PT104238A - Material compósito para elementos posturais e elemento postural obtido com o referido material - Google Patents

Abstract

O PRESENTE INVENTO DIZ RESPEITO A UM MATERIAL COMPÓSITO PARA ELEMENTOS POSTURAIS QUE COMPREENDE UM GEL DE POLIURETANO E PARTÍCULAS SÓLIDAS DE OUTRO MATERIAL, CARACTERIZADO POR COMPREENDER: UM PRÉ-POLÍMERO DE BASE POLIÉTER E MDI; UMA MISTURA DE POLIOIS JUNTAMENTE COM UM CATALIZADOR, MISTURA ESSA QUE REAGE COM O REFERIDO PRÉ-POLÍMERO; PARTÍCULAS DE MATERIAL SÓLIDO DE PREFERÊNCIA GRANULADO DE CORTIÇA QUE SE MISTURAM COM O PRODUTO DE REACÇÃO ANTERIOR; ADITIVOS TAIS COMO OUTROS CATALIZADORES, CORANTES, PLASTIFICANTES, IGNÍFUGOS QUE PODEM SER MISTURADOS NA FASE POLIOL. O INVENTO DIZ AINDA RESPEITO A UM ELEMENTO POSTURAL TAL COMO ALMOFADAS PARA ASSENTOS, COLCHÕES, GÁSPEAS E PALMILHAS PARA SAPATOS, REVESTIMENTO DE CARPETES, ASSENTOS DE BICICLETAS (SELINS), BRAÇOS DE CADEIRAS E SIMILARES, E PARTICULARMENTE A UM COMPONENTE PARA UM ASSENTO DE UM VEÍCULO AUTOMÓVEL, CARACTERIZADO POR SER CONSTITUÍDO POR UMA BASE RESILIENTE EM COMPÓSITO DE ACORDO COM UMA DETERMINADA GEOMETRIA E UMA CAMADA DE ESPUMA E INCORPORAR UM APOIO LOMBAR INTEGRADO NO ENCOSTO DO ASSENTO, APOIO ESSE QUE É INJECTADO EM SIMULTÂNEO COM A ESTRUTURA DO ENCOSTO E PARTE INTEGRANTE DA PEÇA.

Description

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DESCRIÇÃO

"MATERIAL COMPÓSITO PARA ELEMENTOS POSTURAIS E ELEMENTO POSTURAL OBTIDO COM O REFERIDO MATERIAL" Âmbito do invento 0 presente invento diz respeito a um material compósito para elementos posturais obtido com um pré-polímero de poliuretano (de uso comum) e granulado de cortiça, de dureza, resiliência e elasticidade ajustáveis, para aplicação onde é requerido um elevado conforto. 0 invento refere-se ainda a um assento destinado a veículos de transporte de passageiros, que utiliza uma montagem de base resiliente em material compósito de cortiça com uma camada de espuma de poliuretano. A sua montagem apresenta uma espessura baixa, possibilitando o desenho de assentos com baixas volumetrias, garantindo ao mesmo tempo, os padrões de conforto existentes no mercado. 0 assento agrega igualmente um apoio lombar completamente integrado na estrutura plástica do encosto (uma só peça em plástico com fibra de vidro). A noção de conforto está associada à percepção de "desconforto". -2- 0 conceito de "desconforto" está normalmente relacionado com a existência de sensações desagradáveis que o utilizador tem de um equipamento ou bem. É aceite que a ausência de dor ou de incómodo por parte do utilizador influencia o seu estado de espirito e consequentemente o seu desconforto.

Em particular para os suportes posturais, a compressão dos tecidos moles, por longos periodos de tempo, é responsável por incómodo, dor e ou lesões cutâneas graves. Este assento compósito, em virtude das propriedades dos materiais utilizados, e quando moldados em determinadas geometrias, apresenta-se como uma solução adequada para a dissipação de picos de pressão e distribuição das pressões nos tecidos moles inferiores à de outros materiais existentes no mercado.

Para os suportes posturais em que o objectivo é o amortecimento de forças de impacto ou vibração, esta solução, quando moldada em determinadas geometrias, apresenta também um comportamento de dissipação de energia e pressão nos moles tecidos moles superior a outras soluções no mercado. A utilização de granulado de cortiça no compósito introduz vários factores de diferenciação, tais como: uma recuperação, dureza e firmeza ajustáveis, bem como adiciona conforto térmico. As células da cortiça são essencialmente preenchidas com ar, com uma estrutura poliédrica fechada, -3 - comportando-se assim como um elemento amortecedor, resiliente, isolante térmico e de baixa densidade volúmica. Por esse motivo, os compósitos de poliuretano com granulado de cortiça apresentam densidades mais baixas do que as composições normais de gel de poliuretano. 0 invento refere-se ainda a um apoio lombar para veículos (integrado no encosto).

