BR112014022720B1

BR112014022720B1 - material compósito, artigo moldado e método

Info

Publication number: BR112014022720B1
Application number: BR112014022720-9A
Authority: BR
Inventors: Ibrahim Sedat Gunes; Baris Yalcin; Stephen E. Amos; Onur Sinan Yordem; Charles T. Stone
Original assignee: 3M Innovative Properties Company
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2020-10-27
Also published as: CN104334626A; KR20140144214A; JP2015510027A; EP2825590B1; AU2013232474B2; EP2825590A4; PL2825590T3; CA2867371A1; EA201400921A1; EP2825590A1; AU2013232474A1; US20150102528A1; WO2013138158A1; JP6436900B2; ES2629958T3; MX2014010980A; EA028980B1; AR090346A1

Abstract

ARTIGOS LEVES, COMPOSIÇÕES DE COMPÓSITOS, E PROCESSOS PARA PRODUÇÃO DOS MESMOS. A presente invenção fornece um material composto que compreende microesferas vítreas ocas e uma resina termoplástica microcelular, artigos moldados a partir de tais materiais, e métodos para produzir tais materiais.

Description

Campo da tecnologia

[001]A presente descrição está relacionada a artigos leves, em particular artigos termoplásticos formatados, e processos para produção dos mesmos.

Sumário

[002]Em um primeiro aspecto, a presente descrição fornece um material compósito que compreende microesferas vítreas ocas e uma resina termoplástica microcelular.

[003]Em um segundo aspecto, a presente descrição fornece um artigo moldado que compreende microesferas vítreas ocas e uma resina termoplástica microcelular.

[004]Em outro aspecto, a presente descrição fornece um método, o método compreendendo alimentação a uma máquina de moldagem por injeção de espuma microcelular de um primeiro material pré-compósito que compreende um mistura de termoplástico e microesferas vítreas ocas. O método compreende adicionalmente injeção de um fluido supercrítico na mistura e blenda da mistura e do fluido supercrítico a alta pressão para formar uma blenda. O método compreende adicionalmente injeção da blenda em uma ferramenta de moldagem.

[005]Em modalidades em particular do método, a mistura pode compreender adicionalmente cargas particuladas selecionadas do grupo que consiste em talco, wolastonita, fibra de vidro, carbonato de cálcio, negro de fumo, pigmentos coloridos moldados, fibras de carbono, nanotubos de carbono, microesferas de cerâmica, microesferas de cerâmica ocas, microesferas de vidro, fibras cerâmicas e nanopartículas.

[006]As cargas particuladas selecionadas podem estar em sua forma pura ou as partículas podem ser tratadas na superfície quimicamente ou fisicamente.

[007]Em modalidades em particular ainda mais adicionais, o método pode compreender adicionalmente alimentar à mistura na máquina de moldagem por injeção um fluido supercrítico selecionado do grupo que consiste em CO2 e N2 e blenda da mistura e do fluido supercrítico dentro da máquina de moldagem por injeção de espuma microcelular para formar uma blenda uniforme.

[008]Em outro aspecto, a presente descrição fornece um método que compreende alimentação a uma máquina de moldagem por injeção de espuma microcelular de um primeiro material que compreende uma batelada mestre (masterbatch)de mistura pré-compósito de um termoplástico e microesferas vítreas ocas. O método compreende adicionalmente injeção de um fluido supercrítico na mistura e blenda da mistura e do fluido supercrítico a alta pressão para formar uma blenda e injeção da blenda em uma ferramenta de moldagem.

[009]Em modalidades em particular do método, a mistura pode compreender adicionalmente cargas particuladas selecionadas do grupo que consiste em talco, wolastonita, fibra de vidro, carbonato de cálcio, negro de fumo, pigmentos coloridos moldados, fibras de carbono, nanotubos de carbono, microesferas de cerâmica, microesferas de cerâmica ocas, microesferas de vidro, fibras cerâmicas e nanopartículas.

[010]Em modalidades em particular ainda mais adicionais, o método pode compreender adicionalmente alimentar à mistura na máquina de moldagem por injeção um fluido supercrítico selecionado do grupo que consiste em CO2 e N2 e blenda da mistura e do fluido supercrítico dentro da máquina de moldagem por injeção de espuma microcelular para formar uma blenda uniforme.

