MXPA97007376A - Lamina compuesta moldeable termoplastica que contiene microesferas huecas - Google Patents

Abstract

La presente invención describe artículos moldeados que muestran robordes marcados de parte a parte substancialmente reducidos, a partir de capas preformadas de materiales compuestos reforzados con fibras de módulo alto, en donde una mezclaíntima de fibras de refuerzo discretas grandes y microesferas huecas estádispersada en una matriz de resina termoplástica.

Description

LAMINA COMPUESTA MOLDEABLE TERMOPLASTICA QUE CONTIENE MICROESFERAS HUECAS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona a artículos compuestos completamente densificados, hechos por moldeo por compresión de materiales que consisten de una matriz termoplástica, fibras de refuerzo de módulo alto, y microesferas huecas, y a un proceso para hacer los mismos. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El moldeo por compresión de láminas de resina reforzada con fibra (típicamente de vidrio) de módulo alto, o el moldeo volumétrico de materiales compuestos se usan rutinariamente en las industria automotriz y aerospacial, por ejemplo, para la fabricación de artículos estructurales y semiestructurales. El módulo alto por lo general se relaciona a fibras que tienen resistencias a la tracción mayores de 3000 mpa y módulos de tracción de 80 gpa. La Solicitud EP No. 0 341 977, publicada el 15 de Noviembre de 1989, describe un material laminar preformado termoplástico, que consiste de fibras de refuerzo de módulo alto y glóbulos de resina termoplástica, que puede ser usado para el moldeo por compresión de partes termoplásticas reforzadas con fibras grandes. REF: 25575 Los artículos moldeados propuestos para un uso final automotriz muestran una combinación de propiedades útiles para satisfacer las necesidades de su uso final. Estas propiedades incluyen la rigidez, buena superficie después de pintarlos, resistencia al impacto, y muchas otras propiedades. La capacidad de fabricar partes que tienen densidad reducida, mientras retienen otras propiedades necesarias características de los materiales compuestos estructurales y seraiestructurales, es un objetivo altamente deseable, puesto que esto frecuentemente da lugar a ahorros en combustible y otras ventajas en su uso. Una necesidad particular en la industria del moldeo de termoplásticos fabricados es un medio para formar un panel moldeado con salientes o rebordes, que no tengan "salientes o rebordes marcados de parte a parte". Las microesferas huecas, o micro-bolas hechas de una variedad de materiales de vidrio, cerámica, y carbón son bien conocidas en la industria del plástico hoy, y son vendidas comercialmente para su incorporación en resinas fabricadas. Las microesferas huecas proporcionan los beneficios de ser esferas sólidas convencionales, mientras reducen significativamente el peso de los compuestos de plástico acabados grado industrial y de las partes moldeadas. Por lo general, las microesferas huecas se venden como una distribución de tamaños de partícula típicamente en el intervalo desde cerca de 1 a cerca de 100 mieras en diámetro. Potters Industries Inc. De Parsippany, N. J. y 3M Corporation de St. Paul, MN son ejemplos de productores de microesferas de grado comercial. El uso de microesferas huecas de vidrio como un componente de materiales compuestos moldeados que consisten de refuerzos de vidrio y resina termoendurecible está descrito en la Patente de E.U.A. No. 5,134,016. Las resinas termoendurecibles por lo general tienen una viscosidad baja, y los medios de mezclado convencionales son adecuados para lograr una buena distribución de las microesferas en la parte moldeada final. La mayor viscosidad de la mezcla fundida, y las presiones de moldeado de muchas resinas ter oplásticas fabricadas, sin embargo, requieren un esfuerzo cortante mas intensivo para lograr un buen mezclado. Los medios convencionales para introducir las microesferas en las materiales termoplásticos fabricados incluyen el mezclado en estado fundido en un extrusor.

