MX2007013639A

MX2007013639A - Metodo para formar materiales mixtos de polipropileno reforzados con fibras.

Info

Publication number: MX2007013639A
Application number: MX2007013639A
Authority: MX
Inventors: Jeffrey Valentage; Arnold Lustiger
Original assignee: Exxonmobil Res & Eng Co
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2008-03-10
Also published as: US20060261509A1; BRPI0610188A2; WO2006125035A2; EP1888672A2; CA2608892A1; WO2006125035A3

Abstract

La presente invencion se dirige generalmente a proceso para formar resinas de polipropileno reforzadas con fibras incluyendo por lo meno 25% en peso de polimero basado en polipropileno, de 5 a 60% en peso de fibra organica, y de 0 a 60% en peso de relleno inorganico. El proceso incluyen formar en compuestos por extrusion al polimero basado en polipropileno, la fibra organica y el relleno inorganico para formar una resina de polipropileno reforzado con fibras, que se moldea subsiguientemente para formar un articulo con un modulo de flexion de por lo menos 21090 kg/cm2, que exhibe ductilidad durante prueba al impacto instrumentada (24.141 km/hr, -29 degree C, 11.34 kg). Tambien se describen los proceso de formacion de compuestos por extrusor de tornillo doble en donde la fibra organica se alimenta continuamente a la tolva del extrusor desenrollado de una o mas bobinas y dispersando uniformemente en la resina de polipropileno reforzado con fibra por tornillos dobles que tienen una combinacion para transportar y amasar elementos.

Description

MÉTODO PARA FORMAR MATERIALES MIXTOS DE POLIPROPILENO REFORZADOS CON FIBRAS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se dirige generalmente a artículos hechos de composiciones de polipropileno reforzadas con fibra que tiene un módulo de flexión de por lo menos 21090 kg/cm2 y que exhibe ductilidad durante prueba de impacto instrumentado. La presente invención también se dirige a procesos para formar dichos artículos. Más particularmente se refiere a un método ventajoso para formar materiales mixtos de polipropileno reforzados con fibras. Aún más particularmente, la presente invención se refiere aun método para alimentar consistentemente fibra en un proceso de formación de compuestos de doble tornillo y dispersar uniforme y aleatoriamente la fibra en la matriz de polipropileno.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las poliolefinas tienen uso limitado en aplicaciones de ingeniería debido al intercambio entre dureza y rigidez. Por ejemplo, el polietileno se considera ampliamente por ser relativamente duro, pero bajo en rigidez.

El polipropileno generalmente exhibe la tendencia opuesta, es decir, es relativamente rígido pero con baja dureza. Se han introducido varias composiciones de polipropileno bien conocidas las cuales proporcionan dureza. Por ejemplo, se sabe que el incremento de dureza de polipropileno agregando partículas de hule, ya sea dentro del reactor dando como resultado copolímeros de impacto o mediante la mezcla después del reactor. Sin embargo, mientras se mejora la dureza, la rigidez se reduce considerablemente usando este enfoque. Las composiciones de polipropileno reforzadas con vidrio se han introducido para mejorar la rigidez. Sin embargo, las fibras de vidrio tienen una tendencia a forzar el equipo de moldeo de inyección típico, dando como resultado dureza y rigidez reducidas. Además, los productos reforzados de vidrio tienen una tendencia a envolverse después del modelo por inyección. Otro método conocido para mejorar las propiedades físicas de las poliolefinas es el refuerzo de fibras orgánicas. Por ejemplo, la Solicitud de Patente EP 0397881, toda la descripción de la cual se incorpora aquí por referencia, describe una composición producida por mezclado por fusión de 100 partes en peso de una resina de polipropileno y de 10 a 100 partes en peso de fibras de poliéster teniendo un diámetro de fibras de 1 a 10 deniers, una longitud de fibras de 0.5 a 50 mm y una resistencia de fibras de 5 a 13 g/d, y luego moldeando la mezcla resultante. También, la Patente de E.U.A. 3,639,424 de Gray, Jr . Y otros, toda la descripción de la cual se incorpora aquí por referencia, describe una composición que incluye un polímero, tal como polipropileno y dispersado uniformemente en el mismo por lo menos aproximadamente 10% en peso de la fibra de longitud de base, la fibra siendo de polímeros hechos por el hombre tales como tereftalato de polietileno o tereftalato de poli (1, 4-ciclohexilendimetileno) . Las composiciones de polipropileno reforzadas con fibras también se describen el la Publicación de PCT WO 02/053629 describe un compuesto polimérico, que comprende una matriz termoplástica que tiene un alto flujo durante el proceso de fusión y fibras poliméricas que tienen longitudes de 0.1 mm a 50 mm. El compuesto polimérico comprende entre 0.5 % en peso y 10 % en peso de un lubricante. También se conocen varias modificaciones de composiciones de polipropileno reforzadas con fibras orgánicas. Por ejemplo, las poiolefinas modificadas con anhídrido o ácido acrílico se han usado como el componente de matriz para mejorar la resistencia de interfase entre la fibra orgánica sintética y la poliolefina, que se pensó que mejora las propiedades mecánicas del producto moldeado hecho de las mismas.