[011]Em outro aspecto, a presente descrição fornece um método que compreende alimentação a uma máquina de moldagem por injeção de espuma microcelular de uma blenda seca que compreende um termoplástico, microesferas ocas, óleo mineral e um segundo material que compreende CO2 ou N2 em seu estado supercrítico. Este método compreende adicionalmente mistura da blenda seca e do segundo material no interior da máquina de moldagem por injeção microcelular para formar uma blenda fundida e injeção da blenda em uma ferramenta de moldagem.

Breve descrição dos desenhos

[012]A Figura 1a é uma microscopia eletrônica de varredura (MEV) de um material de polipropileno que foi espumado com o uso do processo MuCell.

[013]A Figura 1b é uma microscopia eletrônica de varredura (MEV) de um material de polipropileno contendo im30k de microesferas vítreas ocas que foi espumado com o uso do processo MuCell.

[014]As figuras podem não estar desenhadas em escala. Números de referência similares podem ser usados em todas as figuras para denotar partes similares.

Descrição detalhada

[015]No campo de plásticos continua a existir uma necessidade de se reduzir a densidade e deste modo o peso de artigos formatados. Tal redução, entretanto, deve fornecer um bom equilíbrio entre propriedades estéticas, dimensionais e mecânicas, e tais plásticos devem ser relativamente baratos e eficientes para se produzir. Com o aumento recente nos preços de matéria prima, e regulações de transporte sob a forma de emissões de gases estufa veiculares, a busca tem se intensificado para reduzir a quantidade de polímeros, especificamente polímeros à base de petróleo, e produzir materiais leves e atrativos.

[016]Uso de gás controlado em seu estado supercrítico durante a moldagem por extrusão ou injeção de polímeros apresentou a criação de uma parte espumada e, portanto, leve, com uma quantidade menor de resinas poliméricas. O processo de espumação microcelular apresenta desafios de otimização de processo inerentes (várias iterações de molde) para produzir partes maleáveis e esteticamente satisfatórias quando redução de peso significativa (por exemplo, acima de 12% de redução de peso) deve ser alcançada.

[017]Os requerentes descobriram, e fornecem na presente descrição, que eles podem surpreendentemente usar processos de espumação microcelular em combinação com microesferas vítreas ocas para alcançar redução de peso com boas propriedades mecânicas e dimensionais. Conforme pode ser visto nos exemplos, nem todas as técnicas de espumação fornecem resultados desejados quando aplicadas a resinas termoplásticas preenchidas com microesferas vítreas ocas. Surpreendentemente, os requerentes descobriram que uma combinação específica de processos de espumação microcelular em combinação com microesferas vítreas ocas fornece de fato redução de peso aprimorada com retenção das propriedades mecânicas e dimensionais. Os requerentes descobriram adicionalmente que resinas termoplásticas microcelulares que compreendem microesferas vítreas ocas e artigos moldados feitos a partir das mesmas podem fornecer redução de peso aprimorada com retenção das propriedades mecânicas e dimensionais.

[018]Como usado aqui, e a menos que o contexto indique de outro modo, os termos a seguir podem ter os significados indicados.

[019]O termo “microcelular” refere-se a tamanhos de poro de 0,1 a 100 micrômetros, tipicamente.

[020]O termo “microesfera oca” refere-se a uma partícula redonda oca que tem uma dimensão máxima menor que um milímetro.

[021]O termo “fluido supercrítico” refere-se a qualquer substância em uma temperatura e pressão acima de seu ponto crítico, onde fases líquida e gasosa distintas não existem. Fluidos supercríticos podem ter a propriedade gasosa de ser capaz de penetrar sólidos, e a propriedade líquida de ser capaz de dissolver materiais. Fluidos úteis podem incluir, por exemplo, CO2, N2, água e argônio.

[022]O termo “polímero” refere-se a uma macromolécula que tem ao menos 10 unidades monoméricas sequenciais (ou uma substância composta por tais macromoléculas).

[023]O termo “termoplástico” refere-se a polímeros processáveis por fusão.

[024]O termo “poliolefina termoplástica (TPO)” refere-se a blendas de polímero/borracha/carga de três fases, onde algumas formulações de TPO podem omitir a borracha e/ou a carga.

[025]O termo “dimensão de injeção” refere-se a distância entre a posição do conjunto de rosca (porção do barril completo) e a posição zero da rosca de uma rosca de moldagem por injeção. A dimensão de injeção é a medição do polímero disponível para injeção para cada parte.