Mientras que esta es una técnica útil, tiene varias limitaciones. Por ejemplo, la presión requerida para el moldeado por inyección frecuentemente excede de 703 kg/cm2 (10,000 psi), requiriendo con esto el uso de microesferas mas densas, con paredes de gran espesor. Segundo, el mezclado en estado fundido con tornillo helicoidal convencional a pelets, seguido por moldeo por inyección de las partes, está limitado por lo general a mezclas con fibras de refuerzo muy cortas, debido al desgaste durante el mezclado y la ruptura durante el ciclo de inyección. Seria muy deseable encontrar una técnica para crear partes de material termoplástico reforzadas con fibras grandes que contengan microesferas distribuidas uniformemente, que pudieran ser moldeadas en serie a presión reducida, y retuvieran la longitud de las fibras de refuerzo grandes durante su procesado a la parte moldeada. También seria muy deseable tener un material compuesto para moldeado, y un técnica para moldear partes con rebordes moldeados integrales que mostraran un reborde marcado de parte a parte mínimo' a la superficie de la parte opuesta. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona a productos y a un proceso que proporciona densidad reducida en un articulo moldeado por compresión, completamente densificado, que tiene una matriz termoplástica en combinación con fibras de refuerzo grandes. La invención también proporciona una distribución muy uniforme de microesferas huecas de vidrio, que pueden ser procesadas a presiones de moldeado moderadas, minimizando el desgaste de las microesferas y de las fibras grandes. La invención también proporciona un método para el moldeado por ciclos rápido de artículos de panel que tienen rebordes integrales moldeados sobre un lado, que minimiza el "marcado de parte a parte" del reborde. La invención se relaciona a artículos moldeados formados a partir de capas preformadas de materiales compuestos reforzados con fibra de módulo alto, en donde las fibras de refuerzo tienen una longitud desde cerca de 0.5 cm a cerca de 8 cm, y diámetros desde cerca de 5 a 50 mieras. Una mezcla intima de las fibras de refuerzo discretas grandes, microesferas huecas y la matriz de resina termoplástica se logra primero dispersando los componentes en una pasta aguada acuosa. Las fibras de refuerzo picadas consisten de haces de numerosas fibras de refuerzo alineadas, adheridas con un agente de encolado, con fibras cortadas de resina termoplástica no onduladas de denier fino y longitud de corte corta, desde cerca de 1 mm a 5 cm. Las microesferas huecas de vidrio tienen una distribución de diámetro desde 1-100 mieras, con un tamaño promedio en el intervalo de 30 a 70 mieras, y una densidad por unidad de volumen de 0.2 - 0.7 g/cc, que tienen una resistencia a la deformación por aplastamiento de al menos 5.15 kg/cm2 (500 psi). Las fibras termoplásticas pueden ser tratadas previamente con un agente de acabado, para ayudar a su dispersión en agua, como pueden ser las fibras de refuerzo. De manera única, la mezcla de pasta aguada délas fibras de refuerzo y fibras de resina proporciona un medio para capturar las microesferas finas de vidrio durante su procesado a la forma de lámina sobre un equipo para fabricación de papel. Alternativamente, las fibras de refuerzo y las fibras de resina termoplástica pueden ser formadas en una lámina, seguido por aplicación por pulverización de las microesferas, de manera tal que se logre un mezclado uniforme de los componentes de fibra y las microesferas. La lámina resultante puede ser unida térmicamente, fundiendo todas las fibras termoplásticas, lo que une las fibras de refuerzo y las microesferas unas con otras, en forma de una lámina porosa unida que consiste de fibras de refuerzo en el plano, dispersadas de manera aleatoria y microesferas huecas unidas con películas y glóbulos de resina termoplástica. Las capas de la lámina tienen la característica de ser muy uniformes en la distribución de las microesferas dentro de la red de fibras de refuerzo, y ser suficientemente porosas de modo que la lámina pueda ser calentada de nuevo rápidamente pasando aire caliente a través de ella. Las láminas de este material pueden ser cortadas al tamaño y apiladas y calentadas de nuevo, transferidas a un molde de compresión y comprimidas en artículos compuestos completamente consolidados, que tienen una densidad cercana a aquella calculada a partir de los componentes individuales, y que muestra excelentes propiedades de superficie. Las partes que tienen rebordes moldeados con microesferas muestran un reborde "marcado de parte a parte" reducido en gran medida, comparado a las partes sin microesferas. BREVE DESCRIPCI N DE LOS DIBUJOS Las Figuras 1 y 1A son ilustraciones esquemáticas de una modalidad de un proceso de fabricación en capas húmeda para producir los productos de esta invención; la Figura 2 es una ilustración esquemática de una modalidad alternativa para producir los productos de esta invención; la Figura 3 es una ilustración esquemática de una modalidad alternativa para producir los productos de esta invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Refiriéndonos a la Figura 1, el proceso de fabricación en capas húmeda usado en la fabricación de productos de esta invención utiliza equipo para fabricación de papel, y por lo general incluye un tanque 10 de mezclado agitado a