WO2022058629A1 - Pieza multicapa, método de fabricación de una pieza multicapa y utillaje - Google Patents

Pieza multicapa, método de fabricación de una pieza multicapa y utillaje Download PDF

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WO2022058629A1
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thermoplastic elastomer
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uncured
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Aizeti BURGOA
Kepa ZULUETA
Pablo LARREATEGI
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Leartiker S.Coop.
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Definitions

  • the present invention relates to multilayer parts comprising thermoplastic and thermosetting materials and to manufacturing methods for said multilayer parts.
  • SMC Sheet Molding Compound
  • This type of SMC material can be tailored to precisely meet end-use and processing needs.
  • the SMC allows a high level of customization by changing the type and quantity of ingredients. Many additives such as shielding, pigments, fire retardants, etc. can be added. to the compound without weakening the mechanical performance, expanding the range of final applications.
  • an SMC part in an electric vehicle has vibration problems and therefore generates noise.
  • thermoplastic materials as elements that reduce vibration
  • EP3597702 A1 describes the use of a thermoplastic material of the thermoplastic elastomer (TPE) type for its bonding to a layer of plastic reinforced with carbon fibers. Said document describes different TPEs that allow adhesion with the reinforced plastic.
  • TPE thermoplastic elastomer
  • the object of the invention is to provide a multilayer part, a method for the manufacture of a multilayer part and tooling configured for use in the method, as defined in the claims.
  • One aspect of the invention relates to a multilayer part comprising a first layer of a thermosetting polymer of the SMC type, a second layer of a thermoplastic elastomer (TPE), and a third intermediate layer formed by the integration and bonding of the thermosetting polymer. and thermoplastic polymer.
  • TPE thermoplastic elastomer
  • thermosetting polymer of the SMC type and a second layer of a thermoplastic elastomer (TPE)
  • TPE thermoplastic elastomer
  • the method comprising the following stages: a first stage generating a layer comprising a thermosetting polymer of the SMC type, at least a part of said layer being uncured; a second step of incorporating a molten thermoplastic elastomer onto at least said uncured part of the thermosetting polymer layer, causing the elastomer to penetrate into the interstices of the uncured part of the first layer; or curing at least said portion of said uncured layer; I the generation of a layer comprising a mechanical anchor based on the insertion of the thermoplastic elastomer in the interstices of the uncured part of thermosetting polymer, as well as a chemical bond between the thermosetting polymer and the thermoplastic elastomer due to the presence of chemical groups allied; and a third stage of cooling the thermo
  • Another aspect of the invention refers to a tool configured for use in the method of the invention and comprises at least one mold inside which the different steps of the method of the invention are carried out.
  • the multilayer part of the invention a part with an improved union of the thermosetting layer and the thermoplastic layer is achieved.
  • This part is also more manageable with a view to its subsequent use in the manufacture of products that incorporate the part of the invention.
  • the SMC layer provides the necessary rigidity and the thermoplastic elastomer (TPE) layer Meanwhile, it provides the necessary anti-vibration properties to avoid noise.
  • TPE thermoplastic elastomer
  • the fact that the part has a TPE layer will allow it to adhere to other components by means of fusion bonding the TPE layer.
  • thermoplastic elastomer layer on a localized area of the SMC layer, that is, it allows the location of the TPE in specific areas of the SMC layer.
  • thermosetting polymer An optimization of energy consumption during manufacturing since the heat given off by the molten thermoplastic is used for the final curing of the thermosetting polymer.
  • the tooling of the invention also allows the method to be applied in a simple, practical, efficient and effective manner.
  • Figure 1 shows a schematic representation of the multilayer part of the invention.
  • Figure 2 shows a schematic representation of the steps of the method of the invention.
  • Figure 3 shows a representation of an embodiment of the tooling of the invention.
  • the multilayer part 10 of the invention comprises a first layer 11 of an SMC-type thermosetting polymer, a second layer 12 of a thermoplastic elastomer (TPE), and a third intermediate layer 13 formed by the integration and the bonding of the thermosetting polymer and the thermoplastic elastomer.
  • TPE thermoplastic elastomer
  • the SMC refers to composite materials of a thermosetting resin reinforced with chopped fibers that is presented in the form of a malleable sheet and prepared for transformation by compression molding.
  • the thermosetting resin undergoes a crosslinking reaction when the material is cured under pressure and temperature during compression molding, obtaining the final properties of the compound.
