ES2639467T3 - Material compuesto y artículos moldeados que comprenden el mismo - Google Patents

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Abstract

Un material compuesto que comprende una resina de matriz y fibras de vidrio y burbujas de vidrio dispersadas en la resina de matriz; teniendo al menos el 70 % de las fibras de vidrio una longitud de fibra de 1,0 mm o superior, y siendo un diámetro medio de las burbujas de vidrio de al menos 10 μm y no superior a 40 μm, en donde una resistencia a la compresión residual del 90 % de volumen de las burbujas de vidrio está en el intervalo de 50 a 300 MPa, medida según la norma ASTMD 3102-78 en glicerol.

Description

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DESCRIPCION
Material compuesto y articulos moldeados que comprenden el mismo Campo
La presente descripcion se refiere a un material compuesto y a articulos moldeados que comprenden el mismo. Sumario
Un objetivo de la presente descripcion es proporcionar un material compuesto que sea de peso ligero (baja densidad), al mismo tiempo que tiene una excelente rigidez (modulo de flexion) y resistencia a impacto, material compuesto que tenga una excelente resistencia a impacto, especialmente a bajas temperaturas (por ejemplo, - 15 0C).
Un aspecto de la presente descripcion se refiere a un material compuesto que comprende una resina de matriz y fibras de vidrio y burbujas de vidrio dispersadas en la resina de matriz, en el que al menos el 70 % de las fibras de vidrio tiene una longitud de fibra de al menos 1,0 mm y el diametro medio de las burbujas de vidrio es de al menos 10 pm y no mas de 40 pm.
Con este tipo de material compuesto es posible conseguir tanto una baja densidad como excelentes propiedades mecanicas, tales como modulo de flexion y resistencia a impacto y, especialmente, conseguir una excelente resistencia a impacto a bajas temperaturas (por ejemplo, -15 0C).
En una realizacion, la relacion de masa Cb/Cf del contenido de las burbujas de vidrio (indicada como Cb en la presente memoria) con respecto al contenido de las fibras de vidrio (indicado como Cf en la presente memoria) puede ser al menos 0,1 y no mas de 10. Un material compuesto de una resistencia a impacto incluso mejor a bajas temperaturas se obtiene al contener las fibras de vidrio y burbujas de vidrio especificas que se han mencionado anteriormente en tales relaciones de masa.
De forma adicional, el contenido de las fibras de vidrio en una realizacion puede ser al menos el 1 % en masa y no mas del 40 % en masa, basandose en la cantidad total del material compuesto. Tambien, el contenido de las burbujas de vidrio en una realizacion puede ser al menos el 1 % en masa y no mas del 30 % en masa, basandose en la cantidad total del material compuesto. Se realizan mejoras incluso mayores en ahorros de peso y propiedades mecanicas con estos materiales compuestos.
Tambien, la resistencia a la compresion residual del 90 % de volumen de las burbujas de vidrio en una realizacion puede ser 50 MPa o mas. Este tipo de burbuja de vidrio puede realizar con mayor certeza mejoras tanto en ahorros de peso como en propiedades mecanicas.
De forma adicional, la densidad real de las burbujas de vidrio en una realizacion puede ser al menos 300 kg/m3 (0,3 g/cm3) y menos de 900 kg/m3 (0,9 g/cm3). Tales burbujas de vidrio pueden conseguir ahorros de peso incluso mayores en el material compuesto.
Tambien, el material compuesto, en una realizacion, se puede obtener amasando en estado fundido aglomerados de resina en los que haces de fibras de fibras de vidrio se impregnan con una resina de base, con un material de resina que contiene burbujas de vidrio. Tal amasado en estado fundido puede dispersar las fibras de vidrio en el material compuesto manteniendose la longitud en fibra del mismo. Por tanto, un material compuesto obtenido de este modo proporciona propiedades mecanicas incluso mas excelentes (especialmente, resistencia a impacto a bajas temperaturas).
Tambien, en una realizacion, el material compuesto tambien se puede preparar mediante moldeo por inyeccion de un material amasado en estado fundido de los aglomerados de resina y el material de resina. Tal moldeo por inyeccion puede moldear con facilidad el material compuesto a un estado en el que grandes cantidades de fibras de vidrio con una longitud de fibra larga se dispersan en el material compuesto. Por lo tanto, el material compuesto obtenido de este modo se puede moldear a una forma deseada y puede tener propiedades mecanicas incluso mas excelentes (especialmente, resistencia a impacto a bajas temperaturas).
Otro aspecto de la presente descripcion se refiere a articulos moldeados que contienen el material compuesto. El articulo moldeado relacionado con la presente descripcion proporciona ahorros de peso mediante el uso del material compuesto y tiene excelentes propiedades mecanicas. De forma adicional, como que el articulo moldeado usa el material compuesto que tiene excelente resistencia a impacto a bajas temperaturas, se puede usar de forma apropiada en aplicaciones que suponen el uso en entornos de bajas temperaturas, tales como en componentes para automocion.
