ES2230165T3 - Matriz de extrusion y metodo para producir una espuma de hebra hueca. - Google Patents

Abstract

Una matriz (100) de extrusión de dos piezas para procesar composiciones de polímero espumables, comprendiendo la matriz un primer segmento (110) de cuerpo sólido, y un segundo segmento (101) de cuerpo sólido; teniendo el primer segmento (110) de cuerpo sólido una primera superficie planar principal (118) y una segunda superficie planar principal (116), separada, sustancialmente paralela, habiendo definido en ella el primer segmento (110) de cuerpo sólido un receptáculo y cavidad de distribución de composición espumable (119), teniendo la cavidad (119) un extremo abierto donde intersecta la segunda superficie planar principal (116), y un extremo cerrado dispuesto entre la primera y segunda superficie planar principal, teniendo también el primer segmento (110) de cuerpo sólido unidos a él una pluralidad de espigas (120) que empiezan en el extremo cerrado de la cavidad (119) y se extienden más allá del extremo abierto de la cavidad (119); teniendo el segundo segmento (101) de cuerpo sólidouna primera superficie planar principal (108) y una segunda superficie planar principal (106) separada, sustancialmente paralela, habiendo definido en ella el segundo segmento (101) de cuerpo sólido una pluralidad de primeras aberturas (107) separadas, que están en comunicación fluida tanto con la primera como con las segundas superficies (108, 106) planares principales del segundo segmento (101) de cuerpo sólido; el primer y segundo segmento de cuerpo sólido (110, 101), cuando se ensamblan con la segunda superficie planar principal (116) del primer segmento (110) de cuerpo sólido, próximo a la primera superficie planar principal (108) del segundo segmento (101) de cuerpo sólido, cooperando para proporcionar una pluralidad de ranuras (109) de la matriz, estando formadas las ranuras (109) de la matriz por combinaciones de espigas (120) del primer segmento (110) de cuerpo sólido y las primeras aberturas (107) del segundo segmento (101) de cuerpo sólido, proporcionando las ranuras (109) de lamatriz una línea de flujo fluido del receptáculo y cavidad de distribución de la composición espumable (119) a la segunda superficie planar principal (106) del segundo segmento (101) de cuerpo sólido.

Description

Matriz de extrusión y método para producir una espuma de hebra hueca.

Esta invención se refiere a matrices espumantes de extrusión para producir estructuras de espuma que comprenden una pluralidad de hebras de espuma unidas, huecas, y a la preparación de tales hebras usando las matrices.

Una variedad de publicaciones de patente se refiere a objetos espumados, que comprenden una pluralidad de hebras de polímero expandidas (espumadas), distinguibles, unidas (espumas en hebras). Las publicaciones ilustrativas incluyen la solicitud de patente de EE.UU. nº 3.573.152 (columna 2, líneas 19-35, columna 2, línea 67 a columna 3, línea 30, columna 4, línea 25 a columna 5, línea 19 y columna 5, línea 64 a columna 6, línea 46); la solicitud de patente de EE.UU. nº 4.801.484 (columna 1, líneas 12-21, columna 2, línea 55 a columna 5, línea 8, columna 5, líneas 16 a 50 y columna 5, línea 60 a columna 6, línea 6); la solicitud de patente de EE.UU. nº 4.824.720 (columna 2, líneas 57-68, columna 3, línea 57 a columna 5, línea 32 y columna 5, líneas 50-58); la solicitud de patente de EE.UU. nº 5.124.097 (columna 3, línea 34 a columna 4, línea 3, columna 5, línea 31 a columna 6, línea 11 y columna 6, líneas 36-54); solicitudes de patente de EE.UU. n^{os} 5.110.841; 5.109.029 y; solicitud de patente europea nº 0 279.668; solicitudes de patente japonesas n^{os} 60-015114-A; 53-1262 y H6-263909.

La solicitud de patente británica nº 1034120 describe la extrusión de una resina sintética termoplástica espumable en una pluralidad de hebras separadas de resina sintética espumable ablandada por calor, a una presión suficiente para prevenir la espumación de la resina, la unión de las hebras cuando aún están bajo presión, y la extrusión de la masa unida resultante, de forma que se expanda en resina sintética termoplástica espumada. La composición de resina sintética termoplástica espumable puede extruirse a través de una matriz que tiene en su extremo de entrada una pluralidad de conductos separados que se comunican con una hendidura en el extremo de salida de la matriz, siendo la presión en la matriz suficiente para prevenir la espumación de la resina antes de que abandone la hendidura, y siendo tales las dimensiones de los conductos y de la hendidura, que las corrientes de resina que salen de los conductos llenan la hendidura y se unen cuando aún se encuentran sin espumar.

La solicitud de patente británica nº 1061702 describe un material aislante que comprende una lámina de resina de poliolefina espumada, extruida, hueca, flexible, que tiene una sección transversal en forma de una red de elementos de resina de poliolefina espumada interconectados, y un espesor total de 0,5 a 2 pulgadas (1,25 a 5 cm). La densidad del material es preferiblemente entre 1 y 2 lb/ft^{3} (16 a 32 kg/m^{3}) total, y la densidad de los elementos de resina espumados puede ser de 2 a 4 lb/ ft^{3} (32 a 64 kg/m^{3}). Las láminas huecas pueden obtenerse mediante extrusión de una composición espumable a través de una matriz que tiene en su extremo de salida un número de hendiduras dispuestas en forma de una red de la configuración deseada, teniendo cada hendidura comunicación con una pluralidad de canales separados en el extremo de entrada de la matriz, como se describe en la solicitud de patente británica nº 1034120.

Las solicitudes de patente de EE.UU. n^{os} 4753841, 4755408 y 4952450 describen la preparación continua de estructuras de espuma celulares, mediante soldadura por extrusión directa. Una resina sintética espumable, preferiblemente polietileno, se extruye con un propulsor a través de una multiplicidad de boquillas dispuestas una junto y/o encima de la otra, y se deja que la pieza extruida se espume libremente en el aire para formar tubos de espuma. Poco después de la extrusión a través de la boquilla, los miembros espumados se ponen en contacto unos con otros y se presionan uno contra otro, por ejemplo mediante pares de rodillos adecuadamente dispuestos, y se les deja unirse para formar paneles o bloques de estructura espumada celular.

En términos generales, la preparación de espuma en hebras incluye la extrusión de un material espumable, típicamente un material de polímero termoplástico, a través de un soporte de matriz de orificios múltiples para generar elementos de hebras espumables individuales. Las hebras se expanden y se unen (por ejemplo, las hebras próximas se ponen en contacto unas con otras a lo largo de al menos de una porción superficial de sus longitudes respectivas, mientras las hebras retienen suficiente pegajosidad superficial para efectuar la adhesión hebra a hebra), después de emerger del soporte de matriz, permaneciendo todavía distinguibles después de la recuperación de la espuma en hebras. Las hebras típicas tienen una sección transversal circular cuando los orificios o aberturas de la matriz son circulares. La alteración de la forma del orificio a una forma de ranura, una forma cuadrada o una forma especial, conduce a una alteración parcial correspondiente de la sección transversal de la hebra. La alteración parcial da como resultado una tendencia a que las hebras que salen por un orificio den la vuelta con espumación en lugar de mantenerse fieles a una forma de abertura.

Las espumas en hebra ofrecen un número de avances en prestaciones. Por ejemplo, las espumas en hebra tienen excelente resistencia en un plano transversal a la dirección de extrusión. Proporcionan una forma predeterminada con poca o ninguna necesidad de recortarse. Funcionan como productos de baja densidad con hebras celulares unidas distinguibles. Con la capacidad de cambiar o alterar la forma y la disposición del orificio de la matriz, las espumas en hebras se adaptan fácilmente a variaciones de forma.

