PROCEDIMIENTO PARA LA PREPARACIÓN DE PIEZAS COMPUESTAS REFORZADAS CON FIBRAS.

Procedimiento para la preparación de componentes compuestos reforzados con fibras,

en el que se une una lámina exterior con una capa que contiene poliuretano reforzado con fibras mediante una capa intermedia, en donde a) sobre la lámina exterior que presenta un grosor en el intervalo de 0,2 mm a 5 mm, se aplica en primer lugar una capa intermedia elástica, que presenta un grosor de 0,3 mm a 6 mm, en donde la capa intermedia elástica contiene al menos un elastómero de poliuretano, y a continuación b) sobre la cara posterior de la capa intermedia se aplica al menos una capa adicional, aplicando al menos una capa que contiene poliuretano reforzado con fibras, caracterizado porque la capa intermedia elástica presenta un módulo de elasticidad de 0,5 MPa a 50 MPa y se puede obtener el elastómero de poliuretano mediante reacción de a) di- y/o poliisocianatos orgánicos con b) al menos un polieterpoliol con un peso molecular medio numérico de 800 g/mol a 25000 g/mol y con una funcionalidad media de 2,4 a 8, y c) polioles poliméricos con contenidos de 1 a 50% en peso de cargas referido al poliol polimérico y con índices de OH de 10 a 149 y funcionalidades medias de 1,8 a 8, y d) en presencia de catalizadores de amino y e) catalizadores metálicos

La invención se refiere a un procedimiento para la preparación de piezas compuestas de plásticos reforzados con fibras con una envoltura exterior de una lámina de plástico o de metal delgado con una gran calidad de superficie óptica (también designada como superficie de clase A). Como fibras se tienen en cuenta fibras de vidrio, fibras de carbono, fibras naturales o fibras minerales. Tales piezas compuestas se pueden usar, por ejemplo, en la industria del automóvil como módulo de Dach, piezas accesorias, tapas de maletero y capó de motor u otros componentes con elevados requerimientos en calidad de superficie.

La problemática en la preparación de tales componentes compuestos con mayor calidad de superficie se encuentra en que se unen entre sí materiales con distinto comportamiento de dilatación térmica a temperaturas elevadas, de modo que se genera irremediablemente tras el enfriamiento tensiones térmicas en el componente compuesto.

Estas tensiones térmicas aparecen por un lado dentro de la capa soporte debido a las contracciones de las fibras y de la matriz polimérica que las rodea, con lo que se pueden generar dentro de una capa reforzada con fibras tras el enfriamiento texturas u ondulaciones en la superficie de la pieza soporte, que pueden apreciarse hasta en la cara exterior de la envoltura exterior (calcado). Por otro lado la unión simultánea de una capa reforzada con fibras de este tipo con una envoltura externa conduce debido a distintas contracciones a tensiones térmicas entre la envoltura exterior y la capa soporte, con lo que se puede llegar a torsiones y a desprendimientos de la envoltura exterior de la capa soporte.

Un problema adicional consiste en que se puede ver influenciada negativamente la óptica de superficie por ampollas provocadas por oclusión de aire por debajo de la envoltura exterior.

En el documento DE-A-10000767 se propone generar en la capa reforzada con fibras un núcleo de espuma con una estructura de espuma de celda abierta. De este modo se deben superar las alteraciones condicionadas por el influjo de la temperatura en la superficie. El problema se puede resolver sólo muy condicionadamente. La capa núcleo de celda abierta favorece por un lado que el gas en oclusiones de aire pueda salir de la superficie de la lámina por la estructura de celda abierta. Además con esta medida ya no se llega a una contracción en el enfriamiento de la capa de poliuretano (PUR) debido al gas ocluido en las celdas. Por otro lado distintos coeficientes de dilatación de la capa soporte y de la envoltura exterior pueden actuar negativamente. De este modo aparece el riesgo de que se den elevadas tensiones en la capa límite. Además especialmente con heterogeneidades en la capa soporte se da el riesgo de que se formen ondulaciones en la superficie que influyen negativamente en la apariencia de la superficie ya con profundidades/alturas de ondulaciones de pocos micrómetros.