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En consecuencia, la presente invencion proporciona un material compuesto que se puede moldear en articulos moldeados que tengan excelente modulo de flexion y resistencia a impacto (especialmente resistencia a impacto a bajas temperaturas), siendo al mismo tiempo de peso ligero (baja densidad).
Descripcion detallada
El material compuesto de una realizacion de la presente invencion comprende una resina de matriz y fibras de vidrio y burbujas de vidrio que estan dispersadas en la resina de matriz. De forma adicional, en este material compuesto, al menos el 70 % de las fibras de vidrio tienen una longitud de fibra de al menos 1,0 mm y el diametro medio de las burbujas de vidrio es al menos 10 pm y no mas de 40 pm.
Debido a que estos tipos de fibras de vidrio y burbujas de vidrio especificas estan dispersadas en la resina de matriz, el material compuesto de la presente realizacion tiene excelentes propiedades mecanicas (por ejemplo, resistencia a la flexion, modulo de flexion, resistencia a la traccion y resistencia a impacto) siendo al mismo tiempo de peso ligero. En particular, el material compuesto de la presente realizacion tiene excelente resistencia a impacto a bajas temperaturas (por ejemplo, -15 0C), y se puede usar de forma apropiada en aplicaciones que suponen el uso en entornos de bajas temperaturas tales como en componentes de automocion.
Es comun en materiales compuestos dispersar fibras de vidrio y burbujas de vidrio en una resina de matriz realizando una operacion, tal como amasado, al fabricar los materiales compuestos, pero con los metodos convencionales las fibras de vidrio se rompen durante el amasado, de tal manera que la longitud de fibra se vuelve marcadamente mas corta que antes del amasado. Por el contrario, en la presente realizacion, el material compuesto se fabrica mediante un amasado en estado fundido especifico que se describe mas adelante, de tal manera que la longitud de la fibra de al menos el 70 % de las fibras de vidrio es 1,0 mm o superior.
Ademas, con los metodos convencionales, se cree que los trozos de fibra de las fibras de vidrio que se rompen durante el amasado se ponen en contacto con las burbujas de vidrio y rompen las burbujas de vidrio. Por el contrario en la presente realizacion, ya que la ruptura de las fibras de vidrio esta inhibida en comparacion con metodos convencionales, se cree que tambien esta inhibida la rotura de las burbujas de vidrio.
Por tanto, el material compuesto de la presente realizacion se fabrico de tal manera que al menos el 70 % de las fibras de vidrio en el mismo tuviesen una longitud de fibra de 1,0 mm o superior y el material compuesto tuviese burbujas de vidrio cuyo diametro medio fuera al menos 10 pm y no mas de 40 pm. Por tanto, dotado de estas caracteristicas, el material compuesto de la presente realizacion tiene el efecto excelente de conseguir mejoras tanto en ahorros de peso como en propiedades mecanicas (especialmente, resistencia a impacto mejorada a bajas temperaturas).
Los diversos ingredientes que comprenden el material compuesto de esta realizacion se describiran con detalle mas adelante.
La resina de matriz es el material de base que soporta las fibras de vidrio y las burbujas de vidrio. La resina de matriz se puede seleccionar de forma apropiada de diversas resinas segun la aplicacion del material compuesto.
Desde la perspectiva de facilitar la dispersion de fibras de vidrio y burbujas de vidrio mediante amasado en estado fundido, es preferible que la resina de matriz sea una resina termoplastica.
Los ejemplos de resina de matriz preferidas incluyen resinas de poliolefina (por ejemplo, resina de polietileno de alta densidad (HDPE), resina de polietileno de baja densidad (LDPE), resina de polietileno de baja densidad lineal (LLDPE), resina de polipropileno (PP)), resinas de copolimero de poliolefina (por ejemplo, resina de etileno-buteno, resina de etileno-octeno, resina de etileno alcohol vinilico), resinas de poliestireno, resinas de copolimero de poliestireno (por ejemplo resina de poliestireno resistente a impacto, resina de copolimero de acrilonitrilo butadieno estireno), resinas de poliacrilato, resinas de polimetacrilato, resinas de poliester, resinas de poli(cloruro de vinilo) (PVC), resinas de fluoropolimero, resinas de polimero de cristal liquido, resinas de poliamida, resinas de polieterimida, resinas de sulfuro de polifenileno, resinas de polisulfona, resinas de poliacetal, resinas de policarbonato, resinas de oxido de polifenileno, resinas de poliuretano, resinas de elastomero termoplastico, resinas epoxi, resinas alquidicas, resinas de melamina, resinas fenolicas, resinas de urea y resinas de vinilester. De forma adicional, la resina de matriz puede usar uno cualquiera de los anteriores tipos o puede usar una combinacion de dos o mas.
