Procedimiento para la fabricación de productos semiacabados planos reforzados con fibras con matriz de poliamida.

Procedimiento para la fabricación de producto semiacabados planos reforzados con fibras

(3) sobre matriz de poliamida, que comprende las siguientes etapas:

(a) impregnación de estructuras textiles (15) con una mezcla que contiene lactama fundida, catalizador y dado el caso activator, done la temperatura de la lactama fundida se mantiene por debajo de la temperatura de partida a la que comienza la lactama a polimerizarse en poliamida,

(b) secado de las estructuras textiles impregnadas (25) mediante enfriamiento,

(c) confección de estructuras textiles enfriadas dando el producto semiacabado plano reforzado con fibras (3).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2012/053246.

Solicitante: BASF SE.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: 67056 LUDWIGSHAFEN ALEMANIA.

Inventor/es: SCHERZER, DIETRICH, DR., KRAMER,MANFRED, WOLLNY,ANDREAS, EHLEBEN,MAX DR, SCHAEFER,STEPHAN, RADTKE,ANDREAS, TAEGER,OLAF, HAIN,JOERG, HERMES,CHRISTOPH.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > SISTEMA DE INDEXACION ASOCIADO A LAS SUBCLASES B29B,... > B29K77/00 (Uso de poliamidas, p. ej. poliesteramidas,como material de moldeo)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Conformación de materiales compuestos, es decir,... > B29C70/08 (con combinaciones de distintos tipos de refuerzos fibrosos incorporados en una matriz, formando una o más capas, con o sin capas no reforzadas)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Conformación de materiales compuestos, es decir,... > B29C70/50 (para producir objetos de longitud indefinida, p. ej. "prepegs", preimpregnados (SMC), capas multiaxiales (XMC))
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > PREPARACION O PRETRATAMIENTO DE MATERIAS A CONFORMAR;... > Pretratamiento de la materia a trabajar no cubierto... > B29B15/12 (de agentes de refuerzo de longitud indefinida)

PDF original: ES-2542009_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento para la fabricación de productos semiacabados planos reforzados con fibras con matriz de poliamida La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de productos semiacabados planos reforzados con fibras con matriz de poliamida.

Los productos semiacabados planos reforzados con fibras se usan para la fabricación de componentes de polímeros termoplásticos reforzados, preferiblemente poliamidas, y tras el endurecimiento se designan también como plancha orgánica o productos preimpregnados termoplásticos. El conformado se realiza a este respecto mediante procedimientos de embutición en profundidad o procedimientos de prensado alternativos.

Para la fabricación de materiales compuestos reforzados con fibras se incorporan normalmente las fibras a una herramienta adecuada y a continuación se funde con los polímeros fundidos. De forma alternativa es también posible fundir las fibras con una solución monomérica, que se polimeriza en la herramienta. De forma particular en envases de fibras densos esto presenta sin embargo la desventaja de que debido a la alta viscosidad de las masas fundidas poliméricas las fibras no se humedecen por completo, lo que conduce a un debilitamiento del material. La fusión con monómeros se lleva a cabo normalmente con polímeros duroplásticos, presenta sin embargo la desventaja de que no es posible un procesamiento continuo, ya que los componentes fabricados a partir del material compuesto reforzado con fibras deben endurecerse en el molde. Tras la fusión y endurecimiento se realiza el conformado. La fabricación de productos semiacabados para procesarse posteriormente es posible solo muy difícilmente de esta forma. Se conocen productos preimpregnados basados en resinas de epóxido parcialmente endurecidas, pero estas deben ser conservadas en frío para evitar un endurecimiento indeseado durante el almacenamiento. El endurecimiento en el molde limita adicionalmente la posible conversión, lo que es desventajoso de forma particular para la fabricación de componentes en serie a gran escala.

