MXPA99012049A - Articulos absorbentes de energia de espumastermoplasticas extruidas - Google Patents

Abstract

Un artículo de energía qe tiene una dirección en la cual se desea resistencia al impacto se forma de espuma termoplástica extruída que exhibe resistencia a la compresión anisotrópica. La dirección de extrusión de la espuma termoplástica se alinea substancialmente paralela con la dirección a la cual se desea resistencia al impacto para proveer un artículo absorbente de energía exhibiendo una alta reacción de resistencia a la compresión a peso. De acuerdo con un aspectp particular de esta invención, las espumas termoplásticas pueden prepararse por la formación de espuma de extrusión de una composición termoplástica fundida utilizando un dado incluyendo una multiplicidad de orificios. Además de los coextrudados que comprenden espumas de hilos concresionados que tienen hilos de espuma de dos o más densidades diferentes, las espumas termoplásticas exhibiendo propiedades de resistencia antisotrópica que pueden utilizarse de acuerdo con los principios de esta invención incluyen coextrudados que incluyen hilos de espuma y un perfil entrelaminado (pieza integral) de un termoplástico no espumado.

Description

ARTÍCULOS ABSORBENTES DE ENERGÍA DE ESPUMAS TERMOPLASTICAS EXTRUIDAS Esta invención se refiere a artículos formados de espumas termoplásticas, y en particular, a articulos absorbentes de energía o de impacto, tales como unidades absorbentes de energía automotrices, hechas de espumas termoplásticas . En los años recientes, se han empleado unidades absorbentes de energía (EAU) automotrices de plástico de peso ligero en conjunto con defensas automotrices de metal convencionales para absorbentes de impactos de baja energía (de velocidad más bajo) . Las unidades absorbentes de energía automotrices de plástico normalmente se emplean enfrente de las defensas . Las unidades absorbentes de energía automotrices de plástico normalmente se componen de un material de núcleo de una espuma de plástico y un material superficial de una resina sintética que encierra al núcleo de espuma, y usualmente se montan sobre una varilla transversal rígida. Los materiales de plástico que se han propuesto para el material de núcleo de espuma incluyen espumas de poliuretano, de granulos de polietileno, de poliestireno, y de granulos de polipropileno. El material del núcleo de espuma es una parte componente importante que afecta el funcionamiento de una unidad absorbente de energía automotriz, y en general se requiere para tener excelentes propiedades absorbentes de energía y recuperación dimensional. Además, para disminuir el peso de un automóvil, el material del núcleo de la unidad absorbente de energía debe ser de una baja densidad. Los núcleos de unidad absorbente de energía de espuma de poliuretano tienen excelentes propiedades absorbentes de energía y recuperación dimensional, pero tienen una densidad relativamente alta. Como resultado, los núcleos de unidad absorbente de energía de espuma de poliuretano son relativamente pesados y costosos. La espuma de poliestireno tiene una recuperación dimensional y una resistencia al impacto relativamente pobres. De conformidad con lo anterior, los núcleos de unidades absorbentes de energía- automotrices hechos de granulos espumados de un polímero olefínico, especialmente una resina de tipo de polipropileno, son los más comunes. La Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 3,884,455 da a conocer un miembro o bloque absorbente de energía de alta eficiencia que incluye nervaduras columnares integrales, de preferencia formadas de espuma de poliuretano microcelular compuesta y moldeada de acuerdo con las enseñanzas de la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 3,575,896. Un núcleo de unidad absorbente de energía automotriz convencional de polímero olefínico espumado, se prepara mediante la alimentación de granulos expandibles de una resina de tipo de polipropileno en un molde capaz de encerrar a las partículas, pero que permite el escape de gases desde las mismas, y calentando los granulos expandibles a una temperatura a la cual los granulos se expandan y se reblandezcan, y se 5 adhieran por fusión unos a otros en una masa, mediante lo cual se forma un artículo moldeado espumado expandido hasta la misma forma y tamaño que la cavidad del molde . Un núcleo de unidad absorbente de energía automotriz preparado a partir de granulos de una espuma de resina de tipo de polipropileno, requiere de una densidad de espuma de aproximadamente 0.2 gramos por • centímetro cúbico, para alcanzar una resistencia a la compresión de aproximadamente 17.5 kg/cm2 a una tensión del 25 por ciento. Serían deseables núcleos de unidades absorbentes de energía automotrices que tuvieran una resistencia a la compresión comparable, a una densidad más baja. De conformidad con la presente invención, se proporciona un artículo absorbente de energía formado de una espuma • termoplástica extruida en coalescencia que exhibe propiedades de resistencia anisotrópicas, y un método para absorber impac- 20 tos utilizando una espuma termoplástica extruida en coalescencia que exhibe propiedades de resistencia anisotrópicas. La espuma termoplástica extruida se puede utilizar en artículos absorbentes de energía, en donde la dirección de alta resistencia de la espuma generalmente está alineada con la dirección en la que se anticipa el impacto con el artículo absorbente de energía.

La Figura 1 es una vista en perspectiva de un automóvil, con una porción del panel externo de la puerta lateral separada en partes para revelar una espuma termoplástica extruida contenida adentro de la puerta. La Figura 2 es una vista seccional a lo largo de las líneas II -II de la Figura 1. La Figura 3 es una vista en planta superior de la unidad absorbente de energía posterior del automóvil mostrado en la Figura 1, con porciones separadas en partes para revelar los extrudados de espuma termoplástica contenidos adentro de la unidad absorbente de energía . La Figura 4 es una gráfica de la resistencia a la compresión a una tensión de 25 por ciento (Kg/cm2) como una función de la densidad (gramos por centímetro cúbico) , que copara la resistencia a la compresión de una espuma de poliolefina extruida de conformidad con la invención, con la resistencia a la compresión de un artículo moldeado convencional preparado mediante la dispersión de granulos expandibles de una resina de polipropileno en un recipiente cerrado, y calentando los granulos a una temperatura a la cual se expanden y se reblandecen los granulos , y se adhieren por fusión unos a otros en una masa. _ La Figura 5 es una sección transversal de un compuesto de espuma termoplástica que comprende capas no espumadas relativamente delgadas de una densidad relativamente alta, y capas espumadas relativamente gruesas y de una densidad relativamente baja, alternadas. La Figura 6 es una sección transversal de un compuesto de espuma termoplástica que tiene una red de capas de película intersectadas relativamente delgadas y de una densidad -relativamente alta, que definen los espacios ocupados por la espuma termoplástica de densidad relativamente baja. La Figura 7 es una sección transversal de un compuesto de espuma termoplástica que incluye un núcleo de espuma y una piel de más alta densidad que actúa como una estructura de refuerzo de tipo de monocoque . La. Figura 8 es una sección transversal de un artículo de espuma termoplástica que tiene una capa decorativa unida al mismo .

