ES2225404T3

ES2225404T3 - Producto compuesto a base de plastico y metodo para fabricar el mismo.

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Publication number: ES2225404T3
Application number: ES01202924T
Authority: ES
Inventors: Dirk Van Dijk; Fransiscus Bernardus Antonius De Vries
Original assignee: Tech Wood International Ltd
Current assignee: Tech Wood International Ltd
Priority date: 1995-04-27
Filing date: 1995-04-27
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2015-04-27
Also published as: EP1172404A1; US20050013984A1; ATE274555T1; DE69533432D1; WO1996034045A1; DE69528669D1; EP1172404B1; ATE226609T1; DE69533432T2; AU2319695A; DK0830424T3; US6929841B1; EP0830424B1; EP0830424A1; DE69528669T2

Abstract

Producto de composite con base de plástico, que consiste al menos parcialmente en un plástico en el cual está homogéneamente embebido un material consistente sustancialmente en partículas, cuyas partículas son resistentes a la tracción en al menos una dirección principal, caracterizado porque las partículas comprenden: partículas pequeñas, en particular placas o fibras con una orientación aleatoria y una longitud de 0, 2-2 mm; y partículas grandes, con una orientación dominante, por ejemplo del 80-95% de la citada dirección principal de las partículas en una dirección principal del producto elegida y con una longitud en la dirección principal de las partículas de aproximadamente 2-6 mm.

Description

Producto compuesto a base de plástico y método para fabricar el mismo.

Este invento se refiere a un producto compuesto a base de plástico (que en lo que sigue denominaremos simplemente como "composite"), que consiste, al menos parcialmente, en un plástico en el que está embebido homogéneamente un material consistente sustancialmente en partículas, cuyas partículas tienen resistencia a la tracción en al menos una dirección principal.

Un objeto del invento es proporcionar un producto que pueda ser fabricado a bajo coste pero que, sin embargo, cumpla con normas exigentes que puedan ser requeridas con respecto a diversas propiedades. Tales propiedades pueden estar en relación con, por ejemplo, propiedades mecánicas, resistencia al fuego, resistencia a los agentes atmosféricos, propiedades anti envejecimiento, y similares.

Con vistas a lo expuesto en lo que antecede, el invento proporciona un producto tal como el que se describe en la reivindicación 1.

Una realización específica tiene la característica de que las partículas grandes comprenden placas y la dirección principal de las partículas se extiende en el plano principal de las mismas.

A fin de obtener fácilmente la deseada orientación de las placas, se recomienda la realización en la que las placas tienen al menos una resistencia a la tracción más o menos isotrópica en su plano principal.

En este último contexto, es muy adecuada la variante en la que las placas están hechas sustancialmente de mica.

Se hace notar que de acuerdo con el invento, las partículas pueden ser también de una forma en general alargada, por lo que pueden designarse como fibras.

Una variante específica y muy ventajosa tiene la característica de que las partículas consisten, predominantemente, en material de madera, y el plástico es un material polímero termoplástico, en particular al menos una poliolefina o un polímero sobre una base de estireno, en que:

a): la dimensión transversal de las partículas de madera grandes es preferiblemente tal que la relación de la longitud en la dirección principal de las partículas a su dimensión transversal es, como mínimo, de 4, pero preferiblemente está comprendida en el margen de 6-80.

b): las partículas de madera están presentes en una cantidad del 40-80% de la masa, pero preferiblemente del 50 al 70% de la masa, con relación a la masa del producto.

c): el producto obtenido cumple, como mínimo, los siguientes requisitos, relativos a las propiedades mecánicas, en:

-: resistencia a la flexión en la dirección de la fibra: 8 MPa

-: módulo de flexión en la dirección de la fibra: 3 GPa

-: resistencia a la tracción en la dirección de la fibra: 6 MPa

-: módulo de carga por esfuerzo de tracción en la dirección de la fibra: 3 GPa

-: resistencia a la tracción transversalmente a la dirección de la fibra: 0,3 MPa

-: módulo de carga por esfuerzo de tracción transversalmente a la dirección de la fibra: 1 GPa.

El presente invento proporciona un producto que puede ser fabricado de la manera que se describirá aquí en lo que sigue sobre una base de madera, sin desperdicio y, si se desea, como un proceso continuo, cuyo producto no solamente posee propiedades mecánicas y físico-químicas que se corresponden con las de la madera, sino que tal producto puede ser fabricado sobre la base de madera básica que, si se desea, puede ser inferior y puede ser clasificada como madera para interiores, madera para exteriores o madera para la construcción. Este producto de acuerdo con el invento se designará aquí en lo que sigue como madera técnica.

El invento proporciona la posibilidad de aplicar el producto obtenido en lugares en los que está indicado el uso de madera dura tropical.