Otras referencias de antecedente incluyen la Publicación de PCT WO 90/05164; la Solicitud de Patente EP 0669371; Patente de E.U.A. No. 6,395,342 de Kadowaki y otros; Solicitud de Patente EP 1075918; Patente de E.U.A. No. 5,145,891 de Yasukawa y otros, Patente de E.U.A 5,146,892 de Yasukawa y otros; y Patente de EP 0232522, todas las descripciones incorporadas aquí por referencia. La Patente de E.U.A. No. 3,304,282, de Cadus y otros, describe un proceso para la producción de termoplásticos de peso molecular alto reforzados con fibra de vidrio en el cual la resina de plástico suministra a un extrusor o amasador continuo, las fibras de vidrio sin fin se introducen en la fusión y se fuerzan en la misma, y la mezcla se homogeniza y descarga a través de un dado. Las fibras de vidrio se suministraron en forma de hebras sin fin a una inyección o puerto de desgasificación corriente abajo de la tolva de alimentación del extrusor. La Patente de E.U.A. No. 5,401,154 de Sargent describe un aparato para formar un material termoplástico reforzado de fibras y formando partes de los mismos. El aparato incluye un extrusor que tiene una primera entrada de material, una segunda entrada de material colocada corriente abajo de la primera entrada de material y una salida. Un material de resina termoplástica se suministra en la primera entrada de material y un primer material de refuerzo de fibra se suministra en la segunda entrada de material del extrusor de formación de compuestos, el cual descarga un material termoplástico reforzado de fibras aleatorias fundidas en la salida del extrusor. El material de refuerzo de fibras puede incluir un haz de fibras continuas formadas de una pluralidad de fibras de un solo filamento. Los tipos de fibras descritos incluyen vidrio, carbón, grafito y Kevlar. La Patente de E.U.A. No. 5,595,696 de Schlarb y otros describe un plástico mixto de fibras y un proceso para la preparación de los mismos y más particularmente a un material mixto que comprende fibras continuas y una matriz de plástico. Los tipos de fibras incluyen vidrio, carbón y fibras naturales, y pueden alimentarse al extrusor en la forma de fibras cortadas o continuas. La fibra continua se alimenta al extrusor corriente abajo de la tolva de alimentación de resina. La Patente de E.U.A. No. 6,395,342, de Kadowaki y otros, describe un proceso de impregnación para preparar pellas de una poliolefina reforzada con fibras orgánicas sintéticas. El proceso comprende los pasos de calentar una poliolefina a la temperatura que es superior que el punto de fusión del mismo por 40 grados C o más para bajar el punto de fusión de una fibra orgánica sintética para formar una poliolefina fundida; pasando una fibra de refuerzo que comprende la fibra orgánica sintética continuamente a través de la poliolefina fundida dentro de seis segundos para formar una fibra impregnada con poliolefina, y cortando la fibra impregnada con poliolefina en las paellas. Los tipos de fibras orgánicas incluyen tereftalato de polietileno, tereftalato de polibutileno, poliamida 6, y poliamida 66. La Patente de E.U.A. No. 6,419,864 de Scheuring y otros describe un método para preparar termoplásticos rellenos, modificados y reforzados con fibras mezclando polímeros, aditivos, rellenos y fibras en un extrusor de doble tornillo. Las hebras de fibras continuas se alimentan al extrusor de doble tornillo en una zona alimentada con fibras localizada corriente abajo de la tolva de alimentación para la resina polimérica. Los tipos de fibras descritos incluyen vidrio y carbón. Las fibras de PET de alimentación consistentemente en un extrusor de formación de compuestos es un aspecto encontrado durante la producción de materiales mixtos de fibras de PP-PER. Los alimentadores gravimétricos o vibratorios se usan en la medición y transporte de polímeros, rellenos y aditivos en el proceso de formación de compuestos de extrusión. Estos alimentadores están diseñados para transportar materiales a un régimen constante usando un solo o dos tornillos midiendo la pérdida de peso en la tolva del alimentador. Estos alimentadores son efectivos para transportar pellas o polvo, pero no son efectivos para transportar fibras cortadas. La fibra cortada tiende a unirse y avanzarse en estos alimentadores dando como resultado un régimen de alimentación inconsistente al proceso de formación de compuestos. Más particularmente, en ciertas veces, la fibra se puede colgar en el alimentador y se transporta poca, mientras en otros momentos, una sobre-abundancia de fibra se transporta al extrusor de formación de compuestos. La Figura 1 es una gráfica ilustrativa del régimen de alimentación de fibras de poliéster cortadas de 6.35 mm a través de un alimentado gravimétrico normal usando el método de la técnica anterior. El régimen de alimentación puede variar en cualquier parte de 3 a 18 gramos por 5 segundos de alimentación. Esta inconsistencia no es adecuada para producir un polipropileno reforzado con fibra en un extrusor con un porcentaje consistente de fibra incorporada en la resina basada en polipropileno. Otro aspecto encontrado durante la producción de materiales mixtos de fibras de PP-PET dispersa adecuadamente las fibras de PET en la matriz de PP mientras mantiene las propiedades mecánicas ventajosas impartidas por la incorporación de las fibras de PET. Más particularmente, la configuración de tornillos de formación de compuestos de extrusión puede impactar la dispersión de fibras de PET dentro de la matriz de PP, y las condiciones del proceso de la formación de compuestos de extrusión pueden impactar no solo las propiedades mecánicas del polímero de matriz, sino también las propiedades mecánicas de las fibras de PET. Existe una necesidad de un método mejorado para formar materiales mixtos de polipropileno reforzados con fibras y, en particular, alimentar consistentemente las fibras orgánicas en la resina basada en polipropileno durante le proceso de formación de compuestos. Además, existe una necesidad de un método mejorado para formar los materiales mixtos de polipropileno reforzados con fibras y, en particular, la resina basada en polipropileno de formación de compuestos y la fibra orgánica tal como la resina de material mixto incluye una distribución uniforme de fibra de corte, que mejora la resistencia al impacto y módulo de flexión de partes moldeadas de la resina mixta.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Sorprendentemente se ha encontrado que pueden formarse composiciones de polipropileno reforzadas con fibras sustancialmente libres de de lubricantes las cuales tienen simultáneamente un módulo de flexión de por lo menos 21090 kg/cm2 y exhiben ductilidad durante la prueba de impacto instrumentada. Particularmente sorprendente de la capacidad de formar dichas composiciones usando una amplia escala de polipropilenos como el material de matriz, incluyendo algunos polipropilenos que sin fibra son muy frágiles. Las composiciones de la presente invención son particularmente adecuadas para formar artículos incluyendo, pero no limitado a aparatos domésticos, partes automotrices, y cascos de botes. Sorprendentemente se ha encontrado que la fibra orgánica puede alimentarse en un extrusor de formación de compuestos de doble tornillo desenrollando continuamente de una o más bobinas en la tolva de alimentación del extrusor de doble tornillo y luego se cortan en 6.35 mm a longitudes de 2.54 mm por los tornillos dobles para formar un material mixto basado en polipropileno reforzado. En una modalidad, la presente invención provee un artículo de manufactura hecho de una composición que comprnede, basado en el peso total de la composición, por lo menos 30 % en peso de polipropileno, de 10 a 60 % en peso de fibra orgánica, de 0 a 40 % en peso de relleno inorgánico y de 0 a 0.1 % en peso de lubricante. La composición tiene un módulo de flexión de por lo menos 21090 kg/cm2 y exhibe ductilidad durante la prueba de impacto instrumentada (24.141 km/hr, -29°C, 11.34 kg) . En otra modalidad, el material mixto de polipropileno reforzado con fibras con un relleno inorgánico incluye además de 0.01 a 0.1 % en peso de lubricante. Los lubricantes adecuados incluyen pero no están limitados a, aceite de silicón, goma de silicón, amida grasa, aceite de parafina, cera de parafina, y aceite de éster. En otra modalidad, la presente invención provee una parte automotriz hecha de dicha composición. En otra modalidad, la presente invención provee un articulo de manufactura ahecha de una composición que consiste esencialmente de por lo menos 30% en peso de homopolipropileno, de 10 a 60 % en peso de fibra orgánica y de 0.1 a 40 % en peso de relleno inorgánico, basado en el peso total de la composición. La composición tiene un módulo de flexión de por lo menos 21090 kg/cm2 y exhibe ductilidad durante prueba de impacto instrumentada (24.141 km/hr, -29°C, 11.34 kg) . En aún otra modalidad, la presente invención provee un proceso para formar una parte automotriz. El proceso comprende formar en compuestos por extrusión una composición para formar un extrudado y moldeando por inyección el extrudado para formar la parte automotriz. La composición usada para formar el extrudado comprende por lo menos 30% en peso de polipropileno, de 10 a 60 % en peso de fibra orgánica, de 0 a 40 % en peso de relleno inorgánico, y de 0 a 0.21% en peso de lubricante. La composición tiene un módulo de flexión de por lo menos 21090 kg/cm2 y exhibe ductilidad durante prueba de impacto instrumentada (24.141 km/hr, -29°C, 11.34 kg) . En aún otra modalidad de la presente descripción provee un proceso ventajoso para formar un artículo que comprende por lo menos 30 % en peso, basado en el peso total de la composición, polipropileno; de 10 a 60 % en peso basado en el peso total de la composición, fibra orgánica; de 0 a 40 % en peso , basado en el peso total de la composición, relleno inorgánico; y de 0 a 0.1 % en peso, basado en el peso total de la composición, lubricante; en donde la composición tiene un módulo de flexión de por lo menos 28120 kg/cm2, y exhibe ductilidad durante la prueba de impacto instrumentada y en donde el proceso comprende los pasos de formar en compuesto por extrusión la composición para formar un extrudado; y moldear por inyección el extrudado para formar el artículo. En aún otra modalidad de la presente descripción provee un proceso ventajoso para formar pellas mixtas de polipropileno reforzadas con fibras que comprende los pasos de alimentarse en una tolva de extrusor de tornillo doble por lo menos aproximadamente 25% en peso de resina basada en polipropileno con un régimen de flujo de fusión de aproximadamente 20 a alrededor de 1500 g/10 minutos, alimentando continuamente desenrollando una o más tolvas en la tolva del extrusor de tornillo doble de aproximadamente 5% en peso a alrededor de 40 % en peso de una fibra orgánica, alimentando en un extrusor de tornillo doble de aproximadamente 10 % en peso a alrededor de 60% en peso de un relleno inorgánico, extruyendo la resina basada en polipropileno, dicha fibra orgánica y el relleno inorgánico a través del extrusor de tornillo doble para formar una fusión de material mixto de polipropileno reforzadas con fibras, enfriando la fusión de material mixto de polipropileno reforzadas con fibras para formar un material mixto de polipropileno reforzadas con fibras sólidas, y formando en pellas dicha fibra sólida reforzada con material mixto de polipropileno para formar una resina mixta de. polipropileno reforzada con fibras. Numerosas ventajas resultan de los materiales mixtos de fibras de polipropileno ventajosas, el método de formación descrito en la presente y usos/aplicaciones de los mismos . Por ejemplo, en modalidades ilustrativas de la presente descripción, los materiales mixtos de fibras de polipropileno descritos exhiben resistencia al impacto instrumentado mejoradas. En una modalidad ilustrativa adicional de la presente descripción, los materiales mixtos de fibras de polipropileno descritos exhiben módulo de flexión mejorados. En una modalidad ilustrativa adicional de la presente descripción, los materiales mixtos de fibras de polipropileno descritos no se asignan durante la prueba de impacto instrumentado.

