ES2355443T3 - Haces de fibras de refuerzo para fabricar compuestos poliméricos reforzados con fibras. - Google Patents

Haces de fibras de refuerzo para fabricar compuestos poliméricos reforzados con fibras. Download PDF

Info

Publication number
ES2355443T3
ES2355443T3 ES08835788T ES08835788T ES2355443T3 ES 2355443 T3 ES2355443 T3 ES 2355443T3 ES 08835788 T ES08835788 T ES 08835788T ES 08835788 T ES08835788 T ES 08835788T ES 2355443 T3 ES2355443 T3 ES 2355443T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
fibers
cut
bundles
strands
composition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES08835788T
Other languages
English (en)
Inventor
Thomas Edward Schmitt
John Alan Barnes
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Invista Technologies SARL Switzerland
Original Assignee
Invista Technologies SARL Switzerland
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=40225388&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=ES2355443(T3) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Invista Technologies SARL Switzerland filed Critical Invista Technologies SARL Switzerland
Application granted granted Critical
Publication of ES2355443T3 publication Critical patent/ES2355443T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/06Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material using pretreated fibrous materials
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/022Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the choice of material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • B29C48/05Filamentary, e.g. strands
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • B29C48/07Flat, e.g. panels
    • B29C48/08Flat, e.g. panels flexible, e.g. films
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/285Feeding the extrusion material to the extruder
    • B29C48/288Feeding the extrusion material to the extruder in solid form, e.g. powder or granules
    • B29C48/2886Feeding the extrusion material to the extruder in solid form, e.g. powder or granules of fibrous, filamentary or filling materials, e.g. thin fibrous reinforcements or fillers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/285Feeding the extrusion material to the extruder
    • B29C48/29Feeding the extrusion material to the extruder in liquid form
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/285Feeding the extrusion material to the extruder
    • B29C48/297Feeding the extrusion material to the extruder at several locations, e.g. using several hoppers or using a separate additive feeding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/12Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of short lengths, e.g. chopped filaments, staple fibres or bristles
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/29Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
    • Y10T428/2913Rod, strand, filament or fiber
    • Y10T428/2933Coated or with bond, impregnation or core
    • Y10T428/2938Coating on discrete and individual rods, strands or filaments

Abstract

Una composición que contiene fibras, adecuada para ser formulada con un polímero de matriz en un procedimiento de mezcla para formar un compuesto polimérico reforzado con fibras, dicha composición comprende una masa de haces de fibras cortadas, dicha masa tiene una densidad aparente media de al menos 0,26 g/cm3 y en la que substancialmente la totalidad de dichos haces de fibras cortadas tienen una longitud de entre 3 y 15 mm y comprenden una pluralidad de fibras sintéticas o naturales de base celulósica de substancialmente la misma longitud, orientadas substancialmente en paralelo entre sí y que tienen sus extremos substancialmente coextensivos entre sí, y en la que substancialmente la totalidad de los haces de fibras cortadas comprenden una composición de acabado que recubre las fibras dentro de los haces y forma enlaces fugitivos inter-fibra dentro de cada haz de fibras cortadas para proporcionar coherencia entre las fibras, dichos enlaces fugitivos inter-fibra pueden romperse después de la composición de dichos haces en un procedimiento de mezcla de manera que dichos haces de fibras cortadas puedan desintegrarse en fibras separadas individuales para su dispersión dentro del polímero de matriz durante dicho procedimiento.

