ES2204835T3 - Plancha compuesta estratificada modelable, procedimiento de fabricacion de dicha plancha y piezas de carroceria de automoviles obtenidas. - Google Patents
Plancha compuesta estratificada modelable, procedimiento de fabricacion de dicha plancha y piezas de carroceria de automoviles obtenidas.Info
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Abstract
Plancha compuesta estratificada modelable que comprende dos paramentos en planchas metálicas unidas por un núcleo formado a partir de por lo menos una capa a base de materiales poliméricos que comprende por lo menos una capa textil continua de fibras poliméricas impregnada de por lo menos un material polímero de impregnación de la capa y de adherencia con dichos paramentos, caracterizada porque: - dichas fibras poliméricas son termoplásticas, - dicho material polimérico de impregnación y de adherencia es termoendurecido.
Description
Plancha compuesta estratificada modelable,
procedimiento de fabricación de dicha plancha y piezas de carrocería
de automóviles obtenidas.
La invención se refiere a una plancha compuesta
estratificada modelable que comprende dos paramentos en planchas
metálicas unidas por una capa a base de un material polímero
formando el núcleo de la plancha compuesta así como un procedimiento
de fabricación de dicha plancha y la utilización de una plancha
compuesta de dicho tipo para la preparación de piezas de plancha
formadas, por ejemplo por estampación, plegado o perfilado, después
pintadas.
De forma general, la ventaja principal de las
planchas compuestas estratificadas en relación con las planchas
metálicas clásicas reside en la ganancia de peso que se consigue en
la preparación de piezas que presentan unas especificaciones de
resistencia mecánica predeterminadas; dicha ventaja es muy
importante en las aplicaciones para automóviles.
La patente US 3382136 (UNION CARBIDE) describe
unas planchas del tipo citado anteriormente cuyo núcleo es un
material termoplástico seleccionado de entre el grupo que comprende
las poliolefinas, las poliamidas, los polihidroxiéteres, los
policarbonatos, los polímeros vinílicos como los poliestirenos, los
poliacrílicos, los polimetacrilatos o los policloruros de
vinilo.
Dicho documento indica que dichas planchas
compuestas son mucho más fáciles de preparar por plegado que unas
placas del mismo material plástico sin paramentos.
La solicitud de patente EP 108710 (CIBA GEIGY)
describe asimismo unas planchas compuestas del tipo citado
anteriormente cuyo núcleo es de un material termoplástico
seleccionado de entre el grupo que comprende unas mezclas de
copolímeros de propileno y de etileno y de copolímeros de propileno
y de ácido carboxílico insaturado, y, eventualmente de unas
poliolefinas como polipropileno, polietileno, polibutileno,
poliisobutileno y/o polimetilpenteno; el material termoplástico
puede contener:
- -
- unas cargas como talco o carbonato cálcico,
- -
- unos medios de refuerzo, como las fibras de vidrio, unas fibras de carbono o unas placas de mica,
- -
- unos aditivos clásicos de material polímero, como unos agentes estabilizadores, unos agentes anti-oxidantes.
La plancha compuesta descrita en dicho documento
se destina esencialmente a unas aplicaciones eléctricas y no está
prevista ninguna operación de utilización de dicha plancha en dicho
documento.
El documento EP 184549 (SCHWEIZERISHE ALUMINIUM)
describe asimismo unas planchas de dicho tipo cuyo núcleo polimérico
se refuerza con unas fibras, como unas fibras de vidrio o unas
fibras de carbono (página 2, líneas 57-60).
El documento US 3721597 (DOW) describe unas
planchas de dicho tipo cuyo núcleo está estratificado en tres
sub-capas: una sub-capa interna de
material termoplástico, como un polietileno de alta densidad,
situado entre dos sub-capas externas en material
termoplástico termo-adhesivo, como un copolímero de
etileno y de ácido acrílico. La temperatura de fusión de la
sub-capa interna debe ser superior en por lo menos
14ºC a la de las sub-capas externas, par evitar
fundir la sub-capa interna en el momento de la
co-laminación y del ensamblaje por termopegado de la
plancha compuesta estratificada.
Según dicho documento (col. 6, línea 63 a col. 7,
línea 6-ejemplo IV), la sub-capa
interna puede asimismo presentarse en forma de una capa textil,
tejida o no tejida, compuesta de fibras termoplásticas como Nylon™
66.
El documento PT 67259 (SOLVAY) describe asimismo
unas planchas de dicho tipo (reivindicación 9) cuyo núcleo está
constituido por una lámina poliolefina modificada comprendiendo
entre 10 y 90% de fibras celulósicas. Según dicho documento, con
dicho tipo de fibras, se obtiene una mejor adherencia entre la
lámina poliolefina y los paramentos metálicos. Preferentemente, la
materia poliolefina se presenta por ella misma en forma de fibras
poliolefinas (reivindicación 7) de forma que el núcleo es entonces
una capa textil integrando unas fibras poliolefinas y unas fibras
celulósicas.
La solicitud de patente JP
62-019456 (Matsushita Electric Works) describe una
plancha compuesta estratificada del tipo descrito anteriormente en
cuyo núcleo presenta por lo menos tres sub-capas:
una sub-capa central a base de resina termoplástica
a un elevado contenido en temperatura, intercalada entre dos
sub-capas externas comprendiendo por lo menos una
capa textil pre-impregnado. La plancha compuesta
estratificada descrita en la presente memoria se destina a unas
aplicaciones electrónicas de soportes de circuitos impresos y no se
adapta por una operación de modelado.