En aún una modalidad ilustrativa adicional de la presente descripción, los materiales mixtos de fibras de polipropileno descritas exhiben extracción de fibras durante la prueba de impacto instrumentadas sin la necesidad de aditivos lubricantes. En aún una modalidad ilustrativa adicional de la presente descripción, los materiales mixtos de fibras de polipropileno descritas exhiben una temperatura de distorsión comparada con polipropileno endurecido con hule. En aún una modalidad ilustrativa adicional de la presente descripción, los materiales mixtos de fibras de polipropileno descritas exhiben un coeficiente de flujo inferior y contraflujo de expansión lineal térmica comparado con polipropileno endurecido con hule. En otra modalidad ilustrativa de la presente descripción, el proceso descrito para formar pellas mixtas de polipropileno reforzadas con fibras exhibe la capacidad de alimentar continua y precisamente la fibra orgánica en un extrusor de formación de compuestos de tornillo doble. En otra modalidad ilustrativa de la presente descripción, el proceso descrito para formar pellas mixtas de polipropileno reforzadas con fibras exhibe dispersión uniforme de la fibra orgánica en las pellas. En otra modalidad ilustrativa de la presente descripción, el proceso descrito para formar pellas mixtas de polipropileno reforzadas con fibras exhibe las propiedades mecánicas benéficas impartidas por la fibra orgánica en las pellas . Estas y otras ventajas, aspectos y atributos de los materiales mixtos de fibras de polipropileno y método para crear la presente descripción y sus aplicaciones y/o usos ventajosos serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, particularmente cuando se leen junto con las figuras anexas a la misma.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para ayudar a los expertos en la técnica relevante para formar y usar el contenido de la misma, se hace referencia a los dibujos anexos, en donde: La Figura 1 describe el régimen de alimentación a través de un alimentador gravimétrico para fibra PET cortada de 6.35 mm (método de la técnica anterior) . La Figura 2 describe un esquema ilustrativo del método para formar materiales mixtos de polipropileno reforzado con fibras de la presente invención. La Figura 3 describe un esquema ilustrativo de un extrusor de tornillo doble con un puerto de alimentación corriente abajo para formar materiales mixtos de polipropileno reforzados con fibra de la presente invención.