La resina de matriz incluye preferiblemente una resina de polipropileno.
El contenido de resina de matriz es preferentemente del 50 al 95 % en masa, mas preferiblemente del 55 al 91 % en masa basandose en la cantidad total del material compuesto.
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La fibra de vidrio es vidrio que se ha fundido, estirado y formado hasta dar una forma de fibra. En esta realizacion, al menos el 70 % (preferiblemente al menos el 74 %) de las fibras de vidrio obtenidas en el material compuesto tienen una longitud de fibra de 1,0 mm o superior.
Como se ha descrito anteriormente, algunas o todas las fibras de vidrio del material compuesto comunmente se rompen cuando se dispersan las fibras de vidrio en la resina de matriz, acortando la longitud de fibra de las mismas antes de mezclarse. Ajustando el grado de rotura de tal manera que las fibras de vidrio con una longitud de fibra de 1,0 mm o superior comprendan al menos el 70 % de todas las fibras de vidrio, junto con las burbujas de vidrio que tienen el diametro medio especifico, esta realizacion puede tener los efectos excelentes que se han descrito anteriormente.
La proporcion de fibras de vidrio con una longitud de fibra de 1,0 mm o superior con respecto a todas las fibras de vidrio (porcentaje de recuento de fibras) se puede medir mediante el siguiente metodo. En primer lugar se quema una pieza de ensayo fabricada de material compuesto y las fibras de vidrio y burbujas de vidrio se recogen en forma de ceniza. A continuacion, aproximadamente 1 g de esta ceniza se anade a aproximadamente 300 ml de agua y se somete a dispersion ultrasonica. Debido a la diferencia en la densidad, esta dispersion ultrasonica provoca que las fibras de vidrio precipiten y provoca que las burbujas de vidrio floten hasta la superficie del agua, donde se retiran solamente las burbujas de vidrio. Despues de que se han retirado las burbujas de vidrio repitiendo multiples veces esta operacion, una cantidad establecida de fibras de vidrio se mueve a un portaobjetos y se seca. Despues del secado se mide la longitud de las fibras de vidrio mediante observacion con el microscopio digital, mediante lo cual se puede encontrar el porcentaje de fibras de vidrio con longitud de fibra de 1,0 mm o superior (por ejemplo, el numero de fibras de vidrio con la longitud de fibra de 1,0 mm o superior de 100 fibras de vidrio se puede tomar como la proporcion (%) de fibras de vidrio con longitud de fibra de 1,0 mm o superior).
Tambien es preferible que al menos el 50 % de las fibras de vidrio tengan una longitud de fibra de 1,5 mm o superior.
La proporcion de las fibras de vidrio con una longitud de fibras de 1,5 mm o superior con respecto a todas las fibras de vidrio preferiblemente es del 50 % o superior.
El limite superior de la longitud de fibra de las fibras de vidrio en el material compuesto no esta especialmente limitado, pero puede ser, por ejemplo, 8 mm o inferior. Ademas, el limite superior de la longitud de fibra de las fibras de vidrio en el material compuesto puede ser la longitud de fibra de las fibras de vidrio antes de la mezcla.
El diametro de fibra de las fibras de vidrio puede ser, por ejemplo, 5 pm o superior, o puede ser 10 pm o superior. De forma adicional, el diametro de fibra de las fibras de vidrio puede ser, por ejemplo, 30 pm o inferior o puede ser 20 pm o inferior.
El contenido de fibras de vidrio preferiblemente es al menos el 1 % en masa, mas preferiblemente al menos el 2 % en masa y aun mas preferiblemente al menos el 3 % en masa basandose en la cantidad total del material compuesto. De forma adicional, el contenido de fibras de vidrio preferiblemente no es mas del 40 % en masa, mas preferiblemente no mas del 35 % en masa y aun mas preferiblemente no mas del 30 % en masa, basandose en la cantidad total del material compuesto. Se pueden obtener de manera fiable suficientes propiedades mecanicas cuando el contenido de fibras de vidrio es al menos el 1 % en masa. Tambien se puede obtener con mayor fiabilidad un efecto suficiente de ahorro de peso y se puede mantener una capacidad de moldeo excelente al no ser el contenido de fibras de vidrio superior al 40 % en masa. En otras palabras, al estar el contenido de fibras de vidrio dentro del intervalo que se ha mencionado anteriormente, se consiguen mejoras incluso mayores en los ahorros de peso y las propiedades mecanicas.
Las burbujas de vidrio son particulas de vidrio esfericas huecas. Debido a que las burbujas de vidrio tienen baja densidad, la densidad del material compuesto se puede reducir y se puede hacer que tenga un peso mas ligero.
El diametro medio de las burbujas de vidrio es al menos 10 pm y no mas de 40 pm. Este tipo de burbuja de vidrio, junto con las fibras de vidrio especificas que se han descrito anteriormente, posibilita obtener los efectos excelentes que se han descrito anteriormente.
