BRPI0607814A2 - processo de fabricaÇço de bastonetes de reforÇos concentrados, dispositivo de execuÇço do processo, bastonete de reforÇo concentrado, e, compàsito - Google Patents

Abstract

PROCESSO DE FABRICAÇçO DE BASTONETES DE REFORÇOS CONCENTRADOS, DISPOSITIVO DE EXECUÇçO DO PROCESSO, BASTONETE DE REFORÇO CONCENTRADO, E, COMPàSITO. A presente invenção se refere a um processo de fabricação de bastonetes de reforços concentrados de acordo com o qual pelo menos um feixe de fios que apresentam mais de 70% em peso de matéria de reforço e pelo menos 0,1% em peso de umidade, é aquecido e conformado antes de ser cortado em bastonetes. A invenção também se refere a um dispositivo de execução do processo e aos produtos obtidos.

Description

"PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE BASTONETES DE REFORÇOSCONCENTRADOS, DISPOSITIVO DE EXECUÇÃO DO PROCESSO,BASTONETE DE REFORÇO CONCENTRADO, E, COMPÓSITO"

A presente invenção se refere a um processo de fabricação debastonetes de reforços concentrados utilizados notadamente para fabricarprodutos compósitos por moldagem (em especial por injeção, extrusãocompressão, co-moldagem, etc.) e se refere também aos produtos obtidos.

Nos processos de moldagem precitados (notadamente porinjeção ou extrusão-compressão), são utilizadas geralmente misturas dematéria orgânica, reforços flbrosos (tais como fios de vidro) e aditivo(s) (porexemplo para colorir ou trazer funções especiais). A mistura pode ser feitadiretamente na extrusora ou na prensa de injetar a partir de fios de reforço,que podem estar ou não já revestidos de matéria orgânica, e que sãogeralmente já cortados para facilitar a dosagem e a mistura, os outroscomponentes eventuais sendo se for o caso adicionados na extrusora ou naprensa.

Os inventores procuraram desenvolver um produto à base dereforços que pode ser utilizado com vantagens nesses processo de moldagem,as vantagens procuradas podendo ser uma e/ou outra das vantagens seguintes:Ganho de custo, melhor preservação dos reforços (por exemplo docomprimento dos fios de reforços) para melhores propriedades mecânicas,melhor dispersão por ocasião da moldagem, facilidade de adaptação emfunção dos produtos desejados, utilização facilitada, etc.

Nessa busca, os inventores colocaram na frente o interesse dedesenvolver produtos sob a forma de bastonetes (ou granulados ou "pelotas")concentrados em reforços, esses produtos podendo trazer diversas vantagenstais como explicitadas notadamente na seqüência, e assim buscaram umprocesso que permite fabricar facilmente esses produtos, a obtenção de taisprodutos concentrados de modo simples e notável a partir de reforçostradicionais não estando até agora possível, o aumento da taxa de reforçopodendo notadamente gerar problemas de falta de integridade dos produtosrealizados ou de má dispersão desses produtos nas matrizes de moldagem.

A presente invenção se refere portanto em primeiro lugar a um processo de fabricação de bastonetes concentrados no qual pelo menos umfeixe de fios que apresentam mais de 70% em peso de matéria(s) de reforço epelo menos 0,1% em peso de umidade, é aquecido e conformado antes de sercortado em bastonetes.

Os bastonetes obtidos compreendem uma matéria de reforçoessencialmente sob a forma de fios ou filamentos (cortados no comprimentodo bastonete) vantajosamente ligados entre si por pelo menos uma matériaorgânica como explicitado ulteriormente.

A presente invenção também se refere aos bastonetes dereforços (ou aos fios de reforço sob a forma de bastonetes) concentradosdesenvolvidos e obtidos em especial pelo processo precedente. Essesbastonetes apresentam uma taxa de matéria(s) de reforço superior a 65% e depreferência superior a 70% (e mesmo de pelo menos 80%) em peso. Essesreforços são ligados entre si ou embutidos em pelo menos uma primeiramatéria orgânica, e se for o caso, são revestidos por pelo menos uma segundamatéria, geralmente pelo menos uma matéria orgânica, como explicitadoulteriormente, as duas matérias orgânicas podendo ser idênticas ou diferentes.

