MXPA01006420A - Sistema de apresto no acuoso para fibras de vidrio y polimeros moldeables - Google Patents

Abstract

Un apresto no acuoso para fibras de vidrioútil para refuerzo de polímero. La composición de apresto comprende uno o más formadores de película miscibles con el polímero a reforzar, uno o más agentes de acoplamiento y uno o más polvos. La composición de apresto de la invención proporciona una fibra de vidrio que tiene mejorada procesabilidad e izod muescado sin pérdida alguna en características de dispersabilidad de los nódulos de vidrio.

Description

SISTEMA DE APRESTO NO ACUOSO PARA FIBRAS DE VIDRIO Y POLÍMEROS MOLDEABLES CAMPO TÉCNICO Y APLICABILIDAD INDUSTRIAL DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a la fabricación de nodulos, bolitas o masas de material de vidrio trozado para moldeo con inyección de polímeros reforzados. En particular, la presente invención proporciona composiciones de apresto y un proceso para la fabricación de nodulos de fibras de vidrio que tienen procesabilidad mejorada sin pérdida alguna en características de dispersabilidad de los nodulos de vidrio. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las composiciones de apresto son bien conocidas y empleadas ampliamente en la fabricación de fibras de vidrio o carbón para mejorar sus propiedades de procesamiento, tales como: cohesión de haz de fibras, empaquetado, dispersabilidad, resistencia a formación de pelusa, lisura y suavidad de fibras, resistencia a la abrasión y facilidad y desprendimiento no destructivo de haces de fibras bobinados. Las composiciones de apresto también afectan las propiedades físicas del compuesto que contiene las fibras tratadas.

La industria de plásticos reforzados ha estado utilizando fibras de vidrio en diversas formas para reforzar matrices poliméricas en producir una variedad de productos. Las fibras de vidrio se han empleado en la forma de filamentos, hebras y mechas continuas o trozadas, así como géneros, mallas y lienzos tejidos y no tejidos para reforzar polímeros. Se han reforzado matrices poliméricas termoplásticas con una variedad de formas diferentes de fibras de vidrio, resultando en la producción de productos tales como: compuestos de moldeo laminar, compuestos de moldeo a granel, productos de extrusión por estirado, productos de panel, productos de moldeo con rociado, etc. La producción de fibras de vidrio para el mercado de refuerzo polimérico involucra atenuación de las fibras de vidrio a partir de corrientes fundidas de material de vidrio formador de fibras a partir de un buje o dispositivo semejante conectado a un horno que contiene material de vidrio formador de fibras fundido. Las fibras de vidrio se atenúan por medios convencionales tales como bobinadores o chorros de aire con alta presión. En el proceso de producir fibras de vidrio, una composición química se les aplica brevemente después de que se atenúan como corrientes fundidas de vidrio. Antes de la presente invención, la composición química tradicionalmente ha sido una solución acuosa, espuma o composición de gel que contiene materiales poliméricos formadores de películas, agentes de acoplamiento, de lubricantes y en ocasiones auxiliares de procesamiento. Esta composición química o apresto es necesaria a fin de retardar abrasión interfilamentos de las fibras de vidrio cuando se reúnen o recolectan en un haz de fibras o hebras de vidrio. También se requiere para hacer las fibras de vidrio compatibles con matrices poliméricas que se utilicen para reforzar. Después de aplicación del apresto, las fibras luego se secan ya sea en la forma de paquete o en la forma de hebras trozadas antes de que se utilicen para refuerzo. Antes de la presente invención, la siguiente etapa para utilizar fibras de vidrio como refuerzo para polímeros moldeados, involucra la producción ya sea de un compuesto de fibras cortas o un compuesto de fibras largas. En general, la producción de compuestos de fibras cortas involucra el mezclar nodulos de polímeros puros con las fibras de vidrio trozadas de manera tal que las fibras de vidrio se dispersan a través del polímero cuando se extruyen. La extrusión por estirado, se utiliza para producir compuestos de fibras largas cuando están calientes, el polímero termoplástico se forza a través de la mecha de vidrio a fin de hacer el compuesto.

