ES2389858T3

ES2389858T3 - Procedimiento para la fabricación de una pieza compuesta

Info

Publication number: ES2389858T3
Application number: ES09707698T
Authority: ES
Inventors: Karsten Müller; Detlef Mies; Volkmar Abeck
Original assignee: Bayer MaterialScience AG; Trocellen GmbH
Current assignee: Covestro Deutschland AG; Trocellen GmbH
Priority date: 2008-02-09
Filing date: 2009-01-31
Publication date: 2012-11-02
Anticipated expiration: 2029-01-31
Also published as: EP2242638A1; PL2242638T3; WO2009098006A1; EP2242638B1

Abstract

Procedimiento para la fabricación de una pieza compuesta que comprende una primera capa, por lo menos unacapa de fibra impregnada con resina adyacente a la primera capa y por lo menos otra capa adyacente a la capa defibra a base de una espuma de poliolefina de células cerradas reticulada, con las siguientes etapas deprocedimiento:i) Incorporación de la primera capa, la capa de fibra impregnada con resina y la capa de espuma depoliolefina en una prensa de moldeo calefactable, no habiendo terminado todavía el curado de la resina en lacapa de fibra;ii) compactación de las capas incorporadas en la etapa i) bajo una presión de > 5 bar (0,5 MPa) y a unatemperatura de la pared de la prensa de moldeo entre 50 ºC y 120 ºC, aplastándose la espuma de poliolefinamenos del 15 % de su espesor inicial, curándose la resina y pegándose la superficie completa de la capa defibra impregnada con resina con la capa adyacente a base de la espuma de poliolefina de células cerradasreticulada, así como con la primera capa;iii) desmoldeo de la pieza compuesta recuperando la espuma de poliolefina por lo menos el 70 % de suespesor original.

Description

Procedimiento para la fabricación de una pieza compuesta

La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de una pieza compuesta que comprende una primera capa, por lo menos una capa de fibra impregnada con resina adyacente a la primera capa y por lo menos otra capa adyacente a la capa de fibra a base de una espuma de poliolefina de células cerradas reticulada.

La invención se refiere especialmente a un procedimiento para la fabricación de una pieza compuesta con una estructura de panal de abeja como primera capa, una capa de fibra impregnada con resina adyacente con poliuretano como resina que está provista de una capa insonorizante de espuma de poliolefina de células cerradas reticulada para mejorar las propiedades acústicas.

Campo técnico

Piezas compuestas típicas como, por ejemplo, para módulos de techos, capós, puertas del maletero, puertas o placas para piso en el sector del automóvil y que se usan en la zona interior de vehículos, por ejemplo, como pisos de carga y revestimiento interior de puertas están constituidas, por ejemplo, por tres capas: las dos capas externas están constituidas preferiblemente por un tejido de refuerzo (por ejemplo, estera de fibra de vidrio, estera de fibra natural) que se pulveriza en un proceso de pulverización con un sistema de poliuretano (por ejemplo, Baypreg® de la empresa Bayer MaterialScience AG, Leverkusen). La capa intermedia está constituida preferiblemente por un material de panal de abeja que está fabricado de papel, materiales termoplásticos o metales (por ejemplo, aluminio). Este elemento de sándwich puede compactarse luego en una herramienta en la geometría deseada a elevada temperatura (aproximadamente 100 -140 ºC), por ejemplo, dando un piso de carga. La ventaja de este elemento de sándwich es su alta rigidez a la flexión con bajo peso del componente debido a la construcción de sándwich. Aquellas piezas compuestas se describen detalladamente en el informe de estado “Structhan®, ein Faserverbundwerkstoff mit Zukunft” de Bayer AG, nº de pedido PU 52231, y en la separata “PUR-Faserverbundwerkstoffe für den Leichtbau im Fahrzeuginnenraum” de Bayer AG, nº de pedido PU 52248. En el documento EP-A 1 319 503 también se usan los llamados elemento de sándwich.

