BR112015025801B1

BR112015025801B1 - processo para produzir um artigo multicamada e molde

Info

Publication number: BR112015025801B1
Application number: BR112015025801-8A
Authority: BR
Inventors: Mohamed Esseghir; Christopher SILER; Scott Burr; Frank Flavin
Original assignee: Dow Global Technologies Llc
Priority date: 2013-05-07
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2020-07-21
Also published as: KR102193695B1; CA2910010A1; JP6714667B6; JP6714667B2; JP6470262B2; WO2014182373A1; BR112015025801A2; CN105142873B; JP2019031096A; EP2994287A1; KR20160005033A; TWI626140B; US10384380B2; US20160052183A1; TW201507843A; JP2016517812A; MX2015015470A; EP2994287B1; CA2910010C; CN105142873A

Abstract

resumo processo para produzir um artigo multicamada e molde um processo para produzir um artigo multicamada, o processo compreendendo as etapas de: (a) prover um molde compreendendo: (1) um alojamento de molde compreendendo (a) pelo menos um orifício de injeção, e (b) definindo uma cavidade dentro da qual estão posicionadas duas folhas poliméricas pré-moldadas, deformáveis; e (2) um núcleo oco, removível, equipado com pelo menos um respiro, o núcleo oco, removível, posicionado entre e espaçado à parte das duas folhas poliméricas; (b) injetar sob alta pressão um polímero termoplástico, reticulável, viscoso dentro da cavidade de molde entre as duas folhas poliméricas e ao redor do núcleo removível, (c) extrair vácuo na cavidade de molde através de tanto o respiro no alojamento de molde quanto o respiro no núcleo oco, removível, antes, durante e/ou após o polímero ter sido injetado dentro do molde; (d) formar um artigo multicamada menos que completamente curado na cavidade de molde; e (e) remover o artigo multicamada menos que completamente curado da cavidade de molde.

Description

PROCESSO PARA PRODUZIR UM ARTIGO MULTICAMADA E MOLDE

Campo técnico

[0001] Esta invenção relaciona-se com artigos elétricos. Em um aspecto a invenção relaciona-se com um método para moldar artigos elétricos enquanto em outro aspecto, a invenção relaciona-se com a moldagem de artigos elétricos usando uma cura latente, fora do molde.

Técnica anterior

[0002] Tecnologia tem sido desenvolvida para permitir a fabricação eficiente de artigos elétricos, tais como acessórios para energia, usando uma solução de moldagem termoplástica seguida por uma cura latente, fora de molde (em oposição a vulcanização standard em molde). Muitas variações de design existem, mas geralmente estes artigos compreendem três camadas, isto é, (a) uma luva semicondutiva interna referida como a gaiola de Faraday, (b) uma camada semicondutiva externa referida como a camisa, e (c) uma camada espessa entre as duas camadas semicondutivas (a) e (b) , esta camada espessa produzida de um material eletricamente isolante e referida como a camada de isolação.

[0003] A nova tecnologia permite o artigo ser moldado em um processo standard de moldagem por injeção de termoplástico, e então curado fora de molde em condições ambiente. Uma vez não curados no molde, um requisito importante durante a operação de moldagem é resfriar estes artigos espessos o suficiente para conseguir integridade geométrica antes da desmoldagem. O ciclo de moldagem é portanto controlado pela eficiência de resfriar o artigo dentro do molde e conseguir resistência não curada apropriada para desmoldagem. Para este trabalho, a operação tipicamente usa um molde resfriado, um que seja mantido abaixo da temperatura de fusão do(s) polímero(s) a partir do(s) qual(is) o artigo é feito. Isto é muito diferente de vulcanização em molde convencional na qual o material é injetado e curado em um molde a alta temperatura.

[0004] Este método de cura fora de molde apresenta desafios únicos incluindo solidificação de material em local indesejado, aprisionamento de ar, etc., o que pode resultar em defeitos do artigo. Em adição, dada a natureza tipicamente elastomérica dos materiais usados, problemas existem com relação à deformação de camada durante a injeção e estes, por sua vez, podem levar a qualidade inaceitável do artigo. Esta invenção é pertinente a um método de moldagem para resolver o problema e permitir a produção de peças sem defeitos.

Sumário da invenção

[0005] Em uma configuração a invenção é um processo para produzir um artigo multicamada, o processo compreendendo as etapas de:
(A) Prover um molde compreendendo:

(1) Um alojamento de molde compreendendo (a) pelo menos um orifício de injeção, e (b) definindo uma cavidade de molde dentro da qual são posicionadas duas folhas poliméricas pré-moldadas, deformáveis; e
(2) Um núcleo oco, removível, equipado com pelo menos um respiro, o núcleo removível posicionado entre e espaçado à parte das duas folhas poliméricas;

(B) Injetar sob alta pressão um polímero termoplástico, reticulável, viscoso, dentro da cavidade de molde entre as duas folhas poliméricas e ao redor do núcleo removível,
(C) Extrair vácuo na cavidade de molde através do respiro no núcleo oco, removível, antes, durante e/ou após o polímero ter sido injetado dentro do molde;
(D) Formar um artigo multicamada menos que completamente curado na cavidade de molde; e
(E) Remover o artigo multicamada menos que completamente curado da cavidade de molde.

[0006] Em uma configuração a invenção é um molde compreendendo:
(a) Um alojamento de molde compreendendo (a) pelo menos um orifício de injeção, e (b) definindo uma cavidade de molde dentro da qual são posicionadas duas folhas poliméricas pré-moldadas, deformáveis; e
(2) Um núcleo oco, removível, equipado com pelo menos um respiro, o núcleo oco removível posicionado entre e espaçado à parte das duas folhas poliméricas.