Description

Haces de fibras de refuerzo para fabricar compuestos poliméricos reforzados con fibras.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a haces de fibras orgánicas de refuerzo cortadas cortas, adecuadas para la dosificación volumétrica o gravimétrica en un procedimiento de mezcla utilizado para producir compuestos poliméricos reforzados con fibras.
Antecedentes de la invención
Fibras inorgánicas, tales como el vidrio, se utilizan comúnmente como fibras de refuerzo en compuestos poliméricos tanto termoplásticos como termoendurecibles. Las fibras de refuerzo de vidrio mejoran el módulo, la resistencia y la temperatura de reflexión por calor del compuesto. Sin embargo, estas fibras quebradizas tienden a tener una menor elongación de ruptura y una baja resistencia al impacto, especialmente a bajas temperaturas. En operaciones típicas de composición de resinas para polímeros termoplásticos, la fibra de vidrio (cortada entre 1,5 y 3 mm o hiladas en filamentos continuos) se mezcla con el polímero termoplástico en un extrusor de composición. En el caso de filamentos continuos, el extrusor actúa como medio para romper el hilo de vidrio quebradizo en pequeñas longitudes.
También se pueden utilizar fibras poliméricas orgánicas sintéticas y/o fibras naturales de base celulósica como refuerzo en compuestos poliméricos y servir para mejorar la resistencia al impacto en frío del compuesto. Por ejemplo, la solicitud de patente publicada PCT WO 02/053629 describe compuestos poliméricos extruibles o moldeables que contienen una matriz de poliolefina termoplástica en la cual se dispersan fibras de refuerzo de PET y talco. La inclusión de fibras de PET parece que mejora la resistencia al impacto en frío del compuesto moldeado. Las mejoras en la resistencia al impacto no necesitan la adhesión entre las fibras de refuerzo y el polímero de matriz de poliolefina.
Las fibras poliméricas de alta resistencia cortadas cortas pueden producirse cortando hilos industriales de alta resistencia y comprimiendo éstos en una bala. Sin embargo, cuando un procesador intenta dosificar estas fibras cortadas dentro de un extrusor de composición, existe la tendencia de que las fibras se agrupen entre sí dando un contenido de fibras no uniforme y una pobre distribución de fibras en la resina compuesta. La pobre distribución da como resultado unas propiedades físicas y una apariencia superficial más pobre de los compuestos moldeados.
Por ejemplo, la patente de EE.UU. núm. 3.639.424 describe mezclas moldeables de polipropileno y de polietileno en las cuales están dispersas fibras de refuerzo de tereftalato de polietileno (PET) cortadas cortas. La patente 3.639.424 observa que a diferencia de las fibras de vidrio, otras fibras poliméricas sintéticas no se dispersan bien en el polímero sino que tienden a agruparse entre sí en agregados de fibras, dando como resultado la dispersión no uniforme de las fibras en el producto moldeado.
La solicitud de patente publicada de EE.UU. núm. 2006/0261509 de Lustiger ilustra la dificultad de medir las fibras de poliéster cortadas dentro de un extrusor de composición. Tal como se observó en esta solicitud, típicamente se utilizan alimentadores gravimétricos o vibracionales para dosificar y transportar los polímeros, los rellenos y los aditivos al interior del extrusor de composición. Estos alimentadores son efectivos en el transporte de pastillas o polvo, pero no son particularmente adecuados para el transporte de fibras poliméricas cortadas, ya que la fibra cortada tiende a agruparse o a formar puentes, dando como resultado una velocidad de alimentación inconsistente en los procedimientos de mezcla. Para vencer este problema, esta solicitud propone dosificar hebras continuas de poliéster directamente dentro del extrusor de composición donde las hebras se romperán por la acción del tornillo del extrusor. Mientras esta aproximación se utiliza con éxito con fibras quebradizas tales como el vidrio, la alta dureza (es decir, la alta resistencia y elongación de la fibra) de las fibras de refuerzo de poliéster presentan dificultades, ya que el tornillo del extrusor puede que no rompa ni completa ni uniformemente las hebras de fibra durante un procedimiento de mezcla de alto rendimiento.
La patente de EE.UU. núm. 6.202.947 de Matsumoto y colaboradores suministra otra aproximación a la dosificación de las fibras de refuerzo en la que se sitúa una cortadora de estopa en el puerto de alimentación del extrusor de composición. La velocidad de la cortadora se regula para suministrar la cantidad necesaria de fibra al extrusor. Sin embargo se requieren modificaciones en la tolva de alimentación y en el dispositivo de descarga para adaptarse a dichas fibras.
Resumen de la invención
De acuerdo con la presente invención, se suministra una fibra de refuerzo orgánica sintética o natural de base celulósica cortadas cortas para un compuesto polimérico de forma que alimente uniformemente un procedimiento de mezcla usando un equipo convencional de dosificación volumétrica o gravimétrica. En el procedimiento de mezcla que puede incluir el uso de un extrusor de tornillo simple o doble o una mezcladora de lotes doble armada, dicha fibra de refuerzo se dispersa y se distribuye uniformemente en una resina de matriz durante el procedimiento de mezcla. Tal como aquí se utiliza, fibras sintéticas quiere decir fibras sintéticas producidas o derivadas de un polímero orgánico y específicamente incluyen fibras de carbono. Además, tal como aquí se utiliza, las fibras de refuerzo naturales de base celulósica incluyen fibras líber natural para la formación de hilos, de hojas o de pelos de semillas.
Las fibras de refuerzo se suministran en forma de haces de fibras cortadas con una composición de acabado que recubre las fibras y forma enlaces fugitivos inter-fibra entre las fibras dentro de cada haz de fibras cortadas. El acabado suministra coherencia entre las fibras y eleva la densidad aparente de los haces de forma que una masa de los haces de fibras cortadas pueda ser suministrada uniformemente por un dispositivo alimentador de tornillo volumétrico (pérdida en volumen) o gravimétrico (pérdida en peso) y fluyan desde este dispositivo alimentador de tornillo a un procedimiento de mezcla. Después del mezclado en el procedimiento de mezcla con un polímero de matriz, los enlaces fugitivos se romperán y los haces de fibras cortadas se desintegrarán en fibras individuales separadas y dispersas en el polímero de matriz.
En una realización ventajosa de la presente invención, se suministra una composición para hacer un compuesto polimérico reforzado con fibras. Dicha composición comprende una masa de haces de fibras cortadas, substancialmente todas los cuales tienen una longitud de entre 3 y 15 mm y poseyendo la masa de haces una densidad aparente media de al menos 0,26 g/cm^{3} (16 libras por pie cúbico). Substancialmente todos los haces de fibras cortadas comprenden una pluralidad de fibras sintéticas o naturales de base celulósica de la misma longitud orientadas substancialmente en paralelo entre sí y que tienen sus extremos coextensivos entre sí. Substancialmente todos los haces comprenden también una composición de acabado que recubre las fibras y forma enlaces fugitivos inter-fibra dentro de cada haz de fibras cortadas suministrando coherencia entre las fibras. Dicho enlace fugitivo inter-fibra, debido a la composición de acabado, permite que la masa de haces de fibras cortadas sea suministrada uniformemente por un dispositivo alimentador de tornillo volumétrico (pérdida en volumen) o gravimétrico (pérdida en peso) al interior de un extrusor de tornillo de composición que también contiene un polímero de matriz. Después de mezclarse en el extrusor de tornillo de composición con el polímero de matriz, los enlaces fugitivos pueden romperse y los haces de fibras cortadas pueden desintegrarse en fibras individuales separadas y dispersas en el polímero termoplástico de matriz. La masa de haces de fibras cortadas es con fluidez y suministrable a través de un dispositivo alimentador de tornillo volumétrico (pérdida en volumen) o gravimétrico (pérdida en peso) con una uniformidad tal que el dispositivo alimentador de tornillo preferiblemente no requiere más que un cambio del \pm 10% en las RPM del tornillo o una variación de peso de \pm 10% en la tasa de alimentación.
En un aspecto adicional de la presente invención, se suministra un procedimiento para hacer una mezcla con contenido de fibras para su composición con una matriz polimérica para a su vez formar un compuesto polimérico reforzado con fibras. El procedimiento incluye los pasos de revestir una pluralidad de fibras de múltiples filamentos sintéticas o hebras de hilos de fibras naturales de base celulósica con una composición de acabado que forma enlaces fugitivos inter-filamento dentro de las hebras, cortar las hebras de filamentos enlazados en haces de fibras cortadas que tienen una longitud de entre 3 y 15 mm, conteniendo cada haz de fibras cortadas fibras fugitivamente enlazadas; y formar una masa con fluidez de los haces de fibras cortadas individuales para suministrar una masa de haces que tienen una densidad aparente media de al menos 0,26 g/cm^{3} (16 libras por pie cúbico). En una operación separada, la masa con fluidez de haces de fibras cortadas puede depositarse en una tolva de alimentación de un dispositivo alimentador de tornillo volumétrico (pérdida en volumen) o gravimétrico (pérdida en peso) que está en comunicación de transporte de masa con un procedimiento de mezcla. El procedimiento de mezcla puede llevarse a cabo utilizando un extrusor de tornillo simple o doble o una mezcladora de lotes doble armada, por ejemplo, una mezcladora de pala Sigma. También se suministra un polímero de matriz al procedimiento de mezcla. La masa con fluidez de haces de fibras cortadas puede suministrarse al procedimiento de mezcla por medio del dispositivo alimentador de tornillo, suministrando la composición de acabado coherencia entre las fibras de manera que los haces de fibras cortadas fugitivamente enlazadas sean suministrados uniformemente por el dispositivo alimentador de tornillo al procedimiento de mezcla. Después de la mezcla en el procedimiento de mezcla, los enlaces fugitivos se rompen y los haces de fibras cortadas se desintegran en fibras individuales y dispersas en el polímero de matriz. Preferiblemente el paso de suministro de la masa con fluidez de haces de fibras cortadas incluye el suministro de los haces de fibras cortadas con una uniformidad tal que el dispositivo alimentador de tornillo no requiere más que un cambio del \pm 10% en las RPM del tornillo o una variación de peso de \pm 10% en la tasa de alimentación.
