ES2260998A1 - Metodo de moldeo por compresion de termoplasticos reforzados. - Google Patents

Abstract

El proceso desarrollado es utilizado para la obtención, mediante moldeo por compresión, de piezas de material termoplástico reforzado con fibras de vidrio largas, de modo que se pueda optimizar la disposición y orientación de las fibras para una aplicación en concreto. Se parte de filmes de termoplástico reforzado con fibra de vidrio, en que las fibras quedan con una marcada orientación en la matriz en el sentido del flujo. Podemos considerarlos, por tanto, laminados unidireccionales (comprobado mediante microscopia). Dichos filmes unidireccionales, pueden ser apilados manual o automáticamente, eligiendo la secuencia de disposición de fibras más adecuada según la aplicación y el espesor requerido, y después se conforma mediante moldeo por compresión para obtener la pieza deseada.

Description

Método de moldeo por compresión de termoplásticos reforzados.

Sector de la técnica

La invención se integra en el sector de técnicas de procesado de materiales plásticos, y más concretamente en el moldeo por compresión de termoplásticos reforzados.

Estado de la técnica

Actualmente, los métodos más comunes de procesado de materiales plásticos, son los procesos de extrusión e inyección, siendo este último el más usado para el conformado de termoplásticos con aplicaciones ingenieriles. Asimismo, cuando se trata de materiales compuestos de matriz termoplástica, también es este el método básico de conformado.

Los métodos de moldeo por compresión convencionales no tienen excesivo uso por los problemas que pueden presentar debido fundamentalmente a las características de los termoplásticos, ya que su elevada viscosidad hace difícil su procesado. Por ello, son habituales problemas de oclusiones y porosidad al quedar burbujas de aire atrapadas en el interior de las piezas. Estos problemas se presentan incluso más agudizados en el moldeo por compresión de termoplásticos reforzados en que la presencia del refuerzo dificulta la homogeneización de la masa, quedando las piezas con un mal nivel de acabado siendo desechadas en los controles de calidad. A su vez, en estos materiales compuestos obtenidos por los métodos de compresión convencionales es muy difícil el control de la orientación del refuerzo, al no existir un adecuado control del flujo de fundido.

Existen distintas patentes sobre temas relacionados con el objeto de esta invención y factores influyentes.

Así, US5395576 describe un método de moldeo por compresión de termoplásticos reforzados, diseñado fundamentalmente para glass-mat. Por ello, no es posible la disposición del refuerzo en función de las solicitaciones mecánicas.

US4925615 propone un método para la obtención de artículos con diferente densidad, basado en relajamiento de tensiones de las fibras de refuerzo, pero sin definir una dirección definida de refuerzo.

GB1061976 describe un método similar al empleado por esta patente, pero su descripción queda limitada a procesado de termoplásticos sin refuerzo.

WO03047834 nos explica un dispositivo para el moldeo por compresión de termoplásticos, relativamente sencillo, pero sin reivindicaciones acerca de su uso con materiales reforzados con fibra.

WO9831857 implica una descripción de un dispositivo para la obtención de filmes reforzados, similar al calandrado, que pueden ser usados como material de partida para el resto del proceso de moldeo por compresión.

WO02070806 también es un proceso para la obtención de filmes, o laminas de termoplástico reforzado con fibras que puede ser usado como base para el resto del proceso.

Descripción detallada de la invención

Se parte de filmes de termoplástico reforzado, con orientación unidireccional de las fibras de refuerzo. Las fibras de refuerzo pueden ser de vidrio, de carbono o de otros polímeros. Se pueden utilizar filmes de cualquier espesor.

El método que describe la presente invención, permite optimizar la disposición de las fibras de la pieza obtenida a partir de filmes reforzados con una orientación unidireccional de las fibras de refuerzo. Dependiendo de la aplicación o el uso que a que se vaya a destinar la pieza resultante, se emplearán filmes con distinto grado de refuerzo (mayor cuanto más consistencia se desea obtener en la pieza) y con diferente disposición de las fibras de refuerzo (todas en la misma dirección, alternando 90º, 0/30/0/30...).