[026]A presente descrição é encaminhada, em um aspecto, a métodos e materiais que podem resolver os problemas anteriormente mencionados através da incorporação de microesferas vítreas ocas na espumação por gás supercrítico e no processo de formatação.

[027]Em outro aspecto, a descrição é encaminhada a processos e composições para produção de artigos leves e estáveis esteticamente e dimensionalmente. Os processos podem incluir fornecimento como materiais separados de um primeiro material que inclui uma mistura de termoplástico (por exemplo, poliolefina termoplástica) e microesferas vítreas ocas com ou sem outras cargas particuladas (por exemplo, talco, fibra de vidro, CaCO3 e etc) e um segundo material que é essencialmente um CO2 ou N2 em seu estado fluido supercrítico; aplicação de uma força de cisalhamento e alta pressão ao primeiro e segundo materiais, enquanto os materiais estão a uma temperatura elevada para blenda dos materiais para formar uma blenda fundida; injeção de um terceiro material e pressurização da blenda fundida; descarga da blenda fundida no ponto em que o fluido supercrítico se expande para sua forma gasosa na presença de microesferas vítreas ocas.

[028]Em algumas modalidades, os artigos formados com o uso dos métodos e composições mencionados apresentam tamanhos de poro criados pela expansão do fluido supercrítico na faixa de 0,1 a 200 micrômetros, de preferência entre 0,1 e 100 microns e com mais preferência entre 0,1 e 30 microns.

[029]A formatação da blenda fundida contendo o fluido supercrítico pode ser realizada com o uso de qualquer uma ou uma combinação de várias técnicas para produção de artigos formatados. Em geral, o processo é executado em máquinas de moldagem que foram modificadas para permitir a medição, aplicação e mistura do fluido supercrítico no polímero.

[030]A fim de se conferir uma estrutura microcelular às partes moldadas, o processo de espumação microcelular se baseia na nucleação de célula homogênea que ocorre quando uma solução de polímero de fase única e um fluido supercrítico passam através de uma porta de injeção e para o interior de uma cavidade de molde. A adição de fluido supercrítico ao polímero fundido pressuriza a solução, e a queda de pressão conforme a solução entra no molde permite que o fluido supercrítico crie núcleos de célula. As células então se expandem até que o material preenche o molde, as capacidades de expansão do fluido supercrítico são expandidas, ou a frente de fluxo congela.

[031]Os materiais termoplásticos de acordo com a presente descrição contêm ao menos microesferas vítreas ocas como um componente na formulação. Mais particularmente, o material termoplástico pode ser selecionado a partir de poliolefina, uma poliamida à base de termoplástico de engenharia, ou polímeros de engenharia de alta temperatura como PBT, policetonas como, mas não se limitando a PEEK e PEK, polissulfonas como, mas não se limitando a PSS, PEI, PAI, fluoropolímeros como, mas não se limitando a PVDF. Os materiais termoplásticos de acordo com a presente descrição podem, onde desejável, compreender uma combinação de resinas termoplásticas.

[032]As resinas termoplásticas usadas no primeiro material podem conter cargas particuladas além de microesferas vítreas ocas. As poliolefinas termoplásticas, por exemplo, podem se referir a blendas de polímero termoplástico-borracha-carga de três fases comumente usadas por fabricantes de resina e companhias de processamento. A fase de polímero termoplástico pode ser à base de PP (polipropileno), copolímero PP ou, em algumas ocasiões, PE (polietileno). O polímero termoplástico é tipicamente escolhido como a fase de matriz devido ao seu baixo custo, facilidade de processabilidade e ampla gama de propriedades que podem ser adaptadas pela química da resina e/ou aditivos.

[033]Borrachas comuns nestas formulações incluem butadieno, EPR (borracha de etileno propileno), EPDM (borracha de EP-dieno), EO (etileno- octeno), EB (etileno-butadieno), SEBS (estireno-etileno-butadieno-estireno). As borrachas em uma formulação de três componentes podem, em algumas modalidades, otimizar as propriedades de impacto da fase de termoplástico (por exemplo, polipropileno) que são tipicamente baixas, especificamente em temperaturas baixas.

