BRPI0719339A2 - Processo de fabricação de placas compósitas á base de pvc e de uma rede de fibras longas, estrutura compósita e utilização de uma placa ou de uma estrutura - Google Patents

Processo de fabricação de placas compósitas á base de pvc e de uma rede de fibras longas, estrutura compósita e utilização de uma placa ou de uma estrutura Download PDF

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Description

"PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE PLACAS COMPÓSITAS À BASE DE PVC E DE UMA REDE DE FIBRAS LONGAS, ESTRUTURA COMPÓSITA E UTILIZAÇÃO DE UMA PLACA OU DE UMA ESTRUTURA"
A presente invenção se refere a um processo de fabricação de
placas compósitas à base de PVC, assim como a estruturas que incluem tais placas e em especial, estruturas que têm uma alma alveolar e pelo menos uma tal placa como reforço.
Em numerosas indústrias (automobilística, construções civis, navais...), procura-se otimizar a relação propriedades mecânicas/peso das estruturas utilizadas. Numerosos processos foram desenvolvidos para realizar esse objetivo e um dos mais correntes consiste em utilizar uma estrutura alveolar em colméia eventualmente em sanduíche entre duas placas ditas de acabamento. Combinando-se essa técnica com a escolha de um material leve (polímero de preferência a metal), é possível obter estruturas especialmente leves.
O pedido WO 20006/45723 em nome da requerente descreve uma estrutura especialmente interessante que tem uma alma celular que compreende uma estrutura em colméia à base de PVC (policloreto de vinila) cheia de espuma de PUR (poliuretano) e duas camadas externas de PVC. Uma tal estrutura tem não somente um bom desempenho no que diz respeito à relação propriedades mecânicas/peso das estruturas, mas ela pode também apresentar uma excelente resistência ao fogo mediante uma escolha adequada das composições das resinas (formulações PVC e PUR classificadas independentemente Ml de acordo com a norma NFP 92.507). Esse pedido apresenta o recurso a placas de PVC biorientadas como sendo vantajoso (notadamente para melhorar ainda mais a relação precitada).
Um meio alternativo de aumentar as propriedades mecânicas com peso igual ou de reduzir a espessura (daí o peso) com propriedades mecânicas similares poderia consistir em utilizar placas compósitas quer dizer que incluem um reforço. Desse ponto de vista, reforços fibrosos ditos "longos" (quer dizer cujas fibras têm um comprimento médio da ordem dos cm) são reputados por conferir uma melhoria do comportamento em tração (módulo e resistência medidos em placas de espessuras iguais) mais marcada do que reforços fibrosos ditos "curtos" (comprimento da ordem dos mm), assim como um aumento da resistência térmica, uma melhor estabilidade dimensional e uma melhor resistência aos choques. No entanto, com o PVC, que é um polímero que não funde mas que pode ser gelificado (quer dizer formar uma massa homogênea na qual os grãos de PVC perderam sua forma e sua identidade) com a condição de ser bastante malaxado em fundido, a utilização de tais reforços "longos" é difícil e o comprimento desses reforços é de qualquer maneira nitidamente reduzido no final dessa operação. Esse inconveniente (redução do comprimento da fibra) é por outro lado também encontrado nos polímeros cristalinos fundíveis se eles são executados por malaxação (extrusão por exemplo).
Processos alternativos têm desde então sido propostos para poder incorporar polímeros em suportes fibrosos tecidos ou não, e obter assim compósitos polímero/reforços fibrosos tecidos ou não. Alguns desses processos consistem em um revestimento dos ditos suportes/reforços com o auxílio de um látex ou de uma solução do polímero e depois, em uma evaporação da água ou do solvente. Uma tal técnica é custosa de um ponto de vista energético e não permite com freqüência uma boa dispersão do polímero no interior do substrato. Os pedidos WO 99/22920 e WO 2005/038123 propõem um
processo melhorado que consiste em dispersar pó (partículas secas) de polímero em uma rede de fibras ou de filamentos com o auxílio de um campo eletrostático alternativo e depois, em moldar o conjunto por aquecimento e prensagem para formar placas. Esse processo apresenta como vantagem obter com menor custo, um compósito mais compacto no qual as fibras são bem impregnadas de polímero. No entanto, os pós exemplificados nesses pedidos são ou pós de polímeros cristalinos, fáceis de fundir na matriz, ou pós de resinas termoendurecíveis que não necessitam de malaxação para sua execução.
