ES2273734T3 - Composiciones expansibles y metodos de fabricacion y uso de la composiciones. - Google Patents
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Abstract
Una composición no expandida que comprende una combinación que comprende un polímero base de copolímero de etileno modificado, al menos un agente de expansión, al menos una resina hidrocarbonada y al menos un agente de curado, en donde dicha composición está sustancialmente exenta de compuestos ionómeros.
Description
Composiciones expansibles y métodos de
fabricación y uso de las composiciones.
La materia que constituye el objeto de esta
memoria reivindica el beneficio de las Solicitudes de Patente de
EE.UU. anteriores Núms. de Serie 60/161528, presentada el 26 de
octubre de 1999 y 60/219.095, presentada el 18 de julio de 2000.
La presente invención se refiere a una nueva
composición expansible. La presente invención se refiere también a
un método de utilización de la composición, por ejemplo, como
sellador de cavidades en automóviles.
Los selladores expansibles se conocen en esta
técnica, tal como se describe en las Patentes U.S. Núms. 4.427.481;
4.874.650; 5.266.133; 5.373.027; 5.506.025; 5.266.133; 5.373.027; y
5.678.826; y la Patente Europea No. EP 0 630 298B1. Un dispositivo y
un método sellador de cavidades convencionales se describen en la
Patente U.S. No. 5.040.803. Otros selladores de cavidades
convencionales comprenden materiales basados en poli(cloruro
de vinilo) (PVC) que se bombean in situ y, en algunos casos,
se expanden después de haber sido expuestos a una cantidad
suficiente de calor. Selladores convencionales incluyen también
espumas basadas en poliuretano o que contienen los mismos.
Típicamente, estos selladores se emplean en aplicaciones de
automoción para llenado de cavidades, refuerzo de componentes
adyacentes y amortiguación de ruidos/vibraciones.
Las composiciones selladoras convencionales
pueden verse limitadas en su aplicación debido a la temperatura y
el tiempo requeridos para hacer que el sellador se expanda. Ciertas
composiciones convencionales requieren también la adición de calor
para producir la composición expansible así como para hacer que la
composición se expanda. Existe necesidad en esta técnica de una
composición expansible que: 1) se active a una temperatura
relativamente baja, 2) se adhiera a un sustrato metálico, 3) se
instale fácilmente y se mantenga en una localización predeterminada
y 4) para algunas aplicaciones, sea resistente a los combustibles,
v.g. diesel y gasolina.
La presente invención resuelve los problemas
asociados con los selladores y métodos convencionales por
proporcionar una nueva composición que puede moldearse en una forma
predeterminada y expandirse por exposición a una cantidad
suficiente de calor, v.g., una fuente de calor externa. En contraste
con los selladores convencionales, la composición de la invención
puede: 1) tener una forma predeterminada, v.g., mediante moldeo por
inyección, 2) localizarse, v.g., en el interior de una cavidad, o
alrededor o sobre un miembro a sellar, antes o después del
ensamblaje en tanto que se mantiene en una localización
predeterminada, 3) emplearse en una amplia gama de aplicaciones, 4)
producirse a temperaturas relativamente bajas; 5) expandirse a
temperaturas relativamente bajas, v.g. después de instalarse en el
interior de una cavidad; y 6) reciclarse como material de desecho
después del curado.
La composición de la invención puede emplearse
en aplicaciones de automoción, v.g. la composición puede utilizarse
de acuerdo con las directrices expuestas en la Especificación Ford
No. ESB-M 18P11 A, WSB-M 18P11 A2,
la especificación General Motors No. 9884188 C/D/G y la
especificación DaimlerChrysler No. MS-CD 627 B/E,
644, y 466.
Por adaptación de la composición de la
invención, la temperatura de iniciación de la expansión de la
composición, el grado de expansión, el tiempo hasta que se completa
la expansión, entre otras características de procesamiento, pueden
predeterminarse para satisfacer una amplia gama de usos finales. La
composición de la invención puede expandirse aproximadamente 450
hasta aproximadamente 800% en volumen a temperaturas de
121-190ºC (aproximadamente 250 a aproximadamente
375ºF (temperatura del metal adyacente), dependiendo de las
características de la composición. Cuando el calor de expansión se
proporciona a partir de un sistema de revestimiento en polvo, la
temperatura puede ser 196-204ºC (385ºF a
aproximadamente 800ºF). Por ejemplo, la composición de la invención
puede expandirse al menos aproximadamente 500% a una temperatura de
149ºC (aproximadamente 300ºF). Dependiendo de la tasa de expansión y
la temperatura de iniciación de la expansión deseadas, la
composición de la invención puede estar adaptada para expandirse
800 a 1000% y tener temperaturas de iniciación de la expansión desde
aproximadamente 120 a 170ºC (temperatura del metal adyacente).
La Figura 1A es una vista desde un extremo de
una sección transversal de un aspecto de la presente invención.
La Figura 1B es una vista lateral del producto
ilustrado en la Figura 1A.
La Figura 2A es una vista desde un extremo de
una sección transversal de otro aspecto de la presente
invención.
La Figura 2B es una vista lateral del producto
ilustrado en la Figura 2A.
La Figura 3A es una primera vista lateral de un
aspecto adicional de la presente invención que incluye un sujetador
para uso en el sellado de un pilar de automoción A.
