MX2012009462A - Metodo para producir pelets a partir de materiales compuestos de fibras. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para producir pelets a partir de materiales compuestos de fibras apropiados para otro procesamiento en un método para terminar plásticos, los pelets que contienen fibras de carbono individuales, manojos de fibras de carbono o una mezcla de estos y al menos un material matriz termoplástico. El método se caracteriza en que las fibras de carbono, los manojos de fibras de carbono o una mezcla de estos se separan del agua o partes utilizadas que contengan fibras de carbono, se aplanan junto con el material matriz termoplástico, se comprimen en un material laminado bajo el efecto de calor y posteriormente se enfrían y se trituran en pelets, plaquetas o trozos. El método de acuerdo con la invención permite utilizar las fibras de carbono, por ejemplo, procedentes de los residuos de la producción textil, de los residuos de la producción adheridos o curados, de componentes residuales del proceso CFRP o similares, como fibras de refuerzo, con lo cual se obtiene una materia prima no costosa, y las fibras de carbono que están contenidas en los materiales residuales se reciclan para una aplicación útil. Las fibras de carbono finales, los manojos de fibras de carbono o mezclas de éstos se llevan a una forma que se pueda vaciar y fácilmente medir y puede utilizarse como materia prima para moldeado por extrusión o por inyección, por ejemplo.

Description

MÉTODO PARA PRODUCIR PELSTS A PARTIR DE MATERIALES COMPUESTOS DE FIBRAS La presente invención se refiere a un método para producir pelets a partir de materiales compuestos de fibras apropiados para otro procesamiento en un método para terminar plásticos, en donde los pelets contienen fibras de carbono y al menos un material Las fibras de carbono se utilizan como el refuerzo de fibra de los materiales compuestos de fibras (FCM) aglomerados con termoplásticos o duromeros . Con el fin de obtener efectos de refuerzo maximizados, hasta ahora se ha realizado utilizando principalmente materiales de fibras de carbono continuos como pueden ser hilos de filamento, hilos de multifilamentos o hiladas. Por el contrario, las fibras de carbono no se ofrecen en el mercado en la forma de fibras cortadas con longitudes de fibras cortas, por ejemplo con una longitud en el intervalo de 20 mm hasta 80 mm, como es conocido en el procesamiento tradicional de textiles, debido a que son más problemáticos para procesarlos.

Durante un número de años actualmente, el uso de materiales de fibras de carbono como refuerzo de fibra de alto rendimiento ha aumentado. Las aplicaciones principales son, por ejemplo, en la construcción de aviones, construcción de barcos, construcción de vehículos y en instalaciones de energía eólica. Debido a los volúmenes utilizados siempre crecientes, la cantidad de residuos de producción que contienen fibras de carbono también ha aumentando, así como la cantidad de desgaste de las partes utilizadas. Debido a que son complicadas para fabricar, las fibras de carbono son muy costosas, Los precios pueden ser entre aproximadamente 15 e/kg hasta aproximadamente 300 e/kg para tipos especiales. Por razones económicas y del entorno, sería deseable crear oportunidades para procesar el residuo y las partes utilizadas y las fibras de carbono que contengan y proporcionar nuevas aplicaciones en las cuales se puedan reemplazar al menos parcialmente las fibras de carbono primarias, costosas.

Aunque ya se han hecho intentos en la industria para reciclar los residuos de producción que contengan fibras de carbono, en los cuales el residuo se corta y/o muele y, por ejemplo, se utiliza como refuerzo en materiales plásticos o de construcción, hasta ahora solamente una pequeña fracción de este residuo se ha recolectado y comercializado realmente. Hasta ahora, no ha habido alto valor agregado del reciciado de grandes cantidades de residuo que contengan fibras de carbono, y de este modo se ha tenido que desechar como basura.

Si los materiales compuestos de fibras se utilizan en una técnica de moldeado por extrusión o inyección, las materias primas tienen que dosificarse en una relación constante en peso de fibras a polímero termoplástico . La dosificación y mezclado buenos únicamente se puede realizar cuando las dos entidades de la mezcla son las mismas o al menos muy similares con respecto a sus dimensiones geométricas, área superficial de las partículas y factor volúmico. Sin embargo, las fibras cortas y polvo molido presentan diferencias muy grandes en estos parámetros comparadas con los granos de granulado plástico que se utiliza, los cuales como regla tienen un diámetro de aproximadamente de 3 mm a 5 mm, una superficie lisa y de este modo buena facilidad para verterlo. Las fibras individuales en un retén lleno de fibras cortas juntas en una placa orientada de forma aleatoria, forman puentes de fibras y grumos de material, lo que puede bloquear las aberturas en las tolvas de alimentación de las extrusoras y máquinas de moldeado por inyección, resultando en entrada esporádica, no controlada hacia la máquina, Además de las interrupciones resultantes en una corriente de material continua para la alimentación de la máquina, las desviaciones considerables de la relación de mezclado nominal de las fibras de refuerzo a la matriz plástica ocurren en el producto final, lo que significa que las propiedades mecánicas del componente no se pueden garantizar.

