ES2583153T3

ES2583153T3 - Procedimiento y semiproducto para la fabricación de una pieza moldeada compuesta de fibras y pieza moldeada compuesta de fibras

Info

Publication number: ES2583153T3
Application number: ES13153853.0T
Authority: ES
Inventors: Claudio Cinquemani; Nicolas Quick; Michael Nitschke
Original assignee: Reifenhaeuser GmbH and Co KG Maschinenenfabrik
Current assignee: Reifenhaeuser GmbH and Co KG Maschinenenfabrik
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2016-09-19
Anticipated expiration: 2033-02-04
Also published as: EP2762295B1; EP2762295A1

Abstract

Procedimiento para la fabricación de una pieza moldeada compuesta de fibras en el que las fibras de refuerzo (6) se embuten en una matriz (8) de material termoplástico, aplicándose calor y/o presión a las fibras de múltiples componentes (5) con al menos un primer componente (7) con un punto de fusión más bajo de material termoplástico y con al menos un segundo componente (6) con un punto de fusión más alto de material termoplástico, de manera que el primer componente con un punto de fusión más bajo se funde y forma una matriz (8) de material termoplástico en la que se embute el segundo componente (6) con un punto de fusión más alto como material de refuerzo o como fibras de refuerzo, caracterizado por que las fibras de múltiples componentes se utilizan como filamentos sin fin en forma de un velo de hilatura o de un velo embrollado fabricado según un procedimiento Spun-Bond.

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento y semiproducto para la fabricacion de una pieza moldeada compuesta de fibras y pieza moldeada compuesta de fibras

La invencion se refiere a un procedimiento para la fabricacion de una pieza moldeada compuesta de fibras. Por otra parte, la invencion se refiere a un semiproducto para la fabricacion de una pieza moldeada compuesta de fibras de este tipo y a una pieza moldeada compuesta de fibras. La invencion se refiere sobre todo a piezas moldeadas compuestas de fibras con una construccion ligera. El termino pieza moldeada compuesta de fibras quiere decir que la pieza moldeada compuesta contiene fibras o fibras no fundidas o componentes de fibras. Las piezas moldeadas compuestas de fibras fabricadas segun la invencion pueden presentar, por una parte, una forma bidimensional, especialmente la forma de una placa o similar. Preferiblemente, las piezas moldeadas compuestas de fibras fabricadas segun la invencion tienen una forma tridimensional.

Los procedimientos del tipo inicialmente citado y con las caractensticas definidas en los preambulos de las reivindicaciones 1 y 2 ya se conocen en la practica en diferentes formas de realizacion. En estos procedimientos conocidos, por ejemplo, por el documento dE-A-3341292, se fabrican en principio semiproductos que se componen de una matriz a partir de un material termoplastico y de fibras de refuerzo embutidas en esta. Para ello, las fibras de refuerzo -especialmente fibras de vidrio- se combinan, en principio, con laminas, polvo o masa fundida a partir de un material termoplastico. El material termoplastico se funde mediante aplicacion de calor y presion y, de este modo, las fibras de refuerzo se impregnan con la masa fundida, de manera que finalmente resulta el semiproducto de la matriz termoplastica con las fibras de refuerzo embutidas. Estos semiproductos tambien se conocen con el nombre de organochapas y generalmente se fabrican en forma de placas. Para la fabricacion de una pieza moldeada compuesta de fibras con una forma tridimensional, es necesario calentar de nuevo estas placas en una fase de tratamiento adicional posterior, antes de poder conformar la pieza moldeada compuesta de fibras deseada.

Los procedimientos conocidos presentan una serie de inconvenientes. A menudo resultan bolsas de aire que originan puntos debiles en la pieza moldeada compuesta de fibras fabricada. Ademas, los semiproductos fabricados en el marco de los procedimientos conocidos se caracterizan por el hecho de no poderse drapear de forma satisfactoria. Por este motivo, la fabricacion de piezas moldeadas compuestas de fibras tridimensionales o multidimensionales esta sujeta a limitaciones. En especial hay que resaltar que el reciclaje de los materiales compuestos de fibras conocidos resulta complicado, sobre todo cuando una matriz termoplastica esta reforzada con fibras de refuerzo inorganicas o que no se pueden fundir o que solo se pueden fundir con dificultad.