Complementariamente el documento DE-A-10160374 propone usar en la capa soporte reforzada una espuma de poliuretano de celda abierta, que se compacta en forma cerrada en un factor de 5 a 20. Estos elevados grados de compactación deben mejorar la aireación de las cavidades del molde y con ello conducir a una reducción de la oclusión de aire en la superficie de la espuma. También aquí se describen los mismos problemas que anteriormente. La problemática de la distinta dilatación térmica de la capa soporte y de la envoltura exterior y de los problemas resultantes de esto, de forma particular garantizar finalmente una superficie de clase A, apenas se citan en este documento.

La problemática de las tensiones térmicas es tratada en un contexto adicional en el documento DE-A-10161155. Aquí se trata igualmente de componentes compuestos de una envoltura exterior y una capa de poliuretano reforzado con fibras, que contienen sin embargo una inserción adicional. La problemática consistía a este respecto en que los componentes insertados se vislumbran en la superficie de una envoltura exterior tras el enfriamiento. La solución de acuerdo con la invención prevé un recubrimiento de la inserción con una mezcla polimérica, encontrándose el coeficiente de dilatación térmica preferiblemente en el intervalo de +/-30 * 10-6 K-1 en comparación con los coeficientes de dilatación térmica de la capa soporte del entorno. Sin embargo con esto se reduce solamente la problemática adicional de la influencia negativa de las piezas insertadas y persiste la problemática básica debida a los distintos coeficientes de dilatación térmica de la capa soporte reforzada con fibras y de la envoltura exterior.

En el documento EP-A-1334878 se propone elegir como material para la envoltura exterior igualmente poliuretano para evitar las tensiones térmicas entre la envoltura exterior y la capa soporte. Sin embargo debido a que la capa soporte contiene fibras de vidrio tampoco estas medidas pueden resolver el problema. Una capa soporte que contiene, por ejemplo, fibras de vidrio presenta en su conjunto un comportamiento de dilatación térmica completamente distinto que una capa que no contiene fibras de vidrio, aún cuando la matriz polimérica en la capa soporte se compone del mismo material que la envoltura exterior.

Un enfoque para la solución del problema se encuentra en una capa intermedia adecuada, que se encuentre entre la capa soporte y la envoltura exterior. La incorporación de una capa intermedia en los componentes compuestos ya se conoce básicamente desde hace tiempo. Así la publicación DE-A-3712926 describe una pieza compuesta en la que sobre la envoltura exterior se aplica en primer lugar una capa de espuma de PUR, aplicándose sobre esta capa una capa de fibras y mezcla de PUR. La aplicación de una capa intermedia de este tipo se propone igualmente en las solicitudes EP-A-1338496, EP-A-1362770 y EP-A-1459881. El documento EP-A-1338496 propone como alternativas para esta capa de bloqueo espuma de celda abierta o bien una pintura blanda extremadamente diluida. Es desventajoso a este respecto que se pueda comprimir relativamente fácil una capa de espuma, con lo que se puede presionar localmente la envoltura exterior.

En el documento EP-A-1362770 se citan de forma alternativa capas de bloqueo en forma de un recubrimiento de PU (por ejemplo, de 0,5 mm de grosor) como capa de plástico termoplástica moldeada por inyección (de 0,2 a 1 mm de grosor) o bien de lámina de aluminio. A este respecto particularmente la lámina de aluminio debe contrarrestar el denominado efecto bimetálico que puede conducir a deformaciones de componentes compuestos bajo carga térmica debido a los distintos coeficientes de dilatación. Debido a que el coeficiente de dilatación del aluminio se encuentra sin embargo muy próximo al de la capa soporte y claramente por debajo del de una lámina termoplástica, este se muestra problemático. Igualmente una capa de plástico termoplástica como capa de bloqueo evita concretamente el contacto directo de las fibras con la envoltura exterior, sin embargo una reducción del citado efecto bimetálico se atribuye en todo caso igualmente a la rigidez ligeramente elevada.