La compresión se realiza apilando tantos filmes como espesor se desee que tenga la pieza resultante, teniendo en cuenta la contracción que experimentan al enfriarse así como el espesor de los filmes de partida. Dichos filmes se sitúan en un molde y se someten a un programa de temperatura y presión adecuado para que, al fluidificar el material, pueda formarse la pieza pero sin la formación de aire ocluido en su interior. El método de moldeo por compresión que plantea la presente invención comprende las siguientes etapas:

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Disposición en un molde de los filmes de material termoplástico reforzado con fibras en un molde con la orientación secuencial relativa deseada de las fibras y posterior colocación del molde en una prensa,

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Aplicación de una precarga de 15 a 30 Kg/cm^{2} cuyo objetivo es eliminar la presencia de aire entre los filmes para que la pieza no tenga oclusiones,

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Calentamiento hasta alcanzar una temperatura de 10 a 30ºC por debajo de la temperatura de fusión (T_{f}),

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Aplicación de una carga de 80 a 120 Kg/cm^{2},

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Calentamiento hasta alcanzar una temperatura de 5 a 15°C por encima de la temperatura de fusión (T_{f}),

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Aplicación de una carga de 190 a 220 Kg/cm^{2} durante 1 a 2 minutos, manteniendo la temperatura por encima de la de fusión,

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Enfriamiento a temperatura ambiente manteniendo la carga aplicada,

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Desmoldeado de la pieza.

Ventajas técnicas de la invención

La pieza desmoldeada, tiene unas ventajas que no se podían asegurar con los métodos existentes hasta ahora:

1.

Mantiene la orientación de las fibras de refuerzo de acuerdo con la disposición de los filmes.

2.

No presenta oclusiones internas de aire.

3.

Es homogénea.

El método también presenta indudables ventajas respecto a los procesos conocidos en la actualidad:

1.

Relativamente rápido y barato.

2.

Fácilmente automatizable.

3.

Se obtienen piezas de buena calidad, con un control de la disposición de las fibras que permite optimizar los recursos para cada aplicación en concreto.

4.

Se consigue un importante ahorro de materias primas y un mejor control de la calidad del producto.

5.

Permite generar un mapa de composición y disposición de los filmes, a partir del cual, de forma inmediata podamos conocer cual es la composición y disposición para las diferentes propiedades requeridas en cada aplicación concreta.

Exposición de al menos un modo de realización de la invención

Se detalla a continuación el método para la obtención, utilizando un termoplástico en concreto de una pieza de dimensiones aproximadas 2 x 3 cm, con una disposición unidireccional de las fibras de refuerzo, mediante moldeo por compresión. Esto no es limitativo del carácter de la invención.

Se parte de filmes de polipropileno reforzado con un 1% de fibra de vidrio larga (2 cm), de 285 a 350 \mum de espesor. Dichos filmes presentan una marcada direccionalidad de las fibras, como se comprueba mediante microscopia. Se cortan los filmes con la forma del molde en un número que nos permita obtener el espesor deseado.

Se apilan los filmes unos sobre otros, eligiendo la disposición mas adecuada para las solicitaciones y condiciones que vaya a sufrir el elemento a fabricar. En este ejemplo concreto de realización, se disponen todos los filmes con las fibras dispuestas en la misma dirección, para la obtención de una pieza pensada para soportar principalmente esfuerzos uniaxiales en la dirección del refuerzo.

Una vez dispuestos todos los filmes en el molde, se cierra la parte superior de éste, y se dispone en la prensa. Se somete a una precarga de 20 kg/cm^{2}, en frío, cuya finalidad será el facilitar el contacto entre las laminas y evitar en lo posible la presencia de aire. Se comienza el ciclo de calentamiento, lento, hasta que se alcanza una temperatura de 150ºC. En ese momento, se aplica una carga uniaxial de 100 kg/cm^{2}, y se continúa calentando. Cuando se alcanzan los 170ºC, se aplican 200 kg/cm^{2}, y se mantiene a esa temperatura 2 minutos. Sin retirar la carga, se deja enfriar lentamente hasta temperatura ambiente, y al alcanzarla se quita la presión aplicada y se desmolda. Se obtiene de este modo una pieza sin oclusiones, con la forma deseada, y con todas las fibras dispuestas en la dirección deseada, en función de las cargas previstas.

Claims (1)

1. Método de moldeo por compresión a partir de filmes de matriz termoplástica reforzada con fibras, para la producción de piezas de dicho composite con las fibras dispuestas en las orientaciones deseadas en distintos planos del material, que comprende las siguientes etapas:

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Disposición de los filmes de material termoplástico reforzado con fibras en un molde con las orientaciones secuenciales relativas deseadas de las fibras y posterior colocación del molde en una prensa,

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Aplicación de una precarga de 15 a 30 Kg/cm^{2},

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Calentamiento hasta alcanzar una temperatura de 10 a 30ºC por debajo de la temperatura de fusión (T_{f}),

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Aplicación de una carga de 80 a 120 Kg/cm^{2},

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Calentamiento hasta alcanzar una temperatura de 5 a 15°C por encima de la temperatura de fusión (T_{f}),

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Aplicación de una carga de 190 a 220 Kg/cm^{2} durante 1 a 2 minutos, manteniendo la temperatura por encima de la de fusión,

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Enfriamiento a temperatura ambiente manteniendo la carga aplicada,

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Desmoldeado de la pieza.