Método de fabricación de modelos o herramientas resistentes a altas temperaturas y composición para los mismos.

Método de producción de un modelo o herramienta que comprende

(a) construir un conjunto de apilamiento de sustratos adheridos con varias capas intermedias de pasta adhesiva,



(b) mecanizar el conjunto de sustratos,

(c) cubrir la superficie externa del conjunto de sustratos con una capa continua de pasta curable dispensada con máquina, y

(d) tras el curado, mecanizar para dar la estructura final, según un diseño informático, en el que la composición de la pasta curable de la etapa (c) es la misma que la composición de al menos una de las capas de pasta adhesiva de la etapa (a) y en el que la pasta curable comprende:

(1) una resina epoxídica;

(2) un agente tixotrópico en una cantidad suficiente para inducir propiedades tixotrópicas; y

(3) un sistema de endurecedor que comprende (a) al menos una polietilenimina, (b) al menos otra amina que tiene al menos dos grupos hidrógeno de amino y (c) al menos otro agente de curado epoxídico que tiene reactividad latente, siendo las cantidades combinadas de (a),(b) y (c) suficientes para efectuar el curado de la resina epoxídica.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2005/055858.

Solicitante: HUNTSMAN ADVANCED MATERIALS (SWITZERLAND) GMBH.

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: KLYBECKSTRASSE 200 4057 BASEL SUIZA.

Inventor/es: CLEAVER,MATTHEW.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B29C33/38 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B29 TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS EN ESTADO PLASTICO EN GENERAL.B29C CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION O UNION DE SUSTANCIAS EN ESTADO PLASTICO EN GENERAL; POSTRATAMIENTO DE PRODUCTOS CONFORMADOS, p. ej. REPARACION (trabajo análogo a trabajo de metales con máquinas herramientas B23; trabajo con muela o pulido B24; corte B26D, B26F; fabricación de preformas B29B 11/00;  fabricación de productos estratificados combinando capas previamente no unidas para convertirse en un producto cuyas capas permanecerán unidas B32B 37/00 - B32B 41/00). › B29C 33/00 Moldes o núcleos; Detalles o accesorios para ellos. › caracterizados por la materia o el procedimiento de fabricación (B29C 33/44 tiene prioridad; fabricación de moldes o de sus elementos, a partir de metales B22, B23).
  • B29C33/56 B29C 33/00 […] › Revestimientos; Agentes de desmoldeo, de lubricación o de separación.
  • B32B15/12 B […] › B32 PRODUCTOS ESTRATIFICADOS.B32B PRODUCTOS ESTRATIFICADOS, es decir, HECHOS DE VARIAS CAPAS DE FORMA PLANA O NO PLANA, p. ej. CELULAR O EN NIDO DE ABEJA. › B32B 15/00 Productos estratificados compuestos esencialmente de metal. › de papel o cartón.
  • B32B15/20 B32B 15/00 […] › que tiene aluminio o cobre.
  • B32B27/20 B32B […] › B32B 27/00 Productos estratificados compuestos esencialmente de resina sintética. › utilizando cargas, pigmentos, agentes tixotrópicos.
  • B32B27/26 B32B 27/00 […] › utilizando endurecedores.
  • B32B27/38 B32B 27/00 […] › teniendo resinas epoxi.
  • B32B3/12 B32B […] › B32B 3/00 Productos estratificados caracterizados esencialmente por el hecho de que una de las capas tiene discontinuidades o rugosidades externas o internas, o bien que una de las capas es de forma no plana (capas continuas a base de fibras o filamentos B32B 5/02; capas de estructura esponjosa B32B 5/18 ); Productos estratificados caracterizados esencialmente por particularidades de forma (B32B 1/00 tiene prioridad). › caracterizados por una capa de alveolos dispuestos regularmente, bien formando un cuerpo único en un todo, bien estructurados individualmente o por ensamblado de bandas independientes, p. ej. estructuras en nidos de abejas.
  • B32B7/12 B32B […] › B32B 7/00 Productos estratificados caracterizados por la relación entre las capas, es decir, productos que comprenden esencialmente capas que tienen propiedades físicas diferentes o productos caracterizados por la unión entre las capas (en lo que se refiere a la orientación de los elementos característicos, ver los grupos relativos a las características en cuestión, p. ej. B32B 5/02 para la dirección de las fibras; en lo que se refiere a las sustancias B32B 9/00 - B32B 29/00). › utilizando un adhesivo.
  • C08G59/50 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C08 COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION O PRODUCCION QUIMICA; COMPOSICIONES BASADAS EN COMPUESTOS MACROMOLECULARES.C08G COMPUESTOS MACROMOLECULARES OBTENIDOS POR REACCIONES DISTINTAS A AQUELLAS EN LAS QUE INTERVIENEN SOLAMENTE ENLACES INSATURADOS CARBONO - CARBONO (procesos de fermentación o procesos que utilizan enzimas para sintetizar un compuesto dado o una composición dada o para la separación de isómeros ópticos a partir de una mezcla racémica C12P). › C08G 59/00 Policondensados que contienen varios grupos epoxi por molécula; Macromoléculas obtenidas por reacción de policondensados poliepoxi con compuestos monofuncionales de bajo peso molecular; Macromoléculas obtenidas por polimerización de compuestos que contienen más de un grupo epoxi por molécula utilizando agentes de endurecimiento o catalizadores que reaccionan con los grupos epoxi. › Aminas.

