ES2895505T3 - Procedimiento para la producción de materiales compuestos de fibra a partir de polímeros amorfos modificados químicamente - Google Patents

Procedimiento para la producción de materiales compuestos de fibra a partir de polímeros amorfos modificados químicamente Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la producción de un material compuesto de fibra termoplástico a partir de una matriz termoplástica M, que contiene al menos un compuesto de moldeo termoplástico A, que presenta al menos una funcionalidad químicamente reactiva seleccionada del grupo que consiste en función anhídrido de ácido maleico, N- fenilmaleinimida y (met)acrilato de glicidilo, y al menos una capa de fibras de refuerzo B, que comprende las etapas: i) proporcionar al menos una estructura plana F de fibras de refuerzo B, siendo la al menos una estructura plana F una tela, un tejido, una estera, un velo o un tejido de punto, ii) incorporar la al menos una estructura plana F en una matriz termoplástica M, iii) hacer reaccionar grupos funcionales de la matriz termoplástica M con grupos polares en la superficie de las fibras de refuerzo B, iv) consolidar el material compuesto de fibra, v) dado el caso enfriar y etapas de procedimiento adicionales, en el que las etapas (ii) y/o (iii) se llevan a cabo mediante compresión con sobrepresión a una temperatura de 200 a 340 °C, en el que el tiempo de permanencia para la producción del material compuesto de fibra a temperaturas de 200 °C a 340 °C es como máximo de 10 minutos, en el que las fibras de refuerzo B están incrustadas por capas en el material compuesto de fibra.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para la producción de materiales compuestos de fibra a partir de polímeros amorfos modificados químicamente
Descripción modificada - Copia en limpio
La presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de materiales compuestos de fibra (denominados también organochapas), que contienen un compuesto de moldeo termoplástico A y al menos una capa de fibras de refuerzo B, en el que la al menos una estructura plana F de fibras de refuerzo B se incrusta en la matriz con el compuesto de moldeo termoplástico A y en el que el compuesto de moldeo termoplástico A presenta al menos una funcionalidad químicamente reactiva. La invención se refiere también a estructuras planas de fibras de refuerzo.
Los materiales compuestos de fibra u organochapas se componen generalmente de una pluralidad de fibras de refuerzo que están incrustadas en la matriz de polímero. Los ámbitos de uso de los materiales compuestos de fibra son variados. Por ejemplo, los materiales compuestos de fibra se usan en el sector automovilístico y aeronáutico. En este sentido, los materiales compuestos de fibra impedirán el rasgado u otras fragmentaciones de la matriz, para así reducir el riesgo de accidente debido a fragmentos de componentes dispersos. Muchos materiales compuestos de fibra son capaces de absorber fuerzas relativamente altas en caso de carga, antes de que se produzca un fallo total. Al mismo tiempo, los materiales compuestos de fibra, en comparación con materiales convencionales no reforzados, se caracterizan por una alta resistencia y rigidez con, al mismo tiempo, baja densidad y otras propiedades ventajosas tales como, por ejemplo, resistencia adecuada al envejecimiento y a la corrosión.
La resistencia y la rigidez de los materiales compuestos de fibra se pueden adaptar a este respecto a la dirección de carga y tipo de carga. En este sentido, en primer lugar, las fibras son las responsables de la resistencia y rigidez del material compuesto de fibra. Además, su disposición determina también las propiedades mecánicas del material compuesto de fibras respectivo. La matriz sirve generalmente, por el contrario, principalmente para introducir las fuerzas a absorber en las fibras individuales y para mantener la disposición espacial de las fibras en la orientación deseada. Dado que tanto las fibras como los materiales de matriz son variables, se tienen en cuenta numerosas posibilidades de combinación de fibras y materiales de matriz.
En la producción de materiales compuestos de fibra, la unión de fibras y matriz entre sí desempeña un papel esencial. También la resistencia de la incrustación de las fibras en la matriz de polímero (adherencia fibra-matriz) puede tener una influencia considerable sobre las propiedades del material compuesto de fibra.
Para la optimización de la adherencia fibra-matriz y para compensar una "pequeña similitud química" entre las superficies de fibra y la matriz de polímero rodeada, se tratan previamente con regularidad fibras de refuerzo. Para ello se añaden regularmente agentes adherentes al denominado apresto. Un revoque de este tipo (agente de apresto) se aplica regularmente durante la producción sobre las fibras, para mejorar la capacidad de procesamiento subsiguiente de las fibras (tal como tejedura, plegado, costura). Cuando el apresto para el procesamiento subsiguiente posterior es indeseado, tiene que retirarse en primer lugar en una etapa de procedimiento adicional, por ejemplo, mediante calcinación. En algunos casos, las fibras de vidrio se procesan también sin apresto.
Entonces, para la producción del material compuesto de fibra se aplica un agente adherente adicional en una etapa de procedimiento adicional. Aprestos y/o agentes adherentes forman sobre la superficie de las fibras una capa que puede determinar esencialmente la interacción de las fibras con el entorno. Hoy en día, se encuentra disponible una pluralidad de agentes adherentes diferentes. El experto en la materia puede seleccionar, en función del campo de aplicación, matriz que se va a usar y fibras que se van a usar, un agente adherente adecuado que sea compatible con la matriz y con las fibras.
Un requisito técnico consiste en que al producirse el fallo total del material compuesto de fibra pueda sufrir una rotura frágil. En consecuencia, por ejemplo, en la construcción de elementos, que están expuestos a una carga elevada, se puede generar un riesgo de accidente considerable por componentes rotos.
Por lo tanto se desea proporcionar materiales compuestos de fibra con un amplio intervalo de carga, en el que es improbable el fallo total. Se desean además buenas propiedades ópticas, tal como la posibilidad de poder producir, por medio de los materiales compuestos de fibra, elementos distintos con superficies lisas.
El documento US 5.008.145 enseña composiciones a base de poli(cloruro de vinilo) reforzadas por fibras de vidrio, conteniendo las composiciones adicionalmente copolímero de (alfa-metil-)estireno-acrilonitrilo.
En el documento WO 2008/058971 se describen compuestos de moldeo que usan un grupo de fibras de refuerzo. Los grupos de fibras de refuerzo están dotados en cada caso de distintos componentes de agente adherente que provocan las distintas adherencias fibra-matriz. La segunda adherencia fibra-matriz es menor que la primera adherencia fibra-matriz, y las capas próximas a la superficie de fibras de refuerzo de fibras de refuerzo del primer grupo están formadas con adherencia fibra-matriz. Como materiales de matriz se proponen duroplásticos tales como poliésteres y los termoplásticos poliamida y polipropileno.
El documento WO 2008/119678 describe un copolímero de estireno-acrilonitrilo reforzado con fibras de vidrio (SAN), que mediante el uso de copolímero de estireno que contiene grupos anhídrido de ácido maleico y fibras de vidrio cortadas, se mejora en sus propiedades mecánicas. Se enseña por lo tanto el uso de fibras cortas. Sin embargo, no se da indicación alguna sobre materiales compuestos de fibra.
El documento WO 2008/110539 enseña materiales compuestos de fibra que contienen copolímero de fibras de vidrio y estireno-acrilonitrilo-anhídrido de ácido maleico. Se enseña que rovings de fibra de vidrio se pueden introducir en un procedimiento de pultrusión.
El documento WO 2011/023541 enseña un procedimiento para la producción de copolímero de estireno-acrilonitrilo reforzado con fibras de vidrio (SAN) para conseguir una resistencia al choque mejorada, pudiendo contener el SAN adicionalmente unidades de anhídrido de ácido maleico. De este modo, se enseña, por ejemplo, que se puede usar un roving de fibra de vidrio tratado con un apresto de aminosilano o se pueden utilizar fibras de vidrio cortas en una unidad de impregnación de una instalación de pultrusión, pudiendo producirse microgránulos.
El documento CN 102924857 describe mezclas de copolímeros de estireno-anhídrido de ácido maleico, que se mezclan con vidrio cortado y entonces muestran resistencias relativamente altas. Sin embargo, la resistencia a fisuras por esfuerzos de un material de este tipo frente a disolventes, es demasiado baja. También la resistencia frente a materiales compuestos de fibra de vidrio es claramente demasiado baja.
El documento CN 101555341 describe mezclas de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), fibras de vidrio, polímeros que contienen anhídrido de ácido maleico y resinas epoxídicas. En la producción se disponen ABS y el polímero que contiene anhídrido de ácido maleico, para añadir en primer lugar la resina epoxídica y entonces las fibras de vidrio. La fluidez de una mezcla de este tipo, que contiene una resina epoxídica (durómera), está muy limitada.
El documento KR 100376049 enseña mezclas de SAN, copolímero que contiene anhídrido de ácido maleico y N-fenilmaleinimida, fibras de vidrio cortadas y un agente de acoplamiento a base de aminosilano. El uso de un agente de acoplamiento de este tipo lleva a etapas de procesamiento adicionales y aumenta por lo tanto los costes de producción.
El documento US 2011/0020572 describe componentes de organochapa con un diseño híbrido de, por ejemplo, un componente de policarbonato muy fluido. A este respecto, policarbonato (PC) se hace fluido mediante aditivos adecuados, tal como, a través de poliésteres hiperramificados, Copolímeros de etileno/(met)acrilato o ésteres de polialquilenglicol de bajo peso molecular.
El documento EP-A 2251 377 describe organochapas que contienen fibras individuales y rovings de fibra.
Las fibras (de vidrio) se tratan en el estado de la técnica con frecuencia con un apresto, que principalmente protege las fibras entre sí. Se impedirá un daño mutuo por fricción. En el caso de acción mecánica mutua, no se producirá la fragmentación transversal (rotura incipiente). Asimismo, por medio del apresto se puede facilitar el proceso de corte de las fibras, para obtener, principalmente, una longitud depila igual. Además, mediante el apresto se puede evitar una aglomeración de las fibras.
La dispersabilidad de fibras cortas en agua se puede mejorar. Por lo tanto, es posible obtener estructuras planas uniformes según el procedimiento de plegado en húmedo.
Un apresto puede contribuir a que se produzca una cohesión mejorada entre las fibras de vidrio y la matriz de polímero en la que las fibras de vidrio actúan como fibras de refuerzo. Este principio se aplica, principalmente, en los plásticos reforzados con fibra de vidrio (GFK).
Hasta ahora, los aprestos de fibra de vidrio contienen generalmente un gran número de constituyentes, tales como, por ejemplo, agentes filmógenos, agentes deslizantes, humectantes y agentes adherentes.
Un agente filmógeno protege los filamentos de vidrio frente al rozamiento mutuo y puede reforzar adicionalmente una afinidad con resinas sintéticas, para promover la resistencia y la cohesión de un material compuesto. Pueden mencionarse derivados de almidón, polímeros y copolímeros de acetato de vinilo y ésteres acrílicos, emulsiones de resina epoxídica, resinas de poliuretano y poliamidas con un porcentaje del 0,5 al 12 % en peso, con respecto al apresto total.
Un agente deslizante confiere suavidad a las fibras de vidrio y sus productos y reduce el rozamiento mutuo de las fibras de vidrio, así como durante la producción. Con frecuencia, sin embargo la adherencia entre vidrio y resina sintética se ve afectada por el uso de agentes deslizantes. Se pueden mencionar grasas, aceites y polialquilenaminas en una cantidad del 0,01 al 1 % en peso, con respecto al apresto total.
Un humectante provoca una disminución de la tensión superficial y una humectación mejorada de los filamentos con el apresto. Para aprestos acuosos se pueden mencionar, por ejemplo, amidas de poli(ácido graso) con una cantidad del 0,1 al 1,5 % en peso, con respecto al apresto total.
Con frecuencia no existe una afinidad adecuada entre la matriz de polímeros y las fibras de vidrio. Este puenteo lo pueden realizar los agentes adherentes, que aumentan la adhesión de polímeros en la superficie de fibra. La mayoría de los silanos organofuncionales, tales como, por ejemplo, aminopropil-trietoxisilano, metacriloxipropiltrimetoxisilano, glicidiloxipropiltrimetoxisilano y similares pueden mencionarse.
Silanos, que se añaden a un apresto acuoso, se hidrolizan generalmente dando silanoles. Estos silanoles pueden reaccionar entonces con superficies de fibra (de vidrio) reactivas y por lo tanto forman una capa de adhesivo (con un grosor de aproximadamente 3 nm).
En consecuencia, agentes funcionales de bajo peso molecular con grupos silanol pueden reaccionar sobre la superficie de vidrio, reaccionando adicionalmente estos agentes de bajo peso molecular a continuación (por ejemplo en resinas epoxídicas) y a este respecto proporcionan un enlace químico de las fibras de vidrio a la matriz de polímero. Una producción de este tipo, sin embargo, requiere mucho tiempo y dura hasta el endurecimiento completo de los polímeros (por ejemplo de las resinas epoxídicas mencionadas anteriormente) aproximadamente entre 30 minutos y más de una hora.
Parece por lo tanto deseable, en un procedimiento mejorado, unir ya masas fundidas polimerizadas con fibras de vidrio u otras fibras de refuerzo.