Descrição resumida dos desenhos

[0007] As figuras 1A, 1B e 1C são ilustrações de um molde usado na prática desta invenção em ambos os estados montado e desmontado;

[0008] A figura 2 é uma ilustração do molde da figura 1B na qual um aparelho de extração de vácuo está ligado a um núcleo removível;

[0009] A figura 3 é uma ilustração de camadas interna e externa de um artigo de 3 camadas ligado a um núcleo removível antes da injeção de uma camada intermediária de polímero;

[00010] A figura 4 é uma fotografia da união moldada em um núcleo de aço sólido como descrito no Exemplo Comparativo 1;

[00011] A figura 5 é uma fotografia de um núcleo de metal sinterizado com respiro em uma peça moldada como descrito no Exemplo Comparativo 2;

[00012] A figura 6 é uma fotografia de um design de núcleo de metal sinterizado com respiro como descrito no Exemplo Comparativo 2;

[00013] A figura 7 é uma fotografia de uma união moldada com respiros de metal sinterizado e com uma cavidade de ar aprisionado como descrito no Exemplo Comparativo 2;

[00014] A figura 8 é uma fotografia de uma união moldada com núcleo de aço sinterizado e vácuo e sem ar aprisionado como descrito no Exemplo Inventivo 1;

[00015] A figura 9 é uma fotografia de uma união produzida com um respiro de pino e vácuo como descrito no Exemplo Comparativo 2;

[00016] A figura 10 é uma fotografia de um molde de união mostrando a localização de respiros de pinos em um núcleo;

[00017] As figuras 11A e 11B são fotografias de um molde de união mostrando a localização de respiro de pino com um chato usinado;

[00018] As figuras 12A e 12B são fotografias de um molde de união com um núcleo tendo múltiplos respiros de pinos;

[00019] A figura 13 é uma fotografia de um molde de união com um núcleo tendo um design de respiro de arruela;

[00020] As figuras 14A e 14B são desenhos completos e de seção transversal, respectivamente, de um molde de união com um arranjo de arruela de respiro;

[00021] As figuras 15A, 15B e 15C são desenhos de um núcleo montado com um arranjo de arruela de respiro, e suas arruelas componentes de respiro e chata, respectivamente;

[00022] A figura 16 é uma fotografia de um núcleo equipado com respiro de aço sinterizado;

[00023] As figuras 17A e 17B são desenhos de um núcleo montado e desmontado equipado com um respiro de aço sinterizado PORCERAX, respectivamente;

[00024] A figura 18 é uma fotografia de um núcleo equipado com um respiro de aço PORCERAX de comprimento total;

[00025] As figuras 19A e 19B são desenhos de um núcleo com um respiro de aço PORCERAX de comprimento total removido e o respiro de aço PORCERAX removido, respectivamente; e

[00026] A figura 20 é uma vista transparente de um núcleo com respiro PORCERAX.

Descrição detalhada da configuração preferida Definições

[00027] A menos que registrado ao contrário, implícito a partir do contexto, ou habitual na técnica, todas as partes e porcentagens são baseadas em peso e todos os métodos de teste são correntes na data de depósito desta divulgação. Para propósitos da prática de patentes dos Estados Unidos, os conteúdos de qualquer patente, pedido de patente ou publicação referenciados são incorporados por referencia em sua totalidade (ou sua versão US equivalente é assim incorporada por referência) especialmente com relação à divulgação de definições (até a extensão não inconsistente com quaisquer definições especificamente providas nesta divulgação) e conhecimento geral na técnica.

[00028] As faixas numéricas nesta divulgação são aproximadas, e portanto podem incluir valores fora da faixa a menos que indicado ao contrário. As faixas numéricas incluem todos os valores a partir de e incluindo os valores inferior e superior, em incrementos de uma unidade, com a ressalva que exista uma separação de pelo menos duas unidades entre qualquer valor inferior e qualquer valor superior. Como um exemplo, se uma propriedade composicional, física ou outra, tal como, por exemplo, temperatura, é de 100 a 1.000, então todos os valores individuais, tais como 100, 101, 102, etc., e subfaixas, tais como 100 a 144, 155 a 170, 197 a 200, etc., estão expressamente enumerados. Para faixas contendo valores que são menores que um ou contendo números fracionários maiores que um (p.ex., 1,1, 1,5, etc.), uma unidade é considerada a ser 0,0001, 0,001, 0,01 ou 0,1, como apropriado. Para faixas contendo números de um dígito menores que dez (p.ex., 1 a 5), uma unidade é tipicamente considerada a ser 0,1. Estes são só exemplos do que é especificamente intencionado, e todas as possíveis combinações de valores numéricos entre o valor mais baixo e o valor mais alto enumerados, devem ser considerados a estarem expressamente registrados nesta divulgação. As faixas numéricas são providas dentro desta divulgação, para, entre outras coisas, a potencia da extração de vácuo na cavidade de molde e a pressão de injeção do polímero termoplástico, reticulável.

[00029] "Compreendendo", "incluindo", "tendo" e termos similares significam que a composição, processo, etc., não está limitada aos componentes, etapas, etc. divulgados, mas pelo contrário podem incluir outras etapas, componentes não divulgados, etc. Em contraste, o termo "consistindo essencialmente de" exclui do escopo qualquer composição, processo, etc. qualquer outro componente, etapa, etc. excetuando aqueles que não são essenciais para a performance, operabilidade ou similar da composição, processo, etc. O termo "consistindo de" exclui de uma composição, processo, etc., qualquer componente, etapa, etc., não divulgado especificamente. O termo "ou", a menos que registrado de outra forma, refere-se aos membros divulgados individualmente bem como em qualquer combinação.

