IT8322159A1 - Materiali compositi rinforzati con fibre - Google Patents
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Description
"MATERIALI COMPOSITI RINFORZATI CON FIBRE".
RIASSUNTO
Si realizza un materiale plastico composito avente una migliorata protezione nei confronti di un'interferenza elettromagnetica mediante stampaggio ad iniezione di un composto da stampaggio che comprende gr annuii allungati ottenuti incorporando, in una matrice di resina termoplarstica, * fibre di acciaio inossidabile sotto forma di trefoli continui?
DESCRIZIONE
L'im piego di involucri in materia plastica per apparecchiature elettroniche e per componenti elettronici ? ampiamente accettato attualmente nel settore degli autoveicoli e nel settore delle apparecchiature elettroniche? Tuttavia, i materiali plastici attualmente disponibili presentano l'inconveniente di essere trasparenti o permeabili ad una interferenza elett romanistica comunemente nota e indicata come EMI? Questo inconveniente in materiali plastici disponibile ? notevole in vista della sensibilit? delle apparecchiature elettroniche nei confronti di effetti negativi di emissione EMI da parte di un numero crescente di prodotti dei consumatori che producono tali segnali EMI e in vista dei controlli di regola zlone crescenti esercitati su tale inquinamento elettromagnetico?
Usualmente, il modo principale di risolvere problemi di protezione di materiali plastici ? l'impiego di rivestimenti di superfici metalliche per i materiali plastici stampati? Tra tali modi vi sono l?impiego di un deposito sotto vuoto, rivestimenti costituiti da fogli metallici, rivestimenti applicati a spruzzo con sostanze di riempimento costituite da metalli, applicazione a spruzzo- fiamma di zinco e scarica di arco elettrico? Ciascuno di questi procedimenti presenta uno o pi? inconvenienti per ci? che riguarda il costo, la adesione, la resistenza alla abrasione, la resistenza alle condizioni ambientali, il per?odo di tempo richiesto per l'applicazione e le difficolt? per proteggere opportunamente molte delle diverse forme geometriche nelle (piali l'artioolo di materia plastica stampato deve venire realizzato?
Pi? recentemente ' si sono effettuati tentativi per risolvere il problema di EHI mediante formulazione di materiali plastici compositi basati sull'impiego di diverse sostanze di riempimento in matrici termoplastiche? Tra le sostanze di riempimento conduttrici che sono state impie garte per questo scopo vi sono nerofumo, fibre di carbonio, perline di vetro rivestite con argento e fibre di vetro metallizzate? Tuttavia, questi materiali presentano gli inconvenienti di essere fragili in una certa misura in modo che essi si rompono in porzioni di minor lunghezza durante la lavorazione* Le fibre e le particelle pi? corte richiedono carichi pi? eleva ti o concentrazioni pi? elevate di sostanze di riempimento che portano come conseguenza ad un ihfragilimento della matrice di materia plastica e a costi pi? elevati che li rendono non accettabili in commercio? Quindi, nessuno dei prodotti 'plastici compositi sviluppati sino ad ora si ? rivelato completamente soddisfacente.