Una funcionalización mediante reacción con polímeros es asimismo conocida. De este modo se consigue, mediante el uso de tipos de policarbonato de bajo peso molecular impregnar adecuadamente el tejido o la tela de fibra de vidrio y mediante reacción de grupos funcionales llevar a cabo un "injerto" sobre la superficie de fibra de vidrio con el policarbonato, que aumenta la compatibilidad con el polímero. Este modo de proceder tiene sin embargo la desventaja de que el policarbonato (PC) tiene una viscosidad muy alta y para esta etapa de impregnación tiene que usarse PC de bajo peso molecular, es decir, de baja viscosidad, que presenta una usabilidad extraordinariamente escasa, tal como por ejemplo una baja resistencia frente a agentes que desencadenan fisuras por esfuerzos, tal como disolventes polares.
Un objetivo técnico de la invención es proporcionar un procedimiento para la producción de un material compuesto de fibra (organochapa), que presenta propiedades adecuadas para la producción de cuerpos moldeados, láminas y revestimientos. El material compuesto de fibra se basará en un material compuesto sólido, fácil de procesar, en su mayor parte inerte frente a disolventes convencionales, muy resistente a fisuración por esfuerzos y presentará una superficie lisa. Idealmente, el material compuesto de fibra trabaja bien sin agente adherente. Es asimismo objeto de la invención un material compuesto de fibra que se puede obtener o se obtiene a partir del procedimiento de acuerdo con la invención.
Se ha mostrado sorprendentemente que un material compuesto de fibra, que contiene al menos un compuesto de moldeo termoplástico A como matriz, al menos una capa de fibras de refuerzo B, y opcionalmente al menos un aditivo C, estando incrustada la al menos una capa de fibras de refuerzo B en la matriz, y presentando el compuesto de moldeo termoplástico A al menos una funcionalidad químicamente reactiva, que durante el proceso de producción del material compuesto de fibra reacciona con grupos químicos de la superficie de componente B, da como resultado un material compuesto de fibra que presenta una resistencia adecuada y es resistente a la fisuración por esfuerzos y a disolventes.
Se enseña por lo tanto un procedimiento para la producción de un material compuesto de fibra termoplástico a partir de una matriz termoplástica M, que contiene al menos un compuesto de moldeo termoplástico A, y fibras de refuerzo B, que comprende las etapas:
i) proporcionar al menos una estructura plana F de fibras de refuerzo B,
ii) incorporar la al menos una estructura plana F en una matriz termoplástica M,
iii) hacer reaccionar grupos funcionales de la matriz termoplástica M con grupos polares en la superficie de las fibras de refuerzo B,
iv) consolidar el material compuesto de fibra,
v) dado el caso enfriar (y dado el caso etapas de procedimiento adicionales).
La presente invención se define de acuerdo con las reivindicaciones.
Será comprensible para el experto en la materia que el compuesto de moldeo termoplástico A de acuerdo con la invención comprende al menos un (co)polímero, que presenta al menos una funcionalidad químicamente reactiva, que durante el proceso de producción del material compuesto de fibra reacciona con grupos químicos en la superficie del componente de fibra de refuerzo B. Un (co)polímero de este tipo comprende al menos un monómero funcional A-I, cuya funcionalidad durante el proceso de producción del material compuesto de fibra reacciona con grupos químicos en la superficie del componente de fibra de refuerzo B. El (co)polímero que comprende monómero A-I se denomina en el presente documento también componente de polímero (A-a).
Opcionalmente, el compuesto de moldeo termoplástico A puede contener también uno o varios (co)polímeros que opcionalmente están también libres de una funcionalidad químicamente reactiva de este tipo (por lo tanto, no contienen ningún monómero A-I funcional) y por lo tanto, durante el proceso de producción del material compuesto de fibra no reaccionan con grupos químicos en la superficie del componente de fibra de refuerzo B. Un (co)polímero de este tipo se denomina en el presente documento también como componente de polímero (A-b).
La invención se refiere especialmente a un procedimiento tal como se describe anteriormente, en el que el material compuesto de fibra contiene:
a) al menos un compuesto de moldeo termoplástico como matriz M,
b) al menos una estructura plana F de fibras de refuerzo B, y
c) opcionalmente al menos un aditivo C,
en el que varias estructuras planas F de fibras de refuerzo B están incrustadas en la matriz M y el compuesto de moldeo termoplástico A presenta al menos una funcionalidad químicamente reactiva.
En otra forma de realización, la invención se refiere especialmente a un procedimiento tal como se describe anteriormente, en el que el material compuesto de fibra se compone
a) del 30 al 95 % en peso de la matriz termoplástica M,
b) del 5 al 70 % en peso de las fibras de refuerzo B, y
c) del 0 al 40 % en peso del aditivo C.
En otra forma de realización, la invención se refiere especialmente a un procedimiento tal como se describe anteriormente, en el que el compuesto de moldeo termoplástico A utilizado como matriz es amorfo.
El procedimiento se puede usar para la producción de un material compuesto de fibras W (parcialmente) permeable a la luz y/o imprimible.
En otra forma de realización, la invención se refiere especialmente a un procedimiento tal como se describe anteriormente, en el que el compuesto de moldeo termoplástico A se selecciona del grupo que consiste en poliestireno (transparente o resistente al impacto), copolímeros de estireno-acrilonitrilo, copolímeros de alfametilestireno-acrilonitrilo, copolímeros de acrilonitrilo-estireno modificados en cuanto a la resistencia al impacto, en particular copolímeros de acrilonitrilo-butadieno-estireno, copolímeros de estireno-metacrilato de metilo y copolímeros de acrilonitrilo-estireno-éster acrílico, así como combinaciones de los copolímeros mencionados con policarbonato o poliamida.
Se entenderá que de acuerdo con la invención al menos uno de los componentes de (co)polímero del compuesto de moldeo termoplástico A representa un (co)polímero que presenta al menos una funcionalidad químicamente reactiva tal como se describe en el presente documento (componente de polímero (A-a)). Cada uno de los componentes de copolímero mencionados en el párrafo anterior puede presentar por consiguiente además de los monómeros mencionados explícitamente también una funcionalidad reactiva que puede reaccionar durante la producción del material compuesto de fibra con la superficie de las fibras B. Por lo tanto, cada uno de los (co)polímeros mencionados anteriormente también puede representar un componente de polímero (A-a).
De manera correspondiente, los componentes de polímero mencionados anteriormente, en su uso como componente de polímero (A-a), contendrán por regla general también al menos un monómero A-I que media la funcionalidad químicamente reactiva (por lo tanto la reacción con fibras B). Entonces, estos se pueden denominar también como, por ejemplo: copolímero de poliestireno-(A-I), copolímero de estireno-acrilonitrilo-(A-I), copolímero de a-metilestireno-acrilonitrilo-(A-I), copolímero de acrilonitrilo-estireno-(A-I) modificado en cuanto a la resistencia al impacto, en particular copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno-(A-I) (ABS-(A-I)) y copolímero de acrilonitriloestireno-éster acrílico-(A-I) (ASA-(A-I)). Son posibles también combinaciones de los copolímeros mencionados con policarbonato o poliamida.
Opcionalmente, los componentes de polímero mencionados anteriormente en su uso como componente de polímero (A-a) también pueden comprender aún adicionalmente un segundo monómero (o incluso también un tercer monómero), que media la funcionalidad químicamente reactiva.
A modo de ejemplo, por lo tanto, los componentes de polímero mencionados anteriormente (en su uso como componente de polímero (A-a)) en el caso del uso de anhídrido de ácido maleico (MA) se pueden denominar también como monómero A-I, tal como por ejemplo: copolímero de poliestireno-anhídrido de ácido maleico, copolímero de estireno-acrilonitrilo-anhídrido de ácido maleico, copolímero de a-metilestireno-acrilonitrilo-anhídrido de ácido maleico, copolímero de acrilonitrilo-estireno-anhídrido de ácido maleico modificado en cuanto a la resistencia al impacto, en particular copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno-anhídrido de ácido maleico (ABSMA) y copolímero de acrilonitrilo-estireno-éster acrílico-anhídrido de ácido maleico (ASA-MA). Son posibles también combinaciones de los copolímeros mencionados con policarbonato o poliamida. Se entenderá que lo mismo se aplica también a otros monómeros A-I.
Opcionalmente se pueden utilizar uno o varios (co)polímeros adicionales cualquiera sin una funcionalidad de este tipo (como componente de polímero (A-b)) además del uno o los varios componente(s) de polímero (A-a). También en este caso se pueden utilizar a modo de ejemplo los (co)polímeros mencionados anteriormente (por lo tanto, poliestireno, copolímeros de estireno-acrilonitrilo, copolímeros de a-metilestireno-acrilonitrilo, copolímeros de acrilonitrilo-estireno modificados en cuanto a la resistencia al impacto, en particular copolímeros de acrilonitrilobutadieno-estireno (ABS) y copolímeros de acrilonitrilo-estireno-éster acrílico (ASA), así como combinaciones de los copolímeros mencionados con policarbonato o poliamida), entonces sin embargo sin la funcionalidad (por lo tanto sin monómero reactivo A-I).
De manera especialmente preferente, el componente de polímero (A-a) del compuesto de moldeo termoplástico A se basa en un copolímero de SAN.
El experto en la materia reconoce que el copolímero de SAN comprende entonces adicionalmente un monómero A-I, que reacciona durante el proceso de producción con la superficie de las fibras B.
Correspondientemente, el copolímero de SAN en su uso como componente de polímero (A-a) también puede ser un copolímero de SAN-(M-I) (= terpolímero de SAN-(M-I)), a modo de ejemplo un copolímero de SAN-MA (= terpolímero de SAN-MA).
Se enseña un procedimiento tal como se describe anteriormente, en donde la funcionalidad químicamente reactiva del compuesto de moldeo termoplástico A se basa en componentes seleccionados del grupo que consiste en función anhídrido de ácido maleico, función N-fenilmaleinimida, función terc-(met)acrilato de butilo y función (met)acrilato de glicidilo. De acuerdo con la invención, la funcionalidad químicamente reactiva del compuesto de moldeo termoplástico A se basa en componentes seleccionados del grupo que consiste en función anhídrido de ácido maleico, función N-fenilmaleinimida y función (met)acrilato de glicidilo.
En otra forma de realización, la invención se refiere a un procedimiento tal como se describe anteriormente, en el que para la producción del compuesto de moldeo termoplástico A se usa al menos el 0,1 % en peso, con frecuencia del 0,15 al 5 % en peso, preferentemente del 0,1 al 3 % en peso, de monómeros (A-I), con respecto a componente A, que presentan una funcionalidad químicamente reactiva.
En otra forma de realización, la invención se refiere a un procedimiento tal como se describe anteriormente, en el que la superficie de las fibras de refuerzo B contiene una o varias de las funciones del grupo de grupos hidroxi, éster y amino.
En otra forma de realización, la invención se refiere a un procedimiento tal como se describe anteriormente, en el que componente A se prepara a partir del 65 al 80 % en peso de al menos un monómero aromático de vinilo, del 19,9 al 32 % en peso de acrilonitrilo y del 0,1 al 5 % en peso de un monómero (A-I) que presenta una funcionalidad químicamente reactiva, y en el que la estructura plana F es una tela, un tejido, una estera, un velo o un tejido de punto.
El experto en la materia conoce que las estructuras planas F se diferencian de las fibras cortas, dado que en las primeras se generan mayores estructuras planas continuas que, por regla general, serán más largas de 5 mm. El experto en la materia conoce que, en este sentido, las estructuras planas preferentemente se encuentran de modo que se extienden (en su mayor parte) por el material compuesto de fibra. Por lo tanto, las estructuras planas F se encuentran preferentemente de modo que se extienden (en su mayor parte) por el material compuesto de fibra. Extenderse en su mayor parte significa en este sentido que las estructuras planas F se extienden en más del 50 %, preferentemente al menos el 70 %, en particular al menos el 90 %, de la longitud del material compuesto de fibra. La longitud del material compuesto de fibra es en este sentido la extensión mayor en una de las tres direcciones espaciales. Más preferentemente las estructuras planas F se extienden por más del 50 %, preferentemente al menos el 70 %, en particular al menos el 90 %, de la superficie del material compuesto de fibra. La superficie es en este sentido la superficie de la extensión mayor en dos de las tres direcciones espaciales. El material compuesto de fibra es preferentemente (en su mayor parte) plano.
En otra forma de realización, la invención se refiere a un procedimiento tal como se describe anteriormente, en el que componente A se prepara a partir del 65 al 80 % en peso de (a-metil)estireno, del 19,9 al 32 % en peso de acrilonitrilo y del 0,1 al 3 % en peso de anhídrido de ácido maleico, y en el que la estructura plana F es una tela, un tejido, una estera, un velo o un tejido de punto.
De manera especialmente preferente, el contenido de anhídrido de ácido maleico en el componente A es del 0,2 al 2 % en peso, aún más preferentemente del 0,33 al (aproximadamente) 1 % en peso, en particular del (aproximadamente) 1 % en peso (por lo tanto del 0,5 al 1,49 % en peso), tal como se evidencia a partir de los ejemplos experimentales.
