ES2618000T3

ES2618000T3 - Nuevo proceso de conformación para materiales celulares de PMI, o bien componentes compuestos obtenidos a partir de los mismos

Info

Publication number: ES2618000T3
Application number: ES13730588.4T
Authority: ES
Inventors: Jorge PINTO; Matthias Alexander Roth; Jörn Daniel SÜNDERMANN; Arnim Kraatz; Dieter Schlager; Rainer Zimmermann
Original assignee: Evonik Roehm GmbH
Current assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2013-06-24
Publication date: 2017-06-20
Anticipated expiration: 2033-06-24
Also published as: IL236025B; EP2877342B1; US10279513B2; KR20150036143A; RU2637905C2; CA2879927C; CN108453993A; US20150174798A1; CA2879927A1; EP2877342A1; TW201420306A; CN108453993B; BR112015001318B1; JP2015523254A; DK2877342T3; AU2013295249B2; PL2877342T3; CN104619484A; SG11201500518PA; ZA201500533B

Abstract

Procedimiento para la conformación de materiales celulares, caracterizado por que, en el caso del material celular, se trata de PMI, y por que el procedimiento comprende los siguientes pasos de proceso: a) estructura de capas de compuesto opcional con materiales cubrientes y núcleo celular intermedio, b) calentamiento del material celular mediante radiación con radiación próxima a infrarrojo (radiación NIR) con una longitud de onda entre 0,78 y 1,40 μm, c) conformación con una herramienta de conformación, d) enfriamiento y extracción de la pieza de trabajo acabada.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

DESCRIPCION

Nuevo proceso de conformacion para materiales celulares de PMI, o bien componentes compuestos obtenidos a partir de los mismos

Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un procedimiento novedoso, que es apropiado, por ejemplo, para la obtencion de materiales compuestos con nucleos de espumas duras. En este caso, la gran ventaja de la invencion consiste en que tanto el material celular, como tambien la capa cubriente, se pueden seleccionar libremente. Con el presente procedimiento tambien son elaborables en especial capas cubrientes, cuya temperatura de elaboracion diverge claramente de la del material del nucleo.

La presente invencion se refiere ademas a un procedimiento con el que se pueden compactar parcialmente estructuras celulares integrales en una segunda forma de realizacion. Con una tercera forma de realizacion es posible obtener un cuerpo hueco con juntas de valor especialmente elevado a partir de al menos dos piezas de trabajo de una espuma, mediante soldadura. En este caso, esto se puede efectuar con o sin capas cubrientes.

Ademas, con el presente procedimiento es posible de modo especialmente conveniente elaborar materiales celulares por medio de un proceso de moldeo en vado.

Estado de la tecnica

En el estado de la tecnica se describen diversos procedimientos para la obtencion de plasticos reforzados con fibras con una espuma dura, o para la conformacion de materiales celulares duros en general. En relacion con esta invencion, se entiende por espumas duras espumas - como por ejemplo espumas de PU o poliestireno comerciales - que no se pueden deformar mecanicamente con fuerzas reducidas, y que se recuperan a continuacion. Son ejemplos de espumas duras, sobre todo, espumas de PP, PMMA o espumas de PU altamente reticuladas. Un material celular duro especialmente apto para carga es poli(met)acrilimida (PMI), como se distribuye, por ejemplo, por la firma Evonik bajo el nombre ROHACELL®.

Un procedimiento conocido generalmente para la obtencion de los materiales compuestos descritos es la conformacion de las capas cubrientes con subsiguiente carga del material crudo celular y su espumado final. Tal procedimiento se describe, a modo de ejemplo, en el documento US 4,933,131. Un inconveniente de este procedimiento consiste en que el espumado se efectua casi siempre de manera muy irregular. Esto es valido en especial para materiales como PMI, que se pueden anadir como granulado en el mejor de los casos. Otro inconveniente de tal procedimiento consiste en que, para la conformacion de un material celular puro, las capas cubrientes se deben eliminar de nuevo. A su vez, en el caso de componentes compuestos, la adherencia entre capas cubrientes y el nucleo celular no es suficiente frecuentemente para componentes sometidos a carga mecanica.

En Passaro et al., Polymer Composites, 25(3), 2004, paginas 307 y siguientes, se describe un procedimiento en el que se ensambla un nucleo celular de PP con un plastico reforzado con fibras en una herramienta de prensado, y en este caso el nucleo celular se calienta selectivamente solo en la superficie por medio de la herramienta, para posibilitar una buena union con el material cubriente. En Grefenstein et al., International SAMPE Symposium and Exhibition, 35 (1, Adv.Materials: Challenge Next Decade), 1990, paginas 234-44 se describe un procedimiento analogo para la obtencion de materiales tipo sandwich con un material de nucleo tipo nido de abejas, o un nucleo celular de PMI. No obstante, con estos dos procedimientos no es posible una conformacion, sino solo la obtencion de materiales tipo sandwich en forma de placas.

En el documento WO 02/098637 se describe un procedimiento en el que se lleva un material cubriente termoplastico como fusion a la superficie de un material de nucleo celular, despues se moldea junto con el nucleo celular para dar una pieza moldeada compuesta por medio de un procedimiento Twin-Sheet, y a continuacion se enfna el termoplastico, de modo que el material cubriente solidifica en el molde. No obstante, con este procedimiento se pueden combinar solo un numero limitado de materiales. Por ejemplo, no se pueden obtener materiales cubrientes reforzados con fibras. Tampoco el procedimiento para la conformacion pura de una pieza de trabajo celular es aplicable sin materiales cubrientes. Ademas, tambien la seleccion de materiales celulares esta limitada a materiales conformables elasticamente a bajas temperaturas. Una espuma dura se danana demasiado desde el punto de vista estructural en tal procedimiento, sin calentamiento uniforme del material celular.

