MX2010010481A - Metodo para la fabricacion de un articulo de nucleo espumado clase "a". - Google Patents

Abstract

El método para fabricar un artículo que tiene una superficie, una costra y un núcleo incluye cerrar una primera porción de molde sobre, un sello compresible. El sello se coloca entre las porciones de molde primera y segunda. Las porciones definen una cavidad de molde presurizable que tiene un puerto de inyección y un respiradero separados. La cavidad de molde se presuriza a una primera presión mayor que la presión atmosférica. El plástico fundido y un agente soplador que se inyectan forman celdas de gas dentro de la mezcla. Las celdas de gas tienen una presión interna que excede la primera presión. Después de esperar durante un primer periodo, el gas presurizado se ventila para un segundo periodo a una tasa suficiente para romper las celdas de gas que forman una costra adyacente a la pared de la cavidad del molde. La costra define una cavidad de núcleo rellena con la mezcla espumada, la cual se solidifica. Las porciones de molde se separan liberando el artículo.

Description

MÉTODO PARA LA FABRICACIÓN DE UN ARTÍCULO DE NÚCLEO ESPUMADO CLASE "A" REFERENCIA CRUZADA A LAS SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional de E. U. Serie No.61/039, 489 presentada el 26 de Marzo de 2008.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 1. Campo de la Invención La presente invención se refiere al método para la fabricación de un articulo de núcleo espumado con una superficie visible Clase A y con refuerzos estructurales integrales sobre la superficie posterior no visible superior a las capacidades de fabricación actuales. 2. Técnica Antecedente Los diseñadores con frecuencia utilizan partes de plástico como reemplazos de partes metálicas para tomar ventaja de la mayor libertad de diseño que pueden dar las partes moldeadas y reducir el peso y costo del articulo. El proceso de moldeo por inyección se utiliza para producir tales artículos de plástico. Pero cuando se moldean por inyección artículos relativamente grandes, tal como las pesadas fascias de camiones, la fuerza de sujeción necesaria para sellar el molde e inyectar la cantidad de material plástico que se requiere para llenar la cavidad del molde, - - requiere tremendas presiones para producir una pieza utilizable. Los moldes para inyección y las máquinas para moldeo que pueden producir estas partes son muy grandes y pesados y son extremadamente costosos de adquirir y de operar. Estas piezas de bienes de capital deben amortizarse rutinariamente a través del número de piezas que se producen en ellas. Hasta la fecha, los costos han sido mayores a los que los fabricantes de pesados camiones han estado dispuestos a contraer para sus programas de corta duración y de bajo volumen. Como resultado, los fabricantes han limitado ya sea el tamaño de las partes de las partes que se moldean por inyección o han optado por otros procesos menos costosos para producir las partes grandes.

En un esfuerzo para moldear por inyección partes grandes sin el gasto excesivo que se requiere para moldes y máquinas de inyección normales, los fabricantes han producido grandes partes de plástico funcional al inyectar una mezcla de plástico fundida y un agente soplador en la cavidad del molde. Al agregar un agente espumante a la resina de plástico durante el proceso de moldeo por inyección, la acción de formación de espuma crea presión localizada en el empaque interno que fuerza a la masa fundida a llenar la cavidad de la pieza. La adición del agente espumante a la resina fundida expande el volumen de la masa fundida inyectada y reduce asi la cantidad de material utilizado por ciclo de moldeo. Al reducir la densidad de la masa fundida, se reduce también el peso del articulo que se moldea. Un beneficio adicional de agregar el agente soplador a la masa fundida, con la acción de formación de espuma resultante en la cavidad, es que se reduce grandemente la necesidad de una presión extrema de la inyección externa y la presión de sujeción relacionada, para mantener el molde cerrado. El resultado neto es que el proceso de moldeo de alta presión se convierte ahora en un proceso de moldeo de baja presión. A pesar de estos beneficios, existen desventajas que evitan que el proceso de plástico espumado se utilice ampliamente para fabricar partes estructurales Clase A. Estas son: las presiones del empaque interno del proceso de plástico espumado no siempre producen superficies que se encuentren libres de porosidad en la superficie y de deformidades de contracción locales, y debido a los remolinos de espuma sobre superficies de la pieza moldeada, el proceso de plástico espumado no es capaz de producir superficie Clase A deseada que es necesaria para partes visuales.

- - SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un método para fabricar un articulo de núcleo espumado con una superficie visible Clase A y con refuerzos estructurales integrales sobre la superficie posterior no visible superior a las capacidades de fabricación actuales.

El método para utilizarse en la fabricación de un articulo que tiene una superficie, una costra y un núcleo incluye cerrar una primera porción de molde sobre un sello compresible. El sello se coloca entre la primera porción de molde y una segunda porción de molde. Las porciones de molde primera y segunda tiene cada una, una pared que define una cavidad del molde presurizable . La cavidad del molde presurizable tiene una pared de la cavidad del molde, un puerto de inyección y un respiradero. El puerto de inyección y el respiradero se encuentran separados.

El método incluye además presurizar la cavidad del molde utilizando un gas presurizante a una primera presión que es mayor a la presión atmosférica. A través del puerto de inyección, se inyecta una mezcla de plástico fundido y un agente soplador. Se genera un gas del agente soplador para formar celdas de gas dentro de una mezcla. Las celdas de gas tienen una presión interna que excede la primera presión. El método incluye un primer periodo de espera. Durante un segundo periodo después del primer periodo, el gas presurizado se ventila a través del respiradero a una tasa suficiente para romper una porción de la celda de gas a fin de producir celdas rotas. La costra se forma adyacente a la pared de la cavidad del molde utilizando las celdas rotas. La costra define una cavidad de núcleo que se llena con la mezcla. La mezcla entonces se solidifica. La primera porción de molde se separa de la segunda porción de molde a fin de liberar el articulo.