Para este fin, las partículas con una resistencia a la tracción tal como la de las partículas de madera procedentes, preferiblemente, de madera de desecho o de desechos de madera, junto con, opcionalmente, partículas de refuerzo adecuadas, están orientadas predominantemente y ligadas por medio de un polímero termoplástico, preferiblemente sobre una base de olefinas o de estireno, en que la proporción de partículas aplicadas es extrema en relación con el polímero aglomerante, de tal modo que no pueda cuestionarse que no se trata de un material termoplástico rellenado con fibra sino de un material excepcionalmente similar a la madera que puede ser procesado de la manera usual para un experto.

Es importante que el método puede ser puesto en práctica de un modo continuo, y que comprende las etapas de comprimir, componer, orientar la fibra y conformar, en las que se deben cumplir los siguientes requisitos:

1: - la etapa de compresión, en la que debe igualmente tener lugar la expulsión de los gases incluidos, tanto de los inter como de los intra fibrilares, en condiciones constantes en que las firmas permanezcan intactas.

2: - la fase de componer, en la que debe tener lugar la mezcla de componentes y la humectación con masa fundida de polímero, bajo condiciones en las que las fibras sensibles a la rotura y a la escisión permanezcan intactas.

3: - la fase de orientación, en la que debe tener lugar una orientación dominante de las partículas largas en el material plástico comprimido, bajo condiciones tales que se conserve esencialmente la posición mutua de las partículas en la mezcla, es decir, que la orientación se efectúe a lo largo de líneas de flujo fluentes, gradualmente y sin que se originen cargas de cizalladura tan altas que con ello se pueda correr el peligro de una degradación térmica.

4: - la fase de configuración, en la que la mezcla adquiere la forma y las dimensiones fijas de la sección transversal perpendicular a la dirección del flujo, igualmente bajo condiciones en las que la posición mutua relativa de las partículas permanezca prácticamente invariable, para lo cual el material fluye fuera de la cabeza del molde, bajo la sobrepresión, y permanece a presión en la unidad de calibración hasta que se haya enfriado la fase de polímero aglomerante hasta por debajo de la temperatura de reblandecimiento de Vicat (medido con la aguja de Vicat).

No hay aquí extrusión, dado que en la extrusión la masa fundida, después de salir de la cabeza de extrusión, está relativamente libre de presión o está al menos bajo una sobrepresión relativamente pequeña, tal como la necesaria para permitir un flujo posterior del núcleo de plástico del producto conformado en la unidad de calibración, con objeto de permitir así la reposición del déficit de material resultante de la contracción. Este flujo posterior debe siempre ser evitado, debido a que iría acompañado de la exfoliación y por una disminución de la cohesión entre las partículas y el plástico, y por consiguiente no se obtendrían las deseadas propiedades.

Tampoco puede cuestionarse que no se trata aquí de pultrusión (proceso de tirar de un material inerte para refuerzo de un plástico, a través de depósitos de resinas termoendurecedoras, con un preformador, y luego de una matriz de extrusión) dado que las fuerzas de tracción se ejercen aquí sobre el producto conformado, en y después de la parte final de la fase de consolidación, con el fin de efectuar la descarga continua del producto configurado, que por lo demás adquiere su forma de manera que está libre de presión, o bien en que está bajo una sobrepresión relativamente pequeña de una fusión de termoplástico y refuerzo de fibra.

El método de acuerdo con el invento comporta un proceso de conformación bajo una sobrepresión continua significativa, en la que el material no fluye, sino que es empujado hacia delante como un "taco" de plástico, a través de las fases de orientación, de conformación y de consolidación.

Este método, por lo tanto, se designa con el nombre de "pushtrusión" (extrusión con empuje).

El producto obtenido sobre la base de las partículas de madera y el plástico, la madera técnica, es totalmente reciclable, debido a la aglomeración de las fibras por medio de un termoplástico. Será evidente que las poliolefinas y los estirenos reciclados pueden también ser usados como aglomerantes de fibras.

Se pueden añadir además aditivos durante la fase de composición, con lo que se comunican a la madera técnica propiedades que sobrepasan a las de la madera natural, en particular cuando se usan como materiales de partida maderas de crecimiento rápido, tales como las de abeto, pino, abedul y chopo.

El método como tal proceso continuo, se designará como de "compushtrusión" (composición-empuje-extrusión), y el aparato en el cual se lleva a cabo el método se designará como "compush" extruidor.

De la literatura de patentes son conocidos ejemplos en los que se fabrican productos de plástico que se asemejan a la madera, pero en los que no se consiguen en ellos las propiedades mecánicas como las que se obtienen de acuerdo con el método del invento.

En los métodos conocidos, en la medida en que dentro del producto se procesa una proporción relativamente alta de masa de madera, se hace además uso, sin excepción, de una máquina con una intensa acción de amasado, tal como por ejemplo la mezcladora de Banbury, o bien la amasadora Bus Co, que deliberadamente no se usan en el nuevo método, habida cuenta del efecto perjudicial que produce tal máquina de amasar en las dimensiones y las propiedades de las fibras de madera aplicadas.