  • SMC typically comprises at least the following ingredients:
  • integration and bonding of the thermosetting polymer and the thermoplastic elastomer refers to the mechanical anchoring based on the insertion of the thermoplastic elastomer in the interstices of the thermosetting polymer, as well as a chemical bond between the thermosetting polymer and the thermoplastic elastomer. due to the presence of related chemical groups.
  • the second layer 12 is preferably a TPS or TPU or TPA or TPC or TPO or TPV or a mixture thereof. In this way, versatility is offered in terms of selecting the most suitable TPE for the environment in which it will be used, depending on the temperature of use, vibration attenuation frequencies, etc.
  • thermosetting matrix comprising a base and between 20-60% by weight of discontinuous glass and/or carbon fibers with lengths between 10 and 40 mm.
  • This base is preferably a phenolic, vinyl ester, polyester, epoxy, polyurethane or a mixture thereof.
  • the thickness of the third layer 13 is a maximum of 25% of the thickness corresponding to the layer 11, 12 of lesser thickness. In one embodiment, this thickness is between 10 and 25%, preferably between 10 and 15%. In a preferred embodiment, the thickness of layer 11 is less than 15 mm, preferably between 1 and 10 mm. Most preferably, between 1 and 6 mm.
  • the thickness of the first layer 11 is equal to or greater than the thickness of the second layer 12.
  • thermosetting polymer and the thermoplastic polymer of layer 13.
  • the invention comprises any combination that allows a chemical bond between the thermosetting polymer and the thermoplastic elastomer due to the presence of related chemical groups.
  • Another aspect of the invention relates to a method of manufacturing a multilayer part comprising a first layer 11 of a thermosetting polymer of the SMC type and a second layer 12 of a thermoplastic elastomer (TPE), comprising the following steps, as as shown schematically in Figure 2: a first stage 21 of generating a layer comprising polymer SMC-type thermosetting with at least a portion 112 of said layer being uncured; a second step 22 of incorporating molten thermoplastic elastomer on at least said uncured part of the thermosetting polymer layer causing or penetration of the elastomer into the interstices 111 of the uncured part of the first layer 11; or curing at least said portion of said uncured layer due to the temperature of the molten thermoplastic elastomer being equal to or greater than the curing temperature of the SMC thermosetting polymer; I the generation of a layer 13 comprising a mechanical anchor based on the insertion of the thermoplastic elastomer in the interstices 111 of the
  • the multilayer part of the invention can therefore also be manufactured according to the method of the invention.
  • the characteristics described for the multilayer part of the invention such as the type of material, the combinations of materials and the thicknesses of the layers, are also considered described for the respective embodiments of the method of the invention.
  • the second stage 22 and the third stage 23 are carried out simultaneously, further optimizing the manufacturing time of the multilayer part.
  • the first stage is carried out by applying heat to two opposite faces or zones 113,112 of the thermosetting polymer layer 11, the temperature applied to one of the faces 113 being a temperature equal to or greater than the curing temperature of the polymer and the temperature applied on the other face 112 being a temperature lower than the curing temperature.
  • the heat applied to one of the faces (113) has a temperature between 130°C and 180°C and the heat applied to the other face (112) has a temperature between 30°C and 80°C. These temperatures are established based on the thickness of the layer 11 and the thickness of the layer 13 that is intended to be generated.
  • the incorporation of the molten thermoplastic elastomer on at least the uncured part of layer 11 is by injection of the molten thermoplastic elastomer.
  • the reactive groups of the uncured SMC react with the chemical groups of the molten thermoplastic elastomer generating a chemical bond between them.
  • a compression is applied after the incorporation or together with the incorporation of the molten thermoplastic elastomer on at least the uncured part of the layer 11. This compression allows the thermoplastic elastomer, not yet solidified, to penetrate further into the uncured SMC and generate a mechanical anchor between both materials at the time of solidification and curing of both materials.
  • the incorporation of the molten thermoplastic elastomer on at least the uncured part of layer 11 is by placing the elastomer in solid state and subsequent fusion of said elastomer on said at least one part of said layer 11 unhealed and compression. In a preferred embodiment, this fusion and compression is done simultaneously. During this stage, the reactive groups of the uncured SMC can react with the chemical groups of the molten thermoplastic elastomer generating a chemical bond between them. The compression molding pressure allows the molten TPE to penetrate into the uncured SMC and generate a mechanical anchor between them at the time of solidification.