Por las razones anteriores, hasta ahora, las materias primas para el moldeado por extrusión o inyección que contienen fibras de carbono primarias son producidas de hebras de fibras continuas Para hacerlas fácilmente procesables, las fibras continuas se forman en manojos antes de cortarse en longitudes de mra hasta 12 mm, se aglomeran en un manojo grueso de fibras continuas utilizando una capa aglomerante muy pegajosa, también conocida como apresto. Las fibras continuas también se pueden hacer manojos juntas y después encapsular o impregnar con un polímero molido, enfriado par solidificarse y después cortarse a la longitud deseada. En este proceso, únicamente se pueden utilizar las fibras de carbono primarias como la materia prima. Por las razones mencionadas anteriormente, las fibras cortas, las cuales resultan de los procedimientos para procesar los residuos o del reciclado de los componentes CF utilizados, no se pueden adicionar directamente a las materias primas para el moldeado pro extrusión o inyección como las fibras. Únicamente cuando es posible utilizar éstas en una forma que se pueda dosificar adecuadamente y la cual se vierta bien será la forma de abrir el reciclado de fibras de carbono del residuo o partes utilizadas, las cuales aún son fibras con alto valor, en una forma económica.

En la técnica anterior, la fabricación de fibras de carbono primarias generalmente se realiza comenzando de fibras precursoras orgánicas adecuadas como pueden ser poliacrilonitrilo (PAN) o de fibras de viscosa y realizando la pirólisis controlada, o iniciando de alquitrán, en cuyo caso se utiliza el hilado de fusión para producir una fibra de alquitrán inicial que después se oxida y carboniza. Un proceso apropiado se conoce de EP 1 696 057 Al, por ejemplo. En ese documento, las fibras primarias producidas de alquitrán se procesan en placas de fibras cortas en las cuales las fibras tienen una orientación en una dirección preferida. El proceso conocido consiste en, a saber, un proceso para cardar para preparar las fibras paralelas. Sin embargo, este proceso produce un hilo de un velo de fibra de carbono y de este modo se produce un producto final lineal.

Principalmente, se sabe en la técnica que un producto semiterminado, consolidado tipo cinta se puede producir de una tira híbrida que contenga fibras de refuerzo de longitud discontinua y fibras matriz termoplásticas . DE 101 51 761 Al describe un proceso de este tipo, en el cual inicialmente una cinta cardada se produce de las fibras matriz termoplásticas y fibras naturales, las cuales después pasan a través de un depósito, una guía y finalmente una unidad de colocación. Después del calentamiento en una zona de calentamiento y consolidación, el documento también menciona que en lugar de fibras naturales, se pueden utilizar fibras de carbono como fibras de refuerzo» DE 10 2008 002 846 Al describe un método para el procesamiento de residuos en el cual los productos semiterminados que contienen fibra o fibra reforzada se reciclan. Las fibras aglomeradas a un material matriz se separan del material matriz y las fibras libres obtenidas SG curan inmediatamente con un aglomerante. Sin embargo, la separación de las fibras del producto semiterminado se realiza en un horno, es decir mediante pirólisis. En este método, el producto final es un manojo de fibras formadas por las fibras curadas; el documento no proporciona detalles en relación con el procesamiento posterior de éste.

DE 197 39 486 Al describe un método para fabricar un producto semiterminado tipo laminado formado del material compuesto de fibras, en el cual un material termoplástico reciclado, a saber residuo de fibras de la fabricación de alfombras, se mezcla con un material residual de la fabricación de encabezamiento (heailine) y cardado con una máquina para cardar. Las fibras termoplásticas pueden consistir en polipropileno, polietileno, nailon o PET. Estas fibras se deshilachan en tiras de aproximadamente 50 mm de largo antes del procesamiento posterior. El material residual de la fabricación de encabezamiento se extrae mediante rodillos con salientes tipo aguja y se dividen en tiras. Ambos materiales de fibras residuales se mezclan y después se cardan con una máquina para cardar. El documento no contiene más información con respecto a las medidas tomadas para orientar específicamente las fibras, Además ese documento no enseña el uso de las fibras de carbono del residuo. En ese método conocido, una placa se produce inicialmente , la cual después se moldea en un componente cuerpo para un vehículo .

DE 197 11 247 Al describe un método para producir granulados de fibra larga de la porción híbrida. En este método, la porción híbrida formada de las fibras de refuerzo y las fibras matrices se calientan, compactan torciéndolas y se forman en una hebra. En este caso, un producto continuo lineal se produce fundiendo los componentes de fibra termoplástica y enfriándolo. El torcido de la hebra del material se retiene y después esa cadena se corta a la longitud en pelets cortándolos atravesados utilizando un granulador.

DE 44 19 579 Al describe un método para producir pelets formados de material compuesto de fibras en los cuales un granulado plástico se alimenta a un extrusor, el cual lo funde y después las fibras de vidrio cortadas con una longitud uniforme se adicionan corriente abajo. La masa es extruida después desde una boquilla de ranura, segmentada y dividida en pelets.. La cantidad de fibra en los pelets que se producen es comparativamente baja. No se utilizan fibras de carbono en el método conocido, y no se procesan fibras redoladas.