En cambio, la invencion se basa en el problema tecnico de proponer un procedimiento del tipo citado al principio, en el que se puedan evitar los inconvenientes antes citados de forma funcionalmente segura y efectiva. Ademas, la invencion se basa en el problema tecnico de proponer un semiproducto para la realizacion de un procedimiento, asf como una pieza moldeada compuesta de fibras correspondiente.

Para solucionar este problema tecnico, la invencion revela un procedimiento para la fabricacion de una pieza moldeada compuesta de fibras segun las reivindicaciones 1 y 2 en el que las fibras de refuerzo se embuten en una matriz de material termoplastico, aplicandose calor y/o presion a las fibras de multiples componentes con al menos un primer componente con un punto de fusion mas bajo -de un material termoplastico y con al menos un segundo componente con un punto de fusion mas alto-, de manera que el primer componente o el componente con un punto de fusion mas bajo se funde, formando una matriz de un material termoplastico en la que se embute el segundo componente o el componente con un punto de fusion mas alto en forma de fibras de refuerzo. El segundo componente o el componente con un punto de fusion mas alto tambien se compone de un material termoplastico. En el marco de la invencion se propone ademas que en la aplicacion de calor y/o presion, la temperatura de calentamiento se elija o regule, de manera que solo se funda el primer componente o el componente con un punto de fusion mas bajo. Se entiende que despues de la aplicacion de calor y/o presion o despues de la conformacion de la pieza moldeada compuesta de fibras tiene lugar un enfriamiento de la matriz de material termoplastico con las fibras de refuerzo embutidas. Con el procedimiento segun la invencion se crea preferiblemente una pieza moldeada compuesta de fibras con una construccion ligera.

Por punto de fusion mas alto se entiende en el marco de la invencion que el componente con un punto de fusion mas alto posee un punto de fusion mas alto que el componente con un punto de fusion mas bajo, midiendose ambos puntos de fusion en las mismas condiciones externas. No obstante, el al menos un primer componente y el al menos un segundo componente no deben presentar forzosamente en el marco de la invencion puntos de fusion distintos. Los componentes tambien pueden tener puntos de fusion iguales o mas o menos similares. De este modo, el primer componente se puede configurar amorfo y el segundo componente cristalino u holocristalino. Por lo tanto, es posible fundir de forma precisa el primer componente amorfo, mientras que el segundo componente cristalino en forma de fibras de refuerzo se embute en la matriz termoplastica del primer componente. En el marco de la invencion se propone que el al menos un primer componente y el al menos un segundo componente se sometan a energfas de fusion diferentes, de manera que resulten la matriz termoplastica, por una parte, y las fibras de refuerzo, por otra.

Para la aplicacion de calor y/o presion, las fibras de multiples componentes se introducen como filamentos sin fin en forma de un velo convenientemente en una herramienta para moldeo por presion, deformandose allf preferiblemente con el efecto del calor y/o el efecto de la presion. El embutido de las fibras de refuerzo en la matriz de material

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termoplastico debe llevarse a cabo en el marco de la invencion preferentemente de la forma mas completa posible y minimizando la formacion de bolsas de aire.