En un aspecto, esta invención comprende una matriz de extrusión de dos piezas para procesar composiciones de polímero espumables, comprendiendo la matriz un primer segmento de cuerpo sólido y un segundo segmento de cuerpo sólido, teniendo el primer segmento de cuerpo sólido una primera superficie planar principal

y una segunda superficie planar principal separada, sustancialmente paralela, habiendo definido en ella el primer segmento de cuerpo sólido una cavidad de recepción y distribución de composición espumable, teniendo la cavidad un extremo abierto donde intersecta la segunda superficie planar principal, y un extremo cerrado dispuesto entre la primera y segunda superficie planar principal, teniendo también el primer segmento de cuerpo sólido unido a él un pluralidad de espigas que empiezan en el extremo cerrado de la cavidad y se extienden más allá del extremo abierto de la cavidad; teniendo el segundo segmento de cuerpo sólido una primera superficie planar principal y una separada, sustancialmente paralela, segunda superficie planar principal, habiendo definido en ella el segundo segmento de cuerpo sólido una pluralidad de primeras aberturas separadas, que están en comunicación fluida tanto con la primera como con la segunda superficie planar principal del segundo segmento de cuerpo sólido; el primer y segundo segmento de cuerpo sólido, cuando se ensamblan con la segunda superficie planar principal del primer segmento de cuerpo sólido próximo a la primera superficie planar principal del segundo segmento de cuerpo sólido, cooperando para proporcionar una pluralidad de ranuras de la matriz, estando formadas las ranuras de la matriz por combinaciones de espigas del primer segmento de cuerpo sólido y las primeras aberturas del segundo segmento de cuerpo sólido, proporcionando las ranuras de la matriz una línea de flujo de fluido de la cavidad de recepción y distribución de composición espumable a la segunda superficie planar principal del segundo segmento de cuerpo sólido.

Los expertos en la técnica pueden variar fácilmente la forma de la abertura y de la espiga asociada para obtener una forma geométrica hueca deseada.

Pueden proporcionarse una pluralidad de terceras aberturas, que no se muestran en ninguna de las figuras, que permiten introducir un medio fluido, agente de soplado u otro componente dentro de al menos una, preferiblemente todas, las hebras huecas de espuma. Cada una de tales terceras aberturas se define preferiblemente dentro de una espiga correspondiente. Cada tercera abertura está en comunicación fluida tanto con una fuente del medio fluido, agente de soplado u otro componente, y ese extremo de la espiga próximo a la segunda superficie planar principal del segundo segmento de cuerpo sólido.

La cavidad definida en el primer segmento de cuerpo puede subdividirse en dos o más subcavidades, estando cada subcavidad en comunicación fluida con una fuente de composición de polímero espumable. Esto proporciona una opción para usar diferentes composiciones espumables en una estructura de espuma celular individual.

En otro aspecto, esta invención es un método para producir un artículo de espuma en múltiples hebras huecas o en hebras huecas unidas que comprende:

a. proporcionar una composición espumable que comprende una composición de agente de soplado y al menos una composición que forma película, estando la composición espumable en estado de gel;

b. extruir la composición espumable a través de una matriz de la invención, para proporcionar una pieza extruida hueca de cada abertura;

c. convertir la pieza extruida hueca en hebras extruidas huecas espumadas a una temperatura que promueve la estabilidad de las burbujas de espuma; y

d. dejar que las hebras extruidas huecas espumadas se pongan en contacto unas con otras, mientras que tales hebras retienen al menos algo de pegajosidad superficial, para efectuar la adhesión entre hebras individuales contiguas, y proporcionar una pieza extruida de espuma de múltiples hebras hueca.

El gel espumable comprende preferiblemente un polímero con una temperatura de transición vítrea (Tg) próxima a la temperatura de vapor, es decir, nominalmente 100ºC a presión atmosférica (por ejemplo poliestireno o una mezcla de poliestireno con otro polímero tal como un interpolímero de etileno/estireno). El método incluye además opcionalmente una etapa secuencial e. de exposición a vapor de la pieza extruida de espuma de múltiples hebras hueca, durante un periodo de tiempo suficiente para reducir la densidad de la espuma por debajo de la de las hebras extruidas huecas espumadas. La presión normal de vapor produce resultados satisfactorios en un minuto. Pueden usarse tiempos más largos o más cortos según se desee, dependiendo de una variedad de factores tales como reducción deseada de la densidad, y parámetros de operación del aparato. La etapa e. puede seguirse inmediatamente de la etapa d. de forma secuencial o, la pieza extruida de espuma de múltiples hebras hueca de la etapa d. puede recuperarse y tratarse posteriormente como en la etapa e.

La recuperación de la pieza extruida de espuma de múltiples hebras hueca emplea técnicas de procesado y manejo convencionales. Por ejemplo, se puede enfriar la pieza extruida de múltiples hebras hueca a una temperatura que permita además el manejo mientras que se mantiene sustancialmente la estabilidad dimensional de la espuma.

La composición que forma película incluye preferiblemente al menos un material espumable, preferiblemente un polímero termoplástico. Sin embargo, pueden usarse materiales distintos de los polímeros termoplásticos. Virtualmente, cualquier material que forma una película puede formar también una burbuja o espuma y, como tal, se califica como "material espumable". La espuma tiene suficiente estabilidad dimensional para formar una hebra de espuma hueca, junto con propiedades físicas y duración del producto adecuados para un uso final deseado.

La composición de agente de soplado debe simplemente realizar la espumación de la composición que forma película. Los componentes de tal composición determinan, al menos parcialmente, las temperaturas usadas en la preparación de las espumas en hebras unidas huecas. Los componentes de la composición que forma película también contribuyen a determinar tales temperaturas. Por ejemplo, cuando el material que forma película es un polímero termoplástico, la extrusión se produce típicamente a un temperatura por encima de la Tg del polímero o, para los que tienen suficiente cristalinidad para tener una temperatura de fusión (Tm), próxima a Tm. "Próxima" significa a, por encima o por debajo, y depende en gran medida de donde existe la espuma estable. La temperatura cae deseablemente dentro de 30º centígrados (ºC) por encima o por debajo de Tm. Los expertos en la técnica determinan fácilmente las temperaturas apropiadas para cualquier material que forma película, tanto si es un polímero termoplástico como cualquier otro material.

La estructura de espuma preparada mediante el método de la invención puede comprender una pluralidad de hebras de espuma sólidas (no huecas), unidas. Las hebras sólidas y huecas, necesitan no estar formadas de la misma composición espumable, pero preferiblemente lo están.

Los artículos de fabricación fabricados, al menos en parte, a partir de la estructura de espuma celular preparada mediante el procedimiento de la invención, se seleccionan deseablemente de estructuras de aislamiento acústico, estructuras de aislamiento térmico, estructuras absorbentes de energía, estructuras de empaquetado, estructuras de relleno de cavidades, estructuras de distribución de aire, estructuras de filtro, estructuras de gestión de la energía de impacto, estructuras de nivelación de superficies, estructuras de absorción y retención de fluidos, estructuras de soporte de objetos, estructuras de edificaciones integradas, estructuras geofísicas y estructuras de estratificación. Los expertos en la técnica entienden que este listado ilustra, pero no limita, el uso de estructuras de espuma celulares preparadas mediante el procedimiento de la invención. Las estructuras de espuma tienen un uso potencial en cualquier aplicación final de espuma conocida.

En los dibujos

La fig. 1 es una ilustración isométrica de un artículo que tiene tanto hebras de espuma unidas sólidas como hebras de espuma unidas huecas;

La fig. 2a es una ilustración esquemática desde abajo de un bloque de matriz de dos piezas de acuerdo con la presente invención;

La fig. 2b es una sección transversal esquemática del bloque de matriz de dos piezas ilustrado en la fig. 2a; y

La fig. 3 es una ilustración esquemática de una estructura de espuma celular preparada mediante un procedimiento de la presente invención, que es adecuada para uso junto con una edificación de pared fabricada de vástagos.

El término "celdas cerradas" se refiere típicamente a celdas rodeadas de membranas o "ventanas" de resina. Por contraste, "celdas abiertas" designa celdas en las que están perforadas o faltan parte o todas las ventanas o membranas de resina.

La fig. 1 ilustra esquemáticamente una estructura de espuma o lámina 80 que podría obtenerse mediante el bloque extrusor de la invención. La lámina de espuma 80 comprende dos filas de hebras de espuma sólidas unidas 81, y tres filas de hebras de espuma huecas unidas 85. La fig. 1 muestra todas las hebras de espuma sólidas 81 en un segmento o sección, y todas las hebras de espuma huecas 85 en otro segmento o sección. Además, todas las hebras de espuma sólidas 81 tienen un tamaño y todas las hebras de espuma huecas 85 tienen otro tamaño. Los expertos en la técnica pueden variar fácilmente el número, tamaño y disposición espacial de las hebras de espuma sólidas y huecas para aproximarse virtualmente a cualquier forma. Una de tales variaciones incluye una mezcla de tamaños tanto de hebras de espuma sólidas como huecas, para alcanzar un perfil de densidad deseada. Otra de tales variaciones añade una segunda sección o segmento de hebras de espuma sólidas, de forma que se empaqueta una sección de hebras de espuma huecas entre dos secciones de hebras de espuma sólidas. A la inversa, un segmento de hebra de espuma sólida puede estar entre dos segmentos de espuma en hebra de espuma hueca.