  • the melting of the elastomer on at least a part of said uncured layer 11 is carried out by applying heat at a temperature higher than the melting temperature of the elastomer, and on the cured part of said layer 11 heat at a temperature of between 30 and 150°C, while applying compression. In this way, complete curing of the SMC and solidification of the TPE that is introduced into the interstices 111 are ensured.
  • thermoplastic elastomer cooling step is performed under pressure or by applying pressure. In this way, the entry of air into the piece is avoided, thus avoiding the generation of bubbles that can affect the appearance and properties. mechanics of the piece obtained by the method.
  • the third stage 23 of cooling the thermoplastic elastomer is carried out by applying a temperature between 30 and 80°C on the thermoplastic elastomer.
  • Another aspect of the invention refers to a tool configured for use in the method of the invention, which comprises at least one mold inside which the different stages of the method are carried out.
  • the tooling 30 comprises at least two molds 31,32, said two molds 31,32 being used to carry out the different steps of the method.
  • Figure 3 shows an embodiment where the at least two molds 31,32 are stacked and fixed to each other. This embodiment has the advantage of a better optimization of manufacturing space and time.
  • each mold 31, 32 comprises a first half-mould 301 and a second half-mould 302 that can be coupled together, where said first half-mould 301 and second half mold 303 generate a cavity 303 when they are decoupled where the layers 11, 12, 13 are arranged according to the different stages of the method.
  • each half-mould 301,302 is configured to heat or cool depending on the stage of the method.
  • the heating is preferably carried out by means such as hot liquid media such as hot oil and water, electrical resistors, induction, steam, microwaves and/or their combinations.
  • As cooling media it is preferably done by absorbing heat by liquid media such as water and oil.
  • the tooling comprises at least two molds 31 and 32 stacked one on top of the other and fixed to each other.
  • One of the molds 32 is used for stages 21 and 22 and the other mold 31 is used for stage 23 and even to generate a TPE sheet to later be used in performing the fusion-compression method in mold 32.
  • the half-molds are configured to apply the following temperatures:
  • the tooling comprises at least two molds 31 and 32 stacked one on top of the other and fixed to each other.
  • stage 21 is carried out and in the other mold 31, stages 22 and 23 are carried out.
  • the half-moulds are configured to apply the following temperatures:
  • Example 1 Manufacture of a multilayer part where the first layer comprises a polyester-type SMC with 30% by weight of discontinuous glass fibers and a second layer of TPS-type thermoplastic elastomer, where the thickness of the SMC layer is 2 mm and the thermoplastic elastomer layer is 1 mm:
  • First stage generation of a layer comprising thermosetting polymer of the SMC type, at least a part of said layer being uncured:
  • the temperature used to generate the cured SMC layer was 145°C, while the temperature used to generate the uncured SMC layer was 50°C. During this stage compression is applied. Time spent: 1 min
  • Second stage incorporation of the molten thermoplastic elastomer on at least the uncured part of the SMC layer by placing the elastomer in solid state and subsequent melting and compression:
  • the temperature used on the cured part of the SMC layer has been 130°C while a temperature of 200°C has been applied in the part where the TPS layer is incorporated.
  • First stage generation of a layer comprising thermosetting polymer of the SMC type, at least a part of said layer being uncured
  • Second stage incorporation of the molten TPS on at least the uncured part of the layer by injection of the molten thermoplastic elastomer and third stage of cooling carried out simultaneously:
  • the temperature used on the cured part of the SMC layer has been 50°C while a temperature of 50°C has been applied in the part where the TPS layer has been injected. Time: 1 min
  • Example 2 Manufacture of a multilayer part where the first layer comprises an epoxy-based SMC with 57% by weight of discontinuous carbon fibers and a second layer of TPE type TPV containing PA as a thermoplastic matrix, where the thickness of the SMC layer is 2mm and thermoplastic elastomer layer is 1mm:
  • the temperature used to generate the cured SMC layer was 155°C, while the temperature used to generate the uncured SMC layer was 50°C. During this stage compression is applied. Time spent: 1 min
  • the temperature used on the cured part of the SMC layer has been 140°C while a temperature of 260°C has been applied in the part where the TPV layer is placed. Time spent: 3 min
  • a temperature of 80°C has been applied for 2 minutes on the piece.