En otra forma de realización, la invención se refiere a un procedimiento tal como se describe anteriormente, en el que las fibras de refuerzo B se componen de fibras de vidrio, que contienen (preferentemente) como funcionalidad químicamente reactiva grupos silano en la superficie.
En otra forma de realización, la invención se refiere a un procedimiento tal como se describe anteriormente, en el que las fibras de refuerzo B se componen de fibras de vidrio, que contienen (preferentemente) como funcionalidad químicamente reactiva grupos silanol en la superficie. En otra forma de realización, la invención se refiere a un procedimiento tal como se describe anteriormente, en el que el material compuesto de fibra presenta una nervadura o una estructura de tipo sándwich y está formado en forma de capas. Las etapas de procedimiento para la nervadura son conocidas para el experto en la materia.
En otra forma de realización, la invención se refiere al uso de un material compuesto de fibra termoplástico tal como se describe anteriormente, en el que el material compuesto de fibra está formado en forma de capas y contiene más de dos, con frecuencia más de tres capas. A modo de ejemplo, todas las capas pueden ser del mismo tipo y de acuerdo con la invención o algunas de las capas pueden tener una estructura diferente que aquellas de acuerdo con la invención.
De acuerdo con la invención, la invención se refiere a un procedimiento tal como se describe anteriormente, en el que la temperatura para la producción del material compuesto de fibra (en particular en la etapa (iii)) asciende al menos a 200 °C, preferentemente al menos a 250 °C y de manera especialmente preferente al menos a 300 °C. De acuerdo con la invención, la invención se refiere a un procedimiento tal como se describe anteriormente, en el que el tiempo de permanencia para la producción del material compuesto de fibra a temperaturas de al menos 200 °C es como máximo de 10 minutos, preferentemente como máximo 5 minutos, de manera especialmente preferente como máximo 2 minutos y en particular como máximo 1 minuto. El tratamiento térmico dura con frecuencia de 10 a 60 segundos.
En otro aspecto, la invención se refiere a un material compuesto de fibra producido mediante un procedimiento tal como se describe anteriormente. En otro aspecto, la invención se refiere al uso de un material compuesto de fibra tal como se describe anteriormente para la producción de cuerpos moldeados, láminas y revestimientos.
Componente A
El material compuesto de fibra contiene al menos el 20 % en peso, por regla general al menos el 30 % en peso, con respecto al peso total del material compuesto de fibra, la matriz termoplástica M o el compuesto de moldeo termoplástico A. La matriz termoplástica M, que contiene el compuesto de moldeo termoplástico A, está presente en el material compuesto de fibra preferentemente del 30 al 95 % en peso, de manera especialmente preferente del 32 al 90 % en peso, con frecuencia del 35 al 80 % en peso y en particular del 38 al 70 % en peso, con respecto al material compuesto de fibra. Preferentemente, la matriz termoplástica M corresponde al compuesto de moldeo termoplástico A.
Preferentemente el compuesto de moldeo termoplástico A se compone principalmente (en más del 50 %) de poliestireno o un copolímero (A-1). De acuerdo con una forma de realización, el compuesto de moldeo termoplástico A se compone en al menos el 75 % en peso, preferentemente en al menos el 90 % en peso del copolímero A-1. El compuesto de moldeo termoplástico A se puede componer solo de copolímero A-1.
Para un material compuesto de fibra de acuerdo con la invención, si bien como compuesto de moldeo termoplástico A se tiene en cuenta cualquier plástico termoplástico, en particular, sin embargo, se utilizan copolímeros de estireno, en particular SAN, SMMA (copolímeros de estireno-metacrilato de metilo), ABS y ASA, así como poliestireno (transparente, "PS") o también poliestireno resistente al impacto (high impact polistyrene, "HIPS").
Tal como ya se expuso anteriormente, el experto en la materia entenderá que de acuerdo con la invención al menos uno de los componentes de (co)polímero del compuesto de moldeo termoplástico A representa un (co)polímero que presenta al menos una funcionalidad químicamente reactiva tal como se describe en el presente documento (componente de polímero (A-a)). Se prefiere por consiguiente que al menos uno de los componentes de polímero mencionados anteriormente (por lo tanto al menos un poliestireno (dado el caso modificado) y/o al menos un copolímero A-1 (copolímero de estireno, en particular SAN, SMMA, ABS y ASA)) comprenda al menos un monómero A-I.
A modo de ejemplo, en el caso del uso de anhídrido de ácido maleico (MA) como monómero A-I, el poliestireno puede ser por lo tanto un copolímero de poliestireno-anhídrido de ácido maleico (S-MA), el copolímero A-1 a modo de ejemplo copolímero de estireno-acrilonitrilo-anhídrido de ácido maleico (SAN-MA), copolímero de estirenometacrilato de metilo-anhídrido de ácido maleico (SMMA-MA), copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estirenoanhídrido de ácido maleico (ABS-MA), copolímero de éster acrílico-estireno-acrilonitrilo-anhídrido de ácido maleico (ASA-MA).
Opcionalmente, además del al menos un componente de polímero (A-a) se pueden utilizar uno o varios (co)polímeros cualesquiera sin una funcionalidad de este tipo (como componente de polímero (A-b)). Se entenderá que estos pueden ser opcionalmente también poliestireno, SAN, SMMA, ABS y/o ASA (en cada caso que no comprende ningún monómero A-I).
El compuesto de moldeo termoplástico A (componente A) es preferentemente un compuesto de moldeo amorfo, significando estado amorfo del compuesto de moldeo termoplástico (material termoplástico) que las macromoléculas están dispuestas sin disposición y orientación regular, es decir, sin distancia constante, de manera completamente estadística. Preferentemente, todo el compuesto de moldeo termoplástico A presenta propiedades termoplásticas amorfas, por lo tanto se puede fundir y (en su mayor parte) no es cristalino. Con ello, la contracción del compuesto de moldeo termoplástico A, y por lo tanto también de todo el material compuesto de fibra, es relativamente baja. Se pueden obtener superficies especialmente lisas en las piezas moldeadas.
Como alternativa, el componente A contiene un porcentaje parcialmente cristalino inferior al 60 % en peso, preferentemente inferior al 50 % en peso, de manera especialmente preferente inferior al 40 % en peso, con respecto al peso total de componente A. Los termoplásticos parcialmente cristalinos forman tanto zonas químicamente regulares como zonas geométricas, es decir hay zonas en las que se forman cristalitos. Los cristalitos con agrupaciones paralelas de secciones moleculares o plegamientos de cadenas moleculares. Las moléculas en cadena individuales pueden atravesar a este respecto parcialmente la zona cristalina o la zona amorfa. En ocasiones pueden incluso pertenecer al mismo tiempo a varios cristalitos.
El compuesto de moldeo termoplástico A puede ser una combinación de polímeros termoplásticos amorfos y polímeros parcialmente cristalinos.
El compuesto de moldeo termoplástico A puede ser por ejemplo una combinación de un copolímero de estireno con uno o varios policarbonato(s) y/o uno o varios polímero(s) parcialmente cristalinos (tal como poliamida), siendo el porcentaje de componentes mixtos parcialmente cristalinos en todo el componente A inferior al 50 % en peso, preferentemente inferior al 40 % en peso.
De acuerdo con la invención, el compuesto de moldeo termoplástico A utilizado contiene poliestireno o al menos un copolímero A-1 que comprende el monómeros A-I que experimentan enlaces covalentes con los grupos funcionales B-I de las fibras de refuerzo B incrustadas. El porcentaje de monómeros A-I en el compuesto de moldeo termoplástico A se puede seleccionar de manera variable. Cuanto más alto sea el porcentaje de monómeros A-I y de los grupos funcionales (B-I), más fuerte podrá ser también la unión entre el compuesto de moldeo termoplástico A y las fibras de refuerzo B. Los monómeros A-I pueden estar presentes en el copolímero A-1 también como monómeros o estar integrados en el copolímero A-1. Preferentemente, los monómeros A-I están integrados en el copolímero A-1. De acuerdo con una forma de realización preferida, el copolímero A-1 está formado con un porcentaje de monómeros A-I de al menos el 0,1 % en peso, preferentemente de al menos el 0,5 % en peso, en particular de al menos el 1 % en peso, por ejemplo del 1 al 3 % en peso, con respecto al copolímero A-1. Como monómeros A-I, que pueden experimentar enlaces covalentes con los grupos funcionales B-I de las fibras B, se tienen en cuenta todos los monómeros que presentan propiedades de este tipo. A este respecto, como monómeros A-I se prefieren aquellos que pueden experimentar enlaces covalentes mediante reacción con grupos hidroxi o grupos amino.
Preferentemente, los monómeros A-I presentan:
(a) al menos una funcionalidad que es capaz de experimentar enlaces covalentes con los grupos funcionales B-I de la superficie de las fibras B (por ejemplo, mediante reacción con grupos hidroxilo y/o amino); y
(b) al menos una segunda funcionalidad que es capaz de unirse en el copolímero A-1, por ejemplo un doble enlace, preferentemente un doble enlace terminal, que se une por medio de polimerización por radicales en el copolímero A-1.
Opcionalmente, el copolímero A-1 o también otro (co)polímero contenido en el compuesto de moldeo termoplástico A puede contener uno o varios monómeros adicionales, que son capaces de experimentar enlaces covalentes o no covalentes con las fibras B.
Se enseña que los monómeros A-I se pueden seleccionar del grupo que consiste en:
anhídrido de ácido maleico (MA),
N-fenilmaleimida (PM),
(met)acrilato de tere-butilo y
(met)acrilato de glicidilo (GM).
De acuerdo con la invención, los monómeros A-I se seleccionan del grupo que consiste en anhídrido de ácido maleico (MA), N-fenilmaleimida (PM) y (met)acrilato de glicidilo (GM).
También pueden estar contenidos dos de estos monómeros A-I en el copolímero A-1.
El copolímero A-1 del compuesto de moldeo termoplástico A puede incluir opcionalmente otros monómeros funcionales A-II.
El componente de matriz M contiene al menos un compuesto de moldeo termoplástico A, en particular uno tal que es adecuado para la producción de materiales compuestos de fibra. Preferentemente, para el compuesto de moldeo A se utilizan termoplásticos amorfos. Por ejemplo, se utilizan copolímeros de estireno, tales como copolímeros de estireno-acrilonitrilo (SAN) o copolímeros de a-metilestireno-acrilonitrilo (AMSAN), copolímeros de estirenoacrilonitrilo modificados en cuanto a la resistencia al impacto, tales como copolímeros de acrilonitrilo-butadienoestireno (ABS), copolímeros de estireno-metacrilato de metilo (SMMA), copolímeros de metacrilato-acrilonitrilobutadieno-estireno (MABS) o copolímeros de éster acrílico-estireno-acrilonitrilo (ASA).
También son adecuadas combinaciones de los copolímeros mencionados anteriormente con policarbonato o polímeros parcialmente cristalinos tales como poliamida, con la condición de que el porcentaje de componentes mixtos parcialmente cristalinos en el componente A sea inferior al 50 % en peso. De manera muy especialmente preferente se utilizan copolímeros de ABS (con modificación mediante monómeros A-I) como compuesto de moldeo termoplástico A.
Se entenderá que en este sentido al menos uno de los componentes de polímero en el compuesto de moldeo termoplástico A está modificado con monómero A-I (componente de polímero (A-a)), preferentemente uno o varios de los copolímeros de estireno mencionados anteriormente están modificados con monómero A-I.
Cualquier componente de polímero adicional (por ejemplo, copolímeros de estireno, preferentemente tal como los mencionados anteriormente) pueden estar contenidos opcionalmente de manera adicional en el compuesto de moldeo termoplástico A, que opcionalmente no están modificados con monómero A-I (componente de polímero (A-b)).
También son adecuadas combinaciones de los copolímeros mencionados anteriormente (uno o varios componentes de polímero (A-a) y opcionalmente (A-b)) con policarbonato o polímeros parcialmente cristalinos tal como poliamida, con la condición de que el porcentaje de componentes mixtos parcialmente cristalinos en el componente A sea inferior al 50 % en peso. De manera muy especialmente preferente se utilizan copolímeros de SAN-(M-I) (con modificación mediante monómeros A-I) como (opcionalmente también como único constituyente polimérico) constituyente del compuesto de moldeo termoplástico A.
Un copolímero de (a-metil)estireno-acrilonitrilo modificado, usado de acuerdo con la invención (como componente de polímero (A-a)) como compuesto de moldeo termoplástico A se produce a partir de, con respecto al copolímero de (a-metil)estireno-acrilonitrilo, del 58 al 85 % en peso, preferentemente del 65 al 80 % en peso de (a-metil)estireno, del 14,9 al 37 % en peso, preferentemente del 19,9 al 32 % en peso de acrilonitrilo y del 0,1 al 5 % en peso, preferentemente del 0,1 al 3 % en peso de anhídrido de ácido maleico.