[00030] "Cabo", "cabo de energia" e termos similares significam pelo menos um fio condutivo ou fibra ótica dentro de uma camisa ou capa protetora. Tipicamente um cabo são dois ou mais fios ou fibras óticas ligados entre si, tipicamente em uma camisa ou capa protetora. Os fios ou fibras individuais podem ser nus, cobertos ou isolados. Cabos combinados podem conter tanto fios elétricos quanto fibras óticas. O cabo, etc., pode ser projetado para aplicações de baixa, média ou alta voltagem. Designs de cabos típicos estão ilustrados na USP 5.246.783, 6.496.629 e 6.714.707.

Molde

[00031] As figuras 1A-1C mostram o alojamento de molde 10 em um estado montado e desmontado. O alojamento de molde 10 compreende uma primeira seção ou seção superior 10A e segunda seção ou seção inferior 10B. A cavidade 11 é formada pela combinação das seções de alojamento de molde 10A e 10B e ela combina com o formato externo da peça moldada. O núcleo removível 12 com os componentes pré-moldados interno e externo (p.ex., as camadas interna e externa de um artigo moldado de três camadas) montados sobre ele, é colocado dentro da cavidade de molde 11 quando o molde está em seu estado desmontado. Estas camadas componentes interna e externa são pré-moldadas em operações de moldagem separadas, e então colocadas sobre o núcleo removível. O núcleo é mentido no lugar posicionando-o na cavidade de molde com suas extremidades colocadas nos recortes combinando nas seções de molde como mostrado. O orifício de injeção 13 é tipicamente posicionado próximo ao centro do alojamento de moldagem, mas ele pode ser posicionado em qualquer outro lugar como desejado. A linha de resfriamento de largura 14 e linha de resfriamento de comprimento 15 cruzam o alojamento de molde, e fluido resfriado circula através do molde para controle da temperatura do molde. A exaustão do artigo ocorre através do núcleo removível no centro do artigo.

[00032] A figura 2 mostra o componente pré-moldado 16 sobre o núcleo removível 12 que está posicionado dentro da seção inferior de molde 10B e abaixo do aparelho de extração de vácuo 17 (que também é mostrado posicionado dentro do molde). O aparelho de extração de vácuo compreende um sistema de extração de vácuo energizado por ar comprimido (não mostrado) ligado ao núcleo removível 12. O aparelho é controlado via um pedal (não mostrado) mas ele pode ser configurado para ser atuado automaticamente mediante o fechamento do molde.

[00033] O molde desta invenção, que é usado na prática do processo desta invenção, compreende (a) pelo menos um orifício de injeção e, (b) define uma cavidade de molde. O alojamento pode ser produzido de qualquer material que possa sustentar a temperatura e pressão do processo de moldagem, e ele pode ser construído em uma peça integrada, única ou em múltiplas peças que requeiram montagem para uso. Tipicamente o alojamento de molde é uma construção multipeça que permite fácil desmoldagem do artigo moldado, e as peças do alojamento de molde são projetadas tal que quando montado o molde seja suficientemente robusto para suportar as condições do processo de moldagem. As paredes interiores do alojamento podem compreender nervuras ou similares que podem servir como reforço de parede e/ou impedimentos ao movimento das folhas elastoméricas durante a injeção do polímero. O alojamento de molde montado é mantido unido usando qualquer tecnologia conveniente, p.ex., parafusos, design de intertravamento, etc. O alojamento de molde pode ser de qualquer tamanho, formato e design.

[00034] O tamanho, forma e colocação no alojamento de moldagem do orifício de injeção pode variar de acordo com a conveniência. Tipicamente, o alojamento de molde compreende um orifício de injeção.

[00035] O molde é, claro, oco e como tal, o alojamento de molde define uma ou mais cavidades de molde, tipicamente uma cavidade. O tamanho, formato e design da cavidade também podem variar convenientemente. A espessura do alojamento de molde, isto é, a espessura das paredes que definem a cavidade de molde, é uma função de, entre outras coisas, a composição e design do alojamento de molde e das condições do processo de moldagem. Por outras que as aberturas providas pelo orifício de injeção e respiros, a cavidade de molde não está em comunicação fluida com seu ambiente ao redor.

[00036] Dentro do alojamento de molde são posicionadas duas folhas poliméricas pré-moldadas, deformáveis, cada uma espaçada da outra. Se um artigo de três camadas tiver que ser produzido, então as duas folhas tornam-se as camadas exteriores do artigo. A composição das folhas não é importante para a prática desta invenção, e variará de acordo com os requisitos do uso final derradeiro do artigo moldado.

[00037] A figura 3 mostra os componentes das camadas elastoméricas interna e externa pré-moldados montados no núcleo removível. A primeira camada pré-moldada interna 16A é montada e posicionada no centro do núcleo removível 12, e então a camada pré-moldada externa 16B é montada no núcleo 12 e cobre a camada interna 16A completamente deixando espaço 18 entre as duas camadas para ser preenchido com material de isolação. O conjunto de núcleo (núcleo 12 (tipicamente metal) mais as camadas pré-moldadas 16A e 16B montadas nele) é então colocado no alojamento de molde. O componente interno 16A é suportado pelo núcleo removível 12 e o componente externo 16B é montado no núcleo removível 12 em cada uma de suas extremidades e o componente externo 16B é rígido o suficiente parar reter seu formato sobre o núcleo removível 12. A superfície externa da camada pré-moldada externa 16B encaixa dentro e é restringida pelo alojamento de molde durante a injeção da isolação. A isolação é injetada dentro do espaço 18, isto é, o espaço entre as camadas pré-moldadas interna e externa. Em uma configuração como mostrada na figura 3, o orifício de injeção 13 está localizado no molde tal que a isolação entre no espaço 18 em aproximadamente o centro do espaço 18.