  • Second stage of incorporation of the molten TPV on at least the uncured part of the layer is by injection of the molten thermoplastic elastomer and third stage of cooling carried out simultaneously:
  • the temperature used on the cured part of the SMC layer has been 80°C while a temperature of 80°C has been applied in the part where the TPV layer has been injected.

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Abstract

Pieza multicapa que comprende una primera capa de un polímero termoestable del tipo Sheet Molding Compound (SMC), una segunda capa de un elastómero termoplástico (TPE), y una tercera capa intermedia formada por la integración y el enlazamiento del polímero termoestable y el elastómero termoplástico. Método de fabricación de la pieza. Utillaje configurado para su uso en el método.

Description

DESCRIPCIÓN
“Pieza multicapa, método de fabricación de una pieza multicapa y utillaje”
SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención se relaciona con piezas multicapa que comprenden materiales termoplásticos y termoestables y con métodos de fabricación de dichas piezas multicapa.
ESTADO ANTERIOR DE LA TÉCNICA
Con la entrada del vehículo eléctrico, los fabricantes de vehículos se enfrentan a nuevos retos debido a la necesidad de nuevos materiales más ligeros en sustitución de los actuales. En la actualidad se está trabajando en la sustitución del aluminio por materiales del tipo “Sheet Molding Compound” (SMC) debido a las ventajas que este material presenta: alta durabilidad, buen rendimiento mecánico, libertad de diseño en la fabricación de geometrías complejas y su bajo peso. Además, este tipo de material SMC puede adaptarse para satisfacer con precisión las necesidades de procesamiento y uso final. El SMC permite una alta personalización vahando el tipo y la cantidad de ingredientes. Se pueden agregar muchos aditivos como de blindaje, pigmentos, retardantes de fuego, etc. al compuesto sin debilitar el rendimiento mecánico ampliando el rango de aplicaciones finales. No obstante, una pieza de SMC en un vehículo eléctrico tiene problemas de vibración y, por lo tanto, genera ruido.
En el estado de la técnica es conocido el uso de materiales termoplásticos como elementos que disminuyen la vibración.
EP3597702 A1 describe el uso de un material termoplástico del tipo elastómero termoplástico (TPE) para su unión a una capa de plástico reforzado con fibras de carbono. En dicho documento se describen distintos TPE que permiten la adhesión con el plástico reforzado.
DE202011004780 U1 describe el uso de elementos adhesivos que comprenden una estructura bicapa, siendo una de las capas adhesiva y otra de las capas de plástico rígido. EXPOSICIÓN DE LA INVENCIÓN
El objeto de la invención es el de proporcionar una pieza multicapa, un método para la fabricación de una pieza multicapa y un utillaje configurado para su uso en el método, según se define en las reivindicaciones.
Un aspecto de la invención se refiere a una pieza multicapa que comprende una primera capa de un polímero termoestable del tipo SMC, una segunda capa de un elastómero termoplástico (TPE), y una tercera capa intermedia formada por la integración y el enlazamiento del polímero termoestable y el polímero termoplástico.
Otro aspecto de la invención se refiere a un método de fabricación de una pieza multicapa que comprende una primera capa de un polímero termoestable del tipo SMC y una segunda capa de un elastómero termoplástico (TPE), comprendiendo el método las siguientes etapas: una primera etapa de generación de una capa que comprende un polímero termoestable del tipo SMC estando al menos una parte de dicha capa no curada; una segunda etapa de incorporación de un elastómero termoplástico fundido sobre al menos dicha parte no curada de la capa de polímero termoestable provocando o una penetración del elastómero en los intersticios de la parte no curada de la primera capa; o la curación de al menos dicha parte de dicha capa no curada; y o la generación de una capa que comprende un anclaje mecánico basado en la inserción del elastómero termoplástico en los intersticios de la parte no curada de polímero termoestable, así como una unión química entre el polímero termoestable y el elastómero termoplástico debido a la presencia de grupos químicos afines; y una tercera etapa de enfriamiento del elastómero termoplástico generándose la capa que comprende elastómero termoplástico.
Otro aspecto de la invención se refiere a un utillaje configurado para su uso en el método de la invención y comprende al menos un molde en cuyo interior se llevan a cabo las distintas etapas del método de la invención.