El documento FR 159770 (REICHOLD BECKACITE)
describe asimismo una plancha compuesta estratificada del tipo
descrito anteriormente cuyo núcleo se forma de una capa tejida o no
tejida, por ejemplo unas fibras de vidrio o de fibras sintéticas,
preimpregnadas de resina poliéster endurecible. La plancha obtenida
se destina a la industria de la construcción y no se adapta por una
operación de modelado.
La solicitud de patente AU 8941110 (SYMONDS R
AUSTRALIA) describe unas planchas del tipo citado anteriormente cuyo
núcleo está constituido por unas láminas fibrosas porosas
preimpregnadas de una resina endurecible que sirve para conferir al
núcleo sus propiedades cohesivas y adhesivas después de la
aplicación de un ciclo de calentamiento. Las láminas fibrosas no son
unas capas textiles y la plancha obtenida no se adapta por una
operación de modelado.
Con el fin de mejorar la facilidad de utilización
por estampación de las planchas del tipo descrito anteriormente, la
solicitud de patente EP 115103 (SUMITOMO) describe asimismo unas
planchas compuestas cuyo núcleo está estratificado en tres
sub-capas de las que dos sub-capas
externas presentan la particularidad de ser dúctiles y de no
presentar el límite elástico en la curva
contracción-deformación: para dichas
sub-capas externas del núcleo, se puede utilizar por
ejemplo caucho nitrilo, polietileno clorosulfonado, o
poliuretano.
Las planchas compuestas estratificadas descritas
en los documentos descritos anteriormente no se adaptan
adecuadamente a la fabricación de piezas formadas y pintadas de
carrocería de vehículo automóvil, en particular cuando la operación
de utilización de pintura de dichas piezas comprende una etapa de
tratamiento térmico de secado y/o de cocción de la pintura a unas
temperaturas del orden de 160ºC.
El procedimiento de fabricación de dicha pieza
comprende generalmente las etapas siguientes:
- -
- modelado, principalmente por estampación, de la plancha compuesta estratificada,
- -
- aplicación de pintura sobre la superficie de la pieza utilizada,
- -
- cocción de la pintura aplicada sobre la pieza en unas condiciones térmicas adaptadas para obtener el reticulado del ligando de dicha pintura.
Un modo clásico de aplicación de por lo menos una
de las capas de pintura es la electrodeposición en un baño de
cataforesis. Por lo tanto las pinturas aplicables por cataforesis
necesitan generalmente unas cocciones a unas temperaturas superiores
a 160ºC y pudiendo alcanzar los 220ºC. Sin embargo, a dichas
temperaturas, el material polímero del núcleo de la plancha
compuesta estratificada generalmente comienza a fluir, es decir a
deslizarse, de forma que la pieza pintada obtenida después de la
cocción presenta unos defectos prohibitivos para su utilización
final.
En el caso de aplicación de pintura en polvo o en
solución, el mismo problema de mantenimiento en temperatura se
presenta cuando la cocción sobrepasa una temperatura de 160ºC.
Asimismo, el mal aspecto de las planchas
compuestas estratificadas del tipo descrito anteriormente de unos
ciclos de calentamiento cuando algunos de ellos sobrepasan la
temperatura de 160ºC limita considerablemente el desarrollo de
dichas planchas en el dominio del automóvil.
La solicitud de patente JP 62264941 (NIPPON
STEEL) describe una plancha compuesta estratificada cuyo núcleo es a
base de polipropileno que contiene menos de 60% de cargas fibrosas.
Según dicho documento, dicha plancha se adapta bien para la
fabricación de piezas pintadas de carrocería de automóvil, gracias a
una buena estampación y una resistencia al calor compatible con el
secado después de la colocación de la pintura. El material polímero
del núcleo, cargado de fibras, presenta un índice de deslizamiento
en el estado fundido de 0,01 a 0,6 g/10 min a una temperatura de
190ºC medido según la norma JIS 6758.
Para mejorar la estabilidad dimensional y térmica
de las piezas formadas a partir de las planchas estratificadas de
dicho tipo, el documento EP 547664 (HOOGOVENS) describe un
procedimiento de utilización en el que, antes de la estampación, se
precalienta la plancha compuesta entre la temperatura ISO/A y la
temperatura de Vicat B del material del núcleo de la plancha.
La invención tiene como objetivo proponer una
solución para el mal aspecto de las piezas en las planchas
compuestas estratificadas del tipo descrito anteriormente a unos
ciclos de calentamiento cuando su temperatura sobrepasa los
160ºC.
Para dicho propósito, la invención tiene como
objeto una plancha estratificada modelable comprendiendo dos
paramentos en planchas metálicas unidas por un núcleo formado de por
lo menos una capa a base de materiales polímeros comprendiendo por
lo menos una capa textil continuo de fibras de polímeros impregnados
de por lo menos un material polímero de impregnación de la capa y
de adherencia con dichos paramentos anteriores, caracterizado
porque:
- -
- dichas fibras de polímeros son termoplásticas,
- -
- dicho material polímero de impregnación y de adherencia es termoendurecido.
Se entiende por capa textil continua, una capa
tejida o no tejida extendiéndose sobre toda la superficie del
núcleo; preferentemente, la capa es no tejida para evitar cualquier
riesgo de marcado por transferencia de textura sobre los paramentos
en el momento de las operaciones de modelado.
Preferentemente:
- -
- la capa textil continua presenta un alargamiento al corte en tracción superior al de los paramentos en planchas metálicas, preferentemente superior al 80%,
- -
- la capa textil presenta unas prolongaciones derivadas,
- -
- el peso del material termoendurecido de impregnación representa ventajosamente entre el 10 y el 90%, en particular entre el 30% y el 70% del peso total del núcleo.