El procedimiento descrito en el documento EP 0 272 359 es muy similar. En este caso se corta una pieza bruta del nucleo celular primeramente en forma, y se coloca la misma en una herramienta. A continuacion se inyecta la fusion

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

de material termoplastico sobre la superficie. Mediante un aumento de temperatura se espuma a continuacion la pieza bruta del nucleo de espuma, mediante lo cual se llega a un prensado sobre la superficie del material cubriente. Con este procedimiento se puede obtener ciertamente una mejor adherencia con el material cubriente. Por ello, el procedimiento con el paso de trabajo adicional de la primera conformacion es mas costoso, y en suma esta claramente mas limitado respecto a las formas realizables.

En W. Pip, Kunststoffe, 78(3), 1988, paginas 201-5 se describe un procedimiento para la obtencion de compuestos moldeados con capas cubrientes reforzadas con fibras y un nucleo celular de PMI en una herramienta de prensado. En este procedimiento, la reunion de las capas aisladas se efectua en una herramienta de prensado calentada, efectuandose una ligera conformacion mediante una presion de las capas superiores en la herramienta de espumado calentada localmente. Simultaneamente se describe un procedimiento en el que se puede formar un molde mediante espumado posterior dentro de la herramienta. Los inconvenientes de tal procedimiento se discutieron ya anteriormente. Como tercera variante se da a conocer un procedimiento en el que se efectua un recalcado elastico del material durante el prensado de un material celular calentado previamente. El calentamiento previo se efectua en un horno. No obstante, un inconveniente de este procedimiento es que para muchos materiales celulares se requieren temperaturas muy elevadas para la conformacion termoelastica. Por ejemplo para espumas de PMI se requieren temperaturas de al menos 185°C. Ademas, el material del nucleo debe ser calentado correspondientemente sobre la zona de material total, para evitar roturas de material. A tales temperaturas, especialmente ya que estas son posibles en distribucion uniforme solo con un calentamiento mas largo, de varios minutos, muchos materiales cubrientes, como por ejemplo PP, se deterioranan de modo que el proceso no es realizable.

En U. Breuer, Polymer Composites, 1998, 19(3), paginas 275-9 se da a conocer una variante ligeramente modificada de la tercera variante de Pip para nucleos celulares de PMI discutida con anterioridad. En este caso se efectua el calentamiento del nucleo celular de PMI y de los materiales cubrientes reforzados con fibras por medio de una lampara termica IR. Tales lamparas calefactoras IR, que emiten sobre todo luz con longitudes de onda en el intervalo entre 3 y 50 pm (radiacion IR-C, o bien MIR), son muy especialmente apropiadas para un rapido calentamiento del substrato. No obstante, en este caso, la entrada de energfa es - oportunamente - muy elevada, lo que conduce simultaneamente al deterioro de muchos materiales cubrientes, como por ejemplo PP. De este modo, en Breuer et al. se da a conocer tambien poliamida 12 (PA12) como posible material de matriz para las capas cubrientes. PA 12 se puede calentar facilmente a mas de 200°C, sin que se llegue a un deterioro del plastico. En este tipo de procedimiento no es posible una conformacion simultanea del nucleo de espuma, ya que la radiacion termica del intervalo de radiacion IR no penetra en la matriz de espuma, y por consiguiente no se alcanza un estado moldeable termoplasticamente.

Cometido

Por lo tanto, teniendo en cuenta el estado de la tecnica discutido, era tarea de la presente invencion poner a disposicion un nuevo procedimiento por medio del cual se pudieran conformar materiales celulares duros de manera rapida y sencilla sin deterioro estructural y/o con capas cubrientes, en especial con materiales sinteticos termoplasticos, para dar materiales compuestos.

En especial era tarea de la presente invencion poner a disposicion un procedimiento con el que se pudieran obtener estos materiales compuestos mediante conformacion, y simultaneamente la seleccion de material superficial fuera seleccionable con relativa libertad, sin que el mismo experimente un deterioro durante la elaboracion.

Ademas, el procedimiento debe ser apropiado para poder compactar parcialmente materiales celulares con o sin material cubriente. El procedimiento debe ser apropiado tambien para obtener cuerpos huecos a partir de dos o mas materiales celulares, con o sin capas cubrientes. Ademas, el procedimiento debe ser modificable, de manera que se pueda combinar con un proceso de moldeo en vacfo.

Ademas, independientemente de las formas de realizacion aisladas planteadas como tareas, con el procedimiento novedoso deben ser realizables tiempos de ciclo rapidos, claramente de menos de 10 minutos. Otras tareas no discutidas explfcitamente en este punto se pueden deducir asimismo del estado de la tecnica, de la descripcion, de las reivindicaciones, o de los ejemplos de realizacion.

Solucion

Las tareas so solucionan mediante un procedimiento novedoso para la conformacion de materiales celulares. Este procedimiento novedoso es apropiado sobre todo para la conformacion de materiales celulares duros de polimetacrilimida (PMI). El procedimiento presenta en este caso los siguientes pasos de proceso:

5

10

15

20

25

30

35

a) estructura de capas de compuesto opcional con materiales cubrientes y nucleo celular intermedio,

b) calentamiento del material celular mediante radiacion con radiacion proxima a infrarrojo (radiacion NIR) con una longitud de onda entre 0,78 y 1,40 pm,

c) conformacion con una herramienta de conformacion,

d) enfriamiento y extraccion de la pieza de trabajo acabada.

