ES2633442T3

ES2633442T3 - Proceso paa la fabricación de artículos poliméricos

Info

Publication number: ES2633442T3
Application number: ES04734286.0T
Authority: ES
Inventors: Ian Macmillan Ward; Peter John Hine; Keith Norris
Original assignee: Propex Operating Co LLC
Current assignee: Propex Operating Co LLC
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2017-09-21
Anticipated expiration: 2024-05-21
Also published as: US20210008850A1; SI3184275T1; CY1123416T1; ES2805783T3; EP3184275A1; US20160303835A1; US20180126708A1; CA2526504C; JP5138222B2; US20060186578A1; CN1826213B; WO2004103673A3; WO2004103673A2; JP2007528304A; US8871333B2; EP1631431A2; US8052913B2; US9403341B2; DK3184275T3; EP3689572A1

Abstract

Un proceso para la producción de un artículo polimérico, comprendiendo el proceso las etapas de: (a) formar una capa que tiene capas sucesivas, en concreto, (i) una primera capa compuesta de hilos de un material polimérico orientado; (ii) una segunda capa de un material polimérico; (iii) una tercera capa formada por hilos de un material polimérico orientado, en el que la segunda capa tiene una temperatura máxima de fusión inferior a la de la primera y tercera capas; (b) someter la capa a condiciones de tiempo, temperatura y presión suficientes para fundir una proporción de la primera capa, para fundir la segunda capa, y para fundir una proporción de la tercera capa; y para compactar la capa; y (c) enfriar la capa compactada; caracterizado por que del 10 al 30 % en volumen de la primera y tercera capas se funden y la segunda capa se funde por completo, en el que la primera, segunda y tercera capas son del mismo tipo de material polimérico y la segunda capa tiene una orientación inferior que la de la primera y tercera capas.

Description

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DESCRIPCION

Proceso para la fabricacion de artlcuios polimericos

La presente invencion se refiere a artlcuios polimericos fabricados de hilos polimericos orientados y, en particular a un proceso mejorado para la fabricacion de dichos artlculos.

En los ultimos anos, se han realizado desarrollos en los procesos para la compactacion de hilos polimericos con el fin de fabricar laminas de alta rigidez y resistencia. Un ejemplo se describe en el documento GB 2253420A, en el que un conjunto de hilos de un pollmero orientado se compacta en caliente en un proceso de dos etapas para formar una lamina que tiene buenas propiedades mecanicas. El proceso implica un paso inicial en el cual los hilos se llevan a la temperatura de compactacion y se mantienen a la misma, mientras estan sujetos a una presion suficiente para mantener los hilos en contacto, y a continuacion se compactan a alta presion (40-50 MPa) durante unos segundos (presion de compactacion). En este proceso, una proporcion de las superficies de los hilos se funde y posteriormente se recristaliza al enfriar. Esta fase recristalizada une los hilos entre si, dando como resultado buenas propiedades mecanicas de la lamina final. En el documento GB 2253420A se menciona que el proceso puede aplicarse a muchos tipos de pollmero orientado incluyendo poliester y PEEK (polieter eter cetona) pero que los pollmeros preferidos son poliolefinas orientadas.

Un inconveniente del proceso descrito en el documento GB 2253420A es que el intervalo de temperatura en el cual se produce la fusion es muy estrecho. En consecuencia, es diflcil conseguir el grado de fusion parcial deseado de las regiones externas de los hilos. La fusion inadecuada de los hilos resulta en malas propiedades mecanicas. La fusion excesiva de los hilos resulta en perdida de orientacion y disminucion de las propiedades mecanicas. Se requiere un control preciso del proceso si el artlculo no se ha de "sub-fundir" o "sobre-fundir".

En el documento WO 98/15397, se desvela un proceso relacionado en el que un conjunto de hilos de poliolefina formados por fusion se mantiene en contacto Intimo a una temperatura elevada suficiente para fundir una proporcion de los hilos, mientras que se somete a una presion de compactacion no superior a 10 MPa. Si se desea, los hilos pueden haber sido sometidos a un proceso de reticulacion previo, preferentemente un proceso de reticulacion por irradiacion que comprende irradiar los hilos con una radiacion ionizante en un entorno inerte que contiene compuestos de alquino o dieno y a continuacion realizar una etapa de hibridacion que comprende hibridar el pollmero irradiado a una temperatura elevada, en un entorno inerte que contiene compuestos de alquino o dieno. Se dice que la reticulacion previa puede hacer que la temperatura de compactacion sea menos crltica, y mejorar las propiedades mecanicas, en particular la resistencia a la ruptura a temperatura elevada.

No hay ningun trabajo publicado sobre el uso de artlculos en los que se intercala una pellcula de polietileno entre las capas de fibra de polietileno, y la capa sometida a compactacion en caliente.

Marais et al., en Composites Science and Technology, 45, 1992, pp. 247-255, describen un proceso en el que la compactacion tiene lugar a una temperatura superior al punto de fusion de la pellcula pero por debajo del punto de fusion de las capas de fibra. Los artlculos resultantes tienen propiedades mecanicas modestas.

Ogawa et al., En Journal of Applied Polymer Science, 68, 1998, pp. 1431-1439, describen artlculos fabricados de capas de fibras de polietileno de peso molecular ultra alto (pf 145-152 °C) y pellculas de polietileno de baja densidad (pf 118 °C). Se dice que la temperatura de moldeo esta entre los puntos de fusion de la fibra y la capa intermedia (matriz). La fraccion volumetrica de las fibras se indica que es de 0,69 o 0,74. Sin embargo, se dice que los artlculos tienen propiedades sorprendentemente pobres, posiblemente debido a una adhesion debil entre las fibras y la matriz (pellcula fundida). Se fabrico otro artlculo con fibras de polietileno solas, y las condiciones del proceso indujeron una fusion parcial, con propiedades mas pobres.

La patente US 4.384.016 proporciona laminados orientados multiaxialmente que constan de laminas de pollmeros de cristal llquido orientadas sustancialmente de forma uniaxial y un metodo de produccion de la misma que presentan propiedades mecanicas deseables y buena resistencia termica y qulmica. Las laminas que comprenden el laminado se unen juntas termicamente y se orientan en angulo entre si para proporcionar el laminado orientado multiaxialmente. Las propiedades mecanicas del laminado se pueden adaptar para aplicaciones especlficas ajustando el numero, el espesor y el angulo de orientacion de cada lamina.

La patente US 2002/0016121 proporciona un proceso para producir un componente con un tejido interior que incluye estratificados de al menos dos capas de un tejido sobre el otro. Una capa de plastico en forma de polvo o en forma de lamina se introduce entre pares respectivos de capas vecinas de tejido. El plastico tiene un punto de fusion que corresponde como maximo al punto de fusion y/o a la temperatura de descomposicion de las capas de tejido. Las capas de tejido y la capa de plastico se calientan y se prensan a una presion superior a la presion atmosferica, durante la cual la capa de plastico se funde al menos parcialmente. Despues de alcanzar la forma final deseada, el plastico parcialmente fundido se enfrla, uniendo as! las capas de tejido entre si. El plastico enfriado esta dispuesto entre las capas de tejido y, en particular, al menos parcialmente entre las fibras de las capas de tejido.

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El documento EP 0354285 proporciona la preparacion de laminas muy orientadas uniaxialmente por prensado en caliente de una urdimbre de filamentos de polimeros de cristal Kquido y opcionalmente su fortalecimiento termico.

