MALLA DE POLIMERO/WUCS PARA USARSE EN COMPUESTOS DE MOLDEO DE HOJAS
CAMPO TÉCNICO Y APLICABILIDAD INDUSTRIAL DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona de manera general con productos compuestos reforzados, y de manera más particular, con una malla de moldeo que se forma uniendo materiales y haces de fibras de refuerzo que pueden usarse como un material de refuerzo en compuestos de moldeo de hojas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las fibras de vidrio son útiles en una variedad de tecnologías. Por ejemplo, las fibras de vidrio son usadas como refuerzos en matrices poliméricas para formar plásticos o composiciones reforzadas con fibra de vidrio. Las fibras de vidrio han sido usadas en forma de filamentos continuos o cortados, hebras, mechas, telas tejidas, telas no tejidas, mallas, y gasas para reforzar polímeros. Las fibras de vidrio son comúnmente usadas como refuerzos en matrices poliméricas para formar plásticos o composiciones reforzadas con fibra de vidrio debido a que proporcionan estabilidad dimensional puesto que no se contraen o estiran en respuesta a condiciones atmosféricas cambiantes. Además, las fibras de vidrio tienen alta resistencia a la tracción, resistencia
térmica, resistencia a la humedad y alta conductividad térmica . Típicamente, las fibras de vidrio se forman atenuando flujos de un material de vidrio fundido desde una boquilla u orificio. Una composición aprestante acuosa que contiene un polímero formador de película, un agente de acoplamiento y un lubricante se aplica típicamente a las fibras después de que son estiradas de la boquilla para proteger las fibras contra el rompimiento durante el procesamiento posterior y para mejorar la compatibilidad de las fibras con la resina de matriz que va a ser reforzada. Después de que ha sido aplicada la composición aprestante, las fibras aprestadas pueden ser recolectadas en hebras separadas y enrolladas para producir un paquete de fibra de vidrio. El paquete de fibra de vidrio puede entonces ser calentado para remover el agua y depositar el apresto como un residuo ligero que recubre la superficie de la fibra de vidrio. Números múltiples de paquetes de fibra de vidrio secos resultantes pueden ser consolidados y enrollados sobre un carrete referido como bobina o paquete. El paquete de bobina está compuesto de una hebra de vidrio con haces múltiples de fibras de vidrio. Los hilos de refuerzo pueden ser usados en un proceso compuesto de moldeo de hojas (SMC) . En un proceso de producción SMC convencional ejemplar, una capa de una primera
pasta de resina, como una resina de poliéster insaturado o premezcla de resina de vinil éster, se funde sobre una hoja de soporte de plástico que tiene una superficie no adherente. Entonces se depositan haces de hilo de fibra de vidrio cortados sobre la primera capa de paste de resina. También se coloca una segunda capa de pasta de resina fundida sobre una hoja de soporte de plástico la cual es entonces colocada en la parte superior de la fibra de vidrio cortada/primera capa de pasta de resina para formar un material emparedado. La primera y segunda capas de pastas de resina típicamente contienen una mezcla de resinas y aditivos como cargas, pigmentos, estabilizadores de UV, catalizadores, iniciadores, inhibidores, agentes de liberación de molde, y/o espesantes. Este material emparedado puede entonces ser compactado para distribuir la matriz de resina polimérica y haces de fibra de vidrio a través del material SMC resultante, el cual puede entonces ser enrollado y colocado en una caja para su uso posterior en un proceso de moldeo. En la producción de compuestos SMC, es deseable que los haces de fibra de vidrio cortada estén en contacto con el material de la matriz polimérica. Una medida de este contacto se conoce como humectación, la cual es una medida de que tan bien son encapsulados los haces de vidrio por el material de resina SMC de la matriz. Es deseable hacer que los haces de vidrio se mojen completamente sin vidrio seco. La humectación
completa durante este proceso inicial puede afectar de manera adversa el procesamiento posterior del compuesto SMC así como afectar las características de la superficie del producto compuesto final. Por ejemplo, una pobre humectación puede dar como resultado características de moldeo pobres del compuesto para moldear hojas, dando como resultado bajas resistencias de la composición y defectos en la superficie en la parte de la composición final. El rendimiento del proceso de fabricación SMC, como las velocidades de las líneas y productividad, son limitados por qué también y qué tan rápidamente los haces cortados de hilos puedan ser mojados completamente . Otro problema enfrentado por los fabricantes de productos compuestos SMC es la distribución uniforme del hilo de vidrio cortado sobre la pasta de resina. Si no se proporciona una distribución uniforme de la fibra de vidrio, el producto compuesto final puede poseer propiedades indeseables. Otro problema con los procesos SMC convencionales que usan hilo de vidrio cortado es que la adición del vidrio cortado durante el proceso de fabricación es lenta y costosa. Además, el vidrio suelto tiene el potencial de irritar la piel si las fibras entran en contacto con los trabajadores que formen el compuesto SMC. Por lo tanto, existe la necesidad en la técnica de una malla no tejida para usarse como material de refuerzo en
productos compuestos SMC, que mejore la humectación y, de manera correspondiente la velocidad de producción de SMC y propiedades físicas del producto compuesto, que tenga propiedades estructurales y térmicas mejoradas, y que sea barato de fabricar.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN Un objetivo de la presente invención es proporciona un método para formar una malla de moldeo que incluye haces de fibras de refuerzo y fibras de unión. En la formación de la malla de moldeo, fardos de fibras de refuerzo húmedas son parcialmente abiertos y al menos parcialmente deshidratados removiendo el agua de las fibras de refuerzo de los haces de fibras de refuerzo deshidratados. Los haces de fibra de refuerzo son mezclados con fibras de unión para formar una mezcla sustancialmente homogénea de haces de fibras de refuerzo y fibras de unión. En al menos una modalidad ejemplar, las fibras de unión son fílamentizadas por un aparato de abertura antes de mezclas con los haces de fibras de refuerzo deshidratadas. La mezcla de haces de fibra de refuerzo y fibras de unión es entonces formada en una hoja, como haciendo pasar la mezcla a través de un formador de hojas. Opcionalmente, la hoja puede ser sometida a un proceso de costura para unir mecánicamente los haces de fibras de refuerzo y las fibras de unión. La hoja puede entonces ser