La patente Japonesa abstracta 2005089515 A describe un método para producir pelets de materiales compuestos de fibra en los cuales las fibras de carbono y un material matriz termoplástico que contiene una resina fenólica y una resina de estireno se procesan con una proporción de caucho a los pelets en los cuales las fibras de carbono están orientadas en la dirección longitudinal de los pelets. El contenido de fibras de carbono es de 5-30% en peso. Las fibras de carbono utilizadas en ellos, las cuales se fabrican utilizando un proceso tradicional principalmente para la producción de pelets; de este modo, ellos constituyen una materia prima comparativamente costosa. Además., las fibras continuas se utilizan como el material de inicio y por esta razón la longitud de las fibras de carbono en la longitud respectiva de los pelets.

Ahí es donde entra la invención. El objetivo de la presente invención es proporcionar un método para producir pelets formados del material compuesto de fibras del tipo antes mencionado, en donde se pueden utilizar fibras de carbono disponibles, económicas, como las fibras de refuerzo.

La invención proporciona un método del tipo antes definido con las características determinadas de la reivindicación principal.

De acuerdo con la invención, las fibras de carbono se aislan del residuo que contiene fibras de carbono o partes utilizadas, se aplanan junto con un material matriz termoplástico y se comprimen en un material laminado utilizando calor, después se enfrian y trituran en pelets, rollos o trozos.

El método de la invención significa que las fibras de carbono discontinuas, manojos de fibras de carbono o una mezcla de estos, por ejemplo formados de ios residuos de la producción textil, de los residuos de la producción adheridos o curados, de componentes residuales del proceso CFRP o similares, se pueden utilizar como fibras de refuerzo, con lo cual se obtiene una materia prima no costosa, y las fibras de carbono que están contenidas en los materiales residuales se reciclan para otro uso. Las fibras de carbono discontinuas, ios manojos de fibras de carbono o una mezcla de estas se ponen de este modo en una forma compacta que se puede verter y dosificar adecuadamente y, por ejemplo, se puede utilizar como materias primas para el moldeado por extrusión o inyección .

En relación con el residuo de carbono o partes utilizadas, las cuales se impregnan con resinas aglomerantes o componentes CFK o componentes de pairtes, en las cuales las fibras de carbono están incrustadas en un compuesto sólido, las fibras de carbono inicialmente están libres de las sustancias matriz no deseadas. Para este fin, se pueden utilizar las técnicas de pirólisis, por ejemplo, o el residuo se puede tratar utilizando disolventes supercriticos . Las fibras de carbono discontinuas son el producto de estos procesos de separación.

Preferiblemente, al menos una capa de fibras de carbono discontinuas, manojos de fibras de carbono o una mezcla de estos se produce aplanando en un proceso de colocación aleatoria, neumático, un proceso de cardado, un proceso de colocación húmeda, un proceso de producción de papel o como un relleno suelto.

En otra modalidad de la invención, diferente al caso de la técnica anterior donde se forma una porción de fibra lineal, las fibras de carbono se procesan en una unidad, formadora de vellón directamente en un velo fibroso de masa homogénea, plano, y de este modo forma capas que contienen fibras de carbono de masa homogénea, planas de espesores a ustables y masa por unidad de superficie. Las fibras de carbono, manojos de fibras de carbono o una mezcla de estos utilizadas de acuerdo con la invención presentan, como una función del proceso de formación del velo, una longitud media de las fibras de 3 mm hasta 150 mm. Las fibras cortas de hasta 10 mm se pueden procesar utilizando el proceso de colocación húmeda; las fibras más largas en el intervalo de 20 hasta 150 mm se pueden procesar utilizando la técnica de colocación aleatoria o cardando en paneles» En el contexto de ia presente invención, hay diversas posibilidades preferidas para mezclar las fibras de carbono con el material matriz termoplástico. Como un ejemplo, en la entrada a una unidad de cardado, las fibras de carbono y las fibras termoplástxcas se pueden alimentar en la forma de una mezcla de borra de fibras o como capas separadas y después mezclarse de forma homogénea en el cardador.

Cuando se utiliza el método de colocación húmeda, las fibras de carbono cortas se pueden premezclar intimamente con las partículas termoplástxcas, por ejemplo las fibras cortas, en el fluido de suspensión de la unidad de colocación húmeda.

Como un ejemplo, también es posible traer al menos una capa termoplástica de masa homogénea que contiene al menos un foil termoplástico, capa de velo de fibras o capa de vellón, posiblemente en. la forma de un fundido, en contacto con al menos una capa plana de masa homogénea de fibras de carbono discontinuas, manojos de fibras de carbono o una mezcla de estos formadas en un proceso formador de vellón corriente arriba, mediante laminación.

De otro modo, un componente termoplástico en la forma de un polvo o como partículas con un diámetro de menos de aproximadamente 5 mm se puede aplicar ai menos a una capa de fibras de carbono discontinuas, manojos de fibras de carbono o una mezcla de estos en esa capa.