Las aplicaciones de los productos de acuerdo con los métodos conocidos están limitadas a la ornamentación, el recubrimiento, las vallas de empalizada, etc., en las que la parte de madera se considera como una madera de relleno:

EP-A-0 114 409, E.I. Du Pont de Nemours, 1994

US-A-5 030 662, A.K. Banerjie, 1991

US-A-4 866 110, Chang Y. Lee, 1989

US-A-5 082 605, J.G. Brooks y otros, 1992

NL-A-77 04265, Lankhorst Touwfabrieken, 1978

WO-A-90 08020, Polywood Patent AB, 1990.

Descripción de la construcción del "compushtrusión"

En el "compushtrusión" se pueden diferenciar:

(1): el componedor: preferiblemente de doble husillo o de un solo husillo con geometría del husillo adaptada,

(2): bomba volumétrica giratoria, preferiblemente de engranaje, de émbolo o de husillo,

(3): cabeza de distribución

(4): medios de orientación

(5): cabeza del molde, también dispositivo de calibración, cuyas partes se describen con más detalle aquí en lo que sigue.

(1) Componedor

La función del componedor, como por ejemplo la del de la serie Theysohn TSK-N, Leistritz ZSE-GL, es la de encapsular partículas, en particular fibras de madera, en el termoplástico líquido. Esto debe tener lugar de tal modo que las fibras de madera queden completamente encerradas en polímero, pero sin embargo sin que las fibras se acorten efectivamente aquí por rotura de su longitud. Las fibras de madera, sin embargo, pueden escindirse longitudinalmente. Esta situación se consigue mediante la humectación de las fibras con la masa fundida de polímero. Debido a las propiedades de adherencia relativamente fuerte de la masa fundida con relación a las fibras, estas últimas son arrastradas y dispersadas homogéneamente más en la fase de masa fundida. La adaptación de la geometría del husillo impide que sea aplicada a la mezcla una acción de amasado demasiado intensa, como es usualmente el caso con, por ejemplo, la mezcladora de Banbury, o con un componedor normal. Se ha hecho una elección consciente de un camino de composición largo, en vez de uno brusco, corto, en que las partículas de madera son manipuladas cuidadosamente al tiempo que, sin embargo, se produce una dispersión homogénea. Las partículas de madera se introducen preferiblemente bajo compresión, y se compactan, para evitar un exceso de inclusión de aire que podría afectar a la calidad del producto final.

Comprimiendo, descomprimiendo y desgasificando sucesivamente en vacío las mezclas, por medio de la geometría del husillo elegida, el aire y los gases son expulsados, tanto de la mezcla como de los poros de las fibras. En el caso de un componedor de un solo husillo, se impulsa la mezcla en n flujo de "taco" comprimido, tras lo cual se funde la parte de termoplástico.

La adherencia entre las partículas de madera y la masa fundida de polímero es tan grande, y se adhieren de tal modo, que se pueden efectuar más adiciones opcionales a la mezcla sin romper la adherencia entre el polímero y las partículas de madera.

En el camino antes indicado pueden ser arrastradas fibras de refuerzo opcionales que tengan como base la celulosa, tales como las de lino, de cáñamo, o fibras minerales de vidrio, placas (de mica), o similares.

La presión sobre la mezcla con el fin de proceder a la fase de conformación no se proporciona, como es lo usual, por el principio de la acción de extrusión del husillo, sino mediante una bomba volumétrica giratoria interpuesta para este fin.

(2) Bomba volumétrica giratoria

La presión requerida para prensar la mezcla a través de la cabeza de distribución (que se describirá en lo que sigue), los medios de orientación y la cabeza de molde/dispositivo de calibración, es producida por una bomba volumétrica, preferiblemente una bomba de husillo o una bomba de engranajes, por ejemplo la Maag, Expac tipo Extrex 56/56 o la White tipo ESTHF 92.6 LKK. Se pueden conseguir altas presiones sin efecto alguno significativo en la forma y en las dimensiones de las partículas. Además, puesto que están prácticamente ausentes las grandes fuerzas de cizalladura, el aumento de presión deseado se puede conseguir sin una excesiva carga térmica ni degradación de la mezcla.

(3) Cabeza de distribución

La cabeza de distribución es una "interfaz" necesaria entre la bomba volumétrica giratoria y los medios de orientación. El patrón de flujo laminar desde la bomba volumétrica giratoria debe ser convertido en un flujo de "taco".

Los medios de orientación de las partículas deben ser suministrados con un flujo constante de mezcla que se distribuya por igual, en cantidad y en velocidad, por la superficie del flujo de los medios de orientación, y ello a fin de evitar el bloqueo y la turbulencia como resultado de las diferencias de velocidad después de cada fase de la orientación de partículas. La cabeza de distribución inicia, por consiguiente, la requerida tranquilidad dentro del perfil del flujo. El flujo de "taco" puede ser optimizado:

-: mecánicamente, variando para ello la superficie de paso de flujo por canal usando pernos de ajuste a los que se puede tener acceso desde fuera, y/o

-: térmicamente, variando para ello la resistencia al flujo por canal usando elementos de calentamiento.