calentada a una temperatura superior del punto de fusión de las fibras de unión pero inferior al punto de fusión de los haces de fibra de refuerzo para unir las fibras de unión y las fibras de refuerzo. Puede ser agregada una resina aglutinante a la hoja para ayudar a la unión de los haces de fibra de refuerzo y las fibras de unión. La malla de moldeo resultante puede ser usada como refuerzo en compuestos de moldeo de hojas. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar una malla de moldeo que pueda ser usada como un refuerzo en compuestos de moldeo de hojas. La malla de moldeo está formada de una distribución sustancialmente uniforme de haces de fibras de refuerzo húmedas deshidratadas y al menos un material de unión. Las fibras de refuerzo húmedas pueden ser fibras orgánicas, inorgánicas o naturales que proporcionen buenas propiedades estructurales y térmicas. Preferiblemente, las fibras de refuerzo húmedas son mojadas usando fibras de vidrio de hebras cortadas. El material de unión tiene un punto de fusión menor que el de las fibras de refuerzo. Los materiales de unión adecuados incluyen resinas de poliéster, resinas de vinil éster, resinas fenólicas, epoxis, poliamidas, y estírenos. La malla de moldeo tiene una distribución de peso de 400-2000 g/m2. Otro objetivo más de la presente invención es proporcionar un objetivo más para formar un material
compuesto de moldeo de hojas. Una primera pasta de resina termoendurecible es depositada sobre una primera película de soporte vía un aparato de distribución. Una malla de moldeo formada de acuerdo con la presente invención se alimenta desde un rollo y se coloca sobre la primera pasta de resina. En al menos una modalidad ejemplar, se deposita una segunda pasta de resina termoendurecible sobre una segunda película de soporte y se coloca sobre la capa de malla de moldeo, de modo que la segunda pasta de resina termoendurecible se coloque sobre la capa de malla de moldeo. El material emparedado así formado está compuesto de una primera película de soporte, la primera pasta de resina termoendurecible, la malla de moldeo, la segunda pasta de resina termoendurecible, y la segunda película de soporte. En una modalidad alternativa de la presente invención, la segunda pasta de resina termoendurecible es depositada sobre la capa de malla de moldeo y la segunda película de soporte es colocada sobre la segunda pasta de resina termoendurecible. El material emparedado se hace pasar entonces a través de una serie de bandas para distribuir la primera y segunda pastas de resina termoendurecible y los haces de fibra de refuerzo en la malla de moldeo y de una capa central compuesta de la mezcla de pastas de resina termoendurecibles distribuidas y haces de fibra de vidrio. El material compuesto para moldear hojas (SMC) que emerge de las bandas puede entonces ser enrollado
sobre un rollo de almacenamiento o colocado en una caja para su uso posterior. Una ventaja de la presente invención es que la malla de moldeo tiene una distribución uniforme o sustancialmente uniforme de haces de fibras de refuerzo y fibras de unión, lo que proporciona mejor resistencia, rigidez, resistencia al impacto y calidad a la superficie. También una ventaja de la presente invención es que las mallas de moldeo de la invención tienen una consistencia en peso más uniforme y propiedades uniformes en comparación con las mallas de fibra de vidrio cortadas convencionales. Otra ventaja de la presente invención es que cuando son usadas fibras de vidrio de hebra cortada húmedas como la fibra de refuerzo, la fibra de vidrio puede ser fácilmente abierta con poca generación de electricidad estática debido a la humedad presente en las fibras de vidrio. Además, las fibras de vidrio de hebra cortada húmedas son más baratas de fabricar que las fibras cortadas secas debido a que las fibras son secadas y empaquetadas típicamente en pasos separados antes de ser cortadas. Por lo tanto, el uso de fibras de vidrio de hebras cortadas húmedas en la formación de las mallas de moldeo permite que sean fabricados productos compuestos SMC a costos más bajos. Los anteriores y otros objetivos, características y ventajas de la invención serán más completamente evidentes
aquí posteriormente a partir de una consideración de la siguiente descripción detallada. Debe comprenderse expresamente, sin embargo, que los dibujos son para propósitos ilustrativos y que no deben constituir la definición de los límites de la invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las ventajas de esta invención serán evidentes tras la consideración de la siguiente descripción detallada de la invención, especialmente cuando se tome en conjunto con los dibujos acompañantes donde: La Figura 1 es un diagrama de flujo que ilustra los pasos para usar Figuras de refuerzo húmedas en un proceso de toronado en seco de acuerdo a al menos un aspecto de la presente invención; La Figura 2 es una ilustración esquemática de un proceso de toronado con aire que usa fibras de refuerzo húmedas para formar una malla de moldeo de acuerdo a al menos una modalidad ejemplar de la presente invención; La Figura 3 es una ilustración esquemática de un proceso de compuesto de moldeo de hojas que utiliza una malla de moldeo formada de fibras de vidrio de hebras cortadas húmedas de acuerdo a al menos una modalidad ejemplar de la presente invención; y La Figura 4 es una ilustración esquemática de un
material compuesto de moldeo de hojas madurado de acuerdo a al menos una modalidad ejemplar de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA Y MODALIDADES PREFERIDAS DE LA INVENCIÓN A menos que se defina otra cosa, todos los términos técnicos y científicos aquí tienen el mismo significado comúnmente comprendido por un experto en la técnica a la cual pertenece la invención. Aunque cualesquier métodos y materiales similares o equivalentes a aquellos descritos aquí pueden ser usados en la práctica o prueba de la presente invención, los métodos y materiales preferidos son los descritos aquí. Los dibujos, el espesor de las líneas, capas y regiones puede ser exagerado con el propósito de ser claros. Debe notarse que los números similares encontrados en las figuras denotan elementos similares. Los términos "superior", "inferior", "lateral", y similares son usados aquí para propósitos de explicación únicamente. Deberá comprenderse que cuando un elemento, una capa, región u otro material sea referido como si estuviera "sobre" otro elemento, este puede estar directamente sobre el otro elemento o pueden estar presentes elementos intervinientes . Si un elemento o una capa se describe como si estuviera "adyacente" o "contra" otro elemento o capa, debe apreciarse que ese elemento o capa