La Figura 4 describe un esquema ilustrativo de una configuración de tornillo extrusor de tornillo doble para formar materiales mixtos de polipropileno reforzados con fibra de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INV?NCIÓN La presente invención se refiere a composiciones de polipropileno reforzado con fibras mejoradas y método para formar las mismas para usarse en aplicaciones de moldeo. Las composiciones de polipropileno reforzadas con fibras de la presente invención se distinguen sobre la técnica anterior dado que comprenden una combinación de una matriz basada en polipropileno con fibra orgánica y relleno inorgánico, que en combinación producen ventajosamente artículos moldeados de las composiciones con un módulo de flexión de por lo menos 21090 kg/cm2 y ductilidad durante prueba de impacto instrumentado (24.141 km/hr, -29°C, 11.34 kg) . Las composiciones de polipropileno reforzadas con fibras de la presente invención también pueden distinguirse sobre la técnica anterior dado que comprenden un polímero de matriz basada en polipropileno con un régimen de flujo de alta fusión ventajoso sin sacrificar resistencia al impacto. Además, las composiciones de polipropileno reforzadas con fibra de la presente invención no se astillan durante la prueba de impacto instrumentado. El proceso para formar las composiciones de polipropileno reforzadas con fibras de la presente invención pueden distinguirse sobre la técnica anterior alimentando continuamente la fibra orgánica en la tolva de alimentación del extrusor de tornillo doble. Las composiciones de polipropileno reforzadas con fibras de la presente invención tienen simultáneamente rigidez deseable, medida teniendo un módulo de flexión de por lo menos 21090 kg/cm2, y dureza, medido por la ductilidad exhibida durante la prueba del impacto instrumentada. En una modalidad particular, las composiciones tienen un módulo de flexión de por lo menos 24605 kg/cm2, o por lo menos 26011 kg/cm2, o por lo menos 27417 kg/cm2, o por lo menos 28120 kg/cm2, o por lo menos 31635 kg/cm2. Aún más particularmente, las composiciones tienen un módulo de flexión de por lo menos 42180 kg/cm2 o por lo menos 56240 kg/cm2. También se piensa que teniendo una interfase débil entre la matriz de polipropileno y la fibra contribuye a la extracción de la fibra; y, por lo tanto, puede mejorar la dureza. Por lo tanto, no es necesario agregar polipropilenos modificados para mejorar la unión entre la fibra orgánica y la matriz de polipropileno, aunque el uso de polipropileno modificado puede ser ventajoso para mejorar la unión entre un relleno tal como talco o volastonita y la matriz. Además, en una modalidad, no es necesario agregar lubricante para debilitar la interfase entre el polipropileno y la fibra orgánica para mejorar más la extracción de las fibras. Algunas modalidades tampoco exhiben astillamiento durante la prueba de impacto de dardo instrumentada, lo cual le da una ventaja adicional al no someter a una persona en proximidad estrecha al impacto a fragmentos astillados que dañan potencialmente. Las composiciones de la presente invención incluyen generalmente por lo menos 30% en peso, basado en el peso total de la composición, de polipropileno como la resina de matriz. En una modalidad particular, el polipropileno está presente en una cantidad de por lo menos 30% en peso, o por lo menos 35% en peso, o por lo menos 40 % en peso, o por lo menos 45% en peso, o por lo menos 50% en peso, o en una cantidad dentro de la escala que tiene un límite inferior de 30 % en peso , o 35% en peso, o 40% en peso o 45% en peso o 50 % en peso, o un límite superior de 75% en peso, o 80 % en peso, basado en el peso total del la composición. En otra modalidad, el polipropileno esta presente en una cantidad de por lo menos 25% en peso. El polipropileno usado como la resina de matriz no se restringe particularmente y generalmente se selecciona del grupo que consiste de homopolímeros de propileno, copolímeros aleatorios de propileno-etileno, copolímeros aleatorios de propileno-a-olefina, copolímeros de bloque de propileno, copolímeros de impacto de propileno, y sus combinaciones. En una modalidad particular, el polipropileno es un homopolímero de propileno. En otra modalidad particular, el polipropileno es un copolímero de impacto de propileno que comprende de 78 a 95 % en peso de homopolipropileno y de 5 a 22 % en peso de hule de etileno-propileno, basado en el peso total del copolímero de impacto. En un aspecto particular de esta modalidad, el copolímero de impacto de propileno comprende de 90 a 95% en peso de homopolipropileno y de 5 a 10 % en peso de hule de etileno-propileno, basado en el peso total del copolímero de impacto. El polipropileno de la resina de matriz puede tener un régimen de flujo de fusión de aproximadamente 20 a alrededor de 1500 g/10 min. En una modalidad particular, el régimen de flujo de fusión de la resina de matriz de polipropileno es mayor a 100 g /10 min, y aún más particularmente mayor a o igual a 400 g/10 min. En aún otra modalidad, el régimen de flujo de fusión de la resina de matriz de polipropileno es de aproximadamente 1500 g / 10 min. El régimen de flujo de fusión superior permite mejoras en el proceso, regímenes de rendimiento y niveles de carga superior de fibra orgánica y relleno inorgánico sin impactar negativamente el módulo de flexión y resistencia al impacto. En una modalidad particular, el polipropileno de matriz contiene menos de 0.1 % en peso de un modificador, basado en el peso total del polipropileno. Los modificadores normales incluyen, por ejemplo, ácidos carboxílicos insaturados, tales como ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido maleico, ácido itacónico, ácido fumárico o esteres de los mismos, anhídrido maleico, anhídrido itacónico y derivados del mismo. En otra modalidad particular, el polipropileno de matriz no contiene un modificador. En aun otra modalidad particular, el polímero basado en polipropileno incluye además de aproximadamente 0.1 % en peso de menos de aproximadamente 10 % en peso de un polímero basado en polipropileno modificado con un agente de injerto. El agente de injerto incluye, pero no se limita a, ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido maleico, ácido itacónico, ácido fumárico o esteres de los mismos, anhídrido maleico, anhídrido itacónico y sus combinaciones. El polipropileno además puede contener aditivos conocidos comúnmente en la materia, tales como dispersante, lubricante, retardador de flama, antioxidante, agente antiestático, estabilizador luminoso, absorbedor de luz ultravioleta, negro de carbono, agente de nucleación, plastificante y agente colorante tal como colorante o pigmento. La cantidad de aditivo, si está presente, en la matriz de polipropileno generalmente es de 0.5 % en peso o 2.5 % en peso, a 7.5 % en peso, o 10 % en peso, basado en el peso total de la matriz. La difusión de los aditivos durante el proceso puede ocasionar que una porción de los aditivos esté presente en la fibra. La invención no se limita por ningún método de polimerización particular para producir el polipropileno de matriz y los proceso de polimerización descritos en la presente no se limitan por cualquier tipo particular de recipiente de reacción. Por ejemplo, el polipropileno de matriz se puede producir usando cualquiera de los procesos bien conocidos de polimerización de solución de polimerización de lechada, polimerización de volumen, polimerización de fase gaseosa y combinaciones de los mismos. Además, la invención no se limita a algún catalizador particular para formar el polipropileno, y por ejemplo, puede incluir catalizadores de Ziegler-Natta o metaloceno. Las composiciones de la presente invención incluyen generalmente por lo menos 10 % en peso, basado en el peso total de la composición, de una fibra orgánica. En una modalidad particular, la fibra está presente en una cantidad de por lo menos 10 % en peso, o por lo menos 15 % en peso, o por lo menos 20 % en peso, o en una cantidad dentro de la escala que tiene un límite inferior de 10 % en peso, o 15 % en peso, o 20 % en peso y un límite superior de 50 % en peso, o 55 % en peso, o 50 % en paso o 70 % en peso, basado en el peso total de la composición. En otra modalidad, la fibra orgánica está presente en una cantidad de por lo menos 5 % en peso y hasta 40 % en peso. El polímero usado como la fibra de refuerzo no se restringe particularmente y generalmente se selecciona del grupo que consiste de tereftalatos de polialquileno, naftalatos de polialquileno, poliamidas, poliolefinas, poliacrilonitrilo y sus combinaciones. En una modalidad particular, la fibra comprende un polímero seleccionado del grupo que consiste de tereftalato de polietileno PET) , tereftalato de polibutileno, poliamida y acrílico. En otra modalidad particular, la fibra orgánica comprende PET. En una modalidad, la fibra orgánica es una sola fibra de componentes. En otra modalidad, la fibra es una fibra de múltiples componentes en donde la fibra se forma de un proceso en donde la fibra se forma de un proceso en donde por lo menos dos polímeros se extruyen de extrusores separados y soplados por fusión o centrifugados juntos para formar una fibra. En un aspecto particular de esta modalidad, los polímeros usados en la fibra de refuerzo de múltiples componentes son sustancialmente iguales. En otro aspecto particular de esta modalidad, los polímeros usados en la fibra de refuerzo de múltiples componentes son diferentes entre ellos. La configuración de la fibra de refuerzo de múltiples componentes puede ser, por ejemplo, una disposición de cubierta/núcleo, una disposición de lado a lado, una disposición de pie, una disposición de islas en el mar, o una variación de las mismas. La fibra de refuerzo también puede extraerse para mejorar las propiedades mecánicas vía la orientación y subsiguientemente recocerse a temperaturas elevadas, pero debajo del punto de fusión cristalino para reducir el encogimiento y mejorar la estabilidad dimensional a temperatura elevada. La longitud y diámetro de las fibras de la presente invención no se restringen particularmente. En una modalidad particular, las fibras tienen una longitud de 6.35 mm, o una longitud dentro de la escala que tiene un límite inferior de 3.175 mm, o 4 mm, y un límite superior de 7.62 mm o 12.7 mm. En otra modalidad particular, el diámetro de las fibras está dentro de la escala que tiene un límite inferior a 10 µm y un límite superior de 100 µm. La fibra además puede contener aditivos conocidos comúnmente en la materia, tal como dispersante, lubricante, retardador de flama, antioxidante, agente antiestático, estabilizador luminoso, absorbedor de luz ultravioleta, negro de carbono, agente de nucleación, plastificante, y agente colorante tal como colorante o pigmento. La fibra usada para formar las composiciones de la presente invención no se limita por ninguna forma de fibra particular. Por ejemplo, la fibra puede tener la forma de hilo de filamento continuo, hilo parcialmente orientado, o fibra básica. En otra modalidad, la fibra puede ser una fibra de múltiples filamentos continuos o una fibra de monofilamentos continuos. Las composiciones de la presente invención incluyen opcionalmente relleno inorgánico en una cantidad de por lo menos 1 % en peso, o por lo menos 5 % en peso, o por lo menos 10 % en peso, o en una cantidad dentro de la escala que tiene un límite inferior de 0 % en peso, o 1 % en peso, o 5 % en peso, o 10 % en peso, 15 % en peso y un límite superior de 25 % en peso, o 30 % en peso, o 35 % en peso o 40 % en peso, basado en el peso total de la composición. En aún otra modalidad, el relleno inorgánico puede incluirse en el material mixto de fibra de polipropileno en la escala de 120 % en peso a alrededor de 60 % en peso. En una modalidad particular, el relleno inorgánico se selecciona del grupo que consiste de talco, carbonato de calcio, hidróxido de calcio, sulfato de bario, mica, silicato de calcio, arcilla, caolín, sílice, alúmina, volastonita, carbonato de magnesio, hidróxido de magnesio, óxido de titanio, óxido de zinc, sulfato de zinc, y combinaciones de los mismos. El talco puede tener un tamaño de aproximadamente 1 a alrededor de 100 mieras. En una modalidad particular, una carga alta de talco de hasta aproximadamente 60 % en peso, el material mixto de fibra de polipropileno exhibió un módulo de flexión de por lo menos aproximadamente 52725 kg/cm2, y no se astilla durante la prueba de impacto instrumentada (15 rph, -29°C, 11.34 kg) . En otra modalidad particular, a una carga de talco baja de tan bajo como 10 % en peso, el material mixto de fibras de polipropileno exhibió un módulo de flexión de por lo menos aproximadamente 22847.5 kg/cm2 y no se astilló durante la prueba de impacto instrumentada (15 rph, -29°C, 11.34 kg) . Además, las caras de volastonita de 10 % en peso a 60 % en peso en el material mixto de fibra de polipropileno dieron una combinación sobresaliente de resistencia al impacto y rigidez. En otra modalidad particular, una composición de polipropileno reforzada con fibra incluyen una resina basada en polipropileno con un régimen de flujo de fusión de 80 a 1500, de 10 a 15% en peso de fibra de poliéster y de 50 a 60 % en peso del relleno inorgánico exhibió un módulo de flexión de 59755 a 84360 kg/cm2 y no se destruye durante la prueba de impacto instrumentada a - 20 grados centígrados, probado a 11.34 kg y 6.706 M/seg. El relleno inorgánico incluye, pero no está limitado a, talco y volastonita. Esta combinación de rigidez y dureza es difícil de lograr en un material con base polimérica. Además, la composición de polipropileno reforzada con fibra tiene una temperatura de distorsión de calor a 4.64 kg/cm2 de 140 grados centígrados y un coeficiente de flujo y contraflujo de expansión térmica lineal de 2.2 x 10"5 y 3.3 x 10"5 por grado centígrado respectivamente. En comparación, el polipropileno endurecido con hule tiene una temperatura de distorsión por calor de 94.6 grados centígrados y un coeficiente de expansión térmica de flujo y contraflujo de 10 x 10 ~5 y 18.6 x 10"5 por grado centígrado respectivamente. Los artículos de la presente invención están hechos formando la composición de polipropileno reforzadas con fibras en una resina y luego moldeando por inyección la composición de resina para formar el artículo. Para lograr una sensación de superficie en el artículo, la superficie del molde también puede tener una superficie texturizada. La invención no se limita a ningún método particular para formar las composiciones. Por ejemplo, las composiciones se pueden formar poniendo en contacto el polipropileno, fibra de refuerzo orgánica, fibra de colorante y relleno inorgánico opcional en cualquiera de los procesos bien conocidos de formación de compuestos por pultrusión o extrusión. En una modalidad particular, las composiciones están formadas en un proceso de formación de compuestos por extrusión. En un aspecto particular de esta modalidad, las fibras orgánicas se cortan antes de colocarse en la tolva extrusora. En otro aspecto particular de esta modalidad, las fibras orgánicas se alimentan directamente de una o más bobinas en la tolva del extrusor. Los artículos hechos de las composiciones descritas en la presente incluyen, pero no están limitada a partes automotrices, los aparatos domésticos, y cascos de botes.