Preferiblemente, los haces de múltiples filamentos contiene cada uno entre 100 y 400 filamentos continuos que tienen una masa lineal de entre 5 y 22 dtex por filamento. El recubrimiento puede realizarse haciendo avanzar las hebras de múltiples filamentos más allá de una estación de recubrimiento que contiene una composición de acabado líquida, aplicando la composición de acabado líquida a las hebras de múltiples filamentos continuas en las estación de recubrimiento e impregnando las respectivas hebras con la composición de acabado, y secando la composición de acabado para formar enlaces fugitivos interfilamento dentro de las hebras. El paso de secado incluye de forma adecuada la exposición de las hebras de múltiples filamentos recubiertas al calor para secar la composición de acabado. En una realización ventajosa, el paso de secado comprende el direccionamiento de las hebras de múltiples filamentos recubiertas sobre una serie de cilindros calientes y el paso de corte incluye el avance de las hebras de múltiples filamentos recubiertas directamente desde la serie de cilindros calientes hasta un dispositivo cortador y el corte de las hebras para formar los haces de fibras cortadas. En otra realización, un horno sustituye a los cilindros de secado calientes.
La composición de acabado se aplica preferiblemente en una cantidad de entre un 0,5 y un 10 de porcentaje en peso en base al peso total de las hebras de múltiples filamentos recubiertas y preferiblemente comprende una emulsión termoplástica de base acuosa que puede secarse mediante calor.
En una realización específica, el procedimiento incluye los pasos de extraer de un dispositivo de fileta una pluralidad de hebras de múltiples filamentos de polímero de tereftalato de polietileno, comprendiendo cada hebra entre 100 y 400 filamentos continuos con una masa lineal de entre 5 y 22 dtex por filamento. La pluralidad de hebras de múltiples filamentos se hace avanzar desde el dispositivo de fileta al hasta y a través de la estación de recubrimiento y una composición de acabado en forma de emulsión acuosa de un polímero termoplástico se aplica entonces a las hebras de múltiples filamentos. Después se hacen avanzar las hebras de múltiples filamentos recubiertas hasta una estación de secado y se calientan las hebras para provocar que la composición de acabado se seque y formen enlaces positivos inter-filamento dentro de cada hebra. Las hebras de múltiples filamentos se hacen avanzar entonces desde la estación de secado hasta una estación de corte donde las hebras son cortadas en haces de fibras cortadas que tienen una longitud de entre 3 y 15 mm, conteniendo cada haz de fibras cortadas una pluralidad de fibras fugitivamente enlazadas. Los haces de fibras cortadas así formados, con una densidad aparente media de al menos 0,26 g/cm^{3} (16 libras por pie cúbico) se recogen como una masa con fluidez de haces de fibras cortadas y se empaquetan para su envío a granel. Las fibras se depositan posteriormente en una tolva de alimentación de un dispositivo alimentador de tornillo volumétrico (pérdida en volumen) o gravimétrico (pérdida en peso) que puede estar conectado a un extrusor de tornillo simple o doble o a una mezcladora de lotes doble armada para llevar a cabo un procedimiento de mezcla. El procedimiento de mezcla es alimentado también con un polímero de matriz termoplástico tal como polipropileno o con un polímero de matriz termoendurecible tal como éster de vinilo. La masa con fluidez de haces de fibras cortadas es suministrada al interior del extrusor de tornillo por medio de un dispositivo alimentador de tornillo, suministrando la composición de acabado coherencia entre las fibras de manera que los haces de fibras cortadas fugitivamente enlazadas sean uniformemente suministrados por el dispositivo alimentador de tornillo al interior del extrusor de tornillo de composición. Después del mezclado en un extrusor de tornillo simple o doble o en una mezcladora de lotes doble armada, los enlaces fugitivos se rompen y los haces de fibras cortadas se desintegran en fibras individuales separadas dispersas en el polímero de matriz.
Breve descripción de los dibujos
Habiéndose descrito así la invención en términos generales, ahora se hará referencia a los dibujos adjuntos, que no están necesariamente dibujados a escala y en los que:
La figura 1 es una vista en perspectiva que ilustra una masa de haces de fibras cortadas de acuerdo con la presente invención, dichos haces son adecuados para ser uniformemente suministrados a un procedimiento de mezcla utilizando alimentadores convencionales de tornillo volumétricos (pérdida en volumen) o gravimétricos (pérdida en peso);
La figura 2 es una vista en perspectiva aumentada de uno de los haces de fibras cortadas;
La figura 3 es una vista en perspectiva aumentada de los haces de fibras cortadas de acuerdo con otra realización de la presente invención;
Las figuras 4A y 4B son vistas en planta y en alzada que ilustran respectivamente un aparato para producir los haces de fibras cortadas;
La figura 5 es una ilustración esquemática de un extrusor de tornillo de composición típico para producir un compuesto polimérico reforzado con fibras;
La figura 6 es una ilustración de un comprobador de la fluidez de las fibras; y
La figura 7 es un gráfico que muestra la graduación en la tasa de alimentación de fibras y el porcentaje de velocidad máxima del alimentador para el test realizado en el ejemplo 2.
Descripción detallada de la invención
Ahora la presente invención se describirá de aquí en adelante más completamente con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales se muestran algunas, aunque no todas las realizaciones de la invención. En efecto, esta invención puede realizarse de muchas formas diferentes y no debería limitarse a las realizaciones aquí manifestadas. Al contrario, estas realizaciones se proporcionan de manera que este descubrimiento satisfaga los requisitos legales aplicables. Números similares se refieren a elementos similares a lo largo de las diferentes figuras de los dibujos.
La presente invención se refiere al campo de los compuestos poliméricos reforzados con fibras que comprenden un polímero de matriz y una fibra de refuerzo que está uniformemente dispersa dentro del polímero de matriz. El polímero de matriz puede ser un polímero termoplástico (por ejemplo, poliolefina, poliéster, poliamida, acrílico, policarbonato o poliéterquetona, prefiriéndose el polipropileno). El polímero de matriz también puede ser un polímero termoendurecible (por ejemplo, poliéster, éster de vinilo o epoxi). La fibra de refuerzo puede ser una fibra sintética producida o derivada de un polímero orgánico o una fibra natural de base celulósica y que se produce inicialmente en forma de hebras de múltiples filamentos con filamentos continuos, mechas o hilos y que se convierten en haces de fibras cortadas cortas según se describe más completamente a continuación. Ejemplos de fibras sintéticas producidas a partir de polímeros orgánicos incluyen el poliéster, incluyendo el tereftalato de polietileno (PET), el tereftalato de polibutileno (PBT) el tereftalato de politrimetileno (PTT), el naftalato de polietileno (PEN), el dibenzoato de polietileno (PEBB), el ácido poliláctico (PLA) y otros, polímeros de cristal líquido, rayón, acetato de celulosa, triacetato de celulosa, poliamidas tales como nylon 6 y nylon 6,6 aunque sin excluir otros nylon, poliquetonas, poliéterquetonas, acrílicos, arámidos o sus mezclas. Ejemplos de fibras sintéticas derivadas de polímeros orgánicos también incluyen las fibras de carbono y las fibras de poliacrilonitrilo parcialmente oxidado. Ejemplos de fibras naturales de base celulósica incluyen fibras de líber (lino, cáñamo, yute, ramio), hojas (sisal, abaca) y pelo de semillas (algodón, miraguano). Preferiblemente la temperatura de fusión de la fibra de refuerzo debe ser al menos de 30º C por encima de la temperatura de procesamiento del polímero de matriz. En una realización preferida, el polímero de matriz es polipropileno y la fibra de refuerzo es poliéster, preferiblemente tereftalato de polietileno (PET) y más preferiblemente fibra de PET de alta tenacidad con una tenacidad de al menos 55 cN/tex.
La fibra de refuerzo es suministrada de manera que alimente uniformemente un procedimiento de mezcla usando dispositivos dosificadores convencionales volumétricos (pérdida en volumen) o gravimétricos (pérdida en peso), y que se disperse y se distribuya uniformemente en la resina de la matriz durante el procedimiento de mezcla. Los dispositivos dosificadores volumétricos y gravimétricos y los alimentadores de tornillo volumétricos y gravimétricos, están comercialmente disponibles en un número de fabricantes, incluyendo Acrison International, AccuRate/Schenck, Brabender, K-Tron, Hapman y Stock.