puede estar directamente adyacente a o directamente contra el otro elemento o capa, o pueden estar presentes elementos intervinientes. También deberá comprenderse que cuando un elemento o capa sea referido como si estuviera "sobre" otro elemento, este puede estar directamente sobre el elemento, o pueden estar presentes elementos intervinientes. Además, los términos ""fibras de refuerzo" y "fibras reforzadoras" pueden ser usadas de manera intercambiable aquí. La invención se relaciona con una malla de moldeo formada de fibras de refuerzo y materiales de unión que pueden ser usados como refuerzo en un compuesto de moldeo de hojas. Las fibras de repuesto pueden ser cualquier tipo de fibras adecuadas para proporcionar buenas cualidades estructuras así como buenas propiedades térmicas. Las fibras de refuerzo pueden ser cualquier tipo de fibras orgánicas, inorgánicas o naturales. Los ejemplos adecuados de fibras de refuerzo incluyen fibras de vidrio, fibras de lana de vidrio, fibras naturales, fibras de metal, fibras de cerámica, fibras minerales, fibras de carbono, fibras de grafito, fibras de nylon, fibras de rayón y materiales termoplásticos basados en polímeros, como pero sin limitarse a, fibras de poliéster, fibras de polietileno, fibras de polipropileno, fibras de tereftalato de polietileno (PET), fibras de sulfuro de polifenileno (PPS), fibras de cloruro de polivinilo (PVC), y fibras de acetato de etilen vinilo/cloruro de vinilo
(EVA/VC) , y mezclas de las mismas. La huella de moldeo puede estar formada totalmente de un tipo de fibra de refuerzo (como fibras naturales o fibras de vidrio) o, de manera alternativa, puede ser usado más de un tipo de fibra de refuerzo en la formación de la malla de moldeo. El término "fibra natural" como se usa aquí en conjunto con la presente invención se refiere a fibras de plantas extraídas de cualquiera parte de una planta incluyendo, pero sin limitarse a, el tallo, semillas, hojas, raíces o hilaza. Preferiblemente, las fibras de refuerzo son fibras de vidrio. Las fibras de refuerzo pueden ser fibras cortadas que tengan una longitud discreta de aproximadamente 11-75 mm de longitud, y de manera preferible, una longitud de 12-30 mm. Adicionalmente, las fibras de refuerzo pueden tener diámetros de 8-35 micrómetros, y de manera preferible tener diámetros de 12-23 micrómetros. Además, la fibra de refuerzo pueden tener longitudes variables (relaciones de aspecto) y diámetros entre sí dentro de la malla de moldeo. Las fibras de refuerzo pueden estar presentes en la malla de moldeo en una cantidad de 80-98% en peso de las fibras totales, y están preferiblemente presentes en una malla de moldeo en una cantidad de 85-95% en peso. El material de unión puede ser cualquier material termoplástico o termoendurecible que tenga un punto de fusión menor que el de las fibras de refuerzo. Los ejemplos no
limitantes de materiales termoplásticos y termoendurecibles adecuados para usarse en la malla de moldeo incluyen fibras de poliéster, fibras de polietileno, fibras de polipropileno, fibras de tereftalato de polietileno (PET), fibras de sulfuro de polifenileno (PPS), fibras de cloruro de polivinilo (PVC), fibras de acetato de etilen vinilo/cloruro de vinilo (EVA/VC) , fibras de polímero de acrilato de alquilo inferior, fibras de polímero de acrilonitrilo, fibras de acetato de polivinilo parcialmente hidrolizado, fibras de alcohol polivinílico, fibras de polivinilpirrolidona, fibras de acrilato de estireno, poliolefinas, poliimidas, polisulfuros, policarbonatos, rayón, nylon, resinas fenólicas, resinas epoxi y copolímeros de butadieno como el caucho de estireno/butadieno (SBR) y caucho de butadieno/acrilonitrilo (NBR) . Es deseable que se use uno o más tipos de material termoendurecible para formar la malla de moldeo. Además, las fibras de unión pueden ser funcionarizadas con grupos ácidos, por ejemplo carboxilando con un ácido como un ácido maleado o un ácido acrílico, o las fibras de unión pueden ser funcionalizadas agregando un grupo anhídrido o acetato de vinilo. El material de unión también puede estar en forma de escama, granulo, resina o polvo en lugar de la forma de una fibra polimérica. El material de unión también puede estar en forma de fibras multicomponentes como fibras poliméricas de dos
componentes, fibras poliméricas de tres componentes, o fibras minerales recubiertas con plástico como fibras de vidrio recubiertas termoendurecibles. Las fibras de dos componentes pueden ser arregladas en un arreglo revestimiento-núcleo lado a lado, islas en el mar, o país segmentado. Preferiblemente, las fibras de dos componentes se forman en un arreglo de revestimiento-núcleo en el cual el revestimiento está formado de primeras fibras poliméricas que rodean sustancialmente un núcleo formado de segundas fibras poliméricas. No se requiere que las fibras del revestimiento rodeen totalmente las fibras del núcleo. Las primeras fibras poliméricas tienen un punto de fusión menor que el punto de fusión de las segundas fibras poliméricas, de modo que tras el calentamiento de las fibras de dos componentes a una temperatura superior al punto de fusión de las primeras fibras poliméricas (fibras del revestimiento) e inferior al punto de fusión de las segundas fibras poliméricas (fibras de núcleo), las primeras fibras poliméricas se ablandarán o fundirán mientras que las segundas fibras poliméricas permanecerán intactas. Este ablandamiento de las primeras fibras poliméricas (fibras del revestimiento) hará que las primeras fibras poliméricas se vuelvan adherentes y se unan a las primeras fibras polirnéricas por sí mismas a otras fibras que puedan estar cerca. Pueden ser usadas numerosas combinaciones de materiales para producir las fibras poliméricas de dos
componentes, como, pero sin limitarse a, combinaciones que usan fibras de poliester, polipropileno, polisulfuro, poliolefina y polietileno. Las combinaciones polimericas especificas para las fibras de dos componentes incluyen tereftalato de polietileno/polipropileno, tereftalato de polietileno/polietileno y polipropileno/polietileno . Otros ejemplos de fibras de dos componentes no limitantes incluyen copoliester-tereftalato de polietileno/tereftalato de polietileno (coPET/PET) , poli tereftalato de 1,4 ciclohexandimetilo/polipropilen (PCT/PP), polietileno de alta densidad/tereftalato de polietileno (HDPE/PET) , polietileno de alta densidad/polipropileno (HDPE/PP) , polietileno de ba a densidad lmeal/tereftalato de polietileno (LLDPE/PET) , nylon 6/nylon 6,6 (PA6/PA6,6), y tereftalato de polietileno modificado con alcohol/tereftalato de polietileno (6PETg/PET) . Las fibras poliméricas de dos componentes pueden tener un denier de aproximadamente 1-18 denier y una longitud de 2-4 mm. Se prefiere que las primeras fibras polimericas (fibras del revestimiento) tengan un punto de fusión dentro del intervalo de aproximadamente 65.5°-20 . °C (150-400°F) y de manera aun mas preferible en el intervalo de aproximadamente 76.6-148.8 (170-300CF). Las segundas fibras polimericas (fibras del núcleo) tiene un punto de fusión mas alto, preferiblemente superior a 176.6°C (350°F).
