ES2926138T3 - Uso de materiales composite de fibra para la fabricación de cuerpos moldeados transparentes o translúcidas - Google Patents

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Eike Jahnke
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Abstract

La invención se refiere al uso de un material compuesto de fibras termoplásticas, que contiene: a) un material de moldeo termoplástico A como matriz, b) una capa de fibras de refuerzo B, y c) opcionalmente un aditivo C, donde la capa de fibras de refuerzo B está incrustado en el material de moldeo termoplástico A, y donde el material de moldeo termoplástico A tiene al menos una funcionalidad químicamente reactiva que reacciona con grupos químicos en la superficie del componente de fibra de refuerzo B durante el proceso de producción del material compuesto de fibra, y donde el material de moldeo termoplástico A que funciona como matriz es transparente o translúcido y tiene, en relación con las matrices, que no tienen ninguna funcionalidad químicamente reactiva, una transparencia o translucidez aproximadamente un 10 % mayor para la luz blanca cuando se mide en un espesor de capa de 1 mm. Dicho uso de acuerdo con la invención es particularmente adecuado para la producción de cuerpos de moldeo, películas y revestimientos transparentes o translúcidos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Uso de materiales composite de fibra para la fabricación de cuerpos moldeados transparentes o translúcidas La presente invención se refiere al uso de un material composite de fibra (también llamado lámina orgánica) para la fabricación de cuerpos moldeados, películas y recubrimientos transparentes o translúcidos. El material composite de fibra contiene una masa termoplástica de moldeo A como matriz y al menos una capa de fibras de refuerzo B, en donde la al menos una capa de las fibras de refuerzo B se incrusta en la matriz con la masa termoplástica de moldeo A y en donde la masa termoplástica de moldeo A tiene al menos una funcionalidad químicamente reactiva.
Los materiales composite de fibra o láminas orgánicas generalmente se componen de una gran cantidad de fibras de refuerzo incrustadas en una matriz polimérica. Las áreas de aplicación de los materiales composite de fibra son diversas. Por ejemplo, los materiales composite de fibra se utilizan en los sectores automotriz y aeroespacial. Los materiales composite de fibra están destinados a evitar el desgarro u otras fragmentaciones de la matriz con el fin de reducir el riesgo de accidentes debido a pedazos de componentes distribuidos. Muchos materiales composite de fibra son capaces de absorber fuerzas comparativamente altas bajo carga antes de que ocurra una falla total. Al mismo tiempo, en comparación con los materiales convencionales, los materiales composite de fibra se caracterizan por una alta resistencia y rigidez no reforzados, con baja densidad y otras propiedades ventajosas como, por ejemplo, buena resistencia al envejecimiento y a la corrosión.
La resistencia y rigidez de los materiales composite de fibra se pueden adaptar a la dirección de carga y al tipo de carga. Aquí, las fibras son las principales responsables de la resistencia y rigidez del material composite de fibra. Además, su disposición también determina las propiedades mecánicas del material composite de fibra respectivo. La matriz, por el contrario, generalmente se usa principalmente para introducir las fuerzas que deben absorberse 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 la matriz son variables, se consideran numerosas posibilidades de combinación de fibras y materiales de matriz.
En la fabricación de materiales composite de fibra, la unión de fibras y matrices entre sí desempeña un papel esencial. La resistencia de la incrustación de las fibras en la matriz polimérica (adhesión fibra-matriz) también puede tener una influencia considerable en las propiedades del material composite de fibra.
Para optimizar la adhesión fibra-matriz y compensar una "baja similitud química" entre las superficies de la fibra y la matriz polimérica circundante, las fibras de refuerzo se pretratan regularmente. Para ello, se añaden regularmente mediadores de adhesión a la llamada cola (medios de encolado). Dicho encolado se aplica regularmente a la fibra durante la fabricación para mejorar la capacidad de las fibras de seguir tratándose (como tejer, tender, coser). Si la cola no es deseable para un tratamiento subsiguiente, primero debe eliminarse en una etapa adicional del procedimiento, por ejemplo, quemándola. En algunos casos, las fibras de vidrio también se tratan sin encolado. Para la fabricación del material composite de fibra luego se aplica otro promotor de adhesión en una etapa adicional del procedimiento. En la superficie de las fibras, la cola y/o los promotores de adhesión forman una capa que puede determinar esencialmente la interacción de las fibras con el ambiente. Hoy en día está disponible una gran cantidad de diferentes promotores de adhesión. Dependiendo del campo de aplicación, la matriz a utilizar y las fibras a utilizar, la persona experta puede seleccionar un promotor de adhesión adecuado que sea compatible con la matriz y con las fibras.
Un desafío técnico es que cuando se produce la falla total, el material composite de fibra puede sufrir una fractura por fragilidad. En consecuencia, por ejemplo, en la construcción de cuerpos moldeados transparentes o translúcidos o el uso de películas y recubrimientos que están expuestos a una alta carga mecánica, puede surgir un riesgo considerable de accidente por elementos rotos.
Por lo tanto, se desea proporcionar materiales composite de fibra con un amplio rango de carga, en el que la falla total es improbable. También se desean propiedades transparentes o translúcidas mejoradas.
La masa de moldeo A utilizada en la invención es transparente o translúcida. Los materiales transparentes son capaces de permitir el paso de las ondas electromagnéticas, particularmente la luz. A diferencia de los materiales translúcidos, los materiales transparentes también tienen una permeabilidad ocular o de imagen. Los materiales translúcidos, por el contrario, tienen la llamada dispersión de volumen y son solo parcialmente translúcidos.
Con los materiales composite de fibra utilizados según la invención, también es posible fabricar diversos elementos o piezas moldeadas con superficies lisas por medio de los materiales.
La publicación WO 2014/184133 menciona la transparencia de las masas de moldeo que contienen materiales de relleno recubiertos de cola, fibrosos y en polvo en matrices termoplásticas. Aquí pueden estar contenidos, en calidad de comonómeros, además de acrilato de metilo, acrilato de etilo, acrilato de propilo, metacrilato de metilo, metacrilato de etilo, acrilamida y/o éter de vinilo metilo, también los grupos funcionales fenilmaleinimida, anhídrido maleico. Se enseñan masas termoplásticas de moldeo de este tipo que contienen copolímeros de estireno/monómero de nitrilo modificados resistentes al impacto, cuerpos moldeados y láminas preparadas a partir de estas y su uso. Las masas de moldeo hechas de copolímeros de estireno-acrilonitrilo (SAN) son transparentes y sólidas y encuentran muchas aplicaciones en el sector doméstico y sanitario, en el embalaje de productos cosméticos, así como para suministros electrónicos y de oficina.
La publicación WO 2008/058971 describe masas de moldeo que utilizan dos grupos de fibras de refuerzo. Los grupos de fibras de refuerzo están provistos de diferentes componentes promotores de adhesión, que causan las diferentes adherencias de fibra-matriz. La segunda adhesión fibra-matriz es menor que la primera adhesión fibramatriz, y las capas cercanas a la superficie de fibras de refuerzo hechas de fibras de refuerzo del primer grupo se forman con una mayor adhesión fibra-matriz. Los plásticos termoestables como el poliéster y los termoplásticos poliamida y polipropileno se proponen como materiales de matriz.
La publicación WO 2008/119678 describe un copolímero de estireno-acrilonitrilo (SAN) reforzado con fibra de vidrio, que se mejora en sus propiedades mecánicas mediante el uso de copolímero de estireno que contiene grupos de anhídrido maleico y fibras de vidrio cortadas. Por lo tanto, se enseña el uso de fibras cortas. Sin embargo, no hay indicación a materiales composite de fibra transparentes o translúcidos.
La publicación CN 102924857 describe mezclas de copolímeros de estireno-anhídrido maleico, que se mezclan con vidrio cortado y luego muestran resistencias relativamente altas. Sin embargo, la resistencia a la formación de fisuras por tensión de dicho material frente a los disolventes es demasiado baja. La resistencia frente al composite de fibra de vidrio también es ostensiblemente demasiado baja.
La publicación CN 101555341 describe mezclas de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), fibras de vidrio, polímeros que contienen anhídrido maleico y resinas epóxicas. En la preparación, se pone ABS y el polímero que contiene anhídrido maleico para agregar primero la resina epóxica y luego las fibras de vidrio. La fluidez de dicha mezcla, que contiene una resina epóxica (termoestable), es muy limitada.
La publicación KR 100376049 enseña mezclas de SAN, copolímero que contiene anhídrido maleico y N-fenilmaleinimida, fibras de vidrio cortadas y un agente de acoplamiento a base de aminosilano. El uso de dicho agente de acoplamiento conduce a etapas de tratamiento adicionales y, por lo tanto, aumenta los costes de fabricación.
La publicación US 2011/0020572 describe componentes de láminas orgánicas con un diseño híbrido, por ejemplo, de un componente de policarbonato altamente fluido. En este caso, el policarbonato (PC) se hace fluido mediante aditivos adecuados, como poliésteres hiperramificados, copolímeros de etileno/(met) acrilato o ésteres de polialquilenglicol de bajo peso molecular.
La publicación EP-A 2251 377 describe láminas orgánicas tratadas con un encolado de aminosilano. No se enseña a proporcionar láminas orgánicas que sean particularmente translúcidas.
En el estado de la técnica, las fibras (de vidrio) a menudo se tratan con un encolado que sobre todo protege las fibras de modo mutuo.
Deben evitarse los daños mutuos debidos a la abrasión. La acción mecánica mutua no debe conducir a la fragmentación cruzada (formación de fracturas).
Además, el procedimiento de corte de la fibra se puede facilitar mediante el encolado con el fin de obtener una longitud de pila igual. Además, el encolado puede evitar la aglomeración de las fibras. Se puede mejorar la capacidad de dispersión de las fibras cortas en el agua. Por lo tanto, es posible obtener estructuras superficiales uniformes según el procedimiento de colocación húmeda.
Un encolado puede contribuir a generar una cohesión mejorada entre las fibras de vidrio y la matriz polimérica, en la cual las fibras de vidrio actúan como fibras de refuerzo. Este principio se utiliza principalmente para plásticos reforzados con fibra de vidrio (PRFV).
Hasta ahora, los encolados de fibra de vidrio generalmente contienen una gran cantidad de componentes como, por ejemplo, formadores de película, lubricantes, agentes humectantes y promotores de adhesión.
Un formador de película protege los filamentos de vidrio de la fricción mutua y, además, puede fortalecer la afinidad por las resinas sintéticas para promover la resistencia y la cohesión de un material composite. Se deben mencionar los derivados del almidón, polímeros y copolímeros de acetato de vinilo y ésteres acrílicos, emulsiones de resina epóxica, resinas de poliuretano y poliamidas con un contenido de 0,5 a 12 % en peso, con respecto a todo el encolado.
Un lubricante confiere flexibilidad a las fibras de vidrio y sus productos y reduce la fricción mutua de las fibras de vidrio, así como durante la fabricación. A menudo, sin embargo, la adhesión entre el vidrio y la resina sintética se ve afectada por el uso de lubricantes. Se deben mencionar las grasas, aceites y poliaminas de alquileno en una cantidad de 0,01 a 1 % en peso, con respecto al total de encolado.
Un agente humectante provoca una reducción de la tensión superficial y una mejor humectación de los filamentos con el encolado. Para los encolados acuosos, por ejemplo, se deben mencionar las poliamidas de ácido graso con una cantidad de 0,1 a 1,5 % en peso, con respecto al total de encolado.
A menudo no hay una afinidad adecuada entre la matriz polimérica y las fibras de vidrio. Este puente puede ser asumido por promotores de adhesión que aumentan la adhesión de los polímeros a la superficie de la fibra.
Pueden mencionarse la mayoría de los silanos organofuncionales como, por ejemplo, el aminopropiltrietoxisilano, el metacriloxipropiltrimetoxisilano, el glicidiloxipropiltrimetoxisilano y similares.
Los silanos, que se agregan a un encolado acuoso, generalmente se hidrolizan para dar silanoles. Estos silanoles pueden reaccionar con superficies de fibra (de vidrio) reactiva y así formar una capa adhesiva (con un grosor de aproximadamente 3 nm).
En consecuencia, los agentes funcionales de bajo peso molecular pueden reaccionar con grupos silanol en la superficie del vidrio, en cuyo caso estos agentes de bajo peso molecular continúan reaccionando posteriormente (por ejemplo, en resinas epóxicas) y, por lo tanto, aseguran un enlace químico de las fibras de vidrio a la matriz polimérica. Sin embargo, tal preparación requiere mucho tiempo y toma alrededor de 30 minutos a más de una hora hasta que los polímeros (por ejemplo, las resinas epóxicas mencionadas anteriormente) se curan por completo. Por lo tanto, en un procedimiento mejorado parece deseable unir material polimérico ya fundido con fibras de vidrio u otras fibras de refuerzo.
También se conoce una funcionalización por reacción con polímeros. De esta manera se logra, mediante el uso de tipos de policarbonato de bajo peso molecular, remojar bien el tejido o la tela de fibras de vidrio y realizar un "injerto" haciendo reaccionar grupos funcionales sobre la superficie de fibras de vidrio con el policarbonato, lo cual aumenta la compatibilidad con el polímero. Sin embargo, este procedimiento tiene la desventaja de que el policarbonato (PC) tiene una viscosidad muy alta y para esta etapa de impregnación se debe utilizar un PC de bajo peso molecular, es decir, un PC de baja viscosidad que tiene una idoneidad de uso extremadamente mala como, por ejemplo, una baja resistencia a los agentes desencadenantes de grietas por tensión, como los disolventes polares.
Un objetivo técnico de la invención es proporcionar un material composite de fibra (lámina orgánica) para diversos usos, que tenga propiedades adecuadas para cuerpos moldeados, películas y recubrimientos transparentes y translúcidos. El material composite de fibra debe basarse en un material composite sólido, fácil de tratar, que sea en gran medida inerte frente a los disolventes convencionales, bien resistente a la formación de grietas por tensión, y también debe tener alta transparencia o translucidez y una superficie lisa. Idealmente, el material composite de fibras no requiere un promotor de adhesión.
Sorprendentemente, se ha demostrado que el uso de un material termoplástico composite de fibras, que contiene (o se compone de):
a) al menos una masa termoplástica de moldeo A como matriz;
b) al menos una capa de fibras de refuerzo B, y
c) opcionalmente al menos un aditivo C,
en donde la al menos una capa de fibras de refuerzo B está incrustada en la masa termoplástica de moldeo A, y en donde la masa termoplástica de moldeo A tiene al menos una funcionalidad químicamente reactiva, que reacciona durante el procedimiento de fabricación del material composite de fibra con grupos químicos en la superficie del componente B de fibra de refuerzo, y
en donde la masa termoplástica de moldeo A que actúa como matriz es transparente o translúcida y tiene al menos un 20% más de transparencia o translucidez para la luz blanca en comparación con las matrices que no tienen funcionalidad químicamente reactiva, medidas a un espesor de capa de 1 mm,
es particularmente ventajoso para la fabricación de cuerpos moldeados, películas y recubrimientos transparentes o translúcidos. El material composite de fibra utilizado tiene buena resistencia y es transparente o translúcido, así como resistente a la formación de fisuras por tensión y a los disolventes.