A tal efecto son posibles dos diferentes formas de realizacion. En la primera, la herramienta para el calentamiento con la radiacion NIR y la herramienta de conformacion estan separadas entre sl En este caso, el procedimiento presenta los siguientes pasos de proceso:

a) estructura de capas de compuesto opcional con materiales cubrientes y nucleo celular intermedio, b1) insercion en la zona de accion de campos de calefaccion del lado de la maquina,

b2) calentamiento del material celular mediante radiacion con radiacion proxima a infrarrojo (radiacion NIR) con una longitud de onda entre 0,78 y 1,40 pm,

c1) transferencia del material celular a una herramienta de conformacion,

c2) conformacion con la herramienta y,

d) enfriamiento y extraccion de la pieza de trabajo acabada.

En una segunda forma de realizacion, el dispositivo de calentamiento para la irradiacion con radiacion NIR es componente integral de la herramienta de conformacion:

b1) insercion en una herramienta de moldeo que esta equipada con un campo de calefaccion extrafble,

c1) eliminacion de la calefaccion de la zona de procedimiento de la herramienta de conformacion,

c2) conformacion con la herramienta y,

d) enfriamiento y extraccion de la pieza de trabajo acabada.

En este caso, los pasos de procedimiento b1) y b2) se deben entender como pasos parciales del paso de procedimiento b) de la anterior explicacion. Lo mismo es valido para los pasos de procedimiento c1) y c2) respecto al paso de procedimiento c).

Sorprendentemente se descubrio que, mediante el calentamiento cuidadoso del material en el paaso de proceso b) (o bien b2)), se puede ocasionar una conformabilidad plastica mediante una entrada de calor uniforme, sin que se llegue simultaneamente a un deterioro del material. En especial el deterioro de la superficie celular dura, a observar, por ejemplo, en el caso de calentamiento en un horno, se suprime con la puesta en practica adecuada del presente procedimiento. La radiacion de calor de la zona espectral NIR empleada atraviesa la fase gaseosa de las celulas de espuma sin absorcion, y ocasiona un calentamiento directo de la matriz de pared celular.

El procedimiento segun la invencion se distingue en especial por que la conformacion en el paso de proceso c) se efectua por medio de un procedimiento Twin-Sheet bajo vacfo, o bien bajo presion negativa. En este caso, el dispositivo Twin-Sheet esta configurado de manera que se puede emplear como maquina de moldeo.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

El procedimiento Twin-Sheet se distingue principalmente por que en un paso de procedimiento se conforman dos o mas piezas de trabajo en vado, o bien bajo presion negativa, y en este caso se sueldan las mismas entre s^ sin aditivos, como pegamentos, adyuvantes de soldadura o disolventes. Este paso de procedimiento se puede llevar a cabo en tiempos de ciclo elevados, de manera economica y ecologica. En el ambito de la presente invencion se descubrio sorprendentemente que este procedimiento, mediante el paso de proceso adicional de calentamiento previo de las piezas de trabajo mediante irradiacion con radiacion NIR con una longitud de onda entre 0,78 y 1,40 pm en el paso de proceso b), es apropiado tambien para la elaboracion de materiales celulares duros de PMI, que paredan inapropiados segun el estado de la tecnica. Mediante el calentamiento con la citada radiacion, realizable de manera relativamente rapida, se obtiene una distribucion de calor exenta de tension, uniforme, en la pieza de trabajo total. En este caso, la intensidad de la radiacion se pued variar en el citado intervalo segun material celular empleado. En el caso de empleo adicional de materiales cubrientes, la temperatura de los campos de calefaccion y su intensidad se modifican en tal medida que, tambien a diferentes temperaturas de elaboracion y conformacion, el nucleo celular y los materiales cubrientes se transforman y se unen conjuntamente. Tales adaptaciones son facilmente realizables por el especialista con pocos ensayos.

Una gran ventaja del procedimiento segun la invencion consiste en que se puede llevar a cabo de manera ecologica y en tiempos de ciclo muy elevados, bajo reunion simultanea de varios pasos de trabajo en un proceso. En este caso, a partir de este procedimiento, novedoso en principio, resulta una serie de variantes que se pueden utilizar respectivamente para la obtencion de productos completamente novedosos:

En una primera variante se obtiene una compresion local del material celular en el paso de proceso c), es decir, en la conformacion. Tal compresion local posibilita productos novedosos. De este modo, las piezas moldeadas de un material celular duro con compresiones locales son aplicables de manera versatil y mas estables en conjunto. Ademas se pueden realizar nuevas formas. Tambien es una ventaja de tal producto que, en especial en las zonas compactadas, se pueden introducir refuerzos, elementos de insercion o uniones roscadas para la introduccion armonica de fuerzas de la periferia de construccion. Por medio de tales elementos de insercion o uniones roscadas, los materiales celulares se pueden transformar facilmente a continuacion en construccion de automoviles o aviones. Ademas, tales zonas se pueden pegar o soldar mejor con frecuencia. Tal variante del procedimiento segun la invencion se puede realizar, a modo de ejemplo, para espumas de PMI con tiempos de ciclo de menos de 5 minutos. En esta variante es sorprendente en especial que tal componente segun el estado de la tecnica no se pudo obtener en un proceso de una etapa.