Este proceso para fabricar el compuesto del polímero de vidrio es costoso y muy lento, primordialmente debido a la alta viscosidad de polímero termoplástico. Como se discutió anteriormente, las fibras de vidrio trozadas comúnmente se utilizan como materiales de refuerzo en artículos termoplásticos. Típicamente, estas fibras se forman al extraer vidrio fundido en filamentos a través de un buje o placa de orificios, aplicando una composición de apresto que contiene lubricantes, agentes de acoplamiento y resinas aglutinantes formadoras de película a los filamentos, recolectar los filamentos en mechas, trozar las hebras de fibras en segmentos de longitud deseada y secar la composición de apresto. Estos segmentos de hebras trozadas posteriormente se mezclan con una resina polimerizable y la mezcla se suministra a una máquina de moldeo por compresión o inyección para formarse en artículos de plástico reforzados con fibras de vidrio. Típicamente, las hebras trozadas se mezclan con nodulos de una resina termoplástica polimerizable y la mezcla se suministra a un extrusor en donde la resina se funde, y mezcla con las hebras trozadas, de esta manera la integridad de las hebras de fibras de vidrio se destruye y las fibras se dispersan a través de la resina fundida, la longitud de las fibras se disminuye y la dispersión de fibras/resina se forma en nodulos. Estos nodulos luego se alimentan a la máquina de moldeo y forman en artículos moldeados que tienen una dispersión substancialmente homogénea de las fibras de vidrio. Desafortunadamente, sin embargo, las fibras de vidrio trozadas elaboradas por estos procedimientos típicamente son voluminosas y no fluyen bien. Consecuentemente, estas fibras en ocasiones son difíciles de manejar y ocasionalmente han sido problemáticas en equipos de procesamiento automatizado. La mayoría de los intentos para mejorar el proceso se han dirigido a compactar las hebras trozadas . El trabajo se dirige a mejorar la fluidez de las hebras trozadas que supuestamente permitirán el uso de equipo automatizado para cargar y transportar las fibras de vidrio para mezclar con resinas termoplásticas. Este proceso se describe en la Patente de los E.U.A. No. 4,840,755, en donde se enrollan hebras trpzadas en húmedo, de preferencia en un portador vibratorio, para redondear las hebras y compactarlas en nodulos de forma cilindrica más densos. Sin embargo, mientras que los métodos descritos tienden a proporcionar nodulos más densos, de forma más cilindrica exhibiendo mejor fluidez, los métodos y aparatos descritos se limitan en forma indeseable en ciertos aspectos. Por ejemplo, el tamaño de nodulos y contenido de fibras generalmente se limitan por el tamaño y número de fibras en la hebra trozada. Aunque hebras separadas o filamentos sueltos supuestamente se adhieren a otras hebras durante el proceso de enrollado, el proceso se diseña para evitar que múltiples segmentos de hebras trozadas se adhieran entre sí para formar nodulos que contienen más fibras que las presentes en una hebra trozada simple. Consecuentemente, para obtener nodulos que tienen esta densidad a granel y una proporción suficiente de diámetro a longitud para exhibir buena fluidez, la hebra de la cual se trozan los segmentos usualmente debe formarse de una gran cantidad de filamentos. Sin embargo, el incrementar el número de filamentos requeridos para formar y combinar en una sola hebra, complica en forma inconveniente la operación de formado . Aunque los nodulos descritos pueden hacerse por estos diversos procesos de mezclado, se ha descubierto que muchos de estos procesos o son muy ineficientes para utilizarse comercialmente, o no pueden ser controlados adecuadamente para generar un producto de nodulo uniforme, que proporcione el artículo compuesto resultante con características de resistencia comparables con aquellos elaborados a partir de fibras de hebras trozadas no-noduli zadas . Por ejemplo, el uso de un nodulizador de disco modificado como se describe en la patente de los E.U .A. No. 4,840,755, frecuentemente resulta en un tiempo de residencia excesivo de los nodulos formados dentro del mezclador, lo que resulta en degradación de los nodulos debido a la naturaleza abrasiva de los nodulos de fibras de vidrio que frotan entre sí. Esta degradación de nodulos finalmente reduce las características de resistencia de los artículos moldeados elaborados . En un intento por superar estas desventajas, la patente de los E.U.A. No. 5,578,535 describe nodulos de fibras de vidrio 'que son aproximadamente 20 a 30% más densos que las hebras de vidrio individuales de las cuales se elaboran, y de aproximadamente 5 a 15 veces más grandes de diámetro. Estos nodulos se preparan al hidratar segmentos de hebras cortados a un nivel suficiente para evitar formación de filamentos pero insuficientes para provocar que los segmentos de hebra se aglomeren en un grumo, y mezclar los segmentos de hebras hidratados por un tiempo suficiente para formar nodulos. Un mezclado conveniente incluye cualquier proceso que mantenga las fibras moviéndose y alrededor entre si e incluye procesos que se describen como tamboreo, agitación, mezclado, co-mezclado, agitación y entremezclado. Sin embargo, aunque los nodulos descritos pueden producirse por estos procesos de mezclado tan diversos, se ha descubierto que muchos de esos procesos o son muy ineficaces para utilizarse comercialmente o pueden ser controlados adecuadamente para generar un producto a nodulo uniforme que proporcione el artículo compuesto resultante con características de resistencia comparables con aquellos elaborados a partir de fibras de hebras trozadas no nodulizadas. Por ejemplo, el uso de un nodulizador de disco modificado como se describe en la patente, frecuentemente resulta en un tiempo de residencia excesivo de los nodulos formados dentro del mezclador, lo que resulta en degradación de los nodulos debido a la naturaleza abrasiva de los nodulos de fibras de vidrio que se frotan entre sí. Esta degradación de nodulo finalmente reduce las características de resistencia de los artículos moldeados elaborados . En resumen, los intentos previos por mejorar sobre la tecnología de hebras de fibras de vidrio trozadas, se han dirigido primordialmente a las cortas longitudes de fibras (aproximadamente 6 mm) , y menores contenidos de vidrio (aproximadamente 30%) ; en un esfuerzo por mantener la dispersión de las fibras de vidrio en la parte moldeada por inyección. Esto ha resultado en una solución intermedia de procesabilidad.