También se divulga un procedimiento (no acorde con la invención) para la fabricación de cuerpos moldeados, películas y recubrimientos transparentes o translúcidos, que comprende las siguientes etapas:
i) proporcionar
a) al menos una masa termoplástica de moldeo A como matriz;
b) al menos una capa de fibras de refuerzo B, y
c) opcionalmente al menos un aditivo C,
en donde la al menos una capa de fibras de refuerzo B está incrustada en la masa termoplástica de moldeo A, y
en donde la masa termoplástica de moldeo A tiene al menos una funcionalidad químicamente reactiva, que reacciona durante el procedimiento de fabricación del material composite de fibra con grupos químicos en la superficie del componente B de fibra de refuerzo, y
en donde la masa termoplástica de moldeo A que actúa como matriz es transparente o translúcida y tiene una transparencia o translucidez un 10% mayor para la luz blanca en comparación con las matrices que no tienen funcionalidad químicamente reactiva, medidas a un espesor de capa de 1 mm,
ii) poner en contacto los componentes A y B, y opcionalmente C, entre sí, en particular insertando o recubriendo el componente B con una masa termoplástica de moldeo A viscosa o líquida (preferiblemente obtenida por calentamiento), que opcionalmente comprende al menos un aditivo C, y
iii) hacer reaccionar al menos una funcionalidad químicamente reactiva del componente A con grupos químicos de la superficie del componente B; y opcionalmente
iv) moldear el material composite de fibras obtenido de las etapas anteriores; y opcionalmente
v) hacer endurecer el material composite de fibra obtenido de las etapas anteriores.
La transparencia o translucidez (por lo tanto, la transmisión luminosa) debe entenderse tal como se utiliza en este documento en el sentido más amplio. La persona experta reconocerá que la transmisión luminosa, como se muestra experimentalmente, se refiere en particular a la transmitancia de la luz diurna blanca (a menudo también denominada luz blanca (diurna) o luz acromática). Se revela que la transmisión luminosa tal como se utiliza en este documento puede ser, por lo tanto, la transmisión luminosa a una temperatura de color de 5000 a 7000 Kelvin (K) (no acorde con la invención), más preferiblemente a una temperatura de color de 5000 a 6700 K (no acorde con la invención). Según la invención, la transmisión luminosa tal como se utiliza en este documento es la transmisión luminosa a una temperatura de color de 5300 a 7000 Kelvin, preferiblemente a una temperatura de color de 5300 a 6500 K, en particular a una temperatura de color de (aproximadamente) 5500 K.
La luz diurna blanca se generará según una forma de realización particularmente preferida por medio de una lámpara según DIN EN 12464 (por ejemplo, la versión DIN EN 12464-1:2011). También se revela que la luz diurna (no acorde con la invención) puede ser la luz solar.
La transparencia se mide según la invención en muestras de 1 mm de espesor del material composite de fibra según ASTM D 1003 (por ejemplo, ASTM D 1003-13) (por ejemplo, por medio de un medidor de transparencia (por ejemplo, Byk Haze gard i (BYK-Gardner, EE. UU.)), como se muestra en la parte de ejemplo experimental más adelante.
El espectro de longitudes de onda de la luz, cuya transmisión luminosa se determina, resulta de la temperatura del color, particularmente cuando se utilizan lámparas de luz diurna o similares a la luz diurna. De modo particularmente preferible, la transmisión luminosa se refiere a la transmitancia de luz de un espectro de longitud de onda de (aproximadamente) 280 a 800 nm, en particular 400 nm a 800 nm (luz diurna visible), en donde la luz en su totalidad es luz blanca en el sentido de la luz diurna. Aquí preferiblemente al menos el 50%, más preferiblemente al menos el 60%, incluso más preferiblemente al menos el 75%, en particular al menos el 90% de la energía lumínica proviene de fotones del rango de longitud de onda entre 280 y 800 nm. En resumen, la transmisión luminosa se refiere de manera particularmente preferida a la transmitancia de luz con una temperatura de color de (aproximadamente) 5500 K, en cuyo caso al menos el 50%, en particular al menos el 90%, de la energía lumínica es atribuible a fotones en el rango de longitud de onda entre 400 y 800 nm.
A modo de ejemplo, la transmisión luminosa puede medirse y, por lo tanto, entenderse en particular como la transmitancia de luz de la longitud de onda 400-450 nm, 425-475 nm, 450-500 nm, 475-525 nm, 500-550 nm, 525­ 575 nm, 550-600 nm, 575-625 nm, 600-650 nm, 625-675 nm, 650-700 nm, 675-725 nm, 700-750 nm, 725-775 nm o 750-800 nm.
Según la ley de Lambert-Beer, el espesor del material composite de fibra no desempeña un papel (significativo) en la determinación comparativa del porcentaje de transmisión luminosa. Preferiblemente, la determinación/medición se puede llevar a cabo en materiales composite de fibra ("láminas orgánicas") con un espesor de 0,1 a 10 mm, más preferiblemente de 0,2 a 5 mm, aún más preferiblemente de 0,5 a 2 mm, en particular (aproximadamente) 1 mm. Según una forma de realización preferida, el material composite de fibra es una lámina orgánica (en gran parte) plana (plana o estructurada superficialmente, similar a una película) de un espesor de 0,1 a 10 mm, más preferiblemente de 0,2 a 5 mm, incluso más preferiblemente de 0,5 a 2 mm, en particular (aproximadamente) 1 mm.
Alternativamente, el material composite de fibra también se puede utilizar para la fabricación de piezas moldeadas más gruesas.
Preferiblemente, el material composite de fibra, en particular la composición del polímero A, no contiene ninguna proporción de colorante (s) absorbente (s) en el rango de 400 a 800 nm, lo que conduce a una absorción de más del 10%, más del 20%, más del 50%, más del 75% o más del 90%, de luz diurna en dichos materiales composite de fibra con un espesor de 1 mm. Se entenderá que el material composite de fibra comparable con mayor absorción también contiene una proporción comparable, en particular la misma, de colorante (s) que el material composite de fibra según la invención.
Se reconocerá inmediatamente que los términos "fibra de refuerzo B" y "fibra B" tal como se utilizan en el presente documento son intercambiables.
Opcionalmente, además de una mejor translucidez, la resistencia a la flexión del material composite de fibra (aproximadamente en más de 20 % o en más de 30 %) puede ser mayor que con un material composite de fibra comparable en el que los monómeros A-I se sustituyen completamente por monómeros A-II. Tal como se utiliza en este documento, la resistencia a la flexión de los materiales composite de fibra generalmente se determina según el procedimiento estándar ISO 14125 (DIN EN ISO 14125:2011-05), al que también se refieren los valores expuestos. Alternativamente, la resistencia a la flexión también se puede determinar según otros procedimientos estándar como, por ejemplo, ASTM D790 Versión 15e2 o ISO 178 (DIN EN ISO 178:2013-09).
Opcionalmente, además o alternativamente, la ondulación superficial del material composite de fibra, que depende de la expansión térmica y la distribución de los componentes individuales, puede ser baja. Por lo tanto, la expansión térmica del componente de fibra B es preferiblemente de 0 a 5 • 10'6/K, por lo tanto, es preferiblemente menor que en la matriz sin refuerzo de fibra, que experimenta una reducción significativa del volumen (contracción térmica más transformación de fase/cristalización) al enfriar desde la temperatura de tratamiento hasta la temperatura de consumo. Para la formación de la ondulación superficial, por lo tanto, no es la expansión térmica del material composite mismo la que desempeña un papel (principal), sino solo la diferencia en la expansión (al enfriar la contracción) del componente de fibra B (por ejemplo, < 10 • 10'6/K, preferiblemente 0 a 5 • 10'6/K) en comparación con el componente de matriz polimérica que contiene una composición de polímero termoplástico A, incluso con la distribución simultáneamente cambiante de A y B en sección transversal.
Tal como se utiliza en el presente documento, se entiende que un polímero, a menos que se defina lo contrario, también puede ser un copolímero (incluido un terpolímero, etc.). En consecuencia, una matriz polimérica también puede ser una matriz de copolímero.
Según una forma de realización preferida, la tasa de volumen de material fundido (MVR) de la composición de polímero termoplástico A utilizada como matriz polimérica es de 10 a 70 cm3/10min, preferiblemente de 12 a 70 cm3/10min, en particular de 15 a 55 cm3/10 min a 220°C/10 kg (medido según ISO1133, preferiblemente DIN EN ISO 1133-1:2012-03).
Según una forma de realización particularmente preferida, la tasa de volumen de material fundido (MVR) de la composición del polímero termoplástico utilizada como matriz polimérica A es de 10 a 35 cm3/10min, preferiblemente de 12 a 30 cm3/10min, en particular de 15 a 25 cm3/10 min a 220°C/10 kg (medido según ISO1133).
Alternativamente, la tasa de fluidez de material fundido (tasa de volumen de material fundido, MVRJ de la composición del polímero termoplástico utilizada como matriz polimérica A puede ser de 35 a 70 cm3/10min, preferiblemente de 40 a 60 cm3/10min, en particular 45 a 55 cm3/10 min a 220°C/10 kg (medido según ISO1133). Alternativamente o adicionalmente, el número de viscosidad determinado por medio de un viscosímetro capilar (J = (n/q0-1) ■ 1/c) de la composición del polímero termoplástico A utilizada como matriz polimérica, medido a temperatura ambiente (20°C) para gránulos disueltos en dimetilformamida, es de 50 a 100 ml/g, preferiblemente de 55 a 85 ml/g. Según una forma de realización preferida, el número de viscosidad es de 55 a 75 ml/g, preferiblemente de 60 a 70 ml/g, en particular de 61 a 67 ml/g. Según una forma de realización alternativa preferida, el número de viscosidad es de 60 a 90 ml/g, preferiblemente de 65 a 85 ml/g, en particular de 75 a 85 ml/g.
Preferiblemente, la superficie tiene una ondulación superficial baja. La persona experta conoce numerosos procedimientos para determinar la ondulación superficial. Por ejemplo, la superficie se puede describir mediante escaneo láser y luego se puede medir la diferencia de altura entre los máximos y los mínimos de onda. Por una ondulación superficial baja se entienden, en el sentido más amplio, las profundidades de onda medias en la superficie del material composite de fibra de menos de 30 pm, preferiblemente por debajo de 15 pm, más preferiblemente por debajo de 10 pm, más preferiblemente por debajo de 8 pm, en particular por debajo de 7 pm. También es objeto de la invención el uso de un material termoplástico composite de fibra que contiene (o se compone de):
a) 30 a 95 % en peso de una masa termoplástica de moldeo A,
b) 5 a 70 % en peso de una fibra de refuerzo B, y
c) 0 a 40 % en peso del aditivo C.
La persona experta comprenderá que la masa termoplástica de moldeo A según la invención comprende al menos un (co)polímero que tiene al menos una funcionalidad químicamente reactiva que reacciona con grupos químicos en la superficie del componente B de fibra de refuerzo durante el procedimiento de fabricación del material composite de fibra. Un tal (co)polímero comprende al menos un monómero funcional A-I, cuya funcionalidad reacciona con grupos químicos en la superficie del componente B de fibra de refuerzo durante el procedimiento de fabricación del material composite de fibra. El (co)polímero que comprende el monómero A-I también se designa como un componente polimérico (A-a).
Opcionalmente, la masa termoplástica de moldeo A aún puede contener uno o más (co)polímeros que opcionalmente también están libres de tal funcionalidad químicamente reactiva (por lo tanto, no contienen un monómero funcional A-I) y, por lo tanto, no reaccionan con grupos químicos en la superficie del componente de fibra de refuerzo B durante el procedimiento de fabricación del material composite de fibra. Dicho (co)polímero también se designa como componente polimérico (A-b).
También es objeto de la invención el uso de un material termoplástico composite de fibra que contiene (o se compone de):
a) 38 a 70 % en peso de una masa termoplástica de moldeo A,
b) 29,9 a 61,9 % en peso de una fibra de refuerzo B, y
c) 0,1 a 25 % en peso del aditivo C.
También es objeto de la invención el uso de un material termoplástico composite de fibra, en donde la masa termoplástica de moldeo A utilizada como matriz M se basa en (al menos) un copolímero de estireno y es (principalmente, por lo tanto, en gran medida) amorfo.
Si se usa como componente polimérico (A-a), dicho copolímero de estireno puede ser, por ejemplo, un copolímero de estireno que contiene M-I (por ejemplo, un copolímero de estireno que contiene anhídrido maleico).
"A base de esto" debe entenderse en el sentido más amplio como que contiene dicho (s) componente (s), preferiblemente que contiene el (los) dicho (s) componente (s) en más de 50 % en peso, más preferiblemente en más de 75 % en peso, incluso más preferiblemente en más de 90 % en peso, aún más preferiblemente en más de 95 % en peso o que se compone (en gran medida) del/de los dicho (s) componente (s).
También es objeto de la invención el uso de un material termoplástico composite de fibra, en donde la masa termoplástica de moldeo A se selecciona del grupo que se compone de: poliestireno, copolímeros de estirenoacrilonitrilo, copolímeros de a-metilestireno-acrilonitrilo, copolímeros de acrilonitrilo-estireno modificados resistentes a los impactos, en particular copolímeros de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) y copolímeros de acrilonitriloestireno- éster acrílico (ASA), así como mezclas de dichos copolímeros con policarbonato o poliamida.
Se entenderá que, según la invención, al menos uno de los componentes de (co)polímero de la masa termoplástica de moldeo A representa un (co)polímero que tiene al menos una funcionalidad químicamente reactiva como se describe en el presente documento (componente polimérico (A-a)). Por lo tanto, cada uno de los componentes del copolímero mencionados en el párrafo anterior también puede tener, además de los monómeros mencionados explícitamente, una funcionalidad reactiva que puede reaccionar con la superficie de las fibras B durante la fabricación del material composite de fibra. Por lo tanto, cada uno de los (co)polímeros mencionados anteriormente también puede representar un componente polimérico (A-a).
En consecuencia, los componentes poliméricos mencionados anteriormente en su uso como componente polimérico (A-a) generalmente también comprenderán al menos un monómero A-I, que proporcione la funcionalidad químicamente reactiva (por lo tanto, la reacción con las fibras B). Entonces estos también se pueden denominar como: copolímero de poliestireno (A-I), copolímero de estireno-acrilonitrilo (A-I), copolímero de a-metilestirenoacrilonitrilo (A-I), copolímero de acrilonitrilo-estireno modificado resistente al impacto (A-I), en particular copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno (A-I) (ABS-(A-I)) y copolímero de acrilonitrilo-estireno-éster acrílico (A-I) (ASA-(A­ I)). También son posibles mezclas de los copolímeros mencionados con policarbonato o poliamida.