El núcleo presenta un grosor homogéneo y superior
a 0,1 mm y de masa volumétrica superior a 0,5 kg/ dm^{3}, lo que
permite distinguirlo claramente de los paneles aislantes para
edificios, generalmente de un núcleo de espuma de poliuretano,
- -
- los paramentos son de plancha de acero.
Gracias a la capa textil continua y al material
de impregnación termoendurecido, se mejora muy sensiblemente el
comportamiento en temperatura de la plancha compuesta. Gracias al
carácter termoplástico de las fibras de dicha capa, la plancha
compuesta es fácil de modelar, por ejemplo por plegado, estampado o
perfilado. Gracias a los paramentos en metal y a la débil porosidad
del núcleo, la plancha compuesta presenta unas buenas propiedades
mecánicas, principalmente para ser utilizada para fabricar unas
piezas de carrocería. Gracias al importante grosor que se puede
proporcionar al núcleo, las piezas de carrocería obtenidas pueden
ser más ligeras, con unas propiedades mecánicas equivalentes, a las
de las piezas de carrocería clásicas en plancha de acero.
La invención tiene asimismo como objeto un
procedimiento de utilización de la plancha según la invención para
fabricar unas piezas para las carrocerías de automóviles. Dicho
procedimiento comprende las etapas siguientes:
- -
- modelado de la pieza en plancha compuesta estratificada,
- -
- aplicación de pintura sobre la superficie de la pieza a la que se ha dado forma,
- -
- cocción de la pintura aplicada sobre la pieza en unas condiciones térmicas adaptadas para obtener el reticulado del ligando de dicha pintura.
El modelado se lleva a cabo preferentemente por
estampación, plegado o perfilado. La plancha según la invención
resiste a unas condiciones severas de estampado y/o plegado y/o
perfilado.
La aplicación de pintura se puede llevar a cabo
por ejemplo por cataforesis, por proyección de polvo, o por
revestimiento con una pintura líquida en solución o de una capa
polímero fundido. La plancha según la invención se puede tratar a
unas temperaturas superiores a 160ºC, preferentemente superiores a
180ºC, temperaturas que se alcanzan generalmente en el momento de la
cocción de la pintura.
La invención se comprenderá mejor con la lectura
de la descripción siguiente, proporcionada a modo de ejemplo no
limitativo.
Primero se describe la plancha compuesta
estratificada modelable según la invención.
Cada paramento de la plancha según la invención
está por lo tanto constituido por una plancha metálica de un grosor
ventajosamente comprendido entre 0,1 mm y 1,5 mm, preferentemente
comprendido entre 0,2 mm y 0,5 mm, por ejemplo del orden de 0,25 mm.
Preferentemente, se seleccionan unas planchas en acero que presentan
mejores propiedades mecánicas que unas planchas de aluminio, y se
estampan más fácilmente. Dichas planchas de acero pueden estar
desnudas, revestidas de una aleación metálica, tratadas con un
compuesto mineral por ejemplo por cromado o por fosfatación,
eventualmente aceitosas o revestidas con un material orgánico como
un revestimiento orgánico delgado, una capa de pintura primaria, es
decir una laca de acabado.
Se utiliza preferentemente una capa textil con
prolongaciones que describe una capa del tipo de la que se obtiene
por cardado de fibras, calandrado, y posteriormente derivación. Se
entiende por derivación una operación de encastramiento de las
fibras, por ejemplo por unos medios mecánicos o hidráulicos; dicha
capa forma parte por lo tanto de los tejidos no tramados.
Las capas textiles utilizables para la aplicación
de la invención pueden asimismo integrar unos compuestos conocidos,
en forma de polvos o de fibras, adaptadas para mejorar su
estabilidad o, por ejemplo, su conductividad eléctrica.
\newpage
Para la utilización de la invención, podrá
manifestarse ventajoso utilizar una capa que presenta una masa
superficial comprendida entre 100 g/m^{2} y 1500 g/m^{2},
preferentemente entre 250 g/m^{2} y 700 g/m^{2}.
Los materiales termoplásticos de las fibras
utilizadas para dicha capa se seleccionan preferentemente entre el
grupo comprendiendo las poliolefinas, tales como el polipropileno o
el polietileno, los poliésteres, las poliamidas, los policarbonatos,
las poliimidas, los poliacrílicos, los polimetacrílicos o los
policloruros de vinilo. Dichos materiales termoplásticos pueden
integrar unos aditivos clásicos, como unas cargas minerales o unos
agentes plastificantes.
A título de ejemplos de capas textiles con
derivaciones, se pueden citar los productos comerciales BESTER 30,
TIMEX 40, TIMEX 60, o DUTEX 4140 THU de la compañía THARREAU y los
productos comerciales PR200 y PR300 de la compañía SOMMER; dichas
capas textiles de fibras termoplásticas se utilizan habitualmente
para el drenaje de los suelos en maquinaria civil.
El material polímero de impregnación y de
adherencia que es termoendurecido, se prepara a partir de una o
diversas resinas termoendurecibles. En el marco de la presente
invención, se entiende por resina termoendurecible, una resina o un
compuesto cuyo peso molecular puede aumentar y que se puede
reticular bajo el efecto del calor o de otro factor. De entre dichos
otros factores, se pueden citar, a título no limitativo, la acción
del agua, la adición de los catalizadores, la irradiación mediante
un haz de electrones o por radiación UV, o bien mediante la mezcla
con un endurecedor, así como cualquier procedimiento adaptado.
Asimismo, el término termoendurecido indica clásicamente una resina
termoendurecible que se puede reticular sin haber sido
necesariamente calentada.