El diametro medio de las burbujas de vidrio preferiblemente es al menos 10 pm y mas preferiblemente al menos 15 pm. De forma adicional, el diametro medio de las burbujas de vidrio preferiblemente no es superior a 50 pm y mas preferiblemente no superior a 30 pm.
Ademas, en la presente memoria descriptiva, el diametro medio se refiere al diametro de particula con el cual, cuando las burbujas de vidrio se dividen en dos por el diametro de particula de las mismas, las burbujas de vidrio cuyo diametro de particula es inferior a este diametro de particula es volumetricamente igual a las burbujas de vidrio cuyo diametro de particula es superior a este diametro de particula. El diametro medio de las burbujas de vidrio se puede medir, por ejemplo, mediante un dispositivo de medicion de distribucion de diametro de particula de difraccion/dispersion de laser Partica LA-950V2 (Horiba, Ltd. (Kyoto-fu, Kyoto-shi).
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La resistencia a la compresion residual del 90 % de volumen de las burbujas de vidrio es 50 MPa o superior y preferiblemente 100 MPa o superior. Si la resistencia a la compresion residual del 90 % de volumen es inferior a 50 MPa, existe una tendencia a que las burbujas de vidrio sean susceptibles a la rotura durante el amasado en estado fundido. Si la resistencia a la compresion residual del 90 % de volumen es 50 MPa o superior, se puede inhibir de manera suficiente la rotura de las burbujas de vidrio en el amasado durante la produccion de tal manera que al menos el 70 % de las fibras de vidrio tengan una longitud de fibra de 1,0 mm o superior, realizando ahorros de peso incluso mas importantes en el material compuesto.
De forma adicional, la resistencia a la compresion residual del 90 % de volumen de las burbujas de vidrio no es superior a 300 MPa y preferiblemente no es superior a 200 MPa. Si la resistencia a la compresion residual del 90 % supera los 300 MPa, existen casos en los que el efecto de ahorro de peso no se consigue de manera suficiente debido al mayor espesor del vidrio de las burbujas de vidrio. De forma adicional, la rotura de las burbujas de vidrio en el amasado durante la produccion se puede inhibir de manera suficiente en el material compuesto de esta realizacion cuando la resistencia a la compresion residual del 90 % de volumen es 300 MPa o menos.
Ademas, la resistencia a la compresion residual del 90 % de volumen de las burbujas de vidrio en esta memoria descriptiva es un valor obtenido mediante la medicion usando glicerol segun la norma ASTMD 3102-78 (edicion de 1982). Mas concretamente se preparan muestras de medicion mezclando una cantidad especificada de burbujas de vidrio con glicerol y sellando las mismas de tal manera que no se infiltre aire, despues esta muestra de medicion se pone en una camara de ensayo. A continuacion se observa el cambio de volumen en las burbujas de vidrio en la muestra de medicion mientras se aumenta gradualmente la presion y despues se mide la presion cuando el volumen residual de burbujas de vidrio en la muestra de medicion alcanza el 90 % en volumen (cuando se ha roto el 10 % en volumen), presion que se adopta como la resistencia a la compresion residual del 90 % de volumen.
La densidad real de las burbujas de vidrio preferiblemente es al menos 300 kg/m3 (0,3 g/cm3) y mas preferiblemente es 400 kg/m3 (0,4 g/cm3). Cuando la densidad real de las burbujas de vidrio es al menos 300 kg/m3 (0,3 g/cm3), las burbujas de vidrio son mas dificiles de romper, haciendo que sea mas sencillo conseguir la resistencia a la compresion apropiada que se ha descrito anteriormente.
De forma adicional, es preferible que la densidad real de las burbujas de vidrio sea inferior a 900 kg/m3 (0,9 g/cm3), y mas preferiblemente no mas de 600 kg/m3 (0,6 g/cm3) para conseguir con mas eficacia el efecto de ahorro de peso.
Ademas, la densidad real de las burbujas de vidrio en esta memoria descriptiva es la densidad real medida segun la norma ASTMD 2856-94: edicion de 1998 y se puede medir usando, por ejemplo un densitometro verdadero automatizado en seco Accupyc II 1340 (Shimadzu Corp. (Kyoto-fu, Kyoto-shi).
El contenido de burbujas de vidrio preferiblemente es al menos el 1 % en masa, mas preferiblemente al menos el 2 % en masa y aun mas preferiblemente al menos el 3 % en masa basandose en la cantidad total del material compuesto. De forma adicional, el contenido de burbujas de vidrio preferiblemente no es superior al 40 % en masa, mas preferiblemente no es superior al 30 % en masa y aun mas preferiblemente no es superior al 15 % en masa basandose en la cantidad total del material compuesto. Se puede obtener de forma fiable un efecto suficiente de ahorro de peso haciendo que el contenido de burbujas de vidrio sea al menos el 1 % en masa. De forma adicional, al ser el contenido de burbujas de vidrio no superior al 40 % en masa, se inhibe la rotura de las burbujas de vidrio; por ejemplo, debido al impacto entre las burbujas de vidrio, posibilitando obtener de forma mas eficaz los efectos tecnicos descritos en la presente memoria y realizar articulos moldeados de calidad incluso mayor.