Opcionalmente, los componentes poliméricos mencionados anteriormente en su uso como componente polimérico (A-a) también pueden comprender adicionalmente un segundo monómero (o incluso un tercer monómero) que proporcione la funcionalidad químicamente reactiva.
A modo de ejemplo, por lo tanto, los componentes poliméricos mencionados anteriormente (en su uso como componente polimérico (A-a)) en el caso del uso de anhídrido maleico (MA) como monómero A-I también pueden denominarse como: copolímero de poliestireno-anhídrido maleico, copolímero de estireno-acrilonitrilo-anhídrido maleico, copolímero de a-metilestireno-acrilonitrilo-anhídrido maleico, copolímero de acrilonitrilo-estireno-anhídrido maleico modificado resistente al impacto, en particular copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno-anhídrido maleico (ABS-MA) y copolímero de acrilonitrilo-estireno-éster acrílico-anhídrido maleico (ASA-MA). También son posibles mezclas de los copolímeros mencionados con policarbonato o poliamida. Se entenderá que lo correspondiente se aplica a otros monómeros A-I.
Opcionalmente se pueden utilizar uno u otros más (co)polímeros cualesquiera sin dicha funcionalidad (como componente polimérico (A-b)) adicionalmente a uno o más componentes poliméricos (A-a). También aquí, a modo de ejemplo, pueden utilizarse los (copolímeros) mencionados anteriormente (por lo tanto, poliestireno, copolímeros de estireno-acrilonitrilo, copolímeros de a-metilestireno-acrilonitrilo, copolímeros de acrilonitrilo-estireno modificados resistentes al impacto, en particular copolímeros de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) y copolímeros de acrilonitrilo-estireno-éster acrílico (ASA), así como mezclas de los copolímeros mencionados con policarbonato o poliamida), aunque entonces sin la funcionalidad (por lo tanto, sin monómero reactivo A-I).
De modo particularmente preferible, el componente polimérico (A-a) de la masa termoplástica de moldeo A se basa en un copolímero SAN.
La persona experta reconocerá que el copolímero SAN comprende entonces adicionalmente un monómero A-I, que reacciona con la superficie de las fibras B durante el procedimiento de fabricación. De manera correspondiente, el copolímero SAN en su uso como componente polimérico (A-a) también puede ser un copolímero SAN (M-I) (= terpolímero SAN (M-I)), por ejemplo, un copolímero SAN-MA (= terpolímero SAN-MA).
Por lo tanto, también es objeto de la invención el uso de un material termoplástico composite de fibra, en donde la masa termoplástica de moldeo A comprende (o se compone de):
al menos un componente polimérico (A-a), que tiene al menos una funcionalidad químicamente reactiva, que reacciona durante el procedimiento de fabricación del material composite de fibra con grupos químicos en la superficie del componente de fibra de refuerzo B y se selecciona del grupo que se compone de: copolímeros de estireno-acrilonitrilo, copolímeros de a-metilestireno-acrilonitrilo, copolímeros de acrilonitrilo-estireno modificados resistentes al impacto, en particular copolímeros de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) y copolímeros de acrilonitrilo-estireno-éster acrílico (ASA), cada uno de los cuales contiene al menos un grupo funcional, y mezclas de dichos copolímeros con policarbonato o poliamida; y opcionalmente
al menos un componente polimérico (A-b), que no tiene tal funcionalidad, seleccionado del grupo que se compone de: poliestireno, copolímeros de estireno-acrilonitrilo, copolímeros de a-metilestireno-acrilonitrilo, copolímeros de acrilonitrilo-estireno modificados resistentes al impacto, en particular copolímeros de acrilonitrilobutadieno-estireno (ABS) y copolímeros de acrilonitrilo-estireno-éster acrílico (ASA), así como mezclas de dichos copolímeros con policarbonato o poliamida.
También es objeto de la invención el uso de un material termoplástico composite de fibra, en donde la funcionalidad químicamente reactiva de la masa termoplástica de moldeo A se basa en componentes seleccionados del grupo que se compone de: función de anhídrido maleico, de N-fenilmaleinimida, de (met)acrilato de tert-butilo y de (met)acrilato de glicidilo, preferiblemente seleccionados del grupo que se compone de: función de anhídrido maleico, de N-fenilmaleinimida y (met)acrilato de glicidilo.
La funcionalidad químicamente reactiva de la masa termoplástica de moldeo A a menudo se basa en el monómero anhídrido maleico, que se puede incorporar en pequeñas cantidades.
También es objeto de la invención el uso de un material composite de fibra, en donde la masa termoplástica de moldeo A contiene al menos 0,1 % en peso de monómeros con una funcionalidad químicamente reactiva, con respecto a la cantidad de componente A. A menudo se incorporan de 0,1 % en peso a 1o % en peso, en particular de 0,1 % en peso a 3 % en peso de monómeros con una funcionalidad químicamente reactiva en el componente A, a menudo un copolímero sAn , poliestireno (PS), copolímero de polimetacrilato de metilo (PMMA) o un copolímero de estireno-metacrilato de metilo (SMMA).
También es objeto de la invención el uso de un material termoplástico composite de fibra como se describió anteriormente, en donde las fibras de refuerzo B se componen de fibras de vidrio, que preferiblemente contienen grupos de silano en la superficie como una funcionalidad químicamente reactiva.
También es objeto de la invención el uso de un material termoplástico composite de fibra, en donde las fibras de refuerzo B en la superficie contienen una o más de las funcionalidades químicamente reactivas del grupo que se compone de: grupos hidroxilo, éster y amino.
También es objeto de la invención el uso de un material termoplástico composite de fibra, en donde las fibras de refuerzo B se componen de fibras de vidrio que contienen grupos silanol en la superficie como funcionalidad químicamente reactiva.
Según una forma de realización opcional, no se utiliza ningún promotor de adhesión, en particular ningún promotor de adhesión del grupo que se compone de aminosilanos y compuestos epóxicos en la preparación del material composite de fibra.
También es objeto de la invención el uso de un material termoplástico composite de fibra, en donde el componente A se prepara a partir de 65 a 85 % en peso de estireno o (a-metil) estireno, 14,9 a 32 % en peso de acrilonitrilo y de 0,1 a 3 % en peso de anhídrido maleico, preferiblemente de 65 a 80 % en peso de estireno o (a-metilo), 19,9 a 32 % en peso de acrilonitrilo y de 0,1 a 3 en peso de anhídrido maleico, en donde las fibras de refuerzo B se utilizan en forma de tela, tejido, estera, vellón o tejido de punto.
La persona experta sabe que las estructuras superficiales F (por ejemplo, tejidos, esteras, vellones, telas o tejidos de punto) difieren de las fibras cortas, ya que en el caso de las primeras se originan estructuras superficiales F relacionadas y más grandes, que generalmente serán más largas que 5 mm. La persona experta sabe que la estructura superficial F está preferiblemente presente de tal manera que (en gran medida) estructure el material composite de fibra. Por lo tanto, las estructuras superficiales F están preferiblemente presentes de tal manera que (en gran medida) estructuran la parte fabricada que se compone del material composite de fibra (por lo tanto, el producto, por ejemplo, la pieza moldeada). Estructurar en gran medida significa aquí que las estructuras superficiales F o fibras continuas estructuran el 50%, preferiblemente al menos el 70%, en particular al menos el 90%, de la longitud del material composite de fibra. La longitud del material composite de fibra es la mayor expansión de la pieza en una de las tres direcciones espaciales. Más preferiblemente, las estructuras superficiales F o fibras continuas estructuran más del 50%, preferiblemente al menos el 70%, en particular al menos el 90%, de la superficie del material composite de fibra fabricado. El área del material composite de fibra es el área de mayor expansión en dos de las tres direcciones espaciales. El material composite de fibra es preferiblemente (en gran medida) plano.
Los tejidos y telas han de entenderse generalmente en el sentido más amplio como estructuras superficiales (preferiblemente bidireccionales) en las que las fibras B están dispuestas en (preferiblemente dos) direcciones espaciales diferentes (preferiblemente en un ángulo de 90° ± 20% entre sí).
También es objeto de la invención el uso de un material termoplástico composite de fibra, en donde la masa termoplástica de moldeo A se prepara a partir de hasta un 70 % en peso (aproximadamente 35 a 70 % en peso) de al menos un dieno conjugado, en particular butadieno, 20 a 99,9 % en peso (aproximadamente 20 a 50 % en peso) de al menos un monómero aromático de vinilo, en particular estireno, y hasta 38 % en peso (aproximadamente 9,9 a 38 % en peso) de acrilonitrilo y 0,1 a 5 % en peso de un monómero A-I, que tiene una funcionalidad químicamente reactiva, en particular anhídrido maleico, y en donde el material composite de fibra tiene un espesor de < 10 mm, preferiblemente de < 2 mm, particularmente de < 1 mm.
También es objeto de la invención el uso de un material termoplástico composite de fibra, en donde el material composite de fibra tiene una estructura de nervaduras o sándwich. Las etapas del procedimiento para la estructura de nervaduras son conocidas por la persona experta.
También es objeto de la invención el uso de un material termoplástico composite de fibra, en donde el material composite de fibra tiene una estructura de capas y contiene más de dos capas.
Por lo tanto, a modo de ejemplo, también pueden estar incrustadas tres, cuatro, cinco, seis, siete, ocho, nueve, diez, 10-20, 15-25, 20-50 o incluso más capas de fibras B en el material composite de fibra. Luego, el material composite de fibra tiene una estructura similar a una laminada.
A modo de ejemplo, las capas adicionales pueden construirse de manera similar o diferente a las de la invención descrita en este documento.
También es objeto de la invención el uso de un material termoplástico composite de fibra para la fabricación de ventanas o carcasas transparentes o muebles transparentes.
La invención también se refiere a cuerpos moldeados, películas o recubrimientos transparentes que contienen un material termoplástico composite de fibra como se describió anteriormente. En una forma de realización adicional, la invención se refiere a cuerpos moldeados, películas o recubrimientos transparentes que se componen del material termoplástico composite de fibra descrito a partir de los componentes A a C.
Componente A
El material composite de fibra contiene al menos 20 % en peso, generalmente al menos 30 % en peso, con respecto al peso total del material composite de fibra, de la matriz termoplástica A o de la masa termoplástica de moldeo A. La matriz termoplástica (M), que contiene la masa de moldeo A, está presente en el material composite de fibra preferiblemente de 30 a 95 % en peso, de modo particularmente preferible de 35 a 90 % en peso, a menudo de 35 a 75 % en peso y, en particular, de 38 a 70 % en peso, con respecto al material composite de fibra. Preferiblemente, la matriz termoplástica M corresponde a la masa termoplástica de moldeo A.
Preferiblemente, la masa termoplástica de moldeo A se compone principalmente (hasta en más del 50 %, en particular hasta en más del 90 %) de poliestireno (modificado opcionalmente) o de un copolímero (A-1). Según una forma de realización, la masa termoplástica de moldeo A se compone en al menos 95 % en peso, preferiblemente en al menos 98 % en peso del copolímero A-1. La masa termoplástica de moldeo A también puede componerse solo de copolímero A-1.
Para un material composite de fibra según la invención, como masa termoplástica de moldeo A se toma en consideración cualquier termoplástico, pero en particular se utilizan copolímeros de estireno, en particular SAN, SMMA, ABS y ASA.
Como ya se ha indicado anteriormente, según la invención, al menos uno de los componentes de (co)polímero de la masa termoplástica de moldeo A representa un (co)polímero que tiene al menos una funcionalidad químicamente reactiva como se describe en el presente documento (componente polimérico (A-a)). Al menos uno de los componentes poliméricos mencionados anteriormente (por lo tanto, al menos un poliestireno (posiblemente modificado) y/o al menos un copolímero A-1 (copolímero de estireno, en particular sAn , SMMA, ABS y A-SA)) comprende al menos un monómero A-I.
A modo de ejemplo, en el caso del uso de anhídrido maleico (MA) como monómero A-I, el poliestireno puede ser, por lo tanto, un copolímero de poliestireno- anhídrido maleico (S-MA), el copolímero A-1, por ejemplo, un copolímero de estireno-acrilonitrilo-anhídrido maleico (SAN-MA), un copolímero de estireno-metacrilato metilo- anhídrido maleico (SMMA-MA), un copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno-anhídrido maleico (ABS-MA), un copolímero de éster acrílico-estireno-acrilonitrilo-anhídrido maleico (ASA-MA).
Opcionalmente, además de al menos un componente polimérico (A-a), se pueden utilizar uno o más (co)polímeros cualesquiera sin dicha funcionalidad (como componente polimérico (A-b)). Se entenderá que opcionalmente también puede ser poliestireno, SAN, SMMA, ABS y/o a Sa (que respectivamente no comprenden un monómero A-I).
La masa termoplástica de moldeo A según la invención es transparente o translúcida. Los materiales transparentes son capaces de transmitir ondas electromagnéticas, especialmente la luz. A diferencia de los materiales translúcidos, los materiales transparentes también tienen una permeabilidad ocular o de imagen. Los materiales translúcidos tienen la llamada dispersión de volumen y son solo parcialmente translúcidos. La prueba de propiedades ópticas, como la transparencia, se describe, por ejemplo, en el Handbuch der Kunststoffprüfung (Manual de pruebas en plásticos) (Carl Hanser Verlag Múnich, Viena, 1992, capítulo 9, pp. 365-389).
La masa termoplástica de moldeo A (componente A) es preferiblemente una masa de moldeo amorfa, en donde el estado amorfo de la masa termoplástica de moldeo (termoplástico) significa que las macromoléculas sin disposición y orientación regulares, es decir, sin distancia constante, están dispuestas de manera completamente estadística. Preferiblemente, toda la masa termoplástica de moldeo A tiene propiedades amorfas y termoplásticas, por lo que es fundible y (en gran medida) no es cristalina. Como resultado, la contracción de la masa termoplástica de moldeo A, y por lo tanto también de todo el material composite de fibra, es comparativamente baja. Se pueden obtener superficies particularmente lisas en el caso de las piezas moldeadas.
Alternativamente, el componente A contiene una porción semicristalina de menos de 60 % en peso, preferiblemente menos de 50 % en peso, en particular preferiblemente menos de 40 % en peso, con respecto al peso total del componente A.
Los termoplásticos semicristalinos forman áreas tanto químicamente regulares como también geométricas, es decir, hay áreas en las que se forman cristalitos. Los cristalitos son agrupaciones paralelas de secciones moleculares o pliegues de cadenas moleculares.
Las moléculas de cadena individuales pueden pasar parcialmente a través de la región cristalina o amorfa. A veces incluso pueden pertenecer a varios cristalitos al mismo tiempo.
La masa termoplástica de moldeo A puede ser una mezcla de polímeros termoplásticos amorfos y polímeros semicristalinos. La masa termoplástica de moldeo A puede ser, por ejemplo, una mezcla de un copolímero de estireno con uno o más policarbonato (s) y/o uno o más polímeros semicristalinos (como la poliamida), en donde la proporción de componentes mixtos semicristalinos en el componente A total debe ser inferior a 50 % en peso, preferiblemente inferior a 40 % en peso.