En otra modalidad, el método incluye cerrar la primera porción de molde sobre la segunda porción de molde. Las porciones de molde primera y segunda definen una cavidad presurizable que tiene una pared de la cavidad del molde, un puerto de inyección y un respiradero. El puerto de inyección y el respiradero se encuentran separados. Al menos una porción de molde incluye además un reborde que tiene un ancho. La cavidad del molde se presuriza a una primera presión. Se inyecta una composición plástica a través del puerto de inyección hacia la cavidad del molde. Se proporciona un agente soplador en la composición plástica para formar una mezcla. El agente soplador hace que la composición plástica se espume. La espuma tiene celdas de gas con una presión interna que excede la primera presión. El método incluye esperar durante un primer periodo. La cavidad del molde se ventila hasta una segunda presión que es menor que la presión interna de las celdas de gas. Se reduce la segunda presión a una tasa predeterminada formando una costra que hace contacto con la pared de la cavidad del molde. La costra tiene un grosor. La proporción del ancho del reborde de la cavidad del molde con el grosor de la costra varia desde 50% hasta 300%. La costra define la cavidad de núcleo que se llena con la composición plástica y la mezcla . de gas del agente soplador. La mezcla se solidifica. La primera porción de molde se separa de la segunda porción de molde a fin de liberar el articulo.

En otra modalidad de la invención, el método incluye contra presurizar un molde que tiene paredes que definen una cavidad del molde utilizando un primer gas que tiene una primera presión. El primer gas se proporciona en la cavidad del molde antes de inyectar la composición plástica que contiene un agente soplador que puede descomponerse. El agente soplador se descompone creando un segundo gas que tiene una segunda presión. La primera presión excede la segunda presión. La composición plástica se expande en la cavidad del molde al reducir la primera presión hasta una tercera presión. La tercera presión varia de la presión atmosférica hasta menos de la primera presión.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA(S) MODALIDAD (ES) PREFERIDA(S) Excepto en los ejemplos de operación o en donde se indique expresamente de otro modo, todos los números en esta descripción que indican cantidades de material, condiciones de reacción o usos deben entenderse como modificados por la palabra "aproximadamente" al describir el alcance más amplio de la invención. Se prefiere en general la práctica establecida dentro de los limites numéricos. También, a menos que expresamente se establezca lo contrario: los valores de porcentaje y proporción son por peso; un grupo o clase de materiales descritos como adecuados o preferidos para un propósito dado junto con la invención implica que cualquiera de dos o más de estos materiales pueden mezclarse y ser igualmente adecuados o preferidos; los constituyentes descritos en términos químicos se refieren a los constituyentes en el momento de la adición a cualquier combinación especificada en la descripción y no impiden las interacciones químicas entre los constituyentes de la mezcla una vez mezclados; y la primera definición acrónima u otra abreviatura se aplica a todos los usos subsecuentes en la presente de la misma abreviatura y mutatis mutandis (cambiando lo que se tenga que cambiar) a variaciones gramaticales normales de la abreviatura inicialmente definida.

Una modalidad de un método para formar un artículo estructural de espuma moldeada relativamente grande incluye inyectar un plástico fundido que tiene un aditivo de agente soplador en un molde metálico acoplado. Para minimizar las depresiones en la superficie relacionadas con la contracción y reducir la cantidad de fuerza de sujeción necesaria, el artículo se fabrica de plástico espumado. La acción espumante elimina sustancialmente la necesidad del empaquetamiento externo del plástico inyectado para llenar completamente la cavidad del molde. Reducir o eliminar la necesidad de un empaquetamiento externo reduce significativamente el tonelaje de sujeción requerido para moldear por inyección la pieza. Tonelaje de sujeción inferior significa que los artículos con áreas de superficie más grandes pueden moldearse con menos presión de sujeción de la máquina.

El ejemplo de un artículo relativamente grande es un componente para vehículo, especialmente un componente de - - carrocería de camión, tal como una fascia de la defensa. Tal pieza tiene un área de superficie que puede ser de más de 2000 pulgadas cuadradas (12,900 cm2) . El proceso de moldeo por inyección estándar para tal parte, sin ningún agente soplador, requeriría el uso de un molde de acero costoso que es capaz de soportar presiones de sujeción repetidas y extremas y una máquina de moldeo por inyección que tiene un tonelaje de sujeción que varía de al menos 500 toneladas (44,500 kilo Newtons (kN) ) . Entonces, la ventaja del proceso de moldeo de plástico espumado es permitir la fabricación de grandes partes estructurales sin la necesidad de un molde de acero más costoso y sin la necesidad de presiones de sujeción extremas. Debe entenderse que esta combinación de proceso y materiales es adecuada para fabricar artículos que tienen áreas de al menos 100 pulgadas cuadradas (650 cm2) , 500 pulgadas cuadradas (3225 cm2) y 1000 pulgadas cuadradas (6450 cm2) o más.

Una modalidad del proceso inventivo se basa en el uso de una mezcla de material particularmente ventajosa de una matriz de plástico que incluye una resina para moldeo, tal como poliolefina termoplástica (TPO) , como LYONDELLBASELL SEQÜEL #1715, la cual tiene un número de producción de #1980H1. La mezcla incluye un agente soplador químico tal como un agente soplador exotérmico que tiene un agente de nucleación tipo azo. La mezcla puede incluir opcionalmente un agente soplador mecánicamente inyectado tal como un fluido gaseoso o líquido. Los agentes sopladores sirven para generar burbujas de gas en la corriente de fusión del proceso. El grado al cual interactúan estos componentes para formar una corriente de fusión espumada depende de la concentración del agente espumante en la resina fundida. Para lograr las propiedades físicas para esta modalidad, se utilizó una concentración de 1% del agente espumante y produjo una densidad completa del material del 97%. Al incrementar la cantidad del químico que puede descomponerse o del agente soplador mecánico que se introduce en la resida de moldeo, es posible influenciar el grado de nucleación y la presión de empaquetamiento interno resultante a fin de reducir la cantidad de resina para moldeo en la cavidad del molde para lograr un amplio rango de densidades del material en la pieza moldeada. Debe entenderse que también puede ser adecuado un agente soplador sólido endotérmico o sólido binario.