Junto con los requerimientos de procesamiento y dispersión, la industria también ha intentado el aliviar las consideraciones ambientales al encontrar formar para minimizar niveles de VOCs mientras que mantiene las propiedades físicas de las fibras. Esto ha dado lugar al uso de aprestos de temperatura de aplicación elevada no acuosos" (NEAT = None Aqueous Elevated Application Temperature) . Con aprestos NEAT, las resinas no se emulsifican o mezclan con solventes, por lo tanto los VOCs se reducen significativamente. Además, en la presente invención, los agentes de acoplamiento, o en forma más particular, los silanos no se mezclan con agua; esto en algunas ocasiones reduce la hidrolización y puede disminuir el desprendimiento, de VOCs en el ambiente de producción. Esto se demuestra en la solicitud de Patente de los E.U.A. No. 08/885,882, otorgada a Owens-Corning Fiberglas Technology, Inc. De acuerdo con esto, existe una necesidad por un método de procesar fibras con una composición de apresto que agrega procesabilidad a las fibras de vidrio con apresto NEAT, mientras que se preserva la excelente dispersabilidad en el producto moldeado. No solo se cumple esta necesidad por el proceso y composición de la invención siguientes, sino que la invención tiene el aspecto adicional de ~ incrementar la resistencia Izod muescado de las partes moldeadas mientras que también permite superiores contenidos de vidrio. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona una composición de apresto no acuosa y proceso que produce en forma controlable fibras de vidrio trozadas altamente procesables, que pueden incrementar los valores y sus muescados de productos moldeados por inyección reforzados con los nodulos. Los nodulos de vidrio resultantes pueden emplearse en la fabricación de cualquier producto de fibras largas que requiera altas propiedades. Por ejemplo, el producto de la invención puede utilizarse en partes moldeadas por compresión e inyección útiles en la industria automotriz, tales como las partes internas de un vehículo, sin pérdida alguna en las características físicas mientras que son más procesables . Antes del descubrimiento de la composición de apresto presente, era necesario mantener el peso molecular del apresto bajo, a fin de reducir el arrastre. Esto resulta en problemas para mantener la integridad del nodulo. Sin embargo, la presente invención permite la adición de materiales de superior peso molecular, lo que permite el uso de superiores temperaturas. Esto resulta en un nodulo de vidrio trozado que tiene características físicas y procesabilidad comparables o mejores los vistos normalmente solo en nodulos revestidos con alambre. Una modalidad del apresto no acuoso de la presente invención contiene uno o más formadores de película que son miscibles con el polímero a reforzar y uno o más agentes de acoplamiento y uno o más polvos de alto peso molecular. El apresto no contiene agua y se aplica a altas temperaturas. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 y Figura 2 demuestran que la adición de polvo al 5% mostró efectos despreciables en viscosidad y que la adición de 20% simplemente lo duplicó. DESCRIPCIÓN DETALLADA Y MODALIDADES PREFERIDAS DE LA INVENCIÓN En el proceso de la invención, una hebra de fibras de vidrio eubstancialmente continua se forma por técnicas convencionales tales como extraer vidrio fundido a través de un buje calentado, para formar una multitud de fibras de vidrio substancialmente continuas y recolectar las fibras en una hebra. Cualquier aparato conocido en la especialidad para producir estas fibras y recolectarlas en una hebra puede utilizarse convenientemente en la presente invención. Fibras convenientes son fibras que tienen un diámetro de aproximadamente 10 a 30 mieras y hebras convenientes contienen de aproximadamente 50 a 45,000 fibras. De preferencia, las hebras formadas en el proceso de la invención contienen de aproximadamente 4000 a 5000 fibras con un diámetro de aproximadamente 17 a 25 mieras. La composición de apresto no acuosa de la presente invención .está constituida por uno o más formadores de película; uno o más agentéis de acoplamiento y contiene uno o más polvos de alto peso molecular. El polvo de alto peso molecular preferido es polar y se acopla a las fibras de vidrio en una etapa de consolidación en horno. Polvos convenientes agregan peso molecular y resistencia al apresto sin incremento substancial en viscosidad de la composición de apresto no acuosa. Polvos de alto peso molecular polares convenientes incluyen polvos de nylon, tales como poliamida Orgasol 2001 EXD NATI; poliamida OrgaSol 2001 UD NATI; y poliamida Orgasol 2001 UD NAT2 , y tienen un peso molecular en el rango desde aproximadamente 12,000 a aproximadamente 65,000. En una modalidad preferida, el peso molecular está en el rango de aproximadamente 18,000 a aproximadamente 50,000. Un polvo preferido es Orgasol poliamida 12 de 5 mieras que se obtiene de Elf Atochem North America) . De preferencia, los polvos se agregan en una cantidad de aproximadamente 1% a aproximadamente 20%, con 5% aproximadamente a 15% aproximadamente que se prefiere en particular. El formador de película preferido deberá ser un sólido a temperatura ambiente con viscosidad de 50 a 400 cps a 100°C y tener suficiente peso molecular para que sea esencialmente no volátil. De preferencia, la viscosidad de revestimiento es menor que 500 cps cuando se aplica al formar para evitar excesivo arrastre y tensión en las fibras. En una modalidad, esto se logra al seleccionar un formador de película con bajo peso molecular (típicamente inferior a 8,000) y una temperatura de formación aceptable (usualmente en 148.89°C (300°F) o menor por razones de seguridad y fabricación. -Además, el polvo no puede fundirse o disolverse en el aplicador, a fin de evitar que el polvo forme pelotas aglomeradas e incrementar la viscosidad del apresto. El agente de acoplamiento preferido deberá ser un líquido a temperatura ambiente. Agentes de acoplamiento convenientes incluyen silanos órgano funcionales, 3-glicidoxipropiltrimetoxi silano y 3-metacriloxipropiltr imetoxi silano. El agente de acoplamiento preferido para utilizar en la invención es 3-aminopropiltrietoxi silano, comercialmente disponible de OSi Specialties de Witco, bajo la designación comercial A-1100. De preferencia, los silanos órgano funcionales se emplean en una cantidad de aproximadamente .5% a aproximadamente 4% de la composición de apresto con 2% como el más preferido. Pormadores de película útiles en la invención incluyen formadores de película miscibles con el polímero a reforzar. En una modalidad preferida, el formador de película tiene un peso molecular inferior a 8000. Por ejemplo, con nylon, adecuados formadores de película incluyen policaprolactonas tales como Tone 0310 y 0260 que se obtienen de Union Carbide. Para polipropilenos de refuerzo, formadores de película convenientes incluirán ceras amorfas tales como Vybar 260 y 825 que se obtienen de Petrolite. Además de los componentes requeridos necesarios para preparar la invención, otros componentes agregados normalmente a composiciones de apresto de fibras de carbón o vidrio, también pueden estar presentes. Por ejemplo, la composición de apresto de la invención puede contener agentes antiestáticos, agentes de entrelazamiento o endurecedores , antioxidantes, lubricantes catiónicos para reducir filamentos con pelusa o rotos, lubricantes no iónicos, agentes nucleantes o pequeñas cantidades de pigmento, etc. Un ejemplo de un agente de entrelazamiento sería un bis-silano.