[034]As cargas em tais formulações incluem, mas não se limitam a, talco, fibra de vidro, fibra de carbono, wolastonita, negro de fumo, pigmentos coloridos moldados, fibras de carbono, nanotubos de carbono, microesferas de cerâmica, microesferas de cerâmica ocas, microesferas de vidro, fibras cerâmicas e nanopartículas e fibras de MOS whisker (oxisulfato de magnésio disponível junto à Milliken). Também é contemplado aqui a possível inclusão nas composições e artigos aqui descritos de aditivos adequados de um tipo como um clarificador ou nucleador, lubrificantes, agentes deslizantes, estabilizantes, neutralizadores de ácido, anti-estática, estabilizantes de UV, estabilizantes térmicos, e qualquer combinação dos mesmos.

[035]Desejavelmente, conforme empregado no processo da presente invenção, o primeiro material é um masterbatchde polímero pré-compósito, que se refere a um “concentrado” contendo apenas microesferas vítreas ocas e resina termoplástica, enquanto outras cargas particuladas (por exemplo, talco, fibra de vidro, carbonato de cálcio, fibra de carbono, wolastonita, e fibras de MOS whisker (oxisulfato de magnésio), caso sejam utilizadas, são incorporadas em um segundo material, de preferência do mesmo termoplástico do primeiro material. Entretanto, a presente descrição também contempla processos, composições e artigos relacionados a materiais que são substancialmente isentos de carga além de microesferas vítreas ocas.

[036]Materiais adicionais podem ser adicionados durante o processo conforme apresentado na presente invenção. Estes materiais podem incluir essencialmente um CO2 ou N2 em seu estado fluido supercrítico. A criação da solução de fase única, na qual o fluido supercrítico é totalmente dissolvido e uniformemente disperso no polímero fundido, em algumas modalidades, ocorre dentro do cilindro de injeção sob condições de processo cuidadosamente controladas.

[037]O fluido supercrítico pode ser medido em fluxo de massa para o interior do polímero por uma quantidade de tempo fixa. Durante este período de dosagem, as condições de temperatura, pressão e cisalhamento adequadas são estabelecidas dentro do cilindro. A pressão posterior, velocidade da rosca e controle de temperatura do cilindro, bem como a geometria da rosca de mistura e do injetor de fluido supercrítico, todos cumprem uma função no estabelecimento das condições de processo que criam a solução de fase única.

[038]Um aparelho para produzir tais resinas termoplástica microcelulares pode ser, por exemplo, uma máquina de moldagem por injeção Engel habilitada para Mucell®, conforme descrito adicionalmente na seção de exemplo.

[039]O processo de moldagem microcelular aqui descrito usa ou nitrogênio ou dióxido de carbono como o agente espumante. Cada um tem suas vantagens dependendo dos objetivos de aplicação. Diferenças na eficácia dos dois agents de espumação se originam de seu comportamento no material fundido polimérico.

[040]O dióxido de carbono, que se toma um fluido supercrítico a 31,1 °C e 7,2 MPa (72,2 bar), é de 4 a 5 vezes mais solúvel em polímeros que o nitrogênio, que se toma um fluido supercrítico a -147°C e 3,4 MPa (34 bar). Por exemplo, o ponto de saturação em um polímero sem carga é de cerca de 1,5 a 2 por cento de nitrogênio, em peso, dependendo das condições de temperatura e pressão, enquanto o ponto de saturação do dióxido de carbono é mais próximo de 8 por cento, em peso.

[041]Sem se ater à teoria, a natureza plastificante do dióxido de carbono deve ajudar a preservar a integridade da microesfera oca neste processo de moldagem por injeção à alta pressão.

[042]Conforme será entendido, a qualificação dos materiais como “primeiro”, “segundo” e “terceiro” na presente descrição é por uma questão de conveniência. Exceto onde especificado, o uso destes termos não deve ser empregado para excluir outros materiais e não deve ser empregado para inferir ou sugerir qualquer sequência específica das etapas de processamento.

[043]Outros ingredientes podem ser empregados em adição ao primeiro, segundo, e terceiro materiais discutidos aqui, incluindo, mas não se limitando a uma ou mais cargas, reforços, fotoestabilizantes, corantes, retardadores de chamas, estabilizantes térmicos, nucleadores, ou similares. É contemplado que dois dentre o primeiro e o segundo materiais podem ser supridos juntos como um kit, como em um ou mais recipientes adequados. Tais kits, bem como seus materiais componentes individuais, estão, portanto, dentro do escopo da presente descrição.