[00038] O molde também compreende um núcleo oco, removível equipado com pelo menos um respiro. O núcleo é dimensionado e conformado para encaixar dentro da cavidade de molde de uma maneira a permitir o alojamento de molde selar suficientemente e permitir a injeção do polímero termoplástico reticulável sob condições de moldagem. Tipicamente o núcleo compreende múltiplos orifícios que estão em comunicação fluida com o ambiente fora do molde.

[00039] Em uma configuração o núcleo compreende pelo menos um respiro de pino. Um respiro de pino é uma passagem no núcleo que permite comunicação fluida entre a cavidade de molde e o exterior do molde através de um oco ou vazio dentro do núcleo. O número, tamanho e colocação desses respiros podem variar, mas tipicamente o núcleo é equipado com uma pluralidade de respiros que são dimensionados para permitir um vácuo efetivo ser extraído na cavidade de molde antes, durante e/ou após o polímero termoplástico, reticulável, ter sido injetado dentro da cavidade de molde. Estes respiros de pinos são colocados no núcleo naqueles locais onde gás de outra forma ficaria aprisionado dentro da cavidade de molde. Os respiros de pinos estão ilustrados nos Exemplos Inventivos 3 e 5.

[00040] Em uma configuração o núcleo compreende pelo menos um respiro de arruela. Neste design a face de uma arruela é usinada para formar um canal através do qual gás aprisionado pode escapar durante o processo de injeção. Este respiro compreende pelo menos uma arruela usinada em contato com uma arruela chata, isto é, uma arruela que não foi usinada. As superfícies faciais destas arruelas são trazidas em contato entre si, e então são colocadas em comunicação fluida com o vazio dentro do núcleo e ultimamente o ambiente externo ao molde. Os respiros de arruelas estão ilustrados no Exemplo Inventivo 6.

[00041] Em uma configuração o núcleo compreende um respiro de metal sinterizado. Metais sinterizados são metais que passaram por um processo de sinterização, e eles são tipicamente porosos. Um exemplo representativo é PORCERAX, um metal poroso, sinterizado, com porosidade na faixa de 20 a 30% em volume. Um sistema de poros interconectados com um diâmetro médio de 7 ou 20 mícrons está disperso através de todo o metal. Este metal é útil na exaustão de gases.

[00042] Como os respiros de pinos e arruelas, os respiros de metal sinterizado podem variar de número, tamanho e colocação no núcleo. Em uma configuração o metal sinterizado é usado da mesma maneira que o respiro de arruela em termos de colocação e número. Respiros de metal sinterizado estão ilustrados nos Exemplos Inventivos 7 e 8.

Condições de moldagem

[00043] No processo desta invenção, o molde é resfriado, isto é, ele é mantido a uma temperatura menor que aquela do polímero injetado. Tipicamente, a temperatura do molde antes da injeção do polímero é menor que 250°C, mais tipicamente menor que 200°C e ainda mais tipicamente menor que 150°C, que aquela do polímero injetado. A temperatura interna do molde é tipicamente medida pelo uso de uma sonda termopar. Em uma configuração a temperatura interna do molde antes da injeção do polímero de isolação é 10°C a 20°C, ou 12°C a 18°C. O molde e núcleo podem ser resfriados ou aquecidos por quaisquer meios convenientes.

[00044] A temperatura do polímero injetado logo antes da injeção dentro do molde é tipicamente de 80°C a 200°C, mais tipicamente de 100°C a 200°C e ainda mais tipicamente de 120°C a 180°C. O polímero é tipicamente injetado dentro do molde sob alta pressão, isto é, a uma pressão de 1 MPa a 300 MPa, mais tipicamente de 20 MPa a 200 MPa e ainda mais tipicamente de 25 MPa a 150 MPa.

[00045] O vácuo extraído no molde antes de, durante e/ou após a injeção do polímero é tipicamente (pressão manométrica abaixo da pressão atmosférica), de 0 mmHg a 760 mmHg, mais tipicamente de 200 mmHg a 7 60 mmHg e ainda mais tipicamente de 500 mmHg a 760 mmHg. O vácuo pode ser extraído de qualquer maneira conveniente através de uma ou ambas as extremidades dos respiros de núcleo.

[00046] O tempo em molde do polímero injetado pode variar amplamente mas é usualmente só longo o suficiente para garantir uma resistência não curada suficiente da peça moldada tal que sua integridade seja mantida durante a desmoldagem e cura latente subsequente, isto é, cura fora do molde. O tempo típico em molde é de 1 a 10 minutos, mais tipicamente de 1 a 5 minutos.

Polímero termoplástico, reticulável

[00047] Virtualmente quaisquer polímeros termoplásticos, reticuláveis, podem ser usados na prática desta invenção. Exemplos não limitantes de polímeros adequados incluem copolímeros em blocos (p.ex., SEBS), elastômetros/plastômeros baseados em etileno (p.ex., copolímeros baseados em etileno ENGAGE® e AFFINITY), copolímeros em blocos de etileno (OBCs) (p.ex., INFUSE® 9507 ou 9100 OBC), plastômeros e elastômeros baseados em propileno (p.ex., VERSIFY® 3300 e 4200), borrachas de etileno-propileno (EPR, borrachas de etileno/propileno/monômero de dieno (EPDM), e borracha de silicone.