En la Figura 1 se muestra un automóvil 10 que tiene una unidad absorbente de energía posterior, absorbente de impactos 12, y una puerta lateral 14 que incluye un inserto de espuma termoplástica extruida absorbente de impactos 16 contenido adentro de una cavidad de la puerta . Como se muestra con mayor detalle en la Figura 2, el inserto de espuma termoplástica 16 se localiza entre una pared externa 18 y la pared interna 20 de la puerta lateral 14. El inserto de espuma termoplástica 16 es una espuma termoplástica extruida que exhibe características de resistencia anisotrópicas. De una manera más específica, el inserto de espuma 16 exhibe una mayor resistencia en una dirección que en cualquier otra dirección. El inserto de espuma termoplástica 16 se orienta adentro de la puerta lateral 14, de tal manera que la dirección en la que es más grande la resistencia, es aproximadamente perpendicular a un plano vertical que se _ extiende longitudinalmente al automóvil 10, es decir, aproximadamente perpendicular a los paneles de la pared de la puerta 18, 20. La espuma termoplástica que exhibe propiedades de resistencia anisotrópicas, por consiguiente, se orienta de tal manera que la dirección de máxima resistencia está aproximadamente alineada con la dirección en la que se desea la resistencia al impacto. Como se muestra en la Figura 3 , la unidad absorbente de energía posterior 12 incluye una cara expuesta 22 que es aproximadamente perpendicular a la dirección en la que se desea una alta resistencia al impacto. La unidad absorbente de energía 12 incluye una cubierta 24 de un diseño convencional, y contiene uno o más insertos de espuma termoplástica extruida 26, 27, 28, cada uno de los cuales exhibe propiedades de resistencia anisotrópicas, en donde la resistencia en una dirección es mayor que en cualquier otra dirección. Los insertos de espuma termoplástica 26, 27, y 28, se orientan de tal manera que la dirección en la que sea mayor la resistencia, quede aproximadamente alineada con la dirección longitudinal del automóvil, es decir, aproximadamente perpendicular con la cara expuesta 22 de la unidad absorbente de energía posterior 12. La alineación también puede ser perpendicular a la orilla externa de la cubierta 24. Las composiciones termoplásticas espumables adecuadas incluyen polietileno, incluyendo polietileno de baja densidad y polietileno de alta densidad (HDPE) , polipropileno, y copolímeros de etileno o propileno y un monómero monoetilénicamente insaturado copolimerizable con los mismos. Los Ejemplos incluyen copolímeros de etileno y ácido acrílico o ácido metacrílico, y esteres alquílicos de 1 a 4 átomos de carbono o derivados ionoméricos de los mismos; copolímeros de etileno/acetato de vinilo; copolímeros de etileno/monóxido de carbono; copolímeros de un dieno de olefina que contienen anhídrido; copolímeros de etileno y una alfa-olefina que tienen un peso molecular ultra-bajo (es decir, densidades menores de 0.92 gramos/centímetro cúbico); mezclas de todas las resinas anteriores; mezclas de las mismas con polietileno (de densidad alta, intermedia, o baja) ; etcétera. Las poliolefinas preferidas incluyen homopolímeros de polipropileno y copolímeros de polipropileno que están comprendidos de cuando menos aproximadamente el 50 por ciento de propileno en peso. Otras poliolefinas adecuadas incluyen homopolímeros de polipropileno ramificados y copolímeros de polipropileno ramificados . Los polímeros de etileno o propileno y un comonómero polar, se pueden preparar mediante técnicas conocidas de polimerización por adición, o mediante reacción de injerto del comonómero reactivo con un polímero preformado de etileno o propileno. Se pueden incluir componentes elastoméricos adicionales tales como poliisobutileno, polibutadieno, copolímeros de etileno/propileno, e interpolímeros de etileno/propileno/dieno en la mezcla, si se desea. Más aun, si se desea, se pueden incluir componentes adicionales, tales como agentes reticulantes diseñados para proporcionar una reticulación latente del polímero etilénico o propilénico, tales como agentes reticulantes funcionales de silano, o agentes reticulantes covalentes o iónicos . Otras composiciones termoplásticas espumables adecuadas que se pueden utilizar en la práctica de esta invención incluyen poliésteres, poliamidas, cloruro de polivinilo, cloruro de polivinilideno, policarbonatos, y resinas de poliestireno. El material de polímero termoplástico o la mezcla se procesa fundida de una manera convencional, mediante su alimentación, fundición, y sus introducción en un aparato de procesamiento de fusión convencional, tal como una extrusora. Se mezclan un agente de soplado volátil y un agente reticulante opcional con el polímero de poliolefina o la mezcla bajo una presión adecuada para formar un gel o una mezcla fluible. Se puede agregar un agente reticulante, en una cantidad que sea suficiente para iniciar la reticulación y elevar la presión del gel o de la mezcla hasta menos que aquella presión que haga que se presente la fractura por fusión del polímero. El término "fractura por fusión" se utiliza en la técnica para describir una inestabilidad de flujo de la fusión de un polímero a medida que se extruye a través de un dado, cuya inestabilidad de flujo ocasiona vacíos y/u otras irregularidades en el producto final. También es posible agregar diferentes aditivos, tales como rellenos inorgánicos, pigmentos, antioxidantes, eliminadores de ácido, absorbentes de ultravioleta, retardantes de fuego, tensoactivos, auxiliares de procesamiento, auxiliares de extrusión y similares. Un aditivo que no es necesario, pero que en general es deseable en algunas circunstancias, es un agente de nucleación como se conoce en general en este campo . Como un agente de nucleación, opcionalmente utilizado en esta invención para controlar la dispersión y el tamaño de las celdas, se puede referir a sustancias inorgánicas, tales como carbonato de calcio, talco, arcilla, óxido de titanio, sílice, sulfato de bario, tierra diatomácea, y similares, dióxido de carbono, generado mediante la combinación de un bicarbonato o un carbonato de sodio, potasio, amonio, o similares, y un ácido inorgánico u orgánico tal como ácido bórico, ácido cítrico, ácido tartárico, o similares; agentes espumantes químicos de tipo de descomposición térmica, tales como azodicarbonamida, hidrazida de bencensulfonilo, hidrazida de toluensulfonilo, y similares, etcétera. Entre ellos, se prefieren relativamente los productos finalmente pulverizados o las sustancias inorgánicas tales como carbonato de calcio, talco, y similares, porque no tienen restricción con respecto a la temperatura de extrusión. La cantidad de agente de nucleación se puede seleccionar apropiadamente a partir de la escala de 0.01 a 5 partes en peso por 100 partes en peso de la resina o mezcla termoplástica. En esta escala, la cantidad más preferible es de 0.1 a 3 partes en peso. En general, una mayor cantidad de agente de nucleación da un diámetro más pequeño de la celda. Sin embargo, si la cantidad excede a 5 partes en peso, se presenta una aglomeración o una dispersión insuficiente de la sustancia de nucleación, de tal manera que se hace mayor el diámetro de la celda. Por el contrario, si la cantidad es menor de 0.01 partes en peso, la acción de nucleación es demasiado débil para incrementar el diámetro de las celdas. Los agentes de espumación volátiles que se pueden utilizar en esta invención, tienen en general una escala de temperatura de punto de ebullición de -90°C a +80°C, e incluyen, pero no se limitan a, hidrocarburos alifáticos, tales como pentano normal, isopentano, neopentano, isobutano, butano normal, propano, etano y similares; hidrocarburos fluoro-clorados, tales como diclorotetrafluoroetano, trifluoroetano, tricloromonofluorometano, diclorodifluorometano, dicloromonofluorometano, y similares. Entre ellos, se prefieren los hidrocarburos no completamente halogenados, tomando en cuenta la consideraciones del medio ambiente. Los particularmente preferidos entre los hidrocarburos no completamente halogenados, son los hidrocarburos parcialmente o completamente fluorados, y los hidrocarburos fluoro-clorados no completamente halogenados. Los ejemplos de éstos, incluyen 1-cloro-l, l-fluoroetano, 1, 1, 1, 2-tetrafluoroetano, y 1,1- difluoroetano . Otros agentes de soplado que se pueden emplear incluyen HFC 152a, HCFC 142b, y HFC 134a. Los particularmente "preferidos entre los hidrocarburos alifáticos son isobutano y mezclas de isobutano/butano normal . Otros agentes de soplado que se pueden emplear incluyen alcoholes, tales como metanol y etanol. También se contemplan agentes de soplado inorgánicos, tales como dióxido de carbono, agua, nitrógeno, argón, y combinaciones de los mismos, así como combinaciones de estos agentes de soplado inorgánicos con hidrocarburo y/o agentes de soplado de hidrocarburo halogenado . También se pueden incorporar agentes de soplado que se puedan descomponer, tales como azobisformamida, con los agentes de espumación volátiles. También se contemplan dentro del alcance de esta invención, mezclas de cualquiera o todos estos agentes de espumación volátiles. También se contemplan combinaciones, incluyendo • agua y/o dióxido de carbono como el agente de soplado primario.