[044]Os artigos de acordo com a presente descrição podem ser usados em inúmeras aplicações que necessitam de materiais poliméricos leves. Por exemplo, tais artigos podem ser usados em veículos de transporte (por exemplo, como para-choques, grades, revestimentos laterais, estribos, para-lamas, portas traseiras, em aplicações de fio e cabo, painéis de instrumento, consoles, guarnição interna, painéis de porta, carcaças de aquecedores, suportes de bateria, carcaças de faróis, extremidades frontais, rodas de ventilação, reservatórios, e lixas macias). Os artigos podem ser conformados. Os artigos também podem ser parte de um conjunto.

[045]É possível, por exemplo, que um artigo conformado produzido de acordo com os ensinamentos da presente invenção seja laminado a outra estrutura, como por solda, união adesiva, um fecho ou qualquer combinação dos mesmos. Também é possível que os artigos possam ser parte de um conjunto moldado com sobreposição ou moldado por co-injeção.

[046]Os artigos também podem ser tratados em uma operação secundária para otimizar suas propriedades. A título de exemplo, mas não se limitando a, eles podem ser revestidos, ou de outro modo, tratados superficialmente. Por exemplo, em uma modalidade, as superfícies de uma estrutura podem, opcionalmente, passar por um tratamento preliminar antes da anexação a outra estrutura. Este tratamento opcional pode incluir limpeza e desengorduramento, revestimento por plasma, tratamento por descarga corona e revestimento com outro tratamento de superfície, revestimento com um agente de ligação, ou qualquer combinação dos mesmos.

[047]Sem ater-se à teoria, acredita-se que este resultado surpreendente se deve ao efeito de nucleação de célula a gás eficiente na presença de microesferas vítreas ocas. Na presença de microesferas ocas, reduções de densidade significativas de 12%, 25% ou possivelmente ainda maiores, dependendo da densidade da resina, podem ser alcançadas devido ao efeito sinérgico das microesferas vítreas ocas e do processo de expansão de gás supercrítico aprimorado, cujo resultado não pode ser alcançado usando-se apenas as microesferas ocas ou o processo de expansão de gás supercrítico (comparar a Tabela 6, linha 2, 3 com de 3 a 8).

[048]A Figura 1a é uma imagem da microscopia eletrônica de varredura (MEV) de um polipropileno microcelular sem a adição de microesferas vítreas ocas. A Figura 1b é um polipropileno microcelular similar, mas com a adição de microesferas vítreas ocas. Conforme pode ser visto a partir da imagem da Figura 1b, as microesferas vítreas ocas são, em média, maiores que os espaços vazios presentes no polipropileno microcelular.

[049]A descrição da presente invenção pode, ainda, ser entendida como incluindo as seguintes modalidades específicas:

[050]Modalidade 1. Um material compósito compreendendo microesferas vítreas ocas e uma resina termoplástica microcelular.

[051]Modalidade 2. O material compósito da modalidade 1, em que uma resina termoplástica idêntica em composição química à resina termoplástica microcelular de acordo com a reivindicação 1, tal resina termoplástica idêntica não sendo microcelular, a resina termoplástica idêntica tem uma densidade P e o material compósito tem uma densidade que é menor que 0,88P.

[052]Modalidade 3. O material compósito da modalidade 1 ou 2, compreendendo adicionalmente fibras de vidro.

[053]Modalidade 4. O material compósito de qualquer uma das modalidades anteriores, em que a resina termoplástica microcelular é selecionada dentre polipropileno, polietileno, poliamida, e uma combinação dos mesmos.

[054]Modalidade 5. O material compósito da modalidade 4, em que o polipropileno é um polipropileno de alta dureza.

[055]Modalidade 6. O material compósito de qualquer uma das modalidades anteriores, compreendendo adicionalmente talco.

[056]Modalidade 7. Um artigo moldado compreendendo microesferas vítreas ocas e uma resina termoplástica microcelular.

[057]Modalidade 8. Um método compreendendo: alimentação a uma máquina de moldagem por injeção de espuma microcelular de um primeiro material pré-compósito que compreende uma mistura de termoplástico e microesferas vítreas ocas; injeção de um fluido supercrítico na mistura e blenda da mistura e do fluido supercrítico a alta pressão para formar uma blenda; e injeção da blenda em uma ferramenta de moldagem.

[058]Modalidade 9. O método da modalidade 8, em que a mistura compreende adicionalmente cargas particuladas selecionadas do grupo que consiste em talco, wolastonita, fibra de vidro, carbonato de cálcio, negro de fumo, pigmentos coloridos moldados.