[00048] Outros polímeros TPE úteis na prática desta invenção incluem, por exemplo, mas não estão limitados a, uretano termoplástico (TPU), copolímeros de etileno/acetato de vinila (EVA) (p.ex., ELVAX 40L-03 (40% VA, 3MI) (DuPont)), copolímeros de etileno/acrilato de etila (EEA) (p.ex., AMPLIFY) e copolímeros de etileno ácido acrílico (EAA) (p.ex., PRIMACOR) (The Dow Chemical Company), poli(cloreto de vinila) (PVC), resinas epóxi, borracha de estireno acrilonitrila (SAN), e resina PPE modificada com Noryl® (mistura amorfa de poli(óxido de fenileno) (PPO) e poliestireno (PS) por SABIC), entre outros. Também úteis são os elastômeros olefínicos incluindo, por exemplo, polietileno de muito baixa densidade (PEMBD) (p.ex., polietileno de etileno/l-hexeno FLEXOMER®, The Dow Chemical Company), copolímeros lineares de etileno/a-olefina, homogeneamente ramificados (p.ex., TAFMER® por Mitsui Petrochemicals Company Limited e EXACT® por DEXPlastomers), e polímeros de etileno/a-olefina substancialmente lineares, homogeneamente ramificados (p.ex., plastômeros de etileno-octeno AFFINITY® (p.ex., EG8200 (PE)) e elastômeros de poliolefina ENGAGE®, The Dow Chemical Company). Copolímeros de etileno substancialmente lineares são mais completamente descritos em USP 5.272.236, 5.278.272 e 5.986.028. Interpolímeros olefínicos adicionais úteis na presente invenção incluem interpolímeros baseados em etileno heterogeneamente ramificados incluindo, mas não limitados a, polietileno de média densidade linear (PEMDL), polietileno de baixa densidade linear (PEBDL), e polietileno de ultra baixa densidade (PEUBD). Os polímeros comerciais incluem polímeros DOWLEX®, polímero ATTANE®, polímeros FLEXOMER®, HPDE 3364 e HPDE 8007 (The Dow Chemical Company), polímeros ESCORENE® e EXCEED® (Exxon Mobil Chemical). Exemplos não limitantes de TPUs adequados incluem elastômeros PELLETHANE® (Lubrizol Corp. (p.ex., TPU 2103-90A); ESTANE®, TECOFLEX®, CARBOTHANE®, TECOPHILIC® e TECOTHANE® (Noveon); ELASTOLLAN®, etc. (BASF), e TPUs comerciais disponíveis de Bayer, Huntsman, The Lubrizol Corporation e Merquinsa.

[00049] Os polímeros termoplásticos, reticuláveis, usados na prática desta invenção são usados da mesma maneira que polímeros similares em outros processos de moldagem por injeção. O polímero é reduzido a um fundido altamente viscoso, tipicamente tendo um Índice de Fluxo de Fundido (I2 medido a 190°C, 2,16 kg, ASTM D1238) variando tipicamente de 0,1 a 1.000 gramas/10 min; ou mais tipicamente de 1 a 200 gramas/10 min e ainda mais tipicamente de 3 a 50 gramas/10 min e injetado na cavidade do molde sob alta pressão através de um ou mais orifícios de injeção.

Folhas poliméricas pré-moldadas, deformáveis

[00050] Virtualmente qualquer polímero semicondutivo que possa ser pré-moldado como uma folha conformada, inserido na cavidade de molde como uma folha para servir como uma camada em um artigo multicamada, moldado, e seja deformável com contato a partir do polímero injetado sob pressão de injeção pode ser usado na prática desta invenção. Ilustrativos dos polímeros base a partir dos quais compostos semicondutivos podem ser produzidos em folhas e moldados são os polímeros termoplásticos descritos acima. As folhas podem ser formadas por qualquer processo convencional, p.ex., extrusão, moldagem de fundido, etc., e podem conter características estruturais, p.ex., nervuras, para intensificar sua resistência à deformação durante o processo de moldagem por injeção.

Artigo moldado

[00051] Em uma configuração o artigo moldado é uma peça elétrica multicamada compreendendo um núcleo de isolação espesso ensanduichado entre duas camadas semicondutivas finas. As duas camadas semicondutivas tipicamente são da mesma composição e contêm aditivos e cargas típicas para uma função de semicondutor, p.ex., um composto de carbono condutivo tal como negro de fumo, enquanto o núcleo de isolação contém aditivos e cargas típicas para uma função de isolação, p.ex., cargas não condutivas, retardantes de chama, etc. Em uma configuração o artigo moldado contém mais que três camadas.

Configurações especificas Exemplo Comparativo 1

[00052] Uniões de cabos são produzidas em um molde fechado. As camadas semicondutivas são moldadas fora da linha usando o mesmo Composto 1 semicondutivo como relatado na Tabela de Composições e então montadas em um núcleo para produzir a camada de isolação. A composição das camadas de isolação também está relatada na Tabela de Composições abaixo. O polímero de isolação é injetado a uma temperatura de fundido de 130°C. Quando o material de isolação é moldado sobre um núcleo de aço sólido, ar aprisionado no molde criou um grande vazio próximo à extremidade do componente semicondutivo interno como mostrado na figura 4. Pequenos canais são moldados nas extremidades da camisa (como visto em peças comercialmente disponíveis) para prover uma trajetória para o ar aprisionado escapar da cavidade mas não são suficientes para remover todo o ar aprisionado. A avaliação por microscopia mostra que ar aprisionado também é forçado para dentro da superfície do material de isolação e forma uma estrutura espumosa. Estas bolhas de ar podem fazer o material se tornar descolorido, e seria comercialmente inaceitável.