Desde el punto de vista de la posibilidad de trabajo de la espumación y la calidad del producto de espuma, la cantidad de agente de espumación agregada a la resina o mezcla termoplástica, de preferencia está en la escala de 0.012 a 0.14 gramos -mol en peso por 100 gramos en peso de la resina o mezcla termoplástica. Típicamente, la cantidad de agente de espumación incorporada en la resina o mezcla termoplástica, depende de la densidad deseada de la espuma. En general, la incorporación de una mayor cantidad de agente de espumación, da como resultado una proporción de expansión más alta (el término "proporción de expansión" referido en la presente, significa la proporción de la densidad de la resina o de la mezcla a la densidad del producto expandido) , y por consiguiente, una densidad más baja de la espuma. Sin embargo, se debe tener cuidado de no incorporar una cantidad de agente de espumación que ocasione una separación entre la resina y el agente de espumación en la extrusora. Cuando esto sucede se presenta una "espumación en el dado", y la superficie del producto expandido se hace rugosa, produciendo en general un producto insatisfactorio . 25 Otros métodos adecuados para la preparación y extrusión de mezclas termoplásticas espumables para producir perfiles extruidos que pueden ser útiles en la preparación de artículos absorbentes de energía de conformidad con los principios de esta invención, se dan a conocer en las Patentes de los Estados Unidos de Norteamérica Números 5,348,795; 5,527,573 y 5,567,742, todas las cuales se incorporan a la presente como referencia. Las mezclas de espuma termoplástica se preparan en general mediante el calentamiento de la resina o mezcla termoplástica para formar un material polimérico plastificado o derretido, incorporando en el mismo un agente de soplado para formar un gel espumable, y extruyendo el gel a través de un dado para formar el producto de espuma. Antes de mezclarse con el agente de soplado la resina o mezcla termoplástica se calienta a una temperatura en o mayor que su temperatura de transición de vidrio o su punto de fusión. El agente de soplado se puede incorporar o mezclar en el material polimérico derretido mediante cualquier elemento conocido en la técnica, tal como con una extrusora, mezcladora, batidora, o similares. El agente de soplado se mezcla con el material polimérico derretido a una presión elevada suficiente para prevenir una expansión sustancial de material polimérico derretido, y para dispersar en general el agente de soplado de una manera homogénea en el mismo. Opcionalmente, se puede mezclar un agente de nucleación en la fundición polimerica, o se puede mezclar en seco con el material polimérico antes de la plastificación o la fundición. El gel espumable, típicamente se enfría a una temperatura más baja para optimizar las características físicas de la estructura de espuma. El gel se puede enfriar en la extrusora o en otro dispositivo mezclador, o en enfriadores separados . Luego el gel se extruye o se transporta a través de un dado de la forma deseada hasta una zona de presión reducida o más baja, para formar el producto de espuma. La zona de más baja presión está a una presión más baja que aquella en la que se mantiene el gel espumable antes de la extrusión a través del dado. La presión más baja puede ser . superatmosférica o subatmosférica (vacío) , pero de preferencia está en un nivel atmosférico. La espuma termoplástica puede ser de celdas abierta o cerrada, según se desee. El porcentaje de celdas abiertas se puede controlar, como es bien conocido en este campo, mediante una selección apropiada de agentes de soplado, aditivos, polímeros, y parámetros de procesamiento, tales como temperaturas, presiones, y velocidades de extrusión. De conformidad con un aspecto particular de esta invención, las espumas termoplásticas se pueden preparar mediante la espumación por extrusión de una composición termoplástica derretida, utilizando un dado que incluya una multiplicidad de orificios. Los orificios se configuran de tal manera que el contacto entre las corrientes adyacentes del extrudado derretido se presente durante el proceso de espumación, y las superficies en contacto se adhieran unas a otras con suficiente adhesión para dar como resultado una estructura unitaria. Deseablemente, los hilos individuales de espuma en coalescencia deben permanecer adheridos en una estructura unitaria, para prevenir la deslaminación por tracción bajo las tensiones encontradas en la preparación, configuración, y formación del producto de espuma. La Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 4,824,720, la cual describe el proceso de espuma en coalescencia (o en hilos) , se incorpora a la presente como referencia. Esta patente describe un método para proporcionar una estructura de espuma de celdas cerradas que comprende una pluralidad de hilos o perfiles extruidos en coalescencia, mediante la formación por extrusión de una composición termoplástica derretida utilizando un dado que incluye una multiplicidad de orificios. La espuma de hilos en coalescencia puede ser un coextrudado que comprenda hilos de dos o más densidades diferentes. Los métodos de coextrusión, y los "métodos para variar las densidades de las espumas termoplásticas, son bien conocidas en este campo, y no se describirán con detalle en la presente. En adición a los coextrudados que comprenden espumas de hilos en coalescencia que tienen hilos de espuma de dos o más densidades diferentes, las espumas termoplásticas extruidas que exhiben propiedades de resistencia anisotrópicas, que se pueden utilizar de conformidad con los principios de esta invención, incluyendo coextrudados, incluyendo hilos de espuma y un perfil intercalado unitario (pieza integral) de un termoplástico no espumado. De conformidad con un aspecto particular de esta invención, se preparan artículos absorbentes de energía que exhiben propiedades de resistencia anisotrópicas, mediante la extrusión de un gel termoplástico espumable a través de un dado, que incluye una pluralidad de orificios configurados de tal manera que el contacto entre las corrientes adyacentes de extrudado derretido hace que se adhieran sus superficies para formar un artículo de espuma unitario en coalescencia, en donde el componente polimérico del gel espumable comprende una mezcla polimérica que incluye una mayor cantidad (mayor del 50 por ciento en peso) de un homopolímero o copolímero, en donde la mayoría de las unidades monoméricas son unidades monoméricas de propileno y una cantidad menor (menor del 50 por ciento en peso) de un modificador de resina de tipo de polietileno, en donde la mayoría de las unidades monoméricas son unidades monoméricas de etileno. Se ha descubierto que las espumas de hilos en coalescencia resultantes producidas a partir de estas mezclas poliméricas, inesperadamente exhiben una mayor resistencia a la tracción, especialmente en direcciones normales a la dirección longitudinal de los hilos en coalescencia (es decir, la dirección de la extrusión) , en relación con las espumas de hilos en coalescencia hechas a partir de homopolímero de polipropileno, o partir de una mezcla de homopolímero de polipropileno y un modificador de resina de copolímero de etileno-propileno. La mayor resistencia a la tracción, especialmente en las direcciones normales a la dirección longitudinal de los hilos en coalescencia, se puede atribuir a una mejora adhesión de hilo a hilo, ocasionada por la adhesión de una cantidad menor de un modificador de resina de tipo de polietileno, que es un "homopolímero o copolímero comprendido enteramente o en su mayor parte de unidades monoméricas de etileno. Los modificadores de resina de tipo de polietileno típicamente tendrán un punto de fusión más bajo que aquel del homopolímero o copolímero de polipropileno, y de preferencia tienen un punto de fusión menor de aproximadamente 125 °C. Los modificadores de resina de tipo de polietileno están comprendidos primariamente de unidades monoméricas de etileno, y más preferiblemente están comprendidos de cuando menos el 80 por ciento de unidades monoméricas de etileno en peso. Los ejemplos de los modificadores de resina de tipo de polietileno preferidos incluyen homopolímeros de polietileno de baja densidad, y polímeros etilénicos sustancialmente lineales que tienen una proporción de flujo de fusión, I?o/I2' aYor que, o igual a, aproximadamente 5.63, una distribución de peso molecular, MW/MN, definida por la ecuación MW/MN >. (I10/I2) -4.63, y un índice de esfuerzo cortante crítico al establecimiento de la fractura por fusión superficial de cuando menos el 50 por ciento mayor que el índice de esfuerzo cortante crítico al establecimiento de la fractura por fusión superficial de un polímero de olefina lineal que tenga aproximadamente las mismas I2 y MW/MN. Los polímeros etilénicos sustancialmente lineales como se describen anteriormente, se dan a conocer en las Patentes de los Estados Unidos de Norteamérica Números 5,340,840 y 5,272,236, las cuales se incorporan a la presente como referencia. Otros modificadores de resina de tipo de polietileno preferidos, son interpolímeros de etileno/alfa-olefina sustancialmente lineales, homogéneamente ramificados, que tienen una densidad de aproximadamente 0.89 gramos/centímetro cúbico a aproximadamente 0.92 gramos/centímetro cúbico, una distribución de peso molecular (MW/MN) de aproximadamente 1.8 a aproximadamente 2.8, un índice de fusión (I2) de aproximadamente 0.001 gramos/10 minutos a aproximadamente 10 gramos/10 minutos, ninguna fracción de alta densidad, un solo pico de fusión, medido utilizando calorimetría de exploración diferencial, una tensión de esfuerzo cortante crítico al establecimiento de la fractura por fusión gruesa mayor de 4 x 10d dinas/centímetro cuadrado, y una inclinación del coeficiente de endurecimiento de tracción de 1.3 a 2.3 (descripción de polietileno mejorado) . Estos interpolímeros de etileno/alfa-olefina sustancialmente lineales, homogéneamente ramificados, se describen en la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 5,677,383 la cual se incorpora a la presente como referencia. Otros modificadores de resina de tipo de etileno adecuados que se pueden utilizar en una cantidad menor en combinación con un polímero de propileno en una cantidad mayor, y se pueden extruir a través de un dado que tenga una multiplicidad de orificios para formar espumas de hilos en coalescencia que exhiban una mejor adhesión de hilo a hilo, y mejor resistencia a la tracción y módulo, especialmente en las direcciones normales a la dirección longitudinal de los hilos en coalescencia, incluyen polietileno de densidad mediana (MDPE) , polietilenos de alta densidad (HDPE) (por ejemplo, aquellos hechos utilizando catalizadores Ziegler, como en la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 4,076,698), copolímeros de etileno/éster, copolímeros de etileno/acetato de vinilo, copolímeros de etileno y ácidos carboxílicos etilénicamente insaturados, homopolímeros y copolímeros de alfa-etilénicos, etcétera. Los ejemplos de las resinas de tipo de polietileno comercialmente disponibles que se pueden mezclar en una cantidad menor con una cantidad mayor de un homopolímero o copolímero de polipropileno, y se pueden extruir a través de un dado que tenga una multiplicidad de orificios para formar espumas de hilos en coalescencia que exhiban mejor adhesión de hilo a hilo y mejor resistencia a la tracción en una dirección normal a la dirección longitudinal de los hilos en coalescencia, incluyen polímeros etilénicos sustancialmente lineales vendidos por Dow Chemical Company, bajo la marca "Affinity", y polietileno de baja densidad vendido por Dow bajo la marca "Élite" . Los modificadores de resina de tipo de polietileno, cuando se mezclan en una cantidad menor con una cantidad mayor de un homopolímero o copolímero de propileno, combinados con un agente de soplado y otros aditivos para formar un gel espumable, y extruidos a través de un dado que tenga una multiplicidad de orificios, proporcionan espumas de hilos en coalescencia que exhiben una mejora significativa en la resistencia a la tracción en una dirección normal a la dirección longitudinal de los hilos en coalescencia, comparándose con una espuma de hilos en coalescencia comprendida de una mezcla polimérica que incluya homopolímero de polipropileno y un modificador de resina de copolímero de etileno/propilenq_que esté comprendido de aproximadamente el 20 por ciento de unidades monoméricas de etileno. Los artículos absorbentes de energía de espuma de i hilos en coalescencia de esta invención, pueden incluir y los faltantes o vacíos diseñados, es decir, un perfil o sección transversal a la dirección de extrusión que sea discontinua. Los artículos de espuma en coalescencia que tengan hilos faltantes o vacíos diseñados, se pueden preparar mediante la extrusión de un gel termoplástico espumable a través de un dado que tenga una multiplicidad de orificios configurados en un arreglo que define vacíos, de tal manera que los hilos extruidos se unan en sus extremidades para formar una red que defina vacíos. Un dado que tenga una multiplicidad de orificios, que está diseñado para producir espumas de hilos en coalescencia que no tengan hilos faltantes o vacíos diseñados, se puede modificar para producir espumas de hilos en coalescencia que tengan hilos faltantes o vacíos diseñados, mediante el bloqueo de algunos de los orificios. Los artículos absorbentes de energía que tengan vacíos diseñados, se pueden emplear convenientemente en ciertas aplicaciones para permitir la manipulación de la densidad a granel y la suavidad (control de módulo), y para incrementar el flujo de aire. También, los vacíos diseñados se pueden utilizar para crear pistas para alambres, fibras ópticas, y similares. Los métodos para formar artículos de espuma en hilos que tengan vacíos diseñados, se describen en la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 4,801,484, la cual se incorpora a la presente como referencia. Las espumas termoplásticas extruidas que exhiben una propiedad de resistencia anisotrópica, también se pueden preparar como planchas extruidas . Las planchas de espuma termoplástica extruidas se pueden jalar a través de un dado ranurado, generalmente a cualquier índice de velocidad comúnmente utilizada, y se pueden estirar o jalar desde el dado mediante cualquier elemento conocido en este campo, tal como jalando con bandas opuestas, rodillos de apriete, y elementos extractores similares . Aunque un método particularmente preferido para la preparación de artículos absorbentes- de energía que exhiban propiedades de resistencia anisotrópicas involucra extruir un gel termoplástico espumable a través de un dado que incluya una multiplicidad de orificios configurados de tal manera que el contacto entre las corrientes adyacentes de extrudado derretido haga que se adhieran sus superficies, y formen un artículo de espuma unitario en coalescencia, se pueden emplear otros métodos para formar artículos de espuma termoplástica que exhiban propiedades de resistencia anisotrópicas similares o equivalentes . Un método alternativo para formar artículos de espuma que exhiben propiedades de resistencia anisotrópicas, es extruir un gel termoplástico espumable a través de un dado que tenga un perfil deseado (por ejemplo, un perfil rectangular), proporcionar al perfil extruido una pluralidad de cortes separados (por ejemplo, paralelos) , y subsecuentemente fundir térmicamente las superficies cortadas para reintegrar el perfil extruido en un artículo de espuma termoplástica 40 (Figura 5) , que tenga una pluralidad de capas no espumadas termoplásticas relativamente delgadas separadas 42, que tengan una densidad más alta que las capas de espuma de densidad más baja relativamente más gruesas 44 interpuestas entre las capas no espumadas. Una técnica adecuada para cortar y fundir las superficies cortadas de un perfil extruido con el fin de formar un artículo termoplástico que tenga una estructura en capas o laminada que comprenda capas de espuma relativamente gruesas y capas no espumadas relativamente delgadas alternadas, es pasar un perfil de espuma termoplástica a través de una herramienta que tenga una pluralidad de alambres calientes separados que corten a través del perfil, y que permitan que las superficies recién cortadas se vuelvan a adherir o a fundir entre sí, de preferencia inmediatamente corriente abajo de los alambres calientes. A medida que los alambres calientes pasan a través del perfil extruido, la espuma termoplástica se reblandece o se derrite, colapsando la estructura de espuma celular en la vecindad inmediata del alambre caliente, y subsecuentemente se vuelve a solidificar para