Con la pieza multicapa de la invención se consigue una pieza con una unión mejorada de la capa termoestable y la capa termoplástica. Esta pieza además es más manejable de cara a su posterior uso en la fabricación de productos que llevan incorporada la pieza de la invención. La capa SMC aporta la rigidez necesaria y la capa del elastómero termoplástico (TPE) mientras tanto aporta las propiedades antivibratorias necesarias para evitar el ruido. Por otro lado, el hecho de que la pieza disponga de una capa de TPE le permitirá la adhesión a otros componentes mediante la unión por fusión de la capa del TPE.
Con el método de la invención por otro lado se consiguen las siguientes ventajas:
Una disminución del tiempo de fabricación de las piezas multicapa. Se eliminan etapas de impregnación de adhesivos para la unión entre el SMC y TPE.
Un control de los grosores de las distintas capas de la pieza multicapa.
La opción de incorporar la capa del elastómero termoplástico sobre una zona localizada de la capa de SMC, es decir, permite la localización del TPE en zonas concretas de la capa de SMC.
Una optimización del consumo de energía durante la fabricación ya que se utiliza el calor desprendido por el termoplástico fundido para el curado final del polímero termoestable.
El utillaje de la invención además permite aplicar el método de una manera sencilla, práctica, eficiente y efectiva.
Estas y otras ventajas y características de la invención se harán evidentes a la vista de las figuras y de la descripción detallada de la invención.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 muestra una representación esquemática de la pieza multicapa de la invención.
La Figura 2 muestra una representación esquemática de las etapas del método de la invención.
La Figura 3 muestra una representación de una realización del utillaje de la invención.
EXPOSICIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Tal y como se muestra en la Figura 1, la pieza multicapa 10 de la invención comprende una primera capa 11 de un polímero termoestable del tipo SMC, una segunda capa 12 de un elastómero termoplástico (TPE), y una tercera capa 13 intermedia formada por la integración y el enlazamiento del polímero termoestable y el elastómero termoplástico.
El SMC, según la “European Alliance for SMC BMC”, se refiere a materiales compuestos de una resina termoestable reforzados con fibras cortadas que se presenta en forma de lámina maleable y preparados para su transformación mediante moldeo por compresión. La resina termoestable sufre una reacción de entrecruzamiento cuando el material se cura bajo presión y temperatura durante el moldeo por compresión, obteniendo las propiedades finales del compuesto.
El SMC suele comprender al menos los siguientes ingredientes:
(1) Resina termoestable
(2) Fibras de refuerzo
(3) Agente espesante
(4) Iniciador (agente de curado)
(5) Inhibidor (estabilizador)
(6) Un agente de desmoldeo
En el contexto de la invención, por integración y enlazamiento del polímero termoestable y el elastómero termoplástico se refiere al anclaje mecánico basado en la inserción del elastómero termoplástico en los intersticios del polímero termoestable, así como una unión química entre el polímero termoestable y el elastómero termoplástico debido a la presencia de grupos químicos afines.
La segunda capa 12 es preferentemente un TPS o TPU o TPA o TPC o TPO o TPV o una mezcla de los mismos. De esta manera se ofrece versatilidad en cuanto a la selección del TPE más indicado para el entorno en donde se vaya a utilizar, dependiendo de la temperatura de uso, frecuencias de atenuación de vibración, etc.
Respecto a la capa 11 , preferentemente comprende una matriz termoestable que comprende una base y entre un 20-60% en peso de fibras discontinuas de vidrio y/o carbono de longitudes comprendidas entre 10 y 40 mm.
Esta base preferentemente es una base fenólica, de vinil éster, de poliéster, de epoxi, de poliuretano o una mezcla de las mismas.
Para una mejor durabilidad de la unión de las capas 11 y 12, preferentemente, el grosor de la tercera capa 13 es de un máximo del 25% del grosor correspondiente a la capa 11 , 12 de menor grosor. En una realización, este grosor es de entre 10 y 25 %, preferentemente entre 10 y 15%. En una realización preferente, el grosor de la capa 11 es menor a 15 mm, preferiblemente entre 1 y 10 mm. Muy preferiblemente, entre 1 y 6 mm.
Con respecto al grosor de la primera capa 11 y la segunda capa 12, en una realización preferente, el grosor de la primera capa 11 es igual o mayor que el grosor de la segunda capa 12.