O feixe de fios mencionado de acordo com a invençãocompreende pelo menos uma matéria de reforço (vidro, carbono, aramida, etc,essa matéria sendo de preferência vidro) sob a forma de pelo menos uma parte dos ditos fios sob a forma de filamentos (geralmente obtidos de modoconhecido por estiramento dessa matéria em fieira, esses filamentos sendo emseguida reunidos em fios) que formam pelo menos uma parte dos ditos fios, ataxa de matéria(s) de reforço dentro do feixe sendo de mais de 70% em pesode acordo com a invenção, e indo de preferência de 75 a 99% em peso, emesmo de 80 a 95% em peso.

De preferência, pelo menos uma parte dos fios utilizadoscompreende também pelo menos uma matéria orgânica termoplástica, essamatéria sendo por exemplo escolhida entre as poliolefinas, notadamente opolietileno (PE), o polipropileno (PP), os poliésteres, notadamente opolitereftalato de etileno (PET), o politereftalato de butileno (PBT), oselastômeros, notadamente um polímero etileno propileno (EPDM), ou ocloreto de polivinila (PVC), ou as poliamidas, etc. Vantajosamente, essamatéria se apresenta também no feixe sob a forma de fios ou filamentos.

Em especial e de preferência, pelo menos uma parte dos fiosutilizados no processo de acordo com a invenção são fios compósitos (ou comisturados), formados por filamentos de reforço (de preferência de vidro) epor filamentos de pelo menos uma matéria orgânica termoplástica, essesfilamentos sendo vantajosamente estreitamente misturados, a estrutura íntimadesses fios facilitando a impregnação das fibras de vidro pela matériatermoplástica e, no processo de acordo com a invenção, permitindo formar,apesar da alta taxa de reforços, uma estrutura consolidada (quer dizer queapresenta uma coesão e uma integridade que permitem manipular a mesmasem dano) bem impregnada e homogênea. Fios compósitos vantajosos (taiscomo aqueles comercializados sob a denominação comercial TWINTEX®pela sociedade SAINT-GOBAIN VETROTEX FRANCE) podem ser obtidosde acordo com um processo direto tal como aquele descrito nas patentes EP 0367 661, WO 98/01751 ou EP 0 599 695 esses fios apresentando umexcelente índice de co-mistura que induz uma excelente distribuição dos fiosde vidro na matéria termoplástica como explicitado no pedido de patenteWO00/24566.

De modo especialmente preferido, o processo de acordo com ainvenção só utiliza como fios que formam o feixe fios compósitos. Entretanto,não está excluído notadamente combinar fios compósitos e fios de reforço afim de aumentar ainda mais a concentração em reforços dos bastonetes.

Em combinação com a taxa de reforços elevada, favorecidanotadamente pela utilização preferencial de fios compósitos comomencionado precedentemente, os inventores também colocaram emevidência, como aparece na definição da invenção, o interesse de utilizar umfeixe que apresenta uma umidade (teor em água medido por exemplo porevaporação em estufa) de pelo menos 0,1%, de preferência de pelo menos0,5% e de modo especialmente preferido de pelo menos 3% em peso; apresença de uma certa umidade, longe de prejudicar a execução e aspropriedades dos produtos obtidos, permite de fato uma boa manipulação dosfios no processo de fabricação dos bastonetes de acordo com a invenção, aomesmo tempo em que permite a obtenção de produtos que apresentampropriedades mecânicas pelo menos tão boas e mesmo melhores que aquelasde produtos obtidos a partir dos fios previamente secados, e ao mesmo tempoem que proporciona uma vantagem econômica (é notadamente possívelutilizar diretamente fios obtidos ou coletados sob fieira sem etapaintermediária custosa de secagem). De preferência, a umidade é tambémescolhida inferior a 8%, vantajosamente inferior a 5% em peso, a fim depermitir notadamente uma boa consolidação dos fios e do feixe no processode acordo com a invenção.

Os fios podem ser formados previamente ou extraídosindividualmente ou por grupos, de pelo menos um enrolamento. De acordocom um modo preferido de realização da invenção, eles são extraídos de pelomenos um enrolamento, tal como uma mecha ou roving, e acionados a umavelocidade de pelo menos 10 m/min, de preferência de várias dezenas dem/min, notadamente da ordem de 40 a 100 m/min, em especial da ordem de50 m/min, com o auxílio por exemplo de um dispositivo de tração (que podeser notadamente um banco de tração).

Vantajosamente, uma etapa de regulação da tensão dos fiospode ser prevista (por exemplo por ocasião de sua reunião em feixe(s) ouantes de sua reunião) e/ou os fios podem ser desembaraços de qualquereletricidade estática, por exemplo antes da passagem do feixe na zona deaquecimento.