formar una capa no espumada relativamente delgada, de una densidad relativamente alta. La estructura en capas o laminada resultante exhibe propiedades de resistencia anisotrópicas. En particular, la estructura en capas resultante exhibe una mayor resistencia en una dirección alineada con los planos en los que se configuran las capas no espumadas, que en una dirección perpendicular a los planos en los que se configuran las capas no espumadas. Una estructura compuesta de tipo de panal 50 (Figura 6) se puede prepara proporcionando un perfil extruido con un primer conjunto de cortes separados (por ejemplo, paralelos) , y un segundo conjunto de cortes separados (por ejemplo, paralelos) que se configuran en un ángulo (por ejemplo, perpendicular) con respecto al primer conjunto de cortes, y subsecuentemente se funden térmicamente las superficies cortadas entre sí. Esto se puede lograr pasando el perfil extruido a través de una herramienta que tenga alambres calientes separados configurados en un arreglo, tal como con un primer conjunto de alambres calientes separados configurados paralelos unos a otros, y un segundo conjunto de alambres calientes separados configurados paralelos unos a otros, y en un ángulo (tal como perpendicular) con el primer conjunto de alambres calientes. A medida que pasan los alambres calientes a través del perfil extruido, la espuma termoplástica se reblandece o se derrite, colapsando la estructura de espuma celular en la vecindad inmediata de los alambres calientes, y subsecuentemente se vuelve a solidificar para formar una red o un arreglo de capas no espumadas de intersección relativamente delgadas, de una densidad relativamente alta 52, que forman una estructura de tipo de panal, estando los espacios definidos por los límites de las paredes de intersección ocupados por una espuma termoplástica de una densidad relativamente baja 54. La estructura compuesta de tipo de panal resultante exhibe propiedades de resistencia anisotrópicas. En particular, la estructura compuesta de tipo de panal exhibe una mayor resistencia en una dirección alineada con los planos de las capas no espumadas que se intersectan, que en una dirección perpendicular a las capas no espumadas que se intersectan. El primer conjunto de alambres calientes separados, y el segundo conjunto de alambres calientes separados, se pueden configurar en una sola herramienta, o en dos herramientas diferentes,-- a través de las cuales se avanza el perfil extruido. De una manera alternativa, una sola herramienta que tenga solamente un conjunto de alambres calientes separados, se puede utilizar para formar la estructura compuesta de tipo de panal, tal como mediante el avance de un perfil extruido a través de la herramienta para formar un primer conjunto de películas separadas, el giro de la estructura en capas resultante que tenga capas de espuma relativamente gruesas y capas no espumadas relativamente delgadas alternadas (tal como a 90°), y el paso de la estructura en capas a través de la misma herramienta una segunda vez, en un ángulo diferente con respecto a los alambres calientes, para formar una estructura compuesta de tipo de panal . Como otra alternativa, el método para formar artículos absorbentes de energía que exhiben propiedades de resistencia anisotrópicas, mediante la provisión del perfil extruido con una pluralidad de cortes separados, y subsecuentemente la fundición térmica de las superficies cortadas entre sí para reintegrar el perfil extruido en un artículo de espuma termoplástica que tiene una estructura compuesta en capas o de tipo de panal, se puede lograr cortando el perfil extruido con cierras u hojas, aplicando calor a las superficies cortadas para reblandecer o fundir la espuma termoplástica en la vecindad inmediata de las superficies cortadas para colapsar la estructura de espuma celular, e inmediatamente después poniendo en contacto las superficies cortadas una con otras para fundir térmicamente las superficies entre sí, y formar una estructura compuesta en capas o de tipo de panal integrada. Las estructuras compuestas en capas y de tipo de panal que exhiben propiedades de resistencia anisotrópicas, no necesariamente se tienen que preparar mediante la reintegración de las superficies cortadas de un perfil de espuma extruida, sino que en lugar de eso, se pueden preparar mediante la fundición térmica de las superficies (ya sea las superficies cortadas o las superficies extruidas) de una pluralidad de piezas de espuma termoplástica, para formar una estructura compuesta unitaria integrada. Como todavía otra alternativa, las piezas de espuma termoplástica se pueden enlazar entre sí en sus superficies, mediante la aplicación de una película, hoja, o capa termoplástica fundida a las - superficies de los perfiles de espuma termoplástica, e inmediatamente después se unen las superficies para formar una estructura unitaria integrada que tenga capas no espumadas delgadas y capas de espuma relativamente gruesas separadas alternadas, o capas no espumadas de intersección que formen una estructura de tipo de panal. Como todavía otra alternativa, se puede utilizar un adhesivo, tal como un adhesivo termofraguable, en lugar del termoplástico derretido, para unir las superficies de un arreglo de perfiles de espuma termoplástica, con el fin de formar las estructuras compuestas en capas o de tipo de panal que exhiben propiedades de resistencia anisotrópicas. Los materiales termoplásticos derretidos y/o los adhesivos utilizados para adherir las superficies de perfiles de espuma termoplástica para formar un artículo absorbente de energía unitario integrado que exhibe propiedades de resistencia anisotrópicas, deben exhibir buenas propiedades adhesivas con la espuma termoplástica, y deben solidificarse para formar películas que tengan propiedades de resistencia superiores a aquellas de la espuma termoplástica. Otro método para fabricar artículos absorbentes de energía que exhiben propiedades de resistencia anisotrópicas mejoradas o aumentadas, involucra derretir las superficies externas de un perfil de espuma termoplástica, o cualquiera de las modalidades anteriormente descritas, y termoformar las superficies derretidas externas para proporcionar un compuesto 60 (Figura 7) que incluye una piel de una densidad relativamente más alta 62 que actúa como una estructura de refuerzo de tipo de monocoque para el núcleo de espuma 64. Por ejemplo, las superficies laterales de un perfil de espuma que tenga propiedades de resistencia isotrópicas, o cualquiera de las modalidades previamente descritas de la invención, se pueden derretir y termoformar para formar una piel continua 62 que circunscriba al perfil de espuma o al artículo absorbente de energía. La estructura resultante tiene mejores características de resistencia en una dirección alineada con la piel tubular ele circundante. Se puede proporcionar un refuerzo estructural de tipo de monocoque similar, mediante la laminación de una piel estructural separada a las superficies externas de un perfil de espuma termoplástica, o cualquiera de las modalidades anteriormente descritas de la invención. La piel estructural separada puede estar comprendida de un polímero que sea igual o diferente del polímero del que esté comprendida la espuma termoplástica. Las propiedades de resistencia anisotrópicas de cualquiera de las modalidades previamente descritas de la invención, se pueden mejorar o aumentar más, mediante la incorporación de fibras de refuerzo continuas y/o discontinuas, las cuales se pueden orientar a lo largo en una dirección en la que se desee una alta resistencia al impacto. Las fibras de refuerzo adecuadas incluyen fibras sintéticas, tales como fibras de aramida, poliéster, y poliolefina; fibras naturales, tales como sisal; fibras de cerámica; fibras de vidrio; fibras metálicas; y similares. Las propiedades físicas y la resistencia térmica de la espuma se pueden mejorar mediante la adición de partículas o fibras de materiales orgánicos o inorgánicos en la forma de rellenos. Estas partículas o fibras se podría agregar a las composiciones formadoras de espuma durante la fabricación. Los materiales útiles incluyen partículas de negro de humo, partículas de arcilla, fibras de carbón o de grafito, fibras de polipropileno, fibras de poliéster, y fibras de nylon, fibras de vidrio, fibras de cristal líquido, y similares. Las •propiedades físicas y la resistencia térmica de la espuma también se puede mejorar mediante la laminación a la espuma de capas de película/hoja no espumadas o recubrimientos que contengan estas partículas o fibras. Las fibras pueden ser de cualquier longitud, cortas (fibrilos) o largas. Pueden estar dispersadas aleatoriamente, o se pueden hilar o colocar juntas en la naturaleza de una tela hilada o no hilada. Se pueden emplear adhesivos conocidos en este campo para adherir diferentes capas, tales como telas decorativas y/o funcionales, a cualquiera de los artículos absorbentes de energía descritos en la presente. Los adhesivos útiles incluyen adhesivos termofraguables, tales como resinas de poliuretano y epoxis, y adhesivos termoplásticos tales como polietilenos, polipropilenos, copolímeros de etileno ,- copolímeros de propileno; y similares. Los adhesivos útiles se enseñan en las Patentes de los Estados Unidos de Norteamérica Números 5,460,870 y 5,670,211. El adhesivo se puede aplicar mediante cualquier elemento conocido en este campo, tal como mediante pulverización, recubrimiento, o en forma de película. Los adhesivos preferidos son termoplásticos, debido a su costo más bajo y a su reciclabilidad potencial. La presencia de un adhesivo no es crítica para la presente invención. Se puede aplicar una capa o capas de material decorativo 70 (Figura 8) , tal como fieltro o tela, a los artículos absorbentes de energía 72 de esta invención, para propósitos estéticos. La capa puede ser de cualquier tipo conocido en este campo. Los ejemplos incluyen fieltros o telas hiladas. Las telas útiles incluyen aquellas de fibras de poliéster, nylon y polipropileno hiladas. De preferencia, la capa de fieltro o tela está comprendida del mismo material polimérico o uno similar a la de la espuma. La capa de fieltro o tela se puede adherir a la espuma mediante cualquier elemento conocido en este campo, tal como soldadura térmica, películas adhesivas, o líquidos o recubrimientos adhesivos. Por ejemplo, una capa decorativa comprendida de una tela hilada de fibras termoplásticas, se puede soldar térmicamente a los articulos absorbentes de energía de esta invención, sin el beneficio de los adhesivos. La soldadura térmica se refiere al calentamiento de la capa de tela hasta un grado tal que las fibras lleguen a quedar pegajosas o viscosas, y se puedan adherir al artículo absorbente de energía sin el beneficio de un adhesivo. De una manera alternativa, el artículo absorbente de energía se puede calentar hasta que la superficie se haga pegajosa o viscosa, y se pueda adherir a la capa de tela, o a otra capa intermedia. Una capa de tela se puede soldar térmicamente a la superficie de un artículo absorbente de energía si se aplica durante la termoformación. Hemos descubierto que los productos de espuma termoplástica extruida de esta invención exhiben propiedades de resistencia anisotrópicas. Más específicamente, hemos determinado que la resistencia en la dirección de la extrusión es mayor que la resistencia en las direcciones perpendiculares a la dirección de la extrusión. Las propiedades de resistencia, como se utilizan en la presente, incluyen, pero no necesariamente se limitan a, la resistencia a la compresión, el módulo de compresión, y la resistencia al impacto. Por ejemplo, dependiendo de los diferentes parámetros, materiales, y aparatos utilizados durante la extrusión, la resistencia a la compresión en la dirección de la extrusión puede ser del 25 por ciento, del 50 por ciento, del 100 por ciento, o inclusive del 200 por ciento o mayor que en una dirección perpendicular a la dirección de la extrusión. Por ejemplo, los extrudados de polipropileno en hilos o en coalescencia han exhibido una resistencia a la compresión en la dirección extruida que es mayor de cuatro veces aquella en una dirección perpendicular a la dirección de la extrusión. De conformidad con lo anterior, los artículos absorbentes de energía de esta invención se forman de espuma termoplástica extruida que exhibe las propiedades de resistencia a la compresión anisotrópicas anteriormente mencionadas, estando la dirección de máxima resistencia de la espuma termoplástica extruida aproximadamente alineada con la dirección en la que se espera el impacto y en la que se desea la resistencia al impacto. En particular, la dirección de máxima resistencia del extrudado de espuma termoplástica, y la dirección en la que se desea la resistencia al impacto en el artículo absorbente de energía, deben diferir por un ángulo menor de aproximadamente 45°, más preferiblemente menor de 10°C, y muy preferiblemente menor de 5°C. La alineación aproximada de la dirección de máxima resistencia de la espuma termoplástica con la dirección en la que se espera u ocurre el impacto, o en la que se desea la resistencia al impacto, significa que la dirección de máxima resistencia del extrudado es más casi paralela a la dirección en la que se desea la resistencia al impacto que perpendicular a la dirección en la que se desea la resistencia al impacto. Una rotación de 180 °C del extrudado alrededor de un eje perpendicular a la dirección de máxima resistencia, y con respecto a una primera orientación, es en general equivalente a esa primera orientación. Deseablemente, los materiales, es decir, la resina o mezcla termoplástica, los agentes de nucleación, los agentes de espumación, y los parámetros del proceso, por ejemplo, las temperaturas y la velocidad de extrusión, se seleccionan de tal manera que el extrudado espumado tenga una densidad menor de 0.32 gramos por centímetro cúbico, de preferencia de aproximadamente 0.032 a 0.192 gramos/centímetro cúbico, más preferiblemente de 0.04 a 0.16 gramos por centímetro cúbico, y muy preferiblemente de aproximadamente 0.048 a 0.128 gramos/centímetro cúbico. Los extrudados resultantes exhiben propiedades de resistencia a la compresión anisotrópicas, observándose las más altas resistencias a la compresión generalmente en la dirección de la extrusión. Los extrudados típicamente tienen una resistencia a la compresión en la dirección de la extrusión de cuando menos aproximadamente 1.75 kg/cm2 (kilogramos por centímetro cuadrado) en una tracción de aproximadamente el 25 por ciento, más preferiblemente de cuando menos aproximadamente 3.15 kg/cm2 en una tracción del 25 por ciento, y muy preferiblemente de cuando menos aproximadamente 5.25 kg/cm2 en una tracción del 25 por ciento, medida de acuerdo con ASTM D3575-93 (Sufijo D) . Los productos de espuma termoplástica extruidos de conformidad con esta invención, se pueden espumar o formar en la configuración deseada del artículo absorbente de energía, tal como una unidad absorbente de energía automotriz, en la que se utilicen, o la espuma termoplástica extruida se puede cortar y configurar en la forma deseada del artículo absorbente de energía. De una manera alternativa, el artículo absorbente de energía puede estar comprendido de una pluralidad de componentes que se unan, tal como mediante soldadura con aire caliente, soldadura con vapor, soldadura con radiofrecuencia, adhesivos, sujetadores mecánicos, o similares, para formar un artículo absorbente de energía compuesto. De esta manera, se pueden preparar artículos absorbentes de energía que tengan formas inusuales, o que contengan porciones de diferentes densidades . También se pueden preparar artículos compuestos que contengan materiales diferentes de la espuma termoplástica extruida. Otro método alternativo para utilizar las espumas termoplásticas extruidas de esta invención en artículos absorbentes de energía compuestos, es utilizar las espumas termoplásticas extruidas como insertos en un molde cerrado en donde se disperse una resina de matriz adecuada. Los artículos absorbentes de energía de espuma polimérica de esta invención, que exhiben propiedades de resistencia anisotrópicas, tienen una amplia posibilidad de aplicación en transporte, recipientes de embarque, construcción, así como en la aplicación automotriz. Las aplicaciones automotrices incluyen estructuras absorbentes de energía para los sistemas del extremo frontal y posterior, puertas, asientos, y componentes de tableros de instrumentos. Las aplicaciones de apoyo de carga incluyen paneles de pisos, paneles de cavidades, componentes de asientos, techos convertibles duros, compuertas de levantamiento, y compuertas traseras que se levantan, y casetas.