ENGAGE 8200 é um elastômero de etileno/l-octeno tendo uma densidade de 0,870 g/cm3 (ASTM D792), um I2 de 5 dg/min (ASTM D 1238, 190°C/2,16 kg), e está disponível a partir de The Dow Chemical Company.
ENGAGE 7467 é um elastômero de etileno/l-buteno tendo uma densidade de 0,862 g/cm3 (ASTM D 792), um I2 de 1,2 dg/min (ASTM D 1238, 190°C/2,16 kg), e está disponível a partir de The Dow Chemical Company.
NORDEL EPDM IP 3430 é uma borracha de hidrocarboneto de terpolímero de etileno-propileno-dieno tendo uma densidade de 0,860 g/cm3, teor de etileno de 42% em peso, teor de etilidendonorborneno (ENB) de 0,8% em peso e uma viscosidade Mooney de 27 de The Dow Chemical Company.
NORDEL EPDM IP 3722 é uma borracha de hidrocarboneto de terpolimero de etileno-propileno-dieno semicristalina tendo uma densidade de 0,87 0 g/cm3, teor de etileno de 7 0,5% em peso, teor de ENB de 0,5% em peso e uma viscosidade Mooney de 20 de The Dow Chemical Company.
GP 130-25 é uma borracha de silicone de Dow Corning Corporation.
VULCAN XC-500 é um negro de fumo condutivo de Cabot Corp.
TRANSLINK 37 é um alumino-silicato calcinado e tratado superficialmente disponível de BASF.
PDMS Q-3563 é polidimetilsiloxano.
VTMS é vinil trimetóxi silano.
VTES é trietóxi silano.
L-101 é 2,5-bis(ter-butilperóxi)-2,5-dimetilhexano de Arkema Corp.
PERKADOX 14S FL é di(ter-builperoxiisopropil)benzeno, flocos de peróxido de Akzo Nobel Corp.
PERKADOX BC FF é peróxido de dicumila, sólido, também de Akzo Nobel Corp.
ELEVAST R-150 é um modificador de polímero líquido disponível de ExxonMobil Chemical Company.
SUNPAR oil é um óleo parafínico.

Exemplo Comparativo 2

[00053] Os componentes semicondutivos interno e externo são pré-moldados usando composto semicondutivo 2 e são montados no núcleo de aço para moldagem da isolação. O núcleo com os componentes semicondutivos é inserido na cavidade de molde, e a cavidade é fechada. Como o material de isolação encheu esta cavidade, não existe lugar para o ar escapar. Portanto, um núcleo com respiro como mostrado nas figuras 4 e 5 é projetado para permitir o ar aprisionado escapar pelo centro do núcleo onde a isolação contatou o núcleo. O núcleo com respiro é produzido de múltiplas seções. As seções de aço sinterizado (PORCERAX® de 7 microns (μm) e 20 μm) estão em contato com o material de isolação e permitiram ar passar pelo centro do núcleo. As outras seções do núcleo são produzidas de aço sólido. Usar os núcleos com respiro cria um defeito que parece diferente do defeito criado com o núcleo de aço sólido. O ar aprisionado cria uma cavidade que fica parcialmente selada na superfície do núcleo como mostrado na figura 7. Portanto, o problema de ar aprisionado não está resolvido. Este defeito também não seria comercialmente aceitável.

Exemplo Inventivo 1

[00054] Este exemplo ilustra a solução inventiva para resolver o defeito de moldagem. As camadas semicondutivas são pré-moldadas usando o composto semicondutivo 2. Os métodos desenvolvidos consistem de combinar um design de núcleo com respiro como mostrado na figura 6 com aplicação de vácuo. Após o fechamento do molde, vácuo é aplicado à cavidade de isolação durante a etapa de enchimento. Aplicar um vácuo de 25 mmHg através do centro do núcleo resulta na remoção do defeito de ar aprisionado das uniões de molde como mostrado na figura 6.

Exemplo Inventivo 2

[00055] Neste exemplo, as camadas semicondutivas são pré-moldadas usando composto semicondutivo 2. A peça é moldada usando um núcleo com respiro com respiros de pinos combinados com a aplicação de 25 polegadasHg de vácuo. Os respiros de pinos são furos no núcleo que se estenderam radialmente a partir do centro do núcleo até a superfície exterior na área de isolação. Um furo passante no núcleo então conecta estes furos de cruzamento de pinos ao vácuo. A peça resultante é sem vazios como mostrada nas figuras 8 e 9.

Exemplo Inventivo 3: Design de respiro de pino, 1a versão

[00056] Neste exemplo os respiros de pinos 20A e 20B são construídos no núcleo 21A para eliminar um vazio entre as camadas de semicondutor e de isolação. As camadas semicondutivas são pré-moldadas usando o composto semicondutivo 2. O núcleo 21A com respiros de pinos 20A e 20B é produzido e testado em uma experiência de moldagem. Os respiros de pinos 20A e 20B são colocados nas bordas da camada de semicondutor interna onde os vazios na isolação estão localizados. Os locais destes respiros de pinos são mostrados na Figura 10.

[00057] Uma vista de close-up do núcleo 21A é mostrada na figura 11A. Para produzir o respiro, um furo axial (ilustrado como 22 no núcleo 21B da figura 12B) é perfurado através do centro do núcleo 21A. Então um furo cruzado (não mostrado) é perfurado perpendicular ao eixo geométrico próximo à extremidade do componente semicondutor interno. O pino 23 é então usinado para produzir um pequeno chato axial (não mostrado) ao longo do comprimento do pino. O pino 23 é então prensado no furo cruzado do núcleo 21A. O chato usinado no pino 23 produz um pequeno canal (cerca de 0,005 polegada de largura, não mostrado) que faz a exaustão até o furo central, e então para fora do molde.