En el proceso de la invención, una hebra de fibras de vidrio substancialmente continuas se forma por técnicas convencionales tales como al extraer vidrio fundido a través de un buje calentado para formar una multitud de fibras de vidrio substancialmente continuas y recolectar las fibras en una hebra. Cualquier aparato conocido en la especialidad para producir estas fibras y recolectarlas en una hebra, puede ser empleado convenientemente en la presente invención. Fibras convenientes son fibras que tienen un diámetro de aproximadamente 10 a 30 mieras, y hebras convenientes que contienen aproximadamente 50 a 45000 fibras. De preferencia, las hebras formadas en el proceso de la invención contienen de aproximadamente 4000 a 5000 que tienen un diámetro de aproximadamente 17 a 25 mieras. En una modalidad particularmente preferida, las hebras tienen un diámetro de aproximadamente 20 a aproximadamente 23 mieras . La composición de apresto no acuosa puede aplicarse a las fibras de vidrio o carbón por cualquier método conocido por aquellos con destreza en la especialidad tal como durante la formación de las fibras de vidrio o después de que las fibras de vidrio se han enfriado a una temperatura suficiente para permitir la aplicación de la composición de apresto no acuosa. La composición de apresto no acuosa puede aplicarse a fibras de vidrio por aplicadores que tienen bandas, rodillos, rociadores y aplicadores de fusión en caliente. De preferencia, se aplica la composición de apresto por un aplicador calentado que es capaz de aplicar o dosificar pequeñas cantidades de apresto uniformemente a una hebra de vidrio continua. Pueden emplearse aplicadores de rodillos dobles y estacionarios, sin embargo los aplicadores preferidos son: un aplicador de apresto con ranura de rodillo de 19.05 mm (.75"), aplicador de apresto de ranura-rodillo de 9.5 mm (.375"), aplicador de rodillo dual y aplicador de rodillos divididos múltiples. El más preferido es un aplicador de apresto de ranura-rodillo de 19.05 mm (.75") . El aplicador de ranura-rodillo de 19.05 mm (.75") tiene un diámetro de 19.05 mm (.75") con un rodillo de acero o grafito; el bloque de fondo se calienta. Este aplicador proporciona un flujo de apresto de un solo paso con arrastre reducido en comparación con un aplicador standard tal como aquellos típicamente empleados en la especialidad. Con este aplicador, también hay la ventaja de que la velocidad del rodillo es ajustable por el tren de engranajes e impulsor inversor. Además, es bien adecuado para viscosidades en el rango de 50 a 400 cps y maneja velocidades de adición en el rango de 0.5 a 8% o superiores. Un aplicador de ranura-rodillo de 9.5 mm (.375") difiere en que el diámetro de rodillo es de 9.5 mm (.375") y el bloque de fondo está calentado. Este aplicador también proporciona un flujo de apresto de un solo paso con arrastre ligeramente menor, en comparación con una ranura-rodillo 19.05 mm (.75"). Como el aplicador de 19.05 mm (.75"), la velocidad del rodillo es ajustable por el tren de engranajes y unidad inversora. Además, este aplicador ha mostrado ser útil para viscosidades en el rango de 50 a 400 cps mientras que manejan velocidades de adición de aproximadamente .3 a 3% o superiores . Se proporciona un aparato para producir fibras de vidrio con apresto. El aparato comprende: un buje calentado para suministrar corrientes de vidrio fundido a extraer en fibras continuas; un dispositivo adaptado para extraer las corrientes en las fibras y un aplicador de apresto. El aplicador de apresto incluye un alojamiento y un aplicador de rodillo que es acoplado en forma giratoria al alojamiento. El alojamiento tiene una compuerta de suministro adaptada para recibir composición de apresto bajo presión desde una fuente de suministro de apresto, una ranura de salida y un pasaje que se extiende desde la compuerta de suministro a la ranura de salida. El pasaje recibe la composición de apresto desde la compuerta de suministro y proporciona la composición de apresto a la ranura de salida, de manera tal que la composición de apresto sale del alojamiento y se recibe en una superficie exterior del aplicador de rodillo. El aplicador de rodillo está separado del alojamiento, de manera tal que el alojamiento no contacta substancialmente y altera el espesor de la composición de apresto que se recibe en el aplicador de rodillo. El aplicador de rodillo de preferencia gira respecto a un eje central que se encuentra en un plano generalmente horizontal. La ranura de salida puede colocarse sobre el plano horizontal de manera tal que la composición de apresto sale del alojamiento y se recibe en la superficie exterior del aplicador de rodillo sobre el plano horizontal. El aplicador de rodillo además incluye primeras y segundas porciones de extremo. En una modalidad, la primer porción de extremo tiene primeras espirales o roscas y la segunda porción de extremo tiene segundas espirales o roscas . Las primeras y segundas espirales son de sentido opuesto a fin de desviar hacia adentro la composición de apresto que contiene las primeras