El documento WO 02/090082 proporciona un proceso para la produccion de un articulo de una tela tejida de fibras o cintas fundidas hiladas y estiradas de homopolimero o copolimero de polipropileno orientado, que comprende someter la tela tejida de fibras o cintas fundidas hiladas y estiradas a temperatura elevada y a una presion suficiente para fundir una proporcion del polimero, caracterizado por que la relacion de estiramiento de dichas fibras o cintas hiladas y estiradas fundidas de 10" es de al menos 7:1.

La patente US 6.017.834 proporciona monolitos polimericos que tienen una alta rigidez y resistencia, que se pueden producir mediante el calentamiento de un conjunto de fibras de polimero bajo una presion de contacto a una temperatura a la que se funde selectivamente una proporcion de la fibra y a continuacion la compresion del conjunto. Preferentemente se funde al menos el 5 % del polimero de manera que durante la compresion los materiales fundidos rellenen los huecos dentro del conjunto. Se prefiere el uso de fibras de poliolefina, especialmente fibras de polietileno hiladas en estado fundido. Los productos son utiles, por ejemplo, como soportes ortodoncicos, protesis oseas y en armaduras corporales.

Hay una necesidad de un medio simple y practico que pueda reducir la criticidad de la temperatura de compactacion, en un proceso de compactacion en caliente. Ademas, existe una necesidad continua de mejorar las propiedades mecanicas en los articulos resultantes. El objetivo de la invencion se consigue mediante el proceso de acuerdo con la reivindicacion 1 y el articulo de acuerdo con la reivindicacion 1. Las realizaciones preferidas se definen en las reivindicaciones subordinadas.

Por consiguiente, en un primer aspecto de la presente invencion, se proporciona un proceso de acuerdo con la reivindicacion 1 para la produccion de un articulo polimerico, el proceso que comprende las etapas de:

(a) formar una capa que tiene capas sucesivas, en concreto

(i) una primera capa formada por hilos de un material polimerico orientado;

(ii) una segunda capa de un material polimerico;

(iii) una tercera capa fabricada de hilos de un material polimerico orientado, en la que la segunda capa tiene una temperatura maxima de fusion mas baja que la de la primera y tercera capas;

(b) someter la capa a condiciones de tiempo, temperatura y presion suficientes para fundir una proporcion de la primera capa, fundir completamente la segunda capa y fundir una proporcion de la tercera capa; y para compactar la capa; y

(c) enfriar la capa compactada caracterizado por que del 10 al 30 % en volumen de la primera y tercera capas se funden y la segunda capa se funde completamente, en la que la primera, segunda y tercera capas son del mismo tipo de material polimerico y la segunda capa tiene una orientacion inferior a la de la primera y tercera capas.

"Enfriar" en el primer y segundo aspectos pueden incluir el permitir que la capa compactada se enfrie de forma natural; enfriamiento por traccion forzada; enfriamiento profundo; cualquier otro tipo de enfriamiento acelerado; y enfriamiento retardado.

El termino "hilos" se usa en el presente documento para denotar todos los elementos alargados orientados de material polimerico utiles en esta invencion. Pueden estar en forma de fibras o filamentos. Pueden estar en forma de bandas, lazos o cintas, formadas, por ejemplo, cortando peliculas formadas por fusion, o por extrusion. Sea cual sea su forma, los hilos pueden colocarse en una banda no tejida para el proceso de la invencion. Como alternativa, se pueden formar en hilos que comprenden multiples filamentos o fibras, o se pueden usar en forma de un hilo monofilamento. Los hilos se forman generalmente en un tejido por tejedura o tricotado. Opcionalmente, los hilos se pueden haber sometido a un proceso de reticulacion, como se describe en el documento WO 98/15397. Los tejidos preferentemente estan constituidos por cintas, hilos de fibras o hilos de filamentos, o pueden comprender una mezcla de hilos o cintas de fibras o de filamentos. Los mas preferidos para su uso en dichas primera y tercera capas son tejidos que se tejen a partir de cintas planas, ya que se cree que esta geometria da lugar al mejor traslado de propiedades de la fase orientada a las propiedades de la lamina compactada final.

Los hilos se pueden fabricar por cualquier proceso adecuado, por ejemplo formacion en solucion o en gel o en masa fundida, preferentemente mediante la formacion en masa fundida. Especialmente al menos el 10 % de la primera capa se funde en volumen de la primera capa.

No mas del 30 % de la primera capa se funde, mas preferentemente no mas del 25 %. Son muy preferidas realizaciones en las que no mas del 20 % de la primera capa se funde, y especialmente no mas del 15 % en volumen de la primera capa. Especialmente al menos el 10 % de la tercera capa se funde en volumen de la tercera capa.

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No mas del 30 % de la tercera capa se funde, mas preferentemente no mas del 25 %. Son muy preferidas realizaciones en las que no mas del 20 % de la tercera capa se funde, y especialmente no mas del 15 % (vol/vol de la tercera capa).

Preferentemente no mas del 35 % de la capa se funde, preferentemente no mas del 25 %, mas preferentemente no mas del 20 %, y mas preferentemente no mas de 15 % en volumen de la capa total.

Preferentemente, la capa comprende una pluralidad de capas del tipo definido anteriormente como segunda capa, por ejemplo de 2 a 40, preferentemente de 4 a 30, cada una de dichas capas que se intercala entre las capas del tipo definido anteriormente como la primera y tercera capas.

En ciertas realizaciones de la invention, los hilos de un material polimerico orientado de la primera y tercera capas pueden comprender -preferentemente pueden consistir en- polietileno, polipropileno, polioximetileno o poliester, incluidos en forma de homopollmero, copollmero o terpollmero. En ciertas realizaciones pueden emplearse mezclas de pollmeros y pollmeros rellenos. En realizaciones especialmente preferidas, los hilos son de un material homopolimerico, lo mas preferentemente un homopollmero de polipropileno o polietileno.

En ciertas realizaciones de la invencion, la o cada segunda capa puede comprender -preferentemente puede consistir en- polietileno, polipropileno, polioximetileno o poliester, incluidos en forma de homopollmero, copollmero o terpollmero. En ciertas realizaciones pueden emplearse mezclas de pollmeros y pollmeros rellenos. En realizaciones especialmente preferidas, la o cada segunda capa es de un material homopolimerico, mas preferentemente un homopollmero de polipropileno o polietileno.

La primera y tercera capas son del mismo tipo de material polimerico (por ejemplo, ambas de polipropileno). La segunda capa es del mismo tipo de material polimerico. Lo mas preferentemente, la o cada segunda capa es de la misma composition y grado qulmicos, excepto por el hecho de que preferentemente es de menor orientation (y por consiguiente funde a una temperatura mas baja que la primera y tercera capas).

La temperatura minima a la que se deben compactar las fibras preferentemente es aquella a la que el borde frontal de la endotermia, medida por calorimetria diferencial de barrido (DSC), de las fibras de polimero restringidas extrapoladas a cero corta el eje de temperatura. Preferentemente, la temperatura a la que se compactan las fibras no es mayor que la temperatura maxima de fusion restringida a la presion de compactacion ambiente -es decir, la temperatura a la que la endotermia alcanza su punto mas alto.

La o cada segunda capa se podria formar in situ en la primera o tercera capas, por ejemplo mediante la administration del material polimerico de la o cada segunda capa a la respectiva primera o tercera capas en forma de particulas, por ejemplo mediante pulverization.