Una forma de realizacion muy especialmente preferible se caracteriza por que las fibras de multiples componentes se utilizan como fibras de dos componentes, con una configuracion de nucleo encamisado y siendo preferiblemente el o un componente envolvente, el primer componente o el componente con un punto de fusion mas bajo. Despues de aplicar calor y/o presion a las fibras de multiples componentes o a las fibras de dos componentes y despues de la fusion del(de los) primer(os) componente(s) o del(de los) componente(s) con un punto de fusion mas bajo o del(de los) componente(s) envolvente(s), el al menos un componente de nucleo o los componentes de nucleo configuran a continuacion preferiblemente las fibras de refuerzo de la pieza moldeada compuesta. En principio, en el marco de la invencion tambien se propone que las fibras de multiples componentes o las fibras de dos componentes se utilicen con una configuracion Side-by-side. Por consiguiente, el componente lateral o al menos un componente lateral es convenientemente el primer componente o el componente con un punto de fusion mas bajo que se funde con la aplicacion de calor y/o presion y que forma la matriz de material termoplastico y un componente lateral o al menos un componente lateral es preferiblemente el segundo componente o el componente con un punto de fusion mas alto que configura las fibras de refuerzo de la pieza moldeada compuesta de fibras. En el marco de la invencion tambien se propone que sea posible utilizar otras configuraciones de fibras de multiples componentes o fibras de dos componentes en el marco del procedimiento segun la invencion, por ejemplo, las asf llamadas fibras Segmented-pie o fibras Island-in-the-sea. Una forma de realizacion muy recomendada de la invencion se caracteriza por que las fibras de dos componentes se utilizan como fibras de multiples componentes. Ha resultado especialmente ventajoso que las fibras de multiples componentes o las fibras de dos componentes se empleen en forma de una tela no tejida y en especial en forma de un velo embrollado. En este caso, los gramajes de la tela no tejida pueden elegirse en principio libremente.

Segun la invencion, las fibras de multiples componentes o las fibras de dos componentes se pueden utilizar en forma de filamentos sin fin. Las fibras de multiples componentes o las fibras de dos componentes se emplean para el procedimiento segun la invencion en forma de un velo de hilatura. Segun la invencion, las fibras de multiples componentes tambien se pueden utilizar en forma de un velo Meltblown y segun una variante de realizacion en forma de un velo Biax-Meltblown. Las fibras de multiples componentes tambien se pueden fabricar en principio en el marco de un procedimiento Airlaid o Wetlaid.

Segun una forma de realizacion muy recomendada de la invencion, el segundo componente o el componente con un punto de fusion mas alto y el primer componente o el componente con un punto de fusion mas bajo de las fibras de multiples componentes o de las fibras de dos componentes se componen del mismo material plastico o del mismo tipo de material plastico. Cuando, segun una variante de realizacion preferida de la invencion, las fibras de multiples componentes o las fibras de dos componentes se utilizan en una configuracion de nucleo encamisado, el nucleo se compone, segun una forma de realizacion, de un poliester o fundamentalmente de un poliester y la camisa de otro material plastico o de un material plastico con un punto de fusion mas bajo que el poliester. Como poliester se recomienda utilizar tereftalato de polietileno (PET). Una forma de realizacion ventajosa de la invencion se caracteriza por que como componente de nucleo se utiliza un poliester o un tereftalato de polietileno y como componente envolvente un copolfmero de un poliester o de un tereftalato de polietileno. Otra forma de realizacion preferible de la invencion se caracteriza por que como componente de nucleo se utiliza polipropileno y como componente envolvente un copolfmero de polipropileno. Si, segun la forma de realizacion recomendada de la invencion, se utilizan los mismos tipos de material plastico para los componentes de las fibras de multiples componentes o de las fibras de dos componentes, es posible reciclar las piezas moldeadas compuestas de fibras fabricadas segun la invencion de una forma especialmente sencilla.

Como ya se ha explicado antes, segun una forma de realizacion de la invencion, para la fabricacion de una pieza moldeada compuesta de fibras segun la invencion se utiliza un velo de hilatura de fibras de multiples componentes o de fibras de dos componentes y, concretamente, un velo de hilatura de filamentos sin fin. Un velo de hilatura de este tipo se fabrica preferiblemente por medio de un procedimiento Spun-Bond. En este caso, los filamentos sin fin de material termoplastico se hilan a partir de una tobera de hilar y, a continuacion, se enfnan en una camara de refrigeracion. Convenientemente, estos filamentos sin fin enfriados se introducen, acto seguido, en una unidad de estiraje y por ultimo se depositan preferiblemente en una cinta transportadora o una cinta de cribado. De forma recomendable, los filamentos sin fin del velo de hilatura presentan un diametro de fibra de 10 a 35 pm y preferiblemente el diametro de fibra de los filamentos sin fin es mayor de 10 pm o claramente mayor de l0 pm. Convenientemente, el mdice de masa fundida (MFI) del material plastico utilizado para la fabricacion de un velo de hilatura es de 10 a 100 g/10 min. El mdice de masa fundida (MFI) se mide en el marco de la invencion segun EN ISO 1133 a una temperatura de ensayo de 230°C y con una masa nominal de 2,16 kg. - Si, conforme a una forma de realizacion recomendada de la invencion, se utiliza una tela no tejida o un velo de hilatura para la fabricacion de una pieza moldeada compuesta de fibras segun la invencion, se produce convenientemente un endurecimiento de la tela no tejida o del velo de hilatura y, en concreto, preferiblemente mediante endurecimiento por chorro de agua y/o punzonado mecanico.