Dicha resina termoendurecible se selecciona
preferentemente de entre el grupo que comprende las resinas epoxi,
las resinas fenólicas como las resinas
nitrilo-fenólicas y las resinas
vinilo-fenólicas, las resinas poliuretanos, las
resinas formaldehído-cetona, las resinas urea, las
resinas melaninas, las resinas anilina, las resinas sulfonamida, las
resinas álcides, las resinas de poliésteres insaturados, las resinas
polibutadienos, las resinas bismaléimidas, las resinas de
polivinilbutiral, las resinas isocianatos y las resinas
poliamidas.
Preferentemente, el material termoplástico de las
fibras es a base de polipropileno y el material polímero de
impregnación y de adherencia es a base de resina epoxi.
Dicha resina termoendurecible puede contener en
su núcleo un determinado número de compuestos químicos y/o metálicos
y/o minerales, con el fin de mejorar las características de
utilización o de empleo de la plancha según la invención.
\bullet los compuestos metálicos, tales como
las cargas de zinc, de níquel o de fósforo de hierro, permitiendo,
principalmente asegurar la conductividad eléctrica entre las dos
planchas metálicas y de favorecer de este modo las operaciones de
soldadura por puntos y de colocación de pintura que siguen a las
operaciones de modelado.
\bullet los compuestos minerales, tales como
las cargas de talco, de yeso, de cal, de sílice permitiendo
principalmente mejorar el comportamiento en temperatura de la resina
y asimismo de la capa textil en las operaciones de colocación de la
pintura que puede suceder a las operaciones de modelado.
\bullet los compuestos químicos, tales como de
las cargas elastoméricas y/o termoplásticas (tipo polipropileno,
polietileno, poliamida...) permiten transformar en más dúctil y
tenaz la resina termoendurecible y de este modo mejorar las
operaciones de modelado y las propiedades mecánicas de la plancha
compuesta según la invención.
De una forma conocida por si misma, se selecciona
la resina termoendurecible para obtener a la vez una buena
adherencia a los paramentos y una buena impregnación de la capa
textil. Según el procedimiento de impregnación utilizado, dicha
resina endurecible se puede presentar en forma pastosa, en forma
líquida fundida o líquida en solución, en forma de polvo.
En determinados casos, la plancha según la
invención puede comportar diversos tipos de resinas termendurecibles
diferentes, en términos de química, de forma, etc... Asimismo, se
podrá utilizar una primera resina para permitir una buena
impregnación en el núcleo del tejido y una segunda resina para
mejorar las propiedades de adherencia. Se puede asimismo prever de
realizar una premezcla de dichas dos resinas antes de impregnar la
capa textil.
El núcleo así formado de por lo menos una capa
comprendiendo por lo menos una capa textil continuo impregnado del
material polímero termoendurecido presenta un grosor generalmente
comprendido entre 0,1 mm y 4 mm, preferentemente entre 0,2 mm y 2
mm para la preparación de piezas de carrocería de automóvil.
En dicho núcleo, el peso del material
termoendurecido de impregnación representa ventajosamente entre 10%
y 90%, preferentemente entre 30% y 70%, del peso total del
núcleo.
La plancha compuesta estratificada modelable
según la invención podría fabricarse mediante cualquier
procedimiento adaptado. De este modo, se podrá proceder llevando a
cabo las etapas siguientes:
- -
- se impregna una capa textil con la ayuda de una o diversas resinas termoendurecibles, cada resina se aplica de forma sucesiva o bien en una sola vez mediante una mezcla de resinas preparada con anterioridad,
- -
- se aplica una plancha metálica de cada lado de la capa preimpregnada,
- -
- se aplica, a la capa provista de este modo de sus dos paramentos de plancha, un tratamiento de endurecimiento adaptado al reticulado de la resina termoendurecible o de las resinas termoendurecibles para formar el material termoendurecido; dicho tratamiento puede ser térmico u otro tratamiento.
Sin embargo, los presentes inventores han
constatado que se podía proceder ventajosamente de forma diferente.
De este modo, otro objetivo de la invención está constituido por un
procedimiento de fabricación de una plancha compuesta estratificada
modelable según la invención, que comprende:
- un pre-encolado de una cara de
por lo menos un paramento en plancha metálica con la ayuda de un
material comprendiendo por lo menos una resina termoendurecible,
y a continuación
- la aplicación de la cara
pre-encolada de dicha plancha metálica sobre una
capa textil eventualmente pre-impregnado con la
ayuda de una o diversas resinas termoendurecibles, y después
- la aplicación de un segundo paramento en
plancha metálica, eventualmente pre-encolado con la
ayuda de un material comprendiendo por lo menos una resina
termoendurecible, sobre la otra cara de dicha capa textil,
después
- un tratamiento de endurecimiento de la o de las
resinas termoendurecibles utilizadas, adaptada al reticulado de la
resina termoendurecible o de las resinas termoendurecibles para
formar el material termoendurecido.
Gracias a dicha etapa de
pre-encolado, se pueden optimizar las propiedades de
adherencia de los diferentes componentes de la plancha según la
invención. Efectivamente, en el caso de las operaciones de abordaje
y de pegado, dicha o dichas resinas termoendurecibles aplicadas con
anterioridad sobre las planchas metálicas permitirán no solamente
asegurar las propiedades de adherencia de la capa textil sino que
difundirán hacia el núcleo de la capa textil y llevando a cabo de
este modo una impregnación más o menos importante. En determinados
casos, dicha operación de pre-encolado puede
sustituirse completamente por la operación anterior de impregnación
de la capa textil que se utilizará por lo tanto en un estado no
impregnado.
El pre-encolado podrá consistir
en el revestimiento de una resina termoendurecible en estado viscoso
que impregnará a continuación la capa textil en el momento de la
aplicación del paramento sobre la misma.