La humectación de las fibras con un monómero para para un polímero termoplástico reforzado con fibras se conoce del documento DE-A 196 02 638. A este respecto se impregna un conformado de fibras de refuerzo, por ejemplo, un tejido o capas individuales de fibras continuas, con una masa fundida de lactama, el activador, catalizador y dado el caso otros aditivos. Tras la impregnación con la masa fundida de lactama se realiza un calentamiento a la temperatura de reacción y se polimeriza la lactama dando la poliamida correspondiente. Para evitar que la lactama fundida gotee del conformado de fibras de refuerzo es necesario que la etapa de polimerización prosiga inmediatamente a la impregnación. Esto presenta la desventaja de que con la etapa de polimerización se limita la velocidad de procesamiento. Para la fabricación de una gran cantidad de piezas es necesario proporcionar capas en las que se impregna en primer lugar el conformado de fibras de refuerzo con la masa fundida de lactama y a continuación se conforman en las piezas moldeadas. Del documento DE-A 196 02 638 se conoce además, para la fabricación de piezas conformadas a partir de elementos reforzados con fibras planos, fabricar en primer lugar los elementos reforzados con fibras planos mediante impregnación de estructuras textiles con lactama y a continuación polimerización, y a continuación los elementos reforzados con fibras polimerizados así preparados se conforman en una herramienta calentada dando la pieza conformada.

También del documento DE-A 10 2007 031 467 se conoce un procedimiento en el que se impregna para el refuerzo fibras usadas con una masa fundida de lactama y se polimeriza por completo en una etapa inmediatamente subsiguiente la lactama dando la poliamida. En el procedimiento aquí descrito se produce un granulado que está reforzado solo con fibras cortas, que se puede procesar a continuación mediante moldeo por inyección o extrusión. Con ello no es posible la preparación de planchas orgánicas que contienen como refuerzo fibras continuas.

Otro procedimiento para la preparación de materiales compuestos reforzados con fibras de poliamida 6 y copoliamidas de poliamida 6 y poliamida 12 se describe en el documento WO-A 2011/003900. También aquí se realiza la polimerización de monómeros usados inmediatamente tras la impregnación de las fibras, de modo que no es posible con el procedimiento un uso para fabricación en serie a gran escala para la fabricación de componentes de planchas orgánicas.

El documento WO 03/053661 da a conocer un procedimiento para la fabricación de productos semiacabados planos reforzados con fibras de matriz de poliamida, en el que se impregna una estructura textil con una mezcla que contiene lactama fundida, catalizador, y dado el caso activador, a una temperatura a la que la masa fundida de lactama ya no se polimeriza, se calienta en una etapa siguiente la estructura de fibras impregnada y se polimeriza y a continuación se enfría el componente reforzado con fibras polimerizado así generado y se confecciona.

Es objetivo de la presente invención proporcionar un procedimiento para la fabricación de producto semiacabados planos reforzados con fibras, que se pueda operar de forma continua y hacer posible un rendimiento suficiente para la fabricación a gran escala.

El objetivo se consigue mediante un procedimiento para la fabricación de producto semiacabados planos reforzados con fibras, que comprende las siguientes etapas:

(a) impregnación de estructuras textiles con una mezcla que contiene lactama fundida, catalizador y dado el caso al menos un activator, 2

(b) secado de estructuras textiles impregnadas mediante enfriamiento,

(c) confección de estructuras textiles enfriadas impregnadas dando un producto semiacabado plano.

Mediante la impregnación de estructuras textiles y a continuación enfriamiento por debajo del punto de fusión de la lactama es posible operar el procedimiento en continuo. Además no se requiere alimentar los productos semiacabados planos así preparados inmediatamente a una polimerización, de modo que la fabricación de los productos semiacabados y la fabricación de los componentes fabricados a partir del producto semiacabado puede realizarse de forma independiente.

La lactama fundida presenta preferiblemente una temperatura en el intervalo de 70 a 100 °C. Es importante que la temperatura de la lactama fundida se mantenga por debajo de la temperatura de endurecimiento a la que la lactama comienza a polimerizarse dando la poliamida.

Como lactama en el marco de esta invención se pueden usar laurillactama o caprolactama. La lactama preferida es caprolactama, de forma particular -caprolactama, que se polimeriza en poliamida 6.

Se puede reemplazar hasta 20 % en peso, preferiblemente de 0 a 17 % en peso, con especial preferencia de 0 a 15 % en peso de caprolactama con co-monómeros del grupo de lactama con al menos 4 átomos de C. Es especialmente preferida -laurilactama.