Según la invención, la masa termoplástica de moldeo A utilizado contiene al menos un copolímero A-1 que comprende monómeros A-I que forman enlaces covalentes con los grupos funcionales B-I de las fibras de refuerzo B incrustadas. La proporción de monómeros A-I en la masa termoplástica de moldeo A se puede seleccionar de forma variable. Cuanto mayor sea la proporción de monómeros A-I y de los grupos funcionales (B-I), más fuerte puede ser el enlace entre la masa termoplástica de moldeo A y las fibras de refuerzo B. Los monómeros A-I todavía pueden estar presentes en el copolímero A-1 como monómeros o estar integrados en el copolímero A-1. Preferiblemente, los monómeros A-I están integrados en el copolímero A-1.
Según una forma de realización preferida, el copolímero A-1 está compuesto por una proporción de monómeros A-I de al menos 0,1 % en peso, preferiblemente de al menos 0,5 % en peso, en particular de al menos 1 % en peso, por ejemplo, de 1 a 3 % en peso, con respecto a A.
Como monómeros A-I, que pueden formar enlaces covalentes con los grupos funcionales B-I de las fibras B, se consideran todos los monómeros que tienen tales propiedades. Como monómeros A-I se prefieren aquellos que pueden formar enlaces covalentes mediante reacción con grupos hidroxilo o amino.
Preferiblemente, los monómeros A-I tienen:
a) al menos una funcionalidad capaz de formar 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 capaz de integrarse en el copolímero A-1, por ejemplo, un doble enlace, preferiblemente un doble enlace terminal que se integre en el copolímero A-1 mediante polimerización por radicales.
Opcionalmente, el copolímero A-1 o incluso otro (co)polímero contenido en la masa termoplástica de moldeo A puede contener uno u otros más monómeros capaces de formar enlaces covalentes o no covalentes con las fibras B.
Según una forma de realización preferida, los monómeros A-I se seleccionan del grupo que se compone de: anhídrido maleico (MA),
N-fenilmaleimida (PM),
(met)acrilato de tert-butilo y
(met)acrilato de glicidilo (GM).
Según una forma de realización más preferida, los monómeros A-I se seleccionan del grupo que se compone de anhídrido maleico (MA), N-fenilmaleimida (PM) y (met)acrilato de glicidilo (GM).
Dos de estos monómeros A-I también pueden estar contenidos en el copolímero A-1. El copolímero A-1 de la masa de moldeo A puede contener opcionalmente otros monómeros funcionales A-II.
En particular, la masa termoplástica de moldeo A según la invención tiene, frente a una matriz que no tiene funcionalidad químicamente reactiva, una transparencia o translucidez más altas para luz blanca en al menos (aprox.) 10%, preferiblemente en al menos (aprox.) 15%, a menudo en al menos (aprox.) 20%.
El componente de la matriz M contiene al menos una masa termoplástica de moldeo A, en particular uno que es adecuado para la fabricación de materiales composite de fibra. Los termoplásticos amorfos se utilizan preferentemente para la masa de moldeo A. Por ejemplo, se utilizan poliestireno (poliestireno estándar PS o poliestireno resistente a los impactos HIPS) o copolímeros de poliestireno como copolímeros de estireno-acrilonitrilo (SAN) o copolímeros de a-metilestireno-acrilonitrilo (AMSAN), copolímeros de estireno-acrilonitrilo modificados resistentes al impacto, como copolímeros de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), copolímeros de estirenometacrilato de metilo (SMMA), copolímeros de metacrilato-acrilonitrilo-butadieno-estireno (MABS) o copolímeros de éster acrílico-estireno-acrilonitrilo (ASA).
Se entenderá que por la presente al menos uno de los componentes poliméricos de la masa termoplástica de moldeo A se modifica con monómero A-I (componente polimérico (A-a)), preferiblemente uno o más de los copolímeros de estireno mencionados anteriormente se modifica con monómero A-I. Cualquier otro componente polimérico (como los copolímeros de estireno, preferiblemente los mencionados anteriormente) puede estar contenido opcionalmente en la masa termoplástica de moldeo A, que opcionalmente no se modifica con monómero A-I (componente de polímero (A-b)).
Las mezclas de los copolímeros antes mencionados (uno o más componentes poliméricos (A-a) y opcionalmente (A-b)) con policarbonato o polímeros semicristalinos como la poliamida, también son adecuadas, siempre que la proporción de componentes mixtos semicristalinos en el componente A sea inferior al 50 % en peso. De modo muy particularmente preferible, los copolímeros SAN (M-I) (con modificación por monómeros A-I) se utilizan como componente (opcionalmente también como el único componente polimérico) de la masa termoplástica de moldeo A. Se prepara un copolímero modificado de (a-metilo) estireno-acrilonitrilo utilizado según la invención como masa termoplástica de moldeo A (como componente polimérico (A-a)), a partir de, con respecto al copolímero de (a-metilo) estireno-acrilonitrilo, 58 a 85 % en peso, preferiblemente 65 a 80 % en peso de (a-metilo) estireno, 14,9 a 37 % en peso, preferiblemente 19,9 a 32 en peso de acrilonitrilo y 0,1 a 5 % en peso, preferiblemente 0,1 a 3 % en peso de anhídrido maleico. También hay que mencionar las mezclas de copolímero de estireno-acrilonitrilo con copolímero de a-metilo estireno-acrilonitrilo.
Se puede preparar otro copolímero modificado, usado según la invención (como componente polimérico (A-a)) de la masa termoplástica de moldeo A, con respecto al copolímero, a partir de 0,1 a 30 % en peso de anhídrido maleico como componente A-I y de70-99,9% en peso de estireno, preferiblemente de 0,2 a 20 % en peso de anhídrido maleico como componente A-I y de 80-99,8% en peso de estireno, más preferiblemente de 0,3 a 10 % en peso de anhídrido maleico como componente A-I y de 90-99,7 % de estireno.
Se prepara un copolímero modificado de (a-metilo) estireno-metacrilato de metilo según la invención como masa termoplástica de moldeo A (o un componente del mismo), a partir de, con respecto al copolímero de (ametilo)estireno- metacrilato de metilo, al menos 50 % en peso, preferiblemente de 55 a 95 % en peso, más preferiblemente de 60 a 85 % en peso de (a-metilo) estireno, 4,9 a 45 % en peso, preferiblemente 14,9 a 40 % en peso de metacrilato de metilo y 0,1 a 5 % en peso, preferiblemente 0,1 a 3 % en peso de un monómero A-I, como el anhídrido maleico. El copolímero de (a-metilo) estireno-metacrilato de metilo puede estar construido de manera aleatoria o como un polímero de bloque. El componente A también se puede preparar a partir de, con respecto al componente A, al menos 50 % en peso, preferiblemente de 55 a 95 % en peso, de modo particularmente preferible de 60 a 85 % en peso de monómero viniloaromático, 4,9 a 45 % en peso, preferiblemente 14,9 a 40 % en peso de metacrilato de metilo y de 0,1 a 5 en peso, preferiblemente de 0,1 a 3 % en peso de un monómero A-I, como el anhídrido maleico.
Un copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno según la invención como masa termoplástica de moldeo A (o un componente de la misma) se prepara mediante procedimientos conocidos a partir de estireno, acrilonitrilo, butadieno y un monómero adicional funcional A-I como, por ejemplo, metacrilato de metilo.
El copolímero ABS modificado puede contener, por ejemplo: hasta 70 % en peso (alrededor de 35 a 70 % en peso) de butadieno, hasta 90 % en peso (aproximadamente 20 a 50 % en peso) de estireno y hasta 38 % en peso (aproximadamente 9,9 a 38 % en peso) de acrilonitrilo y 0,1 a 5 % en peso, preferiblemente 0,1 a 3 % en peso de un monómero A-I, como el anhídrido maleico. El componente A también se puede preparar a partir de 35 a 70 % en peso de al menos un dieno conjugado, 20 a 50 % en peso de al menos un monómero aromático de vinilo y 9,9 a 38 % en peso de acrilonitrilo y 0,1 a 5 % en peso, preferiblemente 0,1 a 3 % en peso de un monómero A-I, como el anhídrido maleico.
En otra forma de realización preferida, el componente A según la invención es un ABS, un ASA, un MABS, un copolímero de estireno/butadieno como, por ejemplo, poliestireno resistente a impactos, un copolímero de bloques de estireno-butadieno como, por ejemplo, Styrolux®, Styroflex® (ambos Styrolution, Francfort), K-Resin, Clearen, Asaprene, un policarbonato, un poliéster amorfo o una poliamida amorfa.
En una forma de realización particularmente preferida, el componente A de la invención es un copolímero de estireno/butadieno como, por ejemplo, el poliestireno resistente a los impactos, un copolímero de bloque de estirenobutadieno como, por ejemplo, Styrolux®, Styroflex®, (ambos Styrolution, Francfort), resina K, clearen, asapreno, un policarbonato, un poliéster amorfo o una poliamida amorfa.
La persona experta comprenderá que, según la invención, al menos uno de los componentes de (co)polímero de la masa termoplástica de moldeo A representa un (co)polímero que tiene al menos una funcionalidad químicamente reactiva como se describe en este documento (componente polimérico (A-a)). Este también puede ser un componente de polímero como se describió anteriormente, que contiene en dicha masa de moldeo al menos un monómero funcional A-I. Opcionalmente se pueden utilizar uno o más (co)polímeros cualesquiera sin tal funcionalidad (como componente polimérico (A-b)).
En otra forma de realización, la matriz M puede componerse de al menos dos masas de moldeo termoplásticas A diferentes. Estos diferentes tipos de masas de moldeo pueden tener, por ejemplo, un índice de flujo de material fundido (IMF) diferente y/u otros comonómeros o aditivos.
Según la invención, el término peso molecular (Mw) puede entenderse en el sentido más amplio como la masa de una molécula o una región de una molécula (por ejemplo, una hebra de polímero, un polímero de bloque o una molécula pequeña), que puede expresarse en g/mol (Da) y kg/mol (kDa). Preferiblemente, el peso molecular (Mw) es el peso promedio que puede determinarse por medio de los procedimientos conocidos en el estado de la técnica. Preferiblemente, las masas termoplásticas de moldeo A tienen un peso molecular Mw de 60.000 a 400.000 g/mol, más preferiblemente de 80.000 a 350.000 g/mol, en donde Mw se puede determinar por dispersión de luz en tetrahidrofurano (GPC con detector UV). El peso molecular Mw de las masas de moldeo termoplástico A puede variar en un rango de /- 20%.
Preferiblemente, la masa termoplástica de moldeo A contiene un copolímero de estireno modificado por una funcionalidad químicamente reactiva, que, a excepción de la adición de los monómeros A-I, está compuesto esencialmente por los mismos monómeros que el "copolímero de estireno normal", en donde el contenido de monómero se desvía /- 5%, el peso molecular /- 20% y el índice de flujo de material fundido (determinado a una temperatura de 220°C y una carga de 10 kg según el procedimiento ISO 1133) /- 20%). El procedimiento ISO 1133 se entiende preferiblemente como DIN EN ISO 1133-1:2012-03.
Los procedimientos de fabricación adecuados para el componente A son la polimerización en emulsión, en solución, en masa o en suspensión, preferiblemente la polimerización en solución (véase publicación GB 1472195). En una forma de realización preferida de la invención, el componente A se aísla después de la preparación por medio del procedimiento conocido en la técnica y preferiblemente se convierte en gránulos. Después de eso, puede tener lugar la fabricación de los materiales composite de fibra.
Componente B
El material composite de fibra (lámina orgánica) contiene al menos 5 % en peso, con respecto al material composite de fibra, de la fibra de refuerzo B (componente B).
La fibra de refuerzo B está contenida preferentemente en el material composite de fibra de 5 a 70 % en peso, de modo particularmente preferible de 10 a 65 % en peso, a menudo de 25 a 65 % en peso y, en particular, de 29,9 a 61,9 % en peso, con respecto al material composite de fibra.
La fibra de refuerzo B se utilizará a menudo como estructura superficial F (capa de fibras de refuerzo). La fibra de refuerzo B puede ser cualquier fibra cuya superficie tiene grupos funcionales B-I, que pueden formar 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 los grupos hidroxilo, éster y amino. Particularmente preferidos son los grupos hidroxilo.
Según una forma de realización más preferida, las fibras de refuerzo B son fibras de vidrio que tienen grupos hidroxilo en forma de grupos silanol como funcionalidad B-I químicamente reactiva en la superficie.
Las fibras de refuerzo B pueden estar incrustadas en cualquier orientación y disposición en el material composite de fibra, preferiblemente se utilizan como estructuras superficiales F (capa de fibras de refuerzo).
Las fibras de refuerzo B generalmente no están distribuidas de modo estadísticamente equitativo en el material composite de fibra, sino en planos con una proporción más alta y aquellos con una proporción menor (por lo tanto, como capas más o menos separadas). Preferiblemente, se asume una estructura de tipo laminar o laminar del material composite de fibra.
Las fibras de refuerzo B pueden estar presentes, por ejemplo, como telas, esteras, vellones, telas o tejidos de punto. Tales laminados planos formados contienen composites estructurados capa por capa hechos de capas planas de refuerzo (de fibras de refuerzo B) y capas de la matriz polimérica que las humecta y las mantiene unidas, que contiene al menos una masa termoplástica de moldeo A. Según una forma de realización preferida, las fibras de refuerzo B están incrustadas capa por capa en el material composite de fibra. Preferiblemente, las fibras de refuerzo B están presentes como estructuras superficiales F.
En una tela las fibras se encuentran presentes idealmente paralelas y estiradas. Por lo general, se utilizan fibras continuas. Los tejidos se crean entretejiendo fibras continuas, por ejemplo, fibras para hilar. El entretejido de fibras se acompaña inevitablemente de una ondulación de las fibras. La ondulación causa en particular una reducción de la resistencia a la compresión paralela a la fibra.
Las esteras generalmente se componen de fibras cortas y largas, que están unidas flojamente entre sí a través de un aglutinante. Debido al uso de fibras cortas y largas, las propiedades mecánicas de los componentes hechos de esteras son inferiores a las de los tejidos. Los vellones son estructuras de fibras de longitud limitada, fibras continuas (filamentos) o hilos cortados de cualquier tipo y origen, que han sido juntados de cualquier manera en un vellón y unidos entre sí de cualquier manera. Los tejidos de punto son sistemas de hilo gracias a una formación de malla. La estructura superficial F es preferiblemente una tela, un tejido, una estera, un vellón o un tejido de punto. como estructura de superficie F particularmente se prefiere una tela o un tejido.