La Figura 2 describe un esquema ilustrativo del proceso para formar los materiales mixtos de polipropileno reforzados de fibras de la presente invención. La resina basada en polipropileno 10, relleno inorgánico 12, y fibra orgánico 14 desenrollados continuamente de una o más bobinas 16 se alimentan en la tolva del extrusor 18 de un extrusor de formación de compuestos de doble tornillo 20. La tolva del extrusor 18 se coloca arriba de la garganta del alimentador 19 del extrusor de formación de compuestos de tornillos 20. La tolva del extrusor 18 alternativamente puede proveerse con un taladro (no mostrado) para mezclar la resina basada en polipropileno 10 y el relleno inorgánico 12 antes de introducirlo a la garganta de alimentación 19 del extrusor de formación de compuestos de tornillo doble 20. En una modalidad alternativa, como se describe en la Figura 3, el relleno inorgánico 12 puede alimentarse al extrusor de formación de compuestos de tornillo doble 20 en un puerto de alimentación corriente abajo 27 en el barril del extrusor 26 colocado corriente abajo de la tolva del extrusor 18 mientras la resina basada en polipropileno 10 y la fibra orgánica 1 se miden aún en la tolva del extrusor 18. La resina basada en polipropileno 10 se introduce en la tolva del extrusor 18 vía un sistema de alimentación 30 para controlar precisamente el régimen de alimentación. Similarmente, el relleno inorgánico 12 y se introduce a la tolva del extrusor 18 vía un sistema de alimentación 32, para controlar precisamente el régimen de alimentación. Los sistemas de alimentación 30, 32, pueden ser, pero no se limitan a, sistema de alimentación gravimétrico o sistemas de alimentación volumétrico. Los sistemas de alimentación gravimétricos se prefieren particularmente para controlar precisamente el porcentaje en peso de la resina basada en polipropileno 10, relleno inorgánico 12 siendo alimentado a la tolva del extrusor 18. El régimen de alimentación de la fibra orgánica 14 a la tolva del extrusor 18 se controla por una combinación de la velocidad del tornillo del extrusor, numero de filamentos de fibras y el grosor de cada filamento en una bobina de fibras dada, y el número de bobinas de fibras 16 siendo desenrollado simultáneamente a la tolva del extrusor 18. Mientras es superior la velocidad del tornillo del extrusor medida en revoluciones por minuto (rpms) , mayor será el régimen al cual se alimenta la fibra orgánica 14 al tornillo de formación de compuestos de doble tornillo 20. El régimen al cual se alimenta la fibra orgánica 14 a la tolva del extrusor también se incrementa cuando es mayor el número de filamentos dentro de la fibra de refuerzo orgánica 14 siendo desenrollado de una sola bobina de fibras 16, mientras mayor es el grosor de los filamentos, mayor es el número de bobinas de fibras 16 que se desenrollan simultáneamente y las rotaciones por minuto del extrusor.

El extrusor de formación de compuestos de doble tornillo 20 incluye un motor de impulsión 22, una caja de engranes 24, un barril de extrusor 26 para contener dos tornillos (no mostrados), y un dado de hilo 28. El barril del extrusor 26 se segmenta en un número de zonas de temperatura controlada calientes 28. Como se describió en la Figura 2, el barril del extrusor 26 incluye un total de diez zonas de control de temperatura 28. Los dos tornillos dentro del barril del extrusor 26 del extrusor de formación de compuestos de doble tornillo 20 pueden intercalarse o no intercalarse y pueden rotar en la misma dirección (co-rotando) o rotar en direcciones opuestas (contra-rotando) . Desde una vista de procesamiento, la temperatura de fusión deberá mantenerse por arriba de la resina basada en polipropileno 10, y bastante por debajo de la temperatura de fusión de la fibra de refuerzo orgánica 14, de manera que las propiedades mecánicas impartidas por la fibra orgánica se mantendrá cuando se mezclan en la resina basada en polipropileno 10. En una modalidad ilustrativa, la temperatura de barril de las zonas del extrusor no exceden 154 °C cuando se extruyen el homopolímero PP y la fibra PET, que dieron una temperatura de fusión por arriba del punto de fusión del homopolímero de PP, pero bastante por debajo del punto de fusión de la fibra de PET. En otra modalidad ilustrativa, las temperaturas de barril de las zonas del extrusor se fijan a 185°C o inferior. Un esquema ilustrativo de una configuración de tornillo del extrusor de formación de compuestos de doble tornillo 20 para formar materiales mixtos de polipropileno reforzados con fibras se describe en la Figura 4. La gargantea de alimentación 19 permite la introducción de resina basada en polipropileno, fibra orgánica, y relleno inorgánico en una zona de alimentación del extrusor de formación de compuestos de doble tornillo 20. El relleno inorgánico puede alimentarse opcionalmente al extrusor 20 en el puerto de alimentación corriente abajo 27. Los tornillos dobles 30 incluyen una disposición de las secciones de tornillo interconectadas, incluyendo elementos de transporte 32 y elementos de amasado 34. Los elementos de amasado 34 funcionan para fundir la resina basada en polipropileno, cortar longitudinalmente las fibras de refuerzo orgánicas y mezclar la fusión basada en polipropileno, la fibra orgánica cortada, y relleno inorgánico para formar una mezcla uniforme. Más particularmente, los elementos de amasado funcionan para romper la fibra de refuerzo orgánica en longitudes de fibras de aproximadamente 3.175 mm a aproximadamente 2.54 mm. Una serie de elementos de amasado interconectados 34 se denominan también como un bloque de amasado. La Patente de E.U.A. No. 4,824,256 de Haring, y otros, incorporada aquí por referencia en su totalidad, describe co-rotar los extrusores de tornillo doble con elementos de amasado. La primera sección de elementos de amasado 34 localizados corriente abajo de la garganta de alimentación también se denomina como la zona de fusión del extrusor de formación de compuestos de doble tornillo 20. Los elementos transportadores 32 funcionan para transportar los componentes sólidos, fundir la resina basada en polipropileno, y transportar la mezcla de fusión del polímero basado en polipropileno, relleno inorgánico, fibra de colorante y fibra de refuerzo orgánica corriente abajo hacia el dado de hebras 28 (véase Figura 2) a una presión positiva. La posición de cada una de las secciones de tornillo como se expresa en el número de diámetros (D) desde el inicio 36 de los tornillos del extrusor 30 también se describen en la Figura 4. Los tornillos del extrusor en la Figura 4 tienen una relación de longitud a diámetro de 40/1, y en una posición 32D del inicio 36 de los tornillos 30, se coloca un elemento de amasado 34. La disposición particular de las secciones de amasado o transporte no se limita al descrito en la Figura 4, sin embargo, uno o más bloques de amasado que consisten de un arreglo de elementos de amasado interconectados 34 pueden colocarse en los tornillos dobles 30 en un punto corriente abajo en donde la fibra orgánica y el relleno inorgánico se introducen al barril extrusor. Los tornillos dobles 30 pueden tener una longitud de tornillo igual o longitud de tornillo desigual. Otros sitios de secciones de mezclado también se pueden incluir en los tornillos dobles 30, incluyendo, pero no limitado a, mezcladores Maddock, y mezcladores de perno. Haciendo referencia de nuevo a la Figura 2, la fusión mixta de polipropileno reforzada con fibra mezclada uniformemente que comprende polímero basado en polipropileno 10, relleno inorgánico 12, y fibra de refuerzo orgánica 14 se mide por los tornillos del extrusor a un dado de hebra 28 para formar una o más hebras continuas 40 de fusión mixta de polipropileno reforzada con fibras. Una o más hebras continuas 40 se pasan luego en baño de agua 42 para enfriarlas debajo del punto de fusión de la fusión mixta de polipropileno reforzada con fibras para formar hebras de material mixto de polipropileno reforzadas con fibras sólidas 44. El baño de agua 42 normalmente se enfría y controla a una temperatura constante bastante por debajo del punto de fusión del polímero basado en polipropileno. Las hebras de material mixto de polipropileno reforzadas con fibras sólidas 44 luego se pasan en un formador de pellas o unidad de formación de pellas 46 para cortarlas en resina de material mixto de polipropileno reforzadas con fibras 48 midiendo desde aproximadamente 6.35 mm a alrededor de 2.54 m de longitud. La resina de material mixto de polipropileno reforzada con fibras 48 puede acumularse entonces en cajas 50, barriles, o transportarse alternativamente en silos para su almacenamiento . La presente invención se ilustra además por medio de los siguientes ejemplos y las ventajas de la misma sin limitar el alcance de los mismos.

