MÉTODO PARA LA PREPARACIÓN Y PROCESAMIENTO DE COMPOSICIONES DE MOLDEO DE RESINA EPOXI 1 La invención se relaciona con un método novedoso para la preparación y procesamiento de composiciones de moldeo basadas en resina epoxi . , Las composiciones de moldeo de resina epoxi son gránulos compuestos de resina epoxi, un endurecedor, y también de rellenos y de aditivos, que se pueden procesar sin mezcla de ningún aditivo para proporcionar piezas moldeadas que se pueden curar mediante calor. Las piezais moldeadas resultantes tienen buenas propiedades mecánicas y eléctricas. Existen diversos métodos (cf. Kunststoff Handbuch [Plastics Handbook] Volumen 10 "Duroplaste" ["Thermosets"] ,
2a edición, Hanser Verlag 1988, pág . 338 - 342) para la preparación de composiciones de moldeo de resina epoxi. • Los otros rellenos y aditivos se mezclan hacia una mezcla liquida de resina epoxi y endurecedor. Las resinas epoxi se dejan someter a reacción preliminar a una temperatura ligeramente elevada hasta que la composición no es pegajosa y fluye libremente a temperatura ambiente. A pesar de la buena humectación de los rellenos, este método' tiene la desventaja de que el control de la reacción preliminar no es precisamente reproducible, el resultado siendo que la
_ reactividad de las composiciones de moldeo obtenidas difiere de lote a lote. Estas composiciones de moldeo además no son estables al almacenamiento. En lo que se conoce como el método de mezclado ¡ seco, las resinas epoxi sólidas y endurecedor se muelen a temperatura ambiente con los otros constituyentes de la composición de moldeo y se mezclan íntimamente. El polvo luego tiene que compactarse mecánicamente y granularse. En esta composición, la resina y endurecedor están en la forma de i partículas pequeñas una junta a la otra. Esto proporciona a las composiciones buena estabilidad de almacenamiento. Sin embargo, con este método la humectación de los rellenos es insatisfactoria, el resultado siendo que las únicas composiciones de moldeo que se pueden preparar son aquellas con contenido de relleno relativamente bajo, y estas además solo proporcionan piezas moldeadas con propiedades mecánicas más bien insatisfactorias . Para mejorar la humectación de los rellenos, por1 lo tanto, el método de fusión homogeneiza una premezcla compuesta de resina epoxi sólida, de endurecedor, de rellenos y de aditivos en la forma de una fusión, y luego enfría y granula los mismos. Sin embargo, las reacciones de curado nuevamente ocurren antes de la terminación de este proceso de homogeneización de fusión, que es complicado tecnológicamente, y reduce la estabilidad de almacenamiento de la composición de moldeo, y conduce a una composición que pierde muy rápidamente su calidad a través del i
almacenamiento . Esto se puede evitar si cada uno de la resina y endurecedor se homogeneizan separadamente con I rellenos y aditivos en fusiones, y luego se mezclan en forma de polvo. Sin embargo, nuevamente hay una calda en I el nivel de propiedades mecánicas de las piezas moldeadas resultantes . Por lo tanto, un objeto de la presente ^nvención es proporcionar un método sencillo, rápido que puede preparar composiciones de moldeo de resina epoxi y que puede preparar composiciones de moldeo estables al almacenamiento con contenido de relleno elevado, esto proporcionando, después de configuración y curado, piezas moldeadas con propiedades mecánicas y eléctricas muy buenas. El objeto se logra a través de un método para la preparación y procesamiento de composiciones de moldeo de I resina epoxi de conformidad con las Reivindicaciones 1 a 7. Las composiciones de moldeo preparadas mediante el método son particularmente apropiadas para la produccipn de piezas moldeadas mediante el método de moldeo por inyección de reacción, para la encapsulación de componentes electrónicos o eléctricos o partes componentes, o bien para la producción de componentes mecatrónicos , de conformidad con las Reivindicaciones 8 a 10. La invención logra el objeto mezclando todos los constituyentes en la composición de moldeo juntos en una mezcladora de velocidad elevada y procesándolos para proporcionar gránulos sueltos, de ¦ flujo libre. El procesamiento adicional directo de estos gránulos como una composición de moldeo para la producción de piezas moldeadas de una forma conocida mediante moldeo por prensa jen un molde no proporciona piezas moldeadas de alta calidad, debido a que la homogeneización es inadecuada. Sin embargo, se ha encontrado que los gránulos tienen la propiedad de formar una composición fluida bajo presión. De conformidad con la invención, esto se utiliza homogeneizando los gránulos poco antes de la configuración y curado bajo presión. En la práctica, los gránulos, que todavía no son adecuadamente homogéneos, son forzados a través de una mezcladora continua i corriente arriba del molde, bajo presión y, cuando sea apropiado, con calentamiento, y de esta manera se homogeneizan, poco antes de su introducción hacia el molde. Sorprendentemente, esto también es satisfactorio con composiciones de moldeo cuyo contenido de rellenó es hasta 95% en peso, basado en la composición completa. Los gránulos se preparan muy rápida y fácilmente.