Las fibras de refuerzo se suministran en forma de haces de fibras cortadas con una composición de acabado que recubre las fibras y forma enlaces fugitivos inter-fibra dentro de cada haz de fibras cortadas. El término "enlace fugitivo" se refiere a un enlace inter-fibra que es temporal o transitorio. Suministra coherencia entre las fibras al haz de fibras cortadas de manera que una masa o pila suelta de los haces de fibras cortadas pueda ser suministrada uniformemente a un dispositivo alimentador de tornillo de pérdida en volumen o de pérdida en peso para un procedimiento de mezcla. Sin embargo, después de la mezcla en el procedimiento de mezcla con un polímero de matriz, los enlaces fugitivos se rompen, por ejemplo, la mayoría y preferiblemente substancialmente todos los enlaces fugitivos se rompen, y los haces de fibras cortadas se desintegran en fibras individuales separadas y dispersas en el polímero de matriz. Las fibras individuales que resultan de la desintegración de los haces de fibras cortadas, por supuesto, no tendrán una longitud mayor que la longitud de los haces mismos. Preferiblemente, substancialmente todas dichas fibras individuales tendrán la misma longitud que la longitud de los haces de los cuales proceden a medida que se desintegran los haces.
Los haces de fibras cortadas comprenden una pluralidad de fibras orgánicas sintéticas de la misma longitud orientadas substancialmente en paralelo entre sí y que tienen sus extremos coextensivos entre sí. Una composición de acabado recubre las fibras y forma enlaces fugitivos interfibra dentro de cada haz de fibras cortadas. Cada haz de fibras cortadas tiene una longitud de entre 3 y 15 mm, preferiblemente de entre 6 y 12 mm. Preferiblemente, cada haz de fibras cortadas contiene entre 100 y 400 fibras individuales. Los haces de fibras cortadas, cuando se depositan mediante la gravedad y sin compresión, forman una masa con fluidez que tiene una densidad aparente media de al menos 0,26 g/cm^{3} (16 libras por pie cúbico), más deseablemente al menos 0,32 g/cm^{3} (20 libras por pie cúbico) cuando se mide mediante el procedimiento de ensayo de la autosuspensión de las fibras aquí descrito. En contraste, la fibra cortada sin pegar tiene una densidad aparente considerablemente menor, típicamente en el orden de entre 0,16 y 0,22 g/cm^{3} (hasta 14 libras por pie cúbico).
En la figura 1, el número de referencia 10 indica generalmente una masa o fila de haces 11 de fibras cortadas de acuerdo con la presente invención. En la figura 2, se muestra esquemáticamente uno de los haces 11 de fibras cortadas a una escala mayor. Cada haz de fibras cortadas incluye una pluralidad de fibras orgánicas sintéticas 12 de la misma longitud orientadas substancialmente en paralelo entres sí y que tienen sus extremos 13 substancialmente coextensivos entre sí. Una composición 14 de acabado recubre las fibras y forma enlaces fugitivos inter-fibra dentro del haz 11 de fibras cortadas. La composición 14 de acabado está presente a lo largo de las superficies exteriores del haz de fibras cortadas y también penetra dentro del interior del haz, formando puentes entre muchas de las fibras individuales para formar los enlaces fugitivos interfibra. Preferiblemente, la composición de acabado rodea y humedece muchas de las fibras. La composición de acabado está presente en una cantidad de entre un 0,5 y un 10 de porcentaje en peso en base al peso total de las fibras cortadas, y más preferiblemente entre un 2 y un 6 en porcentaje de peso. En la realización mostrada, las fibras de los haces de fibras cortadas están adheridas entre si con una forma de la sección de corte generalmente oval o aplanada en forma de cinta.
La composición de acabado y el procedimiento de la presente invención produce haces de fibras cortadas que exhiben una dosificación uniforme de pérdida en peso o de pérdida en volumen dentro de procedimientos de composición de plásticos. Las fibras tienen integridad del haz para la alimentación, aunque se dispersan bien en el paso de mezclado. La composición de acabado debe poseer las propiedades de una buena estabilidad térmica y una lubricación de las fibras necesarias para la manufacturación de las fibras y no debe tener descarga gaseosa ni interferir con la formulación de la resina y no debe ser perjudicial para las propiedades del compuesto final de resina moldeada. En los casos en los que se desea una resistencia mejorada al impacto, la composición de acabado no debe promover la adhesión entre las fibras y la resina de matriz.
La composición de acabado incluirá preferiblemente un polímero termoplástico que puede estar en forma de solución o de emulsión. Las mezclas poliméricas termoplásticas adecuadas pueden incluir, aunque no en sentido limitativo, emulsiones y soluciones poliméricas termoplásticas que contengan alcoholes de polivinilo, ácidos poliacrílicos y ésteres acrílicos, poliésteres, poliamidas, poliuretanos termoplásticos, almidones, ceras, acetatos de polivinilo, mezclas de silicona, fluroquímicos o combinaciones de dos o más de éstos. Las composiciones de acabado particularmente preferidas incluyen ácidos poliacrílicos, poliésteres y poliuretanos termoplásticos. La composición de acabado también puede contener aditivos antiestáticos, promotores de la adhesión o tinte.
\newpage
Los haces de fibras cortadas se producen aplicando la composición de acabado a hebras continuas de múltiples filamentos y subsiguientemente cortando las hebras para formar los haces de fibras cortadas. El término "hebras continuas de múltiples filamentos" según aquí se utiliza se refiere a hebras formadas por una pluralidad de filamentos continuos que se agrupan entre sí para formar cada hebra. Dichas hebras se denominan habitualmente "hilo de filamentos" o "hilos de múltiples filamentos". Las hebras pueden estar sin retorcer pero pueden contener filamentos entrelazados por aire. Cada hebra o hilo contiene preferiblemente entre 100 y 400 filamentos continuos, teniendo cada filamento una masa lineal de entre 5 y 22 dtex por filamento, teniendo la hebra una densidad lineal total de entre 500 y 8.800 dtex, preferiblemente aproximadamente entre 1.300 y 3.000 dtex. En el caso de fibras naturales de base celulósica, las fibras generalmente se convierten primero en una mecha con una baja torsión o en un hilo retorcido que luego se procesa de la misma forma que las hebras poliméricas orgánicas.
La composición de acabado puede aplicarse utilizando el equipo estándar que se encuentra en otras operaciones de procesamiento textil. Por ejemplo, las hebras pueden recubrirse utilizando un procedimiento de encolado o de extracción de urdimbre similar al que se emplea convencionalmente para la aplicación de apresto a los hilos de la urdimbre en la preparación de la tejeduría. Los paquetes enrollados, bobinas o barras que contienen el hilo de múltiples filamentos hilados se disponen sobre una fileta. Los hilos son extraídos de los paquetes, bobinas o barras, directamente a través de una guía en forma de peine para formar una lámina de urdimbre, y se hacen avanzar sucesivamente a través de una estación de recubrimiento donde se aplica la composición de acabado y una estación de secado, tal como un horno caliente, donde la composición de acabado se seca. La estación de recubrimiento puede comprender, por ejemplo, un baño a través del cual se sumerge la lámina de hilos. Los hilos así recubiertos pueden mantenerse en la forma de una lámina y enrollarse sobre una barra de urdimbre, o los hilos pueden enrollarse individualmente en paquetes o bobinas. El procedimiento de extracción de urdimbre puede funcionar con entre 150 y 250 hilados individuales a una velocidad de procesamiento de entre 250 y 500 metros por minuto. En un paso posterior, los hilos recubiertos pueden desenrollarse y dirigirse a través de una cortadora que los corta en haces de fibras cortadas individuales.
En el caso de que se use una encoladora, los paquetes o bobinas de hilo pueden cargarse en la fileta y enrollarse sobre barras seccionales. Las barras de secciones múltiples pueden hacerse correr a través del procedimiento de aplicación del apresto de la encoladora y enrollarse sobre una barra maestra. La fibra de una o más barras maestras puede cortarse conjuntamente en haces de fibras cortadas y empaquetarse. De esta forma, cada paso puede optimizarse para una mayor velocidad y productividad. Cuando los hilos están recubiertos con la composición de acabado mediante este procedimiento, dos o más hilos de contacto adyacentes pueden unirse ligeramente entre sí mediante la composición de acabado durante el secado. Cuando los hilos unidos se cortan bien de manera continua o bien de forma subsiguiente en longitudes discretas mediante la cortadora, los haces 11 de fibras cortadas resultantes pueden permanecer unidos, produciendo grupos de 2, 3 o más haces unidos de fibras cortadas. Algunas configuraciones posibles de dichas agrupaciones se muestran en la figura 3 y se indican mediante el número de referencia 16. Estas agrupaciones unidas 16 de haces 11 de fibras cortadas pueden aumentar de forma ventajosa la densidad aparente y mejorar la capacidad de suministro de los haces de fibras. Los haces de fibras cortadas unidos se separarán mediante la acción del procedimiento de mezcla, permitiendo que las fibras individuales de cada haz de fibras cortadas se dispersen en la matriz de resina dentro del procedimiento de mezcla.