Es preferible aqui que la relacion de masa Cb/Cf del contenido de las burbujas de vidrio Cb con respecto al contenido de las fibras de vidrio Cf sea al menos 0,1 y no mas de 10. Se obtienen materiales compuestos con una resistencia a impacto incluso mejor a bajas temperaturas al contener las fibras de vidrio y burbujas de vidrio especificas que se han mencionado anteriormente en tales relaciones de masa. La relacion Cb/Cf preferiblemente es 0,2 o superior y mas preferiblemente 0,5 o superior. De forma adicional, la relacion Cb/Cf preferiblemente es 8 o inferior y mas preferiblemente 4 o inferior. Por tanto, los efectos anteriores se pueden conseguir de forma incluso mas marcada.
El material compuesto de esta realizacion se puede obtener, por ejemplo, mediante el amasado en estado fundido de aglomerados de resina en los que haces de fibras de fibras de vidrio se impregnan con una resina de base y un material de resina que contiene burbujas de vidrio. Este tipo de amasado en estado fundido posibilita dispersar fibras de vidrio en el material compuesto a la vez que se mantiene la larga longitud de fibras de las mismas. Por tanto se obtienen propiedades mecanicas incluso mejores (especialmente particular resistencia a impacto a bajas temperaturas) con materiales compuestos obtenidos de este modo.
Los aglomerados de resina del presente documento se pueden obtener, por ejemplo, impregnando un haz de fibras de vidrio continuo con una resina de base y cortando el mismo en perpendicular a la direccion de la fibra a las longitudes
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deseadas, a la vez que se estira el haz de fibras de vidrio. Los aglomerados de resina obtenidos de este modo pueden tener una estructura en la que un haz de fibras hecho de multiples fibras de vidrio con aproximadamente la misma longitud de fibras (la longitud deseada que se ha mencionado anteriormente cuando se corta) se ha impregnado con una resina de base.
La resina de base no esta limitada especificamente siempre que se pueda amasar en estado fundido con un material de resina y, por ejemplo, se pueden usar resinas similares a la resina de matriz que se ha descrito anteriormente.
De forma adicional, el material compuesto de esta realizacion puede ser uno que se obtiene mediante moldeo por extrusion del producto de aglomerados de resina amasados en estado fundido y un material de resina. Este tipo de moldeo por extrusion posibilita moldear con facilidad un material compuesto hasta un estado en el que una gran cantidad de fibras de vidrio con una longitud larga de fibras se dispersan en el material compuesto. Por lo tanto, el material compuesto obtenido de este modo se puede moldear a una forma deseada y puede tener propiedades mecanicas incluso mas excelentes (especialmente, resistencia a impacto a bajas temperaturas).
Las condiciones de amasado en estado fundido y moldeo por extrusion de los aglomerados de resina y material de resina se pueden ajustar de forma apropiada de manera que al menos el 70 % de las fibras de vidrio en el material compuesto resultante tenga una longitud de fibra de 1,0 mm o superior.
El amasado en estado fundido y moldeo por extrusion se pueden realizar usando, por ejemplo, maquinas de moldeo por extrusion conocidas comunmente (por ejemplo, FNX140 fabricada por Nissei Plastic Industrial Co., Ltd. (Nagano-ken, Hanishina-gun, Sakaki-machi)). De forma adicional, por ejemplo, cuando la resina de matriz es una resina de polipropileno, estas condiciones pueden ser temperatura del cilindro aproximadamente 230 0C, temperatura de resina aproximadamente 230 0C, temperatura de troquel aproximadamente 50 0C, velocidad de llenado aproximadamente 10 mm/s y velocidad de tornillo aproximadamente 80 rpm.
El material de resina en esta realizacion es de baja densidad, con excelente resistencia a la flexion, modulo de flexion, resistencia a la traccion y resistencia a impacto (especialmente, resistencia a impacto a bajas temperaturas). Por lo tanto, el material de resina de la presente realizacion se puede usar ampliamente en aplicaciones que demandan un buen equilibrio de baja densidad, resistencia y propiedad de impacto.
El material de resina de esta realizacion se puede usar apropiadamente en aplicaciones tales como componentes de automocion, articulos electricos domesticos, articulos de uso habitual, aparatos domesticos, contenedores, pales, recipientes y similares, y se puede usar de forma especialmente apropiada para componentes de automocion.
Son ejemplos de componentes de automocion partes de motor, partes de chasis, partes de cuerpo exteriores y de coche y partes interiores.