Como alternativa, y preferentemente, la o cada segunda capa se pre-forma, y se deposita sobre la primera o tercera capas. La o cada segunda capa se podria preformar a partir de hilos del material polimerico. Los hilos se podrian depositar en una banda no tejida. Se pueden formar en hilos que comprenden multiples filamentos o fibras, o se pueden utilizar en forma de hilo monofilamento. Los hilos, por ejemplo hilos de filamentos, hilos o cintas de fibras, se podrian conformar en un tejido por tejedura tejiendo o tricotado. Sin embargo, lo mas preferentemente, la o cada segunda capa comprende -preferentemente consiste en- una pelicula. La pelicula normalmente puede tener una orientacion uniaxial o biaxial resultante de su formation, pero tal que el grado de orientacion normalmente sera mucho menor que el de los hilos que constituyen la primera y tercera capas. La o cada segunda capa puede estar constituida por una pluralidad de peliculas, por ejemplo 2-5, pero preferentemente esta constituida por una unica pelicula.

Preferentemente, la o cada segunda capa (independientemente de como este constituida) tiene un espesor no superior a 100 pm, mas preferentemente no superior a 40 pm, y lo mas preferentemente no superior a 20 pm (con referencia a su espesor cuando esta bajo compresion en la capa, a una temperatura por debajo de su temperatura de fusion).

Preferentemente, la o cada segunda capa (independientemente de como este constituida) tiene un espesor de al menos 5 pm, mas preferentemente de al menos 10 pm (con referencia a su espesor cuando esta bajo compresion en la capa, pero por debajo de su temperatura de fusion).

Preferentemente, el espesor de cada una de la primera y tercera capas supera al de la o cada segunda capa. Preferentemente, el espesor de cada una es al menos 5 veces el de la o cada segunda capa.

Preferentemente, el espesor de cada una de la primera y tercera capas es superior a 50 pm, y mas preferentemente es superior a 100 pm.

Preferentemente, el espesor de cada una de la primera y tercera capas no es superior a 1 pm, y preferentemente no es superior a 400 pm.

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Preferentemente, la o cada segunda capa tiene una temperatura maxima de fusion al menos 5 °C inferior a la temperatura maxima de fusion de la primera y tercera capas, mas preferentemente al menos 10 °C inferior, mas preferentemente al menos 20 °C inferior.

Se prefiere que el proceso de compactacion en caliente de la invencion utilice una presion de compactacion no superior a 10 MPa. Tambien se prefiere que se use una sola presion a lo largo del proceso de compactacion en caliente. Las presiones mas preferidas estan entre 1 y 7 MPa, particularmente entre 2 y 5 MPa. Se prefiere que la presion de compactacion en caliente se mantenga durante el enfriamiento.

Preferentemente, los materiales polimericos no han sido sometidos a un proceso de reticulacion antes de su compactacion, por ejemplo del tipo descrito en el documento WO 98/15397. Se ha comprobado que la presente invencion proporciona beneficios en terminos de la "ventana de temperatura" sin necesidad de reticulacion.

Preferentemente, los materiales polimericos no han sido sometidos a un tratamiento de descarga corona antes de la compactacion. Mas preferentemente, los materiales polimericos no han sido sometidos a tratamiento superficial antes de la compactacion.

La compactacion de los materiales polimericos puede llevarse a cabo en un autoclave, o en una prensa de doble cinta u otro aparato en el que el ensamblaje se introduce a traves de una zona de compactacion en la que se somete a la temperatura y presion elevadas requeridas. Por lo tanto, el proceso se puede operar como un proceso continuo o semicontinuo. El enfriamiento preferentemente se efectua mientras la banda compactada esta restringida contra el cambio dimensional, por ejemplo manteniendose bajo tension, que puede aplicarse uniaxial o biaxialmente, o estando todavla bajo una presion de compactacion. La restriccion puede ayudar al mantenimiento de buenas propiedades en la fase orientada.

El artlculo puede ser considerado como un material compuesto de pollmero constituido por una capa intermedia o fase de union producida durante el proceso, derivado de la fusion completa de la segunda capa y la fusion parcial de la primera y tercera capas, y una fase orientada, siendo la proportion no fundida principal de las fibras de la primera y tercera capas.

Por medio de la presente invencion los artlculos se pueden fabricar con ciertas propiedades mecanicas superiores a las que se obtendrlan utilizando un proceso convencional que no emplea una segunda capa fundida. En particular, la resistencia al desprendimiento y la resistencia a la ruptura se pueden mejorar significativamente, manteniendo el modulo de traction a un buen nivel.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invencion, se proporciona un artlculo de acuerdo con la revindication 11 fabricado mediante un proceso del primer aspecto.

Los artlculos fabricados mediante el proceso de la presente invencion son adecuados para conformarlos en forma, por un proceso realizado despues de la compactacion (post-formado).

De acuerdo con un tercer aspecto, se proporciona un proceso para formar un artlculo conformado por la aplicacion de calor y una fuerza de conformation a un artlculo del tercer aspecto de la presente invencion. Convenientemente, el artlculo del tercer aspecto puede ser una lamina plana y el artlculo conformado, por ejemplo, puede ser pandeado, curvado, abovedado o no plano de otro modo.

De acuerdo con un cuarto aspecto, se proporciona un artlculo conformado en una forma por un proceso del tercer aspecto.

La invencion se ejemplifica adicionalmente, con referencia a los siguientes ejemplos, establecidos en series.

En estos ejemplos se utilizaron los metodos de ensayo convencionales.

El modulo de traccion y la resistencia a la traccion se determinaron siguiendo los protocolos de la norma ASTM D638. La resistencia a la flexion se determino siguiendo los protocolos de la norma ASTM D790.

La resistencia al desprendimiento se determino por los protocolos del ensayo T-Peel, ASTM D1876. Las muestras para ensayos tenlan 10 mm de ancho y 100 mm de largo y se analizaron usando una velocidad de la cruceta de 100 mm/min. El ensayo se llevo a cabo paralelo a la direction de la urdimbre.

En todos los casos se analizaron tres muestras y los resultados se promediaron.

El porcentaje de material fundido se determino por calorimetrla diferencial de barrido (DSC) realizada a una velocidad de calentamiento de 10 °C/min.

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Se tejieron capas de tejido, en un tejido liso, de CERTRAN, un multifilamento hilado de 250 denier de los filamentos hilados por fusion de polietileno homopolimerico orientado disponibles en Hoechst Celanese, y se caracterizaron como sigue:

Peso molecular: Resistencia a la rotura Secante inicial a la traccion Modulo al 2 %

(Mw): (Mn) (GPa) (GPa) (GPa)

130.000: 12.000 1,3 58 43

Las muestras, utilizando dos capas de tela tejida, se procesaron en una prensa caliente utilizando un proceso a presion de dos etapas. Se aplico una presion inicial de 0,7 MPa (100 psi) mientras el conjunto alcanzaba la temperatura de compactacion. Despues de un tiempo de permanencia de 2 minutos a esta temperatura, se aplico una presion mayor de 2,8 MPa (400 psi) durante 1 minuto, momento en el que el conjunto se enfrio a una velocidad de aproximadamente 20 °C por minuto a 100 °C. Las muestras se prepararon bajo tres condiciones. En primer lugar, la compactacion normal a una temperatura de 138 °C. En segundo lugar, se dispuso una capa de la pellcula de LDPE entre las dos capas de tela tejida y a continuacion se proceso a 126 °C (por encima del punto de fusion de la pellcula pero por debajo del punto de fusion de las fibras orientadas). Finalmente se preparo una muestra intercalando una capa de la pellcula de LDPE entre las dos capas de tela tejida y procesando a una temperatura de 136 °C.

Los resultados de estos ensayos se muestran en la siguiente tabla.