En esta modalidad, la densidad de la pieza total del 97% se logra con un proceso de moldeo que tiene un perfil de temperatura del extrusor de inyección de 400/410/420/410 °F (204/210/216/210 °C) para cuatro zonas que inician desde la zona adyacente a una boquilla hasta la zona adyacente al molde con una temperatura de boquilla de 400 °F (20 °C) y una temperatura del molde de 125°F (52°C) . El molde de prueba se - - corre en una prensa Van Dorn de 500 toneladas con un barril de 60 fl.oz. (1775 cm3) que se equipa con una boquilla de interrupción que tiene un canal de flujo de H de pulgada (1.9 cm) de diámetro. A fin de establecer una linea base de la presión de sujeción para este molde, la resina para moldeo Sequel #1715, sin el agente espumante, se inyecta en la cavidad del molde para verificar que se requiere una presión de sujeción completa de 500 toneladas (445 kN) para moldear una pieza sin depresiones completamente compacta sin rebabas en la linea de partición. Un cálculo dimensional típico para una pieza que tiene un espacio de línea de desmolde de aproximadamente 7.0 pulgadas (18 cm) por 23.5 pulgadas (60 cm) , utilizando un factor de sujeción de 3.0 toneladas por pulgada cuadrada (41 mega Pascales (MPa) , confirma que se requiere una máquina de 500 toneladas (4450 kN) de sujeción para contener el proceso de inyección estándar para una pieza de este tamaño.

Con la adición de 1% por peso del agente espumante exotérmico Ampacet #701039-H a la resina Sequel #1715 TPO, puede reducirse la presión de sujeción de la máquina a 100 toneladas (890 kN) y lograr la misma pieza sin depresiones sin rebabas como se produjo previamente con 500 toneladas (4450 kN) de presión de sujeción; una reducción del 80%. La presión de llenado o aumento se mantiene a propósito a cero o a una presión muy baja para permitir que las celdas de nucleación de la espuma se expandan tan libremente como sea posible dentro de las paredes de la cavidad de la pieza. En una modalidad, la presión de llenado se encuentra entre 1 psi (12 Pa) y aproximadamente 75 psi (936 Pa) . Aunque la presión de llenado es cero "o muy baja, la mezcla de espuma termoplástica inyectada continúa llenando la cavidad debido a que la presión exterior aplicada mediante el gas efervescente proveniente del agente soplador hace que la mezcla de espuma termoplástica continúe expandiéndose hasta que alcanza la pared de la cavidad de la pieza.

El reducido requerimiento de la presión de sujeción para el proceso de moldeo de resina espumada reduce además la resistencia de la fuerza de compresión necesaria para el material de construcción del molde. Como resultado, el material de construcción del molde puede cambiarse de acero para herramienta a un material de peso más ligero y/o de costo inferior, tal como un material de aluminio o a base de magnesio. El aluminio por ejemplo, tiene el beneficio adicional de una conductividad térmica relativamente mayor a la del acero para herramienta. La conductividad térmica incrementada reduce el tiempo de enfriamiento del proceso a través de una mejor termodisipación y sirve para reducir el tiempo total del ciclo para el proceso. Por ejemplo, utilizar aluminio significa que los moldes son más ligeros de manejar y se maquinan más fácilmente. El manejo y maquinización mejorados tiene un impacto muy benéfico sobre la economía del proceso de moldeo. Por lo tanto, los procesos de moldeo de resina espumada proporcionan sustanciales ventajas de herramental sobre los procesos de moldeo por inyección estándar.

Otro beneficio del proceso de moldeo de resina espumada es su capacidad para minimizar las deformidades de la superficie en los artículos moldeados por inyección que se conocen comúnmente como depresiones causadas por contracción. El artículo con frecuencia tiene dos superficies opuestas. Una superficie "A" que es la superficie que se muestra que puede ser estética. Una superficie "B" con frecuencia no necesita una buena apariencia con relación a la superficie "A". En artículos que se producen mediante un proceso de moldeo por inyección estándar utilizando termoplásticos sólidos, estas deformidades pueden ocurrir típicamente sobre una superficie plana que puede ser una superficie clase "A". Estas deformidades pueden no ser estéticamente aceptables. Las deformidades típicamente se ubican sobre la superficie opuesta a partir de una característica que hace la sección transversal del artículo algo más gruesa y consecuentemente tiene mayor masa. En el caso de artículos que se moldean de resina sólida, estas áreas de mayor masa también tienden a enfriarse relativamente más lento cuando se comparan con las áreas de pared más delgada que las rodean. Sin desear unirse a cualquier teoría particular, las deformidades tales como depresiones superficiales pueden ocurrir debido a que las áreas de mayor masa contienen más calor y por lo tanto se enfrian más lentamente que las áreas de paredes relativamente más delgadas. La resina para moldeo es capaz de continuar contrayéndose durante un periodo de tiempo relativamente más grande y por una distancia relativamente mayor ya que busca un equilibrio térmico y dimensional con su masa de plástico circundante .

Al agregar el agente espumante a la resina para moldeo, las cadenas moleculares de la resina se interrumpen por las celdas nucleadas con sus paredes celulares relativamente delgadas. Las celdas nucleadas pueden dar como resultado la disminución de la resistencia a la contracción en la resina para moldeo. La sección de pared más delgada tiene menos masa y contiene menos calor que las secciones de pared más gruesas. Entre más rápido se enfrie la sección de pared, se dispondrá de menos tiempo para que la pared continúe contrayéndose. Además de interrumpir las fuerzas de contracción moleculares, las celdas nucleadas proporcionan un impedimento adicional para la contracción, ya que el gas de nitrógeno generado que forma las burbujas para hacer la espuma, proporciona por ejemplo una cantidad minúscula de presión de gas interna que tiende a expandir las celdas recientemente formadas en la matriz de resina fundida. Un efecto combinado de las celdas adyacentes recientemente formadas puede generar suficiente presión de salida para contrarrestar las fuerzas de contracción de las paredes de la celda. El contrarrestar las fuerzas de contracción en una capa de celdas nucleadas puede limitar las depresiones superficiales sobre la superficie adyacente.

El proceso de moldeo por inyección de la resina espumada no depende de llenar mecánicamente la resina en la cavidad para lograr el articulo completamente desarrollado, i.e., sin depresiones. Eliminar la carga mecánica de la resina y utilizar solo la presión normal para expandir la espuma de resina puede reducir o eliminar los gradientes de tensión relacionados que normalmente existen a partir del punto de inyección hasta el punto del último llenado. Como resultado del llenado localizado de la pieza a través de la nucleación de la celda en expansión, el articulo tiene mínimos gradientes de tensión. El artículo moldeado con frecuencia no exhibe torcimiento debido a la mínima tensión en el material de espuma. El artículo también tiende a contractarse menos . a lo largo de las trayectorias de flujo del material y por lo tanto es dimensionalmente más estable.