Por tanto se da el problema de proporcionar una capa intermedia adecuada que cumpla de forma fiable los requerimientos establecidos, hasta ahora sin resolver. Las capas intermedias citadas se muestran inadecuadas o se describen de forma no precisa de modo que no es posible para el especialista en la técnica partiendo de las piezas conocidas del estado de la técnica proporcionar una superficie ópticamente sin coste.

Por tanto se deben describir detalladamente en primer lugar otra vez los objetivos que se establecen para una capa intermedia de este tipo:

El objetivo de esta capa intermedia consiste en absorber las tensiones resultantes del distinto comportamiento de dilatación de la envoltura exterior y de la capa soporte, de modo que por una parte se mantenga de forma duradera la resistencia mecánica del material compuesto y por otra parte se mantenga de forma duradera la elevada calidad óptica de la envoltura exterior también con solicitaciones mecánicas y térmicas variables.

La capa intermedia debe poder amortiguarse de forma fiable particularmente también las irregularidades que aparecen en la superficie de la capa soporte por las distintas contracciones de las fibras y de la matriz polimérica.

Además la capa intermedia debe poder impedir que la pieza compuesta se doble debido a la distinta contracción de la envoltura exterior frente a la capa soporte o por ejemplo levantar ondulaciones debido a la distribución siempre algo heterogénea... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la preparación de componentes compuestos reforzados con fibras, en el que se une una lámina exterior con una capa que contiene poliuretano reforzado con fibras mediante una capa intermedia, en donde

a) sobre la lámina exterior que presenta un grosor en el intervalo de 0,2 mm a 5 mm, se aplica en primer lugar una capa intermedia elástica, que presenta un grosor de 0,3 mm a 6 mm, en donde la capa intermedia elástica contiene al menos un elastómero de poliuretano, y a continuación

b) sobre la cara posterior de la capa intermedia se aplica al menos una capa adicional, aplicando al menos una capa que contiene poliuretano reforzado con fibras, caracterizado porque la capa intermedia elástica presenta un módulo de elasticidad de 0,5 MPa a 50 MPa y se puede obtener el elastómero de poliuretano mediante reacción de

a) di-y/o poliisocianatos orgánicos con

b) al menos un polieterpoliol con un peso molecular medio numérico de 800 g/mol a 25000 g/mol y con una funcionalidad media de 2,4 a 8, y

c) polioles poliméricos con contenidos de 1 a 50% en peso de cargas referido al poliol polimérico y con índices de OH de 10 a 149 y funcionalidades medias de 1,8 a 8, y

d) en presencia de catalizadores de amino y

e) catalizadores metálicos.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa intermedia presenta un módulo de compresión entre 500 MPa y 5000 MPa.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque la capa intermedia posee propiedades viscoelásticas.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se realiza la aplicación de al menos una capa adicional antes del asentamiento completo de la capa intermedia.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la capa intermedia se aplica mediante pulverización.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque la aplicación por pulverización se realiza con una distribución de masa uniforme con menos de +/-10% de desviación de la masa de la capa intermedia referido a los elementos de superficie de 5 cm2.

7. Pieza compuesta (8), que contiene una lámina exterior (1), una capa intermedia (6) y al menos una capa adicional (3), conteniendo al menos una de las capas adicionales poliuretano reforzado con fibras, en la que

1) la lámina exterior presenta un grosor en el intervalo de 0,2 mm a 5 mm, y 2) la capa intermedia elástica presenta un grosor de 0,3 mm a 6 mm, conteniendo la capa intermedia elástica al menos un elastómero de poliuretano, caracterizado porque la capa intermedia elástica presenta un módulo de elasticidad de 0,5 MPa a 50 MPa y el elastómero de poliuretano se puede obtener mediante reacción de

a) di-y/o poliisocianatos orgánicos con

b) al menos un polieterpoliol con un peso molecular medio numérico de 800 g/mol a 25000 g/mol y con una funcionalidad media de 2,4 a 8, y c) polioles poliméricos con contenidos de 1 a 50% en peso de cargas referido al poliol polimérico y con índices

de OH de 10 a 149 y funcionalidades medias de 1,8 a 8, y d) en presencia de catalizadores de amino y e) catalizadores metálicos.