Muestra: Temperatura de compactacion (°C) % de material fundido con fibra Resistencia al desprendimiento (N/10 mm) Modulo de traccion (GPa)

Tecnica de compactacion convencional (comparacion): 138 26 7,2 9,2

Tela tejida de PE + pellcula de LDPE entrelazada (comparacion): 126 0 6,8 3,1

Tela tejida de PE + pellcula de LDPE entrelazada: 136 14 11,2 8,1

Para la tecnica de compactacion convencional sin pellcula, se encontro que una temperatura de compactacion de 138 °C era optima para dar un buen modulo y un nivel de union intercapas razonable (resistencia al desprendimiento). Esta temperatura optima estaba muy proxima al punto en que se produjo la fusion cristalina principal, a 139 °C. Usando una pellcula intercalada, pero procesando a 126 °C, solo lo suficiente para fundir completamente la pellcula intercapa, pero no las superficies de las fibras, se desarrollo una buena union entre capas, pero el modulo era pobre, debido presumiblemente a una union interfibras pobre, tal como sera diflcil que el material fundido penetre en los haces de fibras. Finalmente, la muestra fabricada con la pellcula intermedia pero procesada a 136 °C, donde se produjo la fusion selectiva de las fibras orientadas, muestra la mayor resistencia al desprendimiento y un buen modulo. Ademas, estas propiedades se obtuvieron a una temperatura 2 °C por debajo de la temperatura requerida para la compactacion sin pellcula, ensanchando la ventana de procesamiento, ya que existe un menor riesgo de sobrefusion a una temperatura de 139 °C.

SERIE DE EJEMPLO B

En estos ejemplos, se prepararon artlculos monollticos parcialmente fundidos, usando cinta de polietileno orientado TENSYLON producido por Synthetic Industries, EE.UU., que tienen las siguientes caracterlsticas:

Resistencia a la traccion 1,5 GPa Modulo de traccion 88 GPa

Denier 720

Esto se tejio en un tejido. Para la capa intermedia se obtuvo un polietileno de tipo muy similar, FL5580 de calidad de pellcula de Borealis A/S, Dinamarca, punto de fusion 130 °C. Este se extruyo en una pellcula de aproximadamente 10-15 pm de espesor, usando una extrusora de pellcula convencional y una matriz de pellcula.

Se llevaron a cabo experimentos de compactacion en un intervalo de temperaturas entre el punto de fusion de la pellcula (aproximadamente 130 °C) hasta e incluyendo el intervalo de compactacion normal para este material (148156 °C). La tela tejida era delgada (densidad superficial 83 g/m2) y para obtener una presion uniforme sobre el conjunto durante la compactacion se utilizaron laminas de caucho dentro de las placas de metal normales utilizadas

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para la compactacion, con laminas de aluminio blandas entre las laminas de caucho y la capa compactada. El tiempo de permanencia fue de 5 minutos. El enfriamiento fue a 20 °C/min.

En la primera serie de pruebas, las muestras se compactaron en el intervalo de temperatura de 148-156 °C, con y sin pellcula intercalada. Las Figuras 1, 2 y 3 muestran el modulo de traccion, la resistencia al desprendimiento y la resistencia a la traccion de estas muestras.

Se vera a partir de la Figura 1 que cuando se utiliza una capa intermedia, el modulo de traccion muestra una disminucion monotonica con la temperatura, en oposicion al pico observado con la compactacion normal. Se deduce que la capa intermedia produce mayores niveles de union a bajas temperaturas de compactacion haciendo que las propiedades sean menos sensibles a la cantidad de material fundido producido.

La resistencia al desprendimiento de las muestras de pellcula intercaladas (Figura 2) es superior en todo el intervalo de temperatura, en comparacion a la compactacion normal.

La resistencia a la traccion (Figura 3) fue similar para las dos muestras; se disipo la preocupacion de que esta propiedad podrla verse comprometida por el uso de la capa intermedia.

Se ha desarrollado un Indice de rendimiento (PI) en un intento por discernir la combinacion optima de las propiedades de la lamina compactada. Si consideramos el modulo de traccion E, la resistencia a la traccion a y la resistencia al desprendimiento, Peel, suponiendo que cada propiedad es igualmente importante, se define como sigue:

imagen1

en la que el sublndice T se refiere a una temperatura de compactacion particular y el sublndice max se refiere al valor maximo medido para todas las muestras. Los valores del Indice de rendimiento se muestran a continuacion en la Figura 4. A partir de esto se observa que las muestras de intercapa muestran una combinacion de propiedades menos variable, en particular con mejores propiedades a temperaturas de compactacion mas bajas que las muestras correspondientes sin capa intermedia. Esto confirma la opinion de que se puede usar una temperatura de compactacion mas baja cuando se emplea una capa intermedia, lo que proporciona ventajas de procesamiento.

SERIE DE EJEMPLO C

Los ensayos de este ejemplo emplearon los mismos materiales, equipos y tecnicas que en la Serie de Ejemplo B. Se proporciona una comparacion de las propiedades de laminas compactadas realizadas a tres temperaturas: una muestra compactada normal efectuada a la temperatura optima convencional de 154 °C, una muestra intermedia fabricada a 152 °C y una muestra intermedia de comparacion fabricada a 135 °C, que es suficiente para fundir la capa intermedia, pero no cualquier parte de las cintas TENSYLON. Los resultados se muestran a continuacion.

Configuracion de muestra: Temperatura del conjunto (°C) Resistencia al desprendimiento (N/10 mm) Modulo de traccion (GPa) Resistencia a la traccion (GPa)

Tecnica de compactacion convencional (comparacion): 154 10 ± 2,7 29,6 ± 3,9 535 ± 55

Tela tejida de PE + pellcula de LDPE entrelazada: 152 10,6 ± 1,5 26,8 ± 1,6 483 ± 28

Tela tejida de PE + pellcula de LDPE entrelazada (comparacion): 135 5,9 ± 0,9 14,5 ± 2,7 283 ± 25

La compactacion a una temperatura justo por encima de la temperatura de fusion de la capa intermedia, pero por debajo del intervalo de fusion de las cintas orientadas (135 °C) da modestas propiedades mecanicas. La muestra fabricada a 152 °C con la capa intercalada muestra valores comparables de modulo de traccion, resistencia y resistencia al desprendimiento, en comparacion con la muestra compactada normal fabricada a 154 °C. Por lo tanto, el uso de la pellcula da la posibilidad de bajar la temperatura de compactacion 2 °C, aumentando el ancho de la ventana de procesamiento.

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Se llevaron a cabo ensayos para investigar el impacto del uso de capas intercaladas de pellcula de polipropileno (PP) en combination con las capas normales de cintas de tejido de polipropileno. La pellcula de PP esta vez era del mismo grado de pollmero que se uso para las cintas estiradas y tejidas. El pollmero, grado 100GA02, se obtuvo de BP Chemicals, Grangemouth, UK.

La pellcula tenia las siguientes propiedades:

Mn = 78.100 Mw = 360.000 Densidad = 910 kg/m3

Se extruyo usando un extrusor de un solo tornillo Brabender y un troquel de pellcula convencional ajustado a una temperatura de 260 °C. El tornillo de extrusion y las velocidades de enrollado (8 rpm y 4,6 m/min) se seleccionaron de tal manera que se produjo un espesor de pellcula de aproximadamente 15 pm.

La siguiente etapa en el estudio fue para la fabrication de una gama de muestras, con la pellcula como capa intermedia, y sin (comparacion), para evaluar el impacto de una capa intermedia en las propiedades de la lamina compactada. Los ensayos DSC, llevados a cabo a una velocidad de calentamiento de 10 °C/min, mostraron que el punto de fusion maximo de la pellcula era de 162 °C, mientras que el punto de fusion maximo restringido de las cintas orientadas era de 194 °C. Por lo tanto, las muestras compactadas se prepararon a una temperatura de 175 °C, lo suficientemente alta para fundir completamente la pellcula, pero no lo suficientemente alta para causar algo fusion de la fase orientada.