Componente C
Como componente adicional C, el material composite de fibra utilizado opcionalmente contiene de 0 a 40 % en peso, preferiblemente de 0 a 30 % en peso, a menudo de 0,1 a 25 % en peso, de modo particularmente preferible de 1 a 10 % en peso, con respecto a la suma de los componentes A a C, de uno o más aditivos (auxiliares y aditivos) diferentes de los componentes A y B. El requisito previo para la adición del aditivo C es que las propiedades transparentes o translúcidas del componente A no se pierdan a causa de la adición.
Se deben mencionar materiales de relleno, auxiliares de procesamiento, estabilizadores, retardadores de oxidación, agentes contra la descomposición térmica y la descomposición por luz ultravioleta, lubricantes y agentes desmoldeantes, agentes ignífugos, colorantes y pigmentos y plastificantes. También hay que mencionar los ésteres como compuestos de bajo peso molecular. Según la presente invención, también se pueden utilizar dos o más de estos compuestos. En general están presentes los compuestos con un peso molecular inferior a 3000 g/mol, preferiblemente menos de 150 g/mol.
Los materiales de relleno minerales en forma de partículas pueden ser proporcionados, por ejemplo, por sílice amorfa, carbonatos como carbonato de magnesio, carbonato de calcio (creta), cuarzo en polvo, mica, diversos silicatos como arcillas, moscovita, biotita, suzoito, maletita de estaño, talco, clorito, flogopita, feldespato, silicatos de calcio como wollastonita o caolín, particularmente caolín calcinado.
Los estabilizadores UV incluyen, por ejemplo, diversos resorcinoles sustituidos, salicilatos, benzotriazoles y benzofenonas, que generalmente se pueden usar en cantidades de hasta 2 % en peso.
Según la invención, se pueden agregar retardadores de oxidación y estabilizadores de calor a la masa termoplástica de moldeo. Se pueden utilizar fenoles estéricamente impedidos, hidroquinonas, representantes sustituidos de este grupo, aminas aromáticas secundarias, opcionalmente en enlace con ácidos que contienen fósforo o sales de los mismos, y mezclas de estos compuestos, preferiblemente en concentraciones de hasta 1 % en peso, con respecto al peso de la mezcla.
Además, según la invención, pueden agregarse lubricantes y agentes desmoldeantes, que generalmente se agregan en cantidades de hasta 1 % en peso de la masa termoplástica. Pueden mencionarse aquí el ácido esteárico, el alcohol estearílico, los ésteres de alquilo y las amidas del ácido esteárico, preferiblemente Irganox®, así como los ésteres de pentaeritritol con ácidos grasos de cadena larga. Se pueden utilizar las sales de calcio, zinc o aluminio del ácido esteárico y las cetonas de dialquilo, por ejemplo, las cetonas de diestearilo. Además, como lubricantes y agentes de desmoldeo también se pueden utilizar copolímeros de óxido de etileno-óxido de propileno. Además, se pueden utilizar ceras naturales y sintéticas. Pueden mencionarse ceras de PP, ceras de PE, ceras de PA, ceras de PO injertadas, ceras de HDPE, ceras de PTFE, ceras de EBS, ceras de montana, ceras de carnauba y ceras de abejas.
Los agentes ignífugos pueden ser compuestos que contienen halógenos como también compuestos sin halógenos. Los compuestos con halógenos adecuados, en cuyo caso han de preferirse compuestos bromados antes que los clorados, permanecen estables durante la preparación y el procesamiento de la composición de moldeo según la invención, de modo que no se liberan gases corrosivos y, por lo tanto, la efectividad no se ve afectada. Se utilizan preferentemente compuestos sin halógenos como, por ejemplo, los compuestos de fósforo, en particular los óxidos de fosfina y los derivados de ácidos de fósforo y sales de ácidos y derivados ácidos del fósforo. De modo particularmente preferible los compuestos de fósforo contienen grupos de éster, de alquilo, de cicloalquilo y/o de arilo. También son adecuados los compuestos oligoméricos de fósforo con un peso molecular inferior a 2000 g/mol como se describe, por ejemplo, en la publicación EP-A 0363608.
Además, pueden estar contenidos pigmentos y colorantes. Estos generalmente están contenidos en cantidades de 0 a 15, preferiblemente de 0,1 a 10 y, en particular, de 0,5 a 8 % en peso, con respecto a la suma de los componentes A a C. Los pigmentos para colorear termoplásticos son generalmente conocidos, véase, por ejemplo, la publicación de R. Gachter y H. Müller, Taschenbuch der Kunststoffadditive, Carl Hanser Verlag, 1983, pp. 494 a 510. Como primer grupo preferido de pigmentos pueden mencionarse los pigmentos blancos como el óxido de zinc, el sulfuro de zinc, el blanco de plomo (2 PbCO3 'Pb(OH)2), litoponas, blanco de antimonio y dióxido de titanio. De las dos modificaciones cristalinas más comunes (tipo rutilo y anatasa) de dióxido de titanio, en particular se utiliza la forma de rutilo para blanquear las composiciones de moldeo de la invención.
Los pigmentos de color negro que se pueden utilizar según la invención son el negro óxido de hierro (Fe3O4 ), el negro espinela (Cu(Cr,Fe)2O4), el negro de manganeso (mezcla de dióxido de manganeso, óxido de silicio y óxido de hierro), el negro de cobalto y el negro de antimonio y de modo particularmente preferible el hollín, que generalmente se usa en forma de hollín de horno u hollín gaseoso (véase la publicación de G. Benzing, Pigmente für Anstrichmittel, editorial Expert-Verlag (1988), p. 78 y siguientes). Por supuesto, los pigmentos de color inorgánicos como el verde óxido de cromo o los pigmentos de color orgánico como los pigmentos azoicos y las ftalocianinas se pueden usar según la invención para el ajuste de ciertos tonos. Tales pigmentos están generalmente disponibles comercialmente. Además, puede ser ventajoso utilizar los pigmentos o colorantes mencionados en mezcla, por ejemplo, negro de humo con ftalocianinas de cobre, ya que generalmente se facilita la dispersión del color en los termoplásticos.
A modo de ejemplo, el material composite de fibra se compone de:
20-99,5 % en peso de la composición A del polímero termoplástico;
0,5-80 % en peso de fibras B.
A modo de ejemplo, el material composite de fibra se compone de:
20-50 % en peso, 30-60 % en peso, 40-60 % en peso, 40-50 % en peso, 50-60 % en peso, 50-99,5 % en peso, 75­ 90 % en peso u 80-95 % en peso de la composición de polímero termoplástico A; y el resto de fibras B (y posiblemente otros componentes, como el polímero D, por ejemplo) que faltan para el 100 % en peso de la masa total del material composite de fibra.
Según una forma de realización preferida, el material composite de fibra comprende 20-50 % en volumen, 30-60 % en volumen, 40-60 % en volumen, 40-50 % en volumen, 50-60 % en volumen, 50-99,5 % en volumen, 75-90 % en volumen u 80-95 % en volumen de la composición de polímero termoplástico A, con respecto al volumen total de material composite de fibra,
según una forma de realización preferida, el material composite de fibra comprende 20-50 % en volumen, 30-60 % en volumen, 40-60 % en volumen, 40-50 % en volumen, 50-60 % en volumen, 50-99.5 % en volumen, aproximadamente 75-90 % en volumen u 80-95 % en volumen de fibras B, con respecto al volumen total de material composite de fibra,
según una forma de realización particularmente preferida, el material composite de fibra comprende (o se compone de):
40-70 % en volumen, preferiblemente 50-60 % en volumen, en particular 55-60 % en volumen, de masa termoplástica de moldeo A (en particular terpolímero de estireno-acrilonitrilo-anhídrido maleico, que comprende al menos 0,1 % en peso de anhídrido maleico) y
30-60 % en volumen, preferiblemente 40-50 % en volumen, en particular 40-45 % en volumen (proporción en volumen de fibra) de fibras B (en particular fibras de vidrio, muy particularmente introducidas como tejido o tela).
Según una forma de realización preferida, el material composite de fibra en sección transversal (por lo tanto, en el borde de corte, cuando se corta un material composite de fibra plana (por ejemplo, con tijeras), en promedio, promediado sobre todo el material composite de fibra):
40-70%, preferiblemente 50-60%, en particular 55-60%, de masa termoplástica de moldeo A (en particular terpolímero de estireno-acrilonitrilo-anhídrido maleico, que comprende al menos 0,1 % en peso de anhídrido maleico) y
30-60%, preferiblemente 40-50%, en particular 40-45% (proporción de espesor de fibra) de fibras B (en particular fibras de vidrio, muy particularmente introducidas como tejido o tela), en donde las especificaciones de % aquí corresponden al porcentaje de espesor (el borde cortado).
A modo de ejemplo, a lo largo de un borde de corte de un material composite de fibra de 1,12 mm de espesor, el espesor de la matriz polimérica (por lo tanto, de la masa termoplástica de moldeo A) puede ser de 0,65 mm (corresponde al 58 %) y la fibra B de 0,47 mm (corresponde al 42 %).
Según una forma de realización preferida, el material composite de fibra tiene una densidad total de 0,5 a 2,5 g/ml, más preferiblemente de 1 a 2 g/ml, en particular de 1,5 a 1,75 g/ml, aproximadamente 1,7 g/ml ± 10%.
Procedimiento para la preparación y uso de materiales composite de fibra
Preferiblemente, las láminas orgánicas se procesan por moldeo por inyección o prensado. Por lo tanto, se puede generar otra ventaja en costes mediante una integración funcional, por ejemplo, la inyección o el prensado de elementos funcionales, ya que se puede prescindir de otras etapas de ensamblaje, por ejemplo, la soldadura de elementos funcionales.
También se divulga un procedimiento (no acorde con la invención) para la preparación de un material composite de fibra que comprende Las etapas de:
i) disponer:
(A) al menos una masa termoplástica de moldeo A como matriz M, que contiene poliestireno (modificado) o al menos un copolímero A-1 que contiene monómeros A-I (y opcionalmente uno u otros más (co)polímeros (A-a) y/o (A-b));
B) al menos una fibra de refuerzo B, cuya superficie tiene grupos funcionales B-I, que pueden formar un enlace covalente con los monómeros A-I;
C) opcionalmente al menos un aditivo C;
ii) fundir la masa termoplástica de moldeo A y poner en contacto esta con al menos una fibra de refuerzo B de la etapa i); 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) formando enlaces covalentes.
El procedimiento de preparación (no acorde con la invención) puede comprender las etapas de impregnación, consolidación y solidificación habituales durante la preparación de materiales composite, en donde el procedimiento puede verse influido por la elección de la temperatura, la presión y los tiempos aplicados.
Aquí, el material composite de fibra puede contener (o componerse de):
a) 30 a 95 % en peso de al menos una masa termoplástica de moldeo A,
b) 5 a 70 % en peso, a menudo 29,9 a 61,9 % en peso, de al menos una fibra de refuerzo B, y
c) 0 a 40 % en peso, a menudo 0,1 a 25 % en peso, de al menos un aditivo C.
La etapa (ii) del procedimiento, la fusión de la masa termoplástica de moldeo A y la puesta en contacto de este material fundido con las fibras de refuerzo B, se puede llevar a cabo de cualquier manera adecuada. En tal impregnación, la matriz M, que se compone de al menos una masa termoplástica de moldeo A, se puede convertir en un estado fluido y las fibras de refuerzo B se pueden humedecer formando una capa límite.
Las etapas (ii) y (iii) también se pueden realizar simultáneamente. Luego, inmediatamente cuando la masa termoplástica de moldeo A entra en contacto con las fibras de refuerzo B, tiene lugar una reacción química en la cual los monómeros A-I forman un enlace covalente con la superficie de las fibras de refuerzo B (generalmente a través de un enlace a los grupos funcionales B-I). Esto puede ser, por ejemplo, una esterificación (por ejemplo, la esterificación de monómeros de anhídrido maleico con grupos silanol de una fibra de vidrio). Alternativamente, la formación de un enlace covalente también se puede iniciar en una etapa separada (por ejemplo, por aumento de temperatura, iniciador de radicales y/o fotoiniciación). Esto se puede hacer a cualquier temperatura adecuada.
Las etapas (ii) y/o (iii) se llevan a cabo a una temperatura de al menos 200°C, preferiblemente al menos 250°C, más preferiblemente al menos 300°C, en particular a 300°C -340°C.
Es preferible asegurarse de que, en la medida de lo posible, no se presente un pirólisis y de que los componentes utilizados no se descompongan térmicamente (o solo ligeramente (por lo tanto, hasta <50 %)). Una excepción puede ser: una composición que libera grupos reactivos por escisión térmica, como el (met)acrilato de tert-butilo, por ejemplo, en donde el isobuteno se libera por eliminación térmica a temperaturas de aproximadamente 200°C y el grupo funcional restante (esencialmente una función ácida) puede reaccionar luego con la superficie de la fibra. Al realizar las etapas (ii) y/o (iii), el tiempo de residencia a temperaturas de > 200°C no puede ser más de 10 min, preferiblemente no más de 5 min, más preferiblemente no más de 2 min, en particular no más de 1 min. A menudo 10 a 60 segundos son suficientes para el tratamiento térmico.
El procedimiento divulgado (no acorde con la invención), en particular las etapas ii) y iii), puede llevarse a cabo básicamente a cualquier presión (preferiblemente presión atmosférica o sobrepresión), con y sin prensar los componentes. Al prensar con sobrepresión, se pueden mejorar las propiedades del material composite de fibra. Por lo tanto, las etapas (ii) y/o (iii) se pueden llevar a cabo a una presión de prensado de 5-100 bares y un tiempo de prensado de 10-60 s, preferiblemente a una presión de prensado de 10-30 bares y un tiempo de prensado de 15-40 s.
Preferiblemente, los copolímeros de estireno provistos de al menos una funcionalidad químicamente reactiva (A-I), es decir, matrices termoplásticas amorfas, se utilizan como masa termoplástica de moldeo A. Por lo tanto, la calidad de la superficie para las aplicaciones descritas a continuación puede aumentar significativamente en comparación con los termoplásticos semicristalinos para tales piezas de revestimiento, ya que la menor contracción de los termoplásticos amorfos mejora significativamente la topología de la superficie debido a las regiones ricas en fibra (punto de cruce para tejidos) y pobres en fibra.
La consolidación reduce las bolsas de aire en el material composite de fibra y establece una buena unión entre la masa termoplástica de moldeo A y las fibras de refuerzo B (especialmente cuando se trata de fibras de refuerzo B por capas). Se prefiere obtener un compuesto de material no poroso (en la medida de lo posible) después de la impregnación y consolidación.