Los métodos dados a conocer en la presente se pueden utilizar para formar diferentes artículos que tengan una utilidad general en diferentes aplicaciones de acojinamiento, tales como cajas, empaques, y similares. En adición a la formación de unidades absorbentes de energía, los métodos de esta invención se pueden emplear para preparar otros diferentes componentes automotrices absorbentes de energía, tales como recubrimientos interiores del techo, refuerzos de los pilares, refuerzos del tablero de instrumentos, cojines de asiento y sistemas de asiento, y compuertas traseras.

EJEMPLO 1 Se extruyó un homopolímero de polipropileno a través de un dado que tenía una multiplicidad de orificios, para producir un extrudado de espuma de polipropileno en coalescencia o en hilos. Al variar apropiadamente los parámetros del proceso, se prepararon extrudados de polipropileno de hilos en coalescencia en diferentes densidades. Para propósitos de comparación, se alimentaron partículas de polipropileno comercialmente disponibles en un molde capaz de encerrar las partículas, pero que permitía el escape de gases desde el mismo, y se calienta para formar artículos moldeados espumados en diferentes densidades. Los extrudados espumados exhibieron propiedades de resistencia a la compresión anisotrópicas, mientras que los artículos espumados de polipropileno moldeado exhibieron propiedades de resistencia a la compresión isotrópicas . En la Figura 4, se gráfica la resistencia a la compresión del extrudado espumado en la dirección de la extrusión con una tracción del 25 por ciento, como una función de la densidad, y se comparó con la resistencia a la compresión con una tracción del 25 por ciento del artículo espumado moldeado como una función de la densidad. La Figura 4 demuestra claramente que los productos de espuma de poliolefina extruidos de esta invención (curva A) exhiben resistencias a la compresión sustancialmente más altas que los productos de espuma de poliolefina moldeados convencionales (curva B) .