En otra aproximación, la composición de acabado puede aplicarse a los hilos en un procedimiento en línea de hilado-extracción a medida que se producen los hilos. En este procedimiento, cada hilo es individualmente hilado, extraído, secado mediante calor y enrollado sobre bobinas a una velocidad final de entre 3.000 y 6.000 metros por minuto. Después de la extrusión de las fibras y antes de enrollar el hilo en paquetes enrollados, bobinas o barras, se aplica la composición de acabado y se seca mediante calor.
La composición de acabado también puede aplicarse a los hilos en combinación con el paso de corte. En este caso, muchos extremos del hilo se montan juntos en la fileta y se suministran a una cortadora de fibras. A medida que los hilos avanzan hacia la cortadora, pasan a través de una estación de recubrimiento en la que se aplica la composición de acabado y luego pasan a través de una estación de secado antes de ser suministrados a la cortadora.
Las figuras 4A y 4B ilustran esquemáticamente una posible disposición del aparato para producir haces de fibras cortadas de acuerdo con la presente invención. Los paquetes enrollados 31 de hilo 32 de múltiples filamentos se disponen sobre una fileta 33. Un hilo 32 se desenrolla de cada paquete y se dirige mediante guías adecuadas 34 hasta una estación de recubrimiento 35. En la realización ilustrada, la estación de recubrimiento toma la forma de un baño de apresto. El baño de apresto incluye un contenedor o cuba abierta que contiene una composición de acabado y que incluye rodillos de guía dispuestos de manera que los hilos que avanzan se sumerjan y sean arrastrados a través de la composición de acabado. Los hilos avanzan entonces desde la estación 35 de recubrimiento a través de una estación 37 de secado que incluye una serie de cilindros 38 de secado calientes que secan la composición de acabado sobre los hilos. Los hilos avanzan entonces al interior y a través de un dispositivo 41 cortador de hilos donde cada hilo se corta en longitudes cortas para formar los haces de fibras cortadas. Los haces de fibras cortadas se recogen en un contenedor adecuado situado por debajo del dispositivo cortador 41.
En la figura 5, el número de referencia 50 indica un extrusor de mezcla típico de doble tornillo. El polímero termoplástico en forma de virutas granulares o pastillas se suministra al tambor del extrusor por medio de una tolva principal 51 de alimentación. Los primer y segundo dispositivos 52 y 53 de alimentación de tornillo de pérdida en peso están conectados con el extrusor 50 para dosificar los materiales dentro del tambor del extrusor a una corta distancia corriente abajo desde la introducción de los gránulos de polímero termoplástico. Los haces de fibras cortadas de la presente invención pueden colocarse en la tolva del primer dispositivo 52 de alimentación y el segundo dispositivo 53 de alimentación puede utilizarse para introducir otros materiales sólidos, tal como talco u otro relleno dentro del extrusor. Alternativamente, la secuencia de introducción de los haces de fibras cortadas y de los otros materiales sólidos, por ejemplo el talco puede invertirse, o cada uno puede dosificarse desde tolvas de alimentación separadas, mezclarse entre sí y suministrarse al interior de un puerto simple del extrusor de mezcla.
Los dispositivos alimentadores 52 y 53 de tornillo tienen tornillos sinfín de velocidades variables que están programados para controlar la velocidad de suministro del material desde la tolva. Este tipo de dispositivo de alimentación no tiene problemas para suministrar materiales duros, tales como pastillas de polímero, rellenos en polvo y fibra de vidrio triturada. Sin embargo, materiales menos densos como las fibras poliméricas sintéticas tienden a "formar puentes", es decir, a formar una bola de fibras que provoca el bloqueo intermitente o completo del flujo de fibras. La observación muestra que la formación de puentes puede estar influenciada por múltiples factores. Entre estos está la densidad aparente media de las fibras, la pérdida de densidad procedente del manejo de las fibras, la cantidad de fibra ahuecada frente a los haces de fibras, la compresibilidad de las fibras, el tamaño de los haces y la integridad de los haces, la cohesión de haz con haz y el rozamiento de la fibra con el metal. El tipo y la cantidad de agente seleccionado de apresto de las fibras aplicado a los haces de fibras cortadas pueden utilizarse de forma ventajosa para cambiar uno o más de estos factores para suministrar así haces de fibras cortadas que formarán una "masa con fluidez" que evite la formación de puentes y pueda ser así uniformemente suministrada a través de los dispositivos alimentadores de tornillo de este tipo.
Ensayo de fluidez de las fibras
La capacidad de los haces de fibras cortadas de la presente invención para fluir puede medirse mediante una simple prueba de laboratorio que suministra condiciones similares a aquellas halladas en un alimentador volumétrico o gravimétrico de tornillo. Un aparato de ensayo de la fluidez de las fibras se ilustra en la figura 6 y consta de un tubo cilíndrico de extremos abiertos que tiene un diámetro interno de 75 mm y una longitud de 600 mm y un émbolo cilíndrico que tiene un diámetro externo de 65 mm, una longitud de 600 mm y un peso de 1.000 gramos. El tubo tiene una superficie interior lisa y puede construirse de forma adecuada a partir de un tubo de plástico de PVC de un diámetro nominal de 7,6 cm (3 pulgadas). El émbolo puede construirse de forma adecuada a partir de un tubo de plástico de PVC de un diámetro nominal de 5,1 cm (2 pulgadas) acoplado con una placa frontal de un diámetro levemente menor que el diámetro interior del tubo de 7,6 cm (3 pulgadas).
El procedimiento de ensayo es como sigue: (1) Con el tubo cilíndrico en posición vertical sobre una superficie, se llena el tubo con 300 gramos de fibra suelta. Copos representativos de la fibra suelta se dejan caer manualmente dentro del tubo. (2) Se mide la altura de la fibra suelta en el tubo y se calcula la densidad aparente. (3) Se aprieta la fibra cinco veces usando la fuerza de caída del émbolo de 1.000 gramos liberado desde una altura a nivel con la parte superior del tubo. (4) Se mide la altura de la fibra apretada y se calcula la densidad aparente. (5) Se levanta el tubo cilíndrico de la superficie dura para permitir que la fibra que fluye libre caiga fuera de la parte inferior del tubo. (6) Se mide el peso de cualquier fibra que no haya caído fuera del fondo. La masa en gramos de la fibra retenida en el tubo se denomina "retención" de la fibra. La "retención" también puede expresarse como un porcentaje de la carga de fibra inicial.
La teoría subyacente del aparato de ensayo es que la fibra en el cuello de la tolva de un dispositivo alimentador de tornillo es comprimida por el peso de la fibra de encima. El diámetro de 75 mm del tubo se corresponde generalmente con la distancia entre las paletas del tornillo sinfín en un dispositivo alimentador de tornillo típico. Durante la prueba, la fibra se comprime con un émbolo y se mide la capacidad de la carga completa de fibras de fluir a través del tubo. La fibra que se queda dentro del cilindro se considera fibra "puenteada".
La invención puede ilustrarse además mediante los siguientes ejemplos no limitativos.
Ejemplo 1
Hilos de poliéster INVISTA T787 (1.300 denier/192 filamentos, 7,5 dtex por filamento; 69 cN/tex de tenacidad, un 26% de estiramiento antes de ruptura) se recubrieron a niveles variables de sólidos con varios aprestos según se describe en la tabla 1. Los aprestos incluyeron una emulsión acrílica Rhoplex B-85 de Rhom and Haas, un apresto de alcohol de polivinilo (Elvanol de DuPont), un polímero de ácido acrílico (Syncol F40 de Huntsman Textile Effects), un apresto de poliéster (SeycoFilm 712 de Seydel-Wooley), y una emulsión de poliuretano termoplástico de base acuosa (U2-01 de Hydrosize). Después del recubrimiento, los hilos se cortaron a una longitud nominal de 6 mm. También se produjeron muestras de control que contenían haces de fibras cortadas similares a hilos no recubiertos. El procedimiento de ensayo anteriormente descrito se efectuó sobre las muestras de control y sobre las muestras con apresto y los resultados se muestran en la tabla 1.
1
Ejemplo 2
Se tomaron muestras de las fibras 6, 10 y 12 de la tabla 1 para el Polymer Center of Excellence situado en la Universidad de Carolina del Norte, Charlotte. Allí las fibras se hicieron pasar a través de un alimentador Brabender FlexWall H32-FW79 con un tornillo sinfín de un diámetro de 44 mm. Primero se hizo pasar la muestra 12 (6% de Hydrosize U2-01). Se cargaron aproximadamente 29,5 kg (65 libras) de fibra en la tolva de alimentación y se ajustó la velocidad del tornillo sinfín del alimentador a un 50% del máximo. A esta velocidad la tasa de alimentación de las fibras fue de aproximadamente 6,3 x 10^{-3} kg/s (50 libras por hora). El alimentador se programó entonces a una velocidad de alimentación de 6,3 x 10^{-3} kg/s (50 libras por hora) en el modo automático. La figura 7 muestra la variación en la tasa de alimentación de las fibras y el porcentaje de la velocidad máxima del alimentador para la carga de las fibras. El alimentador de fibras fue capaz de suministrar la fibra dentro de un \pm 2,5% de la tasa de objetivo con aproximadamente un \pm 10% de cambio en la velocidad del tornillo sinfín. Por comparación, las muestras de fibras 6 y 10 fueron voluminosas y no serían suministradas por el tornillo sinfín. A pesar de la velocidad máxima del alimentador, no se descargó fibra.