El material utilizado fue una cinta de tela tejida, formada a partir de una pellcula cortada, relation de estiramiento nominal de 10:1, tejida en un estilo 6060. Se utilizo un unico proceso de presion (4,6 MPa) con un tiempo de permanencia de 5 minutos. Las muestras tambien se compactaron a 180, 187, 189, 191, 193, 195, 197 y 200 °C. La velocidad de enfriamiento fue de 50 °C/min, lograda haciendo pasar agua fria a traves de las placas de calentamiento.

En la primera serie de pruebas, se prepararon muestras de 4 capas para la medicion de la fuerza de union entre capas, usando el ensayo de desprendimiento en 'T'. Los resultados se dan en la Figura 5.

Se observa que a todas las temperaturas de compactacion, la resistencia al desprendimiento es mayor cuando se usa la capa intermedia.

La siguiente etapa fue medir el comportamiento de tension-deformacion de diversos materiales para ver si estas propiedades se habian reducido de alguna manera.

Los resultados se muestran en las Figuras 6 y 7.

Como se muestra en la Figura 6, dentro de la dispersion experimental no se observo ninguna diferencia significativa entre el modulo de traction inicial de los dos grupos de muestras. Se observa que el modulo es relativamente constante entre 191 y 197 °C para ambos conjuntos de muestras. Asi, en esta serie de ensayos, la introduction de una pelicula delgada de material entre las capas tejidas no tiene ningun efecto perjudicial discernible sobre el modulo de la muestra compactada.

Para los resultados de la resistencia a la traccion mostrados en la Figura 7 hubo una diferencia mas clara observada entre los dos conjuntos de muestras. En este caso las muestras preparadas con la pelicula mostraron una mayor resistencia a la traccion que las compactadas normalmente. Esta diferencia es mayor a las temperaturas mas bajas cuando hay poca fusion superficial de las cintas orientadas. Sin embargo, incluso en el intervalo de compactacion "optimo", las muestras de pelicula muestran una resistencia a la traccion ligeramente superior.

La siguiente tabla presenta un resumen de los resultados de los ensayos de resistencia a la traccion y resistencia al desprendimiento (protocolos ASTM como se ha senalado anteriormente), con respecto a la resistencia al desprendimiento, el modulo de traccion, la resistencia a la traccion y la deformation hasta rotura.

En un intento por discernir la combinacion optima de los cuatro parametros mencionados anteriormente, y ayudar a evaluar el impacto de la pellcula intercalada, se obtuvo el siguiente Indice de rendimiento (PI). Asumiendo que cada propiedad analizada es igualmente importante, esto es como sigue

imagen2

en la que el sublndice T se refiere a una temperatura de compactacion particular y el sublndice max se refiere al valor maximo medido para todas las muestras. Los valores del Indice de rendimiento tambien se muestran en la 5 tabla siguiente y en la Figura 8. Se observa que las muestras de intercapa tienen un mejor equilibrio de propiedades comparadas con las muestras normales cuando se analizan de esta manera, pero con la resistencia al desprendimiento que muestra la mejora mas marcada.

Se observara que el valor PI de las muestras fabricadas de acuerdo con la invencion, que emplean una pellcula 10 como capa intermedia, supero el correspondiente al valor "sin pellcula" a cada temperatura de compactacion dada. El mejor rendimiento se consiguio cuando se produjo cierta fusion del tejido, notablemente a una temperatura de compactacion de aproximadamente 189-197 °C. El valor PI fue mayor en la muestra de "intercapa".

: Temperatura de compactacion (°C) Modulo de traccion (GPa) Resistencia a la traccion a (MPa) Deformacion hasta rotura £ Resistencia al desprendimiento (N/10 mm) indice de rendimiento (PI)

Sin pellcula T: 175 2,99 67 5 0,63 38

180: 2,31 93 12 1,17 46

187: 2,24 123 15 1,89 55

189: 2,87 148 18 3,7 69

191: 3,41 154 18 4,98 76

193: 3,43 155 15 7,53 77

195: 3,4 138 21 7,2 80

197: 3,39 137 20 > 7,2 * 79

200: 1,4 29 20 > 7,2 * 49

Con pellcula: 175 T 3,09 100 7 5,21 53

180: 2,59 155 16 6,23 70

187: 2,47 145 17 8,66 72

189: 3,1 163 18 11 84

191: 3,13 168 18 12,3 87

193: 3,18 173 20 13,7 93

195: 3,44 150 19 16,6 94

197: 3,49 136 20 > 16,6 * 94

200: 1,4 29 20 > 16,6 * 63

175: 2,99 67 5 0,63 38

180: 2,31 93 12 1,17 46

187: 2,24 123 15 1,89 55

189: 2,87 148 18 3,7 69

191: 3,41 154 18 4,98 76

193: 3,43 155 15 7,53 77

195: 3,4 138 21 7,2 80

197: 3,39 137 20 > 7,2 * 79

200: 1,4 29 20 > 7,2 * 49

* muestras demasiado bien unidas para su analisis en el ensayo de desprendimiento T comparaciones______________________________________________________

Imagenes de SEM de las superficies de fractura de desprendimiento de polipropileno

15

Las muestras compactadas a 175, 191 y 193 °C se seleccionaron por microscopla SEM de sus superficies de fractura despues del ensayo de desprendimiento. Las muestras fueron las siguientes.

Muestra: Temperatura de compactacion (°C) Detalles

comparacion: 175 sin pellcula

comparacion: 175 1 capa 100GA02

comparacion: 191 sin pellcula

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Muestra: Temperatura de compactacion (°C) Detalles

invencion: 191 1 capa 100GA02

comparacion: 193 sin pellcula

invencion: 193 1 capa 100GA02

Las resistencias al desprendimiento medidas para estas muestras se presentan en la siguiente tabla.

Temperatura de compactacion (°C): Sin pelfcula Con pelfcula

175: 0,63 ± 0,12 5,21 ± 0,98

191: 4,98 ± 1,6 12,3 ± 4,1

193: 7,53 ± 3,52 13,7 ± 3,5

Cargas de fractura de desprendimiento (N/10 mm)

Las micrograflas SEM asociadas son las Figs. 9-18. Los comentarios sobre estas micrograflas son los siguientes.

175 °C - sin pelfcula

Fig. 9: Es una micrografla de bajo aumento (x 50) que muestra el borde de la muestra y la superficie de

fractura. El punto clave es que a esta temperatura de compactacion de 175 °C, las cintas y las capas estan muy mal adheridas.

Fig. 10: Esta micrografla (x 30) muestra la superficie de fractura de desprendimiento para la muestra

fabricada a 175 °C sin pellcula. Hay muy poco dano superficial. Como se vera a partir de las micrograflas posteriores, la cantidad de dano superficial se correlaciona muy bien con la resistencia al desprendimiento, como evidencia la cantidad de energla necesaria para separar las superficies. Si las capas tejidas estan mal unidas, el fallo se produce entre las capas causando poco dano y una baja carga de desprendimiento. Si las capas estan bien unidas, la trayectoria del fallo debe moverse hacia las cintas orientadas, o la capa de pellcula, lo que aumenta la carga de desprendimiento y las muestras presentan entonces un aspecto de superficie mucho mas rugoso.