Como un ejemplo, un componente termoplástico en la forma de fibras discontinuas se puede mezclar de forma intima y homogénea con las fibras de carbono antes o durante la formación de la capa.

El resultado de los ejemplos anteriores es un producto intermedio plano en el cual las fibras de carbono discontinuas, manojos de fibras de carbono o una mezcla de estos están asociadas de manera suelta con al menos un componente termoplástico en una relación de peso constante, definida. De acuerdo con la presente invención, al menos un componente termoplástico se suaviza o fusiona después mediante un proceso de calentamiento y las fibras de carbono preferiblemente se consolidan mediante compresión plana y se enfrian a una capa u hoja resistente al doblez de modo que después del proceso de trituración subsiguiente, el resultado son los pelets que se pueden verter y son adecuados para el moldeado por inyección y mezclado. Al contrario de DE 44 19 579 Al, por ejemplo, la cual opera con impregnación fundida y extrusión, el contenido de fibras a ustable en los pelets resultantes se puede ajustar a. 95%, considerablemente sobre el límite de 35% mencionado en DE 44 19 579 Al, y de este modo los concentrados de fibras de carbono no costosos se pueden producir en forma de pelets para mezclado.

La temperatura y presión durante la consolidación térmica, en combinación con el porcentaje y tipo de polímero del material termoplástico de la fusión, aglomerado o suavizado, determina la cohesividad mecánica de todos los componentes en el pelet y de este modo la aplicabilidad al moldeado por inyección o mezclado.

La presente invención también pertenece a un pelet que contiene fibras de carbono que se produce utilizando un método del tipo antes mencionado y ei cual preferiblemente tiene una proporción de fibras de carbono en ei intervalo de 5% hasta 95%, preferiblemente en el intervalo de 10% hasta 80%, y en donde la longitud máxima borde a borde del pelet es de 3 a 25 mm, preferiblemente de 5 a 10 mnu Preferiblemente, las fibras de carbono, manojos de fibras de carbono o mezclas de éstas en el pelet no tiene una longitud de fibra uniforme y las partes de ésta no pasan a través del cuerpo completo del pelet sin interrupción.

Además de las fibras de carbono, los manojos de fibras de carbono o una mezcla de estas formadas de residuos que contienen fibras de carbono o partes utilizadas, un pelet de la invención puede, por ejemplo, contener una fracción de fibras de carbono, manojos de fibras de carbono o una mezcla de estos en la forma de materias primas discontinuas (nuevos productos). Además de las fibras de carbono, este pelet también puede, por ejemplo, contener otras fracciones de fibras de refuerzo en forma discontinua, en particular para-aramida, fibras de vidrio, fibras naturales, fibras químicas infusibles, y/o fibras que se funden a un punto de fusión más alto que las fibras matriz.

Las técnicas que son específicas para la producción de placas que contienen fibras de carbono de volumen homogéneo o masa homogénea que se pueden utilizar dependen del tipo de fibras de carbono discontinuas, manojos de fibras de carbono o una mezcla de estos utilizadas principalmente dependen de las longitudes de la fibra y la distribución de la longitud de la fibra. Ejemplos son las técnicas de secado conocidas como puede ser el cardado del vellón, colocación neumática del vellón, la formación de un relleno suelto utilizando dispositivos de dispersión cuando se utilizan fibras más cortas de hasta aproximadamente 10 mm o por medio de un conducto de alimentación para una longitud media de fibras de > 10 mm, así como técnicas como puede ser la fabricación de colocación húmeda o tecnologías de pápelo También es posible utilizar dispersión de polvo para las fibras extremadamente cortas de hasta aproximadamente 5 mm como el paso del proceso para producir una capa.

Ejemplos de materias primas de fibras de carbono para el método son como sigue: Fibras primarias trituradas y/o mechas trituradas; - Restos trenzados o tejidos, colocados triturados y/o desunidos ; Material agregado sobrante o residuos de filamentos triturados y/o desunidos; residuos preimpregnados (prepreg) tratados con disolvente o calor; y/o triturados y/o desunidos; o fibras de carbono discontinuas y/o manojos de fibras de carbono discontinuas, si es necesario más residuos que contengan resina, triturados y/o desunidos, partes CFK curadas y/o partes utilizadas.