Os assentos são normalmente constituídos por estruturas que posteriormente recebem vários sistemas. Esses sistemas são tradicionalmente produzidos separadamente e, por sua vez, integram vários componentes. Constitui portanto um objectivo do invento construir uma estrutura plástica que integrasse funções normalmente utilizadas na construção de assentos. Dessa forma, obteve-se uma redução nos fluxos produtivos, no próprio processo e consequentemente uma redução de energia na obtenção dos mesmos componentes.

Antecedentes do invento São conhecidos vários materiais compósitos à base de gel de poliuretano e de partículas sólidas granuladas de modo grosseiro e nele distribuídas.

Entre eles é de referir o que foi objecto da patente DE 10024097. Esta patente diz respeito a uma composição específica de gel que é encapsulada num -4- invólucro elástico para formar uma almofada de gel. 0 gel utilizado é feito de até (a) 15-62 % e, peso (baseado em (a) + (b) de uma matriz de poliuretano de ligações cruzadas covalentemente de alto peso molecular e (b) 85-38 % em peso (baseado em (a) + (b)) de um agente de dispersão liquido. 0 agente de dispersão liquido é um composto polihidroxi com um peso molecular médio entre 1000 e 12000, e um OH entre 20 e 112. Este agente de dispersão liquido não contém essencialmente compostos hidroxi com um peso molecular inferior a 800. O gel pode também incluir agentes de enchimento e/ou outros aditivos conhecidos. Invólucros apropriados incluem películas de poliuretano, etc. Estas almofadas de gel são particularmente utilizadas em colchões, assentos, etc.

Outros documentos tais como o pedido de patente EP 1277801 referem-se ainda a um material à base de gel de poliuretano. Mais concretamente, esta patente diz respeito a materiais à base de gel de poliuretano contendo PCMs (materiais de mudança de fase) finamente divididos - por exemplo, hidrocarbonetos saturados, cristalinos - permitem, através da absorção e emissão de calor no âmbito da mudança de fase dos PCMs, uma regulação desse mesmo calor, o que se torna evidente através de um maior conforto quando o novo material é utilizado, por exemplo, em solas de sapatos, selins de bicicletas, assentos de cadeiras e outros. Não tem portanto qualquer semelhança com o pedido de patente em causa, uma vez que não mistura material granulado com o gel. -5-

Sumário do invento 0 presente invento diz respeito a um material compósito à base de um pré-polímero de poliuretano com partículas sólidas de geometria irregular nele distribuídas e a um assento para veículos fabricado com um material compósito e com um apoio lombar integrado no encosto.

Um dos objectivos do invento diz portanto respeito a um material compósito, referido anteriormente, à base de pré polímeros de poliuretano com partículas sólidas de geometria irregular nele distribuídas com diâmetros de 0,lmm a 15mm, tal como referido na reivindicação 1.

As partículas sólidas são de cortiça tratada,as quais são adicionadas em % em volume de 20 a 100% em relação ao volume total.

Enquanto que a técnica anterior (patente tecnogel) parte de uma mistura de cortiça com um poliol e só depois mistura o isocianato, neste novo invento parte-se de um pré-polimero (de poliéter + MDI que tem grupos NCO) o qual se faz reagir com uma mistura de poliol com um catalizador e só posteriormente se adiciona a cortiça tratada. A grande diferença consiste pois no material de partida, um pré-polímero e não como na técnica anterior da mistura de um poliol com um isocianato. Tal facto evita -6- desde logo uma operação adicional da mistura de poliol com isocianato o que se traduz num processo mais simples, menos demorado e com menores custos.

Quanto à estrutura plástica do encosto ela é produzida com um plástico reforçado com fibra de vidro. 0 invento diz ainda respeito com a injecção do encosto e do apoio lombar numa só peça. Desta forma pretende-se reduzir custos optimizando processos de fabrico. A diferença entre este processo e os tradicionais está na eliminação da operação de montagem de componentes, realização separada dos mesmos, fluxos (transportes) e gestão de stocks. 0 que possibilita este conceito é a utilização do plástico na construção do assento.