Respecto a la combinación de los materiales del tipo SMC y TPE, a continuación se incluyen distintas realizaciones que ofrecen buenos resultados en cuanto a la integración y el enlazamiento del polímero termoestable y el polímero termoplástico de la capa 13.
Figure imgf000006_0001
Estas combinaciones no son limitativas. La invención comprende cualquier combinación que permita una unión química entre el polímero termoestable y el elastómero termoplástico debido a la presencia de grupos químicos afines.
Otro aspecto de la invención se refiere a un método de fabricación de una pieza multicapa que comprende una primera capa 11 de un polímero termoestable del tipo SMC y una segunda capa 12 de un elastómero termoplástico (TPE), que comprende las siguientes etapas, tal y como se muestra esquemáticamente en la Figura 2: una primera etapa 21 de generación de una capa que comprende polímero termoestable del tipo SMC estando al menos una parte 112 de dicha capa no curada; una segunda etapa 22 de incorporación de elastómero termoplástico fundido sobre al menos dicha parte no curada de la capa de polímero termoestable provocando o una penetración del elastómero en los intersticios 111 de la parte no curada de la primera capa 11 ; o la curación de al menos dicha parte de dicha capa no curada debido a que la temperatura del elastómero termoplástico fundido es igual o superior a la temperatura de curado del polímero termoestable SMC; y o la generación de una capa 13 que comprende un anclaje mecánico basado en la inserción del elastómero termoplástico en los intersticios 111 de la parte no curada de polímero termoestable así como una unión química entre el polímero termoestable y el elastómero termoplástico debido a la presencia de grupos químicos afines; y una tercera etapa 23 de enfriamiento del elastómero termoplástico generándose la capa 12 que comprende elastómero termoplástico. Esta etapa de enfriamiento provoca la solidificación final del elastómero presente en la pieza multicapa y por lo tanto una mejor manipulación de la pieza multicapa fabricada.
La pieza multicapa de la invención por lo tanto también puede fabricarse según el método de la invención. Para evitar repeticiones innecesarias, las características descritas para la pieza multicapa de la invención, tales como el tipo de material, las combinaciones de materiales y los grosores de las capas, se consideran descritas también para las respectivas realizaciones del método de la invención.
En una realización, la segunda etapa 22 y la tercera etapa 23 se hacen simultáneamente, optimizándose aún más el tiempo de fabricación de la pieza multicapa.
En una realización, la primera etapa se realiza mediante la aplicación de calor sobre dos caras o zonas 113,112 opuestas de la capa 11 de polímero termoestable, siendo la temperatura aplicada sobre una de las caras 113 una temperatura igual o mayor a la temperatura de curado del polímero y siendo la temperatura aplicada sobre la otra cara 112 una temperatura inferior a la temperatura de curado. En una realización preferente, el calor aplicado sobre una de las caras (113) tiene una temperatura entre 130°C y 180°C y el calor aplicado sobre la otra cara (112) tiene una temperatura entre 30°C y 80°C. Estas temperaturas se establecen en base al grosor de la capa 11 y el grosor de la capa 13 que se pretende generar.
En una realización que denominamos inyección-compresión, la incorporación del elastómero termoplástico fundido sobre al menos la parte no curada de la capa 11 es mediante la inyección del elastómero termoplástico fundido. A medida que el elastómero termoplástico se inyecta por encima de su temperatura de fusión, por un lado, los grupos reactivos del SMC no curado reaccionan con los grupos químicos del elastómero termoplástico fundido generando un enlace químico entre ellos. En una realización preferente, tras la incorporación o junto con la incorporación del elastómero termoplástico fundido sobre al menos la parte no curada de la capa 11 se aplica una compresión. Esta compresión permite que el elastómero termoplástico, aún no solidificado, penetre aún más dentro del SMC no curado y genere un anclaje mecánico entre ambos materiales en el momento de solidificación y curado de ambos materiales.