También se pueden mencionar mezclas de copolímero de estireno-acrilonitrilo con copolímero de a-metil-estirenoacrilonitrilo.
Un copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno-copolímero de acuerdo con la invención como compuesto de moldeo termoplástico A se produce según métodos conocidos a partir de estireno, acrilonitrilo, butadieno y un monómero A-I funcional adicional, tal como, por ejemplo, metacrilato de metilo.
El copolímero de ABS modificado puede contener, por ejemplo: hasta el 70 % en peso (aproximadamente del 35 al 70 % en peso) de butadieno, hasta el 99,9 % en peso (aproximadamente del 20 al 50 % en peso) de estireno y hasta el 38 % en peso (aproximadamente del 9 al 38 % en peso) de acrilonitrilo así como del 0,1 al 20 % en peso, preferentemente del 0,1 al 10, más preferentemente del 0,1 al 5, en particular del 0,1 al 3 % en peso de un monómero AI, tal como anhídrido de ácido maleico. El componente A se puede producir también a partir del 3 hasta el 70 % en peso (aproximadamente del 35 al 70 % en peso) de al menos un dieno conjugado, hasta el 99,9 % en peso (aproximadamente del 20 al 50 % en peso) de al menos un monómero aromático de vinilo y hasta el 38 % en peso (aproximadamente del 9 al 38 % en peso) de acrilonitrilo así como del 0,1 al 20 % en peso, preferentemente del 0,1 al 10, más preferentemente del 0,1 al 5, en particular del 0,1 al 3 % en peso, de un monómero A-I, tal como anhídrido de ácido maleico.
De acuerdo con una forma de realización preferida, el copolímero de ABS modificado (como componente de polímero (A-a)) puede contener: del 35 al 70 % en peso de butadieno, del 20 al 50 % en peso de estireno y del 9 al 38 % en peso de acrilonitrilo así como del 0,1 al 5 % en peso, preferentemente del 0,1 al 3 % en peso de un monómero A-I, tal como anhídrido de ácido maleico. El componente A se puede producir también a partir del 35 al 70 % en peso de al menos un dieno conjugado, del 20 al 50 % en peso de al menos un monómero aromático de vinilo y del 9 al 38 % en peso de acrilonitrilo así como del 0,1 al 5 % en peso, preferentemente del 0,1 al 3 % en peso de un monómero A-I, tal como anhídrido de ácido maleico.
Un copolímero de (a-metil)estireno-metacrilato de metilo de acuerdo con la invención (como componente de polímero (A-a)) como compuesto de moldeo termoplástico A se produce a partir de, con respecto al copolímero de (a-metil)estireno-metacrilato de metilo, al menos el 50 % en peso, preferentemente del 55 al 95 % en peso, de manera especialmente preferente del 60 al 85 % en peso de (a-metil)estireno y del 5 al 45 % en peso, preferentemente del 15 al 40 % en peso de metacrilato de metilo. El copolímero de (a-metil)estireno-metacrilato de metilo puede estar construido de manera aleatoria o como polímero de bloque. El componente A se puede producir también a partir de, con respecto a componente A, al menos el 50 % en peso, preferentemente del 55 al 95 % en peso, de manera especialmente preferente del 60 al 85 % en peso de monómero aromático de vinilo y del 5 al 45 % en peso, preferentemente del 15 al 40 % en peso de metacrilato de metilo.
En otra forma de realización preferida, el componente A de acuerdo con la invención es un copolímero de estireno/butadieno tal como, por ejemplo, poliestireno resistente al impacto, un copolímero de bloque de estirenobutadieno tal como, por ejemplo, Styrolux®, Styroflex®, K-Resin, Clearen, Asaprene, un policarbonato, un poliéster amorfo o una poliamida amorfa.
El experto en la materia entenderá que de acuerdo con la invención al menos uno de los componentes de (co)polímero del compuesto de moldeo termoplástico A representa un (co)polímero que presenta al menos una funcionalidad químicamente reactiva tal como se describe en el presente documento (componente de polímero (A-a)). Este puede ser también un componente de polímero tal como se describe anteriormente, en el compuesto de moldeo mencionado que presenta al menos un monómero funcional A-I. Opcionalmente se pueden utilizar uno o varios (co)polímeros adicionales aleatorios sin una funcionalidad de este tipo (como componente de polímero (A-b)). En otra forma de realización, la matriz M se puede componer de al menos dos compuestos de moldeo termoplásticos A diferentes entre sí. Estos tipos de compuestos de moldeo distintos pueden presentar por ejemplo un índice de flujo de fusión (MFI) diferente, y/u otros comonómeros o aditivos.
De acuerdo con la invención, la expresión peso molecular (Mw) se puede entender en el sentido más amplio como la masa de una molécula o una zona de una molécula (por ejemplo una cadena polimérica, un polímero de bloque o una molécula pequeña), que se puede indicar en g/mol (Da) y kg/mol (kDa). Preferentemente, el peso molecular (Mw) es el promedio en peso, que se puede determinar a través de los procedimientos conocidos en el estado de la técnica. Preferentemente, los compuestos de moldeo termoplásticos A presentan un peso molecular Mw de 60.000 a 400.000 g/mol, de manera especialmente preferente de 80.000 a 350.000 g/mol, determinándose Mw mediante dispersión de la luz en tetrahidrofurano (CPG con detector UV). El peso molecular Mw de los compuestos de moldeo termoplásticos A puede variar en un intervalo de /- 20 %.
Preferentemente, el compuesto de moldeo termoplástico A contiene un copolímero de estireno modificado mediante una funcionalidad químicamente reactiva, que está formada hasta la adición de los monómeros A-I, esencialmente de los mismos monómeros que el "copolímero de estireno normal", desviándose el contenido de monómero /- 5 %, el peso molecular /- 20 % y el índice de flujo de fusión (determinado a una temperatura de 220 °C y una carga de 10 kg según el procedimiento ISO 1133) /- 20 %. Por procedimiento ISO 1133 se entenderá preferentemente DIN EN ISO 1133-1:2012-03.
De acuerdo con una forma de realización preferida, el índice de fluidez volumétrico (Melt Volume Rate, MVR) de la composición de polímero termoplástica A empleada como matriz de polímero asciende a de 10 a 70 cm3/10 min, preferentemente de 12 a 70 cm3/10 min, en particular de 15 a 55 cm3/10 min a 220 °C/10 kg (medida según ISO1133). De acuerdo con una forma de realización especialmente preferida, el índice de fluidez volumétrico (Melt Volume Rate, MVR) de la composición de polímero termoplástica A empleada como matriz de polímero asciende a de 10 a 35 cm3/10 min, preferentemente de 12 a 30 cm3/10 min, en particular de 15 a 25 cm3/10 min a 220 °C/10 kg (medida según ISO1133).
Como alternativa, el índice de fluidez volumétrico (Melt Volume Rate, MVR) de la composición de polímero termoplástica A empleada como matriz de polímero puede ascender a de 35 a 70 cm3/10 min, preferentemente de 40 a 60 cm3/10 min, en particular de 45 a 55 cm3/10 min a 220 °C/10 kg (medida según ISO1133).
Como alternativa o adicionalmente, el índice de viscosidad determinado por medio de un viscosímetro capilar (J = (n/r|0-1) ■ 1/c) de la composición de polímero A termoplástica utilizada como matriz de polímero, medida a temperatura ambiente (20 °C) para granulado disuelto en dimetilformamida, puede ascender a de 50 a 100 ml/g, preferentemente de 55 a 85 ml/g. De acuerdo con una forma de realización preferida, el índice de viscosidad asciende a de 55 a 75 ml/g, preferentemente de 60 a 70 ml/g, en particular de 61 a 67 ml/g. De acuerdo con una forma de realización preferida alternativa, el índice de viscosidad asciende a de 60 a 90 ml/g, preferentemente de 65 a 85 ml/g, en particular de 75 a 85 ml/g.
Procedimientos de producción adecuados para el componente A son la polimerización en emulsión, en disolución, en masa o en suspensión, se prefiere la polimerización en disolución (véase el documento GB 1472195). En una forma de realización preferida de la invención, el componente A según la producción según procedimientos conocidos por el experto en la materia se aísla y preferentemente se procesa dando granulado. Después puede tener lugar la producción de los materiales compuestos de fibra.
Componente B
El material compuesto de fibra (organochapa) contiene al menos el 5 % en peso, con respecto al material compuesto de fibra, de la fibra de refuerzo B (componente B). La fibra de refuerzo B está contenida en el material compuesto de fibra preferentemente del 5 al 70 % en peso, de manera especialmente preferente del 10 al 65 % en peso, con frecuencia del 20 al 60 % en peso y en particular del 29,9 al 61,9 % en peso, con respecto al material compuesto de fibra.
La fibra de refuerzo B se utiliza como estructura plana F. La fibra de refuerzo B puede ser cualquier fibra cuya superficie presenta grupos funcionales B-I, que pueden experimentar un enlace covalente con los monómeros A-I del componente A.
En una forma de realización preferida, los grupos funcionales B-I en la superficie de la fibra de refuerzo B se seleccionan de grupos hidroxi, éster y amino. Se prefieren especialmente grupos hidroxi.
De acuerdo con una forma de realización muy preferida, las fibras de refuerzo B son fibras de vidrio que presentan grupos hidroxi en forma de grupos silanol como funcionalidad químicamente reactiva B-I en la superficie.
Las fibras de refuerzo B pueden estar incrustadas como estructura plana F en cualquier orientación y disposición en el material compuesto de fibra. Las fibras de refuerzo B no se encuentran distribuidas de manera uniforme estadísticamente en el material compuesto de fibra, sino como estructura plana, es decir en planos con porcentaje más alto y aquellos con porcentaje más bajo (por lo tanto como capas más o menos separadas). Preferentemente se parte de una estructura de tipo laminado o laminar del material compuesto de fibra.
La estructura plana F de las fibras de refuerzo B se pueden encontrar de acuerdo con la invención por ejemplo como tejido, esteras, velos, telas o tejidos de punto.
Los materiales laminados planos formados de este tipo contienen materiales compuestos construidos por capas de capas de refuerzo planas (de fibras de refuerzo B) y capas de la matriz de polímero que las humedece y las mantiene unidas, que contienen al menos un compuesto de moldeo termoplástico A. De acuerdo con la invención, las fibras de refuerzo B están incrustadas por capas en el material compuesto de fibra. Preferentemente, las fibras de refuerzo B se encuentran como estructura plana F.
En una tela, las fibras se encuentran idealmente en paralelo y estiradas. En la mayoría de los casos se utilizan fibras sin fin. Los tejidos se generan mediante entretejido de fibras sin fin, por ejemplo de rovings. El entretejido de fibras va acompañado obligatoriamente de una ondulación de las fibras. La ondulación provoca en particular una disminución de la resistencia a la compresión paralela a las fibras. Las esteras se componen generalmente de fibras cortas y largas, que se unen entre sí de manera floja a través de un aglutinante. Mediante el uso de fibras cortas y largas, las propiedades mecánicas de componentes de esteras son inferiores a las de los tejidos. Los velos son estructuras de fibras de longitud limitada, fibras sin fin (filamentos) o hilos cortados de cualquier tipo y de cualquier origen, que se han reunido dando un velo y se han unido entre sí de cualquier manera. Los tejidos de punto son sistemas de hilos mediante formación de malla.
La estructura plana F es de acuerdo con la invención una tela, un tejido, una estera, un velo o un tejido de punto. Como estructura plana F se prefiere especialmente una tela o un tejido.
Componente C
Como componente C adicional, el material compuesto de fibra utilizado contiene dado el caso del 0 al 40 % en peso, preferentemente del 0 al 30 % en peso, de manera especialmente preferente del 0,1 al 25 % en peso, con respecto a la suma de los componentes A a C, de uno o varios aditivos diferentes a los componentes A y B (sustancias auxiliares y aditivos).
Materiales de relleno minerales en forma de partícula, agentes auxiliares de procesamiento, estabilizadores, retardadores de la oxidación, agentes contra la descomposición térmica y descomposición por luz ultravioleta, agentes deslizantes y de desmoldeo, agentes ignífugos, colorantes y pigmentos y plastificantes, se pueden mencionar.
También se pueden mencionar ésteres como compuestos de bajo peso molecular. De acuerdo con la presente invención se pueden usar también dos o más de estos compuestos. En general los compuestos se encuentran con un peso molecular inferior a 3000 g/mol, con frecuencia inferior a 150 g/mol.
Materiales de relleno minerales en forma de partículas se pueden proporcionar por ejemplo mediante ácido silícico amorfo, carbonatos tal como carbonato de magnesio, carbonato de calcio (creta), cuarzo pulverizado, mica, los más diversos silicatos tal como arcillas, muscovita, biotita, suzoita, maletita de estaño, talco, clorita, flogopita, feldespato, silicatos de calcio tal como wollastonita o caolín, especialmente caolín calcinado.
Entre los estabilizadores UV entran por ejemplo distintos resorcinoles sustituidos, salicilatos, benzotriazoles y benzofenonas, que se pueden utilizar en general en cantidades hasta el 2 % en peso.