Se podrá asimismo encolar un paramento con una
mezcla comprendiendo por lo menos una resina termoendurecible y por
lo menos una materia termoplástica. Dicho modo de realización
presenta la ventaja de que después del encolado del paramento se
puede proceder a su secado lo que hace reticular la materia
termoendurecible y solidificar la materia termoplástica. El
paramento encolado de este modo puede a continuación almacenarse y
ser después utilizado cuando sea necesario. Antes de aplicarlo sobre
la capa textil, bastará calentarlo para fundir la materia
termoplástica lo que permite asegurar la adhesión del paramento y de
la capa.
Encontraremos a continuación una descripción más
precisa de las etapas que se pueden utilizar en el procedimiento
según la invención o en otro procedimiento permitiendo fabricar la
plancha según la invención.
- Desenrollado de las bobinas de la capa
textil;
- Impregnación de dicha capa mediante un
dispositivo adaptado para dicho efecto por ejemplo mediante la
utilización de los rodillos de revestimiento, de procedimientos de
pulverización o de aspersión o de inmersión o por gravedad;
- en el caso del empleo de resinas líquidas en
solución, calentamiento de la capa pre-impregnado de
manera a eliminar los solventes o el agua; dicho calentamiento puede
competir con la estabilización dimensional de la capa.
En determinados casos, para facilitar la
operación de encolado, dicha capa pre-impregnado
podrá ser calandrada antes de su secado completo lo que permite
reducir su grosor antes de poner en marcha la etapa siguiente.
- Enrollamiento en forma de bobinas de la capa
pre-impregnado de este modo.
- Desenrollado y recorte de las bobinas de
planchas metálicas en flanes;
\newpage
- Pre-encolado eventual, con una
o diversas resinas termoendurecibles, de la cara de la plancha que
se pondrá en contacto con la capa textil. Dicho
pre-encolado se lleva a cabo mediante unos
dispositivos adaptados como los dispositivos
roll-coat (rollo recubrimiento), de pulverización,
de raspado, de recubrimiento de cordones, etc... A título de
ejemplos, las cantidades de resinas termoendurecibles aplicadas
pueden variar entre 10 y 400 g/m^{2} y preferentemente entre 50 y
200 g/m^{2};
- Desenrollado y recorte de las bobinas de los
núcleos textiles en láminas pre-impregnadas o
no;
- Posicionamiento de las láminas de los núcleos
textiles entre los dos flanes de las planchas metálicas
pre-encoladas o no;
- Colocación bajo presión del conjunto y la
aplicación de las condiciones adaptadas para endurecer la o las
resinas termoendurecibles de impregnación y de adherencia y
eventualmente para que impregnen la capa textil;
- -
- en el caso de un endurecimiento a temperatura ambiente, los periodos de almacenaje bajo presión generalmente están comprendidos entre 12 horas y 7 días,
- -
- en el caso de un endurecimiento en caliente, los ciclos de calentamiento presentan generalmente unas temperaturas máximas comprendidas entre 60 y 200ºC y de unas duraciones desde 10 segundos a 60 minutos; se utiliza entonces una prensa térmica,
- Enfriamiento de las planchas compuestas
estratificadas modelables preparadas de este modo.
- Desenrollado de una bobina de núcleos textiles
pre-impregnados o no entre dos bobinas de planchas
metálicas, la velocidad de desenrollado está generalmente
comprendida entre 1 y 20 m/min.
- Desenrollado de las bobinas de planchas
metálicas en flanes eventualmente seguido de un
pre-encolado de la cara de los flanes que se pondrá
en contacto con la capa textil y la que se pondrá con unos o
diversas resinas termoendurecibles. Dicho
pre-encolado se lleva a cabo mediante unos
dispositivos adaptados como unos dispositivos de
roll-coat (rollo revestimiento), de pulverización,
de raspado, de revestimiento de cordones, etc... A título de
ejemplos, las cantidades de resinas termoendurecibles aplicadas
pueden variar entre 10 y 400 g/m^{2} y preferentemente entre 50 y
200 g/m^{2};
- Calandrage en caliente del núcleo entre las dos
planchas metálicas: temperatura generalmente comprendida entre 150 y
200ºC, durante unos periodos desde 3 a 300 segundos preferentemente
entre 20 y 60 segundos;
- Enfriamiento y enrollamiento en bobinas de la
banda de la plancha compuesta estratificada modelable obtenida.
Las principales ventajas de la plancha compuesta
estratificada modelable obtenida son los siguientes:
- El núcleo textil termoplástico eventualmente
con derivaciones aporta:
- -
- unas propiedades de ductilidad y de elasticidad necesarias para las operaciones de modelado, por ejemplo de plegado de engastadura, de perfilado y principalmente de estampado;
- -
- una buena aptitud para la impregnación con una resina orgánica, como el o los materiales adhesivos a base de polímeros termoendurecibles, ya que la resina puede difundir fácilmente y penetrar entre las fibras de dicho tejido;
- -
- unas ventajas económicas.
- El o los materiales adhesivos a base de
polímero termoendurecible aportan:
- -
- una buena adhesión directa del núcleo sobre las planchas metálicas, principalmente en acero sea cual sea su estado de superficie (desengrasados, cromados, aceitosos, prepintados),
- -
- una buena durabilidad de las propiedades adhesivas y cohesivas del núcleo en relación a las agresiones del entorno exterior,
- -
- unas buenas propiedades mecánicas en términos de rigidez de las planchas y de las piezas realizadas por modelado de dichas planchas,
- -
- un buen comportamiento en los ciclos de calentamiento de las operaciones de colocación de la pintura de la plancha.