alta velocidad, un tanque 12 agitado de suministro, una caja de cabeza 14 de una máquina para fabricación de papel con tela de alambre inclinada 16, una sección de escurrimiento o desecación 17, y una bobina 20 de enrollado o activada. En operación, las fibras de vidrio y termoplásticas y las microesferas huecas se dispersan en agua en el tanque de mezclado 10 con agitación a alta velocidad. La pasta aguada se bombea via la bomba 11 desde el tanque de mezclado con agitación a alta velocidad a un tanque 12 agitado de suministro. La alimentación patrón del tanque de suministro se bombea luego, por medio de la bomba 13 a la caja de cabeza 14, en donde se agrega agua de dilución del tanque 15, reduciendo la consistencia de la alimentación patrón por un factor de 5-10. La pasta aguada se drena a través de la tela de alambre de la manera usual, y se escurre pasándola sobre las ranuras de succión 18 que están en la sección de escurrimiento. La lámina escurrida 19 se enrolla luego en forma húmeda sobre la bobina accionada 20. La lámina enrollada sobre la bobina 20 se desenrolla en capas 17 y se seca al aire como se muestra esquemáticamente en la Figura 1A. En una modalidad alternativa usada en la producción en gran escala, la Figura 2, la consistencia de la pasta aguada se reduce por un factor de 8-10 con agua de dilución adicional de la caja 16a de escurrimiento y el tubo 16c via la bemba 16b, como se muestra substancialmente en la Figura 2. Eespués de que la lámina 19 se pasa sobre las ranuras de succión de vacio 18, se seca luego pasándola a través de un secador 30 de aire forzado plano, a una temperatura capaz de hacer ambas cosas, secar y luego unir por fusión la lámina, fundiendo la fibra termoplástica. La lámina 19 se pasa luego a través de rodillos de presión 50, y luego se enrolla sobre bobinas por enrollado 42. Las capas preformadas compuestas de esta solicitud se forman sobre equipo para fabricación de papel convencional, en donde la sección de formado de la máquina es preferiblemente del tipo conocido como una tela de alambre inclinada, es decir, la pasta aguada se drena a través de una tela de alambre de formación, que está inclinada en un ángulo (por lo general de 15 a 45 grados) en la pasta aguada de formación. Tal equipo está diseñado específicamente para ser capaz de formar esteras de fibra a diluciones de pasta aguada de moderadas a altas, y es ideal para procesar fibras grandes en esteras no tejidas. Sin embargo, pueden ser usados también otros estilos de máquina, tales como formadores de cilindros y otros. El secado de las láminas puede lograrse via una combinación de secado por aire que pasa, secado por contacto o calor radiante. La máxima temperatura alcanzada por la estera de fibra debe ser suficiente para activar la fusión de las fibras de resina, para lograr una resistencia suficiente de la estera para una buena procesabilidad. Una modalidad alternativa de la presente invención se muestra en la Figura 3. En operación, las fibras de vidrio y termoplásticas se dispersan en agua en el tanque 10 de mezclado agitado a alta velocidad. La pasta aguada se bombea via la bomba 11, desde el tanque 10 de mezclado agitado a alta velocidad a un tanque 12 agitado de suministro. La alimentación patrón del tanque 17 agitado de alimentación se bombea luego por medio de la bomba 13 a la caja de cabeza 14, en donde se agrega agua de dilución desde un tanque de agua, no mostrado, reduciendo la consistencia de la alimentación patrón por u factor de 5-10. La pasta aguada se drena a través de la tela de alambre de la manera usual, y se escurre pasándola sobre ranuras de succión 18 que están en la sección de escurrimiento. Se agregan entonces microesferas de vidrio a la capa 19 prefor ada húmeda de la siguiente manera. Se prepara una suspensión de pasta aguada de microesferas en agua, en el tanque 60 de suministro. La suspensión se agita constantemente via los medios de mezclado 62. La alimentación de suministro se bombea por medio de la bomba 64 a una boquilla 66 de aspersión o pulverización localizada sobre la lámina 19 preformada. El tubo 68 de retorno la conecta de regreso al tanque de suministro 60. Una ranura de vacio está situada opuesta a la boquilla 46 de aspersión bajo la lámina 19 preformada soportada, para eliminar el exceso de agua de la lámina 19. La lámina preformada se seca pasándola a través de un secador 30 de aire circular, a una temperatura suficiente para hacer ambas cosas, secar y unir por fusión la lámina, fundiendo la fibra termoplástica. La lámina 19 se pasa luego a través de rodillos de presión 50 y se enrolla sobre bobinas por enrollado 42. El proceso como se muestra en la Figura 3 es el proceso para capas preformadas compuestas preferido. La fibra de refuerzo puede ser seleccionada de cualquier fibra de módulo alto con un punto de fusión substancialmente por arriba del de la fibra de resina termoplástica, e incluye, pero no está limitada a, fibras de vidrio, fibras de carbón, fibras de lana de vidrio, y fibras de aramid tales como Kevlar"1, el cual está disponible de E. I. du Pont de Nemours and Co., etc. La fibra de refuerzo puede tener un aprestado, para mejorar su dispersión en agua y mejorar adicionalmente la humectación y la unión a la resina termoplástica en el material compuesto final. Un apresto tipico para el vidrio consiste de un agente formador de