En una segunda modificacion del procedimiento segun la invencion, en el caso del paso de proceso c) se trata de un procedimiento Twin-Sheet.

Esta variante del procedimiento segun la invencion es especialmente preferente si el material celular se cubre por uno o ambos lados con un material cubriente en el paso de proceso a) y, por consiguiente, por medio del procedimiento Twin-Sheet se obtiene un material compuesto con una capa cubriente por uno o ambos lados, y un nucleo celular duro. Esta segunda variante se puede llevar a cabo en tiempos de ciclo de menos de 6 minutos.

Sorprendentemente, la seleccion del material cubriente es relativamente libre. En este caso se puede tratar, a modo de ejemplo, de puros termoplasticos, de tejidos o generos de punto por mallas, o combinaciones de los mismos, como por ejemplo las denominadas organochapas o bandas soporte textiles revestidas de material sintetico, como por ejemplo cuero sintetico. En el caso del material cubriente se trata preferentemente de una material sintetico reforzado con fibras. En el caso de las fibras se puede tratar a su vez, a modo de ejemplo, de fibras de aramida, vidrio, carbono, polfmero o textiles. En el caso del material sintetico a su vez se puede tratar preferentemente de PP, polietileno (PE), policarbonato (PC), cloruro de polivinilo (PVC), una resina epoxfdica, una resina de isocianato, una resina de acrilato, un poliester o una poliamida.

En una tercera variante del procedimiento, en el paso de proceso a) se disponen al menos 2 piezas de material celular separadas, y a continuacion se moldea a partir de las mismas un cuerpo hueco en la conformacion en el paso de proceso c). Esta variante se puede configurar tambien de manera que se obtengan piezas de moldeo con mas de una cavidad. La ventaja de esta variante consiste en que tales cuerpos huecos se pueden obtener sin pegado o subsiguiente soldadura termica. Esto conduce a su vez a que el cuerpo hueco resultante presente una mejor combinacion de estabilidad y peso frente a cuerpos huecos del estado de la tecnica. Ademas, el cuerpo hueco tiene una mejor apariencia optica. Esto puede llegar al punto de que las juntas entre ambas piezas de trabajo celulares no sean, o sean apenas identificables en el producto acabado. En especial, la union por soldadura formada en el procedimiento no se diferencian, o no se diferencian apenas del material circundante, y la estructura porosa se conserva tambien en esta junta. Tambien este procedimiento se puede efectuar en forma de un procedimiento Twin- Sheet. En este caso se pueden realizar tambien geometnas muy complejas con buena reproducibilidad en tiempos de ciclo de menos de 5 minutos.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

En una forma de realizacion de la invencion, ligeramente modificada en comparacion con la tercera variante, tambien se puede moldear una pieza de trabajo aislada de una espuma dura por medio de un procedimiento de conformacion apoyado por vado, con presion negativa, para dar piezas de trabajo muy complejas. Este procedimiento es apropiado especialmente para grosores de espuma de hasta 10 mm. En este caso, directamente antes de la transferencia del material celular a la herramienta de conformacion en el paso c), o de manera alternativa directamente a continuacion, en la herramienta de conformacion se lleva a cabo preferentemente un moldeo previo por medio de aire comprimido.

En principio, en una modificacion ulterior, estos procedimientos se pueden llevar a cabo en una herramienta de pared doble. Esto conduce a una exactitud geometrica aun mas elevada. Una ventaja ulterior de la presente invencion consiste en que las tres variantes discutidas anteriormente tambien se pueden combinar entre sf en un procedimiento segun la invencion llevado a cabo simultaneamente. De este modo se pueden obtener, por ejemplo, cuerpos compactados en el borde con al menos una cavidad. Tambien se pueden obtener compuestos con nucleo celular compactado parcialmente y/o una o varias cavidades.

Por regla general, independientemente de la forma de realizacion de la invencion descrita, el material se fija en el aparato por medio de un bastidor de sujecion, para evitar un deslizamiento. A tal efecto, el material a elaborar esta, por ejemplo, algunos centfmetros por encima del borde de la herramienta, y se retiene en esta zona por medio del mencionado bastidor de sujecion.

El material celular duro representa PMI en este caso. Tales espumas de PMI se obtienen normalmente en un procedimiento de dos etapas: a) obtencion de un polfmero de colada y b) espumado de este polfmero de colada.

Para la obtencion del polfmero de colada se obtienen en primer lugar mezclas de monomeros que contienen acido (met)acnlico y (met)acrilonitrilo, preferentemente en una proporcion molar entre 2:3 y 3:2, como componente principal. Adicionalmente se puden emplear otros comonomeros, como por ejemplo esteres de acido acnlico o metacnlico, estireno, acido maleico o acido itaconico, o bien sus antudridos, o vinilpirrolidona. No obstante, en este caso, la fraccion de comonomeros no debfa ascender a mas de un 30 %. Tambien se pueden emplear cantidades reducidas de monomeros reticulantes, como por ejemplo acrilato de alilo. No obstante, las cantidades debfan ascender preferentemente a un 0,05 % en peso hasta un 2,0 % en peso a lo sumo. La mezcla para la copolimerizacion contiene ademas agentes propulsores, que se descomponen, o bien se evaporan a temperaturas de aproximadamente 150 a 250°C, y en este caso forman una fase gaseosa. La polimerizacion se efectua por debajo de esta temperatura, de modo que el polfmero de colada contiene un agente propulsor latente. La polimerizacion tiene lugar convenientemente en forma de bloques entre dos placas de vidrio.