Secondo la presente invenzione, la Richiedente ha trovato che si ottiene un prodotto composito che realizza un'eccellente protezione nei confronti di interferenze elettromagnetiche sottoponendo a stampaggio la composizione di. resina termoplastica rinforzata ottenuta incorporando in una matrice di resina termoplastica fibre di acciaio inossidabile impiegate sotto forma di trefoli continui#
La combinazione di chiesto materiale con lina resina termoplastica consente la realizzazione di un prodotto composito dotato di un'eccellente efficacia di protezione nei confronti delle interferenze elettromagnetiche# I prodotti compositi della presente invenzione sono notevolmente adatti per venire usati per scopi di protezione in un'ampia variet? di prodotti finiti per esempio radio, trasmettitori, calcolatori e simili#
Si pu? preparare il materiale composito che comprende la resina termoplastica e fibre di acciaio inossidabile secondo procedimenti noti a coloro che sono esperti nel settore# Tuttavia la Richiedente ha trovato che si realizzano le propriet? pi? vantaggiose quando si preparano tali materiali compositi mediante procedimento del brevetto U#S#A# N# 2*877*501? la cui descrizione viene qui riportata come riferimento#
Bel materiale composito, le fibre vengono mescolate nella matrice di resina e la composizione cos? ottenuta viene stampata secondo metodi ben noti nel settore dello stampaggio di resine# Tuttavia, preferibilmente, si fabbricano i prodotti finiti mediante stampaggio ad iniezione ed ? vantaggioso adottare questo metodo di preparazione per ottenere risultati ottimali
Si possono preparare vantaggiosamente i conponenti rinforzati con fibre adottando il procedimento che nel settore ? noto come procedimento a "vetro lungo", i prodotti che cos? si ottengono essendo caratterizzati nel settore come prodotti a "fibra lunga". La larghezza della maggiorparte delle fibre in questi prodotti a "fibra lunga" in generale sar? ben superiore alla lunghezza della maggior parte delle fibre nei cosiddetti prodotti a "fibra corta" che normalmente hanno una lunghezza compresa tra 0,01 pollici (0,254 mm) e circa 0,03 pollici (0,762 mm) e in generale si estender? per tutta la lunghezza dei pezzi stessi? La forma della fibra pu? essere uno stoppino continuo di 60-20?000 filamenti oppure un filato in fiocco che contiene nominalmente 2.000 filamenti. Il filato in fiocco ? costituito da un trefolo continuo che ? formato da singole fibre aventi una lunghezza compresa tra 3 pollici e 10 pollici (76,2-254 mm) per ciascuna singola fibra. Queste singole lunghezze di fibre vengono spesso denominate "nastri". Questo procedimento, in generale, comporta l'impiego di lunghezze continue di filamenti che vengono fatte passare attraverso ad un bagno contenente resina fusa^ per cui tali filamenti si impregnano con la quantit? desiderata di resina. Una volta che i filamenti continui sono impregnati, essi vengono asportati in modo continuo dal bagro, vengono me scolati, prima oppure dopo passaggio attraverso ad una sorgente di calore, e vengono raffreddati per far solidificare la resina fusa attorno alle fibre di acciaio inossidabile^dopo di che si effettua una operazione di separazione sostanzialmente trasversale per formare i pezzi corti. Questi pezzi sono simili ai pezzi dei prodotti a "fibra corta" descritti sopra in quanto le fibre si estendono sostanzialmente in modo parallelo tra di loro e sostanzialmente par alle? la all'asse definito dalla direzione nella quale i materiali vengono aspo listati dal lagno. Tuttavia, contrariamente ai prodotti "fibra corta", le fibre dei prodotti "fibra lunga" si estendono sostanzialmente lungo l?intera lunghezza partendo dal lato separato del pezzo verso l?altro lato separato? Anche in questo caso, i pezzi di prodotto "fibra lunga" possono essere compresi tra circa l/l6 pollici e circa 1,5 polli ci; preferibilmente tra 1/8 pollici e 1 pollice? Un procedimento di questo tipo ? descritto nel brevetto U.S.A. N. 3?042?5?0, la cui descrizione viene qui inserita come riferimento?
Si deve intendere che, invece di usare un bagio di resina fusa nel procedimento di cui sopra, i filamenti possono venire impegnati con una sospensione o con una emulsione di resina e successivamente possono venire sottoposti a calore in misura sufficiente a fare essiccare e a fare fondere la resina attorno ai filamenti mescolati? Tale procedimento ? descritto nel brevetto U.S.A? N. 2.877?501.
In entrambi i prodotti, ossia, i prodotti "fibra corta" e i prodotti "fibra lunga", le dimensioni della sezione trasversale possono variare notevolmente a seconda di parecchi fattori? Con i prodotti "fibra corta" che vengono formati sottoponendo ad estrusione trefoli, le dimensioni della sezione trasversale dipenderanno dalle dimensioni dell?orifizio di estrusione. Con i prodotti "fibra lunga" che vengono formati impregnando lunghezze continue di filamenti, le dimensioni della sezione trasversale dipenderanno dal numero totale di filamenti impregnati e raccolti insieme e dalla quantit? di resina. Naturalmente, esistono certi limiti pratici per ci? che riguarda le dimensioni della sezione trasversale dei pezzi a causa di limitazioni di processo? In generale, la Richiedente ha trovato che il modo pi? opportuno ? formare pezzi aventi dimensioni della sezione trasversale nomioaie compresi tra circa 1/16 pollici e circa 1/4 pollici?