Exemplo Inventivo 4: Design de respiro de pino, 2a versão

[00058] Neste exemplo, as camadas semicondutivas também são pré-moldadas usando composto semicondutivo 2. Uma outra versão do design de respiro de pino é fabricada e testada em uma outra experiência de moldagem. Esta segunda versão tem três pinos (20C, 20D e 20E) em cada extremidade do núcleo 21B (mostrado montado na figura 12A e na seção transversal na figura 12B) . Este conceito provê mais trajetórias para ar aprisionado escapar em caso de algum dos respiros ficar plugado com material polimérico durante a moldagem. Os respiros também são de um tamanho reduzido a partir do design da primeira versão. A largura alvo do respiro é 0,001 polegada.

Exemplo Inventivo 5: Design de respiro de arruela

[00059] Neste exemplo, as camadas semicondutivas também são pré-moldadas usando composto semicondutivo 2. Um outro design de respiro para o núcleo removível é desenvolvido para prover mais área de exaustão próxima à extremidade do componente semicondutivo interno (isto é, as folhas poliméricas pré-moldadas, deformáveis) na superfície do material de isolação. O conceito consiste de múltiplas seções de um núcleo que são montadas juntas. Os respiros são formados a partir de componentes de arruelas metálicas empilhadas sobre o núcleo no local de respiro desejado.

[00060] Como mostrado na figura 13, o núcleo 21C tem seções centrais 24A e 24B e seções extremas 25A e 25B que são unidas entre si com haste de conexão roscada 2 6 como mostrado na figura 14B. Os componentes de arruelas 27A e 27B deslizam sobre as hastes de conexão (figura 15A) e são então ensanduichados entre a extremidade e os componentes centrais quando as roscas na haste de conexão são apertadas. As seções extremas do núcleo e da haste roscada têm furos passantes axiais (um dos quais está ilustrado como 28 na figura 15A) . As hastes de conexão roscadas também têm furos cruzados (não mostrados) perpendiculares ao eixo geométrico que conecta os furos axiais aos respiros formados pelas arruelas.

[00061] A arruela 27B é chata e a arruela 27A tem um canal de 0,002 polegada de profundidade 29 usinado na face de arruela 30 como mostrado na figura 15B. Quando a face usinada da arruela 27A é colocada contra a face 31 da arruela 27B (figura 15C), anais de 0,002 polegada são criados para permitir ar aprisionado escapar pelo centro do núcleo. Material é removido ao redor de todo o perímetro da arruela de respiro para prover exaustão contínua no local axial desejado do núcleo (como mostrado pelo recesso 32 na arruela com respiro 27A da figura 15B) . Canais (não mostrados) são então cortados para conectar o perímetro externo da arruela com o centro da arruela. Respiros são produzidos usando este design com a antecipação que melhor controle dimensional do respiro pode ser conseguido comparado com o design de respiro de pino.

Exemplo Inventivo 6: Design de respiro de aço sinterizado local

[00062] Neste exemplo, as camadas semicondutivas também são pré-moldadas usando composto semicondutivo 2. Em uma outra configuração um respiro de aço sinterizado poroso é projetado e avaliado. Este design usa quase todos os mesmos componentes que o design de respiro de arruela. A diferença é que os componentes de arruela são substituídos por um disco único de aço sinterizado PORCERAX (32A e 32B no núcleo 21D da figura 19) .

[00063] Como mostrado nas figuras 17A e 17B, o disco de aço sinterizado 32B é deslizado sobre a haste de conexão roscada 33 que é então apertada junto com as outras peças de núcleo tal que o disco de aço sinterizado seja levemente comprimido. A intenção é que o ar aprisionado passe pelos poros do aço sinterizado, então através de furos cruzados (não mostrados) na haste de conexão, e finalmente para fora pelo furo axial 34 dos outros componentes de núcleo.

[00064] Os discos de aço sinterizado são produzidos a partir de material que tem tamanhos de poros de 30 microns. Os componentes são produzidos em uma máquina EDM uma vez que este processo deixaria poros na superfície externa abertos. Processo tradicional de corte de metal e esmerilhamento fechariam os poros e impediriam qualquer exaustão através da peça.

Exemplo Inventivo 7: Design de respiro de aço sinterizado total

[00065] Neste exemplo, as camadas semicondutivas também são pré-moldadas usando composto semicondutivo 2. Baseado em observação a partir da moldagem com os núcleos com respiro discutidos anteriormente, um núcleo com respiro de metal sinterizado de comprimento total é avaliado. Este design tira vantagem das boas propriedades de exaustão de metal de aço sinterizado e provê trajetórias de exaustão através de todo o comprimento da isolação que está em contato com o núcleo. Isto reduz o risco de ter defeitos de ar aprisionado ou material de isolação estruturado espumoso no fim do enchimento. As áreas com exaustão 35A e 35B no núcleo estão mostradas na figura 18.

[00066] A construção de núcleo de metal sinterizado, ou luva, de comprimento total é muito similar ao núcleo com respiro de disco de metal sinterizado descrito no Exemplo Inventivo 6. Como mostrado nas figuras 19A e 19B, a luva de metal sinterizado 35A encaixa sobre a haste de conexão roscada 36. Esta haste de conexão permite o componente de aço central 37 e componente de aço extremo 38 se apertarem entre si para comprimir a luva de aço sinterizado 35 como mostrado na figura 19A. As uniões de aço sinterizado e aço sólido são colocadas sob as bordas de ambos os componentes semicondutores interno e externo para ajudar a impedir flash entre as uniões se o núcleo não estiver montado fortemente unido. O ar aprisionado pode passar pelos poros do aço sinterizado, através dos furos cruzados 39A e 39B da haste de conexão 36 (figura 20) , e então para fora através do furo central do núcleo (não mostrado).