La forma de la cabeza de distribución depende en parte, o totalmente, del producto deseado.

(4) Medios de orientación

Los medios de orientación consisten en una pluralidad de placas conectadas en serie con rendijas (en el caso de placas) o agujeros (cilíndricos) (en el caso de fibras), en la dirección del flujo. La superficie de paso de flujo total por placa es la misma en todas ellas. El diámetro de los agujeros disminuye en las placas conectadas en serie. El diámetro y la disminución del mismo en las placas dependen de las dimensiones de las partículas y del grado de orientación deseado. Cuando se guían fibras de una longitud de 2 mm y una relación L/D de 4, a través de un agujero de 2,5 mm, se producirá poca o ninguna orientación.

Si pasa una fibra larga, de una longitud de 4 mm y una relación L/D de 8, a través del mismo agujero, se producirá entonces la orientación.

El número de placas depende del grado de uniformidad de la longitud de la fibra, de las relaciones L/D de las mismas, y del grado deseado de orientación.

La longitud de las rendijas o de los agujeros cilíndricos es, preferiblemente, al menos igual a la dimensión lineal máxima de las partículas.

Las placas de transición entre las placas con agujeros de diferentes diámetros, tienen por supuesto la misma superficie de paso de flujo que las placas con agujeros.

(5) Cabeza de molde/dispositivo de calibración

Con objeto de obtener un producto sin fin de forma bidimensional, a partir de la "mezcla" de madera con las partículas orientadas, se necesitan una cabeza de molde y un dispositivo de calibración. En contraste con el proceso de conformación por extrusión típicamente usado, la cabeza de molde y el dispositivo de calibración se construyen integralmente en el proceso de "compushtrusión", dado que el "pushextruido" no ha de ser sometido a tracción ni se ha de ejercer presión sobre el mismo en dirección longitudinal.

Una condición esencial para obtener madera técnica es la de que después de la conformación se enfríe la mezcla a presión hasta por debajo de la temperatura de reblandecimiento de Vicat del termoplástico aglomerante. Este proceso de consolidación es necesario para evitar la exfoliación y el fallo de la matriz.

La presión del sistema se deriva de la resistencia al flujo entre la mezcla y la cabeza de molde/dispositivo de calibración.

A fin de evitar la exfoliación y el fallo de la matriz en la calibración, la primera parte de la misma se cubre con un recubrimiento que reduce sustancialmente la resistencia de la superficie hasta un valor para el que no se produce exfoliación ni fallo de la matriz. La parte exterior del producto, que mientras tanto se ha enfriado hasta por debajo de la temperatura de reblandecimiento de Vicat, en la calibración proporciona soporte a la matriz de aquella parte de producto, el núcleo de material, que esté todavía por debajo de la temperatura de reblandecimiento de Vicat.

Parámetros del proceso

Será evidente que en el proceso de "compushtrusión" se pueden diferenciar muchos parámetros, que todos tienen su influencia en la creación, la calidad y las propiedades de la madera técnica.

Los parámetros del proceso pueden subdividirse como sigue:

(1): Parámetros variables, que son parámetros ajustables que se pueden variar en la línea.

(2): Parámetros adaptables, que se fijan de una vez, teniendo en cuenta el tipo de madera técnica y la sección del producto deseado.

(1) Parámetros variables

Los parámetros variables pueden además subdividirse en dos categorías:

(1)a. tal como también pueden existir en el proceso conocido de composición/extrusión:

-: temperaturas, por ejemplo establecer el perfil de temperaturas del cilindro del husillo, la temperatura de la cabeza de molde,

-: velocidad de rotación del husillo,

-: con un compuesto de doble husillo; el nivel de llenado por medio de la dosificación,

-: presión, interactivo,

-: desgasificación, presión absoluta del vacío

(1)b. nuevos parámetros de "compushtrusión":

-: superficie de paso de flujo ajustada por medio de pernos de ajuste y/o perfil de temperatura de los canales de la cabeza de distribución,

-: temperatura de la provisión para orientación de las partículas,

-: temperatura de la calibración,

-: temperatura de la bomba volumétrica giratoria,

-: presión y caudal de salida de la bomba volumétrica giratoria,

(2) Parámetros adaptables

-: geometría del husillo,

-: modo y posición de la dosificación,

-: zona de desgasificación y número de ellas,

-: relación L/D del "compushtrusión",

-: número de placas de orientación,

-: cambios de diámetro y de longitud en los agujeros, en las placas de orientación,

-: resistencia al flujo en la cabeza de molde/dispositivo de calibración,

-: posición y longitud activa del recubrimiento de reducción de la resistencia en el dispositivo de calibración.

Ejemplo del método y de las propiedades mecánicas de la madera técnica obtenida.