EJEMPLO 2 " Este ejemplo involucra la preparación y prueba de diferentes espumas de hilos en coalescencia, en donde el componente polimérico está comprendido de una mezcla que incluye una cantidad mayor de un homopolímero de propileno, y una cantidad menor de un modificador de resina de tipo de polietileno de conformidad con los principios de un aspecto de esta invención. Las pruebas demuestran que los modificadores de resina de tipo de polietileno proporcionan mejoras significativas en la resistencia a la tracción en una dirección normal a la dirección longitudinal de los hilos en coalescencia.

Para propósitos de comparación, se preparó una espuma de hilos en coalescencia utilizando una mezcla polimérica que comprendía 88 partes en peso de un homopolímero de propileno, y 12 partes en peso de un copolímero de etileno/propileno (E/P) . Utilizando una extrusora, se mezclaron 12 partes de un copolímero de etileno/propileno (KS351P) , 88 partes de un homopolímero de propileno (6823), 0.1 partes de cada uno de Irganox 1010 y Ultranox 626 (estabilizantes al calor), 0.4 partes de talco, y 0.2 partes de estearato de calcio. La mezcla salió de la extrusora a 185°C-200°C antes de mezclarse con 16 partes de agente de soplado de isobutano, bien sea en una sección de mezcla de la extrusora, o en otro equipo, para mezclar el agente de soplado líquido con el polímero de derretido. Luego la mezcla se enfrió a 160°C antes de extruirse a través del dado. En el dado, la mezcla se extruyó a través de una multiplicidad de orificios para producir una espuma de hilos en coalescencia. Después de permitir que se curara la espuma a la temperatura ambiente durante una semana, se cortaron muestras de prueba de tracción de las piezas de espuma para permitir que se midiera la adhesión de hilo a hilo de la espuma. Las pruebas de tracción horizontal se hicieron de acuerdo con los métodos de prueba estándares de ASTM. También se prepararon y se probaron 6 ejemplos de trabajo de conformidad con los principios de esta invención, de una "manera sustancialmente idéntica, con la excepción de que el copolímero de E/P fue reemplazado por 12 partes de cada uno de 6 diferentes modificadores de resina de tipo de polietileno de conformidad con los principios de esta invención. Los resultados se estipulan en seguida en la Tabla I .

Resina Propiedades de Resistencia Módulo de Utilizada la resina a la tracción Tracción (kg/cm2) (Kg/cm2) KS351P Copolímero de 0.4 MI 0.455 9.59 E/P DPF-1340 PE Mejorado 3.0 MI .909 0.616 5.74 g/cc DPF-1340 PE Mejorado 3.0 MI .909 0.798 10.08 g/cc LDPE 6201 LDPE 1.8 MI .920 0.567 8.12 g/cc PL1280 PE AFFINITY 6.0 MI .900 0.651 9.66 g/cc PL1880 PE AFFINITY 1.0 MI .902 0.728 11.725 g/cc EG8150 PE AFFINITY 0.5 MI .868 0.770 9.94 g/cc Todas las espumas de hilos en coalescencia que contenían los modificadores de resina de tipo de polietileno de la invención, exhibieron una mejor adhesión de hilo a hilo (como es ejemplificado por la mejora significativa en la resistencia a la tracción, medida en una dirección normal a la dirección longitudinal de los hilos en coalescencia) comparándose con una espuma de hilos en coalescencia preparada a partir de una mezcla polimérica de homopolímero de propileno y copolímero de etileno/propileno.

Claims (70)

REIVINDICACIONES

1. Un método para absorber impactos, el cual comprende : proporcionar una espuma termoplástica extruida que sea una espuma de hilos en coalescencia, que tenga mayor resistencia en una primera dirección que en cualquier otra dirección; e impactar la espuma de hilos en coalescencia en una dirección que quede aproximadamente alineada con la primera dirección en la que sea mayor la resistencia a la compresión.

2. El método de la reivindicación 1, en donde la espuma termoplástica extruida es una espuma de hilos en coalescencia coextruidos., con hilos de dos o más densidades diferentes .

3. El método de la reivindicación 1 en donde la espuma termoplástica extruida es un coextrudado que incluye hilos de espuma, y un perfil intercalado unitario de un termoplástico no espumado.

4. El método de la reivindicación 1 en donde la espuma termoplástica comprende una poliolefina.

5. El método de la reivindicación 4, en donde la poliolefina consiste primariamente en un homopolímero de polipropileno, o un copolímero de propileno cuyas unidades de repetición de propileno comprenden cuando menos el 50 por ciento del copolímero en peso.