película, tal como un poliéster o poliuretano de bajo peso molecular para proteger el vidrio, y un agente de acoplamiento, usualmente un compuesto de silano tal como alfa-aminoproiltrietoxisilano. Los aprestos típicos para las fibras de carbón son el alcohol polivinilico o la polivinilpirrolidona. Las fibras termoplásticas pueden ser seleccionadas de los muchos materiales orgánicos termoplásticos conocidos, que incluyen, pero no están limitados a, olipropileno, poliésteres, co-poliésteres, poliamidas, poliéter-étercetonas, poliétercetonacetonas, polímeros de cristal liquido, etc. Opcionalmente, la fibra puede ser aprestada con un agente dispersante tal como, pero no limitado a, fosfatos de alquilo de cadena larga, productos de condensación de alcoholes sebáceos con óxidos de polietileno, y poliésteres de peso molecular bajo. Las microesferas pueden ser de vidrio, cerámica, o carbón, y deben tener una densidad de entre 0.2 y 0.7 gramos por ce, y una resistencia a la deformación por aplastamiento de al menos 35.15 kg/cm2 (500 psi). Por lo general las microesferas se venden como una distribución de diámetros. Cualquier combinación de esferas con diámetros en ei intervalo de 1-100 mieras es generalmente aceptable, siendo preferido un intervalo de 30 a 70 mieras. 3M Corp. Y PQ Corp. fabrican microesferas adecuadas. La capa preformada por lo general no es suficientemente gruesa como se produce para ser usada directamente para hacer partes compuestas. Típicamente, varias capas preformadas se laminarán y se apilarán para producir un grosor que sea adecuado para el moldeado. Varias capas de las láminas resultantes pueden ser colocadas en capas juntas y colocadas en un molde y transformadas en una placa, para evaluar las propiedades" físicas aplicando calor y presión, para volver a fundir y comprimir la resina termoplástica, y después de esto enfriar la estructura compactada bajo presión. Para obtener artículos útiles en tiempos de ciclo de moldeado más rápidos, a partir de las capas preformadas, pueden ser calentadas una o más capas preformadas compuestas, colocando las capas preformadas en un horno de convección forzada capaz de mantener una presión de agua de 5.08-25.4 cm (2-10 pulgadas) a través de las capas preformadas. Se pasa aire caliente a través de las capas preformadas, para volver a fundir la resina termoplástica. Las capas preformadas se transfieren rápidamente a una herramienta de compresión macho/hembra del diseño apropiado. La herramienta se cierra, se someten al flujo del aire las capas preformadas, y se forma la parte. La temperatura de la herramienta se selecciona de acuerdo a consideraciones de velocidad de enfriamiento, cristalización, y flujo de moldeado para optimizar la formación. Los siguientes ejemplos, en los cuales las partes y porcentajes son por peso a menos que se indique de otra manera, ilustran adicionalmente la invención. EJEMPLO 1 El siguiente ejemplo ilustra el proceso de formar una lámina preformada que consiste de fibra de refuerzo, fibra de resina termoplástica, y microesferas huecas. Los siguientes materiales se introdujeron en un Bird Pulper de capacidad total de 0.57 m3 (150 galones): a) 0.19 m3 (50 galones) de agua desionizada; b) se agregan 0.68 kg (1.5 libras) de fibras cortadas no onduladas, termoplásticas de tereftalato de polietileno de 1.5 denier, de longitud de corte de 0.635 cm (0.25 pulgadas) , y se dispersan con un agitador a alta velocidad por 2 minutos, para crear una dispersión uniforme de las fibras; c) se agregan luego a la mezcla 0.27 kg (0.6 libras) de vidrio con diámetro de 13 mieras, trituradas y húmedas, de 2.54 cm (1 pulgada) (Owens Corning Ford tipo 133A) con 0.257 mJ (68 galones) de agua adicionales de agua desionizada gradualmente, y el lote se agita por 2 minutos adicionales; y d) se agregan luego 0.41 kg (0.9 libras) de microesferas huecas de PQ Corporation Tipo cG, y el Pulper (formador de pulpa) se agita por 10 minutos adicionales. El contenido del formador de pulpa se bombea luego a un tanque de suministro de máquina agitado moderadamente sin dilución adicional, de tal manera que la consistencia es de 0.72 % por peso de sólidos. La alimentación patrón se bombea luego a la caja de cabeza de una mini máquina para fabricación de papel con tela de alambre inclinada Bruderhaus de 30.48 cm (12 pulgadas), siendo diluida adicionalmente en la caja de cabeza a una consistencia de 0.07 %. La alimentación patrón de la caja de cabeza se drena a través de la tela de alambre de formación de la manera usual, y se escurre pasándola sobre las ranuras de succión. La velocidad de la tela de alambre es de 1.5 mpm (5 fp ) , y la lámina resultante se captura sobre un rodillo regulador de avance en forma húmeda. La lámina se coloca en capas, y se seca al aire a un nivel de humedad ambiental substancialmente como se describió antes, en la discusión del aparato de la Figura 1. El peso de la lámina seca es de aproximadamente 0.24 kg/m' (0.05 libras por pie cuadrado). El análisis microscópico de la sección transversal muestra que los haces de fibra de vidrio triturados húmedos están substancialmente dispersados, capturando las microesferas huecas en una mezcla uniforme con las fibras de resina y de refuerzo. EJEMPLO 2 Se prepararon las siguientes formulaciones a partir de "Extendospheres" de PQ tipo CG, fibras cortadas de poliéster, y fibra de vidrio.