El material de unión puede estar presente en la malla de moldeo en la cantidad de 2-20% en peso de las fibras totales, de manera preferible de 2-10% en peso. La malla de moldeo puede ser formada por un proceso toronado en seco, como el proceso de toronado en seco descrito en la Solicitud de Patente Estadounidense No. 10/688,013, presentado en Octubre 17, 2003, de Enamul Haque titulada "Desarrollo de Composiciones Termoplásticos que usan Hebras Cortadas Húmedas en un Proceso de Toronado en Seco", la cual se incorpora como referencia en su totalidad. En modalidades preferidas, las fibras de refuerzo usadas para formar la malla de moldeo son fibras de refuerzo húmedas, y de manera más preferible son fibras de vidrio de hebras cortadas usadas húmedas. Las fibras de vidrio de hebras cortadas usadas húmedas para usarse en las fibras de refuerzo pueden ser formadas por procesos convencionales conocidos en la técnica. Es deseable que las fibras de vidrio usadas en húmedo tengan un contenido de humedad de 5-30% y de manera más preferida tengan un contenido de humedad de 5-15%. El uso de fibras de vidrio de hebras cortadas usadas en húmedo proporciona un costo ventajoso sobre los procesos de vidrio de toronado en seco convencionales. Por ejemplo, las fibras de vidrio de hebras cortadas de uso en húmedo son menos caras de fabricar que las fibras cortadas secas como las fibras de vidrio de hebras cortadas de uso en
seco (DUCS) debido a que las fibras secas son secadas típicamente y empaquetadas en pasos separados antes de ser cortadas. Como resultado, el uso de fibras de vidrio de hebras cortadas usadas en húmedo permite que la malla de moldeo sea fabricada con costos más bajos. Un proceso ejemplar para formar la malla de moldeo se ilustra de manera general en la FIGURA 1, incluye abrir parcialmente las fibras de refuerzo y las fibras de unión (paso 100), doblar las fibras de refuerzo y unión (paso 110), formar las fibras de refuerzo y unión en una hoja (paso 120), y opcionalmente coser la hoja (paso 130), y unir las fibras de refuerzo y unión (paso 140) . Las fibras de refuerzo y las fibras que forman el material de unión son aglomeradas típicamente en forma de un fardo de fibras individuales. Las fibras de vidrio son aglomeradas típicamente en "cajas" de fibras individuales. Los fardos de fibra de refuerzo húmedo (por ejemplo, cajas de fibras de vidrio de hebras cortadas de uso en húmedo (WUCS) ) , pueden ser abiertas fácilmente con poca generación de electricidad estática debido a la humedad ausente en las fibras de vidrio. La formación de la malla de moldeo, los fardos de fibras de refuerzo húmedas y fibras de unión son abiertos al menos parcialmente por un sistema de abertura, como un sistema de abertura de fardos, común en la industria. El sistema de abertura sirve para desacoplar las fibras
aglutinadas y mejorar al contacto fibra a fibra. Pasando a la FIGURA 2, puede observarse mejor la abertura de las fibras de refuerzo húmedas y las fibras de unión. Las fibras de refuerzo húmedas 200 son alimentadas a un primer sistema de abertura 220 y las fibras de unión 210 son alimentadas a un segundo sistema de abertura 230 para abrir al menos parcialmente fardos de fibras de refuerzo húmedos y los fardos de fibras de unión. Es deseable que el primer sistema de abertura 220 abra parcialmente, pero no filamentos, fardos de fibras de refuerzo húmedas 200. Debe notarse que aunque el proceso ejemplar descrito en las FIGURAS 1 y 2 muestra la abertura de las fibras de unión 210 por un segundos sistema de abertura 230, las fibras de unión 210 pueden ser alimentadas directamente en el sistema de transferencia de fibras 250 si las fibras de unión 210 están presentes o se obtienen en forma filamentada (no mostrada), y no presentes u obtenidos en forma de fardos de fibra. Esa modalidad se considera dentro del punto de vista de esta invención . El primer y segundo sistemas de abertura 220, 230 son preferiblemente para abrir fardos, pero puede ser cualquier tipo de dispositivo de abertura adecuado para abrir los fardos de fibras de unión 210 y fardos de fibras de refuerzo húmedas 200. El diseño de los dispositivos de abertura depende del tipo y características de la fibra que
esté siendo abierta. Los dispositivos de abertura adecuados para usarse en la presente invención incluyen cualquier dispositivo de abertura de fardos tipo estándar convencional, con o sin un dispositivo de peso. El dispositivo de peso sirve para pesar continuamente las fibras parcialmente abiertas a medida que pasan a través del dispositivo de abertura de fardos para verificar la cantidad de fibras que a pasado al siguiente paso de proceso. Los dispositivos de abertura de fardos pueden estar equipados con varios dispositivos de abertura finos, uno o más tambores de torcedura o tambores de dientes de sierra, rodillos de alimentación y/o una combinación de rodillo de alimentación y una barra puntiaguda. En modalidades alternativas, donde el material de unión está en forma de escamas, granulos o polvo, (no mostrado) , y no como fibra de unión, el segundo sistema de abertura 230 puede ser reemplazado con un aparato adecuado para distribuir el material de unión pulverizado, en escamas o granulos al sistema de transferencia de fibra 250 para mezclarlo con las fibras de refuerzo 200. Un aparato adecuado sería fácilmente identificado por aquellos expertos en la técnica. En modalidades donde sea usada una resina en forma de escamas, granulos o polvo además de las fibras de unión 210 (no mostradas), el aparato para distribuir las escamas, granulos o polvos, típicamente no reemplaza el segundo