[059]Modalidade 10. O método da modalidade 8 ou 9, compreendendo adicionalmente: alimentar à mistura na máquina de moldagem por injeção um fluido supercrítico selecionado do grupo que consiste em CO2 e N2; e fazer a blenda da mistura e do fluido supercrítico no interior da máquina de moldagem por injeção de espuma microcelular para formar uma blenda uniforme.

[060]Modalidade 11. Um método compreendendo: mistura a seco de um primeiro material que compreende um masterbatch de mistura pré-compósito de um termoplástico e microesferas vítreas ocas com um segundo material termoplástico para produzir uma primeira blenda; alimentação da blenda a uma máquina de moldagem por injeção de espuma microcelular; injeção de um fluido supercrítico na blenda a alta pressão para formar uma segunda blenda; e injeção da segunda blenda em uma ferramenta de moldagem.

[061]Modalidade 12. O método da modalidade 11, em que a mistura compreende adicionalmente cargas particuladas selecionadas do grupo que consiste em talco, wolastonita, fibra de vidro, carbonato de cálcio negro de fumo, pigmentos coloridos moldados.

[062]Modalidade 13. O método da modalidade 11 ou 12, compreendendo adicionalmente: alimentar à mistura na máquina de moldagem por injeção um fluido supercrítico selecionado do grupo que consiste em CO2 e N2; e fazer a blenda da mistura e do fluido supercrítico no interior da máquina de moldagem por injeção de espuma microcelular para formar uma blenda uniforme.

[063]Modalidade 14. Um método compreendendo: alimentação a uma máquina de moldagem por injeção de espuma microcelular de uma blenda seca que compreende um termoplástico, microesferas ocas e um fluido supercrítico selecionado do grupo que consiste em CO2 e N2; mistura da blenda seca e do segundo material no interior da máquina de moldagem por injeção microcelular para formar uma blenda fundida; e injeção da blenda em uma ferramenta de moldagem.

[064]Modalidade 15. O método da modalidade 14, compreendendo adicionalmente a adição de um agente de ligação superficial à blenda seca antes da injeção da blenda para o interior da ferramenta de moldagem.

[065]Modalidade 16. O método da modalidade 14, em que a blenda seca compreende adicionalmente um óleo mineral. Exemplos Materiais Tabela 1

Preparação de exemplo

[066]Os exemplos foram feitos em uma extrusora de rosca dupla engrenada co-giratória de 24 MM com um L/D 28:1 que tinha sete zonas de temperatura de cilindro e uma zona de matriz (PRISM TSE-24 MC, disponível junto à Thermo Electron Corporation). Os exemplos continham os materiais identificados na Tabela 2. Tabela 2

*As quantidades na Tabela 2 são dadas em porcentagem em peso

[067]No Exemplo 1, a extrusora foi equipada com um preenchedor lateral, um banho-maria e um sistema peletizador. 0 ÍM30K foi introduzido com o uso do preenchedor lateral a jusante na zona 4 das 7 zonas de aquecimento disponíveis da extrusora. A zona 1 era a região alimentada com a resina PP e foi resfriada com água. As temperaturas nas zonas de 2 a 7 foram ajustadas para 190°C, 220°C, 220°C, 220°C, 220°C e 220°C, respectivamente. A temperatura da matriz foi ajustada para 220°C. A velocidade de rotação da rosca foi ajustada para 300 rpm. Ambos o alimentador principal e o alimentador do preenchedor lateral eram alimentadores volumétricos e foram calibrados para produzir 20%, em peso, de ÍM30K em PP. O extrudado foi resfriada em um banho-maria e peletizado. A velocidade da extrusora de rosca dupla era de cerca de 2,7 kg/h (cerca de 6 lbs/h). Quando PP-MAPP foi usado, ele foi misturado a seco com a resina de PP antes do início da alimentação para o interior da extrusora.