6. El método de la reivindicación 1, en donde la espuma termoplástica está comprendida de una mezcla polimérica que incluye una cantidad mayor de un homopolímero o copolímero en donde la mayoría de las unidades monoméricas son unidades monoméricas de propileno, y una cantidad menor de un modificador de resina de tipo de polietileno en donde la mayoría de las unidades monoméricas son unidades monoméricas de etileno.

7. El método de la reivindicación 6, en donde el modificador de resina de tipo de polietileno tiene un punto de fusión menor de aproximadamente 125°C.

8. El método de la reivindicación 7, en donde el modificador de resina de tipo de polietileno está comprendido de cuando menos el 80 por ciento de unidades monoméricas de etileno en peso.

9. El método de la reivindicación 8 , en donde el modificador de resina de tipo de polietileno es un homopolímero de polietileno de baja densidad.

10. El método de la reivindicación 8, en donde el modificador de resina de tipo de polietileno es un polímero etilénico sustancialmente lineal que tiene una proporción de flujo de fusión (I10/I2) mayor que, o igual a, aproximadamente 5.63, una distribución de peso molecular definida por la ecuación MW/MN <. (I10/I2) ~ 4 . 63 , y un índice de esfuerzo cortante crítico al establecimiento de la fractura por fusión superficial de cuando menos el 50 por ciento mayor que el índice de esfuerzo cortante crítico al establecimiento de la fractura por fusión superficial de un polímero de olefina lineal que tenga aproximadamente los mismos I2 y MW/MN.

11. El método de la reivindicación 8, en donde el modificador de resina de tipo de polietileno es un interpolímero de etileno/alfa-olefina sustancialmente lineal, homogéneamente ramificado, que tiene una densidad de aproximadamente 0.89 gramos/centímetro cúbico a aproximadamente 0.92 gramos/centímetro cúbico, una distribución de peso molecular (MW/MN) de aproximadamente 1.8 a aproximadamente 2.8, un índice de fusión (I2) ?e aproximadamente 0.001 gramos por 10 minutos a aproximadamente 10 gramos por 10 minutos, ninguna fracción de alta densidad, un solo pico de fusión medido utilizando calorimetría de exploración diferencial, un factor de tensión de esfuerzo cortante crítica al establecimiento de la fusión gruesa mayor de 4 x 106 dinas/centímetro cuadrado, y una inclinación de coeficiente de endurecimiento de tracción de 1.3 a 2.3.

12. El método de la reivindicación 1, en donde la espuma termoplástica extruida incluye vacíos diseñados.

13. El método de la reivindicación 1, en donde la espuma termoplástica extruida tiene una estructura en capas que comprende capas de espuma relativamente gruesas y capas no espumadas relativamente delgadas alternadas.

14. El método de la reivindicación 1 , en donde la espuma termoplástica extruida incluye una red de capas no espumadas que se intersectan relativamente delgadas, de una densidad relativamente alta, las cuales forman una estructura de tipo de panal, con espacios definidos por las paredes que se intersectan ocupados por la espuma termoplástica de una densidad relativamente baja.

15. El método de la reivindicación 1, en donde la espuma termoplástica tiene superficies externas termoformadas que actúan como una estructura de refuerzo de tipo de monocoque .

16. El método de la reivindicación 1, en donde la espuma termoplástica incluye fibras de refuerzo.

17. El método de la reivindicación 16, en donde las fibras de refuerzo se orientan a lo largo en una dirección en la que se desea la alta resistencia al impacto.

18. El método de la reivindicación 1, en donde la espuma termoplástica comprende además materiales en partículas en la forma de rellenos.

19. El método de la reivindicación 1, en donde la espuma termoplástica comprende además una capa de material decorativo.

20. El método de la reivindicación 1, en donde la resistencia a la compresión de la espuma termoplástica en la dirección de la extrusión es cuando menos el 25 por ciento mayor que en cualquier dirección perpendicular a la dirección de la extrusión.

21. El método de la reivindicación 1, en donde la resistencia a la compresión de la espuma termoplástica en la dirección de la extrusión es cuando menos el 50 por ciento mayor que en una dirección perpendicular a la dirección de la extrusión.

22. El método de la reivindicación 1, en donde la resistencia a la compresión de la espuma termoplástica en la dirección de la extrusión es cuando menos el 100 por ciento mayor que en una dirección perpendicular a la dirección de la extrusión.

23. El método de la reivindicación 1, en donde la densidad de la espuma termoplástica extruida es de cuando menos 0.032 gramos/centímetro cúbico.

24. El método de la reivindicación 1, en donde la densidad de la espuma termoplástica extruida es de cuando menos 0.04 gramos/centímetro cúbico.

25. El método de la reivindicación 1, en donde la densidad de la espuma termoplástica extruida es de cuando menos 0.048 gramos/centímetro cúbico.

26. El método de la reivindicación 1, en donde la densidad de la espuma termoplástica extruida es menor de 0.32 gramos/centímetro cúbico.

27. El método de la reivindicación 1, en donde la espuma termoplástica extruida se orienta de tal manera que la dirección en la que es mayor la resistencia para la espuma termoplástica, difiere de la dirección en la que se impacta la espuma termoplástica por un ángulo de menos de aproximadamente 45° .

28. El método de la reivindicación 1, en donde lá espuma termoplástica extruida se orienta de tal manera que la dirección en la que es mayor la resistencia para la espuma termoplástica, difiere de la dirección en la que se impacta la espuma termoplástica por un ángulo de menos de aproximadamente 10° .

29. El método de la reivindicación 1, en donde la espuma termoplástica extruida se orienta de tal manera que la dirección en la que es mayor la resistencia para la espuma termoplástica, difiere de la dirección en la que se impacta la espuma termoplástica por un ángulo de menos de aproximadamente 5o .

30. El método de la reivindicación 1, en donde la resistencia a la compresión de la espuma termoplástica en la dirección en la que es mayor la resistencia, es de cuando menos aproximadamente 1.75 kilogramos/centímetro cuadrado, con una tracción del 25 por ciento.

31. El método de la reivindicación 1, en donde la resistencia a la compresión de la espuma termoplástica en la dirección en la que es mayor la resistencia, es de cuando menos aproximadamente 3.15 kilogramos/centímetro cuadrado, con una tracción del 25 por ciento.

32. El método de la reivindicación 1, en donde la resistencia a la compresión de la espuma termoplástica en la dirección en ?a que es mayor la resistencia, es de cuando menos aproximadamente 5.25 kilogramos/centímetro cuadrado, con una tracción del 25 por ciento.

33. El método de la reivindicación 1, en donde la espuma termoplástica extruida se incorpora en un artículo absorbente de energía que tiene una superficie pretendida para absorber impactos, configurándose la espuma termoplástica extruida en el artículo, de tal manera que la primera dirección en la que es mayor la resistencia, es aproximadamente perpendicular a la superficie pretendida para absorber impactos .

34. Un artículo absorbente de energía, el cual comprende : una superficie en la que se desea resistencia al impacto ; incorporada en el artículo absorbente de energía, una espuma termoplástica extruida que es una espuma de hilos en coalescencia, que tiene una mayor resistencia en una primera dirección que en cualquier otra dirección; y estando la espuma termoplástica extruida orientada de tal manera que la primera dirección en la que es mayor la resistencia, está aproximadamente alineada con la dirección en la que se desea la resistencia al impacto.

35." Un artículo absorbente de energía, el cual comprende : una superficie en la que se desea resistencia al impacto; incorporada en el artículo absorbente de energía, una espuma termoplástica extruida que es una espuma de hilos en coalescencia, teniendo la espuma termoplástica extruida una mayor resistencia en una primera dirección que en cualquier otra dirección; y estando la espuma termoplástica extruida orientada de tal manera que la primera dirección en la que es mayor la resistencia, está aproximadamente alineada con la dirección en la que se desea la resistencia al impacto.

36. El artículo de la reivindicación 35, en donde la espuma termoplástica extruida es una espuma de hilos en coalescencia coextruidos.

37. El artículo de la reivindicación 35, en donde la espuma termoplástica es un coextrudado que incluye hilos de espuma, y un perfil intercalado unitario de un termoplástico no espumado .

38. El artículo de la reivindicación 35, en donde la espuma termoplástica comprende una poliolefina.

39. El artículo de la reivindicación 38, en donde la poliolefina consiste primariamente en un homopolímero de polipropileno, o un copolímero de propileno cuyas unidades de repetición de propileno comprenden cuando menos el 50 por ciento del copolímero en peso.

40. El artículo de la reivindicación 35, en donde la espuma termoplástica está comprendida de una mezcla polimérica que incluye una cantidad mayor de un homopolímero o copolímero en donde la mayoría de las unidades monoméricas son unidades monoméricas de propileno, y una cantidad menor de un modificador de resina de tipo de polietileno en donde la mayoría de las unidades monoméricas son unidades monoméricas de etileno.