Aunque el proceso de moldeo por inyección de resina espumada sirve típicamente para hacer un artículo sin depresiones, aplicando considerablemente menos presión de sujeción a una molde de inyección térmicamente más eficiente y menos costoso, el artículo resultante exhibe la matriz de resina llena de espuma sobre su superficie y no puede considerarse que lograr una superficie visual de clase "A". La misma estructura de celdas que interrumpe la tendencia de la resina de moldeo a contraerse también sirve para comprometer algunas de las propiedades de desempeño físico de la resina de moldeo. Las propiedades físicas inherentes de una resina termoplástica se basan en la proximidad mole_cular de una molécula con otra en la matriz de resina. Sin embargo, ambos de estos problemas, la superficie porosa y las propiedades físicas reducidas pueden superarse, hasta cierto grado, al presurizar la cavidad de molde con un gas que tiene una mayor presión que la presión interna de las celdas de espuma .

En al menos una modalidad de esta invención, los sellos compresibles se aplican al molde en la línea de partición y en cualquiera de otras muescas, núcleos, espátulas de gancho, clavos expulsores que penetran el bloque del molde, según se necesite, para evitar fugas de gas de la cavidad de molde sellada que tiene una presión mayor a la presión atmosférica. La cavidad de molde sellada recibe un gas presurizante para incrementar la presión dentro de la cavidad de molde por arriba de la presión atmosférica. La inyección de la resina fundida espumada se retarda hasta que la cavidad de molde alcanza una presión en el rango que se determina independientemente y se selecciona de 50, 80, 90 psi (625, 1000, 1125 Pa) hasta 120, 150 y 200 psi (1500, 1875 y 2500 Pa) para adecuarse a la aplicación. Durante la inyección del plástico fundido y el agente soplador en la cavidad de molde presurizada a través de una compuerta, la expansión del gas del agente soplador dentro de la espuma de resina en la cavidad de molde permanece relativamente al mínimo y estrechamente controlada mediante el extrusor de la unidad de inyección y después mediante la contra-presión del gas presurizante . El gas presurizante puede liberarse o extraerse después de un periodo de espera, tal como el retardo de ventilación, que dure más de 1.5 segundos, 5 segundos o 7 segundos durante los cuales el gas presurizado rompe las paredes de las celdas que se exponen directamente a este gas presurizado y permiten que la resina fundida fluya junta y forme una pared relativamente delgada de resina sólida sobre la parte superior de la resina espumada subyacente. A medida que se incrementa el grosor de la costra de la resina de moldeo, el gas presurizado en la cavidad de molde es menos capaz de alcanzar las nuevas celdas subyacentes para romper sus paredes, permitiendo que estas celdas se formen y crezcan. Una vez que se ha alcanzado el grosor deseado de la costra, la liberación o extracción del gas del molde presurizado durante un periodo de despresurización puede ser ya sea un proceso controlado tal como a través de una válvula de alivio de la presión o un proceso no controlado tal como a través de un respiradero atmosférico o hacia un recipiente de recuperación. Una vez que se ha reducido la presión del gas a un nivel ambiental, la resina espumada subyacente se encuentra entonces libre para nuclearse y expandirse hasta llenar la cavidad del molde. Debe entenderse que el articulo puede tener costras sobre más de un lado. Las costras pueden presentarse adyacentes en cualquier pared de la cavidad de molde o inserto.

El rango de tiempos de retención puede seleccionarse independientemente a partir de 1 segundo, 5 segundos, 10 segundos, 16 segundos y 20 segundos hasta 20 segundos, 30 segundos, 40 segundos o 50 segundos, dependiendo de la distribución deseada de la costra y de la estructura del núcleo de espuma. Después de un tiempo de retención en el cual se solidifica completamente el articulo, el molde puede abrirse entonces y puede retirarse el articulo de núcleo de espuma moldeada, tal como la pieza relativamente grande para una carrocería de automóvil. El cuerpo espumado tiene una capa de costra relativamente gruesa y una capa de núcleo espumado. El rango de grosor de la capa de núcleo espumado puede seleccionarse desde más de 1 mm, 2 mm y 3 mm hasta menos de 50 mm, 40 mm, 30 mm, 20 mm, 10 mm y 5 mm según se requiera por el diseño de la pieza. La capa de costra es - In ¬ suficientemente gruesa para evitar que las celdas de la capa de núcleo espumado sean visibles o evidentes en la capa de costra. El rango de reducción de peso puede seleccionarse independientemente de mayor a l, 2 y 3% por peso hasta 5, 7, 10, 20 y 30% por peso para adecuarse a las necesidades del articulo moldeado.

En al menos una modalidad, la ventilación del gas de contra-presión se retarda durante un periodo que varia desde aproximadamente 1.5 segundos hasta aproximadamente 10 segundos después de que la carga se ha inyectado completamente en el molde. En otra modalidad, el retardo de la ventilación es de aproximadamente 3 segundos hasta aproximadamente 8 segundos. ün perfil del retardo de ventilación, un periodo de ventilación del gas presurizante y/o una gráfica de la presión de la contra-presión en el molde durante el periodo de ventilación ayuda a valorar la estructura del articulo resultante, especialmente para el grosor de la costra y el núcleo espumado. Entre mayor sea la presión del gas presurizante a contra-presión, más gruesa será la costra. Entre mayor sea el periodo de espera hasta la ventilación, más gruesa será la costra. El perfil puede utilizarse para ajusfar el gradiente de las propiedades en los artículos a través del control de los diámetros y cantidades de huecos generados. El perfil puede necesitar desarrollare en conjunto con las propiedades de enfriamiento - - del molde y del diseño de la parte. Al aplicar contrapresión del gas al proceso de moldeo por inyección de resina espumada, es posible ahora fabricar un articulo que tiene un núcleo de espuma moldeado a baja presión con una costra sólida en cada lado para mejorar la estética del articulo hasta un nivel clase "A" y para impartir la mayor parte de las propiedades físicas originales del termoplástico original no espumado a la estructura general del articulo.