[068]No Exemplo 2, a extrusora foi equipada com uma alimentadora de resina, um preenchedor lateral, uma alimentadora superior, um banho-maria e um sistema peletizador. A resina polimérica foi alimentada lentamente na zona 1 através de uma alimentadora de pélete volumétrica e passada através de um conjunto de blocos de amassamento para assegurar sua fusão completa antes das bolhas vítreas serem introduzidas na zona 4. GBs foram alimentadas lentamente para o interior de uma alimentadora lateral através de uma alimentadora de suprimento. Fibras de vidro foram introduzidas na zona 6. Elementos de transporte com uma canaleta de alta profundidade (DO/Di: 1,75) foram usados na zona de alimentação GB 4 bem como em zonas subsequentes. Ainda mais a jusante na zona 7, um conjunto curto de elementos distributivos foi usado. O perfil de temperatura e a velocidade da rosca eram iguais para todos os materiais. A zona 1 foi resfriada à água e as temperaturas nas zonas de 2 a 7 foram ajustadas para 195°C, 220°C, 220°C, 220°C, 220°C, 220°C e 220°C, respectivamente. A velocidade da rosca era de 300 rpm.

[069]No Exemplo 3, a extrusora foi equipada com uma alimentadora de resina, um preenchedor lateral, uma alimentadora superior, um banho-maria e um sistema peletizador. A resina polimérica (PP-TRC, conforme recebida ou a blenda seca de PP- TRC e PP-Menos Talco) foi alimentada lentamente a zona 1 através de uma alimentadora de pélete volumétrica e passada através de um conjunto de blocos de amassamento para assegurar sua fusão completa antes das bolhas vítreas serem introduzidas na zona 4. GBs foram alimentadas lentamente para o interior de uma alimentadora lateral através de uma alimentadora de suprimento. Elementos de transporte com uma canaleta de alta profundidade (DO/Di: 1,75) foram usados na zona de alimentação GB 4 bem como em zonas subsequentes. O perfil de temperatura e a velocidade da rosca eram iguais para todos os materiais. A zona 1 foi resfriada à água e as temperaturas nas zonas de 2 a 7 foram ajustadas para 240°C, 240°C, 240°C, 230°C, 230°C, 230°C e 230°C, respectivamente. A velocidade da rosca era de 250 rpm.

[070]No Exemplo 4, a extrusora foi equipada com uma alimentadora de resina, um preenchedor lateral, uma alimentadora superior, um banho-maria e um sistema peletizador. O Z-101 foi alimentado lentamente na zona 1 através de uma alimentadora de pélete volumétrica e passado através de um conjunto de blocos de amassamento para assegurar sua fusão completa antes das bolhas vítreas e fibras de vidro serem introduzidas simultaneamente em uma alimentadora lateral na zona 4 através de dois alimentadores volumétricos individuais. Elementos de transporte com uma canaleta de alta profundidade (DO/Di: 1,75) foram usados na zona 4 bem como em zonas subsequentes. O perfil de temperatura e a velocidade da rosca eram iguais para todos os materiais. A zona 1 foi resfriada à água e as temperaturas nas zonas de 2 a 7 foram ajustadas para 270°C, 275°C, 280°C, 280°C, 280°C, 280°C e 280°C, respectivamente. A velocidade da rosca era de 250 rpm.

[071]No Exemplo 5, a extrusora foi equipada com uma alimentadora de resina, um preenchedor lateral, uma alimentadora superior, um banho-maria e um sistema peletizador. O PP foi alimentado lentamente na zona 1 através de uma alimentadora de pélete volumétrica e passado através de um conjunto de blocos de amassamento para assegurar sua fusão completa antes das bolhas vítreas serem introduzidas em uma alimentadora lateral na zona 4 através de uma alimentadora volumétrica. O talco foi também alimentado através de uma alimentadora volumétrica na zona 1. Elementos de transporte com uma canaleta de alta profundidade (DO/Di: 1.75) foram usados na zona 4 bem como em zonas subsequentes. O perfil de temperatura e a velocidade da rosca eram iguais para todos os materiais. A zona 1 era a região alimentada com a resina PP e foi resfriada com água. As temperaturas nas zonas de 2 a 7 foram ajustadas para 190°C, 220°C, 220°C, 220°C, 220°C e 220°C, respectivamente. A temperatura da matriz foi ajustada para 220°C. A velocidade de rotação da rosca foi ajustada para 300 rpm.