Breve descrição das figuras A descrição que se segue tem por base as figuras anexas nas quais, sem qualquer carácter limitativo, se representa:

Na figura 1 - a estrutura de um componente de assento para veículos;

Na figura 2 - o mapa de pressões de um utilizador no assento objecto do invento, em condições estáticas;

Na figura 3 - a estrutura do encosto com o apoio lombar integrado. -7-

Descrição detalhada do invento

Conforme se referiu anteriormente o material compósito objecto do invento compreende os seguintes componentes:

Pré-polímero - de uso comum, de base poliéter e MDI. 0 pré-polímero tem uma densidade típica de 1,0 e um NCO 2,5% a 15% (exemplo; MPA-135 da Northstar polymers)

Poliol - mistura de poliois, ao qual é adicionado um catalizador de uso comum na industria. O poliol apresenta uma densidade típica de 1,0 com um peso equivalente típico de 1600 (exemplo; PNA-157 da Northstar polymers)

Cortiça - granulado de cortiça triturada e pré-tratado por processo industrial especial, de granulometria 0,5mm até lOmm, densidade 50g/l até 90g/l, com humidade 2% a 6%. O granulado de cortiça pré-tratada apresenta propriedades elásticas e físicas significativamente melhoradas para o objectivo em causa.

Aditivos - Outros catalizadores, corantes, plastificantes e outros produtos (ignifugantes, etc) que podem ser misturados na fase poliol. A dureza do compósito é ajustada pela relação estequeométrica pré-polímero/poliol e pelas adições de plastificantes de granulados de cortiça. A velocidade de reacção pode ser ajustada e controlada através de catalizadores comuns e dos parâmetros -8- dos processos, em função dos requisitos da aplicação especifica.

Como outros produtos necessários ao acabamento dos produtos fabricados com este compósito, utilizam-se como encapsulantes de revestimentos de base silicone ou poliuretano geralmente utilizados, bem como filmes de poliuretano ou papel. 0 material compósito anteriormente descrito apresenta várias caracteristicas típicas que podem ser referidas para ilustrar o comportamento deste compósito, (de referir que as que a seguir se apresentam são apenas exemplos e não são, de todo, exaustivas):

Densidade, ajustável, tipicamente 0,2 - 0,8g/l;

Dureza, ajustável, tipicamente 5 - 45 Sh A;

Resistência à tracção (ASTM F152), ajustável em função da formulação e do filme encapsulante utilizado, tipicamente 0,10 - 0,40 MPa;

Alongamento (ASTM F152), tipicamente 100% - 250%;

Resistência ao rasgamento (ASTM D624), ajustável em função da formulação e do filme encapsulante utilizado, tipicamente 0,8 - 3,0 N/mm;

Condutibilidade térmica (ASTM E1530), ajustável, tipicamente 0,0361 - 0,090 Kcal/m.h.°C;

Resiliência de ressalto (método interno), ajustável em função de se pretender mais amortecimento ou mais elasticidade, tipicamente 10% - 40%. -9- 0 granulado de cortiça é sujeito a um pré-tratamento no qual a área superficial da cortiça é tratada por um processo especial, promovendo primeiro a eliminação dos compostos cerosos e depois a disponibilização de grupos funcionais reactivos. 0 granulado de cortiça assim preparado pode ainda, em função dos requisitos da aplicação especifica, sofrer tratamentos adicionais, onde caracteristicas como a rigidez da estrutura celular da cortiça (e consequentemente do compósito final) são significativamente reduzidas (até 25% da rigidez inicial).

Concretamente, as partículas de cortiça são sujeitas, antes da mistura com o produto de reacção do pré-polímero com os poliois, a um pré-tratamento em que a área superficial da cortiça é tratada por um processo especial, promovendo primeiro a eliminação dos compostos cerosos e depois a disponibilização de grupos funcionais reactivos; podendo se o granulado assim preparado ser ainda, em função dos requisitos da aplicação especifica, sujeito a tratamentos adicionais, onde caracteristicas como a rigidez da estrutura celular da cortiça (e consequentemente do compósito final) são significativamente reduzidas (até 25% da rigidez inicial) e/ou outros tratamentos opcionais (dependentes da aplicação) que podem também adicionar protecção aos UV' s especifica ao granulado de cortiça, ou uma impermeabilização à humidade. -10- 0 processo de mistura utilizado é um processo normalmente utilizado para mistura de dois componentes na indústria de poliuretanos, com adaptações especificas, que permita obter caracteristicas únicas no produto final, ao qual se adiciona um sistema de doseamento dos granulados de cortiça. A estequiometria do pré-polimero/poliol pode variar de 0,95 a 3,0 e a cortiça em volume no compósito pode variar de 20% a 100%.