No obstante, los componentes de este tipo siguen conduciendo al interior del vehículo ruidos acústicos molestos sin resistencia eficaz y, dependiendo de la frecuencia, incluso producen vibraciones.

Estado de la técnica

Por el documento DE 10 2005 016653 A1 se conoce un revestimiento interior insonorizante de medios de transporte, especialmente un revestimiento interior insonorizante de células del fuselaje de aeronaves, con una estructura central especialmente en forma de panal de abeja y capas superficiales aplicadas a ambos lados sobre la estructura central en el que al menos una capa superficial está formada al menos por zonas de forma permeable al aire y está dispuesta al menos por zonas una capa de insonorización. La unión mecánica de la capa de insonorización se realiza en una etapa de trabajo adicional mediante procedimiento de adhesión en caliente o en frío, soldadura, por remachado, cintas de velcro o similares.

Los componentes de sándwich que actualmente se encuentran en el mercado poseen o bien ninguna capa insonorizante o bien una capa insonorizante aplicada posteriormente. Tan pronto como la capa insonorizante deba aplicarse en una segunda etapa posteriormente sobre un material de soporte existente, esto aumenta los costes de fabricación y los tiempos de ciclo en la fabricación. Frecuentemente, la adhesión también es mala, a pesar del pegado.

El documento EP 0 993 937 A1 da a conocer una placa de construcción compuesta con un núcleo de espuma termoplástico.

Objetivo

Por tanto, era objetivo proporcionar un procedimiento para la fabricación de aquellas piezas compuestas con bajo peso, alta rigidez a la flexión y buenas propiedades acústicas, con el que las piezas compuestas pudieran fabricarse al mismo tiempo de manera sencilla y rentable y en cortos tiempos de ciclo.

Descripción de la invención

La invención consigue este objetivo mediante un procedimiento según la reivindicación 1, preferiblemente junto con una o varias características de las reivindicaciones dependientes.

A este respecto, el procedimiento comprende las siguientes etapas de procedimiento: inicialmente se incorpora, por ejemplo, se dispone, en una prensa de moldeo calefactable una primera capa, una capa de fibra impregnada con 2

resina y una capa de espuma de poliolefina, no habiendo terminado todavía el curado de la resina en la capa de fibra. A continuación se realiza una compactación de las capas dispuestas bajo una presión de > 5 bar (0,5 MPa), preferiblemente entre 5 bar (0,5 MPa) y 50 bar (5 MPa), y a una temperatura de la pared de la prensa de moldeo entre 50 ºC y 120 ºC, preferiblemente entre 60 ºC y 90 ºC, aplastándose la espuma de poliolefina menos del 15 % de su espesor inicial, curándose la resina y pegándose la superficie completa de la capa de fibra impregnada con resina con la capa adyacente a base de la espuma de poliolefina de células cerradas reticulada, así como con la primera capa. A continuación, la pieza compuesta puede desmoldearse recuperando la espuma de poliolefina por lo menos el 70 % de su espesor original.

Por tanto, en el caso del procedimiento según la invención se trata de un proceso de clasificación en el que las capas individuales de la pieza compuesta, concretamente la primera capa, la(s) capa(s) de fibra impregnada(s) con resina adyacente(s) y la capa de espuma de poliolefina se unen entre sí en una etapa de trabajo. Por tanto, se omite un posterior pegado de un recubrimiento superficial insonorizante.

El curado de la resina usada para la impregnación de la capa de fibra se inicia o se acelera mediante un aumento de temperatura en la etapa de procedimiento ii), la compactación. Para esto, la elevada temperatura de la pared de la prensa de moldeo debe conducirse por la capa de espuma de poliolefina a la capa de fibra. Esto es sorprendentemente posible a pesar de la muy baja conductibilidad térmica de la espuma de poliolefina de células cerradas usada, ya que la espuma de poliolefina de aplasta bajo las condiciones de compresión reivindicadas a menos del 15 % de su espesor inicial, por lo que probablemente se reducirá fuertemente reversiblemente la resistencia al paso del calor.