Métodos de Prueba Las composiciones de polipropileno reforzadas con fibras descritas en la presente fueron moldeadas por inyección a una presión de 161.69 kg/cm2, 401°C a todas las zonas de calentamiento así como la boquilla, con una temperatura de molde de 60 °C. Los datos del módulo de flexión se generaron para muestras moldeadas inyectadas producidas de las composiciones de polipropileno reforzadas con fibras descritas en la presente usando el procedimiento normal ISO 178. Los datos de la prueba de impacto instrumentada se generaron para muestras de molde inyectado producidas de las composiciones de polipropileno reforzadas con fibra descritas en la presente usando ASTM D3763. La ductilidad durante la prueba de impacto instrumentada (condiciones de prueba de 24.141 km/hr, -29°C, 11.34 kg) se define por no astillar la muestra.

Ejemplos PP3505G es un homopolímero de propileno comercialmente disponible de Exxon Mobil Chemical Company de Baytown, Texas. El MFR (2.16 kg, 230°C) de PP3505G se mide de acuerdo con ASTM D1238 para ser de 400 g/10 min. PP7805 es un copolímero de impacto de propileno de 80 MFR comercialmente disponible de Exxon Mobil Chemical Company de Baytown, Texas. PP8114 es un copolímero de impacto de propileno de 22 MFR conteniendo hule de etileno-propileno y un plastómero y está comercialmente disponible de Exxon Mobil Chemical Company de Baytown, Texas. PP8224 es un copolímero de impacto de propileno de 25 MFR conteniendo hule de etileno-propileno y un plastómero y está comercialmente disponible de Exxon Mobil Chemical Company de Baytown, Texas. PO1020 es homopolímero de polipropileno funcionalizado de anhídrido maleico de 430 MFR conteniendo anhídrido maleico de 0.5-1.0 por ciento en peso. Cimpact CB7 es un talco modificado en su superficie y V3837 es un talco con alta relación de aspecto, disponibles de Luzenac America Inc. de Englewood, Colorado.

Ejemplos Ilustrativos 1-8 Se mezclaron cantidades variables de PP3505G y fibras de poliéster de 6.35 mm de largo obtenidas de Invista Corporation en donde se mezclaron en un extrusor de un solo tornillo Haake a 175 °C. La hebra que salió del extrusor se cortó en longitudes de 12.7 mm y se moldearon por inyección usando moldeador de inyección Boy de 45.3 kg a 205°C en un molde mantenido a 60°C. Las presiones por inyección y presiones de boquilla se mantuvieron a 161.69 kg. Las muestras se moldearon de acuerdo con la geometría de ASTM D3763 y se probaron para impacto instrumentado bajo condiciones automotrices normales para partes interiores (11.34 kg, a 24.141 km/hr, a -29°C) . Los resultados totales de energía absorbida de impacto se dan en la Tabla 1. Tabla 1 * Ejemplos 1-6: las muestras no se astillan o dividen como resultado del impacto, sin que se salgan piezas del espécimen. ** Ejemplo 7: las piezas se separan de la muestra como resultado del impacto *** Ejemplo 8: las muestras se astillan completamente como resultado del impacto. Ejemplos Ilustrativos 9-14 En los Ejemplos 9-11, 35% en peso de PP7805, 20 % en peso de talco Cimpact CB7, y 45 % en peso de fibras de poliéster de 6.35 mm de largo de Invista Corporation, se mezclaron en un extrusor de doble tornillo Haake a 175°C. La hebra que salió del extrusor se cortó en longitudes de 12.7 mm y se moldearon por inyección usando un moldeador de inyección Boy de 49985.618 kg a 205°C en un molde mantenido a 60°C. Las presiones de inyección y presiones de boquillas se mantuvieron a 161.69 kg/cm2. Las muestras se moldearon de acuerdo con la geometría de ASTM D3763 y se probaron para impacto instrumentado. Los resultados de energía total absorbida e impacto se dan en la Tabla 2. En los ejemplos 12-14, se extruyó PP8114 y se moldearon por inyección bajo las mismas condiciones que aquellas para los Ejemplo 9-11. La energía total absorbida y los resultados de impacto se dan en la Tabla 2.

Tabla 2 * Ejemplos 9-12: las muestras no se astillaron o dividieron como resultado de impacto, sin que se soltaran piezas del espécimen. ** Ejemplos 13-14: las muestras se astillaron como resultado de impacto.

Ejemplos Ilustrativos 15-16 Un extrusor de doble tornillo de 27 mm Leistritz ZSE27 HP-60D con una relación de longitud a diámetro de 40:1 se adaptó con seis pares de elementos de amasado de 30.48 cm desde la salida del dado. El dado fue de 6.35 mm de diámetro. Las hebras de fibras de refuerzo de PET de 27,300 denier se alimentaron directamente de las bobinas en la tolva del extrusor, junto con PP7805 y talco. Los elementos de amasado en el extrusor separaron la fibra in situ. La velocidad del extrusor fue de 400 revoluciones por minuto y las temperaturas a través del extrusor se mantuvieron a 190°C. El moldeo por inyección se realizó bajo condiciones similares a aquellas descritas para los Ejemplos 1-14. Las propiedades mecánica y física de la muestra se midieron y se compararon en la Tabla 3 con las propiedades mecánica y física de PP8224. La prueba de impacto instrumentado mostraron que en ambos ejemplos no hubo evidencia de división o astillado, sin que las piezas se salieran del espécimen. En la prueba Charpy con muescas, el espécimen de PP7805 reforzada con fibras de PET solo se separó parcialmente y el espécimen PP8224 se separó por completo. Tabla 3 Ejemplos Ilustrativos 17-18 En los Ejemplos 17-18, 30% en peso de PP3505G o PP8224, 15% en peso de fibras con poliéster de 6.35 mm de largo obtenidas de Invista Corporation, y 45 % en peso de talco V3837 se mezclaron en un extrusor de tornillo doble Haake a 175°C. La hebra que salió del extrusor se cortó en longitudes de 12.7 mm y se moldearon por inyección usando un moldeador de inyección Boy de 49985.618 kg a 205°C en un molde mantenido a 60°C. Las presiones de inyección y presiones de boquilla se mantuvieron a 161.69 kg/cm3. Las muestras se moldearon de acuerdo con la geometría de ASTM D3763 y se probaron para módulo de flexión. Los resultados del módulo de flexión se dan en la Tabla 4.

Tabla 4 La matriz PP8114 endurecida con hule con fibras de PET y talco exhibieron valores de impacto inferiores al homopolímero PP3505. Este resultado es sorprendente, debido a que la matriz endurecida con hule sola es bastante más dura que el homopolímero PP3505 de peso molecular bajo solo a todas las temperaturas bajo cualquier condición de impacto. En ambos ejemplos anteriores, los materiales no exhibieron astillado.

Ejemplos Ilustrativos 19-24 En los Ejemplos 19-24, 25-75 % en peso PP3505G, 15% en peso de fibras de poliéster de 6.35 mm de largo obtenidas de Invista Corporation, y 10-60% en peso de talco V3837 se mezclaron en el extrusor de doble tornillo Haake a 175°C. La hebra que salió del extrusor se cortó en longitudes de 12.7 mm y se moldearon por inyección usando un moldeador de inyección Boy de 49985.618 kg a 205°C en un molde mantenido a 60°C. Las presiones de inyección y presiones de boquilla se mantuvieron a 161.69 kg/cm2. Las muestras se moldearon de acuerdo con la geometría de ASTM D3763 y se probaron para módulo de flexión. Los resultados del módulo de flexión se dan en la Tabla 5.

Tabla 5 Es importante observar que en los ejemplos 19-24, las muestras no exhibieron astillado en la prueba de caída de peso a -29°C, 24.141 km/hr a 11.34 kg.