La Figura 3B es una segunda vista lateral del
producto ilustrado en la Figura 3A.
La Figura 3C es una vista desde un extremo del
producto ilustrado en la Figura 3A.
La Figura 4A es una primera vista lateral de un
aspecto adicional de la presente invención que incluye un sujetador
para uso en el sellado de un pilar B frontal de un automóvil.
La Figura 4B es una segunda vista lateral del
producto ilustrado en la Figura 4A.
La Figura 4C es una vista desde un extremo del
producto ilustrado en la Figura 4A.
La Figura 5A es una primera vista lateral de un
aspecto adicional de la presente invención que incluye un sujetador
para uso en el sellado de un pilar C de un automóvil.
La Figura 5B es una segunda vista lateral del
producto ilustrado en la Figura 5A.
La Figura 5C es una vista desde un extremo del
producto ilustrado en la Figura 5A.
La Figura 6 es una vista desde arriba de un
aspecto adicional de la presente invención que puede fijarse por
compresión en una cavidad.
La composición de la invención comprende en
sentido amplio una combinación de al menos un polímero base, al
menos un agente de expansión o soplado, al menos una resina
hidrocarbonada, al menos un agente de curado o catalizador y
opcionalmente al menos un aditivo tal como un polímero
suplementario, colorante, promotor de adherencia, aceite de
procesamiento, entre otros.
La invención, y realizaciones específicas de la
misma se definen por las reivindicaciones adjuntas.
Un polímero base adecuado o mezcla de los mismos
a emplear es una mezcla de copolímeros de etileno modificados tales
como copolímero de etileno y acetato de vinilo modificado con
anhídrido maleico, entre otros. Tales polímeros están disponibles
comercialmente como Bynel™ CXA 3860 (suministrado por The DuPont
Company, Wilmington, Delaware). Normalmente, el polímero base
corresponde a aproximadamente 55 hasta aproximadamente 84% en peso
de la composición antes de la expansión.
Puede emplearse cualquier agente de expansión o
soplado adecuado que se convierta en o genere una fase gaseosa o de
vapor (v.g., nitrógeno, dióxido de carbono, etc.), cuando se expone
a una cantidad de calor suficiente. Ejemplo de tales agentes de
expansión comprenden al menos uno de azodicarbonamidas y
p,p'-oxibis(benceno-sulfonilhidrazida)
o
difenilozida-4,4'-disulfohidrazidas
suministradas, respectivamente, por Uniroyal como Celogen™ 765 y
Celogen™ OT. Por regla general, el agente de expansión comprende
aproximadamente 1 a aproximadamente 15% en peso de la composición
antes de la expansión. La cantidad de agente de expansión puede
adaptarse dependiendo de la temperatura/tiempo, el grado de
expansión deseado, el tiempo permitido para la expansión, entre
otros parámetros. Generalmente, se emplean concentraciones mayores
de Celogen™ OT en asociación con urea (v.g., BIK OT suministrado
por Uniroyal Chemical Company) para expansión a temperatura
relativamente baja, mientras que Celogen™ 765 admite la expansión a
temperatura más alta.
En algunos casos, el agente de expansión o
soplado ha sido tratado. Por tratado se entiende que el agente de
expansión o soplado se ha puesto en contacto o se ha mezclado con un
aglomerante adecuado, v.g., un aglomerante que comprende al menos
uno de nafténico, glicerinas, polioles, monómero
etileno-propileno, parafínico, entre otros. Por
ejemplo, un agente de expansión que comprende Celogen™ OT se ha
mezclado con un aglomerante nafténico para seguridad y dispersión.
Ejemplos de aglomerantes adecuados comprenden los suministrados
comercialmente por Polychem, PPD celot 90, ElastoChem,
OT-72 AkroChem, y mezclas de los mismos. La relación
de agente de expansión a aglomerante está comprendida normalmente
entre aproximadamente 5 y aproximadamente 30%. Con indiferencia del
aglomerante, el agente de expansión es típicamente al menos
aproximadamente 90% activo.
Además, el agente de expansión o soplado puede
estar encapsulado dentro de una envoltura. Es decir, un agente de
soplado líquido o gaseoso está combinado con o encapsulado dentro de
una partícula o polvo termoplástico, v.g., un hidrocarburo
encapsulado dentro de una envoltura de acrilonitrilo como en
Expancel® que es suministrado por Expancel Inc., una división de
Akzo Nobel Industries. Por ejemplo, las envolturas pueden fabricarse
a partir de poliolefinas tales como polietileno y polipropileno;
vinilos, EVA, nailon, acrílicos, entre otros materiales. Las
envolturas se seleccionan de modo que fundan, se reblandezcan, se
expandan, se rompan, o retengan su configuración física dependiendo
de si se desea o no un material expandido de celdillas abiertas o
cerradas. Las envolturas pueden comprender también una distribución
de diferentes tamaños de partícula, composición y temperaturas de
activación, v.g., un precursor de espuma que comprenda al menos dos
tamaños de partícula y temperaturas de activación diferentes.