Las figs. 2A y 2B ilustran esquemáticamente un bloque de matriz de dos piezas de acuerdo con la presente invención. El bloque de matriz, generalmente designado por el número de referencia 100, incluye un primer segmento, nominalmente un segmento inferior 101 y un segmento segundo o superior 110. El segmento inferior 101 (fig. 2B) tiene un primer extremo 103, un segundo extremo generalmente paralelo pero separado 105, un primer lateral 102 (fig. 2A), un segundo lateral generalmente paralelo pero separado, 104 (fig. 2A), una superficie inferior 106 (fig. 2B) y una superficie superior generalmente paralela pero separada, 108 (fig. 2B). El segmento inferior 101 ha definido en él una pluralidad de aberturas separadas 107. Las aberturas 107 tienen deseablemente una sección transversal hueca cilíndrica recta tal, que están en comunicación fluida tanto con la superficie inferior 106 como con la superficie superior 108. Cada abertura 107 tiene preferiblemente un segmento abocinado o avellanado próximo a, e intersectando con, la superficie superior 108. El segmento superior 110, ilustrado sólo en la fig. 2B tiene un primer extremo 113, un segundo extremo 115 generalmente paralelo pero separado, un primer lateral 112 (no mostrado), un segundo lateral 114 generalmente paralelo, pero separado (no mostrado), una superficie inferior 116 y una superficie superior 118 generalmente paralela, pero separada. El segmento superior 118 ha definido en él una cavidad de recepción y distribución de composición espumable 119, que está en combinación fluida con una fuente de composición espumable (no mostrada) y la pluralidad de aberturas 107, cuando el bloque de la matriz se ensambla como se muestra en la fig. 2B. El segmento superior tiene asegurados a él una pluralidad de espigas 120, preferiblemente una para cada abertura en la realización mostrada en las figs. 2A y 2B. Cada combinación de una espiga 120 y una abertura 107 forma preferiblemente un anillo anular o ranura de matriz 109. La composición espumable se mueve deseablemente de la cavidad 119, a través de la pluralidad de anillos anulares 109, a la superficie inferior 106 de la parte inferior 101, donde sale de la matriz y comienza a espumarse.

El bloque de matriz ilustrado en las figs.2A y 2B conduce a estructuras de hebra de espuma hueca. El bloque de matriz ilustrado en las figs. 2A y 2B puede modificarse para permitir la formación tanto de estructuras de hebra de espuma hueca como de hebra de espuma sólida en la preparación de una estructura de espuma, unida, de material compuesto, que incluye tanto hebras de espuma huecas como sólidas.

La fig. 3 ilustra esquemáticamente una estructura de espuma celular cuando se usa junto con un miembro de vástago de enmarcado de un segmento de pared de edificación. La estructura de espuma celular, designada por el número de referencia 200, consiste en dos capas de hebras de espuma sólidas unidas 205 y tres capas de hebras de espuma huecas unidas 210. Las dos capas de hebras de espuma sólida proporcionan una superficie relativamente lisa y tiesa o rígida que facilita actividades de edificación de construcción adicionales tales como la instalación de laterales, de paneles o de ambos, para formar un segmento exterior de edificación pared acabado. Las tres capas de hebras de espuma huecas 210 están dispuestas para crear una ranura o surco 202 que acomoda el miembro de vástago de enmarcado 215. La ranura 202 tiene preferiblemente una anchura que es menor que la del miembro de vástago de enmarcado 215. Con la diferencia de anchura, las hebras de espuma huecas 215, que son más flexibles y compresibles que las hebras de espuma sólidas 205, proporcionan un ajuste de fricción contra las superficies contiguas del miembro de vástago de enmarcado 215. El ajuste de fricción proporciona adecuadamente un medio aceptable para interferir con un flujo de humedad o aire frío de un lateral del segmento de pared al otro. El número de capas de hebras de espuma sólidas y capas de hebras de espuma huecas variará ampliamente dependiendo de una aplicación elegida.

Por ejemplo, se pueden eliminar las capas de hebras de espuma sólidas o tener incluso docenas de capas de hebras de espuma sólidas, tanto como para que haya al menos una capa de hebras de espuma huecas, preferiblemente varias capas de hebras de espuma huecas hasta, e incluyendo, varias docenas de tales capas. La fig. 3 solamente ilustra una aplicación que emplea una combinación de hebras de espuma sólidas unidas y hebras de espuma huecas unidas.

Los expertos en la técnica comprenden fácilmente que la fig. 3 representa sólo una vista parcial de un segmento de pared de edificación y que, en la práctica real, se podría usar una estructura de espuma celular mucho más ancha con múltiples surcos, cada uno de los cuales acomoda deseablemente un miembro de vástago

de enmarcado 215. Los expertos en la técnica también entienden que, como con la estructura ilustrada en la fig. 1, en tal segmento de edificación de pared pueden usarse muchas variaciones de esta estructura de espuma. Los expertos en la técnica puede adaptar fácilmente estas estructuras y muchas de sus variaciones en cualquiera de las aplicaciones finales de uso descritas en la presente memoria.

La aproximación anterior ofrece un número de ventajas sobre los métodos convencionales de construcción y aislamiento de paredes de vástagos. Primero, incorporando separación de vástagos en la estructura de espuma, y proporcionando un ajuste de fricción a través de los tubos de espuma huecos compresibles, se construye con una tolerancia inferior que la separación exacta entre vástagos. Segundo, se puede aislar un segmento de pared simultáneamente con, o inmediatamente después de la fabricación de ese segmento. Esto elimina eficazmente una etapa que consume comparablemente más tiempo, de instalación de postes de fibra de vidrio, soplado en celulosa, o generación de espuma de uretano en los espacios entre los vástagos. Tercero, el segmento de hebra de espuma sólida sirve de manera eficaz como una envoltura de alojamiento porque las hebras de espuma tienen una piel. Cuarto, la lámina o estructura de espuma es completamente reciclable, mientras que la espuma de uretano, los postes de fibra de vidrio y la celulosa soplada plantean dificultades de reciclado. A pesar de que la anterior discusión se refiere a la construcción de paredes de vástagos, se aplican los mismos beneficios a otras construcciones de edificaciones tales como construcciones de rastreles.

La anchura y longitud totales de la estructura de espuma se selecciona preferiblemente de forma que sea de un tamaño y peso que puedas manejar fácilmente los obreros de construcción. En los Estados Unidos, el aislamiento de láminas de espuma de polímero se vende habitualmente con ancho de 48 pulgadas (122 centímetros (cm)), que puede acomodar fácilmente construcciones de enmarcaciones estándar que usan una separación de centro de 16 pulgadas (40,6 cm) para los miembros de soporte. De forma similar, la estructura de espuma se fabrica preferiblemente con una anchura igual a algunos múltiplos del espaciado de los miembros del soporte en la pared que se va a construir. Se prefieren anchuras de 16 pulgadas a 96 pulgadas (40,6 a 243,8 cm), y son más preferidas anchuras de 32 a 64 pulgadas (81,2 a 162,4 cm). Las longitudes del tablero no son críticas, y se seleccionan por conveniencia de manejo. Se usan típicamente longitudes desde 4 a 16 pies (1,22 a 4,88 metros (m)) en la construcción de enmarcaciones y son adecuadas para el tablero. En otros países, los códigos de aislamiento de láminas de espuma de polímero y las prácticas de construcción pueden dictar diferentes tamaños de lámina.

Además de servir como medios aislantes en la construcción de paredes, la espuma o las estructuras como las que se muestran en la figura 1 pueden usarse también para rellenar y aislar espacios entre rastreles en una estructura de cubierta o espacios entre viguetas del suelo. Mientras que las estructuras rectangulares, que incorporan deseablemente tanto hebras huecas como sólidas para impartir una combinación de rigidez y flexibilidad, pueden satisfacer muchos requerimientos de espacio, también se utilizan otros tamaños y formas. Si se desea, se pueden usar sólo las hebras de espuma huecas para rellenar tales espacios.