Alternativamente, las etapas mencionadas se pueden realizar en secuencia separada. Por ejemplo, las capas de fibras de refuerzo B se pueden preparar primero con fibras de refuerzo B preparadas de manera diferente, en donde tiene lugar una impregnación de las fibras de refuerzo B con la matriz de la masa termoplástica de moldeo A. A partir de entonces, pueden estar presentes capas impregnadas con fibras de refuerzo B con diferente adhesión fibramatriz, que se pueden consolidar en una etapa de trabajo adicional para obtener un material composite como material composite de fibra. Antes de que las capas de fibras de refuerzo B se laminan con la matriz de la masa termoplástica de moldeo A, al menos una parte de las fibras de refuerzo B pueden ser sometidas a un pretratamiento, en el curso del cual se influye en la adhesión posterior fibra-matriz. El pretratamiento puede incluir, por ejemplo, una etapa de recubrimiento, una etapa de grabado, una etapa de tratamiento térmico o una etapa de tratamiento mecánico de superficies. En particular, por ejemplo, calentando una parte de las fibras de refuerzo B, se puede eliminar parcialmente un promotor de adhesión ya aplicado.
Según una forma de realización particularmente preferida, la presente invención se refiere al uso de un material termoplástico composite de fibra, en donde el componente A se prepara a partir de
65 a 80 % en peso de (a-metilo) estireno,
19,9 a 32 % en peso de acrilonitrilo y
0,1 a 3 % en peso de anhídrido maleico,
en donde las fibras de refuerzo B se utilizan en forma de tela, tejido, estera, vellón o tejido de punto, en donde el material composite de fibra está estructurado en capas y contiene más de dos capas y tiene una estructura de nervaduras o de sándwich.
Según una forma de realización muy particularmente preferida, la presente invención se refiere al uso de un material termoplástico composite de fibra de un espesor de < 10 mm, que contiene:
a) 30 a 95 % en peso, en particular 38 a 70 % en peso, de una masa termoplástica de moldeo amorfa A utilizada como matriz M basada en un copolímero de estireno,
en donde el componente A se prepara a partir de 65 a 80 % en peso de (a-metilo) estireno, 19,9 a 32 % en peso de acrilonitrilo y 0,1 a 3 % en peso de anhídrido maleico,
b) 5 a 70 % en peso, en particular 29,9 a 61,9 % en peso de una fibra de refuerzo B, en donde las fibras de refuerzo B se utilizan en forma de tela, tejido, estera, vellón o tejido de punto, y
c) 0 a 40 % en peso, en particular 0,1 a 25 % en peso del aditivo C.
en donde la al menos una capa de fibras de refuerzo B está incrustada en la masa termoplástica de moldeo A, y
en donde la masa termoplástica de moldeo A tiene al menos una funcionalidad químicamente reactiva que reacciona durante el procedimiento de preparación del material composite de fibra con grupos químicos en la superficie del componente de fibra de refuerzo B, y
en donde la masa termoplástica de moldeo A que actúa como matriz es transparente o translúcida y tiene una transparencia o translucidez para la luz blanca un 10% mayor en comparación con las matrices que no tienen funcionalidad químicamente reactiva, medidas a un espesor de capa de 1 mm,
para la fabricación de cuerpos moldeados, películas y recubrimientos transparentes o translúcidos, en donde el material composite de fibra tiene una estructura de nervaduras o de sándwich y/o está estructurado a manera de capas y contiene más de dos capas.
Aún más preferiblemente, el procedimiento y/o el material composite de fibra también tienen una o más características como se describe en este documento.
Las capas de refuerzo se pueden unir completamente entre sí durante el procedimiento de fabricación (laminación). Tales esteras de material composite de fibra ofrecen resistencia y rigidez optimizadas en la dirección de la fibra y pueden seguir procesándose de manera particularmente ventajosa.
El procedimiento también puede incluir la fabricación de una pieza moldeada T.
Según una forma de realización preferida, el procedimiento comprende como una etapa adicional (iv) una conformación tridimensional para obtener una pieza moldeada T.
Esto se puede hacer de cualquier manera, por ejemplo, mediante la conformación mecánica de un cuerpo moldeador, que también puede ser un rodillo con relieve. Preferiblemente se moldea el material composite de fibra que aún puede moldearse, en el cual la masa termoplástica de moldeo A todavía está (parcialmente) fundida. Alternativamente o adicionalmente, un material composite de fibra curado también se puede moldear en frío.
Preferiblemente, al final del procedimiento se obtiene una pieza moldeada T sólida (en gran medida).
Preferiblemente, por lo tanto, el procedimiento comprende como etapa adicional (v) el curado del producto obtenido de cualquiera de las etapas (iii) o (iv).
Esta etapa también puede denominarse solidificación. La solidificación, que generalmente tiene lugar con extracción de calor, puede conducir luego a una pieza moldeada T lista para usar. Opcionalmente, la pieza moldeada T aún puede ser procesada posteriormente (por ejemplo, desbarbada, pulida, teñida, etc.).
El procedimiento puede ser continuo, semicontinuo o discontinuo.
Según una forma de realización preferida, el procedimiento se lleva a cabo como un procedimiento continuo, en particular como un procedimiento continuo para la fabricación de películas en relieve, lisas o tridimensionales.
Alternativamente, las piezas moldeadas T también se pueden fabricar de forma semicontinua o discontinua.
Las láminas orgánicas tienen una matriz termoplástica amorfa M. Estas se pueden aplicar mediante moldeo por inyección con una nervadura, laminarse (soldarse) en un núcleo termoplástico espumado o en un núcleo de panal como capas superiores.
La mejora de la rigidez de los componentes a través de las nervaduras (formación de una estructura nervada) se justifica por el aumento del momento geométrico de inercia. En general, el dimensionamiento óptimo de las nervaduras incluye aspectos técnicos, estéticos y constructivos de fabricación.
Las fibras de refuerzo B pueden impregnarse y consolidarse capa por capa como capas de fibras de refuerzo B en una sola etapa de tratamiento con la matriz M que contiene una masa termoplástica de moldeo A. De esta manera, la preparación del material composite de fibra se puede llevar a cabo de una manera particularmente eficiente. Otra ventaja de los copolímeros de estireno como termoplásticos amorfos (por ejemplo, SAN) es la resistencia a veces alta a los arañazos de estos materiales. En los ejemplos de aplicación que se describen a continuación, esto tiene la ventaja de que las piezas de revestimiento no se rayan durante el montaje y el uso posterior.
Otra ventaja de la aplicación, acorde con la invención, de las láminas orgánicas para la fabricación de cuerpos moldeados, películas y recubrimientos transparentes y translúcidos es la alta rigidez y resistencia. Las ventanas, por ejemplo, tienen que soportar altas cargas (por ejemplo, en cámaras hiperbáricas). Como sustituto del vidrio, las láminas orgánicas de la invención se pueden utilizar para esto. Estas ofrecen alta resistencia y rigidez para fabricar paneles de ventanas a prueba de roturas. La rigidez y resistencia requeridas se pueden lograr, por ejemplo, mediante una lámina orgánica en un composite tipo sándwich o, por ejemplo, mediante nervaduras.
Como material de núcleo en el composite tipo sándwich puede emplearse tanto un núcleo de espuma (por ejemplo, Rohacell de Evonik), como también un núcleo de panal (por ejemplo, honeycomps de EconCore). Para lograr un composite con bloqueo por material entre la lámina orgánica y el núcleo, el núcleo se compone de un termoplástico químicamente compatible para lograr una soldadura por medio de calor y permitir una laminación en el procedimiento de fabricación.
Una posibilidad preferida de lograr suficiente rigidez para, por ejemplo, el vidriado, es la retroinyección o contrapresión de una nervadura en el procedimiento de moldeo por inyección o en el procedimiento de prensado. Para lograr una unión de bloqueo por material entre las nervaduras y la lámina orgánica, debe utilizarse una masa termoplástica de moldeo que sea adecuada, en particular uno de los copolímeros de estireno antes mencionados. Preferiblemente, se utiliza una masa termoplástica de moldeo a base de SAN, ABS o ASA.
La integración funcional puede resultar en una ventaja de costes en el procedimiento de moldeo por inyección. Por ejemplo, las etapas de montaje se pueden ahorrar inyectando directamente soportes, guías, cerraduras, ganchos a presión, etc.
El llamado "fiber-look" ("aspecto de fibra") se puede utilizar para fabricar muebles estéticamente de alta calidad. Incluso con el uso de fibra de vidrio, que es transparente por naturaleza, se pueden hacer visibles pintando las fibras.
El uso de láminas orgánicas para carcasas transparentes o translúcidas puede aprovecharse, por ejemplo, para ordenadores, teléfonos móviles, portátiles, monitores, impresoras, copiadoras, televisores, monitores de ordenador, ratones de ordenador, paneles táctiles, teléfonos, reproductores de DVD, reproductores de CD, reproductores de MP3, reproductores de MP4, altavoces acústicos, sistemas estéreo.
En el caso de las carcasas, el grosor de la pared está sobredimensionado, a menudo debido a la fluidez insuficiente de la masa de moldeo por inyección o a una relación de trayectoria de flujo/espesor de pared demasiado baja. Por lo tanto, mediante el uso de láminas orgánicas, el grosor de la pared se puede reducir significativamente, ya que la lámina orgánica solo necesita reformarse y, por lo tanto, puede apañarse con un grosor muy pequeño incluso en caso de componentes muy grandes.
Las láminas orgánicas de la invención se pueden fabricar, por ejemplo, con un espesor de < 2 mm, preferiblemente < 1 mm, de modo particularmente preferible <0,7 mm. Si estas láminas orgánicas delgadas están provistas de nervaduras y rebordes, se crean componentes muy rígidos, ya que la lámina orgánica se encuentra en la fibra marginal del componente de la carcasa, lo que resulta en un aumento en el módulo elástico. Debido a la matriz amorfa M y, por lo tanto, a la baja contracción, las piezas moldeadas tienen una superficie muy lisa, que aún se puede pintar o laminar según sea necesario.
Para piezas estructurales como, por ejemplo, un marco de soporte, las láminas orgánicas también pueden lograr una gran ventaja de peso. Aquí, también, el endurecimiento de los componentes se puede apoyar con la ayuda de las nervaduras. Además, una integración funcional puede ahorrar etapas de montaje posteriores y otros componentes y, por lo tanto, también se logra una ventaja de costes además de las ventajas en peso.
Según la invención, las láminas orgánicas son particularmente adecuadas para la fabricación de sustitutos del vidrio, ventanas, vidriado o ventanas de lavadora. Especialmente en el campo de la tecnología de iluminación, las láminas orgánicas ofrecen excelentes condiciones. Se deben mencionar pozos de luz opacos, cubiertas de lentes, placas de distribución de luz, carcasas para luminarias, guías de luz.
Otro aspecto de la presente invención son las piezas transparentes para muebles, lámparas, pantallas de proyección, equipos deportivos, juguetes, bloques de construcción, aplicaciones médicas como carcasas de bombas, partes de herramientas hechas de láminas orgánicas.
La invención se describe con más detalle en los siguientes ejemplos, figuras y reivindicaciones.
Figuras para la ilustración ejemplar de la invención
La Figura 1 muestra los materiales composite de fibra W que se obtuvieron según la prueba No. 1. La figura 1A representa la documentación visual. La Figura 1B muestra la vista microscópica de una sección a través del material composite de fibra laminar W dispuesto en orientación horizontal (izquierda: aumento de 25x, derecha: aumento de 50x), en donde las fibras son claramente reconocibles como una capa oscura que hace un recorrido horizontal entre las capas claras de la masa termoplástica de moldeo. La Figura 1C muestra el aumento de 200x, en donde se hace evidente que la impregnación no se completa en algunos lugares.
La Figura 2 muestra los materiales composite de fibra W que se obtuvieron según la prueba No. 2. La figura 2A representa la documentación visual. La Figura 2B muestra la vista microscópica de una sección a través del material composite de fibra laminar W dispuesto en orientación horizontal (izquierda: aumento de 25x, derecha: aumento de 50x), en donde las fibras son claramente reconocibles como una capa oscura que hace un recorrido entre las capas claras de la masa termoplástica de moldeo. La Figura 2C muestra el aumento de 200x, en donde se hace evidente que la impregnación no se ha completado parcialmente.
La Figura 3 muestra los materiales composite de fibra W que se obtuvieron según la prueba No. 3. La figura 3A representa la documentación visual. La Figura 3B muestra la vista microscópica de una sección a través del material composite de fibra laminar W dispuesto en orientación horizontal (izquierda: aumento de 25x, derecha: aumento de 50x), en donde ninguna capa de fibras es reconocible. La Figura 3C muestra el aumento de 200x, en donde se hace evidente que la impregnación se ha completado en gran medida.
La Figura 4 muestra los materiales composite de fibra W que se obtuvieron según la prueba No. 4. La figura 4A representa la documentación visual. La Figura 4B muestra la vista microscópica de una sección a través del material composite de fibra laminar W dispuesto en orientación horizontal (izquierda: aumento de 25x, derecha: aumento de 50x), en donde no es reconocible una capa de fibras. La Figura 4C muestra el aumento de 200x, en donde se hace evidente que la impregnación no acaba completamente en lugares individuales.
La Figura 5 muestra los materiales composite de fibra W que se obtuvieron según la prueba No. 5. La figura 5A representa la documentación visual. La Figura 5B muestra la vista microscópica de una sección a través del material composite de fibra laminar W dispuesto en orientación horizontal (izquierda: aumento de 25x, derecha: aumento de 50x), en donde no es reconocible una capa de fibras. La Figura 4C muestra el aumento de 200x, en donde se hace evidente que la impregnación no acaba completamente en pocos lugares.
La Figura 6 muestra la preparación de los materiales composite de fibra W (aquí: tejido de fibra de vidrio) en la entrada de prensa V25-V28. Es claramente evidente que tal procedimiento de preparación permite una producción continua. Además, la muesca del patrón muestra que el material composite de fibra W también es maleable tridimensionalmente.
La Figura 7 muestra esquemáticamente la generación de formación indeseable de ondas superficiales (textura). Ejemplos
Las siguientes pruebas se llevan a cabo en una prensa en caliente de intervalos disponible comercialmente, que es capaz de preparar un composite de fibra/película a partir de película polimérica, material fundido o en polvo, para la fabricación cuasi continua de productos termoplásticos semiacabados reforzados con fibra, de laminados y paneles tipo sándwich.
Ancho de la placa: 660 mm
Espesor del laminado: 0,2 a 9,0 mm
Tolerancias de laminado: máx. ± 0,1 mm correspondientes a productos semiacabados
Espesor del panel tipo sándwich: máx. 30 mm
Rendimiento: aprox. 0,1 - 60 m/h, dependiendo de la calidad y el grosor del componente
Avance nominal 5 m/h
Presión del molde: Unidad de prensado 5-25 bares, continua variable (opcional) para el tamaño mínimo y máximo del molde
Control de temperatura del molde: 3 zonas de calefacción y 2 de refrigeración
Temperatura del molde: hasta 400 °C
Longitud del molde: 1000 mm
Recorrido de apertura prensa: 0,5 a 200 mm
(Dirección de producción: generalmente de derecha a izquierda)
Los datos técnicos de la fusión-plastificación son:
Aplicación de material fundido de manera discontinua en capa media para la fabricación de productos termoplásticos semiacabados reforzados con fibra
Diámetro del tornillo: 35 mm
Volumen de desplazamiento máximo: 192 cm3
Número de revoluciones máximo del tornillo: 350 rpm
Corriente de descarga máxima: 108 cm3/s
Presión de descarga máxima: 2406 bares específicamente
La transparencia se midió en muestras de láminas orgánicas de 1 mm en % de luz diurna blanca (100 %) utilizando un medidor de transparencia Byk Haze gard i (BYK-gardner, EE. UU.) según ASTM D 1003 (por ejemplo, ASTM D 1003-13).