De preferência o material compósito obtido pelo processo anterior é vazado em moldes de ferro, alumínio ou outros materiais, abertos ou fechados e com ou sem aquecimento. Posteriormente pode ser montado em produtos que incorporam outros materiais, nomeadamente espumas, "velcros", "tecidos não tecidos", insertos plásticos ou metálicos, etc.

Tal como referido anteriormente, este compósito é recomendado para todas as aplicações que estejam relacionadas com o conforto postural. Por exemplo: • Componentes para assentos para o automóvel, • Componentes para assentos diversos (para autocarro, metro, comboios, etc) • Componentes para colchões e produtos similares. -11-

Mais particularmente o invento também diz respeito a um assento para veiculo automóvel que utiliza uma montagem de base resiliente em material compósito de cortiça com uma camada de espuma de poliuretano. Esta montagem apresenta uma espessura baixa possibilitando o desenho de bancos de volumetrias baixas, garantindo ao mesmo tempo os padrões de conforto existentes no mercado.

Este componente utiliza uma base moldada em um material compósito de cortiça, que em virtude das suas propriedades e geometria, apresenta-se como uma solução adequada para a dissipação de picos de pressão e distribuição das pressões nos tecidos moles, inferiores à de outros materiais existentes no mercado. Também o amortecimento de forças de impacto ou vibracional é grandemente melhorado pela dissipação de energia associada. A utilização neste componente de uma camada de espuma de poliuretano (comum na industria) , assegura a sensação de conforto inicial e o envolvimento do corpo.

Conforme se pode observar pela figura 1 anexa o componente para assento de veiculo automóvel é constituído pelos seguintes componentes: • Base resiliente (A) em compósito de cortiça - compósito que utiliza um pré-polímero de uso comum, de base poliéter e MDI, uma mistura de poliois, catalizadores e granulado de cortiça tratada tal como anteriormente -12- referido. A base é moldada e o material apresenta-se encapsulado. • Camada de espuma (B)- Espuma de poliuretano de 50-70 g/1. A base resiliente (A) apresenta-se com uma geometria que inclui um plano de suporte (3) aonde assentam pitões semi-esféricos (3a) dispostos de forma regular sobre a superfície da base. A base apresenta furos (1) que atravessam a sua espessura e permitem a passagem do ar (ventilação). A camada de espuma (B) é montada sobre a base resiliente (A). O conjunto assenta sobre uma superfície rígida que pode ser uma coquilha plástica de um assento. O componente para assento para veículos foi testado quanto às suas características. O teste consistiu na utilização de um tapete fino que contem uma matriz de sensores de pressão (por exemplo o Mat Pliance System). O sistema foi calibrado. Também se utilizou o questionário directo aos utilizadores do assento aonde foi testado este novo componente, de forma a registar as avaliações subj ectivas. -13-

Este assento e o componente nele instalado, foi testado em condições estáticas (isto é, com o veiculo parado) e em condições dinâmicas (em condução); neste ultimo caso, utilizou-se um mesmo veiculo (de forma a remover da análise a variável da suspensão do veiculo), o mesmo percurso e velocidade media, utilizou-se um protocolo fixo para a postura dos vários utilizadores, e testou-se a capacidade de amortecimento de vibrações. Os ensaios integraram utilizadores de vários percentis.

Sob pressão, isto é, quando o utilizador se senta no assento, as várias camadas do componente actuam da seguinte forma: a camada de espuma (B) deforma-se parcialmente, iniciando o envolvimento do corpo do utilizador; a base resiliente inicia a sua deformação, começando os pitões (3a) por se deformar para o interior da base da sendo a deformada final do assento nesta fase a soma da deformada da camada de espuma e da espessura dos pitões. Estando o utilizador nesta situação, o envolvimento do assento ao corpo é suficiente para o necessário apoio lateral.