Los gránulos se pueden almacenar y no forman grumos juntos en i el empaque durante el almacenamiento normal, sino que permanecen de flujo libre. La aplicación de presiones de > 5 bar, por ejemplo, aquellas que se suscitan durante el pasaje a través de los dispositivos de transporte, tales como tornillos de extrusor o bombas de pistón, se requiere a fin de plastificar estas mezclas y permitir su homogeneización en mezcladoras continuas. La composición de moldeo homogénea resultante luego se inyecta directamente haciai el molde. Otra ventaja del método inventivo es que no solamente las máquinas mezcladoras, sino también las unidades del aparato tales como los dispositivos necesarios para generar presión y I las mezcladoras continuas, son máquinas familiares en la industria de procesamiento de plásticos, y se pueden instalar fácilmente corriente arriba de un molde. No hay alteración resultante substancial al proceso usualmente utilizado hasta ahora para fabricar piezas moldeadas. La formación de las composiciones de moldeo de resina epoxi preparadas de conformidad con la invención es substancialmente la misma que aquella de las composiciones de moldeo de resina epoxi convencionalmente usadas hasta ahora. Las resinas epoxi que se pueden utilizar son cualquiera de los compuestos epoxi que tienen cuando menos dos grupos epoxi por molécula y que tienen una escala de fusión inferior a 70°C. Se da preferencia a compuestos epoxi que son líquidos a temperatura ambiente, los ejemplos siendo éteres de diglicidilo de bisfenoles, o resinas preextendidas basadas en éteres de diglicidilo de bisfenol, A. Se da preferencia particular a resinas de baja viscosidad, tales como resinas epoxi basadas en cicloolefinas o tetraglicidildianilina , o bien mezclas de resinas epoxi sólidas, v.gr. , de novolacas epoxidadas, con l'o que se conocen como diluyentes reactivos. Las resinas epoxi, cuando sea apropiado, se pueden haber modificado con otros polímeros, v.gr., poliésteres, acilatos, polímeros de silicio o derivados de polivinilo. Los endurecedores utilizados comprenden endurecedores latentes conocidos en sí, v.gri, aminas aromáticas substituidas con alquilo, ácidos pollcarboxílieos, anhídridos policarboxilicos, complejos de BC13 o complejos de
BF3, heterocompuestos latentes basados en nitrógeno o fósforo o compuestos de complejo metálico. Otros endurecedores latentes, sin embargo, son endurecedores microehcapsulados . Para estos, los endurecedores que en forma libre curan las resinas epoxi a temperaturas tan bajas como temperatura ambiente, ejemplos siendo aminas alifáticos o aromáticas o poliaminas, novolacas o derivados de imidazol, .se encapsulan mediante un material inerte. Bajo las condiciones de procesamiento de los gránulos, las paredes de cápsula se rompen ya sea por el calor introducido o por las fuerzas cortantes que se suscitan durante la homogeneización, y el endurecedor se libera y homogeneiza con el resto de la mezcla de composición de moldeo. La cantidad del endurecedor utilizado se selecciona de una manera conocida en sí de manera de ser suficiente para completar el curado de los compuestos epoxi . Los rellenos que se pueden utilizar son cualquiera de los rellenos inorgánicos y/u orgánicos que son usuales para composiciones de moldeo de este tipo y quei tienen los tamaños de partícula usualmente utilizados. Ejemplos son calizas, que pueden estar no tratadas o haber sido hidrofobizadas, dolomita, sílice, que se puedan haber precipitado o molido, wolastonita, mica, talco, silicatos, arcillas, tióxido de titanio, litoponas, hidrato de óxido de aluminio, trióxido de antimonio, y también polvos de celulosa o polvos de poliamida. Sin embargo, también se puede hacer uso de fibras como rellenos que proporcionan refuerzo particular, en particular fibras cortas con una longitud promedio de 0.5 a 4 mm. Los ejemplos de estas fibras son fibras de vidrio, fibras de cerámica, fibras' de aramida, fibras de celulosa, fibras de poliéster, fibras de poliamida y fibras de carbono. La cantidad utilizada de los rellenos es hasta 95% en peso, de preferencia