Dependiendo de la longitud de las fibras de carbono presentes, se pueden alimentar directamente en el proceso de la formación de la capa o, con el fin de mejorar la facilidad de procesamiento, se pueden triturar más y/o, por ejemplo, proporcionarse con o mezclarse con un apresto, sustancias aglomerantes u otros agentes adicionales que sean eficaces en el plástico subsiguiente, como pueden ser retardantes de llama, colorantes, auxiliares para desmoldar o auxiliares reológicos. También es posible mezclar fibras funcionales adicionales con los materiales de fibras de carbono, por ejemplo para modificar la resistencia al choque o para proporcionar refuerzo mecánico, como pueden ser para-aramida , fibras de vidrio, fibras naturales o fibras químicas infusibles o fibras que se funden a una temperatura más alta. Los mezcladores fibrosos como puede ser el material fibroso termoplástico para el aglomerado subsiguiente se puede mezclar de forma íntima y homogénea con las fibras restantes en un paso del proceso independiente anterior a la formación de la capa, por ejemplo utilizando una banda mezcladora de fibras textiles o directamente durante la formación de la capa, por ejemplo en un cardador. Si se emplea el sistema de mezclado, los componentes de las fibras individuales se colocan sin mezclar uno sobre otro, por ejemplo, en diferentes capas, como un velo fibroso o cinta vellón. Lo que es importante aquí es que después del curado del termoplástico, los componentes aglomerantes termoplásticos penetran suficientemente a través de todas las capas con el fin de asegurar el aglomerado compacto de todas las capas juntas. Esto se puede realizar mezclando de manera homogénea todos los componentes juntos, por ejemplo alternando capas delgadas con el termoplástico y los componentes de refuerzo o, por ejemplo, mediante agujeteado intenso de las fibras aglomerantes termoplásticas a través de la capa de fibras de carbono utilizando un procedimiento de punción. Con las capas delgadas o penetrabilidad buena con una fusión termoplástica , un intercalado es adecuado, en donde los componentes que no se funden se arreglan como un núcleo.

Una variedad de matrices plásticas termoplásticas que son conocidas en la técnica se puede utilizar come los componentes aglomerantes termoplásticos . Estos varían desde polietileno de punto de fusión bajo a través de polipropileno, poliamidas, hasta termoplásticos de punto de fusión alto como puede ser PEEX o PEI. Los parámetros de consolidación térmica como puede ser la temperatura, tiempo de permanencia, presión y cualquier uso de una atmósfera de gas inerte tienen que coincidir con las peculiaridades de ese polímero. La forma del componente aglomerante termoplástico que se puede utilizar varia desde partículas pequeñas como pueden ser polvos a través de fibras cortas, fibras cortas textiles , vellón o capas fibrosas, materiales de colocación de hilado y foils hasta fusiones de polímeros.

Dependiendo de la combinación de las fibras de carbono discontinuas con el aglomerante termoplástico en capas planas con una relación de peso tan contante como sea posible de fibras de carbono a termoplástico, este laminado se calienta de modo que el componente termoplástico se suavice o funda. Cuando se utiliza una fusión de polímeros, sin embargo, este paso no será necesario. En este caso, se puede aplicar, por ejemplo, a la capa de fibras de carbono por medio de boquillas anchas - después se comprime y después se enfría y consolida con o sin aplicar presión mecánica externa adicional .

La fracción de componentes termoplásticos determina la compactibilidad de los paneles y la estabilidad mecánica de los pelets subsiguientes que se pueden obtener. El límite inferior para la fracción termoplástica preferiblemente es de aproximadamente 5%, mediante lo cual para un efecto de consolidación confiable, las fibras de carbono y componentes termoplásticos se deben mezclar de forma tan íntima y homogénea como sea posible. Para los procesos de intercalado, las fracciones mínimas de aproximadamente 15% a 25% son ventajosas con el fin de obtener buena cohesividad en el pelet subsiguiente. Si ios pelets resultantes se van a utilizar en el mezclado, entonces por razones económicas, preferiblemente se emplea un alto contenido de fibras de carbono y un contenido de polímero aglomerante tan bajo como sea posible. Si los pelets se van a moldear por inyección directamente en componentes, el polímero termoplástico preferiblemente se utiliza en fracciones de > 50%, en general de 70% a 90%.

La fracción de componentes termoplásticos puede, por ejemplo, utilizarse para variar la dureza de los pelets dentro de un intervalo amplio., Esto se extiende desde una condición compacta libre de poros a través del aumento de porosidad hasta un vellón de fibras de baja densidad consolidado con calor. Además de los materiales de fibras de carbono utilizados, se pueden utilizar otros materiales fibrosos en la forma discontinua,. En forma análoga a los componentes de fibras de carbono, éstos se pueden adicionar por medio de procesos de mezclado de fibras antes o durante la formación de la capa, o como un componente del sistema separado cuando se lamina el material .

Los paneles consolidados con calor se trituran después en una forma definida. Esto se puede realizar, por ejemplo, utilizando un proceso de troquelado, utilizando tecnología de corte con peine o una combinación de maquinas cortadoras de gravedad 2 =, El tamaño de la partícula depende de los parámetros del mezclador o máquina de moldeado por inyección; preferiblemente, una dimensión máxima de 15 mm en general no se excede. Los pelets que son fáciles de procesar pueden tener, por ejemplo, longitudes de borde máximos de 5 hasta 10 miru Los pelets no deben de tener una forma regular o uniforme. El espesor de los pelets es de menor importancia. En relación con la buena cohesión, los pelets pesados, muy gruesos, deben tener una fracción termoplástica mínima más alta que los pelets en forma de plaquetas delgadas, los cuales debido a su masa más pequeña, pueden tolerar fuerzas inerciales más pequeñas y mezclarse sin destruirse» El intervalo de aplicaciones de esos pelets de carbono preferiblemente abarcan el mezclado y moldeado por inyección para la producción de materiales compuestos de fibras aglomeradas de forma termoplástica. Ejemplos de otros campos de aplicación con fracciones aglomerantes de punto de fusión particularmente bajo son los refuerzos de elastómero o caucho o una aplicación como pelets con un grado bajo de consolidación en las matrices de duromero que, por ejemplo, desunir nuevamente en el duromero durante los procesos de mezclado para liberar las fibras de carbono de manera que ellas se pueden distribuir de forma adecuada en la matriz de duromero.