Claims (29)

1. Una composición que contiene fibras, adecuada para ser formulada con un polímero de matriz en un procedimiento de mezcla para formar un compuesto polimérico reforzado con fibras, dicha composición comprende una masa de haces de fibras cortadas, dicha masa tiene una densidad aparente media de al menos 0,26 g/cm^{3} y en la que substancialmente la totalidad de dichos haces de fibras cortadas tienen una longitud de entre 3 y 15 mm y comprenden una pluralidad de fibras sintéticas o naturales de base celulósica de substancialmente la misma longitud, orientadas substancialmente en paralelo entre sí y que tienen sus extremos substancialmente coextensivos entre sí, y en la que substancialmente la totalidad de los haces de fibras cortadas comprenden una composición de acabado que recubre las fibras dentro de los haces y forma enlaces fugitivos inter-fibra dentro de cada haz de fibras cortadas para proporcionar coherencia entre las fibras, dichos enlaces fugitivos inter-fibra pueden romperse después de la composición de dichos haces en un procedimiento de mezcla de manera que dichos haces de fibras cortadas puedan desintegrarse en fibras separadas individuales para su dispersión dentro del polímero de matriz durante dicho procedimiento.
2. La composición de la reivindicación 1, en la que dicha masa de fibras cortadas es con fluidez hasta el extremo de que dicha masa de haces pueda ser uniformemente suministrada a un procedimiento de mezcla a través de un dispositivo alimentador de tornillo volumétrico o gravimétrico.
3. La composición de la reivindicación 2, en la que la masa de haces de fibras cortadas es con fluidez hasta el extremo de que pueda ser uniformemente suministrada a través de un dispositivo alimentador de tornillo volumétrico no requiriendo cambios mayores del \pm 10% en las RPM del tronillo del alimentador o suministrada a través de un dispositivo alimentador de tornillo gravimétrico no requiriendo cambios mayores del \pm 10% en la variación de peso durante el suministro.
4. La composición de la reivindicación 1, en la que las fibras de los haces de fibras cortadas tienen una masa lineal de entre 5 y 22 dtex.
5. La composición de la reivindicación 4, en la que la masa de haces de fibras cortadas contiene una media de entre 100 y 400 fibras por haz de fibras cortadas.
6. La composición de la reivindicación 1, en la que las fibras de los haces de fibras cortadas se adhieren entre sí con una forma de la sección de corte oval o aplanada en forma de cinta.
7. La composición de la reivindicación 1, en la que dos o más de dichos haces de fibras cortadas dentro de dicha masa de haces están unidos entre sí.
8. La composición de la reivindicación 1, en la que la composición de acabado comprende entre el 0,5 y el 10 de porcentaje en peso, en base al peso total de las fibras recubiertas dentro de dichos haces de fibras cortadas.
9. La composición de la reivindicación 1, en la que la composición de acabado comprende entre el 2 y el 6 de porcentaje en peso, en base al peso total de las fibras recubiertas dentro de dichos haces de fibras cortadas.
10. La composición de la reivindicación 9, en la que la composición de acabado comprende una emulsión de polímero termoplástico de base acuosa.
11. La composición de la reivindicación 10, en la que la composición de acabado se selecciona entre el grupo que consta de alcoholes de polivinilo, esteres acrílicos, ácidos poliacrílicos, poliésteres, poliamidas, poliuretanos termoplásticos, almidones, ceras, acetatos de polivinilo, mezclas de silicona, fluoroquímicos, promotores de la adhesión y sus combinaciones.
12. La composición de la reivindicación 1, en la que las fibras dentro de los haces son fibras sintéticas hechas de un material seleccionado entre el grupo que consta de poliésteres, polímeros de cristal líquido, poliamidas, poliquetonas, polieterquetonas, carbono, poliacrilonitrilo parcialmente oxidado, acrílicos, arámidos y sus mezclas.
13. La composición de la reivindicación 1, en la que las fibras dentro de los haces comprenden fibras de polímeros termoplásticos que comprenden un poliéster seleccionado entre el grupo que consta de tereftalato de polietileno, naftalato de polietileno, tereftalato de politrimetileno, tereftalato de polibutileno, bibenzoato de polietileno, ácido poliláctico y sus mezclas.
14. La composición de la reivindicación 1, en la que las fibras dentro de los haces son fibras naturales de base celulósica seleccionadas entre el grupo que consta de fibras de líber, fibras de hojas, pelo de semillas y sus combinaciones.
15. La composición de la reivindicación 14, en la que las fibras dentro de los haces se seleccionan entre el grupo que consta de fibras de lino, cáñamo, yute, ramio, sisal, abacá, algodón y miraguano.
16. Una composición que contiene fibras adecuada para mezclarse con un polímero de matriz termoplástico o termoendurecible en un procedimiento de mezcla para formar un compuesto polimérico reforzado con fibras, dicha composición comprende una masa de haces de fibras cortadas, dicha masa tiene una densidad aparente media de al menos 0,26 g/cm^{3} y en la que substancialmente la totalidad de dichos haces de fibras cortadas tienen una longitud de entre 3 y 15 mm y comprenden por haz entre 100 y 400 fibras de tereftalato de polietileno de substancialmente la misma longitud, orientadas substancialmente en paralelo entre sí y que tienen sus extremos substancialmente coextensivos entre sí, y en la que substancialmente la totalidad de los haces de fibras cortadas comprende además entre un 0,5 y un 10 de porcentaje en peso de dicho haz de una composición de acabado seleccionada entre el grupo que consta de alcoholes de polivinilo, esteres acrílicos, ácidos poliacrílicos, poliuretanos termoplásticos, almidones, ceras, acetatos de polivinilo, mezclas de silicona, fluoroquímicos, promotores de la adhesión y sus combinaciones, dicha composición de acabado recubre las fibras dentro de los haces.
17. La composición de la reivindicación 16, en la que la composición de acabado comprende una emulsión de polímero termoplástico de base acuosa y está presente en cada haz en una cantidad de entre el 2 y el 6 de porcentaje en peso, en base al peso total de las fibras recubiertas.
18. Un procedimiento de fabricación de haces de fibra de refuerzo adecuados para suministrar fibras para su eventual dispersión en un compuesto polimérico reforzado con fibras, dicho procedimiento comprende:
el recubrimiento de una pluralidad de hebras de múltiples filamentos producidas o derivadas fibras poliméricas orgánicas sintéticas o naturales de base celulósica, con una composición de acabado que forma enlaces fugitivos inter-filamento dentro de las hebras;
el corte de las hebras de filamentos enlazados en haces de fibras cortadas que tienen una longitud de entre 3 y 15 mm, conteniendo cada haz de fibras cortadas una pluralidad de fibras fugitivamente enlazadas; y
la formación de una masa con fluidez de haces de fibras cortadas individuales de manera que dicha masa de haces tanga una densidad aparente media de al menos 0,26 g/cm^{3}.
\vskip1.000000\baselineskip