Ejemplos específicos de agentes de soplado encapsulados adecuados
comprenden al menos un miembro seleccionado del grupo de
hidrocarburos tales como isobutano e isopentano; fluorocarbonos
tales como 1,1-dicloroeteno,
HFC-134a, HFC-152a; y agentes de
soplado químicos que desprenden nitrógeno tales como los
suministrados como Celogen® por UniRoyal que están encapsulados
dentro de cualquier termoplástico adecuado, v.g., polímero de éster
metílico del ácido
2-metil-2-propenoico
con 2-propenonitrilo y polímero de cloruro de
vinilideno y fluoruro de polivinilideno. Estos materiales son
suministrados comercialmente por Expancel, Inc., una división de
Akzo Nobel como Expancels® 051WU, 051DU, 091DU80, 820WU, 820DU,
642WU, 551WU, 551WU80, 461DU o Micropearl® F30D suministrado por
Pierce y Stevens. Estos materiales pueden suministrarse en forma
seca o forma húmeda. Estos materiales pueden estar también
revestidos con cualquier material adecuado para controlar la
temperatura de activación de los agentes de soplado encapsulados. Un
ejemplo de un revestimiento comprende un material acrílico, ceras,
entre otros materiales. Dependiendo de las características físicas
deseadas en la espuma, las envolturas pueden utilizarse para obtener
celdillas abiertas o cerradas.
La composición de la invención puede comprender
cualquier resina hidrocarbonada adecuada o mezclas de las mismas
que admite la temperatura de expansión, v.g., al menos
aproximadamente 149ºC (300ºF). Ejemplos de resinas adecuadas son
ésteres de colofonia, politerpenos, una resina hidrocarbonada
alifática o aromática, v.g., hidrocarburos C5 a C9 y resinas
hidrocarbonadas modificadas aromáticamente, mezclas de las mismas,
entre otros. Resinas adecuadas están disponibles comercialmente
como Piccotac®, suministrada por Hercules Incorporated, Wilmington,
Delaware of Escorez®, suministrada por Exxon Chemical Co., Houston,
TX, Zonester® por Arizona Chemicals, y Wingtac® por Goodyear.
Normalmente, para resultados óptimos, la resina hidrocarbonada puede
triturarse o molerse hasta formar un material particulado, v.g.,
cuyo tamaño de partícula pasa normalmente en un 80% a través de la
malla 40 y en un 100% a través de la malla 30. La resina
hidrocarbonada puede comprender o estar constituida esencialmente
por aproximadamente 1 a aproximadamente 15% en peso de la
composición de la invención antes de la expansión.
La composición de la invención comprende
normalmente al menos un agente de curado o catalizador tal como
disulfuro de tetrametiltiuram, v.g., TMTD suministrado por Akrochem
Corporation, Akron, Ohio, peróxido orgánico por AkroChem, y urea o
materiales de urea modificados (v.g., tratados superficialmente),
v.g., BIK-OT por Uniroyal Chemical Company. Sin
pretender quedar ligados por ninguna teoría o explicación, se cree
que el catalizador funciona como una fuente de azufre y mejora la
calidad de las celdillas finas cerradas en el producto expandido.
La cantidad de agente de curado corresponde por regla general a
hasta aproximadamente 5% en peso de la composición antes de la
expansión.
La composición de la invención puede comprender
también al menos un polímero suplementario. Un ejemplo de un
polímero suplementario adecuado comprende caucho de polibutadieno,
acetato de etil-vinilo,
etileno-propileno-monómero diénico
(EPDM), polímero etileno-ácido acrílico tal como el polímero
Primacor™ 5990 suministrado por The Dow Chemical Company, Midland,
Michigan. La cantidad de polímero suplementario opcional corresponde
por lo general a aproximadamente 5 hasta aproximadamente 10% en
peso de la composición.
Adicionalmente, la composición puede comprender
también al menos un aditivo tal como un colorante, promotor de
adherencia, carga, plastificante, aceite de procesamiento, agentes
antimicrobianos, agentes de curado UV, materiales
magnéticos/magnetizables, entre otros. Un aditivo adecuado comprende
EPDM. Si bien puede añadirse cualquier colorante deseable a la
composición, son eficaces los colorantes verdes o azules
suministrados por Akron Chemical Company, Akron, Ohio como polvos
Akrochem 626 y 633. La cantidad total de aditivos, si están
presentes, corresponde a aproximadamente 0 hasta aproximadamente
5,0% en peso de la composición antes de la expansión. Virtualmente
puede añadirse cualquier aditivo con tal que el aditivo no afecte
desfavorablemente a la procesabilidad o las características de la
composición expandida. En algunos casos, para facilidad de
manipulación, aditivos de la composición de inventiva (v.g.
colorante, promotor de adherencia, carga, plastificante, aceite de
procesamiento, agentes antimicrobianos, entre otros), se mezclan en
pelets y se combinan subsiguientemente con los componentes
restantes de la composición de inventiva.
La composición está sustancialmente exenta de
compuestos ionómeros. Por "sustancialmente exenta" se entiende
que la composición tiene menos de aproximadamente 20 partes o 5,5%
en peso de compuestos ionómeros, v.g., por lo general
aproximadamente 0% en peso de ionómeros. Ejemplos de tales
compuestos ionómeros que pueden evitarse por la presente invención
se describen en la Patente U.S. No. 5.266.133 mencionada
anteriormente. La posibilidad de evitar compuestos ionómeros reduce
el coste de la composición al mismo tiempo que mejora la
procesabilidad.