175 °C - con pelfcula

Fig. 11: Se trata de una micrografla de bajo aumento (x 50) del borde de la muestra. De nuevo se observa

que a esta temperatura las capas y cintas en general estan mal adheridas.

Fig. 12: Esta micrografla (x 30) muestra que existe un dano superficial considerable asociado a la interfaz

en la que se localizo la pellcula, que se correlaciona con el aumento medido de la resistencia al desprendimiento. Sin embargo, tambien se observa que las propias cintas no estan bien unidas a las que estan debajo, es decir, donde no hay pellcula.

Para resumir - resultados a 175 °C

• El uso de una pellcula, y el procesamiento a una temperatura por encima del punto de fusion de la pellcula, pero por debajo de la temperatura a la que las cintas orientadas se funden, da una estructura que esta bien adherida donde esta presente la pellcula, pero mal unida en otros lugares. Es evidente que serla muy diflcil que la pellcula penetre a traves de las capas de cinta tejida.

• El procesamiento a una temperatura muy por debajo de la temperatura de fusion de las cintas orientadas, y el uso de ninguna pellcula, da una union pobres a lo largo de la estructura.

191 °C - sin pelfcula

Fig. 13: Esta es una micrografla de bajo aumento (x 50) que muestra el borde de la muestra y la superficie

de fractura. El punto clave es que a esta temperatura de compactacion de 191 °C, en donde las superficies de las cintas orientadas ahora estan comenzando a fundirse, las capas ahora estan mucho mejor unidas y la lamina compactada es mas homogenea. Las cintas individuales en la lamina compactada son menos evidentes que a 175 °C (Figura 10).

Fig. 14: Esta micrografla (x 30) muestra la superficie de fractura de desprendimiento para la muestra

fabricada a 191 °C sin pellcula. Como era de esperar, hay un aumento de los danos en la superficie en comparacion con la muestra realizada a 175 °C. Al igual que con muestras compactadas de forma mas tradicional (es decir, sin pellcula) el dano de la superficie es irregular: hay algunas regiones en las que se manifiesta el dano y otras en las que se manifiesta menos.

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191 °C - con pelfcula

Fig. 15: Esta es una micrografla de bajo aumento (x 50) del borde de la muestra. Se observa que a esta

temperatura las capas estan bien adheridas; la estructura ahora es homogenea.

Fig. 16: Esta micrografla (x 30) muestra que una muestra fabricada a 191 °C con una pellcula desarrolla

una gran cantidad de danos en la superficie de desprendimiento, lo que refleja la mayor fuerza de desprendimiento medida para esta muestra. Ahora se observa que el dano es mas uniforme en toda la superficie de la muestra. Tal vez la introduction de la pellcula en la capa intermedia es capaz de igualar las diferencias locales en la forma en que las dos capas tejidas encajan.

Para resumir - resultados a 191 °C

• El uso de una pellcula, y el procesamiento a una temperatura a la que las cintas orientadas comienzan a fundirse, produce la combination de una estructura general homogenea y regiones de capa intermedia (el punto debil en la estructura), que estan muy bien adheridas.

• El nivel de dano (es decir, la union) es mas uniforme sobre la superficie cuando se utiliza una pellcula intercalada

• El nivel de dano para la muestra fabricada a 175 °C con una pellcula es similar al observado para la muestra fabricada a 191 °C sin pellcula, lo que refleja la similitud en los valores de carga de desprendimiento.

193 °C - sin pelfcula

Fig. 17: Esta muestra (x30) una superficie de fractura de desprendimiento de una muestra fabricada a

193 °C sin pellcula. La superficie de fractura muestra una cantidad de dano similar a la de la muestra fabricada a 191 °C sin pellcula (Figura 14), pero no tanto como que en la muestra fabricada a 191 °C con la pellcula. La cantidad de danos en la superficie se correlaciona bien con las cargas de desprendimiento medidas. Al igual que con la muestra fabricada a 191 °C sin pellcula, el dano observado sobre el area es irregular.

193 °C - con pelfcula

Fig. 18: Esta micrografla (x30) muestra las regiones donde se ha producido el fallo de cohesion dentro de

la pellcula y las regiones de fallo adhesivo en la interfase pellcula/cinta. Esto sugiere que el fallo podrla ser una combinacion de estos dos modos.

Para resumir - resultados a 193 °C

• El uso de una pellcula, y el procesamiento a una temperatura en donde las cintas orientadas comienzan a fundirse, produce la combinacion de una estructura general homogenea y regiones de capa intermedia que estan bien unidas.

• El nivel de dano (es decir, la union) es mas uniforme sobre la superficie cuando se utiliza una pellcula intercalada. Se propone que la pellcula intercalada sea capaz de rellenar mas facilmente cualquier hueco que pudiera estar presente cuando las capas de tejido se presionan juntas.

• El nivel de dano observado sobre las superficies de fractura de la muestra compactado a 193 °C es mayor que en las superficies correspondientes a 191 °C (Figs. 15, 16) que reflejan el aumento asociado en las resistencias al desprendimiento.

SERIE DE EJEMPLO E

En esta serie de ejemplo se analizaron las propiedades de flexion de muestras compactadas a diferentes temperaturas, con y sin una capa intermedia.

La preparation de la muestra fue como se ha descrito anteriormente. Se usaron los reglmenes de ensayo ASTM indicados anteriormente.

La Figura 19 muestra los resultados tanto para el modulo de flexion como para la resistencia a la flexion. Por debajo de la aparicion de la fusion superficial selectiva de las cintas orientadas (~187 °C), las propiedades de flexion de las muestras de pellcula intercaladas son mejores que las muestras compactadas convencionalmente. Por encima de esta temperatura, las propiedades de flexion de los dos conjuntos de muestras son muy similares. Las propiedades de flexion son maximas a una temperatura de compactacion de 195 °C para ambos conjuntos de muestras.

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En esta serie de ensayos se estudio el efecto del espesor de la capa intermedia, utilizando el mismo metodo y material de polipropileno que se utilizo en la Serie de Ejemplo D. Al igual que con los ejemplos anteriores se uso una pellcula de 10-15 pm de espesor como capa intermedia, utilizandose de 0-3 de dichas pellculas, con multiples pellculas que se colocan juntas en una pila.

Los valores medios para el comportamiento de tension-deformacion y la resistencia al desprendimiento se muestran a continuation en la siguiente tabla.

Temperatura de compactacion (°C): Capa intermedia Modulo de traccion E (GPa) Resistencia a la traccion o (MPa) Resistencia al desprendimiento (N/10 mm)

191 °C: sin pelicula 3,41 ± 0,25 154 ± 8 4,98 ± 1,6

1 capa: 3,13 ± 0,05 168 ± 8 12,3 ± 4,1

2 capas: 3,17 ± 0,15 135 ± 9 8,8 ± 1,3

3 capas: 3,00 ± 0,36 137 ± 3 12,5 ± 4,7

193 °C: sin pelicula 3,43 ± 0,29 155 ± 7 7,53 + 3,52

1 capa: 3,18 ± 0,09 173 ± 4 13,7 ± 3,5

2 capas: 3,22 ± 0,18 144 ± 5 9,6 ± 2,3

3 capas: 3,01 ± 0,37 160 ± 9 11,7 ± 4,3

Los resultados indican que el modulo de traction cae para ambas temperaturas a medida que aumenta el espesor de la pellcula; que la resistencia a la traccion es maxima para el espesor de pellcula de una sola capa y a continuacion cae de nuevo a medida que aumenta el espesor; y que las resistencias al desprendimiento son similares para todas las capas de espesor de pellcula, y todas significativamente mayores que las muestras comparativas sin una capa intermedia.