Ora, a requerente constatou que de maneira surpreendente, esse processo dava também bons resultados com PVC enquanto que a priori, não era evidente que PVC repartido em uma rede fibrosa e simplesmente prensado a quente pudesse gelificar. Desde então, a presente invenção se refere a um processo de
fabricação de placas compósitas à base de PVC e de uma rede de fibras longas, o dito processo compreendendo as etapas seguintes:
- dispersa-se PVC sob a forma de pó na dita rede;
- submete-se o conjunto a um campo eletrostático alternativo com uma duração e uma intensidade suficiente para repartir o pó na rede;
- aquece-se o conjunto sob pressão até que o pó forme uma matriz contínua.
No âmbito da invenção, entende-se designar por "PVC", os homo- e copolímeros derivados do cloreto de vinila (VC). Por copolímeros derivados do cloreto de vinila, entende-se designar, na presente descrição, os copolímeros que contêm pelo menos 50 5 e de preferência, pelo menos 70 % em peso de unidades monoméricas derivadas do cloreto de vinila. São preferidos os copolímeros que contêm cerca de 75 a cerca de 95 % em peso de cloreto de vinila. A título de exemplos de comonômeros copolimerizáveis com o cloreto de vinila, podem ser citados os monômeros insaturados olefínicos, tais como o etileno, o propileno e o estireno e os ésteres tais como o acetato de vinila (VAC) e os acrilatos e metacrilatos de alquilas. A presente invenção convém especialmente bem aos homopolímeros do VC e aos copolímeros VC-VAC. São utilizados de preferência, no âmbito da invenção, PVC fluidos quer dizer PVC que têm um índice de viscosidade em fundido ou número K (classicamente chamado Kw ou K-wert) baixo quer dizer inferior ou igual a 68, de preferência a 60, e de maneira mais especialmente preferida, inferior ou igual a 58. Por razões práticas (disponibilidade comercial), o PVC utilizado no âmbito da invenção tem geralmente um Kw superior ou igual a 50. Deve ser notado no entanto que graus mais fluidos poderiam sem dúvida convir.
A granulometria do pó de PVC utilizado é de preferência fina. Assim, o diâmetro médio das partículas é de preferência inferior ou igual a 300 μπι, e mesmo 200 μπι e de maneira mais especialmente preferida, a 150 μιτι.
No âmbito da invenção, as misturas comerciais que incluem um pó de PVC comum e aditivos habituais tais como estabilizantes, pigmentos, lubrificantes, ... e também chamadas "compounds" ou "premix" convém bem. Esses aditivos podem ser líquidos ou sólidos. A presença de um estabilizante térmico é especialmente recomendada visto que o processo de acordo com a invenção implica uma etapa de aquecimento sob pressão. Esse estabilizante é de preferência presente à razão de pelo menos 3 per (partes por 100 parte de resina), e mesmo de pelo menos 5 per e mesmo, até 10 per. Ele pode ser de qualquer tipo (Pb, Ca-Zn, Sn..., esse último dando bons resultados, em especial quando líquido). Pareceria em contrapartida que as fórmulas habituais, que incluem agentes de auxílio à execução (ou "processing aids"), podem ser simplificadas notadamente omitindo-se para isso os ditos agentes.