Em condições estáticas, isto é, com o veículo parado, a distribuição de pressões (mapa de pressões) apresenta valores médios na ordem dos 1 a 1,5N/ cm2 ou inferiores e o número de sensores actuados é inferior ao de outras soluções que foram comparadas. Esta distribuição pode melhor ser observada na figura 2. -14-

Chama-se a atenção que não existindo um valor especifico apontado como valor limite nos estudos de pressão utilizou-se algumas evidências e valores apontados por autores como: 32mm de Hg - o valor máximo de pressão debaixo das tuberosidades isquiáticas é de 3N/cm2 - Diebschlag et al. (1998); - aplicação continua de intervalos de pressão entre 15 a 20 KPa interrompe a circulação sanguínea e a longo termo provoca necrose e ulceração - Baumann et al. - 1992;

Em condições dinâmicas, isto é, com o veículo em movimento, a distribuição de pressões volta a apresentar valores médios inferiores aos medidos em outras soluções encontradas no mercado, e mais uma vez, se registam menos sensores actuados.

As vibrações provocadas pela condução nos vários percursos e transmitidas ao utilizador do assento são também menores. A base resiliente (e em especial o seu plano de suporte com características de amortecimento elevado) dissipam a energia evitando a transmissão dessas vibrações.

Quando o utilizador se levanta do assento, e a pressão sobre o componente é removida e a característica resiliente dos pitões da base mostram-se ao levarem o conjunto à sua posição inicial. -15-

Este movimento de "fole", favorece também a circulação natural do ar no interior do componente transportando-o entre a base da coquilha e a superfície de contacto do componente com a capa do assento.

Claims (6)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Material compósito para elementos posturais que compreende um gel de poliuretano e partículas sólidas de outro material, caracterizado por compreender: • um pré-polímero de base poliéter e MDI; • uma mistura de poliois juntamente com um catalizador, mistura essa que reage com o referido pré-polímero; • partículas de material sólido de granulado de cortiça que se misturam ao produto de reacção anterior; • aditivos tais como outros catalizadores, corantes, plastificantes, ignífugos que podem ser misturados na fase poliol; material compósito esse que apresenta: • uma dureza ajustável pela relação estequeométrica pré- polímero/poliol de 0,95 a 3,0 e pela adição do plastificante e cortiça e que pode variar de 5 a 45 ShA; • uma densidade ajustável que pode variar entre 0,2 e 0, 8 g /1; • uma resistência à tracção (ASTM F152) ajustável em função da formulação e do filme encapsulante utilizado, tipicamente 0,10-0,4 Mpa; • um alongamento (ASTM F152), tipicamente 100% - 250%; • uma resistência ao rasgamento (ASTM D624), ajustável em função da formulação e do filme encapsulante utilizado, tipicamente 0,8-3,0 N/mm; 2 • uma conductibilidade térmica (ASTM E1530), ajustável, tipicamente 0,0361-0,090 Kcal/m.h.°C ; • uma absorção de água (SAAB STD211), ajustável, tipicamente, 1 - 4%; • uma resiliência de ressalto (método interno), ajustável em função de se pretender mais amortecimento ou mais elasticidade, tipicamente, 10 - 40%;

2. Material compósito para elementos posturais, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por o pré-polimero apresentar uma densidade tipica de 1,0 e um NCO 2,5% a 15%.

3. Material compósito para elementos posturais, de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por a mistura de poliois apresentar uma densidade tipica de 1,0 com um peso equivalente de 1600.

4. Material compósito para elementos posturais, de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por as partículas de cortiça apresentar uma granulometria de 0,5mm até lOmm, uma densidade de 50g/l até 90g/l, com uma humidade de 2% a 6%, podendo apresentar-se no produto final com um volume de desde 20% a 100%.

5. Material compósito para elementos posturais, de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por as partículas de cortiça serem sujeitas, antes da mistura com o produto de reacção do pré-polímero com os poliois, a um 3 pré-tratamento em que a área superficial da cortiça é tratada por um processo especial, promovendo primeiro a eliminação dos compostos cerosos e depois a disponibilização de grupos funcionais reactivos; podendo o granulado assim preparado ser ainda, em função dos requisitos da aplicação especifica, sofrer tratamentos adicionais, onde caracteristicas como a rigidez da estrutura celular da cortiça (e consequentemente do compósito final) são significativamente reduzidas (até 25% da rigidez inicial) e/ou outros tratamentos opcionais (dependentes da aplicação) que podem também adicionar protecção aos UV' s especifica ao granulado de cortiça, ou uma impermeabilização à humidade.

6. Utilização do material compósito definido nas reivindicações 1 a 5 em elementos posturais tais como assentos para veiculos constituídos por uma base resiliente em compósito.