En otras palabras, el material de resina de esta realizacion se puede usar, por ejemplo, como una parte de motor en conductos de aire, resonadores, carcasas de purificadores de aire, cubiertas de correas, cubiertas de motor, cubiertas inferiores de motor y similares.
El material de resina de la presente realizacion tambien se puede usar, por ejemplo, como una parte de chasis en cilindros maestros de frenos y similares.
El material de resina de esta realizacion tambien se puede usar, por ejemplo, como partes de cuerpo de automovil exteriores en parachoques, molduras de protectores laterales, carcasas de faros, guardabarros, parachoques, depositos de limpiaparabrisas, alerones laterales, cajas de acondicionadores de aire, conductos de acondicionador de aire, ventiladores de motor, sujetadores de palas de ventilador, placas de inclinacion, modulos extremo frontal, interiores de puerta trasera y similares.
El material de resina de la presente realizacion tambien se puede usar, por ejemplo, como una parte interior en paneles de instrumentos, cajas de consola, guanteras, compensador de puertas, compensador de pilar, cubiertas de cambio de columna, carcasas de contadores, compensadores de lineas, parasoles, cajas de baterias y similares.
Un articulo moldeado de una realizacion comprende el material compuesto. Debido a que tal articulo moldeado utiliza uno de los materiales compuestos que se han mencionado anteriormente, el articulo moldeado permite ahorros de peso y tiene excelentes propiedades mecanicas. De forma adicional, debido a que el material compuesto de este articulo moldeado tiene una resistencia a impacto especialmente buena a bajas temperaturas, el articulo moldeado se puede usar apropiadamente en aplicaciones que suponen el uso en un entorno de baja temperatura, tal como en piezas para automocion, y similares.
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El artfculo moldeado de esta realizacion se puede usar de forma apropiada como los componentes de automoviles que se han mencionado anteriormente, articulos electricos domesticos, articulos de uso habitual, aparatos domesticos, contenedores, pales, recipientes y similares.
Se han descrito anteriormente realizaciones adecuadas, pero la presente solicitud no esta limitada a las realizaciones que se han mencionado anteriormente.
Por ejemplo, un aspecto en la presente solicitud es un metodo de mejora de la resistencia a impacto a baja temperatura del material compuesto en el que al menos el 70 % de las fibras de vidrio tienen una longitud de fibra de 1,0 mm o superior.
Otro aspecto de la presente solicitud es material fabricado de un material compuesto amasado en estado fundido de modo que al menos el 70 % de las fibras de vidrio tengan una longitud de fibra de 1,0 mm o superior.
Ejemplos
Los materiales de los ejemplos de trabajo y ejemplos comparativos se adquirieron mediante los metodos mostrados a continuacion.
Se adquirio polipropileno (copolimero de bloques) (1,326 MPa de modulo de flexion, 8,8 kJ/m2 (23 0C) de resistencia al impacto de Charpy, 900 kg/m3 (0,9 g/cm3) de densidad) como componente A de Sumitomo Chemical Co., Ltd. (Tokio, Chuo-ku) (nombre del producto: AZ864).
Se produjo un material compuesto fabricado mediante amasado en estado fundido del componente de polipropileno A con burbujas de vidrio del componente G (densidad 700 kg/m3 (0,7 g/cm3)) descrito mas adelante, como el componente B.
Se adquirio un material compuesto de polipropileno (copolimero de bloques) y fibras de vidrio (60 % en masa de fibras de vidrio, 6 mm de longitud cortada, un diametro de filamento de aproximadamente diez pm, fibras continuas (mecha)) como componente C de Owens Corning Japan LLC (Tokio, Minato-ku) (nombre del producto: LP6010-L8).
Se produjo un material compuesto producido mediante amasado en estado fundido del componente de polipropileno A con fibras de vidrio del componente F, descrito mas adelante, como componente D.
Un material compuesto de polipropileno (copolimero de bloques) y fibras de vidrio (30 % en masa de fibras de vidrio, 0,3 mm de longitud cortada, diametro de filamento aproximadamente diez pm) se adquirieron como componente E de Prime Polymer Co., Ltd. (Tokio, Minato-ku) (nombre del producto: Prime Polypro R-350G).
Se adquirieron fibras de vidrio (3 mm de longitud cortada, diametro de filamento 10 pm, hebras cortadas de vidrio) como componente F de Nitto Boseki Co., Ltd. (Fukuoka-ken, Fukuoka-shi).
Se adquirieron burbujas de vidrio (460 kg/m3 (0,46 g/cm3) densidad real, 110 MPa de resistencia a la compresion residual del 90 % en volumen, 20 pm de diametro medio) como componentes G de Sumitomo-3M (Kanagawa-ken, Sagamihara-shi) (nombre del producto: 3M™ Glass Bubbles iM16K).