As fibras longas utilizadas no processo de acordo com a invenção podem ser fibras quaisquer disponíveis comercialmente. Pode tanto se tratar de fibras orgânicas (de produtos naturais tais como o cânhamo por exemplo, ou de produtos sintéticos tais como fibras poliméricas) quanto minerais (fibras de vidro por exemplo). O processo de acordo com a invenção dá bons resultados com fibras de vidro. No âmbito da invenção, entende-se por "fibras longas", fibras das quais o comprimento é da ordem dos cm, de preferência superior ou igual a 10 cm, e mesmo a várias dezenas de cm (esse comprimento poderia mesmo ser da ordem dos metros).
Essas fibras podem ou não ser tecidas e a rede de acordo com a invenção pode ou não ser ordenada. Bons resultados foram obtidos com fibras simplesmente emaranhadas e em especial, com fibras de vidro longas e emaranhadas.
A maneira de dispersar o pó sobre e dentro da rede e depois, de moldar a placa é descrita em detalhe dos pedidos internacionais WO 99/22920 e WO 2005/038123 acima mencionados e cujo conteúdo é incorporado por referência no presente pedido.
O presente pedido se refere também a uma estrutura compósita que tem uma alma alveolar e pelo menos uma placa à base de PVC reforçado com fibras longas suscetível de ser obtida pelo processo descrito precedentemente. Deve ser notado que uma tal estrutura poderia também apresentar um interesse fora do âmbito da presente invenção (quer dizer que as placas de PVC/fibras longas - de preferência de vidro - poderiam ter sido obtidas por um outro processo).
De preferência, a estrutura compósita é uma estrutura sanduíche que tem uma tal placa em reforço de um lado e de outro da alma alveolar. De preferência, as fibras longas são fibras de vidro o que permite obter uma estrutura que tem uma boa resistência ao fogo.
A vantagem dessas estruturas é de poder utilizar placas de espessura mais fina para uma rigidez de estrutura dada ou atingir uma maior rigidez de estrutura com espessura de placas dada. A resistência aos choques induzida pelas placas é também um trunfo.
De preferência, a alma alveolar compreende uma estrutura em colméia. Por "colméia", entende-se designar um objeto geralmente plano (sob a forma geral de uma placa) ou ligeiramente curvo que compreende alvéolos, quer dizer células abertas ou fechadas que têm uma seção qualquer, geralmente circular ou hexagonal, com paredes essencialmente paralelas de uma célula para a outra e perpendiculares às superfícies da placa de reforço de acordo com a invenção. De maneira mais especialmente preferida, essa estrutura em colméia é também feita de PVC. Ela pode ou não compreender espuma no seio como descrito no pedido WO 20006/045723 precitado e cujo conteúdo com essa finalidade é incorporado por referência no presente pedido.
Por "espuma", entende-se uma matéria cuja densidade foi diminuída pela adição de aditivos conhecidos sob o nome de "agentes espumantes". Tais aditivos são bem conhecidos na profissão da plasturgia. Eles podem ser de diversos tipos agrupados com freqüência em duas famílias: agentes espumantes químicos e agentes espumantes físicos. É possível também misturar os mesmos. Informações podem ser encontradas a esse sujeito em numerosas obras técnicas. As reduções de densidade variam bastante de acordo com o agente espumante e a quantidade utilizada. Geralmente, por "espuma", entende-se designar uma matéria cuja densidade foi reduzida a menos de 20 % de seu valor inicial (sem agentes espumantes), e mesmo a menos de 10 % desse último, para condições de pressão e temperatura idênticas. De preferência, a matéria expandida é uma matéria plástica.
Em uma variante, a invenção se refere também a uma estrutura que tem uma alma celular que compreende uma estrutura em colméia à base de PVC cheia com espuma de PUR e duas placas externas feitas de PVC reforçado de fibras de vidro longas. De maneira mais especialmente preferida, as duas placas externas são solidárias de uma colméia feita de PVC cheia com espuma PUR e são separadas por uma camada de espuma PUR isenta de colméia.