De acuerdo con la invención, al compuesto de moldeo termoplástico se pueden añadir retardadores de la oxidación y estabilizadores térmicos. Fenoles con impedimento estérico, hidroquinonas, representantes sustituidos de este grupo, aminas aromáticas secundarias, dado el caso junto con ácidos que contienen fósforo y sus sales, y mezclas de estos compuestos, preferentemente en concentraciones hasta el 1 % en peso, con respecto al peso de la mezcla, se pueden utilizar.
Así mismo, de acuerdo con la invención se pueden usar agentes deslizantes y de desmoldeo, que por regla general se añaden en cantidades hasta el 1 % en peso de la masa termoplástica. Se mencionan en este caso ácido esteárico, alcohol estearílico, ésteres alquílicos y amidas de ácido esteárico, preferentemente Irganox®, así como ésteres de pentaeritritol con ácidos grasos de cadena larga. Se pueden utilizar las sales de calcio, zinc o aluminio del ácido esteárico así como dialquilcetonas, por ejemplo diestearilcetona. Además se pueden usar también copolímeros de óxido de etileno-óxido de propileno como agentes deslizantes y de desmoldeo. Asimismo, se pueden usar ceras naturales así como sintéticas. Se mencionan ceras de PP, ceras de PE, ceras de PA, ceras de PO injertadas, ceras de HDPE, ceras de PTFE, ceras de EBS, cera de Montana, cera de carnauba y de abejas.
Los agentes ignífugos pueden ser tanto compuestos que contienen halógeno como compuestos libres de halógeno. Compuestos de halógeno adecuados, prefiriéndose compuestos bromados a los clorados, permanecen estables durante la producción y procesamiento del compuesto de moldeo de acuerdo con la invención, de modo que no se liberan gases corrosivos y no se ve afectada por ello la eficacia. Preferentemente se usan compuestos libres de halógeno, tales como por ejemplo compuestos de fósforo, en particular óxidos de fosfina y derivados de ácidos del fósforo y sales de ácidos y derivados de ácido del fósforo. De manera especialmente preferente, los compuestos de fósforo contienen grupos éster, alquilo, cicloalquilo y/o arilo. Igualmente son adecuados compuestos de fósforo oligoméricos con un peso molecular inferior a 2000 g/mol tal como se describe por ejemplo en el documento EP-A 0 363608.
Asimismo pueden estar contenidos pigmentos y colorantes. Estos están contenidos en general en cantidades del 0 al 15, preferentemente del 0,1 al 10 y en particular del 0,5 al 8 % en peso, con respecto a la suma de los componentes A a C. Los pigmentos para la coloración de materiales termoplásticos son conocidos en general, véase por ejemplo R. Gachter y H. Müller, Taschenbuch der Kunststoffadditive, Car1Hanser Verlag, 1983, pág. 494 a 510. Como primer grupo preferido de pigmentos se mencionan pigmentos blancos tales como óxido de zinc, sulfuro de zinc, blanco de plomo (2 PbcO3.Pb(OH)2), Lithopone, blando de antimonio y dióxido de titanio. De las dos modificaciones cristalinas más comunes (tipo rutilo y anatasa) del dióxido de titanio se usa en particular la forma de rutilo para la coloración blanca de los compuestos de moldeo de acuerdo con la invención.
Pigmentos de color negros, que se pueden utilizar de acuerdo con la invención, son negro de óxido de hierro (Fe3O4), negro de espinela (Cu(Cr,Fe)2O4), negro de manganeso (mezcla de dióxido de manganeso, óxido de silicio y óxido de hierro), negro de cobalto y negro de antimonio así como de manera especialmente preferente negro de humo, que en la mayoría de los casos se utiliza en forma de negro de horno o de gas (véase para ello G. Benzing, Pigmente für Anstrichmittel, Expert-Verlag (1988), pág. 78 y siguientes). Naturalmente, para el ajuste de determinados tonos de color se pueden utilizar de acuerdo con la invención pigmentos de color inorgánicos tales como verde de óxido de cromo o pigmentos de color orgánicos tales como pigmentos azo y ftalocianinas. Los pigmentos de este tipo se pueden obtener generalmente en el mercado. Además, puede ser ventajoso utilizar los pigmentos o colorantes mencionados en mezcla, por ejemplo negro de humo con ftalocianinas de cobre, dado que, en general, se facilita la dispersión de color en los materiales termoplásticos.
Procedimiento para la producción de los materiales compuestos de fibra (organochapas)
Preferentemente las organochapas se procesan en el procedimiento de moldeo por inyección o de prensado. Por lo tanto, mediante una integración de las funciones, por ejemplo la inyección o compresión de elementos funcionales, se puede generar una ventaja de coste adicional, dado que se puede prescindir de etapas de montaje adicionales, por ejemplo la soldadura de elementos funcionales.
El procedimiento para la producción de un material compuesto de fibra comprende las etapas:
(i) proporcionar:
(A) al menos un compuesto de moldeo termoplástico A como matriz M, que contiene (o se compone de) poliestireno o al menos un copolímero A-1, que contiene monómeros A-I (así como opcionalmente uno o varios (co)polímeros (A-a) y/o (A-b) adicionales);
(B) al menos una estructura plana F de fibras de refuerzo B, cuya superficie presenta grupos funcionales BI, que pueden experimentar un enlace covalente con los monómeros A-I;
(C) opcionalmente al menos un aditivo C;
(ii) incorporar la al menos una estructura plana F en una matriz termoplástica M; y
(iii) hacer reaccionar al menos una parte de los monómeros A-I del poliestireno o del copolímero A-1 con al menos una parte de los grupos funcionales B-I de la al menos una fibra de refuerzo B de la etapa (ii) con la formación de enlaces covalentes.
El procedimiento de producción puede comprender las fases habituales en la producción de materiales compuestos de impregnación, consolidación y solidificación (endurecimiento), pudiendo influirse en el proceso a través de la elección de la temperatura, la presión y los tiempos empleados.
De acuerdo con una forma de realización preferida, el material compuesto de fibra contiene (o se compone de): a) del 30 al 95 % en peso, de al menos un compuesto de moldeo termoplástico A,
b) del 5 al 70 % en peso de al menos una fibra de refuerzo B, y
c) del 0 al 40 % en peso, con frecuencia del 0,1 al 25 % en peso, de al menos un aditivo C.
La incorporación de la al menos una estructura plana F en una matriz termoplástica M de la etapa (ii) tiene lugar preferentemente a través de la fusión del compuesto de moldeo termoplástico A y la puesta en contacto del mismo con al menos una estructura plana F de fibra de refuerzo B de la etapa (i).
La etapa (ii) del procedimiento, la fusión del compuesto de moldeo termoplástico A y la puesta en contacto de esta masa fundida con las fibras de refuerzo B, puede tener lugar de cualquier manera adecuada para ello. En una impregnación de este tipo, la matriz M, que se compone de al menos un compuesto de moldeo termoplástico A, se puede pasar a un estado fluido y humedecerse las fibras de refuerzo B con la formación de una capa límite.
Las etapas (ii) y (iii) se pueden llevar a cabo también al mismo tiempo. Entonces tiene lugar directamente con la puesta en contacto del compuesto de moldeo termoplástico A con las fibras de refuerzo B una reacción química en la que los monómeros A-I forman un enlace covalente con la superficie de las fibras de refuerzo B (por regla general a través de un enlace en los grupos funcionales B-I). Esto puede ser a modo de ejemplo una esterificación (por ejemplo la esterificación de monómeros de anhídrido de ácido maleico con grupos silanol de una fibra de vidrio). Como alternativa, la formación de un enlace covalente se puede iniciar también en una etapa separada (por ejemplo mediante aumento de temperatura, iniciadores de radicales y/o fotoiniciación). Esto se puede llevar a cabo a cualquier temperatura adecuada.
Las etapas (ii) y/o (iii) se llevan a cabo de acuerdo con la invención a una temperatura de al menos 200 °C, preferentemente al menos 250 °C, más preferentemente al menos 300 °C, en particular a 300 °C-340 °C.
En este sentido se prefiere prestar atención a que no se produzca pirólisis y a que los componentes usados no se descompongan térmicamente (o solo escasamente (por lo tanto en < 50 %)). Puede representar una excepción en este sentido: una composición que libera grupos reactivos mediante escisión térmica, tales como, por ejemplo (met)acrilato de tere-butilo, liberándose isobuteno mediante eliminación térmica a temperaturas de aproximadamente a partir de 200 °C y el grupo funcional restante (esencialmente una función ácido) puede reaccionar entonces con la superficie de fibra.
De acuerdo con una forma de realización preferida, por lo tanto en la realización de las etapas (ii) y/o (iii), el tiempo de permanencia a temperaturas de > 200 °C no asciende a más de 10 min, preferentemente no más de 5 min, más preferentemente no más de 2 min, en particular no más de 1 min. Con frecuencia son suficientes de 10 a 60 segundos para el tratamiento térmico.
El procedimiento, en particular las etapas (ii) y (iii), se puede llevar a cabo en principio a cualquier presión (preferentemente presión atmosférica o sobrepresión), con y sin compresión de los componentes. En el caso de una compresión con sobrepresión, se pueden mejorar las propiedades del material compuesto de fibra.
De acuerdo con una forma de realización preferida, por lo tanto las etapas (ii) y/o (iii) se llevan a cabo a una presión de compresión de 5-100 bar y un tiempo de compresión de 10-60 s, preferentemente a una presión de compresión de 10-30 bar y un tiempo de compresión de 15-40 s.
Preferentemente se usan copolímeros de estireno dotados de al menos una funcionalidad químicamente reactiva (A­ I), es decir matrices termoplásticas amorfas, como compuesto de moldeo termoplástico A. Por lo tanto, se puede aumentar esencialmente la calidad de superficie, para las aplicaciones descritas a continuación, en comparación con los termoplásticos parcialmente cristalinos para piezas de revestimiento de este tipo, dado que mediante la menor contracción de los termoplásticos amorfos se mejora esencialmente la topología de superficie, debido a las regiones ricas en fibras (cruce en tejidos) y pobres en fibras.
En la etapa (iv), durante la consolidación, se disminuyen las inclusiones de aire en el material compuesto de fibra y se produce una buena unión entre compuesto de moldeo termoplástico A y fibra de refuerzo B (en particular, cuando se trata de fibras de refuerzo B incrustadas en capas). Se prefiere, tras la impregnación y consolidación obtener una interconexión de material (en la mayor parte posible) libre de poros.
Como alternativa, las etapas mencionadas se pueden realizar en una secuencia separada. Por ejemplo, en primer lugar se pueden preparar capas de fibras de refuerzo B con fibras de refuerzo B preparadas de diferente manera, teniendo lugar una impregnación de las fibras de refuerzo B con la matriz de compuesto de moldeo A termoplástico. Después pueden encontrarse capas impregnadas con fibras de refuerzo B con diferente adherencia fibra-matriz, que se pueden consolidar en una etapa de trabajo adicional dando una interconexión de material como material compuesto de fibra. Antes de que las capas de fibras de refuerzo B se laminen con la matriz de compuesto de moldeo A termoplástico, al menos una parte de las fibras de refuerzo B puede someterse a un tratamiento previo, en cuyo transcurso se influye en la adherencia fibra-matriz posterior. El tratamiento previo puede contener por ejemplo una etapa de revestimiento, una etapa de ataque con ácido, una etapa de tratamiento térmico o una etapa de tratamiento de superficie mecánica. En particular, por ejemplo mediante calentamiento de una parte de las fibras de refuerzo B se puede retirar parcialmente un agente adherente ya aplicado.
Las capas de refuerzo se pueden unir entre sí por completo en el proceso de producción (laminación). Las esteras de material compuesto de fibra de este tipo ofrecen resistencia y rigidez optimizadas en la dirección de fibra y se pueden procesar posteriormente de manera especialmente ventajosa.
El procedimiento puede comprender también la producción de una pieza moldeada T.
De acuerdo con una forma de realización preferida, el procedimiento comprende como etapa adicional (v) un conformado tridimensional dando una pieza moldeada T.
Esto puede tener lugar de cualquier manera, por ejemplo, mediante conformado mecánico mediante un cuerpo de conformado, que también puede ser un cilindro con estampación. Preferentemente, se moldea el material compuesto de fibra aún conformable, en el que el compuesto de moldeo termoplástico A se encuentra aún (parcialmente) fundido. Como alternativa o adicionalmente se puede moldear en frío también un material compuesto de fibra endurecido.
De acuerdo con una forma de realización especialmente preferida, la presente invención se refiere al procedimiento de acuerdo con la invención para la producción de un material compuesto de fibra termoplástico, en el que el componente A se prepara a partir
del 65 al 80 % en peso de (a-metil)estireno,
del 19,9 al 32 % en peso de acrilonitrilo y
del 0,1 al 3 % en peso de anhídrido de ácido maleico,
en el que la estructura plana F es una tela, un tejido, una estera, un velo o un tejido de punto, y
en el que el tiempo de permanencia para la producción del material compuesto de fibra a temperaturas de al menos 200 °C es como máximo de 10 minutos.