\newpage
En efecto, la o las resinas termoendurecibles
difunden hacia el núcleo de las fibras termoplásticas entretejidas
en la etapa de impregnación o en el momento del tratamiento térmico
final y se fijan mediante unos fenómenos de anclaje mecánicos y/o el
establecimiento de las uniones físicas y/o químicas.
En el momento del tratamiento de reticulado de
dichas resinas, crean, al endurecerse, una red polimérica
térmicamente estable que aprisiona las fibras termoplásticas, de
manera que hace desaparecer todos los problemas ligados al
reblandecimiento de dichas fibras termoplásticas en el momento de la
aplicación de los ciclos de calentamiento posteriores, tales como
los que están unidos a las operaciones de pintura de las planchas
compuestas citadas anteriormente.
- La asociación del núcleo textil termoplástico y
del adhesivo termoendurecible o de los adhesivos termoendurecibles
aporta:
- -
- unas buenas propiedades mecánicas de las piezas principalmente en reposo y al choque,
- -
- una buena resistencia del núcleo en el momento de dar forma a nivel de las singularidades geométricas.
Todo ello implica la asociación de las
características mecánicas intrínsecas de un material polímero
termoplástico y de las de materiales polímeros termoendurecibles;
globalmente, dicha asociación permite obtener una plancha compuesta
a la vez dúctil y tenaz.
En resumen, la plancha compuesta estratificada
modelable según la invención presenta a la vez una facilidad de
modelado y un buen comportamiento en temperatura, compatible con los
tratamientos térmicos que se aplican en el momento de las
operaciones de aplicación de pintura de las piezas formadas.
Otras ventajas de la plancha compuesta
estratificada modelable según la invención se harán evidentes con la
lectura de los ejemplos presentados a continuación a título no
limitativo.
- planchas de acero galvanizadas desengrasadas,
de grosor de 0,25 mm.
- características mecánicas de las planchas: del
tipo ES, presentando un límite elástico de 180 Mpa.
- características del revestimiento galvanizado:
10 \mum por cara.
Se utilizaron dos capas textiles con
derivaciones: una suministrada por la empresa SOMMER (referencia
PR300), la otra suministrada por la empresa THARREAU (referencia
BESTER 30); dichas dos capas se prepararon a partir de fibras en
polipropileno.
El grosor de las dos capas antes de la
impregnación es:
- de 3 mm para la capa PR300,
- de 2,7 mm para la capa BESTER 30.
La masa de superficie de dichas dos capas es de
300 g/m^{2}; el alargamiento por la ruptura está comprendido entre
80% y 90%.
Se utiliza la resina del tipo "epoxi blandecido
monocompuesto", referenciado 1493 en la empresa GURIT.
- \bullet
- Dicha resina se utiliza para unas aplicaciones de pegado estructural de las planchas metálicas en el sector automóvil.
- \bullet
- Las principales características de dicha resina son, después del endurecimiento completo, es decir en el estado termoendurecido:
- -
- Módulo de Young (en tracción): del orden de 2000 Mpa
- -
- Alargamiento por la ruptura en tracción: del orden de 14%
- -
- Temperatura de transición vidriosa: del orden de 90ºC
- -
- Porcentaje de cargas minerales: inferiores al 10% (en peso).
Dicho ejemplo tiene como objeto ilustrar un modo
de realización de una plancha compuesta estratificada modelable
según la invención, a partir de unos componentes descritos en el
párrafo de Materiales anterior.
Se prepara una solución de resina líquida de
impregnación, diluyendo, en caliente y bajo agitación, de la resina
1493 en acetona.
Condiciones de la dilución: proporción
resina/acetona: 5/3 -temperatura 35 a 40ºC- duración de agitación:
entre 3 y 4 horas.
Se empapa a continuación la capa textil (ver capa
Materiales, punto 2) en dicha solución, después se calandra la capa
impregnada obtenida entre dos rollos para enjuagar dicha capa y
eliminar el exceso de solución de impregnación se seca a
continuación la capa enjuagada a una temperatura entre 40 y 50ºC
durante 15 a 30 minutos hasta la evaporación completa del
solvente.
Las condiciones de escurrido se adaptan para
obtener una proporción entre el peso de la capa textil impregnada y
el peso de resina 1493 de impregnación comprendido entre 2/3 y
1.
Con la ayuda de una prensa térmica, se procede a
las operaciones siguientes:
- -
- abordaje de las planchas de paramentos por una parte y por otra del núcleo textil pre-impregnado,
- -
- introducción del conjunto entre dos bandejas calefactoras,
- -
- aplicación de un ciclo de calentamiento constituido por una meseta de 1 hora a una temperatura de 160ºC, aplicación de una simple presión de contacto (inferior a 6 \cdot 10^{+5} Pa), adaptado para obtener una plancha cuyo núcleo presenta un grosor comprendido entre 0,9 y 1,1 mm.
Ejemplo comparativo
1
Dicho ejemplo tiene como objeto preparar unas
planchas compuestas estratificadas según la técnica anterior, cuyo
núcleo es de un material polímero termoplástico o termoendurecido,
está desprovisto de una capa textil.
La plancha utilizada para los paramentos es
idéntica a la descrita en el párrafo de Materiales, con la
diferencia cercana de que está pre-enganchada sobre
la cara destinada a estar en contacto con el núcleo de una capa
adhesiva de grosor de 15 \mum a base de una mezcla de resina epoxi
y de polipropileno gravado.
Para el núcleo se utiliza una lámina homogénea a
base de polipropileno de grosor del orden de 1 mm.