hasta 85% en peso, Í basada en la composición de moldeo completa. Otros materiales que se pueden mezclar hacia las i composiciones de moldeo de resina epoxi preparadas de conformidad con la invención son las cantidades familiares de aditivos convencionales, tales como lubricantes, o agentes de liberación, v.gr., ceras, jabones de metal o amibas grasas substituidas, pigmentos, flexibilizadores, reactivos de copulación, aceleradores o retaradadores de flama. Idealmente, todos los constituyente^ de las composiciones de moldeo de resina epoxi se mezclan simultáneamente entre si. Debido a razones prácticas, es preferible aquí formar una carga inicial a partir de los i constituyentes líquidos de las composiciones y añadir los ingredientes sólidos en cualquier secuencia deseada. El procedimiento de mezclado ocurre en una mezcladora de alta velocidad, v.gr., en un disolvedor de múltiples flechas, una mezcladora de lecho fluidizado, una I mezcladora turbo interna, o una mezcladora centrífuga de alto funcionamiento. Se da preferencia a aquellas mezcladoras de alta velocidad que también proporcionan la oportunidad de I controlar la temperatura del material que se somete a mezclado, con el resultado de que la elevación de temperatura debida a la energía introducida se restringe de tal manera que la temperatura de la mezcla se puede mantener por debajo de la temperatura de iniciación para la reacción de curado de i la resina epoxi. Cuando sea apropiado, una mezcladora de enfriamiento se puede instalar corriente abajo de la mezcladora. Dentro de un tiempo de mezclado corto, y si se hace uso de mezcladoras centrífugas de lecho fluidizado o alto funcionamiento dentro de un tiempo de mezclado de menos de un minuto, le composición de moldeo todavía no! homog n&.a. proporciona gránulos sueltos que son suficientemente resistentes a la presión para manejo y se pueden almacenar en esta forma a temperatura ambiente durante una pluralidad de meses. El procedimiento de mezclado se debe terminar una vez que los gránulos se han formado, debido a que t la mezcla se agruma si el tiempo de mezclado es prolongado. ! Estos gránulos se pueden usar teóricamente como una composición de moldeo para la producción de piezas 'moldeadas. Sin embargo, debido a que el procedimiento de mezclado no proporciona un nivel muy elevado de humectación de los rellenos, y no proporciona la homogeneidad suficiente de mezcla, las propiedades mecánicas de las piezas moldeadas resultantes son insatisfactorias . De conformidad con la invención, por lo tanto, los gránulos se homogeneizan poco antes de la configuración y curado bajo presión.. Esto se logra utilizando un dispositivo transportador que aumenta la presión, por ejemplo una bomba de pistón o un tornillo, para forzar los gránulos a través de una mezcladora continua corriente arriba del molde, cuando sea apropiado, con calentamiento a una temperatura que es inferior a la temperatura de iniciación para el curado de la resina epoxi o, respectivamente, por debajo del punto de fusión del material de pared de cápsula de cualesquiera, endurecedores encapsulados utilizados. Las mezcladoras continuas con torni 11o incorporado son mezcladoras de un solo tornillo o de múltiples tornillos que operan continuamente o coamasadores.
Un método más sencillo, pero igualmente efectivol, de lograr la omogeneización utiliza una mezcladora estática como la mezcladora continua corriente arriba del molde, con, corriente arriba de la mezcladora estática, un dispositivo de I transporte que genera presión y que plastifica los gránulos y los fuerza a través de la mezcladora estática. Las composiciones de moldeo preparadas de conformidad con la invención son apropiadas para cualquiera de las aplicaciones en las que las composiciones de moldeo de resina epoxi son [blanco] . Sin embargo, son particularmente apropiadas para la producción de piezas moldeadas en el método de moldeo por inyección de reacción,' para la encapsulación de componentes electrónicos o electrices o partes de componentes, o bien para la producción de componentes mecanotronicos.