El método se pone en práctica en un "compushtrusión", como el que se ha descrito en lo que antecede, con una capacidad de 200 Kg por hora.

La composición de la mezcla es la que sigue:

-: 60% de la masa de madera de pino, longitud de las partículas fibrosas de 0,6 - 3 mm, L/D = 4, contenido de humedad 2,2% de la masa.

-: 40% de la masa de polipropileno, MFI = 15 g/min, (230/2,16)

-: ninguna otra adición.

Los parámetros del proceso más importantes son los siguientes:

-: perfil de temperatura en el margen de 160 - 195ºC

-: presión de alimentación del componedor 15 bar

-: presión de la bomba volumétrica giratoria 95 bar

-: vacío 20 kPa.

Propiedades mecánicas medidas de la madera técnica:

Se midieron seis muestras, para las que se obtuvieron los siguientes resultados con respecto a la orientación en longitud de las partículas de madera:

Pruebas de resistencia a la tracción (ISO 527) desviación normal

1

Pruebas de flexión (ISO 178)

2

La adición del 10% de fibra de vidrio o de lino, con una longitud de 4 mm y una relación L/D de 150 a 400, da valores aproximadamente un 25% más altos que los reflejados en lo que antecede.

En principio se puede fabricar un producto de cualquier manera adecuada, partiendo del material pre-compuesto o de un semi-fabricado, por ejemplo, por prensado (isostático), por moldeo por inyección, por extrusión, o por "compushtrusión".

Una realización específica tiene la característica de que el producto consiste sustancialmente en un estratificado que comprende una capa de composite con base de plástico, de acuerdo con las especificaciones antes expresadas; una primera capa fina superficial adherida a la misma por un lado y que posee las propiedades elegidas; opcionalmente una segunda capa fina superficial adherida a ella por el otro lado y que posee propiedades elegidas; y cuyas capas son adheridas mutuamente, por ejemplo por encolado, por soldadura, por soldadura especular, con un láser de infrarrojos, con aire caliente, o por otro tratamiento adecuado.

Otra realización se caracteriza porque para obtener las propiedades deseadas se añade al menos un aditivo, cuyo aditivo se añade al flujo del proceso en una posición adecuada en el proceso de "compushtrusión" durante la fabricación del producto.

Las citadas propiedades elegidas de las capas finas superficiales pueden estar en relación, por ejemplo, con la capacidad de adherencia de la pintura, del barniz y de la cola.

Una variante de esta última realización tiene la característica de la capa fina superficial, o al menos una de las capas finas superficiales, es del tipo de acuerdo con el invento, y la orientación de las partículas largas de la misma tiene una dirección elegida con relación a esa orientación de la primera capa de plástico mencionada. Se pueden conseguir con ello propiedades mecánicas específicas. Éstas pueden estar basadas, por ejemplo, en el efecto de Stringer.

Como ya se ha indicado, el producto de acuerdo con el invento se presta de por sí muy bien a la fabricación por un proceso que puede describirse del mejor modo como de "compushtrusión". A este respecto, el invento proporciona igualmente un aparato para "compushtrusión" para fabricar un producto del tipo antes especificado, cuyo aparato comprende: un componedor que opera a baja presión para plastificar una mezcla consistente sustancialmente en plástico y partículas resistentes a la tracción, cuyas partículas se mezclan con el plástico, ya sea de antemano o ya sea en el componedor, y haciendo presión sobre la mezcla de plástico para hacerla salir al exterior a través de una salida;

: una bomba volumétrica giratoria que transporta de nuevo a la mezcla de plástico;

: una cabeza de distribución que guía de nuevo a la mezcla a fin de transportar de nuevo la mezcla de plástico sustancialmente como un flujo de "taco";

: medios de orientación que guían de nuevo a la mezcla, que comprenden al menos un haz de canales sustancialmente paralelos a través de los cuales puede fluir la mezcla de plástico y que están dimensionados con relación a las partículas largas de tal modo que, aparte de en una extensión dominante en la dirección principal de las partículas, son demasiado pequeños para permitir el paso de las partículas largas presentes en la mezcla de plástico; y

: una cabeza de molde sustancialmente prismática que conecta con las salidas de los canales y cuya forma se corresponde con la forma de la sección transversal deseada del producto;

: de tal modo que la dirección principal de las partículas se corresponde con la dirección longitudinal de la cabeza de molde y con la dirección principal del producto;

: cuya cabeza de molde es tan larga y tiene tal curva de temperaturas en la dirección longitudinal que en el extremo de la boca el producto se ha enfriado hasta por debajo de su temperatura de reblandecimiento de Vicat.