Además de la recuperación de casi todas las propiedades físicas de la resina no espumada, la nueva estructura estratificada de la costra/núcleo de espuma/costra es capaz de obtener resistencia adicional de la naturaleza geométrica de la sección estratificada. Este tipo de estructura es capaz de lograr un módulo de flexión mayor que las secciones sólidas de igual peso que la resina, pero a una densidad del material reducida. Este módulo de flexión puede calcularse con la siguiente fórmula: módulo de flexión de la estructura estratificada a (grosor de la estratificación) 3 Un ejemplo del artículo resultante es la fascia de la defensa de un camión que tiene una costra de al menos 1.5 MI de grosor adyacente y alrededor de un núcleo central espumado. La costra frontal visible es la superficie que se muestra, referida como la superficie "A", que se soporta por el núcleo central espumado, que también soporta la costra del lado posterior referida como la superficie "B", y típicamente proporciona características de unión. La costra y el núcleo espumado en la presente modalidad, se moldean por inyección con una mezcla al 1% por peso del agente espumante químico Ampacet #701039-H y LYONDELL BASELL Sequel #1715 TPO durable, que tiene el beneficio de resistir el daño por impactos de punta típicos de residuos que se originan en una carretera. Una ventaja adicional de la combinación del material y el método surge de que son capaces de formar salientes de montaje y grandes rebordes estructurales con una estructura de costra-espuma-costra en el lado "B" de la fascia. Pero, la creación durante el proceso de moldeo de resina de moldeo sólida como la costra en la fascia puede de nuevo producir problemas de depresiones relacionadas con la contracción sobre las superficies sólidas de la fascia, en las ubicaciones opuestas de los pesados rebordes estructurales sobre la parte posterior de la estructura de la fascia. La contracción irregular de la resina de moldeo necesita tratarse a fin de producir un artículo estructural que tenga una superficie de clase "A" sin depresiones opuesta a grandes rebordes estructurales y a la saliente en la superficie "B".

La mayoría de los fabricantes de resina de moldeo termoplástica han publicado recomendaciones del tamaño de los rebordes para el material de la pared de aproximadamente 25% para TPO para evitar problemas de depresiones en artículos - - moldeados estándar. Debe entenderse que la proporción de grosor de los rebordes al material de la pared actualmente recomendada puede ser tan grande como 45% dependiendo del plástico utilizado. Según se incrementa esa proporción mas allá de las recomendaciones, la mayor concentración de calor en la masa más grande continúa enfriándose más lentamente al ambiente, la contracción del material continúa siendo más grande en las secciones de masa más grandes que en las secciones más delgadas que la rodean. El retardo resultante para llegar a la temperatura ambiente permite que la superficie frontal se estire más tiempo y después hacia adentro ocasionando asi una distorsión de la superficie, tal como una depresión superficial.

El articulo estructural con grandes estructuras de superficie "B", tal como una Fascia de Camión Pesado Clase 8 puede moldearse utilizando contra-presión de gas con olefina termoplástica espumada o cualquier otra resina cristalina, semi-critalina o amorfa para moldeo. La parte resultante tiene material de pared más grueso que el normal de aproximadamente 6 mm pero con un rango seleccionado independientemente desde 1-10 mm o "aproximadamente 6 mm o mayor. Los grandes rebordes que se encuentran muy por encima del tamaño de reborde recomendado para, la proporción del material a la pared para TPO pueden moldearse del mismo modo. Pueden esperarse incrementos proporcionales en la proporción con el proceso inventivo cuando se utilizan otros plásticos.

Con la combinación de la> contrapresión y el TPO espumado, la proporción del tamaño del reborde al material de la pared puede ser tan grande como de 50%. De manera sorprendente, la combinación de este método y este material, cuando se combinan con el uso de molduras sobre los rebordes y proyecciones en la superficie "B" de la superficie del molde, da como resultado la superficie Clase ?,?" deseada para TPO cuando la proporción del ancho del reborde al grosor del material para pared es de aproximadamente 300% o más. La proporción del ancho del reborde al grosor del material para la pared puede variar de las proporciones independientemente seleccionadas de más de 25%, 50% o 75% hasta 1000%, menos de 1000% o 100%. La adición de rebordes sobredimensionados ayuda a mejorar la integridad estructural, tanto la resistencia como la rigidez de la fascia. Además, también se agregan rebordes sobredimensionados al lado posterior de la pieza para aceptar las abrazaderas de unión que se utilizan para instalar la pieza al chasis del camión. Esta combinación es ventajosa en la fascia clase A que se diseña en tal forma que no se requieren estructuras o tirantes de refuerzo adicionales más allá de las abrazaderas de montaje. Esto ahorra a los fabricantes el costo de estructuras adicionales. También ayuda a los diseñadores a evitar utilizar componentes separados tales como brazos de apoyo - - para instalar la fascia a fin de lograr la necesaria integridad estructural. Una ventaja adicional es que la estabilidad dimensional de la fascia puede mejorarse al eliminar las tensiones inducidas por moldeo. Al reducir las tensiones puede incrementarse la durabilidad estructural de la fascia, especialmente con respecto a la propagación del agrietamiento y cuarteadura. Esto es especialmente ventajoso cuando se sobre-moldea un inserto de material extraño tal como los componentes de refuerzo de metal, plástico o no plástico en ubicaciones huecas de montaje.

Pueden utilizarse muchos tipos de polímeros y composiciones poliméricas como matriz de plástico para la costra y capas de núcleo espumadas con este proceso. Ejemplos no limitantes de las composiciones pueden incluir, termoplásticos, y termoplásticos ligeramente reticulados. Los plásticos seleccionados para el artículo de núcleo espumado pueden seleccionarse en base a sus propiedades físicas y características de fusión. Por ejemplo, la fascia de la defensa del camión puede tener un material relativamente elastomérico que tenga la ventaja de ser durable en relación a los pequeños impactos de puntas típicos de los residuos golpeados en una carretera. Ejemplos no limitantes de plásticos durables pueden incluir espumas estructurales que comprenden plástico amorfo, una olefina, poliolefina termoplástica y un elastómero termoplástico .