La composición de la invención puede producirse
por mezcla de los componentes en cualquier aparato adecuado, v.g.,
un mezclador de dispersión o tornillos gemelos, o un mezclador
continuo. Con la excepción de los aceites de
procesamiento/plastificantes opcionales, los componentes de la
composición de la invención son sólidos en las condiciones del
ambiente. Una vez mezclada, la combinación puede conformarse
empleando cualquier método conveniente tal como moldeo por soplado,
moldeo por inyección, moldeo por compresión, corte en matriz,
extrusión, entre otros métodos. Dependiendo de la configuración de
la composición de la invención conformada, se prefiere normalmente
moldeo por inyección o extrusión. Por ejemplo, la composición de la
invención puede fabricarse de modo que posea la configuración de
las Figuras 1A y 1B (descritas más adelante con mayor detalle)
empleando un solo molde de inyección en cavidad, o un extrusor de
perfiles de cavidad simples. El moldeo por inyección puede emplear
una máquina moldeadora Toyo Model TM200 con una camisa de agua
alrededor del tambor a aproximadamente 71C (160ºF), una temperatura
de molde ajustada a aproximadamente 21ºC (70ºF), y un tiempo de
ciclo de aproximadamente 30 segundos. La extrusión puede emplear
equipo convencional y extruir una longitud de material que tenga la
misma sección transversal que un componente moldeado por inyección.
Cuando se extruye, la longitud del material puede ser continua y
cortarse luego en incrementos adecuados, v.g. incrementos de 10,2
cm (cuatro (4) pulgadas). Un ejemplo de un extrusor comercial
comprende un extrusor 12/1 con un tornillo de vuelo estándar, con
una tasa de alimentación de aproximadamente 68 kg (150
libras)/hora, una temperatura de alimentación de 71ºC (160ºF),
temperatura del tambor de 93ºC (200ºF), y temperatura de extrusión
del perfil de 93ºC (200ºF). Normalmente, el perfil extruido se
enfría inmediatamente por medio de un baño de agua enfriada para
ayudar a mantener su forma. El perfil extruido puede poseer
cualquier configuración adecuada tal como un círculo, oval,
cuadrado, pentágono, formas curvilíneas, entre otras.
La composición de la invención puede conformarse
en una configuración de dos o tres dimensiones, o bombearse a un
lugar determinado antes de la expansión. Por ejemplo, la composición
puede moldearse por inyección en una forma cilíndrica hueca o
maciza que se localiza a su vez en el interior de una cavidad del
automóvil durante el ensamblaje, v.g., tubos/canales de refuerzo
formados, cavidades de paneles de balancines o pilares, entre otras
áreas/cavidades. Después de posicionarse adecuadamente (v.g., dentro
de una cavidad de un automóvil), la composición se expande cuando
se expone a las temperaturas relativamente altas empleadas en el
procesamiento subsiguiente, v.g., ciclos de horneado,
electrodeposición, pintura, entre otros procedimientos de
ensamblaje.
La composición de la invención puede asociarse
con o adherirse a un conjunto virtualmente ilimitado de sustratos
tales como las superficies electro-revestidas, v.g.,
paneles que incluyen componentes de automóviles, acero laminado en
frío, superficies galvanizadas, superficies de tipo galvanel,
galvanum, galfán, entre otras. El sustrato o la superficie que está
en contacto con la composición de la invención puede comprender
también una superficie pintada, cerámica, vidrio, termoplástica,
termoendurecible, entre otras.
En un aspecto de la invención, la composición de
inventiva se emplea como un componente de una estructura compuesta.
Es decir, la composición puede estar localizada o estratificada
entre al menos dos capas metálicas formando de este modo un
denominado amortiguador de capas de restricción. La composición
puede estar conformada también en un artículo de paredes finas que
tiene una superficie continua y al menos una cavidad interna. La
composición puede conformarse también para producir los artículos
descritos en la Patente U.S. No. 5.678.826.
En otro aspecto, la presente invención se
refiere a un material expansible que tiene una configuración o forma
predeterminada. En particular, el material expansible puede estar
configurado en una forma que retiene el material expansible en o
dentro de una localización definida, v.g., un material expansible
que comprende un material acústico localizado dentro de una cavidad
de automóvil. El material expansible puede conformarse de modo que
sea auto-retenible. Por
"auto-retenible" se entiende que el material
expansible, después de situarse en una localización y
posición/orientación definidas, mantiene su ubicación durante un
período de tiempo predeterminado (v.g., hasta que se calienta o
expande) sin utilizar sujetadores aplicados por separado. Las
propiedades de auto-retención pueden lograrse
conformando el material expansible en un clip, cuña, correa, perno,
entre otras formas diseñadas para mantener mecánicamente el
material expansible en una ubicación predeterminada. Los materiales
auto-retenibles pueden lograrse también por fijación
mediante compresión. Si bien el material expansible
auto-retenible puede producirse a partir de
cualquier composición adecuada, la composición descrita en esta
memoria es particularmente útil. Por ejemplo, un material
auto-retenible expansible puede formarse a partir de
la composición de la invención de tal modo que el material
expansible tenga una estructura unitaria que incluye un sujetador.
Es decir, el sujetador funcionaría para retener el material
expansible en una localización predeterminada y expandirse (después
de calentamiento) para favorecer el sellado. La estructura
auto-retenible unitaria puede adaptarse para tener
una configuración que incluya un sujetador integral para sellar un
área, hueco o cavidad específicos.