En un segundo paso se efectua entonces el espumado del polfmero de colada a temperatura correspondiente. La obtencion de tales espumas de PMI es conocida en principio por el especialista, y se puede consultar, a modo de ejemplo, en los documentos EP 1 444 293, EP 1 678 244 o WO 2011/138060. Como espumas de PMI cftense en especial tipos de ROHACELL® de la firma Evonik Industries AG. Respecto a obtencion y elaboracion, las espumas de acrilimida se deben considerar analogas a las espumas de PMI. No obstante, por motivos toxicologicos, estas son claramente menos preferentes frente a otros materiales celulares.

Las piezas celulares requeridas se pueden obtener mediante una seleccion apropiada de placas de vidrio, o mediante una preparacion por medio de un espumado en molde. Alternativamente, la obtencion a partir de placas celulares espumadas se efectua mediante corte, aserradura o fresado. En este caso se pueden cortar preferentemente varias piezas celulares a partir de una placa.

La densidad del material celular duro se puede seleccionar con relativa libertad. Las espumas de PMI se pueden emplear, a modo de ejemplo, en un intervalo de densidad de 25 a 220 kg/m3.

En este caso, piezas de nucleo celulares serradas, cortadas o fresadas, frente a las obtenidas por medio de espumado en molde, tienen la ventaja de presentar poros abiertos en la superficie. En el caso de puesta en contacto con las fibras impregnadas en resina, una parte de la resina aun no endurecida penetra en estos poros abiertos en la superficie del nucleo celular. Esto tiene la ventaja de que, tras endurecimiento, se obtiene una adherencia especialmente fuerte en la interfase entre nucleo celular y material de revestimiento.

En principio, las piezas de trabajo segun la invencion constituidas por la espuma dura son empleables ampliamente.

Piezas de trabajo que se obtuvieron segun la primera variante de compactado local se pueden denominar tambien materiales celulares con estructuras integrales. Tambien en la variante adicional como material compuesto, estos

5

10

15

20

25

30

35

son apropiados en especial en aplicaciones que ocasionan la union de juntas que provocan fuerzas con estructuras perifericas de los materiales que rodean el componente (compuesto). Esto es valido para cualquier construccion concebible, en la que se unan piezas estructurales, por ejemplo de metal u otros materiales sinteticos, con el material celular, o bien el compuesto. Estas condiciones resultan en especial de los campos de aplicacion construccion de automoviles, tecnica aeronautica y aeroespacial, construccion de barcos, construccion de vehnculos sobre rafles, construccion de maquinas, tecnica medica, industria del mueble, en la construccion de instalaciones eolicas o en la construccion de ascensores.

Los materiales compuestos de la segunda variante, tambien aquellos sin estructuras integrales, pueden encontrar aplicacion en especial en la fabricacion en serie, por ejemplo para construccion de carrocenas o para revestimientos internos en la industria del automovil, piezas interiores en construccion de vetnculos sobre carriles o construccion de barcos, en la industria aeronautica y aeroespacial, en la construccion de maquinas, en la construccion de muebles o en la construccion de instalaciones eolicas.

Los cuerpos huecos constituidos por materiales celulares duros se pueden emplear a su vez, por ejemplo, en cajas de batenas, canales de circulacion de aire en instalaciones de climatizacion, o como grupo de construccion aerodinamico de palas de rotores eolicas (por ejemplo como bordes de fuga). No obstante, ademas son concebibles aplicaciones en las ramas industriales citadas anteriormente.

Leyendas de los dibujos

Fig. 1: fabricacion de materiales sinteticos reforzados con fibras con nucleo de material celular A: fase de calefaccion; B: conformacion

(1) Parte superior de la herramienta de conformacion

(2) Parte inferior de la herramienta de conformacion

(3) Calefaccion superior (emisor NIR)

(4) Calefaccion inferior (emisor NIR)

(3a) y (4a) Calefacciones circuladas hacia afuera

(5) Nucleo de espuma

(6) Bastidor de sujecion

(7) Capas cubrientes

Fig. 2: produccion de una estructura integral con compresion parcial del material celular A: fase de calefaccion; B: conformacion

(1) Parte superior de la herramienta de conformacion

(2) Parte inferior de la herramienta de conformacion

(3) Calefaccion superior (emisor NIR)

(4) Calefaccion inferior (emisor NIR)

(3a) y (4a) Calefacciones circuladas hacia afuera

(5) Material celular

5

10

15

20

25

(6) Bastidor de sujecion Fig. 3: moldeo de cuerpos huecos

A: fase de calefaccion; B: conformacion

(1) Parte superior de la herramienta de conformacion

(2) Parte inferior de la herramienta de conformacion

(3) Calefaccion superior (emisor NIR)

(4) Calefaccion inferior (emisor NIR)

(3a) y (4a) Calefacciones circuladas hacia afuera

(5) Material celular (en este caso: primera pieza de trabajo para el lado superior)

(6) Bastidor de sujecion

(8) Material celular (segunda pieza de trabajo para el lado inferior)

Fig. 4: moldeo en vacfo de materiales celulares A: fase de calefaccion; B: conformacion

(2) Parte inferior de la herramienta de conformacion

(3) Calefaccion superior (emisor NIR)

(4) Calefaccion inferior (emisor NIR)

(4a) Calefacciones circuladas hacia afuera

(5) Material celular

(6) Bastidor de sujecion

(7) Capas cubrientes

(9a) Sala de maquinas bajo sobrepresion

(9b) Sala de maquinas bajo presion negativa (vacfo)

Ejemplos de realizacion

A continuacion se muestran descripciones generales para algunas formas especiales de realizacion de la invencion. En este caso, estas contienen tambien ejemplos. Se pudieron llevar a cabo con exito ensayos correspondientes.