De acuerdo con una forma de realización especialmente preferida, la presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de un material compuesto de fibra termoplástico a partir de una matriz termoplástica M, que contiene
a) del 30 al 95 % en peso de un compuesto de moldeo termoplástico A amorfo utilizado como matriz M, en el que para la producción del compuesto de moldeo termoplástico A se usa al menos el 0,1 % en peso de monómeros, con respecto a componente A, que presentan una funcionalidad químicamente reactiva,
en particular en el que componente A se prepara a partir del 65 al 80 % en peso de (a-metil)estireno, del 19,9 al 32 % en peso de acrilonitrilo y del 0,1 al 3 % en peso (en particular del 0,33 al 1 % en peso) de anhídrido de ácido maleico y/o siendo la estructura plana F una tela, un tejido, una estera, un velo o un tejido de punto, b) del 5 al 70 % en peso de las fibras de refuerzo B, en el que las fibras de refuerzo B se componen de fibras de vidrio, que contienen como funcionalidad químicamente reactiva grupos silanol en la superficie, y
c) del 0 al 40 % en peso del aditivo C
en el que varias estructuras planas F de fibras de refuerzo B están incrustadas en la matriz M y el compuesto de moldeo termoplástico A presenta al menos una funcionalidad químicamente reactiva, que comprende las etapas: i) proporcionar al menos una estructura plana F de fibras de refuerzo B, en el que la superficie de las fibras de refuerzo B contiene una o varias de las funciones del grupo de grupos hidroxi, éster y amino,
ii) incorporar la al menos una estructura plana F en la matriz termoplástica M, preferentemente a una temperatura de al menos 200 °C,
iii) hacer reaccionar grupos funcionales de la matriz termoplástica M con grupos polares en la superficie de las fibras de refuerzo B, en el que el tiempo de permanencia para la producción del material compuesto de fibra a temperaturas de al menos 200 °C es como máximo de 10 minutos, y
iv) consolidar el material compuesto de fibra,
v) dado el caso enfriar y etapas de procedimiento adicionales,
preferentemente en el que el material compuesto de fibra presenta una nervadura o una estructura de tipo sándwich y está formado en forma de capas.
Aún más preferentemente, el procedimiento o el material compuesto de fibra presenta también una o varias propiedades adicionales tal como se describe en el presente documento.
Preferentemente, al final del procedimientos se obtiene una pieza moldeada T (en su mayor parte) sólida.
Preferentemente, por lo tanto, el procedimiento comprende como etapa adicional (v) el endurecimiento de la pieza moldeada T o del producto obtenido de la etapa (iv).
Esta etapa se puede denominar también solidificación. La solidificación que tiene lugar por regla general con absorción de calor puede llevar a continuación a una pieza moldeada T lista para su uso. Opcionalmente, la pieza moldeada T se puede también mecanizar posteriormente (por ejemplo desbarbar, pulir, teñir, etc.).
El procedimiento puede tener lugar de manera continua, semicontinua o discontinua.
De acuerdo con una forma de realización preferida, el procedimiento se lleva a cabo como procedimiento continuo, en particular como procedimiento continuo para la producción de láminas lisas o estampadas tridimensionalmente. Como alternativa se pueden producir también piezas moldeadas T de manera semicontinua o discontinua.
Las organochapas tienen una matriz termoplástica M amorfa. Estas se pueden fijar en el procedimiento de moldeo por inyección con una nervadura, laminarse (soldarse) sobre un núcleo termoplástico espumado o sobre un núcleo en forma de panal como capas de cubierta.
La mejora de la rigidez del componente mediante una nervadura (formación de una estructura nervada) se justifica por el aumento del momento de inercia superficial. En general, el dimensionado óptimo de los nervios incluye puntos de vista de la técnica de producción, estéticos y constructivos.
Las fibras de refuerzo B se pueden impregnar y consolidar como estructura plana F a partir de fibras de refuerzo B en una única etapa de procesamiento con la matriz M, que contiene un compuesto de moldeo termoplástico A. La producción del material compuesto de fibra puede tener lugar de este modo de manera especialmente eficiente. Figuras
La figura 1 muestra el material compuesto de fibra, que se obtuvo según el ensayo n.° 1 (comp.). La figura 1A muestra la vista microscópica de un corte a través del material compuesto de fibra laminar dispuesto en la orientación horizontal (izquierda: ampliación 25 veces, derecha: ampliación 50 veces), pudiendo apreciarse las fibras claramente como capa oscura que discurre horizontalmente entre las capas claras de compuesto de moldeo termoplástico. La figura 1B muestra el aumento de 200 veces, pudiendo apreciarse que la impregnación no ha finalizado en algunos sitios.
La figura 2 muestra el material compuesto de fibra producido de acuerdo con la invención, que se obtuvo según el ensayo n.° 2. La figura 2A muestra la vista microscópica de un corte a través del material compuesto de fibra laminar dispuesto en la orientación horizontal (izquierda: ampliación 25 veces, derecha: ampliación 50 veces), no pudiendo apreciarse ninguna capa de fibras. La figura 2B muestra el aumento de 200 veces, pudiendo apreciarse que la impregnación ha finalizado en su mayor parte.
La figura 3 muestra el material compuesto de fibra, que se obtuvo según el ensayo n.° 3. La figura 3A muestra la vista microscópica de un corte a través del material compuesto de fibra laminar dispuesto en la orientación horizontal (izquierda: ampliación 25 veces, derecha: ampliación 50 veces), no pudiendo apreciarse apenas ninguna capa de fibras. La figura 3B muestra el aumento de 200 veces, pudiendo apreciarse que la impregnación no ha finalizado por completo en sitios individuales.
La figura 4 muestra el material compuesto de fibra, que se obtuvo según el ensayo n.° 4. La figura 4A muestra la vista microscópica de un corte a través del material compuesto de fibra laminar dispuesto en la orientación horizontal (izquierda: ampliación 25 veces, derecha: ampliación 50 veces), no pudiendo apreciarse ninguna capa de fibras. La figura 4B muestra el aumento de 200 veces, pudiendo apreciarse que la impregnación no ha finalizado por completo en pocos sitios.
La figura 5 muestra los materiales compuestos de fibra, que se obtuvieron según el ensayo n.° 5. La figura 5A muestra la vista microscópica de un corte a través del material compuesto de fibra laminar dispuesto en la orientación horizontal (izquierda: ampliación 25 veces, derecha: ampliación 50 veces), no pudiendo apreciarse ninguna capa de fibras. La figura 5B muestra el aumento de 200 veces, pudiendo apreciarse que la impregnación no ha finalizado por completo en pocos sitios.
La figura 6 muestra esquemáticamente la generación de formación indeseada de ondas superficiales (textura). La invención se describe con más detalle mediante los siguientes ejemplos, figuras y reivindicaciones.
Ejemplos
Ejemplo 1
Los siguientes ensayos se llevaron a cabo en una prensa en caliente de intervalo, que es capaz de producir un material compuesto de fibra/de lámina de lámina polimérica, masa fundida o polvo, para la producción casi continua de productos semielaborados termoplásticos reforzados con fibra, materiales laminados y paneles sándwich.
Anchura de panel: 660 mm
grosor de material laminado: de 0,2 a 9,0 mm
Tolerancias del material laminado: máx. ± 0,1 mm correspondiente al producto semielaborado
Espesor de panel sándwich: máx. 30 mm
Producción útil: aproximadamente 0,1 - 60 m/h, en función de la calidad y grosor del componente
Avance nominal 5 m/h
Presión de herramienta: unidad de prensa 5-25 bar, regulable de manera continua para tamaño de herramienta mínimo y máximo (opcionalmente)
Atemperado de herramienta: 3 zonas de calentamiento y 2 zonas de enfriamiento
Temperatura de herramienta: a 400 °C
Longitud de herramienta: 1000 mm
Recorrido de abertura de prensa: de 0,5 a 200 mm
Dirección de producción preferida: de derecha a izquierda
Datos técnicos de la plastificación de la masa fundida son:
Aplicación de masa fundida discontinua en el estrato central para la producción de productos semielaborados termoplásticos reforzados con fibra
Diámetro de husillo: 35 mm
Volumen de desplazamiento máx.: 192 cm3
Velocidad de giro de husillo máx.: 350 rpm
Flujo de descarga máx.: 108 cm3/s
Presión de descarga máx.: 2406 bar específica
La transparencia se midió en muestras de organochapa de 1 mm en % de luz natural blanca (100 %) (aparato de medición de transparencia Byk Haze gard i (BYK-gardner, EE. UU.) de acuerdo con la norma ASTM D 1003 (por ejemplo ASTM D 1003-13)).
Componentes:
A1: Copolímero de estireno-acrilonitrilo (S/AN) con la composición del 75 % en peso de estireno (S) y el 25 % en peso de acrilonitrilo (AN), índice de viscosidad 60, Mw de 250.000 g/mol (medido a través de cromatografía de permeación en gel en columnas estándar con patrones de calibración de poliestireno monodispersado) A2: Copolímero de S/AN/anhídrido de ácido maleico (S/AN/MSA) con la composición (% en peso): 74/25/1; concentración de grupos funcionales: 1 % en peso de MSA (98,1 g/mol) en 74 % en peso de estireno (104,2 g/mol) y 25 % en peso de AN (53,1 g/mol), Mw de 250.000 g/mol (medido a través de cromatografía de permeación en gel en columnas estándar con patrones de calibración de poliestireno monodispersado) A3: Mezcla de A2 : A1 = 2 : 1, concentración de grupos funcionales: 0,67 % en peso de MSA
A4. Mezcla de A2 : A1 = 1 : 2, concentración de grupos funcionales: 0,33 % en peso de MSA
B1: Tela de fibra de vidrio bidireccional 0/90° con peso por unidad de superficie = aproximadamente 590 g/m2, trama urdimbre = 1200 tex (=1200 g/1000 m) [por ejemplo KN G 590,1 de P-D Glasseiden GmbH]
B2: Tejido de cuerpo de fibra de vidrio 2/2 con peso por unidad de superficie = aproximadamente 576 g/m2, trama urdimbre = 1200 tex [por ejemplo GW 123-580K2 de P-D Glasseiden GmbH]
Las combinaciones y ajustes de parámetros para el procedimiento descrito en la reivindicación 1 se exponen en la siguiente tabla:
T l 1: D ll r l r i n l m ri l m fi r r n 1 m . 2 .
Figure imgf000017_0001
continuación
Figure imgf000017_0002
Los resultados de los ensayos 1 a 5 se resumen a continuación:
Ensayo n.° 1 (comp.)
Valoración visual en la superficie de producto semielaborado:
macroimpregnación: completada
microimpregnación: de forma aislada no completada
Valoración microscópica en el interior del producto semielaborado:
capa de matriz en estrato central: apenas apreciable
capa de matriz en estrato de cubierta: apreciable en roving
impregnación de hilos de urdimbre: zonas no impregnadas aisladas en el centro, circunferencialmente bien impregnadas
impregnación de hilos de trama: zonas no impregnadas en el centro, ligeramente impregnadas circunferencialmente
consolidación: insuficiente, daño evidente de hilos de trama apreciable
El resultado está representado en la figura 1.
Ensayo n.° 2
Valoración visual en la superficie de producto semielaborado:
macroimpregnación: completada
microimpregnación: completada
Valoración microscópica en el interior del producto semielaborado:
capa de matriz en estrato central: no apreciable
capa de matriz en estrato de cubierta: muy apreciable
impregnación de hilos de urdimbre: apenas zonas no impregnadas apreciables, circunferencialmente bien impregnadas
impregnación de hilos de trama: apenas zonas no impregnadas apreciables, circunferencialmente bien impregnadas
consolidación: buena, sin daños de hilos de urdimbre e hilos de trama apreciables
El resultado está representado en la figura 2.
Ensayo n.° 3
Valoración visual en la superficie de producto semielaborado:
macroimpregnación: completada
microimpregnación: principalmente completada
Valoración microscópica en el interior del producto semielaborado:
capa de matriz en estrato central: apenas apreciable
capa de matriz en estrato de cubierta: apreciable
impregnación de hilos de urdimbre: zonas ligeramente no impregnadas apreciables, circunferencialmente bien impregnadas
impregnación de hilos de trama: zonas no impregnadas apreciables, pero impregnadas circunferencialmente
inclusiones de aire: ninguna apreciable
consolidación: satisfactoria, daños medios de hilos de trama apreciables
El resultado está representado en la figura 3.
Ensayo n.° 4
Valoración visual en la superficie de producto semielaborado:
macroimpregnación: completada
microimpregnación: principalmente completada
Valoración microscópica en el interior del producto semielaborado:
capa de matriz en estrato central: no apreciable
capa de matriz en estrato de cubierta: apreciable
impregnación de hilos de urdimbre: pocas zonas no impregnadas apreciables, circunferencialmente bien impregnadas
impregnación de hilos de trama: pocas zonas no impregnadas apreciables, circunferencialmente bien impregnadas
inclusiones de aire: ninguna apreciable
consolidación: parcialmente adecuada, parcialmente insuficiente, daños locales de hilos de trama apreciables
El resultado está representado en la figura 4.