Si preparano granuli allungati contenenti le fibre di acciaio inossidabile nella matrice di resina termoplastica adottando uno dei procedimenti precedentemente descritti in questa domanda di brevetto? Dopo preparazione dei granuli allungati di fibre di acciaio inossidabile nella resina t iermoplastica, per esempio, in ima resina di poli carbonato, il materiale composito cos? ottenuto viene quindi sottoposto a stampaggio adottando procedimenti noti. Si effettuer? la omogeneizzazione nella fase di stampaggio?
Si possono far varirare le proporzioni in peso dei componenti nella miscela finale in un intervallo, tra materiale di rinforzo fibra e resina/ compreso tra circa 0,5% e circa 60%, un intervallo di valori preferito essendo compreso tra circa 1% in peso e circa 8% in peso? All ' interno di questo intervalli di valori, la scelta della proporzione ottimale dipender? dalla applicazione finale o dal particolare scopo che si intende realizzare? Per ottenere risultati ottimali, in alcuni casi, la Richiedente ha trovato che una proporzione tra fibra e resina conpresa tra 1% in peso e 5% in. peso ? la pi? vantaggiosa per la dissipazione di cariche elettrostatiche e da 1$ in peso a 19$ in peso per applicazioni di protezione EMl/RFI?
Naturalmente, ? possibile includere una fibra di vetro tradizionale , per esempio fibra di vetro "E"; nella composizione come diluente? In modo simile si possono anche includere altre sostanze di riempimento, pigienti e prodotti simili tradizionali?
Le fibre di rinforzo impiegate secondo la presente invenzione sono fibre di acciaio inossidabile? Queste fibre sono reperibili sotto for ma di stoppino e sotto forma di fibre tagliate? Fella realizzazione pratioa della presente invenzione , la Richiedente ha trovato necessario inpiegare le fibre di acciaio inossidabile sotto forma di un filato in fiocoo, di stoppini o di trefoli oontinui?
le ricerche della Richiedente hanno indicato che quando si impiega la fibra di acciaio inossid?bile sotto forma di fibra tagLiata, non s? realizza un* apprezzabile protezione EMl/RFI O un'apprezzabile conducibilit? elettrica senza l'impiego di eccessive quantit? di sostanze di riempimento d?ll' Ordine di circa 25%? Soltanto cpiando si usano le fibre di acciaio inossid?bile sotto forma di stoppino continuo o di filato in fiocco si ottiene l'eff?tto d? protezione EMl/RFI desiderato e la conducibilit? elettrica desiderata sostanzialmente in corrispondenza di contenuti di sostan-?e d? riempimento inferiori a quelli che sarebbero possibili usando il prodotto di fibra oorta? 1 carichi pi? bassi realizzano una maggiore resist?nza agli urti, una maggiore duttilit? e un minore costo in confronto ai prodotti di fibra corta*
In generale, si possono impiegare le resine termoplastiche per produrre il componente di resina rinforzato? Tra queste resine vi sono poliolefine, in particolare polipropilene e copolimeri di etilene e propilene; pol?stirene, pol?meri stirene-acrilonitrile, polimeri ABS (polimeri a base di aorilonitriie-polibutadiene-stirene ) ; tipi di nailon, in parti? colare nailon 6,6; ossidi di polifenilene, miscele polifenilene ossido-polistirene; solfuri polifeni Ionici, poliacetati;polisolfoni jpolicarbonatif poliuretani; esteri della cellulosa, poliesteri, per esempio polietilen-tereftalato; polimonoc loro stirene; polimeri acrilici, cloruri di polivinile; cloruri di polivinilidene; copolimeri di vinil-cloruro e di cloruro di vinilidene; diversi elastomeri termoplastici come quelli a base di stirene e butadiene oppure etilene oppure propilene; e miscele di una qualsiasi delle suddette resine?
Nel lavorare il materiale composito della presente invenzione, si introduce la miscela, in modo normale, in una tramoggia di alimentazione dell*appareechiatura di stampaggio mediante iniezione? Successivamente, si lavora la miscela usando l'apparecchiatura nel modo usuale in condizioni di temperatura che rendono la resina fusa e scorrevole?