Os fios são reunidos sob a forma de pelo menos um feixe talcomo mencionado no processo de acordo com a invenção. É evidente que épossível também formar vários feixes disjuntos que são submetidos emparalelo ao mesmo tratamento ou a tratamentos diferentes, dos quais pelomenos um sendo submetido às etapas indicadas no processo de acordo com ainvenção para obter bastonetes concentrados.

De acordo com a invenção, pelo menos um feixe é aquecido(geralmente por passagem em pelo menos um dispositivo de aquecimento, talcomo um forno de radiação infravermelha) a uma temperatura que permitesua conformação e/ou sua consolidação, e que permite se for o caso aimpregnação dos fios ou filamentos de reforço pela matéria orgânica, emespecial a uma temperatura que atinge pelo menos a temperatura de fusão damatéria termoplástica presente dentro do feixe de fios e de preferênciasuperior de pelo menos 20°C à dita temperatura de fusão da matériatermoplástica, essa temperatura permanecendo no entanto inferior àtemperatura de decomposição da dita matéria e à temperatura de fusão damatéria de reforço.

Geralmente, o feixe de fios aquecido é mantidoaproximadamente na temperatura até sua conformação (ou calibragem), aconformação se operando vantajosamente por passagem em uma e de preferência várias fieiras de calibragem até a obtenção da seção desejada. Noseio do processo de acordo com a invenção e a fim de permitir um rendimentosatisfatório da linha de produção, em combinação notadamente comvelocidades de acionamento precedentemente mencionadas, as fieirasescolhidas são vantajosamente de perfil(is) simples de acordo com a direçãoda linha de produção e de seção(ões) decrescente(s).

No decorrer e/ou na saída do aquecimento, e previamente e/ouconjuntamente à conformação precitada, o feixe pode também se for o casoser submetido a uma etapa que favorece a impregnação dos fios ou filamentosde reforços pela matéria orgânica presente, por passagem em um dispositivotal como uma ou várias barras. Vários desses dispositivos podem serutilizados, um primeiro sendo colocado por exemplo entre dois dispositivosde aquecimento na etapa de aquecimento de acordo com a invenção e o outrosendo colocado justo antes da ou das fieiras de conformação.

A ou as etapas precitadas de conformação e de impregnaçãofavorecem a obtenção de um feixe consolidado (ou impregnado ou íntegro,quer dizer no qual os fios são ligados entre si, esse feixe consolidado sendotambém designado pelo termo junco ou mecha de acordo com a presenteinvenção, e mesmo cordão, cabo ou corda).

De acordo com um modo especialmente preferido derealização da invenção, depois ou no decorrer da conformação, o feixe de fiosé submetido por outro lado a uma etapa de revestimento por passagem emuma fieira também alimentada por pelo menos uma matéria orgânica noestado fundido, essa matéria podendo ser idêntica ou diferente da matéria orgânica que forma os fios. A matéria de revestimento pode também sercompósita, formada por várias matérias, em especial por pelo menos umamatéria orgânica e por aditivo(s) (por exemplo um aditivo que melhora aresistência às radiações ultravioletas, um agente de acoplamento paraaumentar os desempenhos mecânicos, um estabilizante térmico ou químico, um corante ou pigmento, um retardador de chama, etc.) e/ou por carga(s)(talco, fibras de vidro, curtas ou longas, etc). A matéria de revestimento podeassim vantajosamente permitir conferir propriedades suplementares aosbastonetes obtidos e aos compósitos moldados a partir desses bastonetes(propriedades anti-UV, melhora dos desempenhos mecânicos, etc). O fato deter produtos já funcionalizados permite também por ocasião da moldagem sóutilizar matérias de diluição padrão pouco custosas, o que simplifica e reduz ocusto da moldagem. O revestimento impede também a formação de fibrilas oufinas (fibras que se soltam do bastonete) por ocasião do corte em bastonetes,essas fibrilas podendo apresentar problemas de transporte ou de volume dosórgãos de injeção por ocasião da moldagem (e danificar os sistemas detransporte ou os ditos órgãos de injeção), e podendo prejudicar aspropriedades mecânicas dos produtos obtidos. Os bastonetes revestidostambém são perfeitamente manipuláveis, dosáveis e transportáveis nos tubosde alimentação pois são alisados pela bainha, a bainha agindo por outro ladocomo uma proteção, e não perdem sua integridade até sua utilização paraformar compósitos por moldagem. O revestimento permite enfim ajustar porinstrução a taxa de reforços fazendo-se variar na linha (durante a fabricação) aquantidade de matéria de revestimento fornecida e permite assim obterbastonetes com diversas concentrações de reforços a partir de um produto departida que, ele, pode vantajosamente não variar.