Ejemplos 1 a 8, Ejemplos Comparativos 1 a 3, Ejemplo de Referencia 1
Aglomerados de Componentes A a E se mezclaron en seco uniformemente con relaciones de mezcla (% en masa) enumeradas en la Tabla 1 y la Tabla 2 y despues se cargaron en una maquina de moldeo por extrusion (FNX140; fabricada por Nissei Plastic Industrial Co., Ltd. (Nagano-ken, Hanishina-gun, Sakaki-machi)) y se amasaron en estado fundido y moldearon por extrusion en las condiciones siguientes para preparar probetas hechas de materiales compuestos. Se usaron los siguientes metodos para medir los porcentajes de fibras de vidrio con longitudes de fibra de al menos 1,0 mm, al menos 1,5 mm y al menos 2,0 mm en relacion con todas las fibras de vidrio, densidad, resistencia a la flexion como modulo de flexion, resistencia a la traccion, resistencia a impacto a temperatura ambiente (23 0C) y resistencia a impacto a baja temperatura (-15 °C) de las probetas resultantes. Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 3 y la Tabla 4.
Metodo de preparacion de probetas
Una maquina de moldeo por extrusion (FNX140; fabricada por Nissei Plastic-Industrial Co., Ltd. (Nagano-ken, Hanishina-gun, Sakaki-machi)) se uso para realizar el amasado en estado fundido y el moldeo por extrusion a una temperatura de cilindro de 230 °C, temperatura de resina de 230 °C, temperatura de troquel de 53 °C, velocidad de llenado 10 mm/s y velocidad de tornillo de 80 rpm segun las condiciones de moldeo especificadas en la norma ISO 0294-1: edicion 1996, para preparar probetas para multiples fines de 4-mm de tipo A1 segun la norma ISO 3167: edicion de 1993.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Medicion de la longitud de fibra de fibras de vidrio
Despues de quemar la probeta a 550 0C durante 3 horas, las fibras de vidrio y las burbujas de vidrio se recogieron en forma de ceniza. Aproximadamente 1 g de esta ceniza se anadio a aproximadamente 300 ml de agua y se sometio a dispersion ultrasonica para separar las fibras de vidrio y las burbujas de vidrio. Debido a la diferencia de densidad, las fibras de vidrio precipitaron y las burbujas de vidrio flotaron hasta la superficie del agua, donde se retiraron solamente las burbujas de vidrio. Despues se anadio agua adicional y se sometio de nuevo a dispersion ultrasonica y se retiraron solamente las burbujas de vidrio, esto despues se repitio varias veces hasta que no siguieron apareciendo burbujas de vidrio en la superficie del agua. Despues se transfirio una cantidad establecida de agua con fibras de vidrio dispersadas en su interior a un portaobjetos de vidrio y se secaron hasta que se evaporo el contenido de agua. La muestra resultante se observo bajo un microscopio digital con un aumento de 30 veces y se midio la longitud residual de 100 fibras de vidrio seleccionadas al azar. Se encontro y expreso como % el numero de fibras de vidrio, entre 100 fibras de vidrio, cuyas longitudes de fibra eran 1,0 mm o superior, 1,5 mm o superior y 2,0 mm o superior.
Medicion de densidad
La densidad de las probetas se midio segun la norma ISO 1183: edicion de 1987. Medicion de la resistencia a la flexion
Se midio la resistencia a la flexion de las probetas segun la norma ISO 178: edicion de 2003. Medicion del modulo de flexion
Se midio el modulo de flexion de las probetas segun la norma ISO 178: edicion de 2003. Medicion de la resistencia a la traccion
Se midio la resistencia a la traccion de las probetas segun las normas ISO 527-1 e ISO 527-2: edicion de 1993. Medicion de la resistencia a impacto a temperatura ambiente (23 °C)
Se midio la resistencia a impacto de Charpy de las probetas a 23 °C a 1eA (muesca tipo A) segun la norma ISO 179: edicion de 2010.
Medicion de resistencia a impacto a baja temperatura (-15 °C)
Se midio la resistencia a impacto de Charpy de las probetas a -15 °C a 1eA (muesca tipo A) segun la norma ISO 179: edicion de 2010.