Como ya se ha expuesto, la adherencia del barniz, de la pintura y de la cola pueden mejorarse por medios mecánicos, por ejemplo debido a una cierta porosidad y a las fibras que sobresalen. Otra realización con la que se consigue el mismo efecto de modo químico-físico se caracteriza por un aditivo con una influencia deseada sobre las propiedades elegidas del producto, y que pertenece a al menos una de las siguientes clases:

-: agentes de influencia en la adherencia entre partículas con resistencia a la tracción y polímero de matriz (clase H),

-: agentes de influencia en las propiedades de la superficie del producto, en particular con respecto a los recubrimientos o adhesivos para aplicación en estructuras de emparedado (clase O),

-: agentes de influencia en las propiedades pirogénicas (clase P),

-: agentes de influencia en la durabilidad de las partículas (clase D),

-: medios de soplado para obtener una estructura esponjada (clase B), en caso de un aumento de la temperatura lo suficientemente alto.

A continuación se expondrá en detalle el invento, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:

la Figura 1 representa una vista lateral en perspectiva parcialmente recortada, muy esquemática, de un aparato de "compushtrusión" con el cual se puede fabricar un producto de acuerdo con el invento;

la Figura 2 representa una vista lateral muy esquemática de un aparato con el cual se puede fabricar otro producto de acuerdo con el invento;

la Figura 3 es una vista en perspectiva, recortada, correspondiente a la Figura 1, de una variante; y

la Figura 4 es una vista en perspectiva, recortada, a escala ampliada, de una parte del aparato de acuerdo con la Figura 3.

En la Figura 1 se ha representado un "compushtrusión" 1. Éste comprende un componedor 2, una bomba volumétrica giratoria 3, una cabeza de distribución 4, un miembro de orientación de partículas 42 y una cabeza de molde/unidad de calibración 43. La cabeza de distribución 4 y la cabeza de orientación 5 comprenden canales continuos a través de los cuales puede pasar el plástico plastificado, en el cual están incorporadas fibras resistentes a la tracción. Las fibras largas tienen una longitud predominantemente en el margen de 2 - 6 mm. A fin de comunicar a esas fibras la orientación deseada, es decir, la dirección longitudinal designada por la flecha 6, los canales continuos comprenden. en la cabeza de distribución 4 y en la cabeza de orientación 5, canales secundarios que tienen un diámetro efectivo del orden de, por ejemplo, 6 - 8 mm, teniendo en cuenta el deseo de elegir el tamaño del diámetro de los citados canales de tal modo que no resulte afectada la orientación de las fibras cortas. Será evidente que para otras longitudes de la fibra los citados pasos pueden ser adaptados en correspondencia. El producto 7 consiste sustancialmente en la masa de composite solidificada, en la cual se extienden las fibras largas en general, al menos aproximadamente, en la dirección longitudinal 6.

En la Figura 2 se ha representado una alternativa. Dos "compushtrusión" es 8,9 entregan productos 10, 11, respectivamente, en la dirección de la separación de agarre entre dos rodillos 12, 13. En la posición de la separación de agarre 14, una estera de fibras 15 impregnada de plástico, que comprende, por ejemplo, fibras de vidrio o de aramida, es introducida entre los productos 10, 11 similares a placas, mediante rodillos de transporte 16, 17. Se forma así un estratificado 18 por calentamiento y mediante la fuerza ejercida por los rodillos 12, 13. Las fibras de la estera de fibras 15 se extienden sustancialmente en la dirección longitudinal 6. Al menos uno de los productos 10, 11 presenta una porosidad deseada, a fin de asegurar que posee las propiedades propias de la madera.

Para darle mayor grosor, se puede fabricar un producto a partir de una pluralidad de estratificados situados uno encima de otro y mutuamente adheridos mediante un tratamiento térmico y aplicación de presión.

Se hace notar además que, en general, también se pueden añadir aglomerantes al plástico básico con objeto de mejorar la adherencia entre fibras, plástico y otros aditivos. Con ello se puede mejorar también la adherencia al producto de acuerdo con el invento de pinturas y barnices de base acrílica-agua.

El uso de agentes colorantes o pigmentos en la masa puede proporcionar la ventaja de que se obtenga un producto uniforme.

Con referencia a la Figura 2, se reclama la atención hacia el hecho de que haciendo uso, por ejemplo, de la coextrusión o de otra técnica adecuada para el producto de acuerdo con el invento, se puede aplicar un recubrimiento adicional al lado visual del producto. Tal recubrimiento puede tener un color extra-estable, una mayor resistencia a la radiación ultravioleta, o resistencia a la suciedad y a las influencias atmosféricas.

En contraste con la técnica anterior mencionada en lo que antecede, el invento proporciona un producto que se presta de por sí al procesado y al tratamiento como los correspondientes a la madera. Las siguientes consideraciones son aquí especialmente importantes.

El producto de acuerdo con el invento puede tener una dilatación lineal similar a la de la madera, y también una resistencia y una rigidez similares con una tenacidad grande en comparación, y excelente resistencia al agrietamiento. El producto puede presentar características frente al fuego las cuales, partiendo de una previsión de condiciones ambientalmente amigables, deben ser al menos iguales a las características frente al fuego de la madera normal y que cuando se quema puede no producir ni más humo ni más sustancias perjudiciales que los producidos por la madera normal. Para un peso específico de 750 - 1250 kg/m^{3}, el proceso y las materias primas y los aditivos requeridos pueden no exceder en precio de los que tienen para la madera normalmente procesada.