Como material para la primera capa pueden usarse espumas PUR especialmente temoconformables, panal de abeja de papel, metal o plástico, prefiriéndose estructuras de panal de abeja de papel.

Como material para la capa de fibra pueden usarse esteras de fibra de vidrio, materiales no tejidos de fibra de vidrio, estructuras enmarañadas de fibra de vidrio, tejido de fibra de vidrio, fibras de vidrio o minerales cortadas o molidas, esteras y géneros de mallas de fibra natural, fibras naturales cortadas, así como esteras, materiales no tejidos y géneros de mallas de fibra basados en fibras de polímero, carbono o aramida, así como sus mezclas.

El componente de fibra de la capa de fibra puede disponerse como tejido sobre la primera capa o en el caso de fibras cortadas o molidas incorporarse o pulverizarse con el componente de poliuretano o mediante el componente de poliuretano.

Como resina para la impregnación de la capa de fibra se usa preferiblemente poliuretano. La resina de poliuretano puede obtenerse mediante reacción de

-: al menos un componentes de poliol con un índice de OH promedio de 300 a 700 que contiene al menos un poliol de cadena corta y uno de cadena larga, conteniendo los polioles de partida una funcionalidad de 2 - 6,

-: al menos un poliisocianato,

-: agua,

-: activadores,

-: estabilizadores, así como

-: dado el caso otro coadyuvantes, antiadherentes y aditivos.

Como componentes de poliol son adecuados polioles con al menos dos átomos de H reactivos con grupos isocianato; preferiblemente se usan poliolésteres y polioléteres.

Según la invención se usan preferiblemente isocianatos de mayor número de núcleos de la serie de los difenilmetanodiisocianatos (tipos pMDI), sus prepolímeros o MDI bruto.

Se usa agua en cantidades de 0,1 - 3,0, preferiblemente 0,3 - 2,0 partes en peso basadas en 100 partes en peso de la formulación de poliol.

Para la catálisis se usan los activadores en sí habituales para la reacción de expansión y reticulación como aminas

o sales metálicas.

Como estabilizadores se consideran sobre todo poliétersiloxanos para la estabilización de la espuma, especialmente representantes solubles en agua. Estos compuestos se sintetizan en general de forma que un copolímero de óxido de etileno y óxido de propileno se una con un resto de polidimetilsiloxano. Los estabilizadores

de espuma de este tipo se describen, por ejemplo, en los documentos US-A 2 834 748, US-A 2 917 480 y US-A 3 629 308. Son de especial interés copolímeros de polisiloxano-polioxialquileno ramificados reiteradamente mediante grupos alofanato según el documento DE-A 25 58 523. También son adecuados otros organopolisiloxanos, alquilfenoles oxietilados, alcoholes grasos oxietilados, aceites de parafina, ésteres de aceite de ricino o ácido ricinoleico, aceite de rojo turco y aceite de cacahuete, parafinas, alcoholes grasos y dimetilpolisiloxanos.

Para mejorar la acción emulsionante, la dispersión de cargas, la estructura celular de la espuma de PU y/o para la estabilización de la espuma de PU son además adecuados poliacrilatos oligoméricos con restos de polioxialquileno y fluoroalcano como grupos laterales.

Para la preparación de la resinas de poliolefina, a la mezcla de reacción pueden incorporársele dado el caso otros coadyuvantes, agentes antiadherentes y aditivos, por ejemplo, aditivos tensioactivos como emulsionantes, agentes ignífugos, agentes de nucleación, retardantes de la oxidación, lubricantes y agentes de desmoldeo, colorantes, cargas, coadyuvantes de dispersión y pigmentos. Las sustancias tensioactivas se aplican normalmente en cantidades de 0,01 a 5 partes en peso, referidas a 100 partes en peso de poliol.