PDF original: ES-2548724_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

MÉTODO DE FABRICACIÓN DE MODELOS O HERRAMIENTAS RESISTENTES A ALTAS TEMPERATURAS Y COMPOSICIÓN PARA LOS MISMOS

Campo de la invención La presente invención se refiere a un método de fabricación de un modelo o herramienta resistente a altas temperaturas usando una pasta curable y a modelos o herramientas fabricados usando el método.

Antecedentes de la invención En diversas industrias (por ejemplo, la industria automovilística, de energía eólica y aeroespacial) , es una práctica común producir modelos maestros y herramientas grandes, dimensionalmente exactos. Los modelos los usan los ingenieros para el diseño conceptual de piezas de componentes individuales del producto final. Las herramientas se usan para la creación de piezas finales. Un modelo o prototipo se usa habitualmente una o dos veces y se diseña principalmente para obtener la forma externa de un objeto. Una herramienta o molde se diseña para proporcionar un negativo de la forma externa del objeto y para permitir la fabricación del propio objeto, preferiblemente varias veces. Se deduce que los requisitos para las herramientas son más rigurosos que para fabricar modelos. La patente estadounidense 5942182 describe un procedimiento de moldeo por transferencia de resina (RTM, resin transfer moulding) usado por ejemplo en la industria aeroespacial (comprende impregnar una preforma de fibra en un molde con una composición de resina epoxídica de un componente, estable a temperatura ambiente, que comprende una resina novolaca, un diluyente epoxídico y un agente de curado latente, normalmente un complejo de tricloruro de boro-amina, para curar a las temperaturas especificadas anteriormente) .

La solicitud de patente WO 02/20261 describe la fabricación de un modelo sin costuras que comprende aplicar una espuma sintáctica espumada mecánicamente como pasta de modelado sobre la superficie externa de una estructura, curar la pasta y mecanizarla.

Un método tradicional de fabricación de una herramienta, ilustrado como "Procedimiento tradicional" en la figura 1, implica la fabricación de un molde a partir de planchas o SMP (pasta de modelado sin costuras) , aplicar un laminado sobre la estructura de refuerzo, separándose adicionalmente el laminado del molde para producir una herramienta laminada. Este método implica varias etapas diferentes, es largo y requiere la fabricación de un modelo maestro preliminar.

El documento EP-A 662 380 describe la preparación de un molde para formar artículos de plástico reforzados con fibra que tiene una capa de superficie estanca a los fluidos. Pueden usarse resinas epoxídicas como adhesivos para unir bloques de modelos adyacentes y como resinas de impregnación para formar la capa estanca a los fluidos.

El documento US 3.861.936 da a conocer un método y aparato para producir un modelo para herramientas maestro usando resinas epoxídicas, pero no da a conocer ningún detalle sobre epóxidos adecuados o endurecedores específicos.