Las estructuras de espuma, sin tener en cuenta si comprenden sólo tubos de espuma huecos o una combinación de tubos de espuma huecos y hebras de espuma sólidas, tienen una variedad de aplicaciones prácticas. Por ejemplo, una estructura como la que se muestra en la fig. 1 ó fig. 3, pero que carece de ranura 202 (fig. 3), puede usarse como tablero o superficie niveladora, particularmente para paredes y suelos de mampostería y hormigón irregulares. Como una alternativa, tales estructuras pueden usarse en la renovación y reparación de terrazas, ya que los tubos huecos relativamente compresibles permiten eliminar de forma eficaz la etapa de eliminación de piedra a condición de que no importe el peso de tales piedras. Las estructuras que incluyen sólo los tubos espumados huecos, puede funcionar como aislamiento de cavidades en paredes de mampostería ya que los tubos huecos se ajustan al ladrillo o a las superficies de piedra irregulares más fácilmente que las hebras de espuma sólidas. Tales estructuras de hebra hueca, con o sin ranuras para los vástagos, pueden usarse también para rellenar espacio(s) entre vástagos y un exterior prefabricado, tales como cemento u hormigón, ladrillo o cantería, y tableros para tabiques o forros para paredes.

Las estructuras de espuma pueden también laminarse a diversos materiales de revestimiento, que incluyen pero no se limitan a, tablero de yeso, tablero de cemento, contrachapado y tablero de hebras orientadas. La porción de espuma de estos laminados puede estar compuesta sólo por hebras huecas o por una combinación de hebras huecas y sólidas, como se describe anteriormente.

Cuando se colocan verticalmente debajo de placas de cimentación moldeadas, las estructuras sólo con tubos espumados huecos alivian al menos parte de las tensiones que favorecen el agrietamiento del hormigón. La orientación vertical también proporciona beneficios para aplicaciones de empaquetado, debido a la elevada proporción de absorción de energía a densidad y capacidad de drenaje integrado. La perforación de superficies de espuma proporciona un mecanismo de drenaje acústico de un espacio contiguo. Las estructuras de espuma, con o sin hebras de espuma sólidas asociadas, producen beneficios desde el punto de vista de aislamiento térmico y acústico, ya que proporcionan conductos integrados para cables. Las estructuras de espuma también encuentran uso en una variedad de aplicaciones de automoción. Por ejemplo, las estructuras que tienen al menos una capa, preferiblemente varias capas (incluso docenas) de tubos de espuma huecos y, opcionalmente, al menos una, preferiblemente varias (hasta e incluyendo varias docenas) capas de hebras de espuma sólidas pueden usarse como una parte de revestimiento interior de automóvil, o como una parte de una estructura de absorción de energía dentro de un compartimiento de pasajero de automóvil. El número y disposición de las hebras de espuma huecas unidas y hebras de espuma sólidas unidas opcionales puede tomar cualquier configuración en la imaginación de los expertos en la técnica.

Los tubos de espuma huecos obtenidos según la presente invención tienen una densidad de producto que es deseablemente al menos 0,3 libras por pie cúbico (pcf) (5 kilogramos por metro cúbico (kg/m^{3}). Los expertos en la técnica entienden que cuando la densidad del polímero o material espumable aumenta, las densidades de la estructura de espuma resultante también aumentan hasta como mucho 40 pcf (640 kg/m^{3}). La densidad de la estructura de espuma es preferiblemente de 0,3 a 20 pcf (5 a 320 kg/m^{3}). Los tubos de espuma huecos con una densidad de producto de, por ejemplo, 3 a 12 pcf (48 a 192 kg/m^{3}) ofrecen utilidad potencial como piezas de inserción de parachoques de automóviles, ya que los tubos podrían doblarse tras el impacto y proporcionar una superficie relativamente grande para la disipación de energía. La densidad del producto o de la estructura de espuma resultante se cree que proporciona un reflejo más preciso de la densidad que la densidad de la espuma, debido a la dificultad de determinar la densidad de los tubos espumados huecos usando un ensayo convencional de inmersión en agua. "La densidad de la espuma", cuando se usa junto con tubos de espuma huecos, se refiere a densidad de paredes de tubos de espuma en lugar de a un tubo espumado completo, que incluye necesariamente un espacio hueco. Los productos obtenidos según la invención, tienen una densidad de espuma que está deseablemente en el intervalo de 0,35 a 60 pcf (6 a 960 kg/m^{3}), preferiblemente de 0,5 a 40 pcf (8-640 kg/m^{3}).

Las estructuras de espuma, particularmente las que contienen pocas, si contienen algunas, hebras de espuma sólidas, tienen uso potencial como piezas de inserción de colchones o camas con canales para la ventilación del aire. Si las estructuras de espuma tienen un contenido elevado de celdas abiertas (típicamente del orden de 90% o más celdas abiertas), sirven como candidatas adecuadas para aplicaciones de filtración y absorción (tanto líquida como gaseosa). La anterior discusión de utilidad potencial ilustra simplemente unos pocos de los usos de las estructuras de espuma. Los expertos en la técnica pueden fácilmente imaginarse un número mucho mayor. Incluso entonces, sólo arañarán la superficie de los usos potenciales.

Los expertos en la técnica reconocen que se puede variar uno cualquiera o más del número, tipo y espaciado de la aberturas sin salirse del alcance de la presente invención. Se pueden también crear canales o huecos abiertos en una estructura de espuma mediante oclusión o cerrado de algunas aberturas de la matriz, en matrices usadas para fabricar estructuras de espuma. La solicitud de patente de EE.UU. nº 4.824.720 describe tal técnica. Se pueden aumentar adicionalmente el tamaño del artículo espumado resultante aumentando el número de aberturas. Se pueden también, por ejemplo, ordenar segmentos de abertura emparejados de manera que formen una forma deseada distinta de la generalmente rectangular. Cualquier forma o disposición de segmentos de abertura emparejados puede alterarse intercalando aberturas individuales entre los segmentos de abertura emparejados para disponer hebras de espuma sólidas entre hebras de espuma tubulares huecas. Las hebras de espuma sólidas también pueden formar un núcleo rodeado de hebras de espuma tubulares huecas, una pared alrededor de un núcleo de hebras de espuma tubulares huecas o una combinación o ambos. La presente invención no se limita a alguna forma geométrica o combinación particular de hebras sólidas y huecas. Virtualmente, puede obtenerse cualquier forma o combinación de hebras sólidas y huecas. Tales formas y combinaciones incluyen regiones o capas múltiples de hebras o bien sólidas o huecas. Por ejemplo, una primera y tercera capa de una tabla de múltiples capas, puede comprender hebras huecas con una segunda capa o capa intermedia que comprende hebras sólidas. Alternativamente, la sección derecha e izquierda de una espuma de sección múltiple podría ser de hebras huecas, mientras que la sección central podría ser de hebras sólidas. Haciendo esto, se podría crear un tablero con centro rígido y bordes flexibles.

Se pueden usar también composiciones poliméricas distintas para formar diferentes porciones de la estructura en hebra espumada. Por ejemplo, se podría elegir formar las hebras huecas y sólidas a partir de diferentes composiciones poliméricas. Las hebras de composición diferente pueden adherirse juntas por cualquier medio, tanto como para que las hebras tengan suficiente adhesión entre ellas para los propósitos deseados. Las técnicas de adhesión conocidas implican el uso de adhesivos y aplicación de calor o radiación térmica. Un técnica preferida emplea extrusión continua a través de dos o más extrusores diferentes, y la unión hebra a hebra después de que las hebras salgan de sus respectivos orificios de la matriz. Alternativamente, las capas de hebras de espuma podrían laminarse en cruzado mediante los medios adhesivos descritos anteriormente.

Se puede también producir una estructura en la que cada hebra hueca o hebras huecas seleccionadas están compuestas de dos o más materiales diferentes, materiales poliméricos, orgánicos o inorgánicos. Esto podría producirse mediante materiales de revestimiento (como con látex), coextrusión, coespumación, pulverización o deposición en fase de vapor en la superficie interior de las hebras huecas, o sumergiendo las hebras en disoluciones o dispersiones con revestimiento posterior del material adicional sobre la superficie de la hebra.