Los resultados, tomados en conjunto, sugieren que la capa unica es la optima, dando el maximo aumento en la resistencia al desprendimiento para el mlnimo de perdida de modulo de traccion, y con la retention o una ligera mejora en la resistencia a la traccion.

SERIE DE EJEMPLO G

En esta serie de ejemplo se utilizo microscopla SEM para estudiar las superficies de fractura de desprendimiento utilizando los mismos materiales y el procesamiento como se describe en la Serie de Ejemplo B pero que tienen multiples capas intermedias. La temperatura de procesamiento fue de 193 °C, por lo que las figuras de la Serie de Ejemplo D que proporcionan comparaciones son la Figura 17 (sin pellcula) y la Figura 18 (una capa de pellcula). Las Figuras 20 y 21 son vistas de un producto analizado de desprendimiento correspondiente, pero que tiene dos y tres capas de la pellcula de pollmero 100GA02, respectivamente. A modo de comparacion, en la muestra de una sola capa de la Fig. 18 de la Serie de Ejemplo D se puede observar que las capas de la pellcula F que estan encima de las cintas orientadas debajo. En la Fig. 20 una muestra fabricada con dos capas de pellcula con el borde de la muestra ensana claramente la capa de pellcula F que se encuentra dentro de la muestra, y la capa de pellcula sobre la propia superficie de desprendimiento. Parece que el fallo se ha producido en este punto predominantemente a traves de la capa de pellcula. De esta micrografla podemos observar que la zona de dano se encuentra dentro de la capa de pellcula. La Fig. 21 muestra una region de la superficie que muestra la capa de pellcula gruesa, ahora compuesta de tres capas de la pellcula F. La zona de dano ahora se observa que es mucho mas delgada que el espesor total de la pellcula.

SERIE DE EJEMPLO H

Esta serie de ejemplo examino la importancia del tipo de pellcula utilizada. En algunos de los ensayos la capa intermedia se fabrico a partir del mismo pollmero que se utilizo para hacer las cintas orientadas (material de Pp 100GA 02 como se ha descrito anteriormente). En otros ensayos se investigaron dos pellculas de capa intermedia adicional, en concreto.

1) Una pellcula de polipropileno (30 pm de espesor) con un punto de fusion de 163 °C, obtenido de ICI.

2) Una pellcula de PE fabricada en nuestro laboratorio: se empleo el extrusor de un solo tornillo Brabender y la misma matriz de pellcula utilizada para fabricar la pellcula de PP descrita anteriormente. Esta utiliza un PE BOREALIS (grado de pellcula FL5580) y la pellcula extruida final tenia entre 10 y 15 pm de espesor.

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Se llevaron a cabo experimentos de compactacion utilizando la misma tela de polipropileno tejido como se ha descrito anteriormente (cinta estirada 10:1, estilo 6060, polimero 100GA 02). Los experimentos se llevaron a cabo a dos temperaturas de compactacion: a 175 °C, para su comparacion, lo suficiente para fundir cada pelicula pero no lo suficiente para fundir las superficies de los materiales orientados y a 193 °C, que esta en el valor optimo para la compactacion en caliente normal.

Los resultados se muestran en la siguiente tabla.


: E (GPa) CT (MPa) £ Resistencia al desprendimiento (N/10 mm) Espesor de la muestra (mm) Espesor de la pelicula (pm)

175 °C: sin pelicula f 2,99 67 5 0,6 0,64

pelicula de PP coincidente f: 3,09 100 7 5,2 0,64 10-12

pelicula de PP ICI f: 2,45 86 1,3 0,72 30

pelicula PE f: 2,51 92 0,7 0,68 10-15

193 °C: sin pelicula f 3,43 155 15 7,5 0,47

pelicula de PP coincidente: 3,18 173 20 13,7 0,51 10-12

pelicula de PP ICI: 3,08 103 23 8,7 0,58 30

pelicula PE: 2,70 113 28 2,3 0,53 10-15

f comparaciones

Los resultados indican que las mejores muestras son las fabricadas con la pelicula de PP coincidente. SERIE DE EJEMPLO I

En este ejemplo se hizo una evaluation de la aplicacion de la invention a los materiales de poliester (PET).

La tela de PET tejida, y el polimero de una composition quimica identica, fueron suministrados por KOSA, GmbH y Co. KG.

Los detalles de polimero y de la tela fueron como sigue

Polimero Peso de la tela forma orientada Estilo de tejido P.f. maximo

Tipo T51-IV ~0,85, Mn ~22.500 200 g/m2

haces de multifilamentos de 1100 decitex Tejido liso 9/9 hilos/cm 250 °C.

La pelicula de PET (~15 pm de espesor) se colo a partir del polimero usando un extrusor convencional y una matriz de pelicula. En estas pruebas tambien se utilizo una segunda pelicula de PET, de una composicion quimica diferente a la tela tejida: esta pelicula se oriento ligeramente de forma biaxial.

El trabajo presentado analizaba la aplicacion de la invencion al material de PET tejido, con y sin pelicula intercalada. Las muestras se prepararon usando ambas peliculas.

La siguiente tabla muestra una comparacion entre el comportamiento de tension-deformacion y resistencia al desprendimiento de muestras fabricadas con y sin pelicula de la misma composicion a 257, 258 y 259/260 °C. Como se observa todas las muestras fabricadas con la pelicula mostraron un mayor modulo de traction, resistencia a la traction y resistencia al desprendimiento sobre las muestras fabricadas sin pelicula, a una temperatura dada.

Temperatura de compactacion (°C): Muestra Modulo de traccion (GPa) Resistencia a la traccion (MPa) Resistencia al desprendimiento (N/10 mm)

257: sin pelicula f 4,51 ± 0,18 88 ± 18 1,2 ± 0,2

misma pelicula: 5,69 ± 0,52 178 ± 16 5,1 ± 0,6

258: sin pelicula f 4,96 ± 0,4 120 ± 5 2,0 ± 0,4

misma pelicula: 6,65 ± 0,69 175 ± 5 5,9 ± 1,4

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260/259: sin pellcula f 6,41 ± 0,77 138 ± 16 7,2 ± 1,2

misma pellcula: 7,27 ± 0,64 188 ± 8 6,9 ± 0,9

f comparaciones

Como experimentos adicionales tambien se prepararon otras muestras, utilizando una temperatura de compactacion de 257 °C, sin utilizar ninguna pellcula, y las dos pellculas de PET, y analizado de la manera descrita anteriormente. Los resultados son los siguientes.

Muestra: Modulo de traccion Resistencia a la Resistencia al

(GPa): traccion (MPa) desprendimiento (N/10 mm)

sin pellcula: 4,51 ± 0,18 88 ± 18 1,2 ± 0,17

pellcula diferente: 6,85 ± 0,32 158 ± 13 3,9 ± 0,6

misma pellcula: 5,69 ± 0,52 178 ± 16 5,1 ± 0,6

Puede observarse que en este experimento las propiedades mecanicas fueron potenciadas de manera significativa por la presencia de cualquiera de las pellculas; y que las pellculas dieron lugar a una mejora de propiedades mecanicas diferentes. En concreto, el modulo de traccion de la muestra con la pellcula diferente es mayor que con la pellcula identica, aunque la resistencia a la traccion y la resistencia al desprendimiento son mas altas con la pellcula identica.