El documento US 3.652.486 describe una composición de resina epoxídica que comprende microbalones de vidrio y una amida de ácido carboxílico como agente de endurecimiento que es adecuada para la producción de modelos y prototipos.

Las pastas de modelado descritas en el documento US 6.060.540 contienen una resina epoxídica, un agente de curado latente, una carga y un elastómero que puede aplicarse a un sustrato como una capa gruesa y luego someterse a un tratamiento que cura la pasta de modo que forma una capa mecanizable sobre el sustrato.

El documento WO 03/051649 da a conocer una pasta de modelado curable a baja temperatura que comprende una resina epoxídica, un endurecedor que consiste en una polietilenimina y al menos una amina adicional, un agente tixotrópico y microbalones que pueden usarse para la preparación de modelos o herramientas sin costuras de bajo peso.

A partir del documento EP-A 365 479 se conocen endurecedores latentes para resinas epoxídicas en combinación con aceleradores del curado específicos. Las composiciones dadas a conocer en el presente documento se caracterizan por tiempos de curado cortos y son particularmente útiles como adhesivo para unir componentes de automóviles.

Otro método conocido para producir herramientas grandes implica un enfoque de "bloque de construcción" en el que varias planchas se pegan entre sí para producir una estructura tosca, que entonces se mecaniza para formar la forma deseada. Sin embargo, este enfoque es tanto laborioso como requiere mucho tiempo y requiere operaciones de precisión, conduciendo a alto coste, y además da como resultado un modelo que tiene líneas de unión perceptibles visualmente en la superficie, un aspecto que es estéticamente no deseable y puede incluso provocar

defectos de superficie en piezas finales.

Las patentes estadounidenses 5707477 y 5773047 describen un método para fabricar un modelo o herramienta que incluye las etapas de:

- fabricar una base con una placa superior de aluminio, -unir capas sucesivas de núcleo de panal de abejas de aluminio perforado con un adhesivo adecuado hasta que se alcanza la altura deseada, -mecanizar el apilamiento de capas de núcleo de panal de abejas de aluminio hasta la tolerancia deseada con el contorno final deseado, -aplicar una capa de resina epoxídica sintáctica a la superficie del núcleo de aluminio mecanizado (esto se logra aplicando tortas de resina epoxídica sintáctica a la superficie mecanizada, y luego formando las tortas para dar una capa continua amasando las tortas juntas y "asentándolas" en las células de núcleo con presión manual moderada) , -curar la capa de resina epoxídica, mecanizarla para dar el contorno final deseado, luego sellar la estructura con un sellador epoxídico.

Este método se ilustra como "procedimiento de Boeing" en la figura 1. Sin embargo, este enfoque es de nuevo laborioso y requiere mucho tiempo, porque implica el apilamiento y la unión del núcleo de panal de abejas y la aplicación a mano de las tortas sólidas flexibles. El método requiere el calentamiento de toda la estructura con el fin de curar las tortas aplicadas. Los modelos resultantes tienen también una densidad relativamente alta. Deben usarse varios materiales diferentes, por ejemplo adhesivos espumantes y tortas de extensión a mano. El uso de varios materiales puede provocar problemas en la coincidencia de las líneas de unión adhesiva al material de moldeo final.

El documento US 5859096 proporciona tortas hechas de un material para herramientas de resina epoxídica de un componente que proporciona una composición curada que tiene alta Tg y bajo coeficiente de expansión térmica, CTE (Coefficient of Thermal Expansion) . La composición contiene una resina epoxídica, un diluyente epoxídico, un complejo de tricloruro de boro-amina y una carga de sílice o silicato. Las tortas se unen entre sí y se enrollan para formar una capa que cubre la subestructura que entonces se cura por calor.