A estrutura em colméia de acordo com a invenção pode ser obtida de qualquer maneira conhecida. De preferência, ela é obtida por extrusão e de maneira mais especialmente preferida, ela é obtida pelo processo objeto do pedido co-pendente PCT/EP2006/065385 em nome da requerente e cujo conteúdo é também incorporado por referência no presente pedido.
Nesse processo:
• extruda-se de modo contínuo, em uma direção substancialmente horizontal, através de uma fieira que compreende uma face dianteira munida de uma pluralidade de fendas paralelas e de um material isolante pelo menos na superfície, lamelas paralelas de uma composição à base de pelo menos uma matéria plástica;
• desde a saída da fieira, submete-se, em alternâncias sucessivas e entre dois calibradores cujo comprimento é suficientemente pequeno para que a composição de matéria plástica permaneça fundida, os espaços compreendidos entre duas lamelas adjacentes a uma injeção de gás comprimido e a uma depressão, os dois lados de uma mesma lamela sendo, para um, submetido à ação do gás comprimido e, para o outro, à ação da depressão, e inversamente por ocasião da alternância seguinte, a fim de realizar a deformação das lamelas e sua soldadura duas a duas com formação, em um plano substancialmente paralelo à direção de extrusão, de uma estrutura alveolar da qual os alvéolos constitutivos se estendem perpendicularmente à direção de extrusão.
A colméia e a ou as placas feitas de PVC reforçadas podem ser unidas de qualquer maneira conhecida: colagem, soldadura, ... No caso em que a colméia compreende espuma, essa última pode ser gerada in situ e servir também para solidarizar a/as placa(s) e a colméia (como descrito no pedido WO 2006/045723 precitado). Finalmente, a presente invenção se refere também à utilização de placas obtidas pelo processo descrito acima e/ou de estruturas compósitas tais como descritas acima na construção civil/em construção e em especial, nas paredes, nos tetos, nos pisos e nas formas para concreto, aplicações para as quais a rigidez, a resistência à fluência e a resistência ao choque são importantes. O fato de poder diminuir as espessuras das paredes para um desempenho igual é também um trunfo. Em especial as estruturas compósitas são interessantes nessas aplicações.
O processo de acordo com a invenção é ilustrado de maneira não limitativa pelo exemplo seguinte:
Foi preparada a formulação ("premix") seguinte:
Produtos per PVC S250 100 Baerostab MSL 10 Paraloid K120N 1 Paraloid Kl 75 1,5 Loxiol G60 1,5
A granulometria da formulação era da ordem de 300 μηι.
Os ingredientes da mesma são:
- resina PVC S250: número K (Kw) = 50
- Baerostab MSL: estabilizante térmico de tipo organo-estanho
líquido (carboxilato)
- Paraloid K120N: processing aid (polímero acrílico)
- Paraloid Kl 75; processing aid que permite diminuir a colagem e o plate-out
- Loxiol G60: cera à base de estearato.
Eles foram misturados em um misturador Henschel de acordo com o modo de operação seguinte:
- Misturar os sólidos no I0 misturador e deixar girar em pequena velocidade durante 5'
- Fazer em seguida a temperatura subir até 60°C misturando
para isso em grande velocidade por patamar de 2 a 3°C e voltar para a pequena velocidade a fim de não sobreaquecer demais as pás
- A 60°C, girar em pequena velocidade e introduzir os líquidos
- Elevar progressivamente a temperatura até 90°C, voltar para a pequena velocidade e descarregar no misturador frio.
- Deixar esfriar durante IOa 15'.