Ejemplo 1: fabricacion de materiales sinteticos reforzados con fibras con nucleo de material celular (componentes compuestos)

El procedimiento se lleva a cabo en una maquina de conformacion Twin-Sheet, como por ejemplo el modelo T8 de la firma Geiss AG. La maquina estaba equipada en este caso en la siguiente configuracion:

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Campos de calefaccion con emisores flash (NIR; 0,78-1,40 pm)

Ventana de espacio de trabajo regulable

Calefacion superior regulable en altura

Fuerza de prensado 30 to (min.), accionamiento motor

Herramienta de conformacion calentable y refrigerable

Para la ilustracion de esta forma de realizacion remttase a la fig. 1.

Los parametros de procedimiento a seleccionar se ajustan en general al diseno de la instalacion empleada en el caso particular. Estos se deben determinar mediante ensayos previos. De este modo, la temperatura de gma Tf se ajusta a la Tg(S) de la matriz celular de PMI, al ajuste en altura de la calefaccion superior Tg(S) < Tf (temperatura de la calefaccion superior). En este caso es valido que la temperatura de la calefaccion superior se debe ajustar mas elevada cuanto mayor sea la distancia a la matriz de espuma. Segun grado de conformacion (Ug) de las zonas de componente parciales, tambien se puede variar la intensidad de campo del emisor (I). En la proximidad del borde al bastidor de sujecion, la intensidad de campo del emisor I se selecciona proxima a un 100 %, para garantizar una afluencia continuada del material, y obtener simultaneamente la sujecion del material.

Apoyo de las capas cubrientes (ensamblado de capas): el nucleo celular puede estar provisto de diversos materiales cubrientes por un lado o por ambos lados. Se pueden emplear, por ejemplo, tejidos/esteras drapeables, combinaciones de materiales fabricadas por los mas diversos tipos de fibras o mezclas de fibras (las denominadas organochapas), que estan equipadas de fases termoplasticos, o capas cubrientes termoplasticas, como PC, PMMA, PVC, u otros materiales sinteticos moldeables como termoplasticos, que se pueden unir a la superficie de espuma. Esto se puede efectuar opcionalmente bajo empleo de una pelfcula o vellon de adhesivo termoplastico como agente adhesivo. En el ejemplo concreto se empleo superior e inferiormente una capa de organochapa de 800 pm de grosor, de la firma Bond Laminates (Tepex ® Dynalite 102-RG600). En otro ejemplo se empleo lamina de policarbonato Lexan en el grosor 1500 pm por ambos lados.

Puesta en practica: como nucleo celular se empleo una espuma de PMI de tipo ROHACELL® S de la firma Evonik Industries Ag con una densidad de 51 kg/m3, y un grosor de material de 15 mm. El bastidor de sujecion debfa estar reflejado preferentemente en el lado interno con banda adhesiva de Al o chapas de acero refinado de brillo elevado. El tamano de formato de las capas cubrientes se ajusta a la dimension de ventana ajustada, y esta dimensionado de tal manera que las capas cubrientes solapan la ventana en anchura y longitud en aproximadamente 5 cm, y pueden estar contenidas en el bastidor de sujecion. El nucleo celular con las capas cubrientes a conformar se posiciona por encima de la ventaja de trabajo, y el bastidor de sujecion se baja para la fijacion.

Durante el calentamiento a la temperatura de conformacion de la espuma de PMI, de 210°C, se puede observar la ondulacion incipiente de las capas cubrientes. Con el comienzo de la plastificacion progresiva se aplican impulsos de aire comprimido aislados en la sala de maquinas para evitar un combado sobre la calefaccion inferior. Dependiendo de los requisitos de las capas cubrientes, despues de aproximadamente 3 a 4 minutos se pueden modificar la temperatura de gma y la intensidad del calefactor de tal manera que los materiales cubrientes se deforman plasticamente de manera drapeable. Ahora se aumenta brevemente la temeperatura de gma en aproximadamente 5°C mas, para conferir al material un calor residual mayor.

Una vez concluida la fase de calentamiento, el campo de calefaccion inferior, asf como el superior, se extraen de la zona de desplazamiento de las mitades de la herramienta, y el movimiento de cierre de la herramienta temperada se lleva a cabo lo mas rapidamente posible con una temperatura entre 120°C y 150°C. La conformacion y el drapeado de las capas cubrientes a lo largo de la geometna de la herramienta se efectuan de este modo en un paso de trabajo. Tras el enfriamiento de la herramienta a menos de 80°C se puede extraer finalmente el componente. Tras un nuevo calentamiento de la herramienta se puede comenzar con la fabricacion del siguiente componente compuesto.

Ejemplo 2: fabricacion de materiales celulares con compresion local (estructuras integrales)

El procedimiento se lleva a cabo, a modo de ejemplo, en la misma maquina de conformacion Twin-Sheet modelo T8 de la firma Geiss AG descrita en el ejemplo 1. Tambien en este caso, los parametros de procedimiento a seleccionar se ajustan en general al diseno de la instalacion empleada en el caso particular. Lo mismo es valido para la

5

10

15

20

25

30

35

40

45

temperature de grna Tf, como se describe en el ejemplo 1. Para la ilustracion de esta forma de realizacion remftase a la fig. 2.