sistema de abertura 230. Las escamas, granulos o polvo puede ser alimentado directamente al sistema de transferencia de fibra 250 mezclado con los haces de fibra de refuerzo y el material de unión. Los fardos parcialmente abiertos de fibras de refuerzo húmedas (haces de fibra de refuerzo) pueden entonces ser dosificados o alimentados desde el primer sistema de abertura 220 a una unidad de condensación 240 para remover el agua de las fibras húmedas. En modalidades ejemplares, se remueve más del 70% del agua libre (agua que se externa a las fibras de refuerzo) . Preferiblemente, sin embargo, sustancialmente toda el agua es removida por la unidad de condensación 240. Deberá notarse que la frase "sustancialmente toda el agua" como se usa aquí significa que toda o casi toda el agua libre removida. La unidad de condensación 240 puede ser cualquier dispositivo de secado o remoción de agua conocido en la técnica, como, pero sin limitarse, un secador de aire, horno, rodillos, una bomba de succión, un secador de tambor caliente, una fuente de calor infrarrojo, un fuelle de aire caliente, o una fuente emisora de microondas. Los haces de fibra de refuerzo 200 y las fibras de unión 210 son mezclados juntos por un medio de sistema de transferencia de fibra 250. En modalidades preferidas, las fibras son mezcladas en un flujo de aire a alta velocidad. El
sistema de transferencia de fibras 250 sirve como un conducto para transportar las fibras de unión 210 y los haces de fibras de refuerzo 200 al formador de hojas 270 para mezclar de manera sustancialmente uniforme las fibras en el flujo de aire. Es deseable distribuir los haces de fibra de refuerzo 200 y las fibras de unión 210 tan uniformemente como sea posible. La relación de fibras de refuerzo 200 y las fibras de unión 210 que entra en el flujo de aire en el sistema de transferencia de fibra 250 puede ser controlada por el dispositivo de peso como el descrito anteriormente con respecto al primer y segundo sistemas de abertura 220, 230, o por la cantidad y/o velocidad a la cual las fibras pasen a través del primer y segundo sistemas de abertura 220, 230. En modalidades preferidas, la relación de fibras de refuerzo 200 a fibras de unión 210 presente en el flujo de aire es de 90:10, las fibras de refuerzo 200 a las fibras de unión 210 respectivamente . La mezcla de fibras de refuerzo 200 y fibras de unión 210 puede ser transferida en el flujo de aire por el sistema de transferencia de fibra 250 a un formador de hoja 270 donde las fibras son formadas en una hoja. Puede ser utilizado uno o más formadores de hojas en la formación de la malla de moldeo. En algunas modalidades de la presente invención, las fibras mezcladas son transportadas por el sistema de transferencia de fibra 250 a una torre de caja de
llenado 260 donde los haces de fibras de refuerzo 200 y las fibras de unión 210 son alimentadas volumétricamente en el formador de hojas 270, como por un aparato de peso electrónico verificado por computadora, antes de entrar al formador de hojas 270. La torre de caja de llenado 260 puede localizarse externamente al formador de hojas 270 puede estar colocada externa al formador de hojas 270. La torre de caja de llenada 260 también puede incluir deflectores para mezclar y combinar mejor los haces de fibra de refuerzo 200 y las fibras de unión 210 antes de que entren al formador de hojas 270. En algunas modalidades, puede ser usado un formador de hojas 270 que tenga un condensador y una transportador de distribución para lograr una mayor alimentación de fibra en la torre de caja de llenado 260 y un incremento en el volumen de aire a través de la torre de caja de llenado 260. Para lograr una mejor distribución transversal de las fibras abiertas, el transportador de distribución puede correr transversalmente en la dirección de la hoja. Como resultado, las fibras de unión 210 y los haces de fibra de refuerzo 200 pueden ser transferidos a la torre de caja de llenado con poca o ninguna presión y rompimiento mínimo de la fibra. La hoja formada por el formador de hoja 270 contiene una distribución uniforme o sustancialmente uniforme haces de fibra de refuerzo 200 y fibras de unión 210 a una relación y distribución de peso deseadas. En particular, la
hoja formada por el formador de ho a 270 puede tener una distribución en peso de 400-2000 g/m2, con una distribución en peso preferible de aproximadamente 400-1000 g/m2. En una o más modalidades de la invención, la hoja que sale del formador de hojas 270 es sometida a un proceso de costura en un aparato de filtrado 280 en el cual agujas barbadas o en forma de orquilla son empujadas en un movimiento hacia abajo y/o hacia arriba a través de las fibras de la hoja para enmarañar o entrelazar las fibras de refuerzo 200 y las fibras de unión 210 e impartir resistencia mecánica e integridad a la malla. El aparato de filtraje 280 puede incluir un mecanismo de alimentación de tela, una aguja con una tabla de agujas, agujas de filtraje barbadas que fluctúan en número de aproximadamente 500 por metro hasta aproximadamente 7,500 por metro de ancho de la máquina, una placa separadora, una platina y un mecanismo de toma. El entrelazamiento mecánico de las fibras de refuerzo 200 y las fibras de unión 210 se logra haciendo pasar las agujas de filtra e barbadas repetidamente hacia dentro y hacia fuera de la ho a. Una selección de aguja óptima para usarse con la fibra de refuerzo particular en la fibra polimérica elegida para usarse en el proceso de la invención sería fácilmente identificada por un experto en la técnica. Aunque las fibras de unión 210 son usados para unir las fibras de refuerzo 200 entre sí, puede agregarse una