Una forma de realizacion preferible del procedimiento segun la invencion se caracteriza por que las fibras de multiples componentes o por que la tela no tejida se convierte/convierten mediante la aplicacion de calor y/o presion en una pieza moldeada compuesta de fibras directamente en el transcurso de un proceso de termoconformado y/o de un proceso de moldeo por inyeccion. Por lo tanto, las fibras de multiples componentes o la tela no tejida se

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transforma/transforman en el producto final directamente y sin procesos intermedios de fusion y endurecimiento. Por proceso de termoconformado se entiende especialmente un proceso de embuticion profunda. En la forma de realizacion preferible antes descrita, la tela no tejida se puede embutir directamente. Como consecuencia de la buena manejabilidad y el buen drapeado de la tela no tejida pueden fabricarse sin problemas segun la invencion piezas moldeadas tridimensionales o multidimensionales.

Segun otra forma de realizacion del procedimiento segun la invencion, las fibras de multiples componentes o la tela no tejida a partir de las fibras de multiples componentes se somete o se someten a calor y/o presion en una primera fase, formandose un semiproducto con una matriz de material termoplastico y de fibras de refuerzo embutidas a partir del componente o de los segundos componentes o de los componentes con un punto de fusion mas alto. Este semiproducto a partir de una matriz y de unas segundas fibras de refuerzo o de unas fibras de refuerzo con un punto de fusion mas alto embutidas, se convierte mas adelante o en una segunda fase mediante la aplicacion de calor y/o presion en el transcurso de un proceso de termoconformado y/o de un proceso de moldeo por inyeccion, en una pieza moldeada compuesta de fibras. Por lo tanto, en este caso se fabrica en principio un semiproducto que posteriormente se transforma en el producto final, por ejemplo, mediante embuticion profunda o termoprensado en una pieza moldeada tridimensional o multidimensional. Segun una variante de realizacion de la invencion, el semiproducto resultante de la matriz termoplastica y de las segundas fibras de refuerzo o de las fibras de refuerzo con un punto de fusion mas alto embutidas se fabrica en forma de placas.

Segun una forma de realizacion, el punto de fusion del al menos un componente con un punto de fusion mas alto es, como mmimo, 40°C, preferiblemente, como mmimo, 50°C y muy preferiblemente, como mmimo, 70°C mas alto que el punto de fusion del al menos un componente con un punto de fusion mas bajo de las fibras de multiples componentes. Si, conforme a una forma de realizacion recomendada de la invencion, se utilizan fibras de multiples componentes en la configuracion de nucleo encamisado, la proporcion o la relacion volumetrica nucleo/camisa es convenientemente de 65/35 a 45/55, preferiblemente de 60/40 a 55/45 y de forma especialmente preferible de 60/40 o aproximadamente de 60/40. Mediante la seleccion de la relacion volumetrica nucleo/camisa es posible ajustar adecuadamente las propiedades mecanicas de la pieza moldeada compuesta de fibras.

Tambien es objeto de la invencion un semiproducto para la fabricacion de una pieza moldeada compuesta de fibras con fibras de refuerzo embutidas en una matriz de material termoplastico. Ademas es objeto de la invencion una pieza moldeada compuesta de fibras que se puede fabricar segun el procedimiento segun la invencion arriba descrito y/o a partir del semiproducto segun la invencion inicialmente descrito, estando embutidas fibras de refuerzo o fibras de refuerzo con un punto de fusion mas alto en una matriz de un material termoplastico o de un material termoplastico con un punto de fusion mas bajo.