y segundas porciones de extremo, conforme gire el aplícador de rodillo. De preferencia, el pasaje tiene un área en sección transversal que generalmente es constante desde la compuerta de suministro a la ranura de salida. El aparato además incluye un aparato impulsor para efectuar rotación del aplicador de rodillo. El aparato impulsor comprende una estructura de motor y una estructura de embrague. La estructura de motor incluye un motor que tiene un eje motor y una polea de impulso acoplada al eje motor a fin de girar con el eje motor. La estructura de embrague incluye: un alojamiento de embrague; una primer flecha o eje montado giratoriamente en el alojamiento y que incluye una perforación interior; una segunda flecha colocada en la perforación y que incluye un hombro anular y una porción de extremo distante adaptada para acoplar el aplicador de rodillo, de manera tal que la rotación de la segunda flecha efectúa la rotación del aplicador de rodillo; un resorte colocado en la perforación y que acopla el hombro anular de la segunda flecha; un retenedor de resorte sujeto a la primer flecha para girar con la primer flecha y que acopla y retiene el resorte en la perforación; y una banda colocada respecto a la polea de impulso y una porción de la primer flecha, de manera tal que la rotación de la polea de impulso efectúa rotación de la primer flecha. El resorte efectúa rotación de la segunda flecha ante rotación de la primer flecha. La porción de la primer flecha puede comprender una polea de impulso montada en la primer flecha. La porción de extremo distante de la segunda flecha, de preferencia incluye un pasador que se extiende generalmente transversal al eje central de la segunda flecha. El pasador se adapta para acoplar una muesca receptora de pasador que se proporciona en el aplicador de rodillo. De acuerdo con un segundo aspecto del aparato preferido, un aplicador de apresto se proporciona para proporcionar un revestimiento de composición de apresto a fibras de vidrio. El aplicador comprende un alojamiento y un aplicador de rodillo, que es acoplado giratoriamente con el alojamiento. El alojamiento tiene una compuerta de suministro adaptada para recibir la composición de apresto desde una fuente de suministro de apresto, una ranura de salida y un pasaje que se extiende desde la compuerta de suministro a la ranura de salida. El pasaje recibe la composición de apresto desde la compuerta de suministro y proporciona la composición de apresto a la ranura de salida de manera tal que la composición de apresto sale del alojamiento y se recibe en una superficie exterior del aplicador de rodillo. El aplicador de rodillo está espaciado del alojamiento, de manera tal que el alojamiento no altera substancialmente el espesor de la composición de apresto recibida en el aplicador de rodillo. De acuerdo con un tercer aspecto del aparato preferido, se proporciona un aplicador de apresto para suministrar un revestimiento de la composición de apresto a fibras de vidrio. El aplicador de apresto incluye un alojamiento y un aplicador de rodillo que se acopla giratoriamente en el alojamiento. El alojamiento tiene una compuerta de suministro adaptada para recibir la composición de apresto desde una fuente de suministro de apresto, una ranura de salida y un pasaje que se extiende desde la compuerta de suministro a la ranura de salida. El pasaje recibe la composición de apresto desde la compuerta de suministro y proporciona la composición de apresto a la ranura de salida, de manera tal que la composición de apresto sale del alojamiento y se recibe en una superficie exterior del aplicador de rodillo. El aplicador de rodillo está separado del alojamiento, de manera tal que el alojamiento no contacta substancialmente la composición de apresto, una vez que se recibe en el aplicador de rodillo. Un aplicador de rodillo dual es útil cuando se manejan aprestos con viscosidades en el rango de 1 a 200 cps mientras que se requieren velocidades de adición en el rango de 1 a 15%. Este tipo de aplicador permite un control preciso del espesor de película. El apresto se aplica utilizando un aplicador calentado capaz de aplicar o dosificar pequeñas cantidades de 3-225 gm/minuto de apresto unifórmente distribuido a una hebra de vidrio. De preferencia, el sistema aplicador tiene un diámetro desde 6.35 mm (.25") a 25.4 mm (1") y se alimenta por una bomba Zenith serie H. El apresto no acuoso de la presente invención puede aplicarse a temperaturas en el rango de 30 a 150°C (86 a 302°F) . De preferencia, el apresto se aplica a una temperatura no menor que 149°C (300°F) . En una modalidad particularmente preferida, el apresto se aplica a 100°C (212°F) . El apresto puede aplicarse a viscosidades en el rango de 75 a 500 cps. De preferencia, el apresto se aplica en el rango de 100 a 250. En uña modalidad particularmente preferida, el apresto no acuoso se aplica a una viscosidad de aproximadamente 200 cps. Otra variable importante es la cantidad de apresto a aplicarse al vidrio. En hebras trozadas tradicionales, el porciento de LOI en peso de