Las características definidas en las reivindicaciones dependientes preferiblemente conciernen otras modalidades del tema de la invención. Otras ventajas de la invención serán evidentes de la siguiente descripción detallada.

La presente invención se explicará ahora en más detalle con la ayuda de ejemplos específicos Se debe entender que estos ejemplos son solamente como ejemplos y la invención en ninguna forma está limitada a las medidas y parámetros específicos descritos en ellos.

Ejemplo 1 Procesando una mezcla de fibra/fibra a pelets para moldeado por inyección.

Con el fin de producir pelets que contengan fibras de carbono para moldeado por inyección, las fibras de carbono recicladas obtenidas de 100% de residuo de carbono tejido con una longitud de fibra media de 40 mm y de título dtex 3.3 normal, se utilizaron 60 mm PA6 de textiles de fibras cortas como la materia prima. Ambos materiales se mezclaron de forma íntima juntos en una relación de peso de 70% PA6 hasta 30% de fibras de carbono recicladas (RFC) utilizando un lecho mezclador que es común en la industria textil y una máquina de abertura subsiguiente para formar una mezcla llamada borra. Esta mezcla de fibras después pasa a través de una unidad de cardado y el velo cardado plano con una masa homogénea por unidad de superficie de 35 g/m2 que se produjo con una mezcla de fibras de 70/30 PA6/RCF a través de una napadora se dobló para formar un laminado multi-velo con una masa por unidad de superficie de 260 g/m2 y después se consolidó utilizando una agujeteadora con 25 costuras/cm2 de modo que por un lado el vellón fue fácil de manipular en los procesos subsiguientes y por otro lado, la intensidad de Stich no fue muy alta, con el fin de obtener fibras de carbono en el vellón, las cuales fueron tan largas como fue posible. 10 de esos vellones agujeteados con una masa por anidad de superficie de aproximadamente 250-260 g/m2 se colocaron una sobre otra en la forma de piezas de 30 cm x 30 cm y se comprimieron con una prensa multiplacas a 2 0°C utilizando 50 bares durante 100 s, después se enfriaron. Los bordes suaves aún no consolidados se separaron de las hojas resultantes utilizando una guillotina. Después, las hojas se trituraron en una máquina de cuchillos por gravedad Pierret con un corte de 6*3 nrai, inicialmente de forma longitudinal en tiras y después la tiras se volvieron a colocar y se cortaron transversales en pelets tipo trozos con longitudes de borde en el intervalo de 4 a 10 mm dependiendo de la exactitud de corte determinado. Los pelets fueron de forma irregular; idealmente cuadrados, pero la mayor parte fueron rectángulos alargados irregulares o polígonos hasta triángulos irregulares.

Estas formas resultaron de la técnica de trituración empleada para los paneles y no fueron de importancia primaria para utilizarse en el moldeado por inyección. Lo que es más importante es que no hubo pelets sobredimensionados que pudieran bloquear la tolva de alimentación en las unidades corriente abajo. Estos pelets producidos de esta manera se pueden procesar después en una máquina para moldeado por inyección directamente a FVW.

Ejemplo 2 Procesamiento de una mezcla en el sistema plano a pelets para mezclado.