La invencion se basa en el conocimiento de que con el procedimiento segun la invencion es posible fabricar de forma sencilla y economica piezas moldeadas compuestas de fibras con unas propiedades optimas. Las bolsas de aire perjudiciales en la matriz termoplastica de una pieza moldeada compuesta de fibras fabricada segun la invencion se pueden evitar o se pueden evitar al menos en gran medida. En principio, en el procedimiento segun la invencion la conformacion de la pieza moldeada se puede llevar a cabo de un modo sencillo en una unica herramienta para moldeo por presion. Las telas no tejidas o los velos de hilatura utilizados preferiblemente para la fabricacion de las piezas moldeadas compuestas de fibras segun la invencion se caracterizan por una sencilla manejabilidad y un buen drapeado y se pueden emplear sin problemas como genero enrollado flexible. Con el procedimiento segun la invencion es posible fabricar facilmente piezas moldeadas compuestas de fibras tridimensionales o multidimensionales y, en concreto, con una construccion especialmente ligera. Para la fabricacion de determinadas piezas moldeadas compuestas de fibras tambien es posible agrupar capas de velo en un laminado, pudiendo elegirse libremente el numero, la cantidad y la orientacion de las capas de velo. Las telas no tejidas tambien se pueden utilizar en el marco del procedimiento segun la invencion como capa de cubierta para elementos sandwich con refuerzo de capas de nucleo. Las piezas moldeadas compuestas de fibras creadas segun la invencion tambien se caracterizan por unas excelentes propiedades mecanicas. Es posible fabricar piezas moldeadas compuestas de fibras que se caracterizan por una alta resistencia y rigidez y, al mismo tiempo, una baja densidad, asf como por una alta resistencia al choque. Por otra parte hay que resaltar que especialmente con la correspondiente eleccion del material es posible reciclar las piezas moldeadas compuestas de fibras fabricadas segun la invencion de un modo sencillo y economico.

La invencion se explica a continuacion mas detalladamente a la vista de un dibujo que solo representa un ejemplo de realizacion. Se muestra en una representacion esquematica:

Figura 1 un dispositivo para la ejecucion del procedimiento segun la invencion y

Figura 2 de forma puramente esquematica, la ejecucion del procedimiento segun la invencion.

La figura 1 muestra de forma muy esquematica una herramienta para moldeo por presion 1 con dos placas de prensado 2, 3. Entre las placas de prensado 2, 3 se dispone preferiblemente y como se muestra en el ejemplo de realizacion, un velo de hilatura 4 de fibras de dos componentes 5. En el caso de las fibras de dos componentes 5 se trata de filamentos sin fin. Las fibras de dos componentes presentan una configuracion de nucleo encamisado y concretamente con un componente 6 con un punto de fusion mas alto en el nucleo y con un componente 7 con un punto de fusion mas bajo en la camisa. En el caso del componente 6 con un punto de fusion mas alto puede tratarse en el ejemplo de realizacion de un tereftalato de polietileno (PET) y en el caso del componente con un punto de

fusion mas bajo de un copoKmero del tereftalato de polietileno con un punto de fusion mas bajo. Al comprimir las placas de prensado 2, 3 se aplica calor y presion al velo de hilatura 4, de manera que el componente 7 con un punto de fusion mas bajo se funde. La temperature de calentamiento se elige convenientemente, de modo que solo se funda el componente 7 con un punto de fusion mas bajo, no fundiendose, por el contrario, el componente 6 con un 5 punto de fusion mas alto. De esta manera, el componente 6 con un punto de fusion mas alto se mantiene, en cierto modo, en forma de fibras de refuerzo y este componente 6 con un punto de fusion mas alto o las correspondientes fibras de refuerzo se embuten en una matriz termoplastica 8 a partir del componente 7 con un punto de fusion mas bajo (vease lado derecho de la figura 2). Del modo descrito anteriormente se puede fabricar directamente, segun una forma de realizacion preferente de la invencion, una pieza moldeada compuesta de fibras. En principio, en el 10 marco de la invencion tambien es posible fabricar facilmente, con herramientas para moldeo por presion especiales, piezas moldeadas tridimensionales o multidimensionales con estructuras complicadas. A ello contribuye la manejabilidad flexible y el buen drapeado del velo de hilatura 4. Por lo demas, la figura 2 muestra que el componente 6 con un punto de fusion mas alto o las correspondientes fibras de refuerzo se embuten por completo en la matriz termoplastica 8 a partir del componente con un punto de fusion mas bajo. Aqrn no se observan las 15 bolsas de aire perjudiciales y al ejecutar el procedimiento segun la invencion estas se pueden evitar facilmente.