Por tanto, sigue habiendo una necesidad de un modelo o herramienta y un método de producción de modelos o herramientas, en el que el modelo o herramienta se caracterice por bajos costes de producción, procedimientos rápidos y una superficie más uniforme que tenga una lisura mejorada y esté libre de líneas de unión. Un corte fácil, combinado con una capacidad de corte con máquina (torno, CNC u otras formas) son atributos deseados. Además, hay una necesidad creciente de producir herramientas que puedan soportar altas temperaturas, preferiblemente mayores de 120ºC, más preferido mayores de 150ºC. Tales herramientas resistentes a la temperatura a su vez permiten la producción de laminados o materiales compuestos resistentes y curables a altas temperaturas. A su vez estos materiales compuestos están encontrando un mayor uso como objetos fuertes de peso ligero en la industria aeroespacial, automovilística, marina, de energía eólica, construcción civil (por ejemplos instalaciones de ocio, exhibiciones, modelos para películas y teatro) . Tales modelos grandes se beneficiarían de tener propiedades retardantes del fuego.

Sumario de la invención Se proporciona un método de fabricación de modelos y herramientas resistentes a altas temperaturas. Puede formarse un conjunto de sustratos con una capa adhesiva intermedia de pasta curable y la misma pasta curable puede usarse como recubrimiento final o sellador. La pasta curable puede dispensarse con máquina a partir de una mezcladora que mezcla una composición de 2 componentes. La composición puede contener una resina, una carga, un agente de tixotropía químico, un endurecedor latente y otro endurecedor. El método proporciona una fabricación fácil y económica de modelos o herramientas. Una pasta curable puede definirse como una... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Método de producción de un modelo o herramienta que comprende (a) construir un conjunto de apilamiento de sustratos adheridos con varias capas intermedias de pasta adhesiva, (b) mecanizar el conjunto de sustratos, (c) cubrir la superficie externa del conjunto de sustratos con una capa continua de pasta curable dispensada con máquina, y (d) tras el curado, mecanizar para dar la estructura final, según un diseño informático, en el que la composición de la pasta curable de la etapa (c) es la misma que la composición de al menos una de las 15 capas de pasta adhesiva de la etapa (a) y en el que la pasta curable comprende:

(1) una resina epoxídica;

(2) un agente tixotrópico en una cantidad suficiente para inducir propiedades tixotrópicas; y 20

(3) un sistema de endurecedor que comprende (a) al menos una polietilenimina, (b) al menos otra amina que tiene al menos dos grupos hidrógeno de amino y (c) al menos otro agente de curado epoxídico que tiene reactividad latente, siendo las cantidades combinadas de (a) , (b) y (c) suficientes para efectuar el curado de la resina epoxídica.

2. Método según la reivindicación 1, que comprende mezclar con máquina al menos 2 componentes separados para formar la pasta curable y adhesiva.

3. Método según cualquier reivindicación anterior, en el que la pasta curable y adhesiva es tixotrópica y tiene 30 propiedades de no derrumbamiento.

4. Método según cualquier reivindicación anterior, en el que la pasta curable y adhesiva tiene una viscosidad dinámica igual a o menor de 10.000 mPa s medida a 25ºC.

5. Método según cualquier reivindicación anterior, en el que el sistema de endurecedor (3) comprende cualquier agente de curado epoxídico de reacción lenta que se cura lentamente o nada en absoluto a temperatura ambiental normal, requiriendo calor para provocar una reacción completa y contiene dietiltoluendiamina, diciandiamida, difenildiaminosulfona, complejos de boro y/o imidazoles.

6. Método según cualquier reivindicación anterior, en el que la pasta curada tiene una temperatura de deflexión térmica por encima de 100ºC, preferiblemente por encima de 140ºC, más preferiblemente por encima de 150ºC.

7. Método según cualquier reivindicación anterior, en el que el modelo o herramienta curado final se mecaniza 45 para formar una herramienta para la producción de materiales compuestos laminados, que contienen preferiblemente retardantes del fuego no halogenados.

8. Composición curable que comprende:

(1) una resina epoxídica;

(2) un agente tixotrópico en una cantidad suficiente para inducir propiedades tixotrópicas; y

(3) un sistema de endurecedor que comprende (a) al menos una polietilenimina, (b) al menos otra amina

que tiene al menos dos grupos hidrógeno de amino, caracterizada porque el sistema de endurecedor comprende adicionalmente (c) al menos otro agente de curado epoxídico que tiene reactividad latente, siendo las cantidades combinadas de (a) , (b) y (c) suficientes para efectuar el curado de la resina epoxídica.


 

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