En una forma de realización preferida se pueden usar mezclas de -caprolactama y -laurilactama. La relación de mezcla es por lo general de 1000:1, preferiblemente 100:1, con especial preferencia 10:1, de forma particular 2:1.

La lactama fundida puede contener activadores para la poliamida 6. Se pueden preparar activadores adecuados, por ejemplo, mediante reacción de isocianatos, por ejemplo, hexametilendiisocianato (HDI) con lactamas, por ejemplo, caprolactama. Adicionalmente son adecuados como activadores isocianatos bloqueados, isoftaloilbiscaprolactama, tereftaloilbiscaprolactama, ésteres como dimetilftalato-polietilenglicol, polioles o polidienos en combinación con cloruros de ácido, carbonilbiscaprolactama, hexametilendiisocianato... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para la fabricación de producto semiacabados planos reforzados con fibras (3) sobre matriz de poliamida, que comprende las siguientes etapas:

(a) impregnación de estructuras textiles (15) con una mezcla que contiene lactama fundida, catalizador y dado el caso activator, done la temperatura de la lactama fundida se mantiene por debajo de la temperatura de partida a la que comienza la lactama a polimerizarse en poliamida,

(b) secado de las estructuras textiles impregnadas (25) mediante enfriamiento,

(c) confección de estructuras textiles enfriadas dando el producto semiacabado plano reforzado con fibras (3) .

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque las estructuras textiles (15) se aplican sobre una lámina (5) antes de la impregnación.

3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque las estructuras textiles (15) se calientan antes de la impregnación hasta una temperatura por encima de la temperatura de fusión de la lactama.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque tras la impregnación se aplica en la etapa (a) una lámina (27) sobre las estructuras textiles impregnadas.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque la lámina (5) a la que se aplica las estructuras textiles y/o la lámina (27) que se aplica a las estructuras textiles impregnadas, es una lámina de poliamida.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las estructuras textiles impregnadas

(25) se prensan.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque las estructuras textiles impregnadas (25) son pasadas a través de rodillos (31) para el prensado.

8. Procedimiento según las reivindicaciones 6 o 7, caracterizado porque las estructuras textiles impregnadas (25) se enfrían tras el prensado.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque tras la impregnación y antes del prensado se aplica respectivamente al menos una capa de fibra sobre la parte superior y la parte inferior de las estructuras textiles impregnadas (25) .

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque las estructuras textiles (15) son tejidos, tejidos de punto, géneros de malla, telas no tejidas o napas de fibras continuas.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque las estructuras textiles (15) son producidas a partir de capas individuales de fibras continuas, comprendiendo las capas individuales fibras dispuestas en paralelo, y las fibras de capas mutuamente superpuestas están dispuestas giradas entre sí.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque como material para las fibras se usa minerales inorgánicos como carbono, vidrios de silicato y vidrios no silicato de diverso tipo, boro, carburo de silicio, titanato de potasio, metales, aleaciones metálicas, óxidos de metal, nitruros de metal, carburos de metal y silicatos, o materiales orgánicos como polímeros naturales y sintéticos.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque las estructuras textiles (15) comprenden de tres a diez capas de fibras.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el producto semiacabado plano reforzado con fibras (3) se suelda tras la confección en láminas.

15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado porque las láminas en las que se suelda el producto semiacabado plano reforzado con fibras (3) , son láminas de poliamida o láminas de poliéster.

16. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque las fibras de la estructura textil se recubren en primer lugar con un activador.

17. Procedimiento para la fabricación de un componente de un producto semiacabado plano reforzado con fibras continuo, que comprende las siguientes etapas:

(i) fabricación del producto semiacabado según una de las reivindicaciones 1 a 16, 8

(ii) introducción del producto semiacabado en una herramienta, (iii) prensado del producto semiacabado para dar el componente y calentamiento de la herramienta, de modo que se polimeriza la lactama en poliamida y se forma de este modo el componente.

18. Procedimiento según la reivindicación 17, caracterizado porque se calienta la herramienta a una temperatura en el intervalo de 100 a 190 ºC.