Los componentes se hacen reaccionar en cantidades tales que la relación de equivalencia de los grupos NCO de los poliisocianatos a) con respecto a la suma de los hidrógenos reactivo con grupos isocianato de los componentes b) y c), así como dado el caso e), ascienda a 0,8:1 a 1,4:1, preferiblemente a 0,9:1 a 1,3:1.

Como espuma de poliolefina de células cerradas reticulada se usa preferiblemente una espuma de polietileno químicamente o físicamente reticulada de una densidad de 30 a 120 kg/m3, con especial preferencia con una densidad de 35 a 90 kg/m3. El espesor inicial de la capa de espuma de poliolefina asciende preferiblemente a 2 a 6 mm, especialmente a 3 a 5 mm.

Como celularidad cerrada en el sentido de la presente invención se considera una espuma que presenta al menos el 70 % de células cerradas. La espuma de poliolefina de células cerradas usada según la invención presenta preferiblemente más del 90 % de células cerradas.

Se prefieren especialmente espumas de PE que presentan una termoestabilidad dimensional > 100 ºC, preferiblemente > 110 ºC, por ejemplo, mediante mayores proporciones de HDPE. Es adecuado, por ejemplo, el tipo “Trocellen V4504VRN7” de Trocellen GmbH.

La termoestabilidad dimensional se determina según ISO 2796-1986 del siguiente modo: secciones de la espuma de poliolefina que va a probarse se acondicionan térmicamente a distintas temperaturas en atmósfera seca y condiciones según ISO 2796-1986 y a continuación se determinan respectivamente el cambio porcentual en la longitud y la anchura. Sin embargo, las muestras se miden, a diferencia de las especificaciones de ISO 2796-1986, durante un periodo de tiempo de 4 horas y en una rejilla de temperatura más estrecha de 5 ºC +/-1,5 ºC, es decir, por ejemplo, 70 ºC, 75 ºC, 80 ºC, etc. hasta 130 ºC. Aquella temperatura máxima a la que el cambio porcentual de la longitud y la anchura todavía asciende respectivamente a menos del 5 % es la termoestabilidad dimensional en el sentido de esta invención.

La espuma de poliolefina usada se somete preferiblemente antes de introducirla en la prensa de moldeo a un tratamiento superficial, por ejemplo, aplicación de llama o tratamiento corona, para mejorar la adhesión a la resina adyacente.

La capa de espuma de poliolefina destaca especialmente porque después de desmoldear la pieza compuesta recupera al menos el 70 %, preferiblemente aproximadamente el 90 % - 100 % de su espesor inicial. A este respecto, la reticulación, la celularidad cerrada y la alta termoestabilidad dimensional son condiciones previas para la alta capacidad de recuperación deseada de la espuma de poliolefina usada.

Las resinas de poliuretano preferiblemente usadas se curan generalmente exotérmicamente después de superar la temperatura inicial. La elevación de temperatura debida a esto en la zona de contacto con la espuma de poliolefina debe considerarse correspondientemente en la determinación de la termoestabilidad dimensional necesaria de la espuma de poliolefina. Por tanto, la termoestabilidad dimensional de la espuma de poliolefina usada se encuentra preferiblemente 30 a 60 ºC, especialmente 40 a 50 ºC, por encima de la temperatura de la pared de la prensa de moldeo.

Además de la primera capa, la capa de fibra impregnada con resina adyacente a la primera capa y la capa adyacente a la capa de fibra a base de una espuma de poliolefina de células cerradas reticulada, todavía pueden usarse más capas, por ejemplo, una capa de decoración sobre la cara de la primera capa alejada de la capa de espuma de poliolefina. Como capa de decoración pueden usarse, por ejemplo, láminas de policarbonato de alto brillo, láminas de poli(cloruro de vinilo), cuero, materiales textiles, entre otros.