TABLA 1 Fibra de Poliéster Fibra de Vidrio Microesferas 1. 30.48 kg (68 lbs) 18.14 kg (40 lbs) 15.42 kg (34 lbs) 2. 27.76 kg (61.2 lbs) 9.07 kg (20 lbs) 15.92 kg (35.1 Ibs) 3. 31.84 kg (70.2 lbs) 9.07 kg (20 lbs) 11.79 kg (26 lbs) 4. 36.60 kg (80.7 lbs) 18.14 kg (40 lbs) 19.46 kg (42.9 lbs) Los ingredientes se dispersaron en un tanque de alimentación agitado convencional. El tanque de alimentación se llenó al nivel de 7.57 m3 (2000 galones), y se agregaron las fibras de poliéster y de vidrio, y se agitaron por 10 minutos. El tanque se llenó luego al nivel de 26.5 m3 (7000 galones), se agregaron las esferas de vidrio huecas, y se agitó el tanque por 15 minutos adicionales. La fibra de poliéster es de fibra no ondulada de 1.5 denier, 0.635 cm (0.25 pulgadas) de longitud de corte, con un acabado comercial sobre su superficie en aproximadamente una concentración del 2 %, para asistir en la dispersión en agua. La fibra de vidrio es vidrio Owens Corning Fiberglass 133 A-AB de 2.54 cm (1.0 pulgada) triturada húmeda, que tenia un diámetro de 13 mieras. Las microesferas son "Extendospheres" de PQ Corporation Tipo CG. La dispersión uniforme en agua resultante y mezclada intimamente de las fibras de vidrio y poliméricas y microesferas se bombeó a la cabeza de formación de la máquina de tela de alambre inclinada giratoria modificada, a una velocidad de 121 0.458 m3 por minuto (121 gpm) . El flujo de bucle de dilución de la máquina es de 4.5 3 por minuto (1200 gpm). La velocidad de la tela de alambre de formación fue de 7.62 mpm. (25 ppm). El peso seco de la lámina resultante es de 0.537 kg/m2 (0.11 libras por pie cuadrado) . Se usaron ranuras de succión para desecar o escurrirlas, antes de la aglomeración en seco de las láminas en un secador circular por aire que pasa a través, de caldeo por gas, de 0.914 m (3 pies) de diámetro, en donde la temperatura del aire de secado es de 277° c. El secador proporciona suficiente calor para fundir completamente la fibra de poliéster y unir por fusión las fibras de vidrio y las microesferas en un producto laminar homogéneo uniforme. El examen microscópico del tejido en sección transversal muestra una dispersión excelente de los filamentos de vidrio y las microesferas huecas. EJEMPLO 3 Las lámina no tejidas secas al ambiente del Ejemplo 1 se apilaron para formar un material laminar de 17.78 x 17.78 cm (7 x 7 pulgadas) de peso base de 4.88 kg/m2 (1 libra/pulgada cuadrada) , y se secaron en un horno de vacio a 0.02 % por peso de humedad. El material laminar seco se transfirió rápidamente a un molde para marco de pintura de 17.78 x 17.78 c (7 x 7 pulgadas) calentado previamente, revestido con un agente de liberación del molde. El molde y su contenido se colocaron luego entre las platinas de una prensa hidráulica con platinas calentadas. Se aplicó luego sobre el molde una presión de contacto equivalente a 1.05 kg/cm2 (15 psi), y se calentó a 269° C, medida por un termopar colocado en la parte lateral del molde. Cuando se alcanzó la temperatura deseada, la presión se elevó gradualmente a 42.2 kg/cm2 (600 psi). Cuando se notó la primera evidencia de inflamación a aproximadamente 42.2 kg/cm2 (600 psi), se apagaron los calentadores, se envió agua de enfriamiento a las platinas, y se dejaron enfriar el molde y su contenido a temperatura ambiente bajo una presión de 42.2 kg/cm (600 psi). La placa compuesta se extrajo luego del molde, y se calculó la densidad pesando la placa y midiendo cuidadosamente sus dimensiones.

TABLA 2 COMPARACIÓN DE LA DENSIDAD CALCULADA Y ACTUAL PARA MUESTRAS CON CONTENIDO IGUAL DE VIDRIO, CON Y SIN ESFERAS DE VIDRIO HUECAS % de Vidrio % de % de PET Densidad Actual Microesf. Calculada 1. 20 % 30 % 50 % 1.18 g/cc 1.32 g/cc 2. 20 % 0 % 80 % 1.51 g/cc 1.50 g/cc EJEMPLO 4 A un tanque de mezclado de 26.5 m3 (7000 galones), agitado, se agregaron 18.9 mJ (5000 galones) de agua. Se agregaron luego al tanque aproximadamente 91.4 kg (201.4 libras) de fibra de tereftalato de polietileno termoplástico de 2 denier por filamento y 0.635 cm (0.25 pulgadas) de longitud de .. corte, que contenia aproximadamente 0.7 %por peso de antioxidante Ethanox E330 depositado y 0.2 % de negro de carbón depositado, y se dispersaron por 10 minutos bajo una alta agitación, para crear una pasta aguada uniforme.

Subsecuentemente, se agregaron al agua 21.8 kg (48.0 libras) de fibra-E de vidrio de longitud de corte de 1.905 cm (0.75 pulgadas) de longitud de corte trituradas húmedas, OCF cipo 133A, de un diámetro promedio de aproximadamente 13 mieras, y se agitaron por 20 minutos adicionales. Esta pasta aguada patrón se alimentó luego a la velocidad de 0.3785 m3 por minuto (100 galones por minuto) al bucle de agua blanca recirculante de una máquina de formación de láminas de tela de alambre inclinada giratoria, de la manera usual, proporcionando una dilución a cerca de 0.05 % de la consistencia en la caja de cabeza. En la caja de cabeza, se formó una lámina que tenia un peso base equivalente seco de aproximadamente 0.44 kg/m2 (0.09 libras por pie cuadrado) , usando una cabeza d formación de tela de alambre giratoria inclinada modificada. La mezcla patrón de la cabeza se drenó a través de la tela de alambre de formación de la manera usual, y se escurrió