Puesta en practica: en el presente ejemplo se empleo espuma de PMI de tipo ROHACELL® IG de la firma Evonik Industries Ag con una densidad de 110 kg/m3. El espesor del material de partida ascendfa a 60 mm. La compresion parcial se consiguio mediante conos realizados superiormente en la herramienta, que compriirnan el material en diametro aproximadamente 25 mm parcialmente a 34 mm de grosor. Tambien en otras zonas del componente, la geometna del lado de la herramienta se represento con radios estrechos y grados de compresion considerables en un tiempo de ciclo de aproximadamente 6 minutos.

A tal efecto, el bastidor de sujecion debfa estar reflejado preferentemente en el lado interno con banda adhesiva de Al o chapas de acero refinado de brillo elevado. El tamano de formato de la espuma se ajusta a la dimension de ventana ajustada, y esta dimensionado de tal manera que el formato celular solapa la ventana en anchura y longitud en aproximadamente 5 cm, y puede estar cubierto, por consiguiente, por el bastidor de sujecion. El formato celular a moldear se posiciona encima de la ventaja de trabajo, y el bastidor de sujecion se baja para la fijacion.

La intensidad de calefaccion se puede ajustar correspondientemente al grado de compresion parcial, por ejemplo en zonas en las que se deben introducir piezas moldeadas, como por ejemplo elementos de insercion. En este ejemplo concreto, en primer lugar se efectuo un calentamiento con los emisores flash (NIR; 0,78-1,40 pm) a una temperatura de 190°C. Con el comienzo de la plastificacion progresiva, en el caso de grosores de espuma < 15 mm se aplican impulsos de aire comprimido aislados en la sala de maquinas para evitar un combado sobre la calefaccion inferior. Tras la fase de calefaccion se aumenta brevemente la temperatura de grna aproximadamente en 5-10°C mas, para conferir al material un calor residual mayor.

Para la conformacion, una vez concluida la fase de calentamiento, el campo de calefaccion inferior, asf como el superior, se extraen de la zona de desplazamiento de las mitades de la herramienta, y el movimiento de cierre de la herramienta temperada se lleva a cabo lo mas rapidamente posible con una temperatura entre 120°C y 150°C. La conformacion y la compresion simultanea de zonas de componente aisladas se efectuan de este modo en un paso de trabajo. En este caso, en el mismo paso de trabajo se puede efectuar simultaneamente la introduccion de elementos de insercion.

Tras el enfriamiento de la herramienta a una temperatura de menos de 80°C se puede extraer el componente. Tras una nueva calefaccion de la herramienta se puede comenzar con la fabricacion del siguiente componente FKV.

Ejemplo 3: moldeo de cuerpos huecos

El procedimiento se lleva a cabo, a modo de ejemplo, en la misma maquina de conformacion Twin-Sheet modelo T8 de la firma Geiss AG descrita en el ejemplo 1. Tambien en este caso, los parametros de procedimiento a seleccionar se ajustan en general al diseno de la instalacion empleada en el caso particular. Lo mismo es valido para la temperatura de grna Tf, como se describe en el ejemplo 1. Para la ilustracion de esta forma de realizacion remftase a la fig. 3.

Puesta en practica: en el presente ejemplo se empleo espuma de PMI de tipo ROHACELL® IG de la firma Evonik Industries AG con una densidad de 110 kg/m3. El espesor del material de partida de ambos formatos celulares ascendfa a 15 mm respectivamente.

A tal efecto, el bastidor de sujecion debfa estar reflejado preferentemente en el lado interno con banda adhesiva de Al o chapas de acero refinado de brillo elevado. El tamano de formato de la espuma se ajusta a la dimension de ventana ajustada, y esta dimensionado de tal manera que el formato celular solapa la ventana en anchura y longitud en aproximadamente 5 cm, y puede estar cubierto, por consiguiente, por el bastidor de sujecion. Se insertan dos formatos celulares en el bastidor Twin-Sheet de la maquina. Los formatos celulares a unir para dar un cuerpo hueco se posicionan por encima de la ventana de trabajo, y el bastidor de sujecion se baja para la fijacion.

La intensidad de calefaccion se puede ajustar correspondientemente al grado de moldeo. En este ejemplo concreto, en primer lugar se efectuo un calentamiento con los emisores flash (NIR; 0,78-1,40 pm) a una temperatura de 195°C. Con el comienzo de la plastificacion progresiva, en el caso de grosores de espuma < 15 mm se aplican impulsos de aire comprimido aislados en la sala de maquinas para evitar un combado sobre la calefaccion inferior. Tras la fase de calefaccion se aumenta brevemente la temperatura de grna aproximadamente en 5-10°C mas, para conferir al material un calor residual mayor.

5

10

15

20

25

30

35

40

Para la conformacion, una vez concluida la fase de calentamiento, el campo de calefaccion inferior, as^ como el superior, se extraen de la zona de desplazamiento de las mitades de la herramienta, y el movimiento de cierre de la herramienta temperada se lleva a cabo lo mas rapidamente posible con una temperature entre 120°C y 150°C. La conformacion se efectua mediante succion de las placas de espuma plastica en la pared interna de la herramienta superior e inferior. Mediante medidas constructivas en la geometna de la herramienta se garantiza simultaneamente que se efectue una soldadura circundante de los formatos de espuma. En este caso, el cuerpo hueco representaba la geometna de la herramienta conforme al contorno, y estaba soldado a los bordes circundantes de modo que no se produda una lmea de soldadura, sino una estructura celular homogenea.