- - Debe entenderse que estos polímeros pueden incluir mezclas de diversos plásticos, así como comprender refuerzos y aditivos como plastificantes, endurecedores de hules, injertos, cargas funcionales y rellenos. Pueden ocurrir múltiples inyecciones del mismo plástico o diferente y/o agentes sopladores sin abrir el molde sin violar el espíritu de la invención.

A fin de generar la matriz de plástico que tenga el número de huecos, el agente soplador se agrega típicamente al plástico antes de que el plástico se funda, aunque puede agregarse durante o aún después de la fusión de la matriz de plástico. Los agentes sopladores pueden incluir un agente soplador químico tal como un sólido endotérmico, un sólido exotérmico, y un sólido binario y/o un agente soplador físico, tal como un líquido que se infunda o disuelva en la matriz de plástico, una combinación de núcleo-cubierta de un agente soplador dentro de una cubierta de plástico, y/o un gas inyectado o disuelto bajo presión en el plástico fundido. En una modalidad, la cantidad del agente espumante agregado al material termoplástico es de aproximadamente 0.5% por peso o mayor, dependiendo de la aplicación. En una modalidad adicional, el agente espumante es de aproximadamente 1% por peso o mayor.

Un ejemplo no limitante del agente soplador exotérmico es un concentrado de espuma exotérmico. Un concentrado de espuma puede incluir un agente de nucleación heterogéneo. Un ejemplo del agente de nucleacion heterogéneo es un agente de nucleacion tipo azo, tal como azodicarbonamida modificada (ADC) , que se vende como un agente soplador químico tal como el producto #701039-H por Ampacet Corporation. Los beneficios del ADC provienen de la liberación del gas de nitrógeno contra el dióxido de carbono. El gas de nitrógeno tiene un peso molecular relativamente bajo, haciéndolo más reactivo. Mejores propiedades espumantes del nitrógeno se refieren a que la mezcla madre del plástico y el ADC solo utiliza 20% por peso. El ADC contra el 50% por peso más típico de los agentes sopladores químicos gue generan el dióxido de carbono. Los agentes sopladores químicos y concentrados de espuma exotérmicos pueden también utilizarse junto con los agentes sopladores físicos. Otros ejemplos de agentes de nucleacion incluyen sólidos particulados tales como talco o sílice.

Los agentes de nucleacion generalmente conducen a estructuras celulares relativamente más finas que cuando no se utilizaban agentes de nucleacion. La estructura celular más fina puede dar como resultado una reducción del porcentaje absoluto de 1-15 en la densidad de la matriz de plástico en relación a la densidad que puede lograrse utilizando talco. El ADC, cuando se dispersa finamente en el plástico fundido, puede producir una estructura celular muy fina que incluye una estructura micro-celular. Puede obtenerse una reducción del peso absoluto del 39% o menos utilizando el agente de nucleación tipo azo. Típicamente, el diámetro de celda promedio, cuando se utiliza ADC como el agente de nucleación, puede variar desde aproximadamente 0.1 mm hasta aproximadamente 0.5 mm. El diámetro de celda puede reducirse además por la supresión del crecimiento de la celda mediante la contra-presión. El rango del tamaño de la celda puede seleccionarse independientemente desde 0.035 mm, 0.050 mm, 0.075 mm y 0.1 mm hasta 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.7 mm y 1 mm.

Cuando se utiliza un agente de nucleación tal como ADC, es importante controlar cuidadosamente la temperatura de la máquina utilizada para mezclar el plástico fundido con el agente de nucleación y la temperatura del molde. Es deseable que el agente de nucleación se active inmediatamente antes de la espumación. La activación prematura puede dar como resultado la pérdida de efectividad del agente de nucleación. Puede seleccionarse independientemente un rango de generación de gas desde 165, 170, 180 o 200°C hasta 215, 200, 182 o 175°C. La temperatura de procesamiento máxima puede variar desde 230 °C hasta 260 °C o tan alta como 10 °C por debajo de la temperatura de degradación del plástico. El concentrado del agente espumante o cualquier otro agente soplador químico puede diluirse en la matriz de plástico (una proporción en descenso) en un rango independientemente seleccionado desde 0.1, 1, 2, 5% por peso hasta 10, 20, 30% por peso. El plástico en el cual el concentrado del agente espumante o cualquier otro agente soplador químico que se mezcla puede estar en el rango del grado de moldeo por inyección. Como un ejemplo de las propiedades del grado del moldeo por inyección, el índice de fusión antes de la adición de los aditivos y los agentes sopladores puede variar desde 5 hasta 100 mg/10 minutos cuando se mide por el método ASTM D1238 condición L.

Ejemplo 1 Se utiliza una resina TPO, SOLVAY SEQUEL número de producción 1715, como la matriz de resina plástica. Esta resina se basa en SEQUEL número 1980HI, una poliolefina diseñada que tiene un coeficiente bajo de expansión térmica lineal. La poliolefina se mezcla con 1% por peso del agente de formación químico exotérmico suministrado por AMPACET número 701039-H, que comprende aproximadamente 20% de un ADC modificado.

Ejemplo 2 PHOENIX PLASTICS proporciona una formulación de mezcla madre que utiliza una poliolefina. CELL-SPAN 1000 utiliza un polímero de poliolefina formulado con químicos supramoleculares que permiten la formulación de enlaces de hidrógeno direccionales que emulan las uniones covalentes más fuertes. El agente espumante utilizando en la línea de - - productos CELL-SPAN incluye la función del agente de nucleación. La proporción descendente es de 1%, pero puede ser tan poca como 0.2% por peso. CELL-SPAN 1000 es un agente espumante químico endotérmico. Se pretende producir una pequeña estructura celular en lugar de una estructura de diámetro de celda fino.

Ejemplo 3 La resina TPO SOLVAY SEQUEL número de producción 1980HI se mezcla con 1% de TRCEN40310ES tipo TECHMER TECHSPERSE para formar la mezcla madre.

Ejemplo 4 La resina TPO de SOLVAY SEQUEL número de producción 1980HI que se deriva de SEQUEL número 1715, comprende el material de control.

Ejemplo 5 Los artículos en este ejemplo, placas de seis pulgadas por ocho pulgadas (48 pulg2, 310 cm2) , se moldean a partir de los materiales utilizados en el Ejemplo 1, 2, 3 y 4 con las condiciones y los resultados proporcionados en la Tabla 1.