Las estructuras de espuma se fabrican adecuadamente a partir de composiciones espumables que comprenden un polímero orgánico, un agente de soplado y un agente de nucleación. El polímero se selecciona adecuadamente a partir de polímeros aromáticos de alquileno tales como poliestireno; polímeros aromáticos de alquileno modificados con caucho, más comúnmente conocidos como poliestireno de alto impacto (HIPS), copolímeros aromáticos de alquileno tales como estireno/acrilonitrilo o estireno/butadieno; polímeros y copolímeros aromáticos de alquileno hidrogenados, tales como poliestireno hidrogenado y copolímeros hidrogenados de estireno/butadieno; homopolímeros de \alpha-olefina tales como polietileno de baja densidad, polietileno de alta densidad y polipropilenos, polietileno lineal de baja densidad (un copolímero de etileno/1-octeno) y otros copolímeros de etileno con un monómero copolimerizable, monoetilénicamente insaturado, tal como una \alpha-olefina de 3 a 20 á tomos de carbono; copolímeros de propileno con un monómero copolimerizable, etilénicamente mono-insaturado, tal como una \alpha-olefina de 4 a 20 átomos de carbono, copolímeros de etileno con un monómero de vinilo aromático, tal como interpolímeros de etileno/estireno; copolímeros de etileno con un alcano tal como un copolímero de etileno/hexano; poliuretanos termoplásticos (TPU's); y sus mezclas y combinaciones, especialmente combinaciones de poliestireno y un interpolímero de etileno/estireno. Además, también proporcionan resultados satisfactorios combinaciones de uno de los polímeros anteriores con un caucho, tal como polibutadieno o poliisopreno. Otros cauchos adecuados incluyen cauchos de etileno/propileno, cauchos de monómero de etileno/propileno/dieno (EPDM) y cauchos naturales, con la condición de que dichos cauchos se conviertan en hebras de espuma unidas antes de la reticulación.

Los monómeros insaturados adecuados incluyen ácidos y ésteres de alquilo de C_{1-4}, derivados ionoméricos de tales ácidos, dienos de C_{2-6} y olefinas de C_{3-9}. Ejemplos de tales monómeros incluyen ácido acrílico, ácido itacónico, ácido maleico, ácido metacrílico, ácido acrílico, ésteres de tales ácidos tales como metacrilato de metilo, acrilato de etilo y acrilato de butilo, ésteres de vinilo tales como acetato de vinilo, monóxido de carbono, anhídrido maleico, propileno, isobutileno y butadieno. Copolímeros de etileno ilustrativos incluyen etileno/propileno, etileno/1-buteno y etileno/1-octeno.

Otros polímeros adecuados incluyen cloruro de polivinilo, policarbonatos, poliamidas, poliimidas, poliésteres tales como tereftalato de polietileno, copolímeros de poliéster tales como tereftalato de polietileno-glicol (PETG), resinas de fenol-formaldehído, poliuretanos termoplásticos (TPUs), polisacáridos biodegradables tales como almidón y polímeros y copolímeros de ácido poliláctico. El polímero es preferiblemente polietileno (PE), poliestireno (PS), polipropileno (PP), una combinación de PS y un interpolímero de etileno/estireno (ESI), una combinación de ESI y PE, una combinación de ESI y PP, una combinación de PS, PE y ESI o una combinación de ESI con uno cualquiera o más copolímeros de poliolefina o etileno/\alpha-olefina, terpolímeros o interpolímeros obtenidos usando un catalizador de tipo metaloceno o un catalizador de geometría impedida (tal como el catalizador INSITE^{TM} de The Dow Chemical Company).

La solicitud de patente de EE.UU. nº 3.723.586 enumera un número de resinas espumables en la columna 6, líneas 2151. Tales resinas incluyen polímeros de uno o más monómeros de vinilideno. Los monómeros de vinilideno incluyen, por ejemplo, etileno, propileno, butadieno, estireno, \alpha-metilestireno, orto-, meta- o parametilestireno, y otros alquilestirenos aromáticos. Los monómeros de vinilideno también incluyen monómeros sustituidos tales como acrilonitrilo, metacrilonitrilo, cloruro de vinilo, acetato de vinilo y otros ésteres de vinilo, acrilato de metilo, acrilato de etilo, acrilato de propilo, acrilato de butilo y metacrilatos correspondientes. Las resinas incluyen poliestireno endurecido o poliestireno que está física o químicamente combinado con una proporción menor (del orden de 1-15 por ciento en peso, basado en el peso de polímero) de un caucho natural o sintético, tal como polímero lineal o ramificado de un dieno conjugado como butadieno o isopreno. El poliestireno y poliestireno endurecido pueden también incluir pequeñas cantidades de uno o más de otros monómeros de vinilideno tales como acrilonitrilo o metacrilato de metilo.

La solicitud de patente de EE.UU. nº 4.824.720 describe un número de polímeros de olefina espumables, no aromáticos, en la columna 3, línea 57 a columna 4, línea 22. Tales polímeros incluyen copolímeros de etileno y un monómero polar copolimerizable, especialmente un comonómero que contiene carboxilo. Ejemplos incluyen copolímeros de etileno y ácido acrílico o ácido metacrílico y ésteres de alquilo de C_{1-4}(uno a cuatro átomos de carbono) o sus derivados ionoméricos; copolímeros de etileno/acetato de vinilo (EVA); copolímeros de etileno/monóxido de carbono (ECO); copolímeros de olefina de un dieno que contienen anhídrido y un monómero de olefina polimerizable distinto de etileno, tales como un polímero de etileno/propileno/dieno no conjugado (EPDM); copolímeros de etileno y una \alpha-olefina (\alpha-olefina) que tiene un peso molecular muy bajo (peso medio o Mw), tales como los que tienen una densidad menor que 0,92 g/cc; combinaciones de cualquiera de los copolímeros anteriores; y combinaciones de cualquiera de los copolímeros anteriores con un polietileno (de alta, media o intermedia y baja densidad). Un "ionómero" es un polímero o copolímero de olefina parcialmente o completamente neutralizado con grupos ácido carboxílico colgantes (por ejemplo, un copolímero etileno/ácido acrílico (EAA)). La neutralización se produce mediante grupos catiónicos tales como NH^{4+},Na^{+}, Zn^{++} y Mg^{++}.

Los expertos en la técnica reconocen que las diversas descripciones de materiales espumables presentadas en la presente memoria son meramente ilustrativas. También reconocen que muchos de los materiales enumerados pueden combinarse o mezclarse cuando se desee.

Las composiciones espumables pueden incluir uno o más aditivos convencionales de composiciones de espuma tales como estabilizantes, cargas y materiales reforzantes. Las cargas y materiales reforzantes incluyen, por ejemplo, materiales convencionales tales como negro de humo conductor, negro de horno, negro térmico, grafito, arcillas, rellenos metálicos o polvos, sales inorgánicas (por ejemplo carbonato de calcio), harina de madera, vaina de maíz elaborada, cáscara de arroz elaborada, y materiales de tamaño nanométrico (más comúnmente conocidos como "nanocargas").

Los polímeros aromáticos de alquileno adecuados comprenden al menos un monómero aromático de monovinilideno tal como estireno, alquilestirenos, que incluyen los que tienen al menos un sustituyente alquilo de uno a cuatro átomos de carbono (C_{1-4}), y estirenos halogenados. Ejemplos específicos incluyen estireno, \alpha-metilestireno, orto-, meta- o para metilestireno o etilestireno, así como cloroestireno. Comonómeros adecuados incluyen acrilonitrilo, ácido acrílico, ésteres de ácido acrílico tales como acrilato de butilo, monómeros de olefina tales como etileno o propileno, y monómeros de olefina mono- o poliinsaturados, tales como butadieno, isopreno y sus mezclas.