En otra realización que denominamos fusión-compresión, la incorporación del elastómero termoplástico fundido sobre al menos la parte no curada de la capa 11 es mediante la colocación del elastómero en estado sólido y posterior fusión de dicho elastómero sobre dicha al menos una parte de dicha capa 11 no curada y compresión. En una realización preferente, esta fusión y compresión se realiza simultáneamente. Durante esta etapa, los grupos reactivos del SMC no curado pueden reaccionar con los grupos químicos del elastómero termoplástico fundido generando un enlace químico entre ellos. La presión de moldeo por compresión permite que el TPE fundido penetre dentro del SMC no curado y genere un anclaje mecánico entre ellos en el momento de su solidificación. En una realización preferente, la fusión del elastómero sobre al menos una parte de dicha capa 11 no curada se realiza aplicando calor a una temperatura superior a la temperatura de fusión del elastómero, y sobre la parte curada de dicha capa 11 calor a una temperatura de entre 30 y 150°C, mientras se aplica la compresión. De esta manera se asegura la completa curación del SMC y solidificación del TPE que se introduce en los intersticios 111.
En una realización, la etapa de enfriamiento del elastómero termoplástico se realiza bajo presión o aplicando presión. De esta manera se evita la entrada de aire dentro de la pieza, evitando así la generación de burbujas que pueden afectar a la apariencia y a las propiedades mecánicas de la pieza obtenida por el método.
En una realización, la tercera etapa 23 de enfriamiento del elastómero termoplástico se realiza aplicando una temperatura entre 30 y 80°C sobre el elastómero termoplástico.
Otro aspecto de la invención se refiere a un utillaje configurado para su uso en el método de la invención, que comprende al menos un molde en cuyo interior se llevan a cabo las distintas etapas del método.
Tal y como se muestra en la Figura 3, en una realización, el utillaje 30 comprende al menos dos moldes 31 ,32 empleándose dichos dos moldes 31 ,32 para llevar a cabo las distintas etapas del método.
La Figura 3 muestra una realización en donde los al menos dos moldes 31 ,32 están apilados y fijados uno al otro. Esta realización presenta la ventaja de una mejor optimización del espacio y tiempo de fabricación.
Con respecto a los moldes 31 ,32, tal y como se muestra en la Figura 3, en una realización, cada molde 31 ,32 comprende un primer semimolde 301 y un segundo semimolde 302 acoplables entre ellos, en donde dicho primer semimolde 301 y segundo semimolde 303 generan una cavidad 303 cuando están desacoplados donde se disponen las capas 11 , 12, 13 según las distintas etapas del método.
En una realización, cada semimolde 301 ,302 está configurado para calentarse o enfriarse dependiendo de la etapa del método. El calentamiento, preferiblemente se realiza mediante medios tales como medios líquidos calientes como son el aceite y el agua caliente, resistencias eléctricas, inducción, vapor, microondas y/o sus combinaciones. Como medios de enfriamiento, preferiblemente se realiza mediante la absorción de calor por parte de medios líquidos como son el agua y aceite.
En una realización de fusión-compresión, el utillaje comprende al menos dos moldes 31 y 32 apilados uno encima del otro y fijados entre ellos. Uno de los moldes 32 se utiliza para las etapas 21 y 22 y el otro molde 31 se utiliza para la etapa 23 e incluso para generar una lámina de TPE para posteriormente utilizarlo en la realización del método fusión-comprensión en el molde 32. Para esta realización, los semimoldes están configurados para aplicar las siguientes temperaturas:
Figure imgf000010_0001
En una realización de inyección-comprensión, el utillaje comprende al menos dos moldes 31 y 32 apilados uno encima del otro y fijados entre ellos. En un molde 32 se realiza la etapa 21 y en el otro molde 31 se realizan las etapas 22 y 23. Para esta realización, los semimoldes están configurados para aplicar las siguientes temperaturas:
Figure imgf000010_0002
A continuación, se describen algunos ejemplos ilustrativos que ponen de manifiesto las características y ventajas de la invención, no obstante, no se deben interpretar como limitativos del objeto de la invención tal como está definido en las reivindicaciones.