apresto en las fibras de vidrio o carbón es 1% o menor con compuestos de fibras cortas que son de aproximadamente 0.5 a 1% de apresto. De esta manera, la influencia del apresto en la matriz es relativamente pequeño. En contraste, el apresto de la presente invención tiene una cantidad de apresto que está en el rango de 2 a 10%. Como resultado, la función del apresto se amplia de manera tal que no solo proporciona buena adhesión mientras que ofrece protección y buenas características de procesamiento, sino que también se vuelve un componente significante de la matriz. En particular para la presente invención, la gran cantidad de apresto en el vidrio permite que las fibras de vidrio revestidas con alambre se dispersen uniformemente a través del polímero termoplástico durante el proceso de moldeo. Un método para determinar la LOI a utilizarse es aplicar apresto en una cantidad suficiente para llenar esencialmente los intersticios de la hebra de vidrio. Esto requiere una determinación y medida de los intersticios. El cálculo utiliza la densidad del filamento de vidrio y la densidad del apresto. La fórmula es como sigue: Área de un hexágono que circunscribe un círculo de radio r = n*r*r*tan (pi/6) Considerando r = 1 cm Área de un hexágono (vidrio más apresto) = 3.4641 c Área de círculo (vidrio) = pi cm2 Área de apresto = 3.4641 = pi = 0.3225 cm2 Volumen de cada (considerando altura = 1 cm) apresto = 0.3225 cm3 vidrio = pi cm3 Peso de apresto = (1 gm/cm3) (0.3225 cm3) = 0.3225 gm Peso de vidrio = (2.53 gm/cm3) (pi cm3) = 7.948 gm Peso total de apresto y vidrio = 8.2707 gm Por ciento en peso de apresto = 3.9% El apresto puede aplicarse en cantidades en el rango de 2% a 10%. De preferencia, el apresto se aplica en el rango de 2 a 5. En una modalidad particularmente preferida, el apresto se aplica a una fibra de vidrio para refuerzo de nylon a una LOI desde 3.0 a 4.0% con LOI más preferida que es 3.5%. En una modalidad particularmente preferida, el apresto se aplica a fibras de vidrio para refuerzo de polipropileno acoplado a una LOI de 2 a 5%, con LOI más preferida que es 3.5%. Sin embargo, como puede reconocerse de la discusión y formula anteriores, la LOI preferida variará con la densidad del filamento de vidrio y densidad de apresto. Por ejemplo, un filamento de 23 mieras tiene una LOI preferida de aproximadamente 3.5% en donde un filamento de 20 mieras tiene una LOI preferida de aproximadamente 4.1%; un filamento de 16 mieras tiene una LOI preferida de aproximadamente 5.0; y un filamento de 13 mieras tiene una LOI preferida de aproximadamente 6.2%. De esta manera, con más superficie por gramo de vidrio, se requiere más apresto. De esta manera, se proporciona en una modalidad, una composición de apresto para tratamiento de fibras de vidrio que comprende: uno o más formadores de película miscibles con el polímero a reforzar; uno o más agentes de acoplamiento; y uno o más polvos de alto peso molecular. El formador de película puede ser cualquier formador de película que sea de suficiente peso molecular para ser esencialmente no volátil, tiene un rango de viscosidad de 50 a 400 cps a 100°C (212°F) y es compatible con la matriz termoplástica. Por ejemplo, un formador de película tal como policaprolactona se utilizará para ser miscible con un compuesto de moldeo tal como nylon 66. Los agentes de acoplamiento pueden ser cualesquiera que sean compatibles con los formadores de película selectos. Por ejemplo, agentes de acoplamiento compatibles con formadores de película de policaprolactona serán diversos silanos amino funcionales. Además, el formador de película puede ser cualquier formador de película como se discutió anteriormente, con la característica agregada que sea de peso molecular suficientemente bajo tal que la viscosidad de revestimiento de la composición sea inferior a 500 cps cuando se aplica para evitar excesivo arrastre y tensión en las fibras . Formadores de película convenientes con miscibles con el polímero a reforzar con uno preferido que tiene un peso molecular inferior a 8000. Polvos de peso molecular elevado convenientes tienen un peso molecular en el rango de 12,000 a 65,000 con polvos preferidos en el rango de 18,000 a 50,000. Además, el polvo preferido es polar y no se funde o disuelve en al aplicador. Además, el diámetro de partículas de polvo debe ser suficientemente pequeño para pasar a través de la bomba de dosificación empleada para aplicar el apresto. El diámetro de partículas deberá seleccionarse para ser más pequeño que el diámetro de fibras. En una modalidad preferida, el diámetro de partículas está en el rango de aproximadamente 6.35 mm (.25") a aproximadamente 19.05 mm (.75") del diámetro de fibras. Un polvo particularmente preferido es Orgasol 2001 NAT UD con un peso molecular de alrededor de 18,000 y un diámetro de partículas de 5 mieras. Otros polvos convenientes incluyen aguellos que se obtienen por cualquier proceso que resulta en una partícula de nylon muy fina que tiende a tener suficientes grupos básicos necesarios para adherir a la superficie de fibra acidica.