Ejemplo 4: moldeo en vado de cuerpos huecos

El procedimiento se lleva a cabo, a modo de ejemplo, en la misma maquina de conformacion Twin-Sheet modelo T8 de la firma Geiss AG descrita en el ejemplo 1. Tambien en este caso, los parametros de procedimiento a seleccionar se ajustan en general al diseno de la instalacion empleada en el caso particular. Lo mismo es valido para la temperatura de grna Tf, como se describe en el ejemplo 1. Para la ilustracion de esta forma de realizacion remftase a la fig. 4.

Puesta en practica: en el presente ejemplo se empleo espuma de PMI de tipo ROHACELL® IG de la firma Evonik Industries AG con una densidad de 71 kg/m3 El espesor del material de partida de ambos formatos celulares ascendfa a 5,6 mm. En esta forma de realizacion de la invencion se emplean preferentemente formatos celulares de hasta 10 mm de grosor.

La intensidad de calefaccion se puede ajustar correspondientemente al grado de moldeo. En este ejemplo concreto, en primer lugar se efectuo un calentamiento con los emisores flash (NIR; 0,78-1,40 pm) a una temperatura de 210°C. Con el comienzo de la plastificacion progresiva se aplican impulsos de aire comprimido aislados en la sala de maquinas, y por consiguiente se genera una burbuja de espuma.

Para la conformacion, una vez concluida la fase de calentamiento, solo el campo de calefaccion inferior se extrae de la zona de desplazamiento de las mitades de la herramienta, y la herramienta de conformacion se conduce bajo la burbuja de espuma desde abajo. Despues se posiciona la herramienta bajo la burbuja. La sala de maquinas se evacua lo mas rapidamente posible. De este modo, la espuma se estira sobre el contorno de la herramienta a traves de la columna de aire de carga. Durante el desarrollo de la conformacion total, la calefaccion superior permanece en su posicion de trabajo para evitar un enfriamiento de la espuma. Tras el enfriamiento de la herramienta a < 80 °C, se puede extraer el componente, y tras calentamiento reiterado de la herramienta se puede comenzar con la fabricacion del siguiente componente.

La geometna generada de este modo, con una flecha de aproximadamente 260 mm, representa, a modo de ejemplo, el segmento de frente de un radom de helicoptero.

Claims

5

10

15

20

25

30

REIVINDICACIONES

1. - Procedimiento para la conformacion de materiales celulares, caracterizado por que, en el caso del material celular, se trata de PMI, y por que el procedimiento comprende los siguientes pasos de proceso:

a) estructura de capas de compuesto opcional con materiales cubrientes y nucleo celular intermedio,

b) calentamiento del material celular mediante radiacion con radiacion proxima a infrarrojo (radiacion NIR) con una longitud de onda entre 0,78 y 1,40 pm,

c) conformacion con una herramienta de conformacion,

d) enfriamiento y extraccion de la pieza de trabajo acabada.
2. - Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el calentamiento y la conformacion se efectuan en dos herramientas separadas, y en este caso el procedimiento presenta los siguientes pasos de proceso:

a) estructura de capas de compuesto opcional con materiales cubrientes y nucleo celular intermedio,

b1) insercion en la zona de accion de campos de calefaccion del lado de la maquina,

b2) calentamiento del material celular mediante radiacion con radiacion proxima a infrarrojo (radiacion NIR) con una longitud de onda entre 0,78 y 1,40 pm,

c1) transferencia del material celular a una herramienta de conformacion,

c2) conformacion con la herramienta y,

d) enfriamiento y extraccion de la pieza de trabajo acabada.
3. - Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el calentamiento y la conformacion se efectuan en una herramienta, y en este caso el procedimiento presenta los siguientes pasos de procedimiento:

a) estructura de capas de compuesto opcional con materiales cubrientes y nucleo celular intermedio,

b1) insercion en una herramienta de moldeo que esta equipada con un campo de calefaccion extrafble,

b2) calentamiento del material celular mediante radiacion con radiacion proxima a infrarrojo (radiacion NIR) con una longitud de onda entre 0,78 y 1,40 pm,

c1) eliminacion de la calefaccion de la zona de procedimiento de la herramienta de conformacion,

c2) conformacion con la herramienta y,

d) enfriamiento y extraccion de la pieza de trabajo acabada.
4. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que, en el caso del paso de proceso c2), se trata de un procedimiento de conformacion bajo vado.
5. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que, con el paso de proceso c2), se obtiene una compresion del material celular.
6. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que se disponen al menos dos piezas de material celular separadas, y por que se moldea un cuerpo hueco a partir de las mismas en el paso de proceso c2d).
7. - Procedimiento segun la reivindicacion 4, caracterizado por que se efectua un moldeo previo por medio de aire comprimido directamente antes o directamente despues del paso de proceso c).
8. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 4 o 7, caracterizado por que se lleva a cabo el paso de proceso a), y se emplea un material sintetico reforzado con fibras como material cubriente.

5 9.- Procedimiento segun la reivindicacion 8, caracterizado por que, en el caso del material sintetico, se trata de PP,

PE, PC, PVC, una resina epoxfdica, una resina de isocianato, una resina de acrilato, un poliester o una poliamida, y por que, en el caso del material fibroso, se trata de fibras de carbono, vidrio, polfmero o aramida.