Dos velos de vellón con una masa por unidad de superficie de 180 g/m2 se produjeron a partir de 100% de un titulo dtex 3.3 normal, 60 mm de textiles de fibra corta PA6 en una unidad de cardado utilizando una napadora y una máquina de punción corriente abajo„ Los dos velos de vellón fueron únicamente agujeteadas ligeramente, una vez con 12 costuras/cm2 a partir de lo anterior. En el siguiente paso, las fibras de carbono recicladas formadas de 100% de residuos tejidos con una longitud media de fibras de 40 mm se procesaron en un velo cardado plano con un peso homogéneo por unidad de superficie de 30 g/m2 utilizando una técnica de cardado que fue especialmente adaptado para procesar las fibras de carbono, y el velo que se extrajo del cardador se colocó continuamente con una napadora en un ángulo de 90° a éste y se traslapó de modo que se colocó una masa por unidad de superficie de 780 g/m2. Entre el velo colocado y la capa de velo de fibras de carbono que se va a traslapar había un velo de vellón agujeteado preparado previamente de modo que la capa de fibras de carbono se colocó en el vellón agujeteado PA6. Antes de correr hacia la máquina de punción corriente abajo, el segundo vellón agujeteado PA6 de 180 g/m2 se enrolló como una capa de cubierta de modo que se produjo un panel tipo sándwich de vellón agujeteado PA6 de 180 g/mol -capa de velo RFC de 780 g/m2 - vellón agujeteado PA6 de 180 g/m2, Este panel tipo sándwich se cosió firmemente con 25 costuras/cm2 desde arriba y abajo. El procedimiento de punción significa que partes de las capas de cubierta del vellón PA6 se cosieron a través de la capa RCF de modo que ocurrió una cierta cantidad de cuasimezclado de PA6 con la capa RCF, lo cual tuvo un efecto positivo en la estabilidad de la consolidación térmica subsiguiente» Los vellones agujeteados obtenidos con una capa externa de FA6 y RCF en el núcleo se colocaron una sobre otra en piezas de 30 cm x 30 cm y se comprimieron con una prensa multiplacas a 240°C a 50 bares durante 100 segundos y después se enfriaron. Los bordes suaves aún no consolidados se separaron de las hojas resultantes utilizando una guillotina. Después, las hojas se trituraron en una máquina de cuchillos por gravedad Pierret con un corte de 9.8 mm inicialmente en forma longitudinal en tiras y después las tiras se volvieron a colocar y se cortaron transversales en pelets tipo trozos con longitudes de borde en el intervalo de 7 a 14 m dependiendo de la exactitud del corte determinada. Los pelets fueron de forma irregular; idealmente cuadrados, pero la mayor parte fueron rectángulos alargados irregulares' o polígonos hasta triángulos irregulares Estas formas resultaron de la técnica de trituración empleada para los paneles y no fueron de importancia primaria para utilizarse en el moldeado por inyección. Lo que es más importante es que no hubo pelets sobredimensionados que pudieran bloquear la tolva de alimentación en las unidades corriente abajo. Estos pelets producidos de esta manera se pueden procesar después en un extrusor para granulados para moldeado por inyección que contengan fibras de carbono con una fracción de fibra de 10% de RCF.

El principio operativo de un cardador que se puede utilizar en el contexto de la presente invención se describirá ahora como ejemplo con referencia, a los dibujos acompañantes.

La Figura 1 muestra una ilustración simplificada del principio de una unidad cardadora que es, por ejemplo, adecuada para la producción de un velo fibroso que consiste en, a saber, fibras de carbono de acuerdo con el método de la invención.

La ilustración muestra al menos una capa de fibra 10 que entra a la unidad cardadora (en la izquierda), la que inicialmente pasa sobre los rodillos de alimentación i, 2 sobre un cilindro tomador 3 que gira en la dirección contraria a los rodillos de alimentación. Entre este cilindro tomador 3 y el tambor 5 que gira en la misma dirección que el cilindro tomador 3 está un rodillo de transferencia 4 que gira en la dirección contraria al cilindro tomador 3 y el tambor 5. En la circunferencia del tambor 5 hay diversos trabajadores 6 y tornero o inversores 7 en diferentes posiciones sobre la circunferencia. Estos dispositivos funcionan para desagregar la capa de fibra entrante 10 en la unidad cardadora a fibras individuales y después para reformarlos en un velo de fibras de masa homogénea, delgado con una masa definida por unidad de superficie . Preferiblemente, las fibras están orientadas a lo largo de su longitud.

Detrás del tambor 5 está un tambor de extracción 8 que gira en la dirección contraria ai tambor 5, cuyo tambor 8 tiene una cuchilla tipo peine 9 ubicada en su lado corriente abajo. Un velo de fibra 11 se toma desde el tambor de extracción 8 en la forma de un velo continuo que, por ejemplo, tiene una. masa por unidad de superficie máxima de aproximadamente 80 g/m2, preferiblemente un máximo de aproximadamente 60 g/m2, asi como una orientación de longitud de fibra de aproximadamente 15-30 g/m2, por ejemplo.

LISTA DE NÚMEROS DE REFERENCIA 1 rodillo de alimentación 2 rodillo de alimentación 3 cilindro tomador 4 rodillo de transferencia 5 rollo 6 abajado 7 tornero o inversor tambor de extracción cuchilla tipo peine capa de fibras entrantes velo de fibras

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un método para producir pelets a partir de materiales compuestos de fibras apropiados para otro procesamiento en un método para terminar plásticos, en donde los pelets contienen fibras de carbono y al menos un material matriz termoplástico caracterizado en que las fibras de carbono, manojos de fibras da carbono o una mezcla de estos se separan del residuo o partes utilizadas que contengan fibras de carbono, se aplanan junto con el material matriz termoplástico, se comprimen en un material laminado bajo el efecto de calor y posteriormente se enfrian y se trituran en pelets, rollos o trozos.

2. El método para producir pelets a partir de materiales compuestos de fibras como se reclama en la reivindicación 1, caracterizado en que iniciaimente , al menos una capa de fibras de carbono discontinuas se produce aplanando las fibras de carbono discontinuas en un proceso de colocación aleatorio, neumático, un proceso de cardado, un proceso de colocación húmedo, un proceso para producir papel o por medio de un relleno suelto.

3. El método como se reclama en la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado en que las fibras de carbono, manojos de fibras de carbono o una mezcla de estas que se utilizan, tienen una longitud media de 3 mm hasta 150 rom.