Se ensambla la plancha compuesta estratificada y
se coloca en una prensa térmica bajo una simple presión de contacto;
se aplica un ciclo de calentamiento que comporta una meseta de 2
minutos a una temperatura de 200ºC, y después se deja enfriar
manteniendo a temperatura ambiente durante por lo menos 24
horas.
La plancha utilizada para los paramentos es
idéntica a la descrita en el párrafo de Materiales.
Para el núcleo se utilizan dos hojas superpuestas
homogéneas a base de polietilen tereftalato
bi-orientado (PET), cada una de un grosor del orden
de 0,5 mm.
Como adhesivo entre las dos hojas y en las
interfases hoja-paramento, se utiliza una resina
endurecible descrita en el párrafo Materiales.
Para fabricar la plancha compuesta
estratificada:
- -
- se diluye la resina termoendurecible tal como se indica en el Ejemplo 1, de forma a obtener una solución líquida de dicha resina, o solución de pegado;
\newpage
- -
- con la ayuda de una barra de revestimiento ("barre coater" en lengua inglesa). Se aplica una capa de la solución de pegado sobre una cara de cada hoja de PET, se seca durante 15 a 30 minutos entre 40 y 50ºC, y se aplican las dos caras pegadas de este modo una contra la otra;
- -
- a continuación, se aplica una capa de solución de pegado sobre una cara de cada plancha metálica, y se seca igualmente durante 15 a 30 minutos a una temperatura entre 40 y 50ºC;
- -
- se ensambla la plancha compuesta estratificada y se coloca en una prensa térmica bajo una simple presión de contacto; se aplica un ciclo de calentamiento que comporta una meseta de 1 hora a una temperatura de 160ºC; después se deja enfriar manteniendo a temperatura ambiente durante por lo menos 24 horas.
Todas las operaciones de aplicación de la
solución de secado se adaptan para obtener una junta homogénea de
pegado, que después del secado y el reticulado, presenta un grosor
uniforme del orden de 50 \mum.
La plancha utilizada para los paramentos es
idéntica a la descrita en el párrafo de Materiales.
Para el núcleo se utiliza un material adhesivo a
base de poliuretano referenciado como PLIOGRIP 7779 de la compañía
ASHLAND; para utilizar dicho adhesivo, se utilizan dos productos
suministrados separadamente, la resina y el endurecedor; el
reticulado y el endurecimiento de la mezcla de los dos productos se
produce a una temperatura ambiente y pueden acelerarse por
calentamiento.
Después del endurecimiento, las principales
características del material termoendurecido son:
- módulo de Young en tracción del orden de 500
Mpa,
- alargamiento por ruptura en tracción del orden
del 75%,
- temperatura de transición vidriosa del orden de
-30%.
Para fabricar la plancha compuesta
estratificada:
- con la ayuda de una pistola, se aplica sobre
una cara de una de las planchas de paramento de los cordones del
material adhesivo de diámetro 6 mm, disponiéndolos paralelamente los
unos y los otros y despaciosamente de 6 mm, después se dispone sobre
dicha cara unas bolas de cristal de calibrado de diámetro de
aproximadamente 1 mm.
- se aplica la otra plancha de paramento sobre la
cara encolada de este modo y se presiona en frío entre dos bandejas
de ensamblaje obtenida a una presión adaptada para obtener la
extensión de los cordones del material adhesivo hasta obtener un
núcleo homogéneo, sin porosidades ni cavidades.
- manteniendo una simple presión de contacto
entre las dos bandejas, se aplica por último un ciclo de
calentamiento que comporta una meseta de 2 minutos a una temperatura
de 200ºC, y después se deja enfriar manteniendo la temperatura
ambiente durante por lo menos 24 horas.
El presente ejemplo tiene como objeto ilustrar la
facilidad de modelado por estampado de piezas obtenidas a partir de
unas planchas compuestas según la invención.
Para los ensayos, se preparan unos flanes de
plancha compuesta estratificada de diámetro de 150 mm.
El ensayo utilizado para evaluar el estampado
consiste en estampar unos flanes de plancha compuesta de forma
circular para proporcionarles la forma de un godet de fondo
hemisférico, y en determinar la profundidad máxima de penetración
del punzón de estampación por encima de la que se asistirá a un daño
de la plancha, por ruptura o por daño del núcleo.
Para los ensayos, se utiliza una prensa de
laboratorio comprendiendo una matriz y una cinta para el flan, a
través de los que se desliza un punzón de cabeza hemisférica:
- diámetro de la matriz de estampado: 84,75 mm
(con una junta de parada)
- diámetro del punzón: 75 mm
- radio de cobertura del punzón en la cima: 37, 5
mm
Para los ensayos de estampado de los flanes, las
condiciones aplicadas son las siguientes:
- Fuerza de cinta del flan: 80 KN, dicha fuerza
de cinta de flan permite bloquear completamente los flanes y de este
modo desplazarse en unas condiciones de expansión pura.
- Fuerza de estampado: variable, entre 30 y 35
kN
Se procede a diversas series de ensayos para cada
tipo de flan de plancha; se retiene el valor medio de los valores de
profundidad máxima de estampado obtenidos: los resultados medios
para la plancha metálica sola (referencia, Materiales, punto 1) para
la plancha compuesta estratificada según la invención del ejemplo 1,
y para las planchas según la técnica anterior del ejemplo
comparativo 1 se presentan en la Tabla 1.
| Tipo de plancha compuesta | Plancha sola | Ejemplo 1 (invención) | Caso PP | Caso PET | Caso PU |
| Profundidad máxima de | 32 | 31 | 31 | 26 | 20 |
| estampado (mm) |
Se observa por lo tanto que la plancha según la
invención puede adquirir la forma tan fácilmente como las planchas
metálicas de acero y que las planchas compuestas estratificadas de
la técnica anterior que presentan un núcleo homogéneo en
polipropileno.