En un aspecto adicional, la presente invención
se refiere a un material expansible que tiene una forma o
configuración predeterminada y que tiene al menos un sujetador que
retiene el material expansible en una localización predeterminada.
El sujetador puede mantener el sujetador en cualquier localización
predeterminada adecuada tal como un pilar "A", pilares
"B", pilar "C" delantero y/o trasero de automóvil, entre
otras localizaciones, donde es deseable posicionar un material
expansible adyacente a un miembro a sellar. Por "adyacente" se
entiende el término "adyacente" tal como se utiliza en esta
memoria descriptiva y en las reivindicaciones, a no ser que se
indique expresamente otra cosa, y significa dos componentes que
están en contacto uno con otro, que están próximos uno a otro con
un espacio que los separa, o que están próximos uno a otro con un
tercer componente entre ellos. Por "miembro a sellar" se
entiende que el material se pone en contacto con el miembro antes
de, durante o después de completarse la expansión. El miembro a
sellar puede estar al menos incrustado o penetrado parcialmente por
el material expansible. El sujetador puede estar fijado a o
incorporado dentro del material antes de la expansión. Si bien
puede emplearse cualquier sujetador adecuado, ejemplos de
sujetadores adecuados comprenden al menos un miembro seleccionado
del grupo de cuchillas, clavijas, chinchetas, clips, sujetadores de
adaptación por compresión, entre otros sujetadores que son capaces
de mantener una composición expansible conformada en una
localización predeterminada sin afectar desfavorablemente a la
expansión o la eficiencia de la composición. Ejemplos específicos
de sujetadores adecuados se describen en las Patentes U.S. Núms.
5.040.803 y 5.678.826, mencionadas anteriormente.
Ciertos aspectos de la invención se comprenden
mejor haciendo referencia a los dibujos. Haciendo referencia ahora
a los dibujos, la Figura 1A ilustra un material expansible (10) de
la presente invención. El material expansible posee un área
circular de agarre (11). La porción (12) del material (10) que es
adyacente a una abertura en el área circular de agarre (11) puede
funcionar para mejorar la durabilidad del material (10) y/o
proporcionar material incrementado para la expansión subsiguiente.
El material expansible (10) está retenido o sujetado con clips
alrededor de un primer miembro del automóvil (no representado) que
tiene una sección transversal generalmente circular. El material
expansible (10) genera una fuerza de compresión suficiente para
mantener el material en una localización predeterminada. La porción
(13) del material (10) define una abertura (14). La anchura (15) de
la abertura (14) es mayor que o igual a la distancia entre un
primer miembro del automóvil dentro del área (11) y un segundo
miembro del automóvil (no representado) en contacto con la porción
(12') y (12''). Esta distancia permite que el material sujete el
primer miembro del automóvil al mismo tiempo que se comprime entre
los miembros primero y segundo del automóvil. La longitud (10) de
la abertura (14) proporciona o es suficiente para proporcionar un
volumen de material expansible entre el primer miembro del automóvil
y el segundo miembro del automóvil, y para añadir fuerza a la
acción de agarre del área (11). La longitud de 16 aumentará o
disminuirá a medida que el diámetro (11) aumenta o disminuye,
respectivamente. El material puede poseer una extensa gama de
dimensiones; sin embargo, normalmente, el espesor de pared que se
muestra en la porción (17) es aproximadamente 2 a aproximadamente 4
mm, la dimensión (14) aproximadamente 2 a aproximadamente 4 mm, la
dimensión (16) aproximadamente 25 a aproximadamente 35 mm y la
longitud total de (10) aproximadamente 25 a aproximadamente 45.
Cuando el material expansible se obtiene por extrusión, la longitud
de (16) puede ser mayor que 20 mm.
Cuando el material se expone a calor suficiente
(v.g. 121-190ºC (aproximadamente 250 a
aproximadamente 375ºF), el agente de expansión mencionado
anteriormente hace que sustancialmente la totalidad del material
aumente en volumen y se una a las superficies contiguas, v.g.,
superficies metálicas. Si bien el material ilustrado en la Figura
1A tiene por objeto estar en contacto con un travesaño de intrusión
de una puerta de automóvil y la superficie interior de la puerta,
la composición puede estar conformada también para uso como un
amortiguador/absorbedor de ruidos en un pilar "A", sellador
del maletero trasero, entre otras áreas en un automóvil para uso en
el control del ruido, el agua, el viento y el polvo.
Haciendo ahora referencia a la Figura 1B, la
Figura 1B ilustra el material expansible ilustrado en la Figura 1B
en formato de sección transversal. Si bien la composición que se
muestra en la Figura 2 tiene por objeto fijarse a un travesaño que
tiene una sección transversal circular, la composición puede
emplearse con travesaños o miembros que tengan un conjunto de
secciones transversales virtualmente ilimitado. La composición puede
moldearse también en una gran diversidad de formas, v.g., tiras,
barras, curvilíneas, entre otras, y tamaños.
Haciendo ahora referencia a la Figura 2A, la
Figura 2A ilustra un material expansible que tiene una configuración
similar a la ilustrada en las Figuras 1A y 1B, excepto que el
material expansible (20) tiene un área de agarre cerrada (21). El
material expansible ilustrado en la Figura 2A está configurado de
tal manera que el material puede insertarse en otro miembro, v.g.,
un travesaño de intrusión de sección transversal circular. El área
de agarre (21) incluye protuberancias (22) que se comprimen cuando
otro miembro, v.g., un tubo, se inserta a través del material (20).