4. El método como se reclama en la reivindicación 2 o la reivindicación 3, caracterizado en que una capa de fibras que corre hacia una unidad de cardado se procesa directamente a un velo de fibras de masa homogénea, delgado.

5. El método como se reclama en la reivindicación 4, caracterizado en que en la entrada a la unidad de cardado, las fibras de carbono discontinuas, manojos de fibras de carbono o una mezcla de estas y las fibras termoplásticas se alimentan como capas separadas y después se mezclan en el cardador.

6. El método como se reclama en una de las reivindicaciones i a 3, caracterizado en que al menos una capa termoplástica que contiene al menos una hoja metálica termoplástica, capa de velo de fibras o capa de vellón se ponen en contacto, si es necesario en la forma de un fundido con al menos una capa de fibras de carbono discontinuas, manojos de fibras de carbono o una mezcla de estas.

7. El método como se reclama en una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado en que un componente termoplástico en la forma de un polvo o como partículas con un diámetro de menos de aproximadamente 5 mm se aplica en al menos una placa de fibras de carbono discontinuas, manojos de fibras de carbono o una mezcla de estas o se impregnan en esa capa y el arreglo se calienta o el componente termoplástico en la forma de un fundido se pone en contacto con al menos una capa de fibras de carbono discontinuas.

8. El método como se reclama en una de las reivindicaciones i a 5, caracterizado en que un componente termoplástico en la forma de fibras discontinuas se mezcla de forma homogénea e íntima con las fibras de carbono, manojos de fibras de carbono o una mezcla de estas antes de o durante la formación de la capa .

9. El método como se reclama en una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado en que los componentes individuales, a saber fibras de carbono, manojos de fibras de carbono o una mezcla de estas , las fibras matriz termoplástico y cualquier otra fibra con una composición diferente se alimentan cada una sin mezclar en diferentes capas como velos de fibras o velos de vellón y se aplanan entre sí y se toman medidas para asegurar la penetración suficiente de todas capas mediante los componentes matriz termoplástico y la unión compacta de las capas juntas después de la consolidación térmica .

10. El método como se reclama en una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado en que con el fin de aislar las fibras de carbono, los manojos de fibras de carbono o una mezcla de estas formadas del residuo o partes utilizadas de las sustancias matriz no deseadas, se emplean técnicas de pirólisis o tratamiento con disolventes supercríticos .

11. Un pelet que contiene fibras de carbono producido de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a .10, caracterizado en que los manojos de fibras o una mezcla de estos en el intervalo de 5% hasta 95%, preferiblemente en el intervalo de 10% hasta 80% y en donde la longitud máxima borde a borde del pelet es de 3 hasta 25 mm, preferiblemente de 5 hasta 10 mm„

12. El pelet que contiene fibras de carbono como se reclama en la reivindicación 11, caracterizado en que las fibras de carbono, manojos de fibras de carbono o una mezcla de estos contenido en el pelet no tiene un longitud de fibra uniforme y partes de ésta no pasan a. través del cuerpo del pelet sin interrupción.

13. El pelet que contiene fibras da carbono como se reclama en la reivindicación 11 o reivindicación 12, caracterizado en que además de las fibras de carbono, manojos de fibras de carbono o una mezcla de estos formadas de residuo que contiene fibras de carbono o partes utilizadas, el pelet también contiene una fracción de fibras de carbono en la forma de materias primas discontinuas (nuevos productos).

14. El pelet que contiene fibras de carbono como se reclama en una de las reivindicaciones 11 a 13., caracterizado en que además de las fibras de carbono, manojos de fibras de carbono o una mésela de estos, el pelet además contiene fibras de refuerzo en forma discontinua, en particular para-aramida, fibras de vidrio y/o fibras con un punto de fusión que es más alto que el de las fibras matriz. RESUMEN DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un método para producir pelets a partir de materiales compuestos de fibras apropiados para otro procesamiento en un método para terminar plásticos, los pelets que contienen fibras de carbono individuales, manojos de fibras de carbono o una mezcla de estos y al menos un material matriz termoplástico. El método se caracteriza en que las fibras de carbono, los manojos de fibras de carbono o una mezcla de estos se separan del residuo o partes utilizadas que contengan fibras de carbono, se aplanan junto con el material matriz termoplástico , se comprimen en un material laminado bajo el efecto de calor y posteriormente se enfr an y se trituran en pelets, plaquetas o trozos. El método de acuerdo con la invención permite utilizar las fibras de carbono, por ejemplo, procedentes de los residuos de la producción textil, de los residuos de la producción adheridos o curados, de componentes residuales del proceso CFRP o similares, como fibras de refuerzo, con lo cual se obtiene una materia prima no costosa, y las fibras de carbono que están contenidas en los materiales residuales se reciclan para una aplicación útil. Las fibras de carbono finales, los manojos de fibras de carbono o mezclas de éstos se llevan a una forma que se pueda vaciar y fácilmente medir puede utilizarse como materia prima para moldeado po extrusión o por inyección, por ejemplo.