Ensayo n.° 5
Valoración visual en la superficie de producto semielaborado:
macroimpregnación: completada
microimpregnación: principalmente completada
Valoración microscópica en el interior del producto semielaborado:
capa de matriz en estrato central: no apreciable
capa de matriz en estrato de cubierta: apreciable
impregnación de hilos de urdimbre: pocas zonas no impregnadas apreciables, circunferencialmente bien impregnadas
impregnación de hilos de trama: pocas zonas no impregnadas apreciables, circunferencialmente bien impregnadas
inclusiones de aire: ninguna apreciable
consolidación: parcialmente adecuada, parcialmente insuficiente, daños locales de hilos de trama apreciables
El resultado está representado en la figura 5.
Resumen de los resultados del ensayo
Figure imgf000019_0001
La tabla 2 representa que los materiales compuestos de fibra de acuerdo con la invención (números de ensayo 2 a 4) presentan inesperadamente propiedades mejoradas en la consolidación y en la microimpregnación.
Figure imgf000020_0001
Ensayo n.° 6
Los resultados se muestran en la tabla 5.
Las combinaciones y ajustes de parámetros utilizados en relación con el ensayo n.° 6 se exponen en la siguiente tabla:
T l 4. n i i n r i n l m ri l m fi r W
Figure imgf000021_0001
Tabla 5. Com aración de la resistencia a la flexión.
Figure imgf000021_0002
La tabla 5 muestra los materiales compuestos de fibra W obtenidos en una serie de ensayos. Se combinaron y examinaron en cada caso un copolímero de SAN puro (A1) así como un copolímero de S/AN/anhídrido de ácido maleico (A2) con un refuerzo de tela y tejido comercialmente disponible en un proceso idéntico. El contenido volumétrico de fibra de los materiales compuestos ascendió al 42 %. La calidad mejorada de la impregnación e unión entre fibra y matriz no se muestra en la rigidez a la flexión, sino claramente en la resistencia a la flexión (tensión de rotura) de las muestras examinadas.
Ensayo n.° 7
Los resultados se muestran en la tabla 6.
T l . m r i n l r f n i n W.
Figure imgf000021_0003
En este sentido los componentes se definen tal como sigue:
SAN: terpolímero de SAN-MA, composición en peso (% en peso): 73/25/2, Mw: 250.000 g/mol (medido a través de cromatografía de permeación en gel en columnas estándar con patrones de poliestireno monodispersado), MVR: 15-25 cm3/10 min a 220 °C/10 kg (norma ISO1133), Índice de viscosidad (en DMF) J = 61-67 ml/g
PC OD: policarbonato amorfo, muy fluido de grado óptico para discos ópticos)
PA6: poliamida 6 parcialmente cristalina, muy fluida
Fibras cuerpo de tejido de fibra de vidrio 2/2 (GF-KG) con peso por unidad de superficie = 300 g/m2, trama, (B3): urdimbre = 320 tex
Tal como se aprecia en la tabla 6, el uso de terpolímero de SAN-MA es especialmente ventajoso con respecto a la obtención de una pequeña profundidad de onda de la superficie. PC OD se mostró sensible a la fisuración por esfuerzos.
Ejemplos de organochapas multicapa
Los materiales compuestos de fibra (organochapas) descritos, en particular con matriz termoplástica amorfa son adecuados especialmente para la producción de cuerpos moldeados, láminas y revestimientos transparentes y traslúcidos. Algunos ejemplos se muestran a continuación. Si no se menciona otra cosa, las piezas moldeadas se producen en procedimientos de moldeo por inyección.
Ejemplo 1: Producción del material compuesto de fibra M
40 % en peso, con respecto al material compuesto de fibra, de un copolímero de acrilonitrilo-estireno-anhídrido de ácido maleico como compuesto de moldeo termoplástico A (producido a partir de: 75 % en peso de estireno, 24 % en peso de acrilonitrilo y 1 % en peso de anhídrido de ácido maleico) se combina con 60 % en peso, con respecto al material compuesto de fibra, de una fibra de refuerzo a base de vidrio con funcionalidad químicamente reactiva (grupos silano) en la superficie [GW 123-580K2 de P-D Glasseiden GmbH].
Ejemplo 2: Producción del material compuesto de fibra N
65 % en peso, con respecto al material compuesto de fibra, de un copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno como compuesto de moldeo termoplástico A (ABS producido a partir de: 45 % en peso de butadieno, 30 % en peso de estireno, 24 % en peso de acrilonitrilo y 1 % en peso de anhídrido de ácido maleico) se combina con 35 % en peso, con respecto al material compuesto de fibra, de una fibra de refuerzo a base de vidrio con funcionalidad químicamente reactiva (grupos silano) en la superficie [GW 123-580K2 de P-D Glasseiden GmbH]. A continuación se forman nervaduras en el material compuesto de fibra.
Ejemplo 3: Producción de piezas moldeadas a partir de los materiales compuestos de fibra M y N
Ejemplo A: Ventana de lavadora
Ejemplo B: Cubiertas de lentes
Se observa una rigidez elevada de la ventana y de la cubierta de lente en comparación con materiales que se componen, correspondientemente, de vidrio. Asimismo las organochapas son menos sensibles a arañazos y a la presión.
Ensayos adicionales de la tensión de flexión en materiales compuestos de fibra reforzados con estructuras planas Los componentes se definen tal como anteriormente. La tensión de flexión y el módulo de flexión se determinaron según la norma DIN 14125:2011-05.
Las combinaciones y ajustes de parámetros para el procedimiento descrito en la reivindicación 1 se exponen en la siguiente tabla:
Tabla 7: Composiciones comp. 1, comp. 2, comp. 10 y comp. 15 así como las composiciones de acuerdo con la ^ =
Figure imgf000022_0001
continuación
Figure imgf000023_0001
En la tabla 7 se representan las condiciones de los ensayos llevados a cabo. En este sentido se variaron los eductos, así como la temperatura y el tiempo de compresión. El tiempo de compresión ascendió en todas las series de ensayo a aproximadamente 20 bar.
Tabla 8: Valores medios de la tensión de flexión de la dirección de urdimbre y trama de las organochapas producidas de acuerdo con las mezclas comp. 2, C5, C7, C9, comp. 10, C12 a V14 y comp. 15, ascendiendo la temperatura de roducción res ectivamente a al menos 300 °C.
Figure imgf000023_0002
Los valores representados en la tabla 8 son la media de, respectivamente, nueve mediciones. La tabla 8 muestra que las organochapas de acuerdo con la invención C5, C7, C9, C12, C13 y C14 presentan una tensión de flexión máxima media mayor que las organochapas que presentan una matriz que contiene el 75 % en peso de estireno (S) y el 25 % en peso de acrilonitrilo (AN), (comp. 10 y comp. 15). También la comparación de C9 con comp. 10 muestra que, bajo las mismas condiciones (T=320 °C y t=30 s), la organochapa de acuerdo con la invención presenta una mayor tensión de flexión tanto en la dirección de urdimbre como en la dirección de trama.
Se muestra que mediante el procedimiento para la producción del material compuesto de fibra con un compuesto de moldeo termoplástico A, fibras de refuerzo B, se pueden obtener productos mejorados.
Examen adicional de materiales compuestos de fibra multicapa
Datos técnicos de la prensa en caliente de intervalo (IVHP):
Producción casi continua de productos semielaborados termoplásticos reforzados con fibra,
materiales laminados
y paneles sándwich anchura de panel: 660 mm
grosor de material laminado: de 0,2 a 9,0 mm
Tolerancias del material laminado: máx. ± 0,1 mm correspondiente al producto semielaborado
Espesor de panel sándwich: máx. 30 mm
Producción útil: aproximadamente 0,1 - 60 m/h, en función de la calidad y grosor del componente
Avance nominal 5 m/h
Presión de herramienta: unidad de prensa 5-25 bar, regulable de manera continua para tamaño de herramienta mínimo y máximo (opcionalmente)
Atemperado de herramienta: 3 zonas de calentamiento y 2 zonas de enfriamiento
Temperatura de herramienta: a 400 °C
Longitud de herramienta: 1000 mm
Recorrido de abertura de prensa: de 0,5 a 200 mm
Dirección de producción: de derecha a izquierda
Datos técnicos de la plastificación de la masa fundida:
Aplicación de masa fundida discontinua en el estrato central para la producción de productos semielaborados termoplásticos reforzados con fibra
Diámetro de husillo: 35 mm
Volumen de desplazamiento máx.: 192 cm3
Velocidad de giro de husillo máx.: 350 rpm
Flujo de descarga máx.: 108 cm3/s
Presión de descarga máx.: 2406 bar específica en este sentido:
Volumen de masa fundida: 22 ccm
isobár. = proceso de compresión controlado por presión
isocór. = proceso de compresión controlado por volumen
T [°C] = temperatura de las zonas de temperatura* (*La prensa dispone de más de 3 zonas de calentamiento y 2 zonas de enfriamiento. El dato se refiere a la dirección de producción)
p [bar] = presión de compresión por ciclo: Isocór. 20
s [mm] = limitación de recorrido grosor de prensa: 1,1 mm
Perfil de temperatura:
(i) de 210 a 245 °C, por lo tanto aproximadamente 220 °C
(ii) de 300 a 325 °C, por lo tanto aproximadamente 300 °C
(iii) de 270 a 320 °C, por lo tanto aproximadamente de 280 a 320 °C
(iv) de 160 a 180 °C
(v) 80 °C
t [s] = tiempo de compresión por ciclo: 20-30 s
Estructura/laminación: Estructura de 6 capas con capa central de masa fundida; Procedimiento de producción: fusión directa (SD)
Componentes de matriz A:
M1 (tipo SAN): terpolímero de estireno-acrilonitrilo-anhídrido de ácido maleico (SAN-MA) (S/AN/MA: 74/25/1) con un porcentaje de MA del 1 % en peso y un MVR de 22 cm3/10 min a 220 °C/10 kg (medido según la norma ISO1133);
M1b corresponde al componente M1 mencionado anteriormente, añadiéndose a la matriz adicionalmente un 2 % en peso de negro de humo industrial.
M2 (tipo SAN): terpolímero de estireno-acrilonitrilo-anhídrido de ácido maleico (SAN-MA) (S/AN/MA: 73/25/2,1) con un porcentaje de MA del 2,1 % en peso y un MVR de 22 cm3/10 min a 220 °C/10 kg (medido según la norma ISO1133);
M2b corresponde al componente M2 mencionado anteriormente, añadiéndose a la matriz adicionalmente un 2 % en peso de negro de humo industrial.
M3 (tipo SAN): combinación del 33 % en peso de M1 y el 67 % en peso de copolímero de SAN Luran VLN, por lo tanto el 0,33 % en peso de anhídrido de ácido maleico MA) en toda la combinación;
M3b corresponde al componente M3 mencionado anteriormente, añadiéndose a la matriz adicionalmente un 2 % en peso de negro de humo industrial.
PA6: poliamida parcialmente cristalina muy fluida Duretan B30S
PD(OD): policarbonato amorfo, muy fluido de grado óptico para discos ópticos);
Componentes de fibra B:
Tejido de cuerpo de filamento de vidrio (abreviaturas: GF-KG(LR) o LR), unión de cuerpo 2/2, peso por unidad de superficie 290 g/m2, Roving EC9 68 tex, acabado TF-970, anchura de suministro 1000 mm (tipo: 01102 0800­ 1240; Fabricante: Hexcel, obtenido en: Lange Ritter)
Tejido de cuerpo de filamento de vidrio (abreviaturas: GF-KG(PD) o PD), unión de cuerpo 2/2, peso por unidad de superficie 320 g/m2, roving 320 tex, acabado 350, anchura de suministro 635 mm (tipo: EC14-320-350, fabricante y proveedor: PD Glasseide GmbH Oschatz)
Tela de filamento de vidrio (abreviatura: GF-GE(Sae) o Sae) 0°/45°/90°/-45°, peso por unidad de superficie 313 g/m2, roving principal 300 tex, acabado apresto de PA, anchura de suministro 655 mm (tipo: X-E-PA-3l3-655, n.° 7004344, fabricante y proveedor: Saertex GmbH&Co.KG)
Sae n.s. = tela de filamento de vidrio 300 g/m2, nombre del fabricante: Saertex new sizing, 45°/-45°/+45°/-45° velo de fibras de vidrio (abreviatura: GV50), peso por unidad de superficie 50 g/m2, diámetro de fibra 10 pm, anchura de suministro 640 mm (tipo: Evalith S5030, fabricante y proveedor: Johns Manville Europe) Valoración visual
Todos los materiales compuestos de fibra producidos se pudieron producir en cada caso como organochapas planas (grandes) en un procedimiento sin fin, que se podían recortar sin problemas (en una medida laminable, habitual para el transporte, tal como, por ejemplo, 1 m x 0,6 m). En el caso de los materiales compuestos de fibra transparentes, el material de fibra incrustado se puede apreciar a contraluz al observarlo detalladamente. En el caso de los materiales compuestos de fibra con matriz coloreada (de negro), el material de fibra incrustado no se podía/apenas se podía apreciar a contraluz al observarlo visualmente.