Por la compresión de las protuberancias (22), se crea fricción entre
las protuberancias y la superficie externa del miembro insertado,
por lo cual funcionan para mantener el material (20) en una
localización fija en el miembro.
El material (20) puede definir al menos una
rendija o hendidura (23). Estas rendijas o hendiduras (23)
proporcionan localizaciones en las cuales el material (20) puede
estar comprimido o flexionado. La posibilidad de flexionar el
material (20) permite localizar el material en una localización dada
sin romper o agrietar el material.
Las protuberancias (22) pueden poseer cualquier
configuración adecuada. Una configuración de este tipo se ilustra
en la Figura 2B. Haciendo ahora referencia a la Figura 2B, la Figura
2B ilustra el material expansible ilustrado en la Figura 2A en
formato de sección transversal. El extremo de la protuberancia (22)
tiene un radio (24) que termina en cada extremo de la abertura u
orificio 25 definido(a) dentro del material (20). El radio de
la terminación permite una inserción más conveniente de un miembro
en o a través del material (20).
Haciendo ahora referencia a las Figuras
3A-3C, las Figuras 3A-3C ilustran un
aspecto adicional de la invención en el cual un sellador de
automóvil comprende un sujetador integral que se emplea para
mantener la composición expansible de la invención en una posición
predeterminada, v.g., por auto-retención. El
material expansible (30) que tiene un sujetador de tipo clip
integral (31) (que comprende también el material expansible de la
invención) que mantiene el material (30) adyacente a y dentro de un
pilar A de automóvil (no representado). El sujetador (31) incluye
también una pata o protuberancia (32) que se extiende dentro del
pilar A. el material (30) define aberturas (33) y (34). Estas
aberturas pueden emplearse para reducir la masa (y los costes de
materiales), mejorando el flujo de calor a través del material
expansible (asegurando con ello una expansión uniforme y una menor
temperatura de activación) y permitiendo que los líquidos fluyan a
través del material (v.g., capa e de automóvil, tratamientos
metálicos, entre otros fluidos). El material (30) comprende
extensiones (35) y (36) que se extienden a lo largo de una
superficie exterior del pilar A. El material (30) se fija a un pilar
A por inserción del sujetador (31/32) en el pilar A de tal modo que
las extensiones (35) y (36) están en contacto con la superficie
exterior del pilar A. La distancia representada por (37)
corresponde al espesor del pilar A. Cuando el material (30) se
expone a una cantidad de calor adecuada, la totalidad del material
(30) (con inclusión del sujetador (31) y las extensiones (35/36) se
expande sellando con ello el pilar A.
Haciendo ahora referencia a las Figuras
4A-4C, las Figuras 4A-4C ilustran un
material expansible que tiene una configuración similar a la
ilustrada en las Figuras 3A-3C excepto que el
material expansible (40) incluye un sujetador expansible de tipo
clip (41) que está orientado hacia la extensión (42). El material
(40) define una abertura (43) que funciona de la manera arriba
descrita en conexión con las aberturas (33/34). Si bien el material
(40) puede emplearse para una extensa gama de usos finales, el
material (40) es particularmente adecuado para sellar un pilar B
frontal de automóvil.
Haciendo ahora referencia a las Figuras
5A-5C, las Figuras 5A-5C ilustran un
material expansible que tiene una configuración similar a la
ilustrada en las Figuras 3A-4C excepto que el
material (50) incluye un sujetador expansible (51), protuberancia
(52), abertura (53) y extensión (54). El material (50), similar a
los materiales ilustrados en las Figuras 1-4 puede
moldearse por inyección, y puede fabricarse en una extensa gama de
configuraciones. La configuración particular ilustrada en las
Figuras 5A-5C es especialmente adecuada para sellar
un pilar C de automóvil.
Haciendo ahora referencia a la Figura 6, la
Figura 6 ilustra un material expansible
auto-retenible (60) que emplea adaptación por
compresión. El material (60) comprende una porción de fuste (61),
porciones laterales compresible (62) y (63) y extremo (64). El
material (60) puede insertarse en una localización deseada (v.g.,
dentro de una cavidad), por agarre manual de la porción de fuste
(61) e inserción del extremo (64) en la localización hasta que al
menos una de las porciones laterales (62) y (63) se comprime hacia
el fuste (64). Las porciones laterales (62) y/o (63) retienen el
material (60) en una porción auto-retenida. Si se
desea, la porción de fuste (61) puede tener marcas estampadas que
pueden utilizarse para calibrar la profundidad a la que se ha
insertado el material (60) en una
cavidad.
cavidad.
Si se desea, la composición puede incorporar un
miembro reforzante. Ejemplos de tales miembros reforzantes
comprenden malla de vidrio, esterillas, soportes de plástico o
nailon, entre otros materiales capaces de soportar la temperatura
de expansión y mejorar la integridad estructural de la composición
expandida o no expandida.