Las resinas de poliéster tienen una combinación de baja resistencia en fusión y temperatura de fusión elevada, que normalmente hace difícil producir espumas de densidades bajas y secciones transversales grandes. Las resinas de poliéster químicamente modificadas, tales como tereftalato de polietileno modificado con anhídrido para-maleico, padecen los mismos defectos y típicamente producen espumas de no más de una pulgada (25 mm) de espesor, con una densidad no menor que 2,5 pcf (40 kg/m^{3}). Las estructuras de resina de poliéster espumadas huecas, de baja densidad, pueden prepararse mediante la presente invención. Una hipótesis sugiere que la estructura en hebra hueca promueve el enfriamiento rápido y la cristalización consiguiente de una composición espumable de resina de poliéster. La configuración de tubos huecos aumenta la superficie disponible para la pérdida de agente de soplado y, como consecuencia, acelera la eliminación de calor de la composición. La combinación de enfriamiento rápido y cristalización permite la formación de paredes celulares de espuma estables.

Las composiciones espumables también incluyen una composición o combinación de agente espumable. Los expertos en la técnica pueden seleccionar fácilmente una composición adecuada de agente de soplado sin excesiva experimentación. Agentes de soplado ilustrativos incluyen isobutano (con o sin dióxido de carbono (CO_{2})), agua, CO_{2}, nitrógeno, gases nobles tales como argón, óxidos de nitrógeno tales como óxido nítrico (NO), óxido de nitrógeno (N_{2}O) y dióxido de nitrógeno (NO_{2}) y aire. Los agentes de soplado también pueden generarse in situ a partir de compuestos químicos tales como compuestos azo (por ejemplo azodicarbonamida, y azodiisobutironitrilo), compuestos nitrosos (por ejemplo N,N'-dinitrosopentametilenotetramina), o hidrazidas aromáticas (por ejemplo P,P'-oxibencenosulfonil hidrazida), para generar nitrógeno mediante descomposición térmica y mezclas de carbonatos y ácidos para generar dióxido de carbono. Otros agentes de soplado conocidos incluyen hidrocarburos tales como etano, etileno, propano, propileno, butano, butileno, isobutano, isobuteno, pentano, isopentano, ciclopentano, hexano, heptano, ciclohexano y sus mezclas; éteres tales como dimetil éter (DME), metil etil éter y dietil éter; alcoholes tales como metanol, etanol, propanol, isopropanol, butanol, pentanol, hexanol y sus mezclas; y cualquiera de una variedad de hidrocarburos parcialmente halogenados tales como cloroetano, clorodifluorometano (R-22), 1-cloro-1,1-difluoroetano (R-142b), 1,1,1,2-tetrafluoroetano (R-134a), pentafluoroetano ( (R-125), 1,1-difluoroetano (R-152a), 1,1,1-trifluoroetano (R-143a), 1-fluoroetano (R-161), difluorometano (R-32), 1,1,1,3,3-pentafluoropropano (HFC-245 fa), 1,1,1,3,3-pentafluorobutano (HFC-365 mfc) y sus mezclas.

Las composiciones de agente de soplado carecen deseablemente de componentes que tienen potencial elevado de empobrecimiento del ozono (ODP). La composición de agente de soplado comprende preferiblemente al menos un agente de soplado seleccionado a partir de agua, dióxido de carbono, nitrógeno, un óxido de nitrógeno, un gas noble, aire, un hidrocarburo, un éter, un alcohol inferior (de 1 a 6 átomos de carbono), un hidrocarburo parcialmente hidrogenado, amonio y mezclas de dos o más de tales agentes de soplado. Composiciones de agentes soplantes particularmente adecuadas incluyen isobutano (con o sin dióxido de carbono (CO_{2})), CO_{2} (con o sin al menos uno entre agua, etanol, isopropanol y dimetil éter); al menos uno de R-134a, R-134, R-142b y R-152a, con o sin al menos uno entre etanol, isopropanol, dimetil éter, agua y dióxido de carbono; dimetil éter con o sin al menos uno entre agua, etanol, isopropanol y dióxido de carbono; y agua. Las composiciones anteriores pueden incluir también uno o más hidrocarburos tales como propano, butano, isobutano, pentano, isopentano, neopentano y ciclopentano.

El agente de soplado y las combinaciones de agente de soplado descritas en la presente memoria solamente ilustran algunas de las que funcionarán. Los expertos en la técnica pueden seleccionar fácilmente agentes de soplado o combinaciones de agentes de soplado adecuados para una composición espumable elegida.

La incorporación de un agente de soplado en un material polimérico fundido para formar una composición espumable implica el uso de aparatos conocidos tales como un extrusor, un mezclador o un agitador. Un procedimiento preferido implica mezclar el agente de soplado con polímero fundido a una presión lo suficientemente elevada para prevenir la expansión sustancial del polímero fundido y dispersar el agente de soplado a través del polímero fundido de manera generalmente uniforme.

El agente de soplado está presente en una cantidad suficiente para generar un nivel deseado de espumación cuando la composición espumable sale de los orificios de la matriz. Una cantidad adecuada está en el intervalo de 0,2 a 50 por ciento en peso (% en peso) basado en el peso de la composición espumable. Una cantidad menor que 0,2% en peso conduce a un grado de espumación insuficiente. Puede usarse una cantidad mayor que 50% en peso, pero ofrece limitadas ventajas de comportamiento, mientras que aumenta los costes y conduce a una dificultad aumentada para controlar la espumación sin deformación. La cantidad está preferiblemente en un intervalo de 0,2 a 25% en peso, basado en el peso de composición espumable.

Las composiciones espumables también comprenden uno o más aditivos. Aditivos adecuados incluyen agentes de nucleación, ayudas de extrusión, antioxidantes, retardantes de llama, colorantes y pigmentos.

Los agentes de nucleación ayudan a controlar el tamaño celular de la espuma. Los agentes de nucleación convencionales incluyen sustancias inorgánicas tales como carbonato de calcio, silicato de calcio, talco, arcilla, dióxido de titanio, sílice, sulfato de bario, tierra de diatomeas y mezclas de ácido cítrico y bicarbonato de sodio. También proporcionan resultados satisfactorios sales de ácido esteárico, tales como estearato de calcio y estearato de magnesio. Las cantidades adecuadas de agente de nucleación están en el intervalo de 0,01 a 5 partes en peso por cien partes en peso de resina de polímero (pph), estando incluidos ambos extremos del intervalo. El intervalo es deseablemente de 0,1 a 3 pph.

La preparación de las estructuras de espuma de polímero de múltiples hebras huecas o de hebras huecas unidas, mediante el procedimiento de la presente invención, implica un procedimiento de etapas múltiples. La etapa uno implica proporcionar una composición espumable que comprende una composición de agente de soplado y al menos una composición que forma película, preferiblemente un polímero espumable. El polímero se selecciona deseablemente a partir de homopolímeros de olefina, copolímeros de olefina, polímeros y copolímeros aromáticos de alquileno, poliésteres y combinaciones de interpolímero de etileno/estireno y poliestireno. La composición espumable está preferiblemente en estado de gel. La composición espumable comprende opcionalmente al menos un aditivo o modificador seleccionado a partir de compuestos químicos retardantes de llama, estabilizantes, antioxidantes, colorantes, modificadores de permeabilidad, agentes plastificantes, agentes estáticos disipadores, agentes antiestáticos tales como aminas, amidas y estearatos, modificadores de permeación tales como estearil estearamida, monoestearatos de glicerol

(GMS), mono-di-estearatos de glicerol (GMDS), tensioactivos y opacificantes. La etapa secuencial dos se centra en la extrusión de la composición espumable a través de una matriz que tiene una pluralidad de primeros orificios que proporcionan una pieza extruida hueca. La extrusión se produce típicamente a una temperatura por encima de la Tg del polímero, o para los que tienen suficiente cristalinidad para tener una Tm, próxima a la Tm. La etapa tres se centra en convertir la pieza extruida hueca en hebras extruidas huecas espumadas. La etapa cuatro mantiene las hebras extruidas huecas espumadas a una temperatura elevada, durante un período de tiempo suficiente pata efectuar la adhesión entre hebras individuales contiguas, y proporciona una pieza extruida de espuma de polímero de múltiples hebras huecas. La etapa cinco permite que la pieza extruida de espuma de múltiples hebras huecas se enfríe a una temperatura suficiente para el manejo y recuperación adicionales, mientras se mantiene sustancialmente la estabilidad dimensional de la espuma.