Los materiales composite de fibra descritos (láminas orgánicas), en particular con matriz termoplástica amorfa, son particularmente adecuados para la fabricación de cuerpos moldeados, películas y recubrimientos transparentes y translúcidos. A continuación, se muestran algunos ejemplos. A menos que se indique lo contrario, las piezas moldeadas se fabrican mediante moldeo por inyección.
Ejemplo 1: Preparación del material composite de fibra M
40 % en peso, con respecto al material composite de fibra, de un copolímero de acrilonitrilo-estireno- anhídrido maleico como masa termoplástica de moldeo A (preparado a partir de: 75 % en peso de estireno, 24 % en peso de acrilonitrilo y 1 % en peso de anhídrido maleico) se combina con 60 % en peso, con respecto al material composite de fibra, de una fibra de refuerzo a base de vidrio con funcionalidad químicamente reactiva (grupos de silano) en la superficie [GW 123-580K2 de P-D Glasseiden GmbH].
Ejemplo 2: Preparación del material composite de fibra N
65 % en peso, con respecto al material composite de fibra, de un copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno como masa termoplástica de moldeo A (ABS preparado a partir de: 45 % en peso de butadieno, 30 % en peso de estireno, 24 % en peso de acrilonitrilo y 1 % en peso de anhídrido maleico) se combina con 35 % en peso, con respecto al material composite 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]. El material composite de fibra posteriormente se vuelve nervado.
Ejemplo 3: Fabricación de piezas moldeadas a partir de los materiales composite de fibra M y N
Ejemplo A: Ventana de la lavadora
Ejemplo B: Cubiertas de lentes
Se observa una mayor rigidez de la ventana y de la cubierta de la lente en comparación con los materiales de vidrio correspondientes. Además, las láminas orgánicas son menos sensibles a los arañazos y a la presión.
Ejemplo 5: Propiedades materiales de láminas orgánicas delgadas
Combinaciones termoplásticas peligrosas A:
A1 (comparación): S/AN con 75 % de estireno (S) y 25 % de acrilonitrilo (AN), índice de viscosidad 60, Mw de 250.000 g/mol (medido mediante cromatografía de permeación en gel en columnas estándar con estándares de calibración de poliestireno monodisperso)
A2: copolímero de S/AN/anhídrido maleico con la composición (% en peso): 74/25/1, Mw de 250.000 g/mol (medido mediante cromatografía de permeación en gel sobre columnas estándar con estándares de calibración de poliestireno monodisperso)
A3: Mezcla de A2 : A1 = 2 : 1
A4: Mezcla de A2 : A1 = 1 : 2
Textiles de fibra utilizados B:
B1: Tejido bidireccional de fibra de vidrio 0/90° (GF-GE) con peso superficial = 590 g/m2, trama urdimbre = 1200tex [por ejemplo KN G 590.1 de P-D Glasseiden GmbH]
B2: Sarga de tejido de fibra de vidrio 2/2 (GF-KG) con peso superficial = 576 g/m2, trama, urdimbre = 1200tex Las combinaciones y los ajustes de parámetros utilizados en relación con las pruebas Nos. 1-5 se enumeran en la siguiente tabla:
Tabla 1. Condiciones de fabricación de los materiales composite de fibra W
Figure imgf000021_0001
Prueba No. 1 (Prueba comparativa)
Los resultados se muestran en la Figura 1.
Evaluación visual en la superficie del producto semiacabado:
Macroimpregnación: completada
Microimpregnación: claramente no completada
Evaluación microscópica en el interior del producto semiacabado:
Capa matricial en posición media: claramente reconocible
Capa matricial en la capa superior: no reconocible en la fibra para hilar
Impregnación hilos de urdimbre: áreas no impregnadas en el medio, ligeramente impregnadas alrededor Impregnación hilos de trama: áreas claramente no impregnadas en el medio, ligeramente impregnadas alrededor Inclusiones de aire: pocas, solo en fibra para hilar
Consolidación: insuficiente, daño a los hilos de urdimbre y trama
Prueba No. 2
Los resultados se muestran en la figura 2.
Evaluación visual en la superficie del producto semiacabado:
Macroimpregnación: completada
Microimpregnación: no completada en varios lugares
Evaluación microscópica en el interior del producto semiacabado:
Capa matricial en posición media: reconocible
Capa matricial en la capa superior: poco reconocible en la fibra para hilar
Impregnación hilos de urdimbre: en el medio áreas no impregnadas reconocibles, parcialmente impregnadas alrededor, en parte no impregnadas
Impregnación hilos de trama: áreas no impregnadas en el medio, ligeramente impregnadas alrededor Inclusiones de aire: poco
Consolidación: insuficiente y daño significativo a los hilos de trama
Prueba No. 3
Los resultados se muestran en la figura 3.
Evaluación visual en la superficie del producto semiacabado:
Macroimpregnación: completada
Microimpregnación: completada
Prueba No. 3, Evaluación microscópica en productos semiacabados:
Capa matricial en posición media: no reconocible
Capa matricial en capa superior: fácilmente reconocible
Impregnación hilos de urdimbre: áreas sin impregnar apenas reconocibles, bien impregnadas alrededor Impregnación hilos de trama: áreas no impregnadas apenas reconocibles, bien impregnadas alrededor Inclusiones de aire: muchas burbujas grandes reconocibles
Consolidación: buena, sin daños
Prueba No. 4
Los resultados se muestran en la figura 4.
Evaluación visual en la superficie del producto semiacabado:
Macroimpregnación: completada
Microimpregnación: en su mayoría completada
Evaluación microscópica en el interior del producto semiacabado:
Capa matricial en posición media: apenas reconocible
Capa matricial en capa superior: reconocible
Impregnación hilos de urdimbre: áreas no impregnadas fácilmente reconocibles, bien impregnadas a su alrededor
Impregnación hilos de trama: áreas no impregnadas reconocibles, pero impregnadas a su alrededor Inclusiones de aire: no reconocibles
Consolidación: satisfactorio, daños medios a los hilos de trama reconocibles
Prueba No. 5
Los resultados se muestran en la figura 5.
Evaluación visual en la superficie del producto semiacabado:
Macroimpregnación: completada
Microimpregnación: en su mayoría completada
Evaluación microscópica en el interior del producto semiacabado:
Capa matricial en posición media: no reconocible
Capa matricial en capa superior: reconocible
Impregnación hilos de urdimbre: áreas menos no impregnadas reconocibles, bien impregnadas a su alrededor Impregnación hilos de trama: áreas no impregnadas reconocibles, bien impregnadas a su alrededor Inclusiones de aire: no reconocibles
Consolidación: parcialmente bueno, en parte insuficiente, daño local a los hilos de trama reconocibles Resumen de los resultados de las pruebas
Figure imgf000024_0001
Figure imgf000024_0002
 Tabla 3. Comparación óptica y háptica de los ajustes de ensayo de la invención con láminas orgánicas convencionales
Figure imgf000025_0001
Prueba No. 6
Los resultados se muestran en la Tabla 5.
Las combinaciones y los ajustes de parámetros utilizados en relación con la prueba n.° 6 se enumeran en la siguiente tabla:
Tabla 4. Condiciones de fabricación de los materiales composite de fibra W
Figure imgf000025_0002
Tabla 5. Comparación de la resistencia a la flexión.
Figure imgf000025_0003
La tabla 5 muestra los materiales composite de fibra W obtenidos en una serie de ensayos. El SAN puro (A1) y un copolímero de S/AN/anhídrido maleico (A2) se combinaron y probaron con un refuerzo una tela y de tejido disponible comercialmente en un procedimiento idéntico. El contenido de volumen de fibra de los composites fue del 42%. La calidad mejorada de la impregnación y la unión entre la fibra y la matriz no se muestra en la rigidez de flexión, sino claramente en la resistencia a la flexión (tensión de rotura) de las muestras examinadas.
Prueba No. 7
Los resultados se muestran en la Tabla 6.
Tabla 6. Comparación de la profundidad de onda Wt.
Figure imgf000026_0003
Los componentes se definen de la siguiente manera:
SAN: Terpolímero de SAN-MA, composición de peso (% en peso): 73/25/2, Mw: 250.000 g/mol (medido mediante cromatografía de permeación en gel en columnas estándar con estándares de poliestireno monodisperso), mVr : 15-25 cm3/10 min a 220°C/10kg (IS01133), índice de viscosidad (en DMF) J = 61-67 ml/g
PC OD: policarbonato amorfo de fácil flujo, de grado óptico para discos ópticos)
PA6: poliamida 6 semicristalina, de fácil flujo
Fibras (B3): Sarga de tela de fibra de vidrio 2/2 (GF-KG) con peso superficial = 300 g/m2, trama, urdimbre =
320tex
Como se puede observar en la Tabla 6, el uso del terpolímero de SAN-MA es particularmente ventajoso con respecto a la obtención de una baja profundidad de onda de la superficie. PC OD demostró ser sensible a la formación de fisuras por tensión.
Otras pruebas sobre la tensión a la flexión de materiales composite de fibra reforzados con estructuras superficiales Los componentes se definen como se indica anteriormente. La tensión a la flexión y el módulo de flexión se determinaron según DIN 14125: 2011-05.
Las combinaciones y los ajustes de parámetros del procedimiento descrito en la reivindicación 1 se enumeran en la tabla siguiente:
Tabla 7: Composiciones Comp. 1, Comp. 2, Comp. 10 y Comp. 15 así como las composiciones de la invención V3 a V9 y V11 a V14. X: Relación de peso componente A : B = 60 : 40
Figure imgf000026_0001
La tabla 7 muestra las condiciones de los ensayos realizados. Aquí, los reactivos, así como la temperatura y el tiempo de prensado fueron variados. La presión de prensado en todas las series de prueba fue de aprox. 20 bares. Tabla 8: Valores medios de la tensión máxima a la flexión de la dirección de urdimbre y trama de las láminas orgánicas preparadas según las mezclas Comp. 2, V5, V7, V9, Comp. 10, V12 a V14 y Comp. 15, en donde la temperatura de preparación fue respectivamente de al menos 300 °C.
Figure imgf000026_0002
(continuación)
Figure imgf000027_0001
Los valores representados en la Tabla 8 son el promedio de nueve mediciones cada uno.
La Tabla 8 muestra que las láminas orgánicas V5, V7, V9, V12, V13 y V14 según la invención tienen una tensión de flexión máxima promedio más alta que las láminas orgánicas que contienen una matriz que contiene 75 % en peso de estireno (S) y 25 % en peso de acrilonitrilo (AN) (comp. 10 y comp. 15). También la comparación de V9 con Comp. 10 muestra que en las mismas condiciones (T = 320°C y t = 30 s) la lámina orgánica según la invención tiene una mayor tensión de flexión tanto en la dirección de la urdimbre como en la dirección de la trama.
Muestra que se pueden obtener productos mejorados mediante el procedimiento para la preparación del material composite de fibra con una masa termoplástica de moldeo A y fibras de refuerzo B.
Investigación adicional de materiales composite de fibra multicapa
Datos técnicos de intervalo - prensa caliente (IVHP):
Fabricación cuasi continua de productos termoplásticos semiacabados reforzados con fibra, productos laminados y placas tipo sándwich
Ancho de la placa: 660 mm
Espesor del laminado: 0,2 a 9.0 mm
Tolerancias de laminado: máx. ± 0,1 mm correspondientes a productos semiacabados
Espesor de la placa tipo sándwich: máx. 30 mm
Salida: aprox. 0.1 - 60 m/h, dependiendo de la calidad y del grosor del componente
Avance nominal 5 m/h
Presión del molde: Unidad de prensado 5-25 bar, continuamente variable (opcional) para el tamaño mínimo y máximo del molde
Control de temperatura del molde: 3 zonas de calefacción y 2 de refrigeración
Temperatura del molde: hasta 400 °C
Longitud del molde: 1000 mm
Recorrido de apertura de prensa: 0,5 a 200 mm
Dirección de producción: de derecha a izquierda
Datos técnicos de la plastificación de material fundido:
Aplicación discontinua de material fundido en posición central para la fabricación de productos semiacabados termoplásticos, reforzados con fibra
Diámetro del tornillo: 35 mm
Volumen máx. de desplazamiento: 192 cm3
Número de revoluciones máximo del tornillo: 350 rpm
corriente máxima de descarga: 108 cm3/s
presión máxima de descarga: 2406 bares específicamente
en este caso:
Volumen de material fundido: 22 cc
isobar = procedimiento de prensado controlado por presión
isochor = procedimiento de prensado controlado por volumen
T [°C] = temperatura de las zonas de temperatura* (*La prensa tiene 3 zonas de calentamiento y 2 de enfriamiento. la indicación se refiere a la dirección de producción)
p [bar] = presión de prensado por ciclo: Isocor 20
s [mm] = espesor de la prensa de limitación de recorrido: 1,1 mm
Perfil de temperatura:
i) 210 a 245 °C, por lo tanto, aprox. 220 °C
ii) 300 a 325 °C, por lo tanto, aprox. 300 °C
iii) 270 a 320 °C, por lo tanto, aprox. 280 a 320 °C
iv) 160 a 180 °C
v) 80 °C
t [s] = tiempo de prensado por ciclo: 20-30 s
Estructura/laminación: estructura de 6 capas con capa intermedia de material fundido; Procedimiento de fabricación: fusión directa (SD)
Componentes de la matriz A:
M1 (tipo SAN): Terpolímero de estireno-acrilonitrilo-anhídrido maleico (SAN-MA) (S/AN/MA: 74/25/1) con un contenido de MA de 1 % en peso y una MVR de 22 cm3/10 min a 220°C/10 kg (medida según ISO1133);
M1b corresponde al componente M1 antes mencionado, en donde a la matriz se agregó adicionalmente 2 % en peso de negro de humo industrial.
M2 (tipo SAN): Terpolímero de estireno-acrilonitrilo-anhídrido maleico (SAN-MA) (S/AN/MA: 73/25/2.1) con un contenido de M a de 2,1 % en peso y una MVR de 22 cm3/10 min a 220°C/10 kg (medida según ISO1133); M2b corresponde al componente M2 antes mencionado, en donde a la matriz se añadió adicionalmente 2 % en peso de negro de humo industrial.
M3 (tipo SAN): mezcla de 33 % en peso de M1 y 67 % en peso del copolímero de SAN Luran VLN, por lo tanto 0,33 % en peso de anhídrido maleico (MA) en toda la mezcla;
M3b corresponde al componente M3 antes mencionado, en donde a la matriz se añadió adicionalmente 2 % en peso de negro de humo industrial.