Adicionalmente, al menos una porción de la
composición de la invención puede estratificarse con una película,
lámina metálica delgada, banda y hoja, entre otras. El estratificado
puede ser un componente temporal de la composición tal como una
película de desprendimiento y/o permanentemente en contacto con la
composición. Si bien puede emplearse cualquier estratificado
adecuado, ejemplos de tales estratificados se describen en las
Patentes U.S. Núms. 4803104 y 6030701.
Si bien la descripción anterior hace resaltar
composiciones expansibles composiciones expansibles para uso en
aplicaciones de automoción, la composición de la invención puede
emplearse en un conjunto de aplicaciones prácticamente ilimitado.
Ejemplos de tales aplicaciones pueden incluir uno o más de
selladores para aeronaves, vehículos de golf, equipo agrícola,
buques marinos, un miembro aislante, un sellador residencial o
industrial, entre otras aplicaciones. Las composiciones de la
invención pueden extruirse, bombearse a una localización deseada,
aplicarse por pulverización, conformarse previamente (v.g. moldearse
por inyección), entre otros métodos de utilización de los
selladores.
Los ejemplos que siguen se proporcionan para
ilustrar y no limitar el alcance de la invención tal como se define
por las reivindicaciones adjuntas. Los porcentajes en estos ejemplos
son porcentajes en peso (%).
Se preparó una composición por combinación de
100 partes por 100 partes de resina (phr) de polímero base (Bynel™
3860 suministrado por la DuPont Company), 1,5 phr de aceite de
proceso basado en hidrocarburos (Tufflo® 500
WsChem-Hall Inc.), 6,7 phr de resina hidrocarbonada
PiccoTac®, 0,7 phr libras TMTD™ suministrado por AkroChem, y 10 phr
de agente de expansión (6,7 phr de Celogen OT y 3,3 phr de Celogen
765), 0-1 phr de peróxido suministrado por
AkroChem.
Se preparó una composición por pulverización de
100 phr de polímero base (Bynel™ 3860 suministrado por la DuPont
Company), 20 phr de copolímero de etileno (Primacor 5990
suministrado por Dow Chemical), 12 phr de agente de expansión (8
phr de Celogen OT y 4 phr de Celogen 765), 8 phr de resina
hidrocarbonada y 0,8 phr de TMTD™ (suministrado por AkroChem), y
0,5 libras (0,227 kg) de BIK-OT (suministrado por
Uniroyal Chemical Company), 0-1 phr de peróxido
suministrado por AkroChem.
Se preparó una composición sustancialmente igual
que la descrita en el Ejemplo 2, con la excepción de que se
añadieron 0,04 phr de colorante (suministrado por AkroChem).
Las composiciones de los Ejemplos
1-3 se prepararon mezclando el polímero base y, en
caso de estar presente, 14% de polímero suplementario (Primacor™,
polímero etileno-ácido acrílico) juntos en un mezclador de
dispersión Baker-Perkin. Se añadieron al mezclador
aproximadamente 3,5 libras (1,588 kg) (0,97%) del aceite de
procesamiento ligero mencionado anteriormente, y se mezcló durante
5 a 10 minutos. Se añadieron al mezclador 0-2% de
agente de curado (TMTD™ de disulfuro de tetrametiltiuram) y agente
de expansión (Celogen™ 765), y la combinación se mezcló durante 3 a
5 minutos. Se añadió el aceite de procesamiento restante y se
continuó la mezcladura durante 3-5 minutos. Se
añadieron al mezclador un colorante azul y agente de expansión
adicional (Celogen™ OT) y se mezcló durante 3 a 10 minutos.
Los agentes de expansión mencionados
anteriormente se habían tratado previamente con
10-28% de un aglomerante nafténico suministrado por
PolyChem o ElastoChem. Los agentes de expansión tratados previamente
poseían al menos aproximadamente 90% de la actividad de los agentes
de expansión sin tratar.
La composición mixta comprendía pelets o
partículas de polímero base revestidas de modo sustancialmente
uniforme. La composición no tiene características sensibles de
desprendimiento de polvo.
Las composiciones del Ejemplo 4 se suministran
en envases de 18,9 l (5 galones) a 227 l (500 libras). La
composición se conforma luego mediante moldeo por inyección en un
aparato de moldeo por inyección Boy 30 Ton o Toyo Model No. TM200
para formar una pieza moldeada por inyección. El artículo moldeado
por inyección o extruído se hornea a una temperatura de
aproximadamente 149-204ºC (300 a 400ºF). El horneado
causa a su vez que el agente de expansión comprendido dentro del
artículo se vuelva activo expandiendo con ello el volumen del
artículo al menos en un 600%.
Las composiciones del Ejemplo 4 se suministran a
un extrusor. La composición se extruye para formar una estructura
de hoja. La composición se extruye mediante un extrusor 12/1 que se
ha modificado para incluir un tornillo de compresión de vuelo. A
continuación se reseñan los parámetros de extrusión: tasa de
alimentación 82 kg (180 libras)/hora, temperatura de alimentación
71ºC (160ºF), temperatura de la sección de compresión 93ºC (200ºF);
y temperatura del cabezal/matriz 220ºC (220ºF). El artículo extruído
se expande por calentamiento.
Se repitió el Ejemplo 2 con la excepción de que
se reemplazó el copolímero de etileno con 8-20 phr
de polímero de polibutadieno. El polibutadieno fue suministrado por
JSR Corp.