41. El artículo de la reivindicación 40, en donde el modificador de resina de tipo de polietileno tiene un punto de fusión menor de aproximadamente 125°C.

42. El artículo de la reivindicación 41, en donde el modificador de resina de tipo de polietileno está comprendido de cuando menos el 80 por ciento de unidades monoméricas de etileno en peso.

43. El artículo de la reivindicación 42, en donde el modificador de resina de tipo de polietileno es un homopolímero de polietileno de baja densidad.

44. El artículo de la reivindicación 42, en donde el modificador de resina de tipo de polietileno es un polímero etilénico sustancialmente lineal que tiene una proporción de flujo de fusión (I10/I2) mayor que, o igual a, aproximadamente 5.63, una distribución de peso molecular definida por la ecuación MW/MN < (I10/I2) - 4.63, y un índice de esfuerzo cortante crítico al establecimiento de la fractura por fusión superficial de cuando menos el 50 por ciento mayor que el índice de esfuerzo cortante crítico al establecimiento de la fractura por fusión superficial de un polímero de olefina lineal que tenga aproximadamente los mismos I2 y MW/MN.

45. El artículo de la reivindicación 42, en donde el modificador de resina de tipo de polietileno es un interpolímero de etileno/alfa-olefina sustancialmente lineal, homogéneamente ramificado, que tiene una densidad de aproximadamente 0.89 gramos/centímetro cúbico a aproximadamente 0.92 gramos/centímetro cúbico, una distribución de peso molecular (MW/MN) de aproximadamente 1.8 a aproximadamente 2.8, un índice de fusión (I2) de aproximadamente 0.001 gramos por 10 minutos a aproximadamente 10 gramos por 10 minutos, ninguna fracción de alta densidad, un solo pico de fusión medido utilizando calorimetría de exploración diferencial, un factor de tensión de esfuerzo cortante crítica al establecimiento de la fusión gruesa mayor de 4 x 106 dinas/centímetro cuadrado, y una inclinación de coeficiente de endurecimiento por tracción de 1.3 a 2.3.

46. El artículo de" la reivindicación 35, en donde la espuma termoplástica extruida incluye vacíos diseñados.

47. El artículo de la reivindicación 35, en donde la espuma termoplástica extruida tiene una estructura en capas que comprende capas de espuma relativamente gruesas y capas no espumadas relativamente delgadas alternadas .

48. El artículo de la reivindicación 35, en donde la espuma termoplástica extruida incluye una red de capas no espumadas que se intersectan relativamente delgadas, de una densidad relativamente alta, las cuales forman una estructura de tipo de panal, con espacios definidos por las paredes que se intersectan ocupados por la espuma termoplástica de una densidad relativamente baja.

49. El artículo de la reivindicación 35, en donde la espuma termoplástica tiene superficies externas termoformadas que actúan --como una estructura de refuerzo de tipo de monocoque .

50. El artículo de la reivindicación 35, en donde la espuma termoplástica incluye fibras de refuerzo.

51. El artículo de la reivindicación 49, en donde las fibras de refuerzo se orientan a lo largo en una dirección en la que se desea la alta resistencia al impacto.

52. El artículo de la reivindicación 35, en donde la espuma termoplástica comprende además materiales en partículas en la forma de rellenos.

53. El artículo de la reivindicación 35, en donde la espuma termoplástica comprende además una capa de material decorativo .

54. El artículo de la reivindicación 35, en donde la resistencia a la compresión de la espuma termoplástica en la dirección de la extrusión es cuando menos el 25 por ciento mayor que en cualquier dirección perpendicular a la dirección de la extrusión.

55. El artículo de la reivindicación 35, en donde la resistencia a la compresión de la espuma termoplástica en la dirección de la extrusión es cuando menos el 50 por ciento mayor que en una dirección perpendicular a la dirección de la extrusión.

56. El artículo de la reivindicación 35, en donde la resistencia a la compresión de la espuma termoplástica en la dirección de la extrusión es cuando menos el 100 por ciento mayor que en una dirección perpendicular a la dirección de la extrusión.

57. El artículo de la reivindicación 35, en donde la densidad de la espuma termoplástica extruida es de cuando menos 0.032 gramos/centímetro cúbico.

58. El artículo de la reivindicación 35, en donde la densidad de la espuma termoplástica extruida es de cuando menos 0.04 gramos/centímetro cúbico.

59. El artículo de la reivindicación 35, en donde la densidad de la espuma termoplástica extruida es de cuando menos 0.048 gramos/centímetro cúbico.

60. El artículo de la reivindicación 35, en donde la densidad de la espuma termoplástica extruida es menor de 0.32 gramos/centímetro cúbico.

61. El artículo de la reivindicación 35, en donde la espuma termoplástica extruida se orienta de tal manera que la dirección en la que es mayor la resistencia para la espuma termoplástica, difiere de la dirección en la que se impacta la espuma termoplástica por un ángulo de menos de aproximadamente 45° .

62. El artículo de la reivindicación 35, en donde la espuma termoplástica extruida se orienta de tal manera que la dirección en la que es mayor la resistencia para la espuma termoplástica, difiere de la dirección en la que se impacta la espuma termoplástica por un ángulo de menos de aproximadamente 10° .

63. El artículo de la reivindicación 35, en donde la espuma termoplástica extruida se orienta de tal manera que la dirección en la que es mayor la resistencia para la espuma termoplástica, difiere de la dirección en la que se impacta la espuma termoplástica por un ángulo de menos de aproximadamente 5o .

64. El artículo de la" reivindicación 35, en donde la resistencia a la compresión de la espuma termoplástica en la dirección en la que es mayoría resistencia, es de cuando menos aproximadamente 1.75 kilogramos/centímetro cuadrado, con una tracción del 25 por ciento.

65. El artículo de la reivindicación 35, en donde la resistencia a la compresión de la espuma termoplástica en la dirección en la que es mayor la resistencia, es de cuando menos aproximadamente 3.15 kilogramos/centímetro cuadrado, con una tracción del 25 por ciento.

66. El artículo de la reivindicación 35, en donde la resistencia a la compresión de la espuma termoplástica en la dirección en la que es mayor la resistencia, es de cuando menos aproximadamente 5.25 kilogramos/centímetro cuadrado, con una tracción del 25 por ciento.

67. Un automóvil que incluye un miembro absorbente de impactos que exhibe una alta resistencia al impacto en una dirección deseada, comprendiendo este miembro absorbente de impactos una espuma termoplástica extruida que es una espuma de hilos en coalescencia, que tiene una mayor resistencia en una primera dirección que en cualquier otra dirección, orientándose la espuma termoplástica extruida de tal manera que la primera dirección en la que es mayor la resistencia, está aproximadamente alineada con la dirección en la desea la resistencia al impacto.

68. El automóvil de la reivindicación 67, en donde la espuma termoplástica extruida se incorpora en una unidad absorbente de energía automotriz unida a dicho automóvil, y la dirección en la que es mayor la resistencia para la espuma termoplástica extruida, está aproximadamente alineada con la dirección longitudinal del automóvil.

69. El automóvil de la reivindicación 67, en donde la espuma termoplástica extruida se localiza en una puerta lateral del automóvil, y la dirección en la que es mayor la resistencia para la espuma termoplástica extruida, es aproximadamente perpendicular a un plano vertical que se 10 extiende longitudinalmente al automóvil. •

70. El automóvil de la reivindicación 67, en donde la espuma termoplástica se localiza en la estructura del techo del automóvil, y la dirección en la que es mayor la resistencia para la espuma termoplástica extruida, es aproximadamente 15 perpendicular al plano horizontal del techo del automóvil . • RESU M EN Un artículo de energía que tiene una dirección en la cual se desea resistencia al impacto se fsrma de espuma termoplástica extruída que exhibe resistencia a la compresión anisotrópica. La dirección de ' extrusión de la espuma termoplástica se alinea substancialmente paralela con la dirección a la cual se desea la resistencia al impacto para proveer urr artículo atrsOrbente- de energía exhrbierrds una alta reacción de resistencia a la compresión a peso. De acuerdo con un aspecto- particular de- esta invención, las espumas termoptástlcas pueden prepararse por la formación de espuma de extrusión de una csmpssicrórr termoplástica- fundida utilizando un ciado- irrcrluyends una multipl icidad de orificios. Además de los coextrudados que comprenden espumas- che hilos concresionadas gue tienen hilos de espuma de dos o más densidades diferentes, las espumas termo plásticas exhibiendo- propiedades de resistencia- antisotrópica que pueden utilizarse de acuerdo con los principios de esta invención incluyen csextrtrdados que incluyen hilos de espuma y un perfil entrelaminado unitario (pieza integral) de un termoplástico no espumado.