Moldagem por injeção microcelular

[072]As amostras para teste foram moldadas em uma máquina de moldagem por injeção Engel habilitada para Mucell® com as especificações mostradas na Tabela 3, com o uso de um molde para obter amostras para teste de tração do tipo ASTM I (conforme descrito no ASTM D638-10: Método de Teste Padrão para Propriedades de Tração de Plásticos). Tabela 3

[073]Os parâmetros de moldagem por injeção mostrados na Tabela 4 foram mantidos constantes para todas as amostras em um exemplo específico, exceto a dimensão de injeção, que variou dependendo da composição conforme detalhado abaixo. A dimensão de injeção foi usada para ajustar a espumação na cavidade de molde. A dimensão de injeção foi diminuída até um ponto onde uma amostra inteira não poderia ser moldada. A % de SCF é definida como a porcentagem de peso total da parte. Ela é calculada com o uso da seguinte fórmula. % de SCF = Tempo de Dosagem do SCF x 12,6 x Fluxo do SCF / Peso da injeção em gramas Tabela 4

Métodos de teste Densidade

[074]A densidade das partes moldadas por injeção foi medida a partir do peso conhecido das partes moldadas por injeção dividido pelo volume das amostras de teste. O volume das amostras de teste foi determinado a partir do peso moldado conhecido do homopolímero de polipropileno não preenchido “Profax” 6523, disponível junto à LyondellBasell, e sua densidade conhecida (0,9 g/cc) conforme medida pelo picnômetro a gás Micromeritics AccuPyc 1330 em um recipiente de 10 cc com o uso de gás hélio como o meio de deslocamento.

[075]As propriedades mecânicas dos compósitos moldados por injeção foram medidas com o uso de métodos de teste padrão ASTM mencionados na Tabela 5 e uma versão modificada do ASTM D790. Tabela 5

*FM e FS foram medidos com o uso de uma versão modificada do teste de flexão em três pontos ASTM D-790, a modificação sendo que as amostras para teste usadas eram amostras para teste ASTM tipo 1 tipicamente usadas no ASTM D-638.

[076] A Tabela 6 mostra o efeito de microesferas vítreas ocas e fibras de vidro na densidade e nas propriedades mecânicas alcançadas em polímeros microcelulares. Tabela 6

*N/A indica que as propriedades mecânicas relatadas são para materiais em sua forma nativa, não preparados pelo processo microcelular. CO2 corresponde a dióxido de carbono N2 corresponde a nitrogênio diatômico

Claims

1. Material compósito CARACTERIZADO pelo fato de que compreende microesferas vítreas ocas e uma resina termoplástica microcelular.

2. Material compósito, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que uma resina termoplástica idêntica em composição química à resina termoplástica microcelular, conforme definida na reivindicação 1, cuja resina termoplástica idêntica não é microcelular, a resina termoplástica idêntica tem uma densidade P e o material compósito tem uma densidade que é menor que 0,88P.

3. Material compósito, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda fibras de vidro.

4. Material compósito, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a resina termoplástica microcelular é selecionada a partir de polipropileno, polietileno, poliamida, e uma combinação destes.

5. Material compósito, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda uma carga particulada selecionada do grupo que consiste em talco, wolastonita, fibra de vidro, carbonato de cálcio, negro de fumo, pigmentos coloridos moldados.

6. Artigo moldado CARACTERIZADO pelo fato de que compreende microesferas vítreas ocas e uma resina termoplástica microcelular.

7. Método CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: alimentar uma máquina de moldagem por injeção de espuma microcelular com um primeiro material pré-compósito que compreende uma mistura de um termoplástico e microesferas vítreas ocas; injetar um fluido supercrítico na mistura e fazer a blenda da mistura e do fluido supercrítico a uma alta pressão para formar uma blenda; e injetar a blenda em uma ferramenta de moldagem.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a mistura comprende ainda cargas particuladas selecionadas do grupo que consiste em talco, wolastonita, fibra de vidro, carbonato de cálcio, negro de fumo, pigmentos coloridos moldados.

9. Método, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: alimentar a mistura na máquina de moldagem por injeção com um fluido supercrítico selecionado do grupo que consiste em CO2 e N2; e fazer a blenda da mistura e do fluido supercrítico no interior da máquina de moldagem por injeção de espuma microcelular para formar uma blenda uniforme.

10. Método CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: fazer a blenda a seco de um primeiro material que compreende uma batelada mestre de mistura pré-compósito de um termoplástico e microesferas vítreas ocas com um segundo material termoplástico para produzir uma primeira blenda; alimentar a blenda a uma máquina de moldagem por injeção de espuma microcelular; injetar um fluido supercrítico na blenda a alta pressão para formar uma segunda blenda; e injetar a segunda blenda em uma ferramenta de moldagem.