19. El procedimiento de la reivindicación 18, en el que dicho paso de recubrir una pluralidad de hebras de múltiples filamentos comprende el avance de una pluralidad de hebras de múltiples filamentos, conteniendo cada hebra entre 100 y 400 filamentos continuos y teniendo una masa lineal de entre 5 y 22 dtex por hebra, más allá de una estación de recubrimiento que contiene una composición líquida de acabado, la aplicación de dicha composición líquida de acabado a las hebras de múltiples filamentos continuos en la estación de recubrimiento y la impregnación de dichas hebras con la composición de acabado, y el secado de la composición de acabado para formar enlaces fugitivos inter-fibra dentro de las hebras.
20. El procedimiento de la reivindicación 19, en el que el paso de secado comprende dirigir las hebras de múltiples filamentos ya recubiertas a través de un horno o sobre una serie de tambores calientes, y en el que dicho paso de corte comprende el avance de las hebras de múltiples filamentos continuos directamente desde dicha serie de tambores calientes hasta un dispositivo cortador y el corte de las hebras para formar dichos haces de fibras cortadas.
21. El procedimiento de la reivindicación 18, en el que el paso de recubrimiento comprende la aplicación de la composición de acabado en una cantidad de entre un 0,5 y un 10 de porcentaje en peso, en base al peso total de las hebras de múltiples filamentos recubiertas.
22. Un procedimiento para suministrar fibra de refuerzo para un compuesto polimérico reforzado con fibras, suministrándose dichas fibras de refuerzo en la forma de una masa de haces de fibras cortadas, dicho procedimiento comprende:
la extracción de un dispositivo de fileta de una pluralidad de hebras de múltiples filamentos de polímero de tereftalato de polietileno, teniendo cada una de las hebras una masa lineal de entre 5 y 22 dtex por filamento y conteniendo entre 100 y 400 filamentos continuos por hebra;
el avance de dicha pluralidad de hebras de múltiples filamentos desde dicho dispositivo de fileta hacia y a través de una estación de recubrimiento y la aplicación, como un recubrimiento, a las hebras de múltiples filamentos dentro de dicha estación de recubrimiento de una composición de acabado en forma de una emulsión acuosa de un polímero termoplástico seleccionado entre el grupo que consta de alcoholes de polivinilo, esteres acrílicos, ácidos poliacrílicos, poliésteres, poliamidas, poliuretanos termoplásticos, almidones, ceras, acetatos de polivinilo y sus combinaciones;
el avance de las hebras de múltiples filamentos recubiertas desde la estación de recubrimiento hasta una estación de secado y el calentamiento de las hebras dentro de dicha estación de secado para provocar que la composición de acabado se seque y forme enlaces fugitivos inter-filamento dentro de cada hebra de múltiples filamentos;
el avance de dichas hebras de múltiples filamentos desde la estación de secado hasta una estación de corte y el corte de las hebras dentro de dicha estación de corte para formar haces de fibras cortadas que tienen una longitud de entre 3 y 15 mm, conteniendo cada haz de fibras cortadas una pluralidad de fibras fugitivamente enlazadas; y
la recogida de dichos haces de fibras cortadas en una masa que tiene una densidad aparente media de al menos 0,26 g/cm^{3}.
\vskip1.000000\baselineskip
23. El procedimiento de la reivindicación 22, en el que el paso de calentar las hebras de múltiples filamentos recubiertas comprende dirigir de las hebras de múltiples filamentos sobre una serie de tambores de secado calientes y el secado de la emulsión de polímero termoplástico mientras se conforman las hebras en aquellas que tienen una sección de corte de las hebras en forma de cinta.
24. El procedimiento de la reivindicación 23, en el que el paso de secar la emulsión de polímero termoplástico mientras se conforman las hebras en aquellas que tienen una sección de corte de hebra en forma de cinta comprende el secado de la emulsión mientras al menos algunas de las hebras están en contacto entre sí de manera que al menos algunas de las hebras se adhieran y se unan entre sí, y en el que el paso de cortar las hebras para formar los haces de fibras cortadas comprende el corte de las hebras unidas para formar haces de fibras cortadas que están unidas conjuntamente entre sí.
25. El procedimiento de la reivindicación 22, que incluye el paso adicional de introducir dicha masa de haces de fibras cortadas dentro de un dispositivo alimentador de tornillo volumétrico o gravimétrico y en el que dicha masa de haces de fibras cortadas es con fluidez hasta el extremo que pueda ser uniformemente suministrada a través de dicho dispositivo alimentador de tornillo volumétrico, no requiriendo cambios mayores del \pm 10% en las RPM del tronillo del alimentador o suministrada a través de un dispositivo alimentador de tornillo gravimétrico no requiriendo cambios mayores del \pm 10% en la variación de peso durante el suministro.
26. Un procedimiento de fabricación de un compuesto polimérico reforzado con fibras, dicho procedimiento comprende el suministro de un polímero de matriz a un procedimiento de mezcla; la deposición de una masa con fluidez de haces de fibras cortadas que comprende una composición de la reivindicación 1 dentro de una tolva de alimentación de un dispositivo alimentador de tornillo volumétrico o gravimétrico, estando dicho dispositivo alimentador de tornillo en comunicación de transporte de masa con dicho procedimiento de mezcla; el suministro de una masa con fluidez de haces de fibras cortadas al interior de dicho procedimiento de mezcla a través de dicho dispositivo alimentador de tornillo, realizando dicho procedimiento de mezcla de forma tal que los enlaces fugitivos entre las fibras de dichos haces de fibras se rompa y los haces de fibras cortadas se desintegren en fibras separadas individuales no mayores en longitud que la longitud de dichos haces, dispersándose dichas fibras individuales en el polímero de matriz.
27. El procedimiento de la reivindicación 26, en el que dicho paso de suministrar la masa con fluidez de haces de fibras cortadas a dicho procedimiento de mezcla a través de dicho dispositivo alimentador de tornillo se lleva a cabo uniformemente de manera que dicho dispositivo alimentador volumétrico de tornillo no requiera más de un \pm 10% de cambio en la RPM del tornillo del alimentador o de manera que dicho dispositivo alimentador gravimétrico de tornillo no requiera más de un \pm 10% de cambio en la variación de peso durante el suministro.
28. El procedimiento de la reivindicación 26, en el que dicho polímero de matriz es un polímero termoplástico y dicho procedimiento de mezcla se lleva a cabo en un extrusor de tornillo simple o doble.
29. El procedimiento de la reivindicación 26, en el que dicho polímero de matriz es un polímero termoendurecible y dicho procedimiento de mezcla se lleva a cabo en una mezcladora de lotes doble armada.
ES08835788T 2007-10-04 2008-09-24 Haces de fibras de refuerzo para fabricar compuestos poliméricos reforzados con fibras. Active ES2355443T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US97750707P 2007-10-04 2007-10-04
US977507P 2007-10-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2355443T3 true ES2355443T3 (es) 2011-03-25