Un hallazgo significativo es que estas propiedades mecanicas se lograron usando una temperatura de compactacion de 257 °C. La temperatura optima para la compactacion de PET por el metodo anterior (sin pellcula) se considera 260 °C. Con PET la ventana de procesamiento es estrecha, lo que podrla inhibir la comercializacion de los procesos de compactacion en caliente que se aplican a PET. Un descenso de la temperatura de compactacion a 257 °C, sin embargo, con el logro de buenas propiedades mecanicas, sugiere un beneficio practico significativo.

SERIE DE EJEMPLO J

Imagenes de SEM de superficies de fractura de desprendimiento de polietileno

Se fabricaron muestras de desprendimiento como se describe en la Serie de Ejemplo B usando cintas de PE TENSYLON tejidas 10:1 (estilo 6060). Las muestras se fabrican con y sin pellcula intercalada. En estas pruebas no habla disponible una pellcula del mismo grado que las cintas orientadas y por lo que se utilizo el material de Borealis FL5580, de un grado similar.

Se estudiaron 8 muestras, despues de haber sido compactadas a 135 °C, 148 °C, 152 °C y 154 °C, con y sin pellcula de capa intermedia, y se sometieron al ensayo de desprendimiento.

Temperatura de compactacion (°C): Sin pellcula Con pellcula

135: 0,72 ± 0,31 5,94 ± 0,92

148: 4,23 ± 0,78 9,02 ± 1,18

152: 5,56 ± 1,05 10,6 ± 1,5

154: 10 ± 2,73 13,4 ± 3,3

cargas de fractura de desprendimiento (N/10 mm)

Las micrograflas SEM asociadas son las Figs. 22-37 en el presente documento. Los comentarios sobre estas micrograflas son los siguientes.

Figs. 22-25: Estas figuras muestran micrograflas de bajo aumento de las superficies tlpicas de fractura de las

muestras fabricadas sin pellcula a 135, 148, 152 y 154 °C respectivamente. A medida que la temperatura de compactacion se incrementa aumenta el nivel de danos en la superficie. A la temperatura mas baja, donde no hay fusion superficial de las cintas de PE, no hay union de las cintas. A 148 °C, en donde las superficies de las cintas estan comenzando a fundirse, las cintas aparecen mejor unidas aunque las superficies de desprendimiento presentan danos claros. A 152 °C, los danos en la superficie se han incrementado, lo que refleja el aumento de la carga de desprendimiento medida. Al igual que con los estudios de pP, las areas de danos en la superficie son variables cuando no se utiliza una pellcula. A 154 °C se incrementa aun mas el dano.

Figs 26-29:: Estas cuatro micrograflas presentan muestras fabricadas con una pellcula a 135, 148, 152 y 148 °C respectivamente. Todas muestran aumento del dano en la superficie en comparacion con las muestras equivalentes preparadas a la misma temperatura. A diferencia de los estudios de PP, la pellcula todavla es visible en algunas de las superficies de fractura, particularmente a 135 °C. A

5: medida que se incrementa la temperatura de compactacion, aumenta la cantidad de dano. Solo a 154 °C se observa un dano sustancial dentro de las cintas orientadas (es decir, a la temperatura a la que hay fusion superficial sustancial de las cintas). Para las otras temperaturas el modo de fallo parece haber ocurrido en la superficie de la tela de pellcula/tejido, es decir, al menos fallo adhesivo parcial. Por consiguiente, el mejor rendimiento se confirmo como una combinacion de la fusion de

10: pellcula y la fusion de las superficies exteriores de la cinta.

Fig. 30:: 135 °C sin pellcula: muestra una cinta que va debajo de otra a 90° con respecto a la misma, y confirma falta de union entre las cintas a esta temperatura.

15 Fig. 31:: 135 °C con pellcula: esta micrografla de gran aumento muestra danos en la superficie y el desgarro de la pellcula intercalada, pero que en algunos casos se ha producido fallo entre la pellcula y la capa de tejido.

Fig. 32: 20: 148 °C sin pellcula: esta micrografla muestra una union entre las cintas e indica una mucha mejor union entre las cintas. Sin embargo, hay danos en la superficie mlnimos que sugiere que las superficies se separaron con bastante facilidad (es decir, baja resistencia al desprendimiento).

Fig. 33:: 148 °C con pellcula: muestra el aumento danos en la superficie pero todavla fallo adhesivo.

25 Fig. 34:: 152 °C con pellcula: aumento en el dano superficial en esta muestra en comparacion con las temperaturas mas bajas sin pellcula.

Fig. 35:: 152 °C con pellcula: muestra fallo adhesivo.

30 Fig. 36:: 154 °C sin pellcula: temperatura optima sin pellcula: un dano sustancial de las cintas orientadas producidas durante el desprendimiento.

Fig. 37:: 154 °C con pellcula: esta muestra dio la superficie desprendida mas aspera observada, que se correlaciona con la carga de desprendimiento mas alta medida. A esta temperatura de

35: compactacion el fallo parece ser cohesivo. El trozo de pellcula de la izquierda muestra evidencias de material desprendido de la cinta adyacente sobre la otra superficie.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un proceso para la produccion de un artlcuio polimerico, comprendiendo el proceso las etapas de:

(a) formar una capa que tiene capas sucesivas, en concreto,

(i) una primera capa compuesta de hilos de un material polimerico orientado;

(ii) una segunda capa de un material polimerico;

(iii) una tercera capa formada por hilos de un material polimerico orientado,

en el que la segunda capa tiene una temperatura maxima de fusion inferior a la de la primera y tercera capas;

(b) someter la capa a condiciones de tiempo, temperatura y presion suficientes para fundir una proporcion de la primera capa, para fundir la segunda capa, y para fundir una proporcion de la tercera capa; y para compactar la capa; y

(c) enfriar la capa compactada; caracterizado por que del 10 al 30 % en volumen de la primera y tercera capas se funden y la segunda capa se funde por completo, en el que la primera, segunda y tercera capas son del mismo tipo de material polimerico y la segunda capa tiene una orientacion inferior que la de la primera y tercera capas.
2. Un proceso para la produccion de un artlculo polimerico de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que la segunda capa tiene un espesor de 5 pm a 100 pm.
3. Un proceso para la produccion de un artlculo polimerico de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que la o cada segunda capa es de la misma composicion y grado que la primera y tercera capas.
4. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 en el que los hilos de un material polimerico orientado de la primera y tercera capas son de polietileno, polipropileno, polioximetileno o poliester.
5. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en el que la segunda capa es de polietileno, polipropileno, polioximetileno o poliester.
6. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la segunda capa tiene una temperatura maxima de fusion al menos 5 °C inferior a la temperatura maxima de fusion de la primera y tercera capas.
7. Un proceso de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior en el que la segunda capa se pre-forma y se deposita sobre la primera o la tercera capa en la etapa (a).
8. Un proceso de acuerdo con la reivindicacion 7 en el que la segunda capa se compone de una o mas pellculas.
9. Un proceso de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior en el que la presion de compactacion no exceda de 10 MPa.
10. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la primera y tercera capas son tejidos que se tejen a partir de cintas planas.
11. Un artlculo polimerico fabricado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende regiones orientadas que son partes no fundidas de la primera y tercera capas y regiones amorfas que se componen de un segunda capa fundida y enfriada junto con las porciones fundidas y enfriadas de la primera y tercera capas, en donde al menos el 10 % pero no mas del 30 % de la primera y tercera capas se funden y sustancialmente toda la segunda capa se funde, y en el que la primera, segunda y tercera capas son del mismo tipo de material polimerico y la segunda capa tiene una orientacion inferior a la de la primera y tercera capas y esta dispuesta entre la primera y tercera capas.
12. El artlculo polimerico de la reivindicacion 11, en el que el artlculo polimerico no es plano.