Dicho ejemplo tiene como fin ilustrar el
comportamiento en temperatura de las piezas estampadas obtenidas a
partir de las planchas compuestas según la invención.
Las probetas estampadas del ejemplo 2 se colocan
durante una hora en una estufa a una temperatura de 200ºC; dicho
tratamiento corresponde a unas condiciones severas de cocción de la
pintura aplicada sobre unas piezas de carrocería de automóvil.
Se observa el aspecto de dichas probetas después
de la estancia en la estufa.
El resultado de dichas observaciones pone en
evidencia:
- -
- Un muy buen comportamiento de las probetas estampadas realizadas a partir de las planchas según la invención del ejemplo 1 o a partir de las planchas correspondiente al caso "PU" del ejemplo comparativo 1: no hay una desolidarización de los paramentos, no hay marcas adicionales en la superficie de los paramentos, no hay goteos.
- -
- Un mal comportamiento de las probetas estampadas a partir de las planchas correspondientes a los casos "PP", "PET" del ejemplo comparativo 1:
- \bullet
- Caso PP: mal comportamiento que se traduce principalmente en unas pérdidas de polímero de polipropileno en el exterior de los paramentos, principalmente sobre los bordes de las piezas,
- \bullet
- Caso PET: mal comportamiento que se traduce en la desolidarización completa de los dos paramentos al cabo de 30 minutos en la estufa; el núcleo de PET se ha desenganchado y ha expulsado los dos paramentos metálicos para adoptar su forma plana inicial debido a las tensiones internas generadas a lo largo del estampado en frío que no se han relajado.
En conclusión, de los ejemplos 2 y 3, únicamente
la plancha compuesta estratificada según la invención presenta a la
vez una gran facilidad de modelado, incluso en unas condiciones
severas de deformación, y un buen comportamiento en temperatura,
incluso después del modelado y a unas temperaturas que sobrepasan
los 160ºC.
Claims (16)
1. Plancha compuesta estratificada modelable que
comprende dos paramentos en planchas metálicas unidas por un núcleo
formado a partir de por lo menos una capa a base de materiales
poliméricos que comprende por lo menos una capa textil continua de
fibras poliméricas impregnada de por lo menos un material polímero
de impregnación de la capa y de adherencia con dichos paramentos,
caracterizada porque:
- -
- dichas fibras poliméricas son termoplásticas,
- -
- dicho material polimérico de impregnación y de adherencia es termoendurecido.
2. Plancha según la reivindicación 1,
caracterizada porque la capa textil continua presenta un
alargamiento por la ruptura en tracción superior a la de los
paramentos en planchas metálicas.
3. Plancha según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizada porque la capa textil continua presenta
prolongaciones.
4. Plancha según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque dicho núcleo
presenta un grosor homogéneo y superior a 0,1 mm y de masa
volumétrica superior a 0,5 kg/dm^{3}.
5. Plancha según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el peso del
material termoendurecido de impregnación representa entre el 30% y
el 70% del peso total del núcleo.
6. Plancha según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque dichos
paramentos son unas planchas de acero.
7. Plancha según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el material
termoplástico de dichas fibras se selecciona de entre el grupo
comprendiendo las poliolefinas, los poliésteres, las poliamidas, los
policarbonatos, las poliimidas, los poliacrílicos, los
polimetacrílicos o los policloruros de vinilo.
8. Plancha según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque el material
polímero de impregnación y de adherencia se selecciona de entre el
grupo comprendiendo las reinas epoxi, las resinas fenólicas, las
resinas de poliuretanos, las resinas
formaldehído-cetona, las resinas urea, las resinas
melanina, las resinas anilina, las resinas sulfamida, las resinas
álcidas, las resinas de poliésteres insaturados, las resinas
polibutadienos, las resinas bismaléimidas, las resinas de
polivinilbutiral, las resinas isocianatos y las resinas
poliimidas.
9. Plancha según las reivindicaciones 7 y 8,
caracterizada porque el material termoplástico de dichas
fibras es a base de polipropileno, y porque el material polímero de
impregnación y de adherencia es a base de resina epoxi.
10. Procedimiento de fabricación de una plancha
compuesta estratificada modelable según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque comprende:
- -
- pre-encolado de una cara de por lo menos un paramento en plancha metálica con la ayuda de un material comprendiendo por lo menos una resina termoendurecible, después
- -
- aplicación de la cara pre-encolada de dicha plancha metálica sobre una capa textil eventualmente pre-impregnada con la ayuda de una o diversas resinas termoendurecibles, después
- -
- aplicación de un segundo paramento en plancha metálica, eventualmente pre-encolado con la ayuda de un material comprendiendo por lo menos una resina termoendurecible, sobre la otra cara de dicha capa textil, y a continuación
- -
- tratamiento de endurecimiento de la o de las resinas termoendurecibles utilizadas.
11. Utilización de la plancha según las
reivindicaciones 1 a 9, para la fabricación de piezas de carrocería
automóvil modeladas, pintadas, posteriormente tratadas
térmicamente.
12. Pieza obtenida según la reivindicación 11,
caracterizada porque se modela por estampación.
13. Pieza obtenida según la reivindicación 11,
caracterizada porque se modela por plegado.
14. Pieza obtenida según la reivindicación 11,
caracterizada porque se modela por perfilado.
15. Pieza obtenida según cualquiera de las
reivindicaciones 11 a 14, caracterizada porque está tratada
térmicamente a una temperatura superior a 160ºC.
\newpage
16. Pieza según la reivindicación 15,
caracterizada porque, además, está tratada térmicamente a una
temperatura superior a 180ºC.
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