resina aglutinante 285, como un agente de unión antes de hacer pasar la hoja a través del sistema de unión térmica 290. La resina aglutinante 285 puede estar en forma de un polvo, escamas, granulos, espuma o rocío líquido de resina. La resina aglutinante 285 puede ser agregada en cualquier forma adecuada, como, por ejemplo, en un método de inmersión y extracción o rociando la resina aglutinante 285 sobre la hoja. La cantidad de resina aglutinante 285 agregada a la hoja puede variar dependiendo de las características deseadas de la malla de moldeo. Puede ser usado un catalizador como cloruro de amonio, p-tolueno, ácido sulfúrico, sulfato de aluminio, fosfato de amonio, o nitrato de zinc para mejorar la velocidad de curado y la calidad de la resina aglutinante curado 285. Otro proceso que puede ser empleado para unir mejor las fibras de refuerzo 200 únicos, o además de los otros métodos de unión descritos aquí, es la unión con látex. En la unión con látex, se usan polímeros formados de monómeros con el etileno (Tv - 125°C), butadieno (Tv - 78°C), acrilato de butilo (Tv - 52°C), acrilato de etilo (Tv - 22°C), acetato de vinilo (Tv 30°C) , cloruro de vinilo (Tv 80°C), metacrilato de metilo (Tv 105°C), estireno (Tv 105°C) y acrilonitrilo (Tv 130°C) como agentes de unión. Una temperatura de transición vitrea (Tv) más baja, da como resultado un polímero más blando. Los polímeros de látex pueden ser agregados con un
rocío antes de que la hoja entre al sistema de unión térmica 290. Una vez que la hoja entre al sistema de unión térmica 290, los polímeros de látex se funden y unen juntas las fibras de refuerzo 200. Un proceso de unión opcional adicional que puede ser usado solo o en combinación con los otros procesos de unión descritos aquí es la unión química. Los agentes de unión basados en líquidos, adhesivos pulverizados, espumas, y en algunos casos, solventes orgánicos pueden ser usados como el agente de unión química. Los ejemplos adecuados de agentes de unión química incluyen, pero no se limitan a, polímeros y copolímeros de acrilato, copolímeros de estireno-butadieno, copolímero de acetato de vinilo-etileno, y combinaciones de los mismos. Por ejemplo, pueden ser usados acetato de polivinilo (PVA), acetato de etilen vinilo/cloruro de vinilo
(EVA/VC) , polímero de acrilato de alquilo inferior, caucho de estireno-butadieno, polímero de acrilonitrilo, poliuretano, resinas epoxi, cloruro de polivinilo, cloruro de polivinilideno, y copolímeros de cloruro de vinilideno con otros monómeros, acetato de polivinilo parcialmente hidrolizado, alcohol polivinílico, polivinil pirrolidona, resinas de poliéster, resinas de vinil éster, resinas fenólicas y acrilato de estireno como el agente de unión química. El agente de unión química puede ser aplicado uniformemente impregnando, recubriendo o rociando la hoja.
Ya sea después de que la hoja salga del formador de hojas 270 o después de la costura opcional de la hoja, la hoja puede hacerse pasar a través de un sistema de unión térmica 290 para unir las fibras de refuerzo 200 y las fibras de unión 210 y formar la malla de moldeo 295. Sin embargo, debe apreciarse que si la hoja es cocida en el aparato de si el traje 280 y las fibras de refuerzo 200 y las fibras de unión 210 son unidas mecánicamente, la hoja no necesita hacerse pasar a través del sistema de unión térmica 290 para formar la malla de moldeo 295. En el sistema de unión térmica 290, la hoja es calentada a una temperatura que es superior al punto de fusión de las fibras de unión 210 sino inferior al punto de fusión de las fibras de refuerzo 200. Cuando sean usadas fibras de dos componentes como las fibras de unión 210, la temperatura en el sistema de unión térmica 290 se eleva a una temperatura que es superior a la temperatura de fusión de las fibras de revestimiento, pero inferior a la temperatura de fusión de las fibras de refuerzo 200. El calentamiento de las fibras de unión 210 a una temperatura superior a su punto de fusión, o el punto de fusión de las fibras de revestimiento en el caso donde las fibras de unión 210 sean fibras de dos componentes, hace que las fibras de unión 210 se vuelvan adhesivas y unan las fibras de unión 210 tanto a si mismas como a las fibras de refuerzo 200. Las fibras de unión
fundidas 210 actúan como un cemento para mantener las fibras de vidrio dispersas en haces. Si las fibras de unión 210 se funden completamente, las fibras fundidas pueden encapsular las fibras de refuerzo 200. En tanto la temperatura dentro del sistema de unión térmica 290 no sea tan alta como el punto de fusión de las fibras de refuerzo y/o las fibras del núcleo, esas fibras permanecerán en forma fibrosa dentro del sistema de unión térmica 290 y la malla de moldeo 295. El sistema de unión térmica 290 puede incluir cualquier método de calentamiento y/o unión conocido en la técnica, como la unión en horno, unión en horno usando aire forzado, calentamiento infrarrojo, calandrado en caliente, calandrado con banda, unión ultrasónica, calentamiento con microondas y tambores calientes. Opcionalmente, pueden ser usados dos o más de esos métodos de unión en combinación para unir las fibras de refuerzo 200 y las fibras de unión 210. La temperatura del sistema de unión térmica 290 varía dependiendo del punto de fusión de las fibras de unión particulares 210, las resinas aglutinantes, y/o los polímeros de látex usados, y si o no están presentes fibras de dos componentes en la hoja. La malla de moldeo 295 que emerge del sistema de unión térmica 290 contiene fibras de unión dispersas y fibras de refuerzo en haces. Cuando se usa vidrio en hebras cortadas usadas en húmedo como las fibras de refuerzo húmedas 200, la malla de moldeo 295 que emerge del
sistema de unión térmica 290 contiene fibra de unión dispersas uniforme o casi uniformemente 210 y filamentos de vidrio en haces. La distribución uniforme o casi uniforme de haces de fibra de refuerzo 200 y fibras de unión 210 en la malla de moldeo 295 proporciona mejor resistencia, mejores propiedades térmicas, mejor rigidez y mejor resistencia al impacto al producto compuesto final. Además, la malla de moldeo 295 tiene una consistencia de peso más uniforme en comparación con malla de vidrio de hebras cortadas convencionales. La consistencia de peso uniforme en las mallas de moldeo de la invención da como resultado propiedades uniformes como resistencia a la flexión e impacto en los productos finales. En la malla de moldeo de la presente invención, el contenido de vidrio varía de aproximadamente +/-1.5% y la consistencia en peso en aproximadamente +/-5%. Además, las propiedades uniformes de la malla de moldeo de la invención permiten el uso de refuerzos de peso más bajo que las mallas de vidrio de hebras cortadas tradicionales. La malla de moldeo 295 proporciona la capacidad de optimizar y/o diseñar las propiedades físicas (como la rigidez o resistencia) necesarias para aplicaciones específicas alterando el peso, longitud y/o diámetro de las fibras de refuerzo y/o fibras de unión usadas en la formación de la malla de moldeo. Además, la química aprestante de las fibras de refuerzo puede