Agentes de acoplamiento adecuados para la composición de apresto no acuosa, generalmente tendrán grupos etoxi hidrolizables o silicio ya que aquellos tienen un grupo metoxi generalmente desprenden un material más peligroso cuando se hidrolizan. Además, agentes de acoplamiento se eligen para evitar cualesquiera reacciones secundarias químicas significantes . El proceso de la invención requiere: (a) revestir los filamentos de vidrio con una composición de apresto que comprende uno o más formadores de película miscibles con el polímero para reforzar; uno o mas agentes de acoplamiento; y uno o más polvos de alto peso molecular,- (b) cortar las hebras de fibras de vidrio para formar segmentos de hebras trozados; y (c) curar los nodulos en un lecho fluidizado o un horno vibratorio tal como un horno Cratec . Los nodulos se calientan justo sobre la temperatura de fusión del polvo para permitir flujo entre las hebras. Esto típicamente resulta en un nodulo cilindrico sólido. Una vez formada, la hebra se troza en tramos de aproximadamente .318 a 3.175 cm (1/8" a 1 1/4") . Cualesquiera medios convenientes conocidos en la especialidad de trozar hebras de polímero de fibras de vidrio en estos tramos pueden utilizarse en el proceso.

Dispositivos de trozado de fibras convenientes incluyen Conair-Jetro modelo # 204T 90060, Bay City, Michigan. Puede lograrse el secado en cualquier forma conocida en la especialidad. Sin embargo, a fin de reducir el tiempo de secado a un nivel aceptable para producción masiva comercial, se prefiere que las fibras se sequen a temperaturas elevadas desde aproximadamente 121.11 a 293.33°C (250 a 560°F) en un horno de lecho fluidizado, tal como un horno Cratec. Ejemplo I Apresto no acuoso que contiene polvos de alto peso molecular Las fórmulas de apresto para este ejemplo se designan "A", "B" y "C", y se ilustran a continuación: los copolimeros líquidos AC1702 y truene 4038 se obtuvieron de Uniroya1. Los formadores de película o ceras, Vybar 260 se obtuvieron de Petrolite. A % en peso AC 1702 73.5 Vybar 825 24.5 A1100 2.0 B % en peso Truene 4038 53.9 Vybar 260 44.1 A1100 2.0 C % en peso Poliéster alquídico "C" 49.0 Tone 0260 49.0 A1100 2.0 El poliéster alquídico "C" se prepara como sigue : Tabla 1 "C" - Caracterización del Poliéster Alquídico.

Materiales de partida 1. Bis-fenol A propoxilado 2. Anhídrido maléico Composiciones de poliéster "C" Monómeros en poliéster 1. Ácido maleico 0.4% en peso 2. Ácido fumárico 0.04% en peso 3. Bis-fenol A propoxilado 34.3% en peso Detector Rl Detector de UV Peso molecular promedio 550 510 numérico, Mr? Peso molecular promedio 620 600 en peso, Mw Peso molecular promedio 750 710 Z, Mz Polidispersidad, d 1.13 1.17 VOC, % 0..74 # ácido 60. .3 Vise, ICI, cp 140 El TONE O260 (policaprolactona) se obtiene de Union Carbide y tiene la siguiente fórmula: H{0 (CH.) 5C (=0) }m-0-R-0- {C (=0) (CH 5?}mH TONE 0260, fórmula química La Tabla 2 da sus características Tabla 2 TONE 0260 Peso molecular 3000 No. ácido mg 0.09 KOH/g Punto de fusión 50-60 Viscosidad, 1500 C 55C, cps Número de 37 VOC, % 0.29 hidróxilo mg KOH/g El silano A-1100 se obtiene de OSi Specialties de Witco y tiene la siguiente fórmula y características : - Gamma-aminopropiltrietoxisilano H2NCH2CH2CH2Si (OEt) 3 Peso molecular 221.4 Gravedad específica 0.946 Líquido claro Las formulaciones de apresto se mezclaron y prepararon el día de la corrida de formación. Cada formulación totalizó aproximadamente 2800 gramos. Todos los ingredientes menos el silano A1100 obtenido de OSi Specialties de Witco se fundieron y mezclaron completamente a una temperatura desde 135 a 162.78°C (275 a 325 °F) . La mezcla luego se enfrió por debajo de 121.11°C (250°F) y el silano A1100 se agrega y mezcla completamente . La operación de formación era para preparar un filamento T con la temperatura de aplicador que es de 123.89 a 132.22°C (255 a 270°F) para las formulaciones A y C y 143.33 a 151.67°C (290 a 305°F) para la formulación B. Después de pasar el primer paquete, los polvos se agregaron al nivel deseado, mezclaron y luego pasaron al proceso de formación. El polvo agregado fue Orgasol 2001 UD NAT 2 que se obtiene de Elf Atochem) (diámetro 5 mieras; nylon pa 12; punto de fusión 185.56°C (366°F). Las fórmulas A y C se corrieron con niveles de polvo de 0%, 5%, 10% y 15%. La fórmula B se corre con 0%, 5% y 10% solamente. Los paquetes tratados con las diversas formulaciones luego se corrieron a través de un horno por un paso. Las formulaciones sin polvo se pasaron a través de un horno a 193.33°C (380°F) mientras que las formulaciones que contienen polvo se pasaron a través del horno a 232.22°C (450°F) . Se prepararon muestras de mezclado en seco que tienen 30% de vidrio y 70% de polímero en peso. Luego trozos de fibras de vidrio con longitud de 12.7 mm (.5") se sometieron a una prueba de "mezcla Littleford de 10 segundos" para determinar si el vidrio retuvo su haz; la prueba también buscó bajo rizado o apelusado. Calificación y Mezcla Littleford de 10 Segundos Horno Cratec Calificación de mezcla C 0% Ninguno 4.5 C 0% 193.33°C (380°F) 4.0 C 5% 19 .33+232.22°C 3.5 (380+450°F) C 15% 193.33+232.22°C 3.5 (380+450°F) Horno Cratec Calificación de mezcla B 