Tabla 1
Componente (% en masa)
Ejemplo 1 Ejemplo 2 Ejemplo 3 Ejemplo 4 Ejemplo 5 Ejemplo 6 Ejemplo 7 Ejemplo 8
A
80 70 75 46,67 65 60 55 -
B
10 10 20 20 30 30 40 50
C
10 20 5 33,33 5 10 5 50
D
- - - - - - - -
E
- - - - - - - -
Total
100 100 100 100 100 100 100 100
Tabla 2
Componente (% en masa)
Ejemplo comparativo 1 Ejemplo comparativo 2 Ejemplo comparativo 3 Ejemplo de Referencia 1
A
60 70 60 100
B
20 20 30 -
C
- - - -
D
- 10 10 -
E
20 - - -
Total
100 100 100 100
Tabla 3
Ejemplo 1 Ejemplo 2 Ejemplo 3 Ejemplo 4 Ejemplo 5 Ejemplo 6 Ejemplo 7 Ejemplo 8
Contenido en burbujas de vidrio (% en masa)
3 3 6 6 9 9 12 15
Contenido en fibras de vidrio (% en masa)
6 12 3 20 3 6 3 30
Densidad (kg/m3 (g/cm3))
920 (0,92) 950 (0,95) 880 (0,88) 990 (0,99) 850 (0,85) 880 (0,88) 830 (0,83) 1000 (1,00)
Resistencia a la flexion (MPa)
69,9 98,8 57,1 112,8 52,1 71,8 47,7 126,0
Modulo de flexion (MPa)
2322 3290 1929 4728 2030 2588 2087 7246
Resistencia a la traccion (MPa)
52,4 73,2 38,5 83,6 32,9 49,6 32,3 88,9
Resistencia a impacto Charpy (23 0C, kJ/m2)
10,6 15,3 7,0 18,5 6,5 10,0 6,1 16,2
Resistencia a impacto Charpy (-15 0C, kJ/m2)
11,2 17,2 7,6 24,0 8,3 13,4 7,9 20,8
Modulo de flexion de rigidez especifica1/3/Densidad (MPa1/3)/kg/m3 (g/cm3)
0,0145 (14,5) 0,0156 (15,6) 0,0142 (14,2) 0,017 (17,0) 0,0148 (14,8) 0,0156 (15,6) 0,0153 (15,3) 0,0194 (19,4)
Proporcion de fibra de vidrio (%)
1,0 mm o 96 86 95 92 97 97 99 74
1,5 mm o
87 56 77 84 79 78 85 51
2,0 mm o
68 30 62 64 70 58 76 23
5 Tabla 4
Ejemplo Comparativo 1 Ejemplo Comparativo 2 Ejemplo Comparativo 3 Ejemplo de Referencia 1
Contenido en burbujas de vidrio (% en masa)
6 6 9 -
Contenido en fibras de vidrio (% en masa)
6 3 3 -
Densidad (kg/m3 (g/cm3))
890 (0,89) 870 (0,87) 850 (0,85) 900 (0,9)
Resistencia a la flexion (MPa)
51,4 36,0 33,7 37
Modulo de flexion (MPa)
2284 1755 1814 1326
Resistencia a la traccion (MPa)
34,2 23,2 21,2 24
Resistencia a impacto Charpy (23 0C, kJ/m2)
3,4 2,3 2,0 8,8
Resistencia a impacto Charpy (-15 0C, kJ/m2)
2,1 1,9 1,3 4,4
Modulo de flexio especifica1/3/De (MPa1/3)/kg/m3 (
n de rigidez nsidad g/cm3) 0,0147 (14,7) 0,0139 (13,9) 0,0144 (14,4) 0,0122 (12,2)
Proporcion de
1,0 mm o superior 1 2 1 -
fibra de vidrio
1,5 mm o superior 0 0 0 -
(%)
2,0 mm o superior 0 0 0 -

Claims (4)

  1. 10 2.
  2. 3.
    15
  3. 4.
    20
  4. 5.
    25 6.
    30 7.
    REIVINDICACIONES
    Un material compuesto que comprende una resina de matriz y fibras de vidrio y burbujas de vidrio dispersadas en la resina de matriz;
    teniendo al menos el 70 % de las fibras de vidrio una longitud de fibra de 1,0 mm o superior, y siendo un diametro medio de las burbujas de vidrio de al menos 10 pm y no superior a 40 pm, en donde una resistencia a la compresion residual del 90 % de volumen de las burbujas de vidrio esta en el intervalo de 50 a 300 MPa, medida segun la norma ASTMD 3102-78 en glicerol.
    El material compuesto segun la reivindicacion 1, que tiene un contenido de las burbujas de vidrio Cb y un contenido de las fibras de vidrio Cf, en donde la relacion de masa Cb/Cf de es al menos 0,1 y no superior a 10.
    El material compuesto segun la reivindicacion 1 o 2, en donde un contenido de las fibras de vidrio es al menos el 1 % en masa y no superior al 40 % en masa basandose en una cantidad total del material compuesto.
    El material compuesto segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde un contenido de las burbujas de vidrio es al menos el 1 % en masa y no mas del 30 % en masa, basandose en una cantidad total del material compuesto.
    El material compuesto segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde una densidad real de las burbujas de vidrio es al menos 0,3 g/cm3 y menos de 0,9 g/cm3.
    El material compuesto segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el material compuesto se obtiene mediante el amasado en estado fundido de aglomerados de resina, en las que haces de fibras de fibras de vidrio se impregnan con una resina de base y un material de resina que contiene burbujas de vidrio.
    El material compuesto segun la reivindicacion 6, en donde un producto amasado en estado fundido de aglomerados de resina y el material de resina se obtiene mediante moldeo por extrusion.
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