Family

ID=40225388

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES08835788T Active ES2355443T3 (es) 2007-10-04 2008-09-24 Haces de fibras de refuerzo para fabricar compuestos poliméricos reforzados con fibras.

Country Status (14)

Country Link
US (1) US20090092833A1 (es)
EP (1) EP2185634B1 (es)
JP (1) JP2010540753A (es)
KR (1) KR20100065356A (es)
CN (1) CN101815746A (es)
AT (1) ATE490285T1 (es)
AU (1) AU2008309070A1 (es)
CA (1) CA2701684A1 (es)
DE (1) DE602008003842D1 (es)
ES (1) ES2355443T3 (es)
MX (1) MX2010003562A (es)
RU (1) RU2010117514A (es)
TW (1) TW200927799A (es)
WO (1) WO2009045807A1 (es)

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5337363B2 (ja) * 2007-10-11 2013-11-06 出光興産株式会社 芳香族ポリカーボネート樹脂組成物及びその成形品
US8211341B2 (en) * 2007-11-16 2012-07-03 Exxonmobil Research And Engineering Company Fiber pellets method of making, and use in making fiber reinforced polypropylene composites
CN101987655B (zh) * 2010-11-01 2013-04-03 宁波维卡木业科技有限公司 一种救生圈及其制备方法
CN102029723A (zh) * 2010-11-25 2011-04-27 史丽君 一种打包带及其制备方法
CN104704151B (zh) 2012-08-15 2016-11-09 3M创新有限公司 上胶的短氧化铝基无机氧化物纤维、制备该纤维的方法和包括该纤维的组合物
US11237542B2 (en) 2013-03-22 2022-02-01 Markforged, Inc. Composite filament 3D printing using complementary reinforcement formations
US10953609B1 (en) 2013-03-22 2021-03-23 Markforged, Inc. Scanning print bed and part height in 3D printing
US9126365B1 (en) 2013-03-22 2015-09-08 Markforged, Inc. Methods for composite filament fabrication in three dimensional printing
US9694544B2 (en) 2013-03-22 2017-07-04 Markforged, Inc. Methods for fiber reinforced additive manufacturing
CA3121870A1 (en) 2013-03-22 2014-09-25 Markforged, Inc. Three dimensional printing
US9579851B2 (en) 2013-03-22 2017-02-28 Markforged, Inc. Apparatus for fiber reinforced additive manufacturing
US9186846B1 (en) 2013-03-22 2015-11-17 Markforged, Inc. Methods for composite filament threading in three dimensional printing
US9186848B2 (en) 2013-03-22 2015-11-17 Markforged, Inc. Three dimensional printing of composite reinforced structures
US9156205B2 (en) 2013-03-22 2015-10-13 Markforged, Inc. Three dimensional printer with composite filament fabrication
EP3444102B1 (en) 2013-06-05 2023-08-09 Markforged, Inc. Method and apparatus for fiber reinforced additive manufacturing
JP6483113B2 (ja) * 2013-07-17 2019-03-13 マークフォージド インコーポレイテッド 繊維強化による積層造形用装置
MX2016006291A (es) * 2013-11-13 2017-06-29 Polyone Corp * Estructura compuesta con laminado adhesivo termoplastico reforzado y metodo de fabricación.
CN106433109A (zh) * 2016-09-30 2017-02-22 江苏旭华圣洛迪建材有限公司 一种纤维素纤维增强热塑性塑料颗粒的制备方法
TWI818905B (zh) * 2017-03-20 2023-10-21 荷蘭商帝斯曼知識產權資產管理有限公司 三維成形製品及其製備方法
KR102224898B1 (ko) * 2017-06-29 2021-03-05 코오롱인더스트리 주식회사 폴리우레탄 매트릭스 수지와의 접착성이 우수한 아라미드 원단
US20210363313A1 (en) * 2017-08-07 2021-11-25 Zoltek Corporation Polyvinyl alcohol-sized fillers for reinforcing plastics
US20190184619A1 (en) * 2017-12-15 2019-06-20 GM Global Technology Operations LLC Long fiber reinforced thermoplastic filament
CN108513821B (zh) * 2018-07-10 2020-06-16 中国农业科学院麻类研究所 亚麻切梢方法
JP7163676B2 (ja) 2018-09-03 2022-11-01 株式会社リコー 繊維集合体、短繊維及びその製造方法、並びに膜及びその製造方法
US11435520B1 (en) * 2019-10-22 2022-09-06 Apple Inc. Electronic devices with damage-resistant display cover layers
CN111501345B (zh) * 2020-04-24 2021-05-04 江南大学 一种柔性加固复合材料及其制备方法
KR102602876B1 (ko) * 2021-07-22 2023-11-16 주식회사 대웅에프엔티 (F.N.T) 난연성 수지코팅 현무암섬유사의 제조방법
CN115216966A (zh) * 2022-08-09 2022-10-21 吴怀中 一种纤维束及其制备方法和应用、纤维增强复合材料

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3639424A (en) * 1970-02-19 1972-02-01 Eastman Kodak Co Extrudable and moldable plastic compositions reinforced with heat set polyester fibers
EP0609711A1 (en) * 1993-02-05 1994-08-10 Hercules Incorporated Method for producing chopped fiber strands
JP3280875B2 (ja) * 1996-12-27 2002-05-13 住友化学工業株式会社 可塑化装置
US6251206B1 (en) * 1997-06-10 2001-06-26 Chisso Corporation Method for opening and resin-impregnation to produce continuous fiber-reinforced thermoplastic resin composite material
US6186769B1 (en) * 1999-04-06 2001-02-13 Woodshed Technologies Resin and fiber compounding apparatus for molding operations
US7045209B1 (en) * 2000-03-28 2006-05-16 Dror Selivansky Synthetic fibers and cementitious systems including same
WO2001010618A1 (de) * 1999-08-04 2001-02-15 Neopreg Ag Faserverstärkte kunststoffgranulate
WO2002053629A1 (en) * 2000-12-28 2002-07-11 Dsm N.V. Polymeric compound and process for its preparation
US20060261509A1 (en) * 2005-05-17 2006-11-23 Arnold Lustiger Method for making fiber reinforced polypropylene composites
TWI352146B (en) * 2005-07-08 2011-11-11 Teijin Aramid Bv Method for improving filament cohesiveness of chop

Also Published As

Publication number Publication date
AU2008309070A1 (en) 2009-04-09
WO2009045807A1 (en) 2009-04-09
KR20100065356A (ko) 2010-06-16
US20090092833A1 (en) 2009-04-09
DE602008003842D1 (de) 2011-01-13
RU2010117514A (ru) 2011-11-10
EP2185634B1 (en) 2010-12-01
JP2010540753A (ja) 2010-12-24
CA2701684A1 (en) 2009-04-09
ATE490285T1 (de) 2010-12-15
TW200927799A (en) 2009-07-01
CN101815746A (zh) 2010-08-25
MX2010003562A (es) 2010-04-21
EP2185634A1 (en) 2010-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2355443T3 (es) Haces de fibras de refuerzo para fabricar compuestos poliméricos reforzados con fibras.
ES2376076T3 (es) Procedimiento para producir composiciones termopl�?sticas reforzadas con fibra de vidrio larga.
EP2546409B1 (en) Carbon-fiber chopped strand and manufacturing method of the same
CN107148214A (zh) 高强度小直径钓鱼线
TWI586506B (zh) 纖維薄片及其製造方法
JP2013531138A (ja) 成形部品を製造するためのハイブリッドヤーン
KR101296107B1 (ko) 콘크리트 배처플랜트용 강섬유 투입장치
JP5919755B2 (ja) 繊維材料の製造方法
CN101624788B (zh) 养殖网箱或被动性渔具用小规格高性能网纲加工方法
CN101363197A (zh) 超高分子量聚乙烯绳索及其制备工艺
CN108779269A (zh) 纤维增强树脂成型品及其压缩成型方法
JP2009512765A5 (es)
WO2016129613A1 (ja) 造形材料
PT1910050E (pt) Processo para melhoria da coesão de filamentos de fibra de aramida cortada
ES2870850T3 (es) Malla aleatoria y método de producción para la misma y material moldeado de resina reforzada con fibra que usa la malla aleatoria
CN102264808A (zh) 固化纤维组分
JP5559698B2 (ja) セルロース系紡糸繊維のペレットならびにその製造および使用
TWI270536B (en) Continuous strand mats, methods of producing continuous strand mats, and systems for producing continuous strand mats
KR101950849B1 (ko) 콘크리트보강용 섬유복합체의 제조방법 및 이의 섬유복합체를 포함하는 콘크리트
ES2321413T5 (es) Procedimiento y dispositivo para la fabricación de un cuerpo de material derivado de la madera
BRPI0607814A2 (pt) processo de fabricaÇço de bastonetes de reforÇos concentrados, dispositivo de execuÇço do processo, bastonete de reforÇo concentrado, e, compàsito
JP2012193480A (ja) 樹脂補強用短繊維束
KR102636310B1 (ko) 충전재의 제조방법 및 플랜트 및 충전재
CN213772451U (zh) 一种铺网机
JP2024030243A (ja) 繊維状充填材の攪拌供給装置、供給方法、製造方法、及び熱可塑性樹脂組成物の製造方法