De preferência, a matéria de revestimento compreende pelomenos uma matéria orgânica termoplástica, por exemplo uma poliolefina(notadamente polietileno ou polipropileno) ou policloreto de vinila, ou umelastômero, por exemplo um polipropileno modificado SEBS (estireno etilenobutadieno estireno), etc. Se for o caso, essa matéria é vantajosamenteescolhida idêntica ou similar ou compatível quimicamente com a matériaorgânica dos fios (de modo a que haja uma boa adesão, e mesmo umacontinuidade, entre as duas matérias), essa matéria podendo eventualmenteser carregada em aditivos como mencionado precedentemente.

A matéria de revestimento introduzida na fieira pode provirpor exemplo de um dispositivo de extrusão. O feixe pode também serrevestido de várias matérias idênticas ou diferente que alimentam a fieira (ouse for o caso várias fieiras em série ou em paralelo), esse modo permitindoainda ampliar a gama de produtos obtidos. Quando vários feixes são tratadosem paralelo, a matéria de revestimento pode variar se for o caso de um feixepara o outro. A espessura da bainha pode ser variável; a título de exemplopara um bastonete da ordem de 3 mm de espessura, a bainha pode ser daordem de 0,1 mm ou de um décimo da espessura do bastonete, e mesmo mais.

Depois de conformação e revestimento eventual, o feixe obtidoé geralmente resfriado (por passagem por exemplo em um tanque de água ouuma fieira fria), se for o caso secado (por insuflação ou aspiração), e depoiscortado ou dividido (por exemplo com o auxílio de uma fresa ou de umgranulador de lâminas rotativas) em bastonetes, de comprimento geralmentecompreendido entre 1 e 40 mm, de preferência entre 5 e 30 mm, por exemploda ordem de 12 mm.

Como explicitado precedentemente, o processo e os produtosde acordo com a invenção apresentam a vantagem de ser adaptáveis sem modificação dos produtos de partida. Por outro lado, o processo de acordocom a invenção tem uma execução fácil e rápida, e é econômico.

Os bastonetes de acordo com a invenção apresentam uma altataxa de reforço como precedentemente definido, ao mesmo tempo em que sãoíntegros e se for o caso bem impregnados, e podem apresentar uma bainhacomo precedentemente mencionado. Vantajosamente esses bastonetes (emespecial revestidos) apresentam uma taxa de fibrilas inferior a 60, depreferência 30, e de modo especialmente preferido 20 mg por kg debastonetes (essa taxa sendo medida fazendo-se vibrar os bastonetes sobre umtapete e aspirando-se as fibrilas com o auxílio de um aspirador munido de um filtro). Eles são fáceis de manipular e de dosar e se dispersam bem em umamatriz orgânica por ocasião da moldagem apesar da alta taxa de reforços. Osbastonetes de acordo com a invenção apresentam geralmente umcomprimento de fios de reforços compreendido entre 1 e 40 mm, depreferência entre 5 e 30 mm, por exemplo da ordem de 12 mm.A presente invenção também se refere a um dispositivo deexecução de um modo vantajoso de realização do processo precitado. Essedispositivo compreende um ou vários meios para fornecer pelo menos umfeixe de fios, pelo menos um meio de aquecimento do dito feixe, pelo menosum dispositivo de conformação, pelo menos uma fíeira de revestimento,alimentada por pelo menos uma matéria fundia e que deve recebersimultaneamente o feixe de fios e a matéria fundida em contato com o ditofeixe, e pelo menos um dispositivo de corte, para cortar o feixe revestido embastonetes.

O dispositivo pode também compreender (em combinação ouem complemento dos meios precedentes) um ou vários dos meios seguintes,notadamente:

- pelo menos um rodízio que assegura a guia dos fios;

- um ou vários meios para acionar os fios;

- um ou vários meios para reunir os fios sob a forma de pelomenos um feixe de fios paralelos (por exemplo de tipo placa(s) de olhais e/ourodízio(s) ranhurados e/ou barra(s) espalhadora(s));

- um ou vários meios de regulação de tensão dos fios, porexemplo a montante dos meios de reunião precitados;

- um ou vários meios para manter o feixe ou a mecha emtemperatura se for o caso pelo menos até a fieira;

- um ou vários dispositivos de impregnação suplementar,notadamente antes do dispositivo de conformação;

- um ou vários meios de posicionamento do feixe; etc.