[00067] A luva de aço sinterizado PORCERAX também é fabricada em uma máquina EDM de fio. Materiais com tamanhos de poros de tanto 2 0 quanto 7 microns são produzidos para avaliação. As superficies externas de algumas das peças de aço sinterizado são polidas com papel de grana 320 para avaliar se os poros permanecem abertos e fazem a exaustão do ar aprisionado enquanto provendo um acabamento superficial liso sobre o material de isolação moldado.

[00068] É especificamente pretendido que a presente invenção não fique limitada às configurações e ilustrações contidas aqui, mas inclua formas modificadas daquelas configurações incluindo porções das configurações e combinações de elementos de diferentes configurações à medida que venham dentro do escopo das reivindicações seguintes.

Claims

Processo para produzir um artigo multicamadas caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:
(A) prover um molde compreendendo:
- (1) um alojamento de molde compreendendo (a) pelo menos um orifício de injeção, e (b) definindo uma cavidade de molde dentro da qual estão posicionadas duas folhas poliméricas pré-moldadas deformáveis; e
- (2) um núcleo oco, removível, equipado com pelo menos um respiro e tendo uma seção central conectada a uma seção extrema por uma haste de conexão roscada, o núcleo oco, removível, posicionado entre e espaçado à parte das duas folhas poliméricas;
(B) resfriar o molde a uma temperatura de molde interna de 10 °C a 20 °C;
(C) injetar em uma pressão de 1 MPa a 300 MPa um polímero termoplástico, reticulável, viscoso, dentro da cavidade de molde entre as duas folhas poliméricas e ao redor do núcleo removível;
(D) extrair vácuo na cavidade de molde através do respiro no núcleo oco, removível, antes, durante e/ou após o polímero ter sido injetado dentro do molde;
(E) formar um artigo multicamada menos que completamente curado na cavidade de molde; e
(F) remover o artigo multicamada menos que completamente curado da cavidade de molde.
Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a temperatura do molde ser pelo menos 150 °C menor que a temperatura do polímero injetado.
Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o vácuo extraído no molde antes, durante ou após a injeção do polímero ser de 200 mmHg a 760 mmHg.
Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender prover o núcleo oco, removível, equipado com um respiro de metal sinterizado tendo uma porosidade de 20 % a 30 % em volume.
Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de injetar o polímero termoplástico em uma pressão de 25 MPa a 150 MPa.
Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender:
- formar um conjunto de núcleo compreendendo:
(i) o núcleo oco, removível;
(ii) uma folha polimérica pré-moldada deformável interna; e
(iii) uma folha polimérica pré-moldada deformável externa por:
- (a) montar a folha polimérica pré-moldada deformável interna sobre o núcleo oco, removível;
- (b) montar a folha polimérica pré-moldada deformável externa sobre o núcleo oco, removível cobrindo completamente a folha polimérica pré-moldada deformável interna e definindo um espaço entre a folha polimérica pré-moldada deformável interna e folha polimérica pré-moldada deformável externa;
- colocar o conjunto de núcleo no alojamento de molde; e
- injetar o polímero termoplástico dentro do espaço entre a folha polimérica pré-moldada deformável interna e a folha polimérica pré-moldada deformável externa.
Molde, caracterizado pelo fato de compreender:
- (A) um alojamento de molde compreendendo (a) pelo menos um orifício de injeção, e (b) definindo uma cavidade de molde dentro da qual são posicionadas duas folhas poliméricas pré-moldadas, deformáveis; e
- (B) um núcleo oco, removível, que é multissegmentado compreendendo dois ou mais segmentos centrais e dois segmentos extremos, e um respiro de metal sinterizado tendo uma porosidade de 20 % a 30 % em volume entre cada segmento extremo e um segmento central, o núcleo oco, removível, posicionado entre e espaçado à parte das duas folhas poliméricas;
- (C) um aparelho de extração de vácuo compreendendo um sistema de extração de vácuo energizado por ar comprimido ligado ao núcleo oco, removível, e operável para extrair uma pressão no molde através de cada respiro de metal sinterizado.
Molde, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de o respiro de metal sinterizado ser na forma de uma luva.
Processo para produzir um artigo multicamada, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:
(A) prover um núcleo oco, removível, equipado com pelo menos um respiro e tendo uma seção central conectada a uma seção extrema por uma haste de conexão roscada, o núcleo oco, removível, tendo:
- (1) dois componentes de arruela na haste de conexão e ensanduichadas entre a seção central e a seção extrema; e
- (2) um componente de arruela compreendendo um canal usinado em uma face da arruela, o canal formando o respiro e permitindo que o ar se mova para o centro do núcleo;
(B) prover um molde compreendendo:
- (1) um alojamento de molde compreendendo (a) pelo menos um orifício de injeção, e (b) definindo uma cavidade de molde dentro da qual estão posicionadas duas folhas poliméricas pré-moldadas, deformáveis; e
- (2) um núcleo oco, removível, posicionado entre e espaçado à parte das duas folhas poliméricas;(C) resfriar o molde a uma temperatura de molde interna de 10 °C a 20 °C;
(D) injetar em um pressão de 1 MPa a 300 MPa um polímero termoplástico, reticulável, viscoso, dentro da cavidade de molde entre as duas folhas poliméricas e ao redor do núcleo removível;
(E) extrair vácuo na cavidade de molde através do respiro no núcleo oco, removível, antes, durante e/ou após o polímero ter sido injetado dentro do molde;
(F) formar um artigo multicamada menos que completamente curado na cavidade de molde; e
(G) remover o artigo multicamada menos que completamente curado da cavidade de molde.