Foram fabricadas placas de PVC com o auxílio dessa formulação nas condições seguintes (de acordo com a invenção):
- Velocidade de desenrolar: 2,5 m/min
- Largura de festo: 1100 mm - Reforço
° Referência do reforço: Fibra de vidro Vetrotex P243 2400
tex
° Número de mecha: 15 ° Vazão de mecha: 1100 g/min ° Posição choppeur: 4,1
- Matriz
° Vazão de pó: 1650 g/min ° posição polvilhador: 22,6 %
- Tratamento eletrostático: ° Tensão: IOkV
° Distância entre eletrodos: 4 mm
- Calandragem no plano (prensagem) ° Temperatura máxima: 200°C
° Temperatura de resfriamento: 20°C ° Pressão pneumática aplicada sobre a calandra: 5 bars
° Distância entre esteiras: 0,3 mm
Com fins de comparação, foram prensadas placas em condições similares, à base de uma formulação idêntica àquela explicitada acima mas sem fibras de vidro e sem tratamento eletrostático ("PVC referência").
Foram medidas as propriedades mecânicas das placas de acordo com a invenção e das placas de comparação e os resultados obtidos são retomados nas tabelas seguintes:
1/ Avaliações realizadas no produto tal qual (espessura 0,7 mm)
Medição
Norma
PVC/Fibras de vidro
PVC referência
Módulo em tração (0.05 % - 0.25 %) (MPa)
ISO 527-4
Sentido L(*): 4341 Sentido T(*): 3849 45°(*): 4509
2820
Peso que Cai Instrumentado: Resiliência (J/min)
ISO 6603-2 (edição 2000-20-01)
5,9
0,037
(*) sentido L = sentido paralelo à direção de fabricação sentido T = sentido perpendicular à direção de fabricação 45° = de acordo com um ângulo de 45° em relação às direções
LeT
2/ Avaliações realizadas em várias placas prensadas de maneira a aumentar a espessura e permitir essas avaliações (espessura 1,85 mm)
Medição Norma PVC/Fibras de vidro PVC referência Módulo em flexão (8-14 Mpa) (MPa) ISO 178 (2001) 7038 3278 Peso que Cai Instrumentado: Resiliência (J/min) ISO 6603-2 (edição 2000-20-01) 7,221 0,224
Conclusões
O produto reforçado de fibras de vidro apresenta um comportamento mecânico nitidamente superior ao produto não carregado. Muito boa resistência ao choque para o produto carregado
enquanto que o PVC de referência é muito frágil.

Claims (10)

1. Processo de fabricação de placas compósitas à base de PVC e de uma rede de fibras longas, o dito processo sendo caracterizado pelo fato de que ele compreende as etapas seguintes: - dispersa-se PVC sob a forma de pó na dita rede; - submete-se o conjunto a um campo eletrostático alternativo com uma duração e uma intensidade suficiente para repartir o pó na rede; - aquece-se o conjunto sob pressão até que o pó forme uma matriz contínua.
2. Processo de acordo com a reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de que o PVC que têm um índice de viscosidade em fusão ou número K (Kw ou K-wert) inferior ou igual a 68.
3. Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o pó de PVC é à base de partículas que têm um diâmetro médio inferior ou igual a 300 μηι.
4. Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que as fibras longas são fibras de vidro.
5. Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que as fibras são não tecidas mas sim emaranhadas.
6. Estrutura compósita caracterizada pelo fato de que ela tem uma alma alveolar e pelo menos uma placa à base de PVC reforçado com fibras longas obtida por um processo de acordo com uma qualquer das reivindicações precedentes.
7. Estrutura compósita de acordo com a reivindicação precedente, caracterizada pelo fato de que a alma alveolar é tomada em sanduíche entre 2 placas à base de PVC reforçado com fibras longas obtidas por um processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 5.
8. Estrutura compósita de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizada pelo fato de que a alma alveolar compreende uma colméia feita de PVC.
9. Estrutura de acordo com a reivindicação precedente, caracterizada pelo fato de que a colméia feita de PVC é cheia com espuma de PUR.
10. Utilização de uma placa ou de uma estrutura, a placa sendo obtida por um processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 5 e a estrutura sendo de acordo com uma qualquer das reivindicações 6 a 9 caracterizada pelo fato de que é em edificação/construção e em especial nas paredes, nos tetos, nos pisos e nas formas para concreto.
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