PA6: poliamida semicristalina de fácil flujo Durethan B30S
PD(OD): policarbonato amorfo de fácil flujo, de grado óptico para discos ópticos);
Componentes de fibra B:
Tejido de sarga del filamento de vidrio (abreviaturas: GF-KG (LR) o LR), unión de sarga 2/2, peso superficial 290 g/m2, fibra para hilar EC968tex, Finish TF-970, ancho de entrega 1000 mm (Tipo: 011020800-1240; Fabricante: Hexcel, obtenido de: Lange Ritter)
Tejido de sarga de filamento de vidrio (abreviaturas: GF-KG(PD) o PD), unión a sarga 2/2, peso superficial 320 g/m2, fibra para hilar 320tex, Finish 350, ancho de entrega 635 mm (tipo: EC14-320-350, fabricante y proveedor: PD Glasseide GmbH Oschatz)
Tejido de filamento de vidrio (abreviatura: GF-GE(Sae) o Sae) 07457907-45°, peso superficial 313 g/m2, fibra para hilar principal 300tex, Finish PA-encolado, ancho de entrega 655mm (tipo: X-E-PA-313-655, No. 7004344, fabricante y proveedor: Saertex GmbH& Co. KG)
Sae n.s. = tela de filamento de vidrio 300 g/m2, denominación del fabricante: Saertex new sizing, 457-457+457­ 45°
Vellón de fibra de vidrio (abreviatura: GV50), peso superficial 50 g/m2, diámetro de la fibra 10 pm, ancho de entrega 640 mm (tipo: Evalith S5030, fabricante y proveedor: Johns Manville Europe)
Evaluación visual
Todos los materiales composite de fibra preparados pudieron fabricarse como láminas orgánicas planas (de gran superficie) en un procedimiento continuo, los cuales pudieron cortarse fácilmente (en dimensiones laminables y transportables, como de aproximadamente 1 m x 0,6 m). En el caso de los materiales composite de fibra transparente, el material de fibra incrustado era simplemente reconocible a contraluz al observar detalladamente. En el caso de los materiales composite de fibra con una matriz de color (negro), el material de fibra incrustado no era reconocible o era apenas reconocible a contraluz incluso en el caso de una observación óptica más detallada.
Evaluación microscópica
Los defectos (cavidades, incidencia, etc.) se evaluaron mediante microscopía de luz incidente y la calidad de la superficie se evaluó mediante microscopía de barrido láser confocal (LSM). Mediante LSM se creó una vista de una imagen de altura tridimensional (3D) (7,2 mm x 7,2 mm) del rango de medición local y una representación bidimensional (2D) de las diferencias de altura después de escalar y aplicar diferentes 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 basculante). El perfil de altura 2D de la imagen se transfirió a perfiles de línea a través de líneas de medición definidas mediante software integrado y se evaluó con apoyo en ordenador.
Los materiales composite de fibra se prepararon respectivamente con cuatro capas de la estructura superficial correspondiente incrustadas en la matriz respectiva sobre fibras (aquí GF-KG(PD)(4) o Sae(4)). Con el fin de aumentar aún más la comparabilidad de las muestras, se aplicó por ambos lados un delgado vellón de fibra de vidrio (GV50, véase más arriba) a los materiales composite de fibra preparados. Esto no tuvo una influencia notable en las propiedades mecánicas.
La profundidad media de onda (MW Wt) y el valor medio de rugosidad (Ra) se determinaron para numerosos materiales composite de fibra. Se mostró que el MW Wt es significativamente < 10 pm para todos los materiales composite de fibra en los que la matriz contiene un componente funcional que puede reaccionar con las fibras, mientras que es significativamente <10 pm para materiales composite de fibra con matrices PA6 y PD(OD) comparables. Los valores medios de rugosidad determinados también fueron significativamente más bajos para los materiales composite de fibra según la invención. Los valores medidos muestran esto a manera de ejemplo a continuación.
Tabla 9. Resultados de la medición LSM con sistema de matriz SAN: profundidad de onda (Wt) y valor medio de rugosidad (Ra)
Figure imgf000029_0001
Esto quedó igualmente claro al usar una tela (como Sae) en lugar del tejido:
Tabla 10. Resultados de la medición LSM con sistema de matriz SAN: profundidad de onda (Wt) y valor medio de rugosidad (Ra)
Figure imgf000030_0001
En pruebas adicionales, la fuerza en la dirección de la urdimbre y en la dirección de la trama se examinó por separado. Se pudo demostrar que los materiales composite de fibra son muy estables tanto en la dirección de la urdimbre como en la dirección de la trama. En la dirección de urdimbre, los materiales composite de fibra suelen ser aún más estables que en la dirección de la trama.
Propiedades mecánicas
Componentes de la matriz A
Los componentes de la matriz A son los descritos anteriormente.
Componentes de fibra B (a menos que se describa anteriormente)
FG290 = tejido de filamento de vidrio 290g/m2, denominación del fabricante: Hexcel HexForce® 01202 1000 TF970
FG320 = tela de filamento de vidrio 320g/m2, denominación del fabricante: PD Glasseide GmbH Oschatz EC 14­ 320-350
Sae = MuAx313, tela de filamento de vidrio 300g/m2, denominación del fabricante: Saertex X-E-PA-313-655 Sae n.s. = tela de filamento de vidrio 300g/m2, denominación del fabricante: Saertex new sizing, 45°/-45°/+457-45°
Número de capas (por ejemplo, 4x = cuatro capas de la tela de fibra respectiva o de las fibras respectivas) Se prepararon los siguientes materiales composite de fibra transparente, en los que se introdujo material de fibra plana. Los materiales composite de fibra preparados tuvieron cada uno un grosor de aproximadamente 1,1 mm. Con el fin de aumentar aún más la comparabilidad de las muestras, se aplicó a ambos lados un delgado vellón de fibra de vidrio (GV50, véase más arriba) sobre los materiales composite de fibra preparados. Esto no tiene una influencia notable en las propiedades mecánicas u ópticas. Se determinaron las siguientes resistencias a la flexión para las muestras según DIN EN ISO 14125:
Tabla 11. Materiales composite de fibra transparente - Resistencia a la flexión
Figure imgf000030_0002
Además, se prepararon los siguientes materiales composite de fibra de color negro, en los que se agregó 2 % en peso de negro de humo industrial a la matriz y se introdujo en el material de fibra plana respectivo. Los materiales composite de fibra preparados tuvieron cada uno un grosor de aproximadamente 1,1 mm. Con el fin de aumentar aún más la comparabilidad de las muestras, por ambos lados se aplicó un delgado vellón de fibra de vidrio (GV50, véase más arriba) a los materiales composite de fibra preparados. Esto no tiene una influencia notable en las propiedades mecánicas u ópticas. Se determinaron las siguientes resistencias a la flexión para las muestras según DIN EN ISO 14125:
Tabla 12. Materiales composite de fibra no transparentes - Resistencia a la flexión
Figure imgf000030_0003
En resumen, se demostró que los tejidos utilizados (FG290 y FG320) pueden procesarse en materiales composite de fibra con una resistencia a la flexión particularmente alta. Los materiales composite de fibra según la invención, en los que la matriz contiene un componente que reacciona con las fibras (aquí: anhídrido maleico (MA)), tienen una resistencia a la flexión significativamente mayor que las masas de moldeo comparativos sin dicho componente como, por ejemplo, PC (OD) o PA6.
En comparación con estos, solo se encontró una resistencia a la flexión de 150 MPa para el material composite de fibra reforzado con fibras cortas de vidrio, no acorde con la invención, Luran 378P G7, en donde se encontró una resistencia a la flexión significativamente menor.
Además, se determinó la resistencia al impacto o el comportamiento de punción (prueba de dardos según ISO 6603) para los materiales composite de fibra. Aquí, también, los materiales composite de fibra mostraron una alta estabilidad de Fm >3000 N.
Tratamiento adicional opcional
También se pudo demostrar experimentalmente que los materiales composite de fibra obtenidos eran fácilmente moldeables en productos semiacabados tridimensionales como, por ejemplo, los productos semiacabados en forma de media carcasa. También se demostró que los materiales composite de fibra obtenidos eran imprimibles y laminables.
Resumen de los resultados de las pruebas
La evolución de diferentes sistemas textiles a base de fibra de vidrio con diferentes sistemas de matriz a un material composite de fibra (lámina orgánica) ha demostrado que los buenos materiales composite de fibra (como láminas orgánicas y productos semiacabados hechos de ellos) se pueden preparar de manera reproducible. Estos pueden ser preparados incoloros o coloreados. Los materiales composite de fibra mostraron buenas a muy buenas propiedades ópticas, hápticas y mecánicas (por ejemplo, con respecto a su resistencia a la flexión y resistencia a la perforación). Mecánicamente, los tejidos mostraron una resistencia y rigidez ligeramente mayores que las telas. Las matrices a base de copolímeros de estireno (matrices SAN) tendieron a conducir a mejores materiales composite de fibra con respecto a los valores característicos mecánicos que las matrices alternativas como PC y PA6. Los materiales composite de fibra de la invención pudieron prepararse de forma semiautomática o totalmente automática mediante un procedimiento sin fin. Los materiales composite de fibra (láminas orgánicas) según la invención se pueden transformar fácilmente en productos semiacabados tridimensionalmente.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Uso de un material termoplástico composite de fibra que contiene:
a) al menos una masa termoplástica de moldeo A como matriz;
b) al menos una capa de fibras de refuerzo B, y
c) opcionalmente al menos un aditivo C,
en donde la al menos una capa de fibras de refuerzo B está incrustada en la masa termoplástica de moldeo A, y en donde la masa termoplástica de moldeo A tiene al menos una funcionalidad químicamente reactiva, que reacciona durante el procedimiento de fabricación del material composite de fibra con grupos químicos en la superficie del componente de fibra de refuerzo B,
para la fabricación de cuerpos moldeados, películas y recubrimientos translúcidos, caracterizados porque la masa termoplástica de moldeo A que actúa como matriz es translúcida y el material composite de fibra tiene una transmisión luminosa para luz blanca más alta en al menos 20% frente a materiales composite de fibra comparables con matrices que no tienen funcionalidad químicamente reactiva, medida a un espesor de capa de 1 mm del material composite de fibra respectivo, una transmisión luminosa para luz blanca; la luz blanca se genera por medio de una lámpara según DIN EN 12464 con una temperatura de color de 5300 a 7000 Kelvin, la funcionalidad químicamente reactiva de la masa termoplástica de moldeo A se basa en componentes seleccionados del grupo que se compone de la función de anhídrido maleico, N-fenilmaleinimida y (met)acrilato de glicidilo,
las fibras de refuerzo B en la superficie contienen una o más de las funcionalidades químicamente reactivas del grupo que se compone de: grupos hidroxilo, éster y amino, y
las fibras de refuerzo B están incrustadas capa por capa en el material composite de fibra como estructuras superficiales.
2. Uso de un material termoplástico composite de fibra según la reivindicación 1, que contiene
a) 30 a 95 % en peso, en particular 38 a 70 % en peso de una masa termoplástica de moldeo A,
b) 5 a 70 % en peso, en particular 29,9 a 61,9 % en peso de una fibra de refuerzo B, y
c) 0 a 40 % en peso, en particular 0,1 a 25 % en peso, del aditivo C.
3. Uso de un material termoplástico composite de fibra según la reivindicación 1 o 2, en donde la masa termoplástica de moldeo A utilizada como matriz M se basa en un copolímero de estireno y es amorfa.
4. Uso de un material termoplástico composite de fibra según una de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la masa termoplástica de moldeo A se selecciona del grupo que se compone de: copolímeros de estireno-acrilonitrilo, copolímeros de a-metilestireno-acrilonitrilo, copolímeros de acrilonitrilo-estireno modificados resistentes al impacto y mezclas de dichos copolímeros con policarbonato o poliamida.
5. Uso de un material termoplástico composite de fibra según la reivindicación 4, en donde los copolímeros de acrilonitrilo-estireno modificados resistentes al impacto se seleccionan del grupo que se compone de copolímeros de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) y copolímeros de acrilonitrilo-estireno- éster acrílico (ASA).
6. Uso de un material composite de fibra según una de las reivindicaciones 1 a 5, en donde la masa termoplástica de moldeo A contiene al menos 0,1 % en peso de monómeros con una funcionalidad químicamente reactiva, con respecto a la cantidad de componente A.
7. Uso de un material termoplástico composite de fibra según una de las reivindicaciones 1 a 6, en donde las fibras de refuerzo B se componen de fibras de vidrio que contienen grupos silanol en la superficie como funcionalidad químicamente reactiva.
8. Uso de un material termoplástico composite de fibra según una de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el componente A se prepara a partir de 65 a 80 % en peso de (a-metilo) estireno, 19,9 a 32 % en peso de acrilonitrilo y 0,1 a 3 % en peso de anhídrido maleico, en donde se utilizan las fibras de refuerzo B en forma de una tela, un tejido, una estera, un vellón o un tejido de punto.
9. Uso de un material termoplástico composite de fibra según una de las reivindicaciones 1 a 7, en donde la masa termoplástica de moldeo A se prepara a partir del 35 al 70 % en peso de al menos un dieno conjugado, en particular butadieno, del 20 al 50 % en peso de al menos un monómero aromático de vinilo, en particular estireno, y del 9,9 al 38 % en peso de acrilonitrilo y del 0,1 al 5 % en peso de un monómero A-I, que tiene una funcionalidad químicamente reactiva, en particular anhídrido maleico, y en donde el material composite de fibra tiene un espesor de < 10 mm, preferiblemente de < 2 mm, particularmente de < 1 mm.
10. Uso de un material termoplástico composite de fibra según una de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el material composite de fibra tiene una estructura de nervaduras o de sándwich.
11. Uso de un material termoplástico composite de fibra según una de las reivindicaciones 1 a 10, en donde el material composite de fibra está estructurado en forma de capas y contiene más de dos capas.
12. Uso de un material termoplástico composite de fibra según una de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el componente A se prepara a partir de 65 a 80 % en peso de (a-metilo) estireno,
19,9 a 32 % en peso acrilonitrilo y
0,1 a 3 % en peso de anhídrido maleico,
en donde las fibras de refuerzo B se utilizan en forma de una tela, un tejido, una estera, un vellón o un tejido de punto,
en donde el material composite de fibra está estructurado en forma de capas y contiene más de dos capas y tiene una estructura de nervaduras o de sándwich.
13. Uso de un material termoplástico composite de fibra según una de las reivindicaciones 1 a 12 para la fabricación de ventanas.
14. Uso de un material termoplástico composite de fibra según una de las reivindicaciones 1 a 12, para la fabricación de carcasas transparentes o muebles transparentes.
15. Cuerpos moldeados, películas o recubrimientos transparentes que contienen un material termoplástico composite de fibra según una de las reivindicaciones 1 a 12.
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