Ejemplo
8
(No perteneciente a la
invención)
Este ejemplo describe la fabricación de una
composición moldeada por inyección que se empleó como reforzante en
un travesaño de intrusión en el interior de una puerta de automóvil
de pasajeros. Los componentes de la composición se indican en la
Tabla siguiente.
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\vskip1.000000\baselineskip
La composición expansible por calentamiento se
mezcló en una cuchilla de dispersión de laboratorio
(Baker-Perkins). La composición mixta se moldeó por
inyección en un molde de una sola cavidad que tenía la forma que se
ilustra sustancialmente en las Figuras 1A y 1B.
El artículo moldeado por inyección se localizó o
se sujetó con clips alrededor de un travesaño de intrusión. El
travesaño se introdujo en una cámara de horno con aire forzado y se
expuso a una temperatura de aproximadamente 325ºF (163ºC) durante
un período de 20 minutos. La composición se expandió entre el
travesaño y un miembro de acero adyacente (que representaba la
porción interior de un revestimiento de puerta de automóvil). La
composición se adhería a la porción interior del revestimiento de
la puerta así como al travesaño de intrusión, reduciendo con ello
la movilidad del panel. Por la reducción de la movilidad del panel,
la composición de la invención reduce el ruido causado por
vibraciones, y mejora la resistencia de la puerta, entre otras
propiedades deseables.
Los Ejemplos 9-11 muestran
composiciones moldeables por inyección que se fabricaron de acuerdo
con el método del Ejemplo 8.
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(No perteneciente a la
invención)
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El Ejemplo 12 ilustra una composición moldeable
que se fabricó de modo que poseyera la configuración ilustrada en la
Figura 6.
\vskip1.000000\baselineskip
(No perteneciente a la
invención)
\vskip1.000000\baselineskip
La composición expansible por calentamiento del
Ejemplo 12 se mezcló en un mezclador Baker-Perkin de
laboratorio con una paleta de dispersión. Se utilizó el
procedimiento de mezcla siguiente.
Se mezclaron caucho SBR, caucho EPDM, resina
EVA, y aproximadamente 1/3 de la APAO. Se dejó que la mezcla
alcanzara una temperatura de 140ºF (60ºC), y se mezcló hasta
homogeneidad. Se paró el mezclador, y se añadieron la Gilsonita, el
óxido de cinc, el ácido esteárico, el agente de soplado, el azufre,
el negro de carbono y el resto de la APAO.
La composición se mezcló hasta homogeneidad, y
alcanzó una temperatura de mezcla de aproximadamente 68ºC (155ºF).
La composición mixta se extruyó y se cortó a troquel en la forma de
configuración que se ilustra en la Figura 6.
El artículo conformado se ubicó en la abertura
de un raíl de bastidor tubular de acero 1x2. El raíl de bastidor se
introdujo en una cámara de horno con aire forzado y se expuso a una
temperatura de aproximadamente 196ºC (385ºF) durante un período de
20 minutos. La composición se expandió y llenó el interior del raíl
de bastidor. La composición se adhería a la porción interior de los
raíles.
Claims (16)
1. Una composición no expandida que comprende
una combinación que comprende un polímero base de copolímero de
etileno modificado, al menos un agente de expansión, al menos una
resina hidrocarbonada y al menos un agente de curado, en donde
dicha composición está sustancialmente exenta de compuestos
ionómeros.
2. La composición de la reivindicación 1, en la
cual el polímero base de copolímero de etileno modificado comprende
aproximadamente 50 a aproximadamente 90% en peso de la composición,
con preferencia aproximadamente 55% en peso a aproximadamente 84% en
peso.
3. Una composición de acuerdo con la
reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la cual dicha composición
se ha moldeado por inyección.
4. Una composición de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 3, en la cual la composición comprende
adicionalmente al menos un aditivo seleccionado del grupo
constituido por colorantes, promotores de adherencia, cargas,
agentes de curado UV y plastificantes.
5. Una composición de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende adicionalmente al
menos un polímero suplementario.
6. Una composición de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 5, en la cual el agente de expansión es un
agente de expansión de hidrazida.
7. Una composición de acuerdo con la
reivindicación 6, en la cual el agente de expansión comprende al
menos un miembro seleccionado del grupo constituido por
p,p'-oxibis(benceno-sulfonil-hidrazida)
y
difenilozida-4,4'-disulfohidrazidas.
8. Una composición de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 7, en la cual el agente de curado es un
agente de curado que contiene azufre.
9. Una composición de acuerdo con la
reivindicación 8, en la cual el agente de curado comprende disulfuro
de tetrametiltiuram.
10. Una composición de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende
adicionalmente al menos un aceite de procesamiento.
11. Una composición de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en la cual la resina
hidrocarbonada comprende una resina hidrocarbonada alifática.
12. Una composición de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, en la cual la composición comprende
adicionalmente un copolímero etileno-ácido acrílico.
13. Una composición de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, en la cual la composición se
expande al menos 500% cuando se expone a una temperatura de al menos
aproximadamente 149ºC (300ºF).
14. Una composición expansible de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, que está formada en
una forma predeterminada y comprende adicionalmente al menos un
sujetador y que define al menos una abertura.
15. Una composición de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en la cual el polímero
base es un copolímero de etileno y acetato de vinilo modificado con
anhídrido maleico.
16. Uso de la composición de una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 15 como sellador para automóviles.
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