Un experto en la técnica puede prever numerosos procedimientos alternativos para adherir las hebras unas a otras. Éstos incluyen, pero no se limitan a, el uso de adhesivos, temperaturas elevadas para fundir parcialmente las superficies de las hebras, uso dirigido de radiación de infrarrojos (IR), microondas (MW) o radio-frecuencia (RF) para impartir propiedades adhesivas a las superficies de los tubos de espuma. "Adhesión" (y sus variaciones) significa que las hebras contiguas están unidas juntas, bien en suficientes puntos a lo largo de las longitudes de hebra respectivas o de forma continua (o casi), para impartir integridad estructural a una estructura de espuma.

"Unión" puede referirse a un subconjunto especial de adhesión, en el que las hebras de espuma que salen de las matrices del extrusor típicamente retienen calor suficiente para dejar sus superficies pegajosas, durante el tiempo suficiente para proporcionar la misma integridad estructural cuando las hebras contiguas se ponen en contacto unas con otras.

La preparación de la composición espumable de la etapa uno implica adecuadamente mezclar la composición que forma película, preferiblemente un polímero, y agente(s) de soplado en un mezclador, preferiblemente un extrusor calentado, para formar una mezcla que se puede extruir, preferiblemente en un estado fundido, y a continuación enfriar al menos parcialmente la mezcla que se puede extruir de un estado fundido a un estado de gel. A pesar de que la preparación de la composición espumable emplea preferiblemente un extrusor calentado, los expertos en la técnica pueden sustituir fácilmente otros aparatos que cumplen el mismo propósito. Las solicitudes de patente de EE.UU. n^{os}5.817.705 y 4.323.528 describen uno de tales aparatos. Este aparato, comúnmente conocido como un "sistema extrusor-acumulador" permite aplicar un procedimiento sobre una base intermitente, en lugar de continua. El aparato incluye una zona de mantenimiento o acumulador en la que la composición espumable permanece en condiciones que impiden la espumación. La zona de mantenimiento está equipada con una matriz de salida que se abre a una zona de menor presión, tal como la atmósfera. La matriz tiene un orificio que puede estar abierto o cerrado, preferiblemente por medio de una puerta, que es externa a la zona de mantenimiento. La operación de la puerta no afecta a la composición espumable, más que en que le permite fluir a través de la matriz. Una matriz de extrusión de la invención ocupa el lugar de la matriz descrita en las referencias.

Haciendo pasar la mezcla que se puede extruir a través de la matriz de extrusión de la invención, se obtiene (a) una pluralidad de hebras de espuma huecas, extruidas separadamente y, a continuación, unidas o (b) una combinación de una pluralidad de hebras de espuma sólidas extruidas separadamente y, a continuación, unidas, y una pluralidad de hebras de espuma huecas separadamente extruidas y, a continuación, unidas. En una realización preferida, una agrupación de hebras de espuma sólidas unidas forma una parte de una estructura espumada celular de material compuesto y una agrupación de hebras de espuma unidas huecas forma una segunda parte de una estructura espumada celular de material compuesto. La composición de agente de soplado determina, al menos parcialmente, las temperaturas para cada etapa del procedimiento. La preparación de tal estructura espumada de material compuesto emplea preferiblemente una matriz que tiene una pluralidad de primeros orificios o juegos de orificios que proporcionan hebras de espuma huecas y una pluralidad de segundos orificios u orificios individuales, que proporcionan hebras de espuma sólidas.

En el caso de que la matriz de extrusión proporcione tanto hebras de espuma huecas como sólidas, las aberturas u orificios de la matriz tanto para las hebras de espuma huecas como sólidas pueden asumir casi cualquier forma geométrica, mientras las formas proporcionen, según corresponda, las respectivas hebras de espuma huecas y sólidas. Formas geométricas adecuadas incluyen formas redondas, cuadradas, poligonales, formas en x, formas en cruz y en estrella. La selección de una forma particular o combinación de formas permite la producción de una estructura espumada celular con un perfil o forma específico. La forma es preferiblemente redonda o circular, especialmente para las hebras de espuma huecas. Cuando las estructuras celulares de espuma comprenden tanto hebras de espuma huecas como sólidas, las formas geométricas, aunque preferiblemente las mismas, pueden diferir.

La expansión de espuma después de la extrusión de una composición espumable de la matriz de extrusión, tiene lugar adecuadamente en un ambiente atmosférico normal. Si se desea, sin embargo, puede también usarse un ambiente sub-atmosférico, tal como el proporcionado por un vacío parcial o un ambiente super-atmosférico, tal como el proporcionado por sobrepresión gaseosa. Los expertos en la técnica entienden fácilmente el uso de varias presiones y medidas para alcanzar tales presiones. Los expertos en la técnica también entienden el uso de una cámara de vapor para reducir la densidad de la espuma cuando las composiciones espumables comprenden poliestireno. Las mezclas de poliestireno e interpolímero de etileno/estireno proporcionan reducciones de densidad de espuma similares en una cámara de vapor.

El transporte de las estructuras de espuma resultantes de la matriz de extrusión implica adecuadamente el uso de cualquiera de una variedad de aparatos de transporte convencionales. Los aparatos ilustrativos incluyen cintas o rodillos continuos. Si se desea, pueden incorporarse medios de control de temperatura en tales aparatos.

Las estructuras de espuma pueden, si se desea, someterse a uno cualquiera o más de varios procedimientos convencionales de post-tratamiento. Tales procedimientos incluyen, por ejemplo, la reducción de la densidad de espuma mediante exposición a un ambiente de temperatura elevada, tal como el establecido con un horno de infrarrojos, un horno de vapor o un horno de aire caliente, y modificación superficial mediante, por ejemplo, estampación, refusión o unión de una película de polímero a la estructura de espuma.

Las estructuras de espuma comprenden preferiblemente hebras espumadas, en las que las celdas de espuma son predominantemente celdas cerradas, como se determina de acuerdo con el ensayo D-2856A de American Society for Testing and Materials (ASTM). Las estructuras de espuma tiene preferiblemente un porcentaje de celdas cerradas de más de 50 por ciento, basado en el número total de celdas, no incluyendo canales o huecos intersticiales entre hebras de espuma o canales dentro de las hebras huecas que forman al menos parte de las estructuras de espuma. Dentro de la porción de espuma de una hebra de espuma dada, los tamaños medios de celda típicamente oscilan de 25 a 7.000 micrómetros (\mum), preferiblemente de 50 a 2.000 \mum y más preferiblemente de 100 a 1.500 \mum. Tales estructuras de espuma proporcionan parámetros adecuados de aislamiento térmico, aislamiento acústico y estabilidad dimensional.

Mientras que pueden preferirse las estructuras celulares predominantemente cerradas para un número de aplicaciones, otras aplicaciones emplean fácilmente estructuras en las que predominan las celdas abiertas. Tales otras aplicaciones incluyen control acústico, eliminación rápida (curado) del agente de soplado de la espuma, y espumas que tiene una sensación más suave cuando se tocan ligeramente.

Si la composición espumable comprende una composición reticulable tal como polietileno o poliuretano o una combinación de poliol-isocianato y uno o más aditivos que promueven la reticulación, la espuma resultante puede estar sometida a condiciones que efectúan la reticulación, y convierten la composición reticulable en un polímero termoendurecible. Los expertos en la técnica pueden seleccionar fácilmente aditivos de reticulación adecuados y condiciones de reticulación o curado para cualquier composición dada sin excesiva experimentación.

Claims (26)

1. Una matriz (100) de extrusión de dos piezas para procesar composiciones de polímero espumables, comprendiendo la matriz un primer segmento (110) de cuerpo sólido, y un segundo segmento (101) de cuerpo sólido; teniendo el primer segmento (110) de cuerpo sólido una primera superficie planar principal (118) y una segunda superficie planar principal (116), separada, sustancialmente paralela, habiendo definido en ella el primer segmento (110) de cuerpo sólido un receptáculo y cavidad de distribución de composición espumable (119), teniendo la cavidad (119) un extremo abierto donde intersecta la segunda superficie planar principal (116), y un extremo cerrado dispuesto entre la primera y segunda superficie planar principal, teniendo también el primer segmento (110) de cuerpo sólido unidos a él una pluralidad de espigas (120) que empiezan en el extremo cerrado de la cavidad (119) y se extienden más allá del extremo abierto de la cavidad (119); teniendo el segundo segmento (101) de cuerpo sólido una primera superficie planar principal (108) y una segunda superficie planar principal (106) separada, sustancialmente paralela, habiendo definido en ella el segundo segmento (101) de cuerpo sólido una pluralidad de primeras aberturas (107) separadas, que están en comunicación fluida tanto con la primera como con las segundas superficies (108, 106) planares principales del segundo segmento (101) de cuerpo sólido; el primer y segundo segmento de cuerpo sólido (110, 101), cuando se ensamblan con la segunda superficie planar principal (116) del primer segmento (110) de cuerpo sólido, próximo a la primera superficie planar principal (108) del segundo segmento (101) de cuerpo sólido, cooperando para proporcionar una pluralidad de ranuras (109) de la matriz, estando formadas las ranuras (109) de la matriz por combinaciones de espigas (120) del primer segmento (110) de cuerpo sólido y las primeras aberturas (107) del segundo segmento (101) de cuerpo sólido, proporcionando las ranuras (109) de la matriz una línea de flujo fluido del receptáculo y cavidad de distribución de la composición espumable (119) a la segunda superficie planar principal (106) del segundo segmento (101) de cuerpo sólido.