La fabricación de las piezas compuestas según la invención puede realizarse según una forma de realización especialmente preferida de la invención aplicando inicialmente por ambas caras sobre la primera capa una capa de fibra que se presuriza con los componentes de partida de poliuretano (“pieza bruta”). Alternativamente, la sustancia de refuerzo también puede incorporarse por técnica de cabezal de mezcla adecuada por la corriente de materia prima de poliuretano. Las resinas de poliuretano pueden prepararse según los procedimientos descritos en la bibliografía, por ejemplo, el procedimiento de un solo paso (“one shot”) o de prepolímero, con ayuda de dispositivos de procesamiento conocidos en principio para el experto. Preferiblemente se preparan según el procedimiento de un solo paso (“one shot”).

La pieza bruta así fabricada se transporta a una herramienta de moldeo que contiene la capa de espuma de poliolefina y dado el caso una capa de decoración, y mediante el cierre del molde y mediante la reacción, los componentes de la materia prima de PUR se unen con la capa de espuma de poliolefina. La pieza bruta también puede generarse directamente en la herramienta de moldeo mediante técnicas adecuadas. En tanto en que la espuma de poliolefina usada se someta a un tratamiento superficial, por ejemplo, aplicación de llama o tratamiento corona, la capa de espuma de poliolefina se dispone en la herramienta de forma que su capa tratada superficialmente señale hacia la capa de fibra.

Después del desmoldeo, la pieza compuesta todavía puede someterse con especial preferencia a un acondicionamiento térmico posterior a temperaturas entre 60 y 100 ºC durante 15 y 90 minutos.

Los materiales compuestos según la invención destacan por bajos pesos del componente en el intervalo de aproximadamente 1200 - 7000 g/m2 y altas rigideces a la flexión en el intervalo de aproximadamente 3 x 106 - 400 x 106 N·mm2 (según DIN 53293). En comparación con piezas compuestas convencionales, poseen especialmente propiedades adicionalmente insonorizantes con al mismo tiempo bajos costes de fabricación y tiempos de ciclo.

Los campos de aplicación de los materiales compuestos según la invención son módulos de techos, capós, puertas del maletero, puertas o placas para piso en el sector del automóvil y en la zona interior de vehículos se usan, por ejemplo, como pisos de carga y revestimiento interior de puertas.

La prensa de moldeo usada está constituida, por ejemplo, en el caso más sencillo, por dos placas que transcurren paralelas y planas entre sí que pueden acondicionarse térmicamente, por ejemplo, por aceite o eléctricamente. A este respecto, en el caso más sencillo, la distancia de las paredes del molde puede ser igual en cualquier posición, pero pueden preverse zonas nervadas en posiciones deseadas, en las que las capas dispuestas en la prensa son compactadas más fuertemente y, en el caso de material de partida con forma de panal de abeja para la primera capa, se estrechan permanentemente. La capa de espuma de poliolefina se adapta excelentemente a estos contornos superficiales. Dependiendo de la forma del producto final deseado, las superficies de las mitades del molde también pueden presentar una forma tridimensional compleja, por ejemplo, para formar la forma de un techo de vehículo. En contornos tan abovedados o torcidos, las superficies de las mitades del molde también pueden transcurrir esencialmente paralelas entre sí en zonas amplias, dado el caso con zonas definidas, en las que el producto final se presiona fuertemente y, por tanto, se estrecha.

La invención se explicará más detalladamente mediante los siguientes ejemplos.

Ejemplo

Fabricación de una placa con capa de espuma acústicamente eficaz y un espesor total de aproximadamente 14 mm.