pasándola sobre las ranuras de succión. La velocidad de la tela de alambre de formación fue de 7.62 mpm (25 ppm), resultando en una capa preformada húmeda. Las microesferas de vidrio se agregaron luego a la lámina, de la siguiente manera. Se preparó una suspensión en pasta aguada de microesferas 3M SCOTCHLITE tipo B37 en agua, mezclando 9.89 kg (21.8 libras) de las microesfera de 3M con 0.24 m3 (64.3 galones) de agua en un tanque de mezclado de 0.28 m3 (75 galones). La suspensión se agitó constantemente. La alimentación de suministro se alimentó por gravedad a una bomba de Moyo Co. De 5.08 cm (2 pulgadas) que tenia una capacidad de 7.57 x 10"3-3.8 x 10"2 3 por minuto (2-10 galones por minuto). La pulpa se usó para alimentar una boquilla de aspersión de Spary Systems Inc. de 7.57 x 10"3 3 por minuto (2 galones por minuto) a la presión de cabeza de 2.81 kg/cpr (40 psi) colocada sobre la lámina en movimiento entre la caja de cabeza y el secador. Se pulverizó una cantidad suficiente de microesferas sobre el tejido para lograr la composición total por peso descrita abajo. Una ranura de succión, opuesta al aspersor, y bajo la lámina soportada eliminó el exceso de agua de la aplicación por aspersión de las microesferas. Se observó que las microesferas se depositaban primariamente sobre la superficie, pero también penetraban la lámina. Los porcentajes por peso finales de fibra de resina, fibra de vidrio, y microesferas fueron de 72.6 %, 17.2 %, y 10.2 % respectivamente, dando lugar a un por ciento de volumen calculado en una placa consolidada hecha de esta lámina de 57.6 %, 7.4 %, y 30 % respectivamente. La lámina se aglomeró pasándola a través de un horno circular de panal que tenia una caida de presión de aire a lo largo de las láminas de cerca de 12.7 cm (5 pulgadas) de agua y una temperatura del aire de 288° C, por un tiempo de residencia de 20 segundos. En el secador, en exceso de humedad sale de la lámina, y el componente de fibra de resina se funde, formando glóbulos. La lámina preformada se moldeó luego como sigue. Una matriz accionada por resorte se usó para convertir la lámina enrollada en una forma adecuada para el moldeado por compresión térmica. Se apilaron 30 láminas cortados en cuadros como un material laminar, que da una parte de cerca de 4.887 kg/nr (1.0 libras por pie cuadrado) con el moldeado a presión por compresión térmica. Antes del moldeado por compresión térmica, el material laminar se colocó en un horno de convección, y se hizo circular aire a 280° C a través del material laminar a cerca de 5.66 metros cúbicos por metro (200 cfm) , por 30 segundos, para volver a fundir la resina y convertir el material laminar poroso en una forma moldeable. El material preformado calentado se transfirió manualmente a un molde de compresión con matriz de metal machihembrado con rebordes transversales, para contener la carga fluida. La temperatura de la herramienta se mantuvo a 150° C. Al aplicar presión, el material preformado fluye para llenar la herramienta. La presión final del molde fue de 140.6 kg/cm2 (2000 psi), y el tiempo de estancia fue de 60 segundos. La parte se retiró luego. Se moldeó u control de la misma manera, sin que se aplicaran las microesferas. La densidad del panel moldeable de control y del que contenia microesferas se evaluó usando la técnica del tubo de gradiente de densidad. Se encontró que la parte que contenia microesferas tenia una densidad de 1.32 gramos por centímetro cúbico, versus la del control, de 1.55 gramos por centímetro cúbico, o una reducción del 15 % en la densidad. Tipo % de % de % de Micro- Densidad Densidad Densidad Resina Vidrio esferas Teórica Medida de Control S-60 73 20.5 6.5 1.385 1.448 1.52 S-60 70.4 23.2 6.4 1.400 1.54 1.53 3-37 73 22.9 4.1 1.36 1.472 1.52 B-37 70 26.0 4.0 1.39 1.432 1.50 S-60 69.6 15.8 14.6 1.23 1.381 1.53 S-60 65 20.7 14.3 1.26 1.404 1.55 B-37 70 20.6 9.4 1.18 1.391 1.52 B-37 72.6 17.2 10.2 1.09 1.323 1.51 B-37 65 18.4 15.6 1.005 1.187 ___ EJEMPLO 5 Se preparó una lámina preformada en una máquina de fabricación en capas húmeda con tela de alambre inclinada giratoria modificada que tenia un secador de aire pasante rotatorio similar al del Ejemplo 2. La formulación patrón tenia 22.2 kg (49 libras) de fibra de vidrio Tipo OCF 133A que tenia una longitud de corte de 2.54 cm (1.0 pulgadas), 19.5 kg (43 libras) de microesferas de PQ Corporation Tipo CG, y 41.7 kg (92 libras) de fibra termoplástica de poliéster, cortada a una longitud de corte de 0.635 cm (0.25 pulgadas). Estos ingredientes se llevaron a una pasta aguada en 18.9 m3 (5000 galones) de agua, y se alimentaron a la sección de formación de la máquina de fabricación en capas húmedas de la manera usual, y se escurrieron sobre ranuras de succión. La lámina húmeda se pasó luego a través de un horno de aire caliente forzado giratorio, con una temperatura del aire de 288° C, fundiendo la fibra termoplástica de poliéster y resultando en una lámina preformada no tejida aglomerada de fibra de vidrio, esferas huecas, y glóbulos de resina. Similar ente, se preparó una segunda lámina preformada que no contenia microesferas, de acuerdo a la Patente de E.U.A. No. 5,194,106, que consistía de 40 % por peso de fibra de vidrio y 60 % por peso de resina PET.