Ejemplos Ilustrativos 25-26 Dos materiales, uno que contiene 10% de fibras de poliéster de 6.35 mm, 35% de polipropileno PP3505 y 60% de talco V3837 (ejemplo 25), el otro conteniendo 10% de fibras de poliéster de 6.35 mm, 25% de homopolímero de polipropileno PP3505 (ejemplo 26), 10 % de polipropileno modificado PO1020 se moldearon en un extrusor de doble tornillo Haake a 175°C. Fueron moldeador por inyección en especímenes de tensión del tipo de hoja de 12.7 mm de ancho normal de ASTM A370. Los especímenes se probaron en tensión, con una relación de carga mínima a máxima de 0.1, en tensiones de flexión de 70 y 80% de la tensión máxima.

Tabla 6 La adición del polipropileno modificado se muestra para incrementar la vida de fatiga de estos materiales.

Ejemplos Ilustrativos 27-29 Un extrusor de doble tornillo co-rotador de 27 mm Leistritz con una relación de longitud a diámetro de 40:1 se usó en estos experimentos. La configuración del proceso usada se describió en la Figura 2. La configuración de tornillo usada se describió en la Figura 3, e incluye una disposición de elementos de transporte y amasado. El talco, polipropileno y fibra de PET se alimentaron en la tolva de alimentación del extrusor localizada aproximadamente a dos diámetros desde el inicio de los tornillos del extrusor (19 en la Figura 4). La fibra de refuerzo de PET se alimentó en la tolva del extrusor alimentando continuamente de tolvas múltiples una estopa de fibras de 3100 filamentos, cada filamento teniendo un denier de aproximadamente 7.1. Cada filamento fue de 27 mieras de diámetro, con una gravedad específica de 1.38. El extrusor de doble tornillo corrió a 603 rotaciones por minuto. Usando dos alimentadores gravimétricos, se alimentó polipropileno PP7805 en la tolva del extrusor a un régimen de 9 kg/hora, mientras el talco CB7 se alimentó en la tolva de extrusor a un régimen de 6.8 kg/hora. La fibra de refuerzo de PET se alimentó en el extrusor a 5.4 kg/hora, que se dictó por la velocidad del tornillo y grosor de estopa. El perfil de temperatura de extrusor para las diez zonas 144 °C para zonas 1-3, 133°C para zona 4, 154°C para zona 5, 135°C para zona 6, 123°C para zonas 7-9, y 134 °C para zona 10. El diámetro de dado de hebra en la salida del extrusor fue de 6.35 mm. El extrudado se enfrió en una depresión de agua de 2.4 metros de largo y se formó en pellas a una longitud de 12.7 mm para formar pellas mixtas de PET/PP. El extrudado exhibió diámetro uniforme y fácilmente se podría jalar a través del baño de enfriamiento sin rupturas en el baño de agua o durante la prueba de impacto instrumentado. La composición de las pellas mixtas de PET/PP producidas fue de 42.5 % PP, 25.5 % en peso de PET y 32 % en peso de talco. La resina mixta de PET/PP producida se moldeó por inyección y exhibió las siguientes propiedades: Tabla 7 Ejemplo 27 Gravedad Específica 1.3 Módulo de Tensión, Carga @ 23°C 38093.11 Kg/cm Módulo de Tensión, Carga 85°C 18124.04 Kg/cm Módulo de Flexión, Carga @ 23°C 35503.96 Kg/cm' Modulo de Flexión, Carga @ 23°C 16054.76 Kg/cm HDT @ 0. 5 MPA 116.1°C HDT @ 1.80 MPA 76.6°C Impacto Instrumentado @ 23°C 11.8 J D** Impacto Instrumentado @ -30°C 12.9 J D** ** Falla dúctil con grietas radiales En el ejemplo 28, se usaron los mismos materiales, composición y proceso establecido, excepto que se incrementaron las temperaturas del extrusor a 175°C para todas las zonas de barril del extrusor. Este material mostró ruptura completa en la prueba de impacto instrumentada tanto a 23°C como a - 30°C. Por lo tanto, a un perfil de temperatura de barril de 175°C, las propiedades mecánicas de la fibra de refuerzo de PET se impactaron negativamente durante la formación de compuestos de extrusión de manera que la resina mixta de PET/PP tuvo propiedades de prueba de impacto instrumentadas pobres. En el ejemplo 29, la fibra se alimentó en una tolva colocada 14 diámetros bajo del extrusor (27 en la Figura 4). En este caso, el extrudado producido fue de diámetro irregular y se rompió a un promedio una vez cada minuto dado que se extrajo a través del baño de agua de enfriamiento. Cuando la estopa de fibra de refuerzo de PET se alimentó continuamente corriente abajo de la tolva del extrusor, la dispersión de PET en la matriz de PP se impactó negativamente de manera que no se podría producir un extrudado uniforme, dando como resultado el diámetro irregular y ruptura del extrudado.

Ejemplo Ilustrativo 30 Se uso extrusor con el mismo tamaño y diseño de tornillo como en los ejemplos 27-29. Todas las zonas del extrusor se calentaron inicialmente a 180°C. PP 3505 se mezcló en seco con Jetfine 700 C y PO 1020 se alimentó entonces a 22.6 kg/hora usando un alimentador gravimétrico en la tolva del extrusor localizada aproximadamente a dos diámetros del inicio de los tornillos del extrusor. La fibra de refuerzo de poliéster con un denier de 7.1 y un grosor de 3100 filamentos se alimentó a través de la misma tolva. La velocidad de tornillo del extrusor se ajustó a 596 revoluciones por minuto, dando como resultado un régimen de alimentación de 5.4 kg de fibra por hora. Después de que se obtuvo un extrudado uniforme, todas las zonas de temperatura se disminuyeron a 120°C, y el extrudado se formó en pellas después de que se alcanzaron temperaturas en estado en reposo. La composición final de la mezcla fue de 48% PP 3505, 29.1% Jetfine 700 °C, 8.6% PO 1020 y 14.3% de fibra de refuerzo de poliéster. La resina mixta de PP producida mientras todas las zonas de temperatura del extrusor ajustadas a 120°C se moldearon por inyección y exhibieron las siguientes propiedades : Tabla 8 Ejemplo 30 Módulo de Flexión, Carga @ 23°C 32895.62 Kg/cm2 Impacto Instrumentado @ 23°C 8.0 J D** Impacto Instrumentado @ -30°C 10.4 J D** ** Falla dúctil con grietas radiales Todas las patentes, procedimientos de prueba y otros documentos citados en a presente, incluyendo documentos de prioridad, se incorporan completamente por referencia al grado que dicha descripción no es inconsistente con esta invención y para todas las jurisdicciones en las cuales se permite incorporación. Mientras que las modalidades ilustrativas de la invención se han descrito con particularidad, se entenderá que otras varias modificaciones serán evidentes y pueden hacerse fácilmente por los expertos en la materia sin alejarse del espíritu y alcance de la invención. Consecuentemente, no se pretende que el alcance de las reivindicaciones anexas a la misma se limiten a los ejemplos y descripciones exhibidas en la presente sino que las reivindicaciones se interpreten abarcando todos los aspectos de novedad patentable que residen en la invención, incluyendo todos los aspectos que podrían tratarse como equivalentes de las mismas por los expertos en la materia a la cual pertenece la invención.

Cuando los límites inferiores numéricos y límites superiores numéricos se listan en la presente, se contemplan las variaciones de cualquier límite inferior a cualquier límite superior.

Claims

REIVINDICACIONES

1.- Un proceso para formar una parte automotriz, el proceso que comprende: (a) la formación de formación de una composición para formar un extrudado, en donde la composición comprende por lo menos 30 % en peso de polipropileno, de 10 a 60 % en peso de fibra orgánica, de 5 a 40 % en peso de polipropileno, de 10 a 60 % en peso de fibra orgánica, de 5 a 40 % en peso de relleno inorgánico, y de 0 a 0.1 % en peso de lubricante, basado en el peso total de la composición y en donde la composición tiene un módulo de flexión de por lo menos 2.068 GPa y exhibe ductilidad durante prueba del impacto instrumentada, en donde la fibra orgánica se selecciona del grupo que consiste de tereftalatos de polialquileno, naftalatos de polialquileno, poliamidas, poliolefinas, poliacrilonitrilo y sus combinaciones; y (b) moldeo por inyección del extrudado para formar la parte automotriz.

2.- El proceso de la reivindicación 1, en donde la fibra orgánica se corta antes del paso de formación de compuestos por extrusión.