Tabla 1 Con el uso del agente espumante químico, la fuerza de sujeción se reduce de 300 toneladas de fuerza (2670 kN) a 75 toneladas de fuerza (667 kN) o hasta aproximadamente 75%. El tamaño de la carga se reduce en un rango de 3% por peso hasta 13% por peso cuando se agrega un agente espumante al TPO en relación al control TPO original. Sin embargo, el tiempo de la carga se incrementa hasta 10.59 segundos y varia desde 1.34 hasta 10.59 segundos. Como una consecuencia, el tiempo del ciclo también se incrementa por 30 segundos o hasta un 33%. La contra-presión del gas varia desde 50 hasta 150 psi (349-1034 kPa) . Debe entenderse que pueden utilizarse combinaciones adicionales del tamaño de la carga, de la velocidad de la carga y la contrapresión del gas, dependiendo del producto resultante y sus especificaciones.

En este conjunto de ejemplos, el gas de contrapresión se extrae durante un periodo de aproximadamente 3 segundos. El tiempo de retención que contribuye al tiempo del ciclo se incrementa tanto como 15 segundos o un 100% utilizando los agentes espumantes químicos. El material del Ejemplo 1 tiende a exhibir una tendencia a espumarse más allá del tiempo de retención. La pieza de placa exhibe una reducción en el peso de aproximadamente 1% hasta aproximadamente 7%.

Con el material del Ejemplo 1, es sorprendente que la contrapresión adicional del gas sea necesaria para hacer la costra lo suficientemente gruesa para ocultar la estructura de celdas y proporcionar una superficie clase A.

- - La contrapresión incrementada varia desde un incremento del 25% hasta tanto como un incremento del 300% con relación a otros TOPs químicamente soplados. El agente espumante muestra sorprendentemente una diferencia drástica en la reactividad del agente espumante químico cuando se utiliza el Ejemplo 1 en relación a los Ejemplos 2 y 3. La capa de espuma continúa espumándose bien a pesar de la contrapresión relativamente mayor. Esto da como resultado la muestra de placa que tiene la costra relativamente gruesa deseada para la durabilidad y las celdas de espuma relativamente distribuidas de manera uniforme de un diámetro de celda muy fino. Las celdas también son deseablemente de forma isotrópica .

Ejemplo 6 Se llevó a cabo una prueba de expansión de espuma utilizando el material del Ejemplo 1. A fin de determinar el límite de la capacidad expansiva de las espumas, se llenó una cavidad de -5.0 m con suficiente mezcla de resina y espuma para producir una placa aceptable. Se inyectó el mismo volumen de la carga en una cavidad de 7.0 mm y se dejó espumar a sus límites naturales en la presencia de la contrapresión de gas de 150 psi (1034 kPa) . Si la placa resultante es de calidad aceptable, el tamaño de la carga se ajusta hacia abajo hasta el punto en donde la espuma logra una densidad mínima y aún produce una placa aceptable. Si la - - placa resultante no es aceptable en términos de calidad debido a que es una pequeña carga, el tamaño de la carga se ajusta hasta el punto en donde la espuma logra una mínima densidad en producciones de placa aceptable. El grado de cambio de elevación libre se calcula entonces al comparar la desviación de la carga con el ajuste original. Los resultados se muestran en la Tabla 2.

Tabla 2 Proceso de Prueba: Tamaño de carga calculado para la placa de 5.0 mm = (6.0/12)5 = 2.5 pulgadas del segmento.

Tiempo de carga calculado para la placa de 5.0 mm = (10.6/12)5 = 4.42 segundos de la carga Contrapresión de gas y todos los otros ajustes de la máquina permanecen como antes.

Resultados de la Prueba: Condición de la Placa: Pesó de Placa de 5.0 mm de 0.356 Ib a 2.5 Parte completa con superficie suave, sin rebaba pulgadas de la carga Pesó de Placa de 7.0 mm de 0.361 Ib a 2.6 Llenado de parte incompleto con muchos pulgadas de la carga hoyuelos al frente y detrás de la pieza Pesó de Placa de 7.0 mm de 0.357 Ib a 2.7 Llenado de parte incompleto con muchos pulgadas de la carga hoyuelos al frente y detrás de la pieza Pesó de Placa de 7.0 mm de 0.387 Ib a 2.8 Parte llena con chaflán superficial de 1.13 pulg., pulgadas de la carga 69 hoyuelos a la mitad Pesó de Placa de 7.0 mm de 0.403 Ib a 2.9 Parte llena con chaflán superficial de 0.87 pulg., pulgadas de la carga 70 hoyuelos a la mitad Pesó de Placa de 7.0 mm de 0.419 Ib a 3.0 Parte llena con chaflán superficial de 0.50 pulg., pulgadas de la carga 63 hoyuelos a la mitad Pesó de Placa de 7.0 mm de 0.423 Ib a 3.1 Parte llena con chaflán superficial de 0.038 pulgadas de la carga pulg., 57 hoyuelos a la mitad Pesó de Placa de 7.0 mm de 0.431 Ib a 3.2 Parte llena sin chaflán, 43 hoyuelos a la mitad pulgadas de la carga de la superficie Pesó de Placa de 7.0 mm de 0.471 Ib a 3.3 Parte llena, superficie suave, sin rebaba pulgadas de la carga - - A fin de lograr una placa de 5.0 ram completamente espumada que tenga una buena superficie después de la contrapresión del gas, la cantidad de la cavidad llena se minimiza al punto en donde se maximiza la estructura de la celda de la espuma. En el punto en donde se maximiza la estructura de la celda, la pieza aún debe tener una buena apariencia superficial e integridad de la pieza. Como resultado de este esfuerzo de minimización, se reduce el potencial para la expansión de celda adicional al punto en donde la introducción de ese mismo tamaño de la carga en una cavidad más grande no produce ninguna expansión adicional . Los resultados incluyen la detección de problemas de calidad asociados con una pieza de carga pequeña.

Tabla 4 Sorprendentemente, la combinación de este método y este material, cuando se combinan con el uso de molduras en los rebordes y proyecciones en el lado B de la superficie de molde, da como resultado la superficie de clase A deseada en un articulo relativamente grande.