ser adaptada fácilmente para igualar las propiedades de tipos individuales de fibras de unión. Como resultado, puede producirse una gran variedad de mallas de moldeo y productos compuestos formados usando las mallas de moldeo, como productos formados de compuestos de moldeo de hojas. En una modalidad alternativa (no ilustrada), la malla de moldeo es formada por un proceso de toronado en húmedo. Por ejemplo, las fibras de refuerzo y las fibras de unión son dispersas en una solución acuosa que contiene un aglutinante así como dispersantes, modificadores de la viscosidad, agentes desespumantes, y/u otros agentes químicos y agitadas para formar una suspensión. Las fibras de unión y las fibras de refuerzo localizadas en la suspensión son entonces depositadas sobre un tamiz móvil donde es removida el agua. Opcionalmente, la malla es secada en un horno. La malla puede entonces ser sumergida en una composición aglutinante para impregnar la malla con la composición aglutinante. La malla de hace pasar entonces a través de un horno de curado para remover cualquier agua remanente, curar el aglutinante, y fundir al menos parcialmente las fibras de unión para unir las fibras de refuerzo y las fibras de unión juntas. La malla de moldeo resultante es un montaje de fibras de unión dispersas y filamentos de vidrio en haces. En al menos una modalidad ejemplar de la invención, la malla de moldeo 295 es utilizada en un proceso de
compuesto de moldeo de hojas (SMC) . Un ejemplo de un proceso de compuesto de moldeo de hojas que incorpora la malla de moldeo de la presente invención se ilustra en la FIGURA 3. Una primera película de soporte 310 es alimentada desde un primer rodillo de soporte 320 sobre una banda transportadora móvil 300. Se aplica una primera pasta de resina termoendurecible 315 a la primera película de soporte 310 vía un aparato de distribución 325. Una malla de moldeo 295 formada de acuerdo con la presente invención se alimenta entonces desde un rollo 330 sobre la primera pasta de resina termoendurecible 315 sobre la primera película de soporte 310. Una segunda pasta de resina termoendurecible 335 es colocada sobre una segunda película de soporte 340 alimentada desde un segundo rodillo de soporte 245 y se coloca sobre la capa de malla de moldeo 350 de modo que la segunda pasta de resina termoendurecible 335 sobre la segunda película de soporte 340 entra en contacto con la capa de malla de moldeo 350 y forme un material emparedado que incluye la primera película de soporte 310, la primera pasta de resina termoendurecible 315, la malla de moldeo 295, la segunda pasta de resina termoendurecible 335 y la segunda película de soporte 340. En una modalidad alternativa (no mostrada), la segunda pasta de resina termoendurecible 335 puede ser depositada sobre la capa de malla de moldeo 350 y la segunda película de soporte 340 puede ser colocada sobre la segunda
pasta de resina termoendurecible 335. La primera y segunda pastas de resina termoendurecible 315, 335 pueden ser formadas mezclando uno o más materiales termoendurecibles adecuados, como resinas de poliéster, resinas de vinil éster, resinas fenólicas, epoxis, poliimidas, y/o estírenos, y cualesquier aditivos deseados como cargas, pigmentos, estabilizadores de UV, catalizadores, iniciadores, inhibidores, agentes de liberación de molde, espesantes y similares. Se prefiere que la carga sea mezclada con un material termoendurecible para formar las pastas de resina termoendurecible 315, 335. Los ejemplos adecuados de cargas incluyen carbonato de calcio, trihidrato de alúmina, mica, talco, burbujas de vidrio y woolastonita . Sin embargo, agregar una carga al aparato de distribución 325 junto con la primera y segunda pastas de resina termoendurecible 315, 335 también se considera dentro del punto de vista de la invención. La primera y segunda pastas de resina termoendurecible 315, 335 pueden ser hechas al mismo tiempo en un tanque de mezclado. También se prefiere que las pastas de resina termoendurecible 315, 335 incluyan un agente espesante como el óxido de magnesio, hidróxido de magnesio, y/u óxido de calcio. El espesante (o pasta de agente espesante) se agrega a las pastas de resina termoendurecible inmediatamente, o casi inmediatamente, antes del transporte de las pastas de resina termoendurecible 315, 335 a los
aparatos de distribución. La primera y segunda pastas de resina termoendurecible 315, 335 pueden ser compuestas usando las mismas resinas. Los ejemplos no limitantes de materiales usados para la primera y segunda películas de soporte 310, 340 incluye películas poliméricas como el polietileno y nylon. El material emparedado se hace pasar entonces a través de una serie de bandas 360, 370 donde el material emparedado es compactado para distribuir la primera y segunda pastas de resina termoendurecible 315, 335 y haces de fibras de refuerzo en la malla de moldeo 295 y formar una capa intermedia 395 formada de la mezcla de pastas de resma termoendurecible distribuidas 315, 335 en la malla de moldeo 295. Las bandas son preferiblemente bandas de malla de alambre para mejorar un desagüe de las fibras de refuerzo por la primera y segunda pastas de resma 315, 335. Debido a que las fibras de refuerzo en la malla de moldeo 295 no están fílamentadas, y están presentes como haces de fibras, tienen la capacidad de mojarse con las pastas de res a termoendurecible en las cargas en el material emparedado. Si las fibras de refuerzo no se mojan con los componentes de unión del compuesto de moldeo de hojas, puede existir un pobre desempeño mecánico del producto compuesto final y/o porosidad reducida en el producto compuesto. Un material de compuesto de moldeo de hoja resultante (SMC) 380 que emerge de las bandas 360, 370 puede entonces ser enrollado sobre un