En términos de aspecto y de peso, el producto de acuerdo con el invento puede presentar, si se desea, una sorprendente similitud con la madera natural o con la madera tradicionalmente prensada, tal como el chapado de MDF o de fibra de madera.

El producto de acuerdo con el invento puede ser trabajado con las herramientas normales y con las máquinas de procesado de madera normales. De la manera usual empleada para la madera, puede ser clavado, aserrado, atornillado, encolado, pintado y barnizado.

El producto de acuerdo con el invento puede poseer una excelente resistencia a las condiciones climatológicas, tales como la humedad, la luz del sol con componente ultravioleta, los cambios de temperatura, etc.

Los productos de acuerdo con el invento son más adecuados que la madera natural para ser reciclados después de su uso.

Los productos de acuerdo con el invento son superiores a la madera con respecto a la absorción de la humedad, a la pudrición, y similares.

En la Figura 3 se ha representado un "compush" extruidor 21 que tiene una estructura que difiere en parte de la dibujada en la Figura 1. Una cabeza de distribución 23 conecta con la bomba volumétrica 3 (véase también la Figura 4). Este bloque tiene un espacio 24 de entrada que se estrecha más o menos cónicamente, el cual desemboca en un abanico de nueve canales 25-33. En la Figura 4 se ha representado en particular claramente la estructura interna de una cabeza de distribución 23. Por medio de tornillos controlables desde el exterior, que se han designado todos por 34 por comodidad, se puede ajustar individualmente el paso efectivo y con el mismo la resistencia al flujo de los canales 25-33. Se puede con ello garantizar una excelente homogeneidad de la mezcla que fluye a su través. Alternativamente, el flujo pasante efectivo de los canales puede resultar influenciado por un calentamiento selectivo. El flujo pasante por un canal puede en cualquier caso mejorarse reduciendo para ello la resistencia al flujo. Esto se puede conseguir no solamente ajustando el paso, sino también cambiando la temperatura, con lo que se cambia la viscosidad de la mezcla que fluye a su través, al menos en la superficie de límite, cambiándose con ello el flujo pasante efectivo.

A través de un espacio 35 de recogida, se alimenta la mezcla de plástico a la que se ha permitido pasar a un haz 36 de canales que están limitados por placas que se extienden una encima de otra en dirección transversal. Por medio de los canales 37 se puede suministrar a la mezcla de flujo pasante calor suficiente como para mantenerla en estado plástico. Un segundo haz 38 sigue al prime haz 36 a través de un espacio intermedio 37. A continuación sigue un tercer haz 40 a través de un espacio intermedio 39.

Aguas abajo de este último haz 40 está situada la cabeza de molde 41 del "compush" extruidor 21. Por medio de la calibración y de medios de refrigeración se enfría después gradualmente el producto, mientras se mantiene una presión suficiente, y se lleva al exterior con las dimensiones correctas. El producto 42 de acuerdo con la Figura 3 tiene una orientación de las fibras largas que se corresponde con la dirección longitudinal del molde.

Los diámetros de los canales redondos mutuamente adyacentes de los haces 36, 38, 40 son en esta realización, respectivamente, de 14 mm, 8 mm y 6 mm, al tiempo que se conserva la misma superficie de flujo pasante.

De la estructura representada en la Figura 4 será evidente que la masa que fluye a través de los canales situados más hacia dentro tiene una menor resistencia al flujo que la masa que fluye a través de los canales situados más hacia fuera, dado que éstos son más largos. En este contexto, los canales situados más hacia dentro pueden tener un diámetro ligeramente menor.

Se hace notar que en todos los "compush" extruidores la mezcla con las fibras embebidas en la misma es introducida en la cabeza de molde mediante la bomba volumétrica giratoria a una temperatura relativamente alta, por encima de la temperatura de reblandecimiento de Vicat, por ejemplo de 180ºC, se enfría durante el transporte a través de la cabeza de molde y alcanza al final una temperatura reducida, tal que el producto que sale tiene una temperatura inferior a la temperatura de reblandecimiento de Vicat, con lo que queda lo suficientemente curada como para que no sufra ya cambio alguno sustancial de su forma.

Claims

1. Producto de composite con base de plástico, que consiste al menos parcialmente en un plástico en el cual está homogéneamente embebido un material consistente sustancialmente en partículas, cuyas partículas son resistentes a la tracción en al menos una dirección principal,

caracterizado porque

las partículas comprenden:

partículas pequeñas, en particular placas o fibras con una orientación aleatoria y una longitud de 0,2-2 mm; y

partículas grandes, con una orientación dominante, por ejemplo del 80-95% de la citada dirección principal de las partículas en una dirección principal del producto elegida y con una longitud en la dirección principal de las partículas de aproximadamente 2-6 mm.