Aunque se han ilustrado y descrito las modalidades de la invención, no se pretende que estas modalidades ilustren y describan todas las formas posibles de la invención. Más bien, las palabras utilizadas en la especificación son palabras de descripción en lugar de limitación, y debe entenderse que pueden hacerse diversos cambios sin apartarse del espíritu y alcance de la invención.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un método para utilizarse en la fabricación de un articulo que tiene una superficie, una costra y un núcleo, comprendiendo el método: cerrar una primera porción de molde sobre un sello compresible dispuesto entre la primera porción de molde y una segunda porción de molde, teniendo cada una de las porciones de molde primera y segunda una pared que define una cavidad de molde presurizable, teniendo la cavidad de molde una pared de cavidad de molde, un puerto de inyección y un respiradero; presurizar la cavidad de molde utilizando un gas presurizante a una primera presión mayor que la presión atmosférica; inyectar una inyección que comprende una mezcla de un plástico fundido y un agente soplador en la cavidad de molde a través del puerto de inyección; generar un gas del agente soplador a partir del agente soplador para formar una pluralidad de celdas de gas dentro de la mezcla, teniendo la pluralidad de celdas de gas una presión interna menor que la primera presión; esperar durante un primer periodo; ventilar el gas presurizante a través del respiradero durante un segundo periodo, reduciéndose la primera presión a una segunda presión que es menor que la presión interna de las celdas de gas a fin de permitir que la pluralidad de celdas de gas en la inyección se encuentren adyacentes al gas presurizante se expandan; romper la pluralidad de celdas de gas en la inyección adyacente al gas presurizante para formar una pluralidad de celdas de gas rotas; formar la costra adyacente a la pared de la cavidad de molde utilizando las celdas rotas, definiendo la costra una cavidad de núcleo; llenar la cavidad de núcleo con la mezcla; solidificar la mezcla; y separar la primera porción de molde de la segunda porción de molde a fin de liberar el articulo.

2. El método de la reivindicación 1, en donde el primer periodo excede 1.5 segundos .

3. El método de la reivindicación 1, en donde el segundo periodo excede 3 segundos.

4. El método de la reivindicación 1, en donde la costra tiene un grosor que varia desde 1 hasta 10 mm.

5. El método de la reivindicación 1, en donde la cavidad de núcleo incluye un reborde que tiene un ancho.

6. 'El método de la reivindicación 5, en donde la costra tiene un grosor, variando la proporción del ancho del reborde al grosor de la costra desde 25% hasta 100%.

7. El método de la reivindicación 1, en donde el agente soplador es un agente soplador exotérmico.

8. El método de la reivindicación 7, en donde el agente soplador exotérmico es un agente de nucleacion heterogéneo.

9. El método de la reivindicación 8, en donde el agente de nucleacion heterogéneo es un agente de nucleacion tipo azo.

10. El método de la reivindicación 9, en donde el agente de nucleacion tipo azo comprende de 20% por peso hasta 40% por peso de la mezcla.

11. Un método para utilizarse en la fabricación de un articulo que tiene una superficie, una costra, y un núcleo, comprendiendo el método: cerrar una primera porción de molde sobre una segunda porción de molde; definiendo las porciones de molde primera y la segunda, una cavidad de molde presurizable, que tiene una pared de cavidad de molde, al menos un puerto de inyección y un respiradero, estando el puerto de inyección y el respiradero separados, al menos una porción de molde incluyendo además un reborde que tiene un ancho; presurizar la cavidad de molde a una primera presión; inyectar una composición de plástico y un agente soplador a través de al menos un puerto de inyección en la cavidad de molde; espumar la composición de plástico, teniendo la espuma una pluralidad de celdas de gas, teniendo cada celda de gas una presión interna que varia desde por arriba de la presión atmosférica hasta menor a la primera presión; esperar durante un primer periodo; ventilar la cavidad de molde a una segunda presión que es menor que las presiones internas de las celdas de gas; reducir la segunda presión a una tasa predeterminada formando una costra que hace contacto con la pared de la cavidad de molde, teniendo la costra un grosor, variando la proporción del ancho del reborde de la cavidad de molde al grosor de la costra desde 50% hasta 300%, definiendo la costra una cavidad de núcleo; llenar la cavidad de núcleo con la composición plástica y la mezcla de gas del agente soplador; solidificar la mezcla; y separar la primera porción de molde de la segunda porción de molde a fin de liberar el articulo.

12. El método de la reivindicación 11, en donde la primera presión varia desde 625 Pa. hasta 2500 Pa.

13. El método de la reivindicación 12, en donde la cavidad de molde varia en tamaño desde 650 cm2 hasta 6,450 cm2.

14. Un articulo que tiene un área de superficie que varia desde 3,225 cm2 hasta 12,900 cm2, comprendiendo el articulo : un articulo moldeado por inyección fabricado mediante el método de la reivindicación 11, estando el articulo sustancialmente libre de depresiones superficiales sobre la superficie de vista.

15. El método de la reivindicación 11, en donde la mezcla solidificada incluye celdas de gas que tienen un rango de tamaño desde 0.035 itim hasta 1 rain.

16. El método de la reivindicación 11, en donde la mezcla solidificada incluye celdas de gas que tienen un rango de tamaño desde 0.050 mm hasta 0.3 mm.

17. El método de la reivindicación 11, en donde el agente soplador incluye una azodicarbonamida .

18. El método de la reivindicación 11, en donde el plástico comprende una poliolefina.

19. Un método para utilizarse en la fabricación de un articulo que tiene una superficie, una costra y un núcleo, comprendiendo el método : contrapresurizar en un molde que tiene paredes que definen una cavidad de molde utilizando un primer gas que tiene una primera presión, el primer gas se proporciona a la cavidad de molde antes de inyectar una composición de plástico que comprende un agente soplador que puede descomponerse; generar un segundo gas que tiene una segunda presión en la cavidad de molde utilizando un gas formado al descomponer el agente soplador en el plástico inyectado, excediendo la primera presión la segunda presión; y expandir la composición de plástico en la cavidad de molde al reducir la segunda presión a una tercera presión, variando la tercera presión desde la presión atmosférica hasta menos de la primera presión.

20. El método de la reivindicación 19, en donde la segunda presión de gas varia desde 62 Pa hasta 2500 Pa.