rollo de almacenamiento 390 como se ilustra en la FIGURA 3 o colocado en cajas (no mostradas) para su uso posterior. El material SMC 380 puede entonces ser almacenado a una temperatura sustancialmente constante durante 2-5 días para madurar. Durante este tiempo de maduración, el material SMC 290 incrementa su viscosidad hasta aproximadamente 15-40 millones de centipoises. A medida que se incrementa la viscosidad, la primera y segunda pastas de resina y los haces de fibra de vidrio en la malla de moldeo en la capa intermedia forman una capa compuesta integral. Una descripción esquemática del material SMC maduro puede observarse en la Figura 4. En particular, el material SMC maduro 400 incluye una capa compuesta integral 405 emparedada entre la primera película de soporte 310 y la segunda película de soporte 340. El material SMC madurado 400 puede ser moldeado en un proceso de moldeo posterior para formar el producto compuesto final. Por ejemplo, el material SMC madurado 400 puede ser usado en un proceso de moldeo de matriz acoplado (no ilustrado) . En este proceso de moldeo, la primera y segunda películas de soporte 310, 340 son removidas del material SMC maduro 400 y el material SMC maduro 400 es cortado en piezas que tienen un tamaño predeterminado (carga). Las piezas del material SMC maduro 400 son colocadas en un molde que tiene una mitad hembra y una mitad macho, las
mitades del molde son cerradas, y se aplica calor y presión para comprimir la carga, curar las resinas temoendurecibles, y formar el material SMC madurado 400 en la forma predeterminada . Una vez completado el ciclo de moldeo, el molde es abierto y el producto compuesto es removido. La presión dentro del molde puede fluctuar entre 14.06-105.46 kgf/cm2 (200-1500 psi), preferiblemente entre 14.06-84.32 kgf/cm2 (200-1200 psi) , y la temperatura dentro del molde puede fluctuar entre 100-170°C, preferiblemente entre 140-160°C. El ciclo de moldeo para el material SMC puede ser de 0.5-3.0 minutos, dependiendo de la resina termoendurecible específica usada y el espesor de la parte de la composición final. Además del moldeo con matriz de metal apareada (moldeo por compresión) , el material SMC madurado 400 también puede ser usado en el embolsado al vacío y presión, moldeo en prensa fría, moldeo por inyección, y vaciado por centrifugación para formar productos compuestos. Deberá apreciarse que aunque el proceso descrito anteriormente para formar el material de moldeo de hojas y el moldeo de este en un producto compuesto ha sido descrito en la que se cree la modalidad preferida, otras variaciones y alternativas del proceso identificado por aquellos expertos en la técnica también se consideran dentro del punto de vista de la invención. La malla de moldeo 295 proporciona mejor flujo y
capacidad de conformación del material SMC 380 a la forma del molde. También, las mallas de moldeo de acuerdo a la presente invención proporcionan una mejor capacidad de moldeo incrementando la relación de estiramiento y de este modo pueden conformarse a la forma del molde y proporcionar propiedades uniformes al producto compuesto. El material SMC 380 puede ser usado para formar una variedad de productos compuestos en numerosas aplicaciones, como en aplicaciones automotrices, incluyendo la formación de paneles de puertas, paneles de adorno, paneles exteriores de carrocería, pisos de carga, parachoques, extremos frontales, revestimientos bajo la carrocería, tableros corredizos, toldos, estructuras de tableros de instrumentos, interiores de puertas, etc. El material SMC 380 es particularmente ventajoso en aplicaciones automotrices debido a que el material compuesto para moldear hojas 380 ofrece una reducción en el peso en la parte de la composición formada, resistencia a la corrosión de la parte formada, resistencia a impactos menores, consolidación de partes, y una mejor calidad de la superficie, especialmente cuando se compara con partes formadas de acero. Debido a que la malla de moldeo 295 de la presente invención incluye fibras poliméricas, el material SMC 380 tiene la ventaja de mejores características de alargamiento y microfísuración reducida en la parte compuesta. El uso de fibras de polímero que tienen
características de alto alargamiento, como las fibras de tereftalato de polietileno (PET), reduce además la generación de microfisuras en las partes compuestas formadas del material SMC 380. Las ventajas adicionales del material SMC 380 incluyen un tiempo de uso de herramientas más corto y menor costo de herramientas para formar el producto. Otras aplicaciones del material SMC 380 incluyen aplicaciones en muebles (sillas, mesas, etc), aparatos domésticos (puertas de máquinas lavadoras, alojamientos de refrigeradores, etc.), máquinas comerciales (alojamientos para computadoras) , cuerpos de esquíes, pantallas y separaciones de oficina, baldosas para techos, paneles de construcción, antenas parabólicas, cajas eléctricas y tapas para coladeras. La invención de esta solicitud ha sido descrita anteriormente tanto, de manera general como con respecto a modalidades específicas. Aunque la invención ha sido expuesta en las que se creen las modalidades preferidas, una amplia variedad de alternativas conocidas por aquellos expertos en la técnica pueden ser seleccionadas dentro de la descripción genérica. La invención no es limitada de otro modo, excepto por lo expuesto en las reivindicaciones expuestas a continuación .