0% Ninguno 3.5 B 0% 193.33°C (380°F) 4.0 B 5% 193.33+232.22°C 4.0 (380+450°F) B 15; 193.33+232.22°C 4.5 (380+450°F) Escala 1 = peor 5 = mejor -3 requerimiento mínimo Tabla 3 Condiciones de formación: Formulaciones de Mezclado en Seco NEAT LOI de paquetes, % 7.50% 7.61% 6.61% LOI de hebras trozadas, % 7.40% 6.40% 5.76% Comentarios (a) (h) TABLA 3 (CONTINUA) LOI de paquetes, % 5.43% 5.25% 5.33% LOI de hebras trozadas, % 5.55% 5.35% 5.26% Comentarios (d) (b) (e) (f) (g) Polvo 0, 5, 15% (a) Muy buena cobertura en el rodillo, sin evidencia de "separaciones"; cada fibra aparece bien revestida. (b) El revestimiento pasa a los lados del rodillo; estructura de hebra con "separación" moderada; uniformidad de revestimiento incierta. (c) Cuchillo de aire lateral de 30.48 cm (12" )@ 20.32 a 30.48 cm (8 a 12") lejos del ventilador en el lado del operador; aproximadamente 91.44 cm (36") por debaj o del buj e . (d) Condición de baja LOI . (e) 113 gm de polvo agregados a 2150 gm de mezcla al 0%. (f) 97 gm de polvo agregados a 1650 gm de mezcla al 5%. (g) 75 gm de polvo agregados a 1150 gm de mezcla al 10%. (h) 186 gm de polvo agregados a 1500 gm de mezcla al 5%.

Tabla 4 Datos de Propiedades Mecánicas TABLA 4 (CONTINUA)

Claims (17)

1. REIV NDICACIONES 1.- Una composición de apresto no acuosa para aplicación a fibras de refuerzo de vidrio, caracterizada porque comprende: (a) uno o más formadores de película; (b) uno o más agentes de acoplamiento; y (c) uno o más polvos de poliamida.
2. 2. - La composición de apresto no acuosa de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el agente de acoplamiento se elige del grupo que consiste de 3 - gl i cidoxiprop i 11 r ime t oxi silano, 3-metacriloxipropiltrimetoxi silano y 3 -aminopropiltrietoxi silano .
3. 3. - La composición de apresto no acuosa de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque los formadores de película son miscibles con polímeros seleccionados del grupo que consiste de nylon, polipropileno, polibutilo, tereftalato, nylon 6, nylon 66 , polipropileno acoplado químicamente, policarbonato, polifenilen sulfuro, poliuretano termoplástico, acetal, HDPE .
4. 4. - La composición de apresto no acuosa de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque los formadores de película se eligen del grupo que consiste de ceras de alto peso molecular, ceras de bajo peso molecular, poliéster alquidicos de menor peso molecular, policaprolactonas, polipropilenos maleados de bajo peso molecular.
5. 5. - La composición de apresto de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque los polvos son polvos de alto peso molecular.
6. 6.- La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque los polvos tienen un peso molecular de aproximadamente 12,000 a aproximadamente 65,000.
7. 7.- La composición de apresto de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el polvo es un polvo de nylon.
8. 8. - Una composición de apresto no acuosa para aplicación a fibras de vidrio para reforzar nylon, caracterizada porque comprende: (a) uno o más formadores de película que son miscibles en nylon; (b) uno o más agentes de acoplamiento; y (c) uno o más polvos de nylon.
9. 9. - El apresto no acuoso de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el formador de película se elige del grupo que consiste de poliuretanos de bajo peso molecular, policaprolactonas, poliésteres, y poliésteres insaturados.
10. 10.- El apresto no acuoso de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque los formadores de película son policaprolactonas; los agentes de acoplamiento son aminosi1anos ,- y el polvo es una poliamida .
11. 11.- Una composición de apresto no acuosa para aplicación a fibras de vidrio para reforzar polipropileno, caracterizada porque comprende: (a) uno o más formadores de película que son miscibles con polipropileno; (b) uno o más agentes de acoplamiento; y (c) uno o más polvos.
12. 12. - El apresto no acuoso de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el formador de película se elige del grupo que consiste de ceras amorfas, ceras microcristalinas, polipropilenos de bajo peso molecular maleados, y resinas hidrocarburo.
13. 13. - El apresto no acuoso de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque los formadores de película son ceras amorfas, los agentes de acoplamiento son aminosilanos y el polvo comprende nylon.
14. 14. - Fibras de vidrio que tienen al menos una porción de sus superficies cubiertas con el residuo seco de una composición de apresto no acuosa que contiene la composición de la reivindicación 1.
15. 15. - La fibra de vidrio de conformidad con la reivindicación 14, caracterizada porque la composición de apresto no acuosa es la composición definida en la reivindicación 10.
16. 16.- La fibra de vidrio de conformidad con la reivindicación 14, caracterizada porque la composición de apresto no acuosa es la composición definida en la reivindicación 13.
17. 17.- Procedimiento para producir fibras de vidrio que tienen mejorada procesabilidad e izod muescado, caracterizado porque comprende las etapas de: (a) formar hebras de fibra de vidrio; y (b) revestir las hebras de fibras de vidrio con la composición de apresto no acuosa de la reivindicación 1.