Se moldearon partes moldeadas como moldes para empanada, que tenían rebordes interiores, usando una prensa Schulier de 100 toneladas. La herramienta de moldeo fue un molde para empanada de 25.4 cm (10 pulgadas) de diámetro con un borde de 2.54 cm (1 pulgada) y 1.27 cm (0.5 pulgadas) de profundidad. Esta herramienta de metal machihembrada se maquinó para que tuviera rebordes con una anchura de 0.457 cm (0.18 pulgadas) y 1.27 cm (0.5 pulgadas) de profundidad en un patrón de rejilla de 6.35 cm (2.5 pulgadas) dentro del molde. La parte inferior del molde fue una superficie lisa del molde. La temperatura de la herramienta se mantuvo a 175° C durante el moldeado. Se moldeó una parte de la siguiente manera. Se preparó una pila de láminas preformadas para calentar previamente y moldear, que consistía de cinco láminas circulares con radio de 24.76 cm (9.75 pulgadas) sin microesferas, y 12 capas de las hojas preformadas de arriba que contenían microesferas. Esta pila de láminas preformadas se calentó en un horno de aire forzado de tal manera que la calda de presión a través de la pila de láminas preformadas fue de 15.24-20.32 cm (6-8 pulgadas) de agua. La pila de láminas preformadas se calentó por aproximadamente 60 segundos, y luego se transfirió manualmente a la herramienta de metal machiehembrada abierta, con las láminas que no contenían microesferas enfrentando la superficie lisa del molde. Al cerrar y presurizar a 140.6 kg/cm" (2000 psi), el material preformado fluyó para llenar el molde. Después de un tiempo de estancia de aproximadamente 60 segundos, se abrió la herramienta, se retiró la parte, y se dejó enfriar a temperatura ambiente. La suavidad de la superficie opuesta a los rebordes se midió entonces usando un rugosimetro de agujas estándar, con una resolución de 2.54 x 10"6 cm (0.000001 pulgada). La deformación de la superficie debida a rebordes marcados de parte a parte se observó que era de 1.14 x 10" cm (0.00045 pulgadas) o menos. Similarmente, una medición hecha sobre partes moldeadas de una pila de láminas preformadas que consistía de solamente 40 5 de vidrio/60 % de resina termoplástica de poliéster, sin microesferas, mostró una distorsión de 5.08 x 10"3 cm (0.0020 pulgadas) o mayor. EJEMPLO 6 Se preparó una lámina preformada en una máquina de fabricación en capas húmeda con tela de alambre inclinada giratoria modificada que tenia un secador de aire pasante rotatorio similar al del Ejemplo 5. La formulación patrón tenia 15 % de fibra de vidrio Tipo OCF 133A que tenia una longitud de corte de 2.54 cm (1.0 pulgadas), 23 % de microesferas de PQ Corporation Tipo CG, y 65 % de fibra termoplástica de poliéster, cortada a una longitud de corte de 0.635 cm (0.25 pulgadas). El peso total de estos ingredientes sólidos fue de 83.54 kg (184 libras). Estos ingredientes se llevaron a una pasta aguada en 18.9 3 (5000 galones) de agua por aproximadamente 30 minutos, y luego se alimentaron a la sección de formación de la máquina de fabricación en capas húmedas de la manera usual, y se escurrieron sobre ranuras de succión. La lámina húmeda se pasó luego a través de un horno de aire caliente forzado giratorio, con una temperatura del aire de 288° C, fundiendo la fibra termoplástica de poliéster y resultando en una lámina preformada no tejida aglomerada de fibra de vidrio, esferas huecas, y glóbulos de resina. Se moldeó una parte con forma de molde para empanada, que tenia rebordes interiores, usando una prensa Schuller de 100 toneladas. La herramienta de moldeo fue un molde para empanada de 25.4 cm (10 pulgadas) de diámetro con un borde de 2.54 cm (1 pulgada) y 1.27 cm (0.5 pulgadas) de profundidad. Esta herramienta de metal machihembrada se maquinó para que tuviera rebordes con una anchura de 0.457 cm (0.18 pulgadas) y 1.27 cm (0.5 pulgadas) de profundidad en un patrón de rejilla de 6.35 cm (2.5 pulgadas) dentro del molde. La parte inferior del molde fue una superficie lisa del molde. La temperatura de la herramienta se mantuvo a 175° C durante el moldeado. Se moldeó una parte de la siguiente manera. Se preparó una pila de láminas preformadas para calentar previamente y moldear, que consistía de láminas circulares con diámetro de 17.78 cm (7.0 pulgadas), que tenian u peso de carga total de 338 gramos. Esta pila de láminas preformadas se calentó en un horno de aire forzado de tal manera que la caida de presión a través de la pila de láminas preformadas fue de 15.24-20.32 cm (6-8 pulgadas) de agua, y la temperatura del aire fué de 283° C. La pila de láminas preformadas se calentó por aproximadamente 40 segundos, y luego se transfirió manualmente a la herramienta de metal machiehe brada abierta. Al cerrar y presurizar a 95 toneladas, el material preformado fluyó para llenar el molde. Después de un tiempo de estancia de aproximadamente 3 segundos, el tonelaje de la prensa se bajó a 20 toneladas, y se mantuvo por 3 minutos adicionales. Luego se abrió la herramienta, se retiró la parte, y se dejó enfriar a temperatura ambiente. La suavidad de la superficie opuesta a los rebordes se midió entonces usando un rugosimetro de agujas estándar, con una resolución de 2.54 x 10"° cm (0.000001 pulgada). La deformación de la superficie debida a rebordes marcados de parte a parte se observó que era de 2.54 x 10"4 cm (0.0001 pulgadas) o menos.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes:

Claims (8)

1. RE GVINDICA IONES 1. Un tejido permeable al aire, de fibras de módulo alto y microesferas huecas dispersadas de manera aleatoria, sostenidas unas con otras por glóbulos de resina termoplástica que envuelven sitios de entrecruzamiento de fibras y sitios de interface de microesfera-fibras, caracterizado porque algunas de las fibras dispersadas de manera aleatoria tienen aglomerados de resina termoplástica solidificada adheridos a las mismas, en sitios a lo largo de su longitud diferentes del entrecruzamiento y sitios de interface microesfera-fibra.