A maior parte desses dispositivos já foi evocadaprecedentemente.

Em especial, os fios podem ser provenientes de enrolamentos,esses enrolamento podendo ser colocados em uma urdideira a partir da qualsão desenrolados os fios.O ou os meios de aquecimento compreendem geralmente umou vários fornos, por exemplo do tipo de infravermelho, de preferência quefuncionam com lâmpadas reguladas em potência em função da temperatura dofeixe, esse gênero de forno tendo a vantagem de ser ao mesmo tempo de rendimento elevado no plano energético e fácil de regular.

Como dispositivo de impregnação, é possível por exemploutilizar um dispositivo que compreende três órgãos dispostos em triângulo eentre os quais se desloca o feixe, a altura de separação dos órgãos sendoadaptada para estabelecer uma pressão apropriada na superfície do feixe,esses órgãos podendo ser cilindros ou barras.

Os dispositivos de conformação propriamente ditos podem porexemplo compreender uma fieira aquecedora, e/ou rodízios entre os quaiscircula o feixe de fios, etc. Como indicado precedentemente, as fieirasutilizadas apresentam vantajosamente um perfil simples com uma seção, porexemplo que varia progressivamente (pr exemplo decrescente) e de poisconstante de acordo com os locais, em torno de um eixo paralelo à direção dalinha de fabricação.

A fieira de revestimento pode também compreender um ouvários meios para trazer a matéria de revestimento aplicando nela umasobrepressão. A dita matéria pode chegar em contato com o junco pordiferentes canais na fieira. De acordo com a seção da fieira e/ou a presença dediferentes canais e/ou a aplicação de sobrepressão(ões) e/ou o posicionamentodo feixe na fieira, a quantidade de matéria(s) fornecida(s) pode ser diferenteem diferentes pontos da seção do feixe.

A matéria fundida de revestimento provém geralmente de pelomenos uma extrusora.

O dispositivo de corte pode ser notadamente um granulador ouuma fresa, como mencionado precedentemente.

Os diferentes elementos do dispositivo de acordo com ainvenção podem ser fixos ou eventualmente móveis (em translação e/ou emrotação).

A invenção também se refere a um produto compósito obtidopor moldagem a partir dos bastonetes de acordo com a invenção. Osbastonetes de acordo com a invenção permitem obter, com ritmos elevados,peças complexas (que compreendem se for o caso nervuras, relevos, etc.) queapresentam uma distribuição satisfatória da matéria de reforço, os compósitosobtidos a partir desses bastonetes apresentam por outro lado boaspropriedades mecânicas.

Os compósitos obtidos a partir dos bastonetes de acordo com ainvenção podem ser por exemplo peças de carrocena de automóvel tais comofrentes, painéis de bordo, módulos de porta, telas sob motor, revestimento deportas traseiras, etc.

Claims (7)

1. Processo de fabricação de bastonetes de reforçosconcentrados, caracterizado pelo fato de que pelo menos um feixe de fios, queapresentam mais de 70% em peso de matéria de reforço e pelo menos 0,1%em peso de umidade, é aquecido e conformado antes de ser cortado embastonetes.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que pelo menos uma parte dos fios são fios compósitos formadospor filamentos de reforço, de preferência de vidro, e por filamentos de pelo menos uma matéria orgânica termoplástica.

3. Processo de acordo com uma qualquer das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o feixe de fios é submetido poroutro lado a uma etapa de revestimento por passagem em uma fieiraalimentada por pelo menos uma matéria orgânica, e eventualmente pelo menos um aditivo.

4. Dispositivo de execução do processo de acordo com areivindicação 3, caracterizado pelo fato de que ele compreende um ou váriosmeios para fornecer pelo menos um feixe de fios, pelo menos um meio deaquecimento do dito feixe, pelo menos um dispositivo de conformação, pelo menos uma fieira de revestimento e pelo menos um dispositivo de corte.

5. Bastonete de reforço concentrado caracterizado pelo fato deque ele apresenta uma taxa de reforços superior a 65% em peso, essesreforços sendo ligados ou embutidos em pelo menos uma primeira matériaorgânica e se for o caso revestidos por pelo menos uma segunda matéria.

6. Bastonete de acordo com a reivindicação 5, caracterizadopelo fato de que ele apresenta uma taxa de fibrilas inferior a 60 mg/kg.

7. Compósito caracterizado pelo fato de que ele é obtido pormoldagem a partir de bastonetes de acordo com uma das reivindicações 5 ou 6.