔切割高模量纸材以形成多个片材。将切出的片材互相堆叠，使得每个片材按所施加粘合剂的一半节距或一半间隔转移到另一个片材上。然后通过施加压力和热量，使堆叠的含高模量纤维的各个纸片沿节线彼此粘合。将粘合的片材沿垂直于片材平面的方向拉伸或展开，以形成具有单元的蜂窝结构；最终，所形成的蜂窝结构单元由中空的柱形单元的平面组合件构成，这些柱形单元被由纸片制成的单元壁隔开，所述片材沿多条粘合剂节线彼此粘合并被展开。
在一些实施方案中，随后通常在展开之后用结构型树脂浸渍蜂窝结构。通常，这可通过将展开的蜂窝结构浸渍在热固性树脂浴中来完成，然而，可使用其他树脂或方法例如喷涂来涂覆和完全浸渍和/或浸润展开的蜂窝结构。用树脂完全浸渍蜂窝结构之后，通过加热饱和的蜂窝结构使树脂交联来固化该树脂。对于许多热固性树脂，通常该温度在150℃至180℃的范围内。
可以在树脂浸渍和固化之前或之后将蜂窝结构切割成薄片。这样，可从大的蜂窝结构块得到蜂窝结构的多个薄层或片。通常沿垂直于单元边缘的平面来切割蜂窝结构，以便保留蜂窝结构的多孔性质。
蜂窝结构还可包含无机颗粒，并且根据颗粒形状、具体纸组合物和/或其他原因，在造纸过程中将这些颗粒(例如云母薄片、蛭石等)掺入纸材，或者将它们(例如二氧化硅粉末、金属氧化物等)掺入基质或结构型树脂中。
测试方法
纸材的Gurley透气度的确定方法为：根据TAPPI T460，使用1.22kPa的差压来测量大约6.4平方厘米圆形面积纸材每100毫米圆柱体位移的空气阻力，单位为秒。
使用ASTM D1907来测量纤维的纤度。使用ASTM D885来测量纤维模量、韧度和伸长率。使用由ASTM D374测得的纸材厚度和由ASTM D646测得的基重来计算纸材密度。
实施例
以下实施例说明了可以将热塑性材料的离散的薄膜状颗粒掺入最终纸结构中，这一点可通过选择适当的成型的原材料(实施例1)或按照造纸工艺中的最佳步骤将热塑性材料的原形状转变为所需的薄膜状形状(实施例2)来实现。比较实施例1和2举例说明了如果最初未将离散的薄膜状颗粒掺入纸组合物，或造纸工艺期间纸材中未形成离散的薄膜状颗粒，则Gurley透气度值将过低，并且节线粘合剂将易于渗透纸材厚度，从而难以或不能制备高质量的蜂窝结构。
实施例1
在常规湿法成网纸材形成设备上形成芳族聚酰胺/热塑性纸材，其中纸材具有的组成为52重量％的对位芳族聚酰胺絮状物、18重量％的对位芳族聚酰胺纸浆、10重量％的聚酯絮状物以及20重量％的聚酯沉析纤维，设备具有由加热缸体(罐)构成的干燥部分，并且加热缸体的温度为约150℃。因此纸材包含70重量％的高模量纤维和30重量％的热塑性材料。
对位芳族聚酰胺絮状物是由E.I.du Pont de Nemours and Companyof Wilmington，DE(DuPont)以商标![]()
49销售的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，其具有1.5旦尼尔/长丝(1.7分特/长丝)的标称长丝线密度和6.7mm的标称切割长度。该纤维具有约930克/旦尼尔(850克/分特)的拉伸模量、约24克/旦尼尔(22克/分特)的拉伸强度和约2.5％的伸长率。对位芳族聚酰胺纸浆为聚对苯二甲酰对苯二胺纸浆1F361型，其也由DuPont以![]()
商品名销售。聚酯絮状物是聚乙烯对苯二酸酯絮状物106A75，其具有2.1dpf(2.4分特)的标称长丝线密度和6mm的标称切割长度，由Invista Company(Wichita，KS)销售。聚酯沉析纤维可通过美国专利2,999,788中实例176所述的方法使用包含80％聚对苯二甲酸乙二醇酯和20％聚间苯二甲酸乙二酯的共聚物来制备。沉析纤维的平均厚度为约1微米，沉析纤维的薄膜平面内的最小尺寸为约40微米，平面内的最大尺寸为约1.3mm。
在形成之后，纸材在两根金属压光辊的辊隙中被压光，辊的工作温度为260℃，辊隙内的线性压力为1200N/cm。最终纸材具有31g/m2的基重、1.5密耳(38微米)的厚度以及5秒的实测Gurley透气度。