2. Una matriz según la reivindicación 1, que además comprende al menos dos segundas aberturas, estando definidas las segundas aberturas en el segundo segmento (101) de cuerpo sólido, y en comunicación fluida con ambas superficies (108, 106) planares principales de dicho segundo segmento (101) de cuerpo sólido, estando separadas las segundas aberturas de las primeras aberturas (107).

3. Una matriz según la reivindicación 1 ó reivindicación 2, que además comprende una pluralidad de terceras aberturas, estando definida cada tercera abertura en una espiga (120), de tal forma que está en comunicación fluida tanto con ese extremo de la espiga (120) próximo a la segunda superficie planar principal (106) del segundo segmento (101) de cuerpo sólido, como con una fuente de un medio fluido, agente de soplado u otro componente.

4. Un método para producir un artículo de espuma de múltiples hebras huecas o de hebras unidas huecas, que comprende:

a. proporcionar una composición espumable, que comprende una composición de agente de soplado y al menos una composición que forma película, estando la composición espumable en estado de gel;

b. extruir la composición espumable a través de una matriz (100), como se define en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para proporcionar una pieza extruida hueca de cada abertura (107);

c. convertir la pieza extruida hueca en hebras extruidas huecas espumadas (85; 210), a una temperatura que promueve la estabilidad de la burbuja de espuma; y

d. dejar que las hebras extruidas huecas espumadas (85; 210) se pongan en contacto unas con otras, mientras que tales hebras retengan al menos algo de pegajosidad superficial, para efectuar la adhesión entre hebras individuales contiguas y proporcionar una pieza extruida de espuma de múltiples hebras hueco (80; 200).

5. Un método según la reivindicación 4, en el que la composición de agente de soplado comprende al menos un agente de soplado seleccionado a partir de dióxido de carbono, nitrógeno, óxido nitroso, un gas noble, aire, un hidrocarburo, un éter, un alcohol inferior (de 1 a 6 átomos de carbono), un hidrocarburo parcialmente halogenado, amoniaco, agua y mezclas de dos o más de tales agentes de soplado.

6. Un método según la reivindicación 4 o la reivindicación 5, en el que la matriz también comprende una pluralidad de segundos orificios que proporcionan una pieza extruida sólida, por los cuales la etapa b proporciona una combinación de piezas extruidas de espuma sólidas y piezas extruidas de espuma huecas, y la etapa d proporciona una pieza extruida de espuma de múltiples hebras, que comprende tanto hebras extruidas de espuma sólidas (81; 205) como hebras extruidas de espuma huecas (85; 210).

7. Un método según la reivindicación 6, en el que las hebras extruidas de espuma sólidas (81; 205) forman una parte de la pieza extruida de espuma de múltiples hebras (80; 200) y las hebras extruidas de espuma huecas (85; 210) forman una segunda parte de la pieza extruida de espuma de múltiples hebras (80; 200), constituyendo la presencia tanto de las hebras de espuma sólidas como huecas una estructura espumada celular de material compuesto.

8. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en el que la composición que forma película comprende poliestireno y, opcionalmente, interpolímero de etileno/estireno y, el método adicionalmente comprende la etapa secuencial e. de exposición de la pieza extruida de espuma en múltiples hebras huecas a vapor durante un período de tiempo suficiente para reducir la densidad de la espuma por debajo de la de las hebras extruidas huecas en condición espumada.

9. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, en el que la composición que forma película comprende un polímero con una temperatura de transición vítrea próxima a la temperatura de vapor, es decir, nominalmente 100ºC a presión atmosférica.

10. Un método de cualquiera de las reivindicaciones 4 a 9, en el que la temperatura de la etapa c. está por encima de la temperatura de transición vítrea (Tg) del polímero, o para los que tienen suficiente cristalinidad para tener una temperatura de fusión (Tm), próxima a Tm.

11. Un método de una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en el que la composición de espuma comprende al menos un material que forma película seleccionado a partir de homopolímeros de olefina, copolímeros de olefina, polímeros y copolímeros aromáticos de alquileno, poliésteres y copolímeros, policarbonatos, poliamidas, poliimidas, polímeros y copolímeros halogenados de olefina, polímeros naturales, proteínas, polisacáridos, poliuretanos termoplásticos y combinaciones de poliestireno e interpolímero de etileno/estireno.

12. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7 y 11, en el que las hebras tienen diferentes composiciones poliméricas.

13. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7 y 11, en el que la espuma tiene un contenido de celdas cerradas de más de 50 por ciento, determinado según la norma ASTM D-2856A, basado en el número total de celdas, no incluyendo canales o huecos intersticiales entre hebras de espuma o canales dentro de las hebras huecas, que al menos forman parte de las estructuras de espuma.

14. Un método según la reivindicación 13, en el que la porción de espuma de dichas hebras tienen un tamaño medio de celda de 25 a 7.000 micrómetros.

15. Un método según la reivindicación 14, en el que dicho tamaño medio de celda es 50 a 2.000 micrómetros.

16. Un método según la reivindicación 15, en el que dicho tamaño medio de celda es de 100 a 1.500 micrómetros.

17. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7 y 11, en el que la espuma tiene un contenido de celdas abiertas de más de 50 por ciento, determinado según la norma ASTM D-2856A, basado en el número total de celdas, no incluyendo canales o huecos intersticiales entre hebras de espuma o canales dentro de las hebras huecas, que al menos forman parte de las estructuras de espuma.

18. Un método según la reivindicación 11, en el que dicho material que forma película es una combinación reticulable de poliol-isocianato, la composición de espuma además comprende al menos un promotor de reticulación, y la pieza extruida se somete a condiciones de reticulación para formar una estructura termoendurecible.

19. Un método según la reivindicación 11, en el que dicho material que forma película es polipropileno.

20. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7 y 11, en el que cada hebra hueca o hebras huecas seleccionadas está compuesta de dos o más materiales poliméricos, orgánicos o inorgánicos diferentes.

21. Un método según la reivindicación 20, en el que dichas hebras se obtienen mediante coextrusión.

22. Un método según la reivindicación 20, en el que dichas hebras se obtienen mediante coespumación.

23. Un método según la reivindicación 20, en el que dichas hebras se obtienen pulverizando o revistiendo materiales o mediante deposición en fase vapor sobre la superficie interior de las hebras huecas.

24. Un método según la reivindicación 20, en el que dichas hebras se obtienen sumergiendo las hebras en disoluciones o dispersiones con revestimiento posterior del material adicional sobre la superficie de la hebra.

25. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 24, que además comprende adherir las hebras extruidas, unidas, a al menos una porción de superficie externa de un material de revestimiento, seleccionado a partir de tablero de yeso, tablero de cemento, contrachapado y tablero de hebras orientadas.

26. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 25, que comprende fabricar, al menos en parte, a partir de las hebras extruidas, unidas, un artículo seleccionado a partir de estructuras de aislamiento acústico, estructuras de aislamiento térmico, estructuras absorbentes de energía, estructuras de empaquetado, estructuras de relleno de cavidades, estructuras de distribución de aire, estructuras de filtro, estructuras de gestión de la energía de impacto, estructuras de nivelación de superficies, estructuras de absorción y retención de fluidos y gases, estructuras de soporte de objetos, estructuras de estratificación, estructuras de edificaciones integradas y estructuras geofísicas.