2. Producto según la reivindicación 1,

caracterizado porque

las partículas grandes son placas y la dirección principal de las partículas se extiende en el plano principal de las mismas.

3. Producto según la reivindicación 1,

caracterizado porque

las partículas grandes son fibras en las que la dirección principal de las partículas es la dirección longitudinal de cada fibra.

4. Producto según la reivindicación 1, 2 ó 3

caracterizado porque

las partículas son alargadas.

5. Producto según la reivindicación 1, 2, 3 ó 4

caracterizado porque

las partículas consisten predominantemente en material de madera.

6. Producto según la reivindicación 5,

caracterizado porque

el plástico es un material polímero termoplástico, en particular al menos una poliolefina.

7. Producto según la reivindicación 6,

caracterizado porque

a.: la dimensión transversal de las partículas de madera grandes es preferiblemente tal que la relación entre la longitud en la dirección principal de las partículas y su dimensión transversal es de un mínimo de 4, pero preferiblemente está comprendida en el margen de 6-80.

b.: las partículas de madera están presentes en una cantidad del 40-80% de la masa, pero preferiblemente del 50 al 70% de la masa, con relación a la masa de producto.

c.: el producto obtenido cumple, como mínimo, con los siguientes requisitos relativos a las propiedades mecánicas de

-: resistencia a la flexión en la dirección de la fibra: 8Mpa

-: módulo de flexión en la dirección de la fibra: 3 GPa

-: resistencia a la tracción en la dirección de la fibra: 6 MPa

-: módulo de carga por esfuerzo de tracción en la dirección de la fibra: 3 MPa

8. Producto según la reivindicación 5, 6 ó 7

caracterizado porque

las partículas de madera proceden de madera o de madera dura, preferiblemente de uno de los siguientes tipos: abeto, pino "spruce", abedul y chopo.

9. Producto según la reivindicación 6 ó 7,

caracterizado porque

contiene otras partículas con resistencia a la tracción, en una cantidad del 3-25% de la masa, preferiblemente del 5-18% de la masa.

10. Producto según la reivindicación 9,

caracterizado porque

dichas otras partículas proceden de al menos un tipo de la clase de polímeros inorgánicos sobre una base de silicatos, preferiblemente de fibras de vidrio, o que consisten en fibras de vidrio, cordones troceados de una longitud de 4-5 mm y un diámetro de 0,013 mm y una relación de longitud a diámetro comprendida en el margen de 300-400.

11. Producto según la reivindicación 9,

caracterizado porque

contiene otras fibras resistentes a la tracción de uno o más tipos de la clase de los biopolímeros naturales sobre una base de celulosa, preferiblemente de lino, de yute, de cáñamo, de sisal, de coco, de bambú, o de "miscanthus".

12. Producto según la reivindicación 6,

caracterizado porque

el material polímero consiste en polipropileno, poliestireno, polietileno o poliacrilato.

13. Producto según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes

caracterizado porque

contiene un aditivo con una influencia deseada sobre propiedades elegidas del producto y que pertenece a por lo menos una de las siguientes clases:

-: agentes de influencia en las propiedades pirogénicas (clase P),

-: agentes de influencia en la durabilidad de las partículas (clase D),

14. Producto según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes

caracterizado porque

durante la fabricación se añade al producto al menos un agente colorante o pigmento.

15. Producto según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes

caracterizado porque

el producto es alargado y la dirección principal elegida es la dirección longitudinal del producto.

16. Producto según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes

caracterizado porque

el producto consiste sustancialmente en un estratificado que comprende:

: una capa de composite con base de plástico, según cualquiera de las reivindicaciones precedentes;

: una primera capa fina superficial adherida a la misma por un lado y que posee las propiedades elegidas;

: opcionalmente una segunda capa fina superficial adherida a la misma por el otro lado y que posee propiedades elegidas;

: y cuyas capas están mutuamente adheridas, por ejemplo, por encolado, por soldadura, por soldadura especular, con un láser de infrarrojos, con aire caliente, o por otro tratamiento adecuado.

17. Método para la fabricación de un producto según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes

caracterizado porque

se mezclan las partículas con el plástico y se plastifica la mezcla y a continuación se orientan al menos una parte de las partículas en la dirección del flujo por medio de medios de orientación, en que a continuación la mezcla del plástico y las partículas pasa a una cabeza de molde con una abertura de paso que conecta con las salidas de los medios de orientación, en que la forma de la abertura del paso de la cabeza de molde se corresponde con la forma deseada para la sección transversal del producto, en que las partículas mayores, que tienen una longitud de aproximadamente 2-6 mm, están orientadas en la dirección del flujo, mientras que las partículas más pequeñas presentan una orientación aleatoria, en que el material está bajo una sobrepresión continua y es empujado hacia delante como un "taco" de plástico a través de las fases de orientación, conformación y consolidación.