Valoración microscópica
En este sentido se valoraron defectos (cavidades, colapsos, etc.) a través de microscopía con luz incidente y la calidad de superficie a través de microscopía de exploración con láser confocal (LSM). Por medio de LSM se creó una vista de una imagen de altura tridimensional (3D) (7,2 mm x 7,2 mm) de la zona de medición local y una representación bidimensional (2D) de la diferencia de altura tras la escalada y aplicación de distintos filtros de perfil. Los errores de medición y una distorsión / desalineación general de la muestra se compensaron mediante el uso de filtros de perfil (filtro de ruido y filtro de inclinación). El perfil de altura 2D del registro se transfirió a perfiles de línea a través de líneas de medición definidas mediante un software integrado y se evaluó con la ayuda de un ordenador. Se produjeron materiales compuestos de fibra, en cada caso con cuatro capas de la correspondiente estructura plana de fibras incrustadas en la matriz respectiva (en este caso GF-KG(PD)(4) o Sae(4)). Para aumentar aún más la comparabilidad de las muestras, se aplicó un velo de fibra de vidrio fino (GV50, véase anteriormente) en cada caso a ambos lados de los materiales compuestos de fibra producidos. Esto no tuvo una influencia notable sobre las propiedades mecánicas.
La profundidad de onda media (MW Wt) y el valor medio de rugosidad (Ra) se determinaron para numerosos materiales compuestos de fibra. Se mostró que la MW Wt para todos los materiales compuestos de fibra, en los que la matriz contiene un componente funcional, que puede reaccionar con las fibras, es claramente < 10 pm, mientras que en el caso de materiales compuestos de fibra con matrices de PA6- y PD(OD) comparables es claramente < 10 pm. También los valores medios de rugosidad determinados eran claramente más bajos para materiales compuestos de fibra de acuerdo con la invención. A modo de ejemplo esto lo muestran los valores medidos, a continuación.
Tabla 9. Resultados de medición de la medición de LSM con sistema de matriz de SAN - profundidad de onda (Wt) y v l r m i r i R
Figure imgf000025_0002
Esto era igualmente claro cuando en lugar del tejido se utiliza una tela (tal como Sae):
Tabla 10. Resultados de medición de la medición de LSM con sistema de matriz de SAN - profundidad de onda (Wt) v l r m i r i R
Figure imgf000025_0001
En ensayos adicionales se examinó la resistencia en la dirección de urdimbre y en la dirección de trama por separado. Se pudo mostrar que los materiales compuestos de fibra son muy estables tanto en la dirección de urdimbre como en la dirección de trama. En la dirección de dirección de urdimbre los materiales compuestos de fibra son, por regla general, aún más estables que la dirección de trama.
Resultó especialmente ventajoso, en la combinación de las fibras con la matriz, usar temperaturas más altas > 300 °C, tales como, por ejemplo, 310 °C o 320 °C. Con ello pudieron conseguirse refuerzos especialmente buenos de la tensión de flexión.
Propiedades mecánicas
Componentes de matriz A
Los componentes de matriz A son tal como se describe anteriormente.
Componentes de fibra B (siempre que no se describan anteriormente)
FG290 = tejido de filamento de vidrio 290 g/m2, nombre del fabricante: Hexce1HexForce® 012021000 TF970 FG320 = tejido de filamento de vidrio 320 g/m2, nombre del fabricante: PD Glasseide GmbH Oschatz EC 14-320­ 350
Sae = MuAx313, tela de filamento de vidrio 300 g/m2, nombre del fabricante: Saertex X-E-PA-313-655
Sae n.s. = tela de filamento de vidrio 300 g/m2, nombre del fabricante: Saertex new sizing, 45 °/-45 °/+45 °/-45 ° Número de capas (por ejemplo 4x = cuatro capas de la tela de fibra respectiva o de las fibras respectivas) Se produjeron los siguientes materiales compuestos de fibra transparentes, en los que se incorporó en cada caso material de fibra plano. Los materiales compuestos de fibra producidos presentaban en cada caso un grosor de aproximadamente 1,1 mm. Para aumentar la comparabilidad de las muestras adicionalmente, se aplicaron sobre los materiales compuestos de fibra producidos en cada caso a ambos lados un velo de fibra de vidrio delgado (GV50, véase anteriormente). Este no tiene una influencia perceptible sobre las propiedades mecánicas u ópticas. Para las muestras se determinaron las siguientes resistencias a la flexión según la norma DIN EN ISO 14125:
Tabla 11. Materiales com uestos^ de fibra trans arentes - Resistencia a^ la flexión
Figure imgf000026_0001
Se produjeron además los materiales compuestos de fibra de coloración negra, en los que a la matriz se le añadió un 2 % en peso de negro de humo industrial y en los que se incorporó en cada caso material de fibra plano. Los materiales compuestos de fibra producidos presentaban en cada caso un grosor de aproximadamente 1,1 mm. Para aumentar la comparabilidad de las muestras adicionalmente, se aplicaron sobre los materiales compuestos de fibra producidos en cada caso a ambos lados un velo de fibra de vidrio delgado (GV50, véase anteriormente). Este no tiene una influencia perceptible sobre las propiedades mecánicas u ópticas. Para las muestras se determinaron las siguientes resistencias a la flexión según la norma DIN EN ISO 14125:
Tabla 12. Materiales com uestos de fibra o acos - Resistencia a la flexión
Figure imgf000026_0002
En resumen, se mostró que el tejido empleado (FG290 y FG320) se puede procesar para dar materiales compuestos de fibra con resistencia a la flexión especialmente alta. Los materiales compuestos de fibra de acuerdo con la invención, en los que la matriz contiene un componente que reacciona con las fibras (en este caso: anhídrido de ácido maleico (MA)), presentan una resistencia a la flexión significativamente más alta que los compuestos de moldeo comparativos sin un componente de este tipo, tal como, por ejemplo, PC(OD) o PA6.
En comparación con esto, para el material compuesto de fibra reforzado con fibras de vidrio cortas, no de acuerdo con la invención Luran 378P G7 se halló únicamente una resistencia a la flexión de 150 MPa, por lo tanto una resistencia a la flexión claramente más baja.
Adicionalmente, para los materiales compuestos de fibra se determinó la resistencia al choque o el comportamiento de perforación (prueba de dardo según la norma ISO 6603). También en este caso los materiales compuestos de fibra mostraron una alta estabilidad de Fm >3000 N.
Procesamiento posterior opcional
Se pudo mostrar también experimentalmente que los materiales compuestos de fibra obtenidos podían conformarse adecuadamente dando productos semielaborados tridimensionales, tales como, por ejemplo, para dar productos semielaborados en forma de semimonocoque. Se mostró además que los materiales compuestos de fibra obtenidos podían imprimirse y laminarse.
Resumen de los resultados del ensayo
La evaluación de diferentes sistemas textiles a base de fibra de vidrio con diferentes sistemas de matriz dando un material compuesto de fibra (organochapa) ha mostrado que se pueden producir de manera reproducible buenos materiales compuestos de fibra (como organochapas y productos semielaborados producidos a partir de las mismas). Estos se pueden producir incoloros o coloreados.
Los materiales compuestos de fibra mostraron propiedades ópticas, hápticas y mecánicas muy buenas (por ejemplo con respecto a su resistencia a la flexión y resistencia a la perforación). Mecánicamente, el tejido mostró una resistencia y rigidez un tanto mayores que la tela. Las matrices a base de copolímero de estireno (matrices de SAN) llevaron, según la tendencia, a mejores materiales compuestos de fibra con respecto a los valores característicos mecánicos que las matrices alternativas tales como PC y PA6. Los materiales compuestos de fibra de acuerdo con la invención se pueden producir de manera semiautomática o totalmente automática por medio de un procedimiento sin fin. Los materiales compuestos de fibra de acuerdo con la invención (organochapas) se pueden conformar adecuadamente dando productos semielaborados tridimensionales.

Claims (16)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para la producción de un material compuesto de fibra termoplástico a partir de una matriz termoplástica M, que contiene al menos un compuesto de moldeo termoplástico A, que presenta al menos una funcionalidad químicamente reactiva seleccionada del grupo que consiste en función anhídrido de ácido maleico, N-fenilmaleinimida y (met)acrilato de glicidilo, y al menos una capa de fibras de refuerzo B, que comprende las etapas:
i) proporcionar al menos una estructura plana F de fibras de refuerzo B, siendo la al menos una estructura plana F una tela, un tejido, una estera, un velo o un tejido de punto,
ii) incorporar la al menos una estructura plana F en una matriz termoplástica M,
iii) hacer reaccionar grupos funcionales de la matriz termoplástica M con grupos polares en la superficie de las fibras de refuerzo B,
iv) consolidar el material compuesto de fibra,
v) dado el caso enfriar y etapas de procedimiento adicionales,
en el que las etapas (ii) y/o (iii) se llevan a cabo mediante compresión con sobrepresión a una temperatura de 200 a 340 °C,
en el que el tiempo de permanencia para la producción del material compuesto de fibra a temperaturas de 200 °C a 340 °C es como máximo de 10 minutos,
en el que las fibras de refuerzo B están incrustadas por capas en el material compuesto de fibra.
2. Procedimiento para la producción de un material compuesto de fibra termoplástico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el material compuesto de fibra contiene
a) al menos un compuesto de moldeo termoplástico como matriz M,
b) al menos una estructura plana F de fibras de refuerzo B, y
c) opcionalmente al menos un aditivo C,
en el que varias estructuras planas F de fibras de refuerzo B están incrustadas en la matriz M y el compuesto de moldeo termoplástico A presenta al menos una funcionalidad químicamente reactiva.
3. Procedimiento para la producción de un material compuesto de fibra termoplástico de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el material compuesto de fibra se compone
a) del 30 al 95 % en peso de la matriz termoplástica M,
b) del 5 al 70 % en peso de las fibras de refuerzo B, y
c) del 0 al 40 % en peso del aditivo C.
4. Procedimiento para la producción de un material compuesto de fibra termoplástico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el compuesto de moldeo termoplástico A utilizado como matriz M es amorfo.
5. Procedimiento para la producción de un material compuesto de fibra termoplástico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el compuesto de moldeo termoplástico A se selecciona del grupo que consiste en poliestireno (transparente o resistente al impacto), copolímeros de estireno-acrilonitrilo, copolímeros de alfametilestireno-acrilonitrilo, copolímeros de acrilonitrilo-estireno modificados en cuanto a la resistencia al impacto, en particular copolímeros de acrilonitrilo-butadieno-estireno, copolímeros de estireno-metacrilato de metilo y copolímeros de acrilonitrilo-estireno-éster acrílico, así como combinaciones de los copolímeros mencionados con policarbonato o poliamida.
6. Procedimiento para la producción de un material compuesto de fibra termoplástico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que para la producción del compuesto de moldeo termoplástico A se usa al menos el 0,1 % en peso de monómeros, con respecto a componente A, que presentan una funcionalidad químicamente reactiva.
7. Procedimiento para la producción de un material compuesto de fibra termoplástico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la superficie de las fibras de refuerzo B contiene una o varias de las funciones del grupo de grupos hidroxi, éster y amino.
8. Procedimiento para la producción de un material compuesto de fibra termoplástico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que componente A se prepara a partir del 65 al 80 % en peso de (a-metil)estireno, del 19,9 al 32 % en peso de acrilonitrilo y del 0,1 al 3 % en peso de anhídrido de ácido maleico.
9. Procedimiento para la producción de un material compuesto de fibra termoplástico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que las fibras de refuerzo B se componen de fibras de vidrio, que contienen como funcionalidad químicamente reactiva grupos silanol en la superficie.
10. Procedimiento para la producción de un material compuesto de fibra termoplástico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el material compuesto de fibra presenta una nervadura y está formado en forma de capas.
11. Procedimiento para la producción de un material compuesto de fibra termoplástico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el material compuesto de fibra presenta una estructura de tipo sándwich y está formado en forma de capas.
12. Procedimiento para la producción de un material compuesto de fibra termoplástico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, en el que la temperatura para la producción del material compuesto de fibra asciende a al menos 250 °C y de manera especialmente preferente al menos 300 °C.
13. Procedimiento para la producción de un material compuesto de fibra termoplástico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, en el que el tiempo de permanencia para la producción del material compuesto de fibra a temperaturas de al menos 200 °C es como máximo de 5 minutos.
14. Procedimiento para la producción de un material compuesto de fibra termoplástico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, en el que el tiempo de permanencia para la producción del material compuesto de fibra a temperaturas de al menos 200 °C es como máximo de 2 minutos y en particular como máximo de 1 minuto.
15. Material compuesto de fibra, producido de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 14.
16. Uso de un material compuesto de fibra de acuerdo con la reivindicación 15 para la producción de cuerpos moldeados, láminas y revestimientos.
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