Gli esenti che seguono illustrano la presente invenzione ma non devono venire intesicome limitativi dell'ambito della stessa.
ESEMPIO 1
Una composizione di granuli allungati contenenti 5% eli fibra di acciaio inossidabile prodotta mescolando un granulo di policarbonato di fibra lunga caricato con 30% di acciaio inossidabile con policarbonato non caricato nel rapporto di 1 a 5 viene introdotta in una macchina di stampaggio ad iniezione del tipo a vite? La composizione viene lavorata nella macchina a temperature comprese tra 500?F e 580?F (260-304?C) realizzando cos? un prodotto stampato avente una desiderabile uniformit? di aspetto e buone propriet? fisiche?
A scopo di confronto, granuli allungati contenenti 15% di fibra tagliata di acciaio inossidabile di diametro 8 micron in resina policarbonato vengono lavorati in condizioni identiche e il prodotto stampato ottenuto viene esaminato in confronto al prodotto che contiene le fibre di acciaio inossidabile a trefolo continuo per stabilirne l'efficacia di protezione '?MI. I risultati di questa prova di confronto sono riportati nella Tabella I che segue?
TABELLA I
ESEMPIO 2
Si sono preparate composizioni contenenti le quantit? e le forme di fibra di acciaio inossidabile indicate nella Tabella II e si ? effettuato lo stampaggio adottando il procedimento indicato nell'Esempio 1? Si sono esaminati i prodotti ottenuti e si riportano i risultati delle prove nella Tabella II.
TABELLA II
ESEMPIO 3
Si sono preparate composizioni contenenti le quantit? e le for-
me di fibra di acciaio inossidabile indicate nalla Tabella III e si ? ef-
fettuato lo stampaggio come descritto negli Esempi 1 e 2*. Si sono esa-
minati i prodotti cos? ottenuti per la conducibilit? e per la protezione
EMI e si riportano i risultati nella Tabella III#
TABELLA III
Spiegazione:
A - Policarbonato contenente 55? in peso di fibra di acciaio inossid?bile tagliata 6 min 4 micron dispersa con distribuzione casuale in granuli di lunghezza 1/4'??
B - Policarbonato contenente 5% in peso di fibra di acciaio inossidabile continua da 8 micron ingegnata in granuli di lunghezza 1/4??
C - Policarbonato contenente 9% in peso di fibra di acciaio inossid?bile continua da 8 micron impregnata in granuli di lunghezza 3/8"?
- Segio di infinito indica il circuito aperto, ossia nessuna conducibilit?#
Claims (8)
- R I V E N D I C A Z I O N I1 Composizione di resina termoplastica rinforzata con fibre ohe comprende una resina termoplastica avente incorporato, in essa un costituente fibra costituito da trefoli continui di fibre di acciaio inossidabile?
- 2 Composizione secondo la rivendicazione 1 , in cui il componente fibra e il componente resina sono presenti in un intervallo di valori tra fibra e resina compreso tra 0,5% e circa 60$?
- 3 Composizione secondo la rivendicazione 1 , in cui l'intervallo di valori tra fibra e resina ? compreso tra circa 1,0% e circa 8,0%?
- 4 Composizione secondo la rivendicazione 1, in cui la resina termoplastica ? un membro scelto dal gruppo costituito da poliolefini po~ listirene, polimeri stirene-acrilonitrile, acrilonitrile-polibutadiene-stirene, nailon, p?lifenilen-solfuri, poliacetali, polisolfoni, poli carbonati, poliuretani, esteri della cellulosa, poliesteri, polimeri acrilici, polivinil- cloruri, cloruri di polivinilidene, copolimeri di vinil- cloruro e di cloruro di vinilidene, polifenilen-ossidi, miscele polifenilen-ossido-polistirene e miscele di una qualsiasi delle suddette resine?
- 5 Composizione secondo la rivendicazione 4, in cui la resina della composizione e una resina policarbonato?
- 6 Prodotti stampati ottenuti da una composizione come rivendicata nella rivendicazione 1?
- 7. Prodotti stampati come rivendicati nella rivendicazione 6 quando vengono prodotti mediante un procedimento di stampaggio a iniezione?
- 8 Articolo stampato che comprende una matrice polimera e un rinforzo di fibra che contiene trefoli continui di fibre di acciaio inossidabile.
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