Una espuma de polietileno, tipo “Trocellen V4504VRN7”, con una termoestabilidad dimensional de 110 ºC, con una superficie tratada con corona y un espesor nominal de 4 mm se dispuso en una cavidad de molde con una dimensión de ranura de 10 mm. El sándwich de poliuretano (PUR) estuvo constituido por un panal de abeja de papel de 10 mm de espesor que por ambas caras presentaba una estera de fibra de vidrio con un peso por unidad de superficie de 450 g/m2. Las dos esteras de fibra de vidrio se pulverizaron respectivamente con 450 g/m2 de poliuretano. Este sándwich se ubicó a continuación en el molde sobre la capa de espuma de PE ya calentada. El molde se calentó a 60 ºC. En el proceso de prensado, las capas se compactaron en el molde cerrado durante 180 s a 10 mm; la presión ascendió a aproximadamente 10 bar (1 MPa). Después de la extracción de la pieza compuesta, la espuma de PE recuperó aproximadamente el 98 % de su espesor original.

Después de un acondicionamiento térmico de 30 min a aproximadamente 80 ºC se obtuvo una pieza compuesta con una superficie muy lisa y los siguientes datos:

Espesor inicial medido de la espuma de PE:: 3,95 mm

Espesor medido de la espuma de PE después del procesamiento:: 3,88 mm

Rigidez a la flexión:: 35 x 106 N·mm2

Peso del componente:: 2780 g/m2

Claims

REIVINDICACIONES

1.- Procedimiento para la fabricación de una pieza compuesta que comprende una primera capa, por lo menos una capa de fibra impregnada con resina adyacente a la primera capa y por lo menos otra capa adyacente a la capa de fibra a base de una espuma de poliolefina de células cerradas reticulada, con las siguientes etapas de

5 procedimiento:

i) Incorporación de la primera capa, la capa de fibra impregnada con resina y la capa de espuma de poliolefina en una prensa de moldeo calefactable, no habiendo terminado todavía el curado de la resina en la capa de fibra;

ii) compactación de las capas incorporadas en la etapa i) bajo una presión de > 5 bar (0,5 MPa) y a una

10 temperatura de la pared de la prensa de moldeo entre 50 ºC y 120 ºC, aplastándose la espuma de poliolefina menos del 15 % de su espesor inicial, curándose la resina y pegándose la superficie completa de la capa de fibra impregnada con resina con la capa adyacente a base de la espuma de poliolefina de células cerradas reticulada, así como con la primera capa;

iii) desmoldeo de la pieza compuesta recuperando la espuma de poliolefina por lo menos el 70 % de su 15 espesor original.
2.- Procedimiento para la fabricación de una pieza compuesta según la reivindicación 1, caracterizado porque sobre la cara de la primera capa opuesta a la capa de fibra se encuentra otra capa de fibra impregnada con resina.
3.- Procedimiento para la fabricación de una pieza compuesta según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque como resina para la impregnación de la capa de fibra o capas de fibra se usa una resina de poliuretano.

20 4.- Procedimiento para la fabricación de una pieza compuesta según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque como espuma de poliolefina se usa una espuma de polietileno de una densidad de 30 a 120 kg/m3 con una termoestabilidad dimensional > 110 ºC.
5.- Procedimiento para la fabricación de una pieza compuesta según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque en la compactación la primera capa se aplasta permanentemente en zonas parciales,

25 mientras que las otras zonas parciales permanecen esencialmente sin aplastar, de manera que la pieza compuesta presenta una geometría superficial moldeada de manera correspondiente.
6.- Procedimiento para la fabricación de una pieza compuesta según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque, antes de la disposición en la prensa de moldeo, la capa de espuma de poliolefina se somete a un tratamiento superficial, especialmente a un tratamiento corona, sobre su superficie orientada hacia la capa de

30 fibra.
7.- Procedimiento para la fabricación de una pieza compuesta según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el pegado de la capa de espuma de poliolefina con la capa de fibra se realiza directamente mediante la impregnación con resina de la capa de fibra y sin adición de otro adhesivo.
8.- Procedimiento para la fabricación de una pieza compuesta según una de las reivindicaciones 1 a 7,

35 caracterizado porque la temperatura de la pared de la prensa de moldeo en la etapa de procedimiento ii) se encuentra entre 60 ºC y 90 ºC.