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REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para la fabricacion de una pieza moldeada compuesta de fibras en el que las fibras de refuerzo (6) se embuten en una matriz (8) de material termoplastico, aplicandose calor y/o presion a las fibras de multiples componentes (5) con al menos un primer componente (7) con un punto de fusion mas bajo de material termoplastico y con al menos un segundo componente (6) con un punto de fusion mas alto de material termoplastico, de manera que el primer componente con un punto de fusion mas bajo se funde y forma una matriz (8) de material termoplastico en la que se embute el segundo componente (6) con un punto de fusion mas alto como material de refuerzo o como fibras de refuerzo, caracterizado por que las fibras de multiples componentes se utilizan como filamentos sin fin en forma de un velo de hilatura o de un velo embrollado fabricado segun un procedimiento Spun-Bond.
2. Procedimiento para la fabricacion de una pieza moldeada compuesta de fibras en el que las fibras de refuerzo (6) se embuten en una matriz (8) de material termoplastico, aplicandose calor y/o presion a las fibras de multiples componentes con al menos un primer componente (7) con un punto de fusion mas bajo de material termoplastico y con al menos un segundo componente (6) con un punto de fusion mas alto de material termoplastico, de manera que el primer componente con un punto de fusion mas bajo se funde y forma una matriz (8) de material termoplastico en la que se embute el segundo componente (6) con un punto de fusion mas alto como material de refuerzo o como fibras de refuerzo, caracterizado por que las fibras de multiples componentes se utilizan como filamentos sin fin en forma de un velo Meltblown - preferiblemente en forma de un velo Biax-Meltblown-.
3. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 o 2, utilizandose fibras de multiples componentes (5) con una configuracion de nucleo encamisado y siendo preferiblemente el componente envolvente el primer componente o el componente con un punto de fusion mas bajo.
4. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 o 2, utilizandose fibras de multiples componentes (5) con una configuracion Side-by-side.
5. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 4, utilizandose fibras de dos componentes como fibras de multiples componentes (5).
6. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 5, estando compuestos el segundo componente (6) o el componente con un punto de fusion mas alto y el primer componente (7) o el componente con un punto de fusion mas bajo, del mismo material plastico o del mismo tipo de material plastico.
7. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 6, endureciendose la tela no tejida (4) antes de la aplicacion de calor y/o presion.
8. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 7, convirtiendose la tela no tejida (4) mediante la aplicacion de calor y/o presion en una pieza moldeada compuesta de fibras directamente en el transcurso de un proceso de termoconformado y/o de un proceso de moldeo por inyeccion.
9. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 8, sometiendose la tela no tejida (4) a calor y/o presion en una primera fase y formandose un semiproducto con una matriz de material termoplastico (8) y de fibras de refuerzo (6) embutidas en la misma y convirtiendose el semiproducto en una segunda fase mediante la aplicacion de calor y/o presion en el transcurso de un proceso de termoconformado y/o de un proceso de moldeo por inyeccion, en una pieza moldeada compuesta de fibras.
10. Semiproducto para la fabricacion de una pieza moldeada compuesta de fibras en el que las fibras de refuerzo (6) se embuten como filamentos sin fin en una matriz de material termoplastico (8), fabricado segun un procedimiento segun la reivindicacion 9.
11. Pieza moldeada compuesta de fibras fabricada segun un procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8 y/o a partir de un semiproducto segun la reivindicacion 10, embutiendose las fibras de refuerzo con un punto de fusion mas alto como filamentos sin fin en una matriz de material termoplastico con un punto de fusion mas bajo.