2. 2. Una capa preformada autoestable de fibras de refuerzo de módulo alto y microesferas huecas mezcladas intimamente con fibras termoplásticas, caracterizada porque comprende: a) una mezcla intima, substancialmente uniforme, de 10 a 40 % por peso de fibras de refuerzo de módulo alto, b) de 30 a 70 % por peso de fibras termoplásticas, y c) de 2 a 20 % por peso de microesferas huecas, las microesferas tienen un diámetro desde 1 a 100 mieras, y una densidad por unidad de volumen de 0.2 a 0.7 gramos/centímetro cúbico.
3. 3. La capa preformada de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque las fibras de refuerzo tienen una longitud desde 0.5 a 8 cm, y las microesferas huecas son microesferas de vidrio.
4. 4. La capa preformada de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque las fibras termoplásticas son fibras de tereftalato de polietileno.
5. 5. Una estructura compuesta completamente densificada, caracterizada porque está compuesta de una matriz de resina termoplástica reforzada con de 10 a 30 % por volumen de fibra de refuerzo de módulo alto, que tienen una longitud de al menos 2 mm, y de 10 a 30 % por volumen de microesferas huecas, que tienen un diámetro desde 1 a 100 mieras, y una resistencia a la deformación por aplastamiento de al menos 0.0479 mps, las fibras de refuerzo y las microesferas están dispersadas intimamente y uniformemente en la matriz termoplástica.
6. 6. La estructura de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque la resina termoplástica es tereftalato de polietileno, las fibras de refuerzo son fibras de vidrio, y las microesferas son microesferas de vidrio.
7. 7. Un proceso para preparar una estructura compuesta densificada, reforzada con fibra con bajo contenido en huecos, caracterizado porque comprende: a) co-dispersar con agitación, en una pasta aguada acuosa de 10 a 40 % por peso de fibras de refuerzo de módulo alto, de 30 a 70 % por peso de fibras de resina termoplástica y de 2 a 20 % por peso de microesferas huecas, que tienen un diámetro desde 1 a 100 mieras, y una densidad por unidad de volumen de 0.2 a 0.7 gramos por centímetro cúbico, b) formar una lámina húmeda de materiales dispersados uniformemente del párrafo a) , depositando la pasta aguada sobre una tela metálica porosa de alambre, y eliminando el exceso de agua de la pasta, c) calentar la lámina húmeda para eliminar el agua restante, y para fundir las fibras de resina termoplástica, para provocar que la resina fluya y adhiera las fibras de refuerzo y las microesferas. d) enfriar el producto de la etapa c) para formar una lámina aglomerada, e) apilar capas de la lámina aglomerada, para lograr un tamaño y peso deseados, f) calentar las capas apiladas, para volver a fundir la resina, y g) consolidar la pila calentada de capas preformadas, para formar un compuesto densificado, con bajo contenido de huecos, aplicando una presión menor que la resistencia a la deformación por aplastamiento de las microesferas.
8. 8. Un proceso para preparar una estructura compuesta completamente densificada, reforzada con fibra, caracterizada porque comprende: a) co-dispersar con agitación, en una pasta aguada acuosa de 10 a 50 % por peso de fibras de refuerzo discretas de módulo alto, y de 50-90 % por peso de fibras discretas de resina termoplástica, b) formar una lámina húmeda de materiales dispersados uniformemente del párrafo a) , depositando la pasta aguada sobre una tela metálica porosa móvil de alambre, y eliminar el exceso de agua de la lámina, c) pasar la lámina entre un aplicador de pulverización y una boca aspiradora, la aplicación de pulverización hace incidir una pasta aguada acuosa de microesferas huecas, que tienen un diámetro desde 1 a 100 mieras, y una densidad por unidad de volumen de 0.2 a 0.7 gramos por centímetro cúbico en la lámina, logrando una penetración uniforme de las microesferas a través del grosor de la lámina, e incrementando su peso seco hasta en un 20 %, d) calentar la lámina húmeda para eliminar el agua restante, y para fundir las fibras de resina termoplástica, para provocar que la resina fluya y adhiera las fibras de refuerzo y las microesferas. e) enfriar el producto de la etapa c) para formar una lámina aglomerada, f) apilar capas de la lámina aglomerada, para lograr un tamaño y peso deseados, g) calentar las capas apiladas, para volver a fundir la resina, y h) consolidar la pila calentada de capas preformadas, para formar un compuesto densificado, con bajo contenido de huecos, aplicando una presión menor que la resistencia a la deformación por aplastamiento de las microesferas.