然后按以下方式由压光纸形成蜂窝结构。将粘合剂树脂节线施加到纸材表面，粘合剂线的宽度为1.78mm。节距，即一条线的开始处与下一条线开始处之间的直线距离，为5.33mm。粘合剂树脂为50％固体溶液，包含70重量份的由Shell Chemical Co.销售的标记为Epon 826的环氧树脂；30重量份的由Wilmington Chemical Corp.(Wilmington，DE，USA)销售的标记为Heloxy WC 8006的弹性体改性的环氧树脂；54重量份的由UnionCarbide Corp.销售的标记为UCAR BRWE 5400的双酚A-甲醛树脂固化剂；0.6重量份的作为固化催化剂的二元醇醚溶剂中的2-甲基咪唑，其标记为Dowanol PM，由The Dow Chemical Company销售；7重量份的由Miller-Stephenson Chemical Co.销售的标记为Eponol 55-B-40的聚醚树脂；以及1.5重量份的由Cabot Corp.销售的标记为Cab-O-Sil的热解二氧化硅。于130℃下在炉中将粘合剂在纸材上部分地干燥6.5分钟。未在纸材上观察到明显的粘合剂透湿。
将具有粘合剂节线的片材平行于节线切割，以形成50个小片材。切出的片材互相堆叠，使得每个片材按所施加粘合剂的一半节距或一半间隔转移到另一个片材上。转移可交替地发生在一面或另一面上，以便最终的堆叠件均匀地竖直。然后以第一温度140℃在345kPa下将片材堆叠件热压30分钟，然后在177℃温度下热压40分钟，使得粘合剂节线熔融；移除热源之后，粘合剂随即硬化，从而使片材彼此粘合。然后使用展开机架将粘合的芳族聚酰胺片材沿与堆叠方向相反的方向展开，以形成具有等边横截面的单元。每个片材在彼此间被延伸，使得片材沿粘合的节线的边缘被折叠，并且未粘合的部分沿张力方向被延伸，从而使片材彼此分离。
然后将展开的蜂窝结构放置在包含酚醛树脂PLYOPHEN 23900溶液的浸渍浴中，该酚醛树脂得自Durez Corporation。用树脂浸渍之后，从浴中拿出蜂窝结构，然后使用热空气在干燥炉中干燥蜂窝结构。以此方式将蜂窝结构从室温加热至82℃，然后将该温度保持15分钟。随后将温度升至121℃，并将该温度再保持15分钟，接着将温度升至182℃，并将该温度保持60分钟。然后，将浸渍和干燥过程再重复一次。最终的蜂窝结构的堆积密度为约40kg/m3。
比较实施例1
如实施例1中那样通过湿法成网和压光来制备纸材，不同的是30重量％的热塑性材料完全是实施例1中所述的聚酯絮状物。最终的纸材具有31g/m2的基重、1.6密耳(41微米)的厚度以及约0.3秒的Gurley透气度。该纸材的透气度使得实施例1中的节线粘合剂将浸透纸材并防止片材堆叠件展开，从而制成均匀的蜂窝结构。
实施例2
在常规湿法成网纸材形成设备上形成芳族聚酰胺/热塑性纸材，其中纸材具有的组成为50重量％的对位芳族聚酰胺絮状物和50重量％的聚对苯二甲酸乙二醇酯絮状物，设备具有由空气穿透干燥器构成的干燥部分，干燥器的工作温度为约260℃。因此，纸材包含50重量％的高模量纤维和50重量％的热塑性材料。对位芳族聚酰胺絮状物和聚酯絮状物与实施例1中的相同。形成之后，如实施例1中那样将纸材压光。
最终的纸材具有85g/m2的基重、4.0密耳(102微米)的厚度以及4秒的Gurley透气度。在干燥部分中使用高温加热来部分地软化或液化纸材中约40％的热塑性聚酯絮状物，并且压光之后，热塑性材料以离散的薄膜状颗粒的形式存在，该离散的薄膜状颗粒具有约0.5至约5微米的膜厚度以及在垂直于该厚度方向上的至少30微米的最小尺寸。
将与实施例1相同的粘合剂的节线如该实施例那样施加到纸材表面，不同的是线的施加宽度为2.67mm，节距为8.0mm。未在纸材上观察到明显的粘合剂透湿。重复实施例1的步骤以展开蜂窝结构，随后使用与实施例1中的相同的热固性树脂来浸渍蜂窝结构，然后干燥和固化树脂；然而在该实施例中，浸渍和干燥循环总计重复12次。最终的蜂窝结构的堆积密度为约130kg/m3。
比较实施例2
如实施例1中那样通过湿法成网和压光来制备纸材，不同的是干燥部分包括的空气穿透干燥器的工作温度为150℃，而不是实施例1中所述的260℃。最终的纸材具有85g/m2的基重、4.0密耳(102微米)的厚度以及1秒的Gurley透气度。检查发现，最终的纸材中只有约5％的热塑性材料为离散的薄膜状颗粒形式，该离散的薄膜状颗粒具有约0.5至约5微米的膜厚度以及在垂直于该厚度的方向上的至少30微米的最小尺寸。
将粘合剂节线施加到实施例2中的纸材表面上，然而未观察到明显的粘合剂透湿。重复实施例2中制备蜂窝结构的方法，然而由于展开片材堆叠有困难并且所得的未打开和损坏的单元数量显著，因此未能获得可用的蜂窝结构。