3.- El proceso de la reivindicación 1, en donde durante el paso de formación de compuestos de extrusión, la fibra orgánica es una fibra continua y se alimenta directamente de una o más bobinas en una tolva de extrusor.

4.- Una parte automotriz hecha por el proceso de la reivindicación 1.

5. - La parte automotriz de la reivindicación 4, en donde la parte automotriz es una defensa de automóvil.

6.- Un proceso para formar un artículo que comprende : (a) por lo menos 30% en peso basado en el peso total de la composición, polímero basado en polipropileno; (b) de 10 a 60 % en peso, basado en el peso total de la composición, fibra orgánica; (c) de 0 a 40 % en peso, basado en el peso total de la composición, relleno inorgánico; y (d) de 0 a 1 % en peso basado en el peso total de la composición, lubricante; en donde la fibra orgánica se selecciona del grupo que consiste de tereftalatos de polialquileno, naftalatos de polialquileno, poliamidas, poliolefinas, poliacrilonitrilo, y sus combinaciones, en donde la composición tienen un módulo de flexión de por lo menos 2.758 GPa, y exhibe ductilidad durante prueba de impacto instrumentada, en donde el proceso comprende los pasos de: (a) formar en compuestos por extrusión la composición para formar un extrudado; y (b) moldeo por inyección del extrudado para formar el artículo.

7. - El proceso de la reivindicación 6, en donde la fibra orgánica se corta antes del paso de formación de compuestos de la extrusión.

8.- El proceso de la reivindicación 6, en donde durante el paso de formación de compuestos de la extrusión, la fibra orgánica es una fibra continua y se alimenta directamente de una o más bobinas en una tolva del extrusor.

9.- Una parte automotriz hecha por el proceso de la reivindicación 8.

10.- La parte automotriz de la reivindicación 9, en donde la parte automotriz es una defensa de automóviles.

11.- Un proceso para formar pellas mixtas de polipropileno reforzadas con fibras que comprende los siguientes pasos: (a) alimentar en una tolva de extrusor de doble tornillo de por lo menos 25% en peso de una resina basada en polipropileno con un régimen de flujo de fusión de 20 a 1500 g/10 minutos, (b) alimentar continuamente desenrollando de una o más bobinas en dicha tolva de extrusor de tornillo doble de 5 % en peso a 40 % en peso de una fibra orgánica; (c) alimentar en dicho extrusor de tonillo doble de 10% en peso a 60% en peso de un relleno inorgánico; (d) extruir la resina basada en polipropileno, la fibra de refuerzo orgánico, y el relleno inorgánico a través de dicho extrusor de tonillo doble para formar una fusión mixta de polipropileno reforzada con fibra; (e) enfriar la fusión mixta de polipropileno reforzada de fibra para formar una composición de polipropileno sólido; y (f) formar en pellas dicha composición de polipropileno reforzada con fibra sólida para formar una de resina de polipropileno reforzada con fibras.

12.- El proceso de la reivindicación 11, en donde un artículo moldeado de la resina mixta reforzada con fibras tiene un módulo de flexión de por lo menos 2.068 GPa y exhibe ductilidad durante prueba de impacto instrumentada.

13.- El proceso de la reivindicación 11, en donde el polipropileno basado en resina se selecciona del grupo que consiste de homopolímeros de polipropileno, copolímeros aleatorios de propileno-etileno, copolímeros aleatorios de propileno-a-olefina, copolímero de impacto de propileno, y sus combinaciones.

14.- El proceso de la reivindicación 13, en donde la resina basada en polipropileno es homopolímero de polipropileno con un régimen de flujo de fusión de 150 a 1500 g/10 minutos.

15.- El proceso de la reivindicación 11, en donde dicha resina basada en polipropileno comprende además de 0.1 % en peso a menos de 10 % en peso de un polímero basado en polipropileno modificado con un agente de injerto, en donde dicho agente de injerto se selecciona del grupo que consiste de ácido acrílico, ácido metacróilico, ácido maleico, ácido itacónico, ácido fumárico o esteres del mismo, anhídrido maleico, anhídrido itacónico, y sus combinaciones.

16.- El proceso de la reivindicación 11, que comprende además el paso de alimentar de 0.01 a 0.1 % en peso de lubricante, basado en el peso total de las pellas mixtas de polipropileno reforzados con fibras, en donde le lubricante se selecciona del grupo que consiste de aceite de silicón, goma de silicón, amida grasa, aceite de parafina, cera de parafina y aceite de éster.

17.- El proceso de la reivindicación 11, en donde la fibra orgánica se selecciona del grupo que consiste de tereftalatos de polialquileno, naftalatos de polialquileno, poliamidas, poliolefinas, poliacrilonitrilo y sus combinaciones.

18.- El proceso de la reivindicación 17, en donde la fibra orgánica es tereftalato de polietileno.

19.- El proceso de la reivindicación 11, en donde el relleno inorgánico se selecciona del grupo que consiste de talco, carbonato de calcio, hidróxido de calcio, sulfato de bario, mica, silicato de calcio, arcilla, caolín, sílice, alúmina, volastonita, carbonato de magnesio, hidróxido de magnesio, óxido de titanio, óxido de zinc, sulfato de zinc, y sus combinaciones.

20.- El proceso de la reivindicación 19, en donde el relleno inorgánico es talco o volastonita.

21.- El proceso de la reivindicación 11, en donde el paso de alimentar una resina basada en polipropileno en dicha tolva de extrusor de tornillo doble es con el uso de un sistema de alimentación gravimétrico.

22.- El proceso de la reivindicación 11, en donde el paso de alimentar un relleno inorgánico en dicho extrusor de tornillo doble comprende además alimentar al relleno inorgánico en dicha tolva de extrusor de tornillo vía un sistema de alimentación gravimétrico o alimentar dicho relleno inorgánico en el extrusor de tornillo doble en un puerto de inyección corriente abajo vía un sistema de alimentación gravimétrico.

23.- El proceso de la reivindicación 11, e donde el extrusor de tornillo doble comprende dos tornillos de extrusor configurados con elementos de tornillo interconectados para tener una zona de alimentación, una zona de fusión, o una o más secciones de mezclado, una o más secciones de descompresión y una o más secciones de transporte.

24.- El proceso de la reivindicación 23, en donde los tornillos de extrusor son de un tipo de tornillo co-giratorio de malla interna, de malla interna girando en sentido contrario, o sin malla intermedia girando en sentido contrario.

25.- El proceso de la reivindicación 23, en donde dichas secciones de mezclado comprenden uno o más bloques de amasado colocados a lo largo de la longitud de dichos dos tornillos de extrusor.

26.- El proceso de la reivindicación 25, en donde uno o más bloques de amasado comprenden una serie de elementos de amasado interconectadas.

27.- El proceso de la reivindicación 25, en donde una o más secciones de mezclado cortan la fibra orgánica en longitudes de fibras de 3.18 mm a 25.4 mm.

28.- El proceso de la reivindicación 11, en donde el paso de enfriar la fusión mixta de polipropileno reforzada con fibras para formar un material mixto de polipropileno reforzadas con fibras sólidas pasa continuamente hebras del material mixto de polipropileno reforzado con fibras a través de un baño de agua fría.

29.- El proceso de la reivindicación 11, en donde el paso de formación en pellas de dicho material mixto de polipropileno reforzado con fibras sólidas para formar una resina mixta de polipropileno reforzada con fibras pasa continuamente al material mixto de polipropileno reforzado con fibras sólidas a través de una unidad de formación de pellas .

30.- El proceso de la reivindicación 29, en donde la resina de material mixto de polipropileno reforzado con fibras comprende pellas de 6.35 mm a 25.4 mm de longitud.

31.- El proceso de la reivindicación 11, en donde el extrusor de tornillos dobles comprende puntos fijos de zona de control de temperatura de barril de menos de o igual a 185°C.

32.- El proceso de la reivindicación 31, en donde dicho extrusor comprende puntos fijos de zona de control de temperatura de barril de menos de o igual a 165 °C.

33.- El proceso de la reivindicación 32, en donde un artículo moldeado de dicha resina mixta reforzada de fibras tiene un módulo de flexión de por lo menos 2.068 GPa y exhibe ductilidad durante la prueba de impacto instrumentada.

34.- El proceso de la reivindicación 28, en donde la fusión mixta de polipropileno reforzado de fibras no se rompen cuando se transporta a través del baño de agua fría.