Ejemplos:
Ejemplo 1: Fabricación de una pieza multicapa en donde la primera capa comprende un SMC de tipo poliéster con 30% en peso de fibras discontinuas de vidrio y una segunda capa de elastómero termoplástico tipo TPS, donde el grosor de la capa de SMC es de 2 mm y la capa de elastómero termoplástico es de 1 mm:
1.1. Método de fabricación mediante fusión-compresión
1.1.1. Primera etapa: generación de una capa que comprende polímero termoestable del tipo SMC estando al menos una parte de dicha capa no curada:
La temperatura empleada para generar la capa curada de SMC ha sido 145°C, mientras que la temperatura empleada para generar la capa de SMC no curada ha sido 50°C. Durante esta etapa se aplica compresión. Tiempo empleado: 1 min
1.1.2. Segunda etapa: incorporación del elastómero termoplástico fundido sobre al menos la parte no curada de la capa SMC mediante la colocación del elastómero en estado sólido y posterior fusión y compresión:
La temperatura empleada sobre la parte curada de la capa de SMC ha sido 130°C mientras que se ha aplicado una temperatura de 200°C en la parte donde se incorpora la capa de TPS. Tiempo empleado: 3 min
1.1.3. Tercera etapa: Enfriamiento
Se ha aplicado una temperatura de 50°C durante 2 minutos sobre la pieza. .2. Método de fabricación mediante inyección
1.2.1. Primera etapa: generación de una capa que comprende polímero termoestable del tipo SMC estando al menos una parte de dicha capa no curada
Igual que en el punto 1.1.1.
1.2.2. Segunda etapa: incorporación del TPS fundido sobre al menos la parte no curada de la capa mediante inyección del elastómero termoplástico fundido y tercera etapa de enfriamiento realizados simultáneamente:
La temperatura empleada sobre la parte curada de la capa de SMC ha sido 50°C mientras que se ha aplicado una temperatura de 50°C en la parte donde se ha inyectado la capa de TPS. Tiempo: 1 min
1.3. Método de fabricación inyección-compresión
Igual que en el ejemplo 1.2. pero durante la segunda etapa y tercera etapa además se realiza una compresión.
Ejemplo 2: Fabricación de una pieza multicapa en donde la primera capa comprende un SMC de base epoxi con 57% en peso de fibras discontinuas de carbono y una segunda capa de TPE de tipo TPV que contiene PA como matriz termoplástica, donde el grosor de la capa de SMC es de 2 mm y la capa de elastómero termoplástico es de 1 mm:
2.1 Método de fabricación mediante fusión-compresión
2.1.1 Primera etapa: generación de una capa que comprende polímero termoestable del tipo SMC estando al menos una parte de dicha capa no curada:
La temperatura empleada para generar la capa curada de SMC ha sido 155°C, mientras que la temperatura empleada para generar la capa de SMC no curada ha sido 50°C. Durante esta etapa se aplica compresión. Tiempo empleado: 1 min
2.1.2 Segunda etapa: Incorporación del elastómero termoplástico fundido sobre al menos la parte no curada de la capa SMC es mediante la colocación del elastómero en estado sólido y posterior fusión y compresión:
La temperatura empleada sobre la parte curada de la capa de SMC ha sido 140°C mientras que se ha aplicado una temperatura de 260°C en la parte donde se coloca la capa de TPV. Tiempo empleado: 3 min
2.1.3 Tercera etapa: Enfriamiento
Se ha aplicado una temperatura de 80°C durante 2 minutos sobre la pieza.
2.2 Método de fabricación inyección
2.2.1 Primera etapa: generación de una capa que comprende polímero termoestable del tipo SMC estando al menos una parte de dicha capa no curada
Igual que en el punto 2.1.1. 2.2.2 Segunda etapa de incorporación del TPV fundido sobre al menos la parte no curada de la capa es mediante inyección del elastómero termoplástico fundido y tercera etapa de enfriamiento realizados simultáneamente:
La temperatura empleada sobre la parte curada de la capa de SMC ha sido 80°C mientras que se ha aplicado una temperatura de 80°C en la parte donde se ha inyectado la capa de TPV. Tiempo: 1 min
2.3 Método de fabricación inyección-compresión Igual que en el ejemplo 2.2. pero durante la segunda etapa y tercera etapa además se realiza una compresión.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Pieza multicapa (10) que comprende una primera capa (11) de un polímero termoestable del tipo Sheet Molding Compound (SMC), una segunda capa (12) de un elastómero termoplástico (TPE), y una tercera capa (13) intermedia formada por la integración y el enlazamiento del polímero termoestable y el elastómero termoplástico.
2. Pieza multicapa (10) según la reivindicación 1 , en donde la segunda capa (12) es un TPS o TPU o TPA o TPC o TPO o TPV o una mezcla de los mismos.
3. Pieza multicapa (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la primera capa (11) comprende una matriz termoestable que comprende una base y entre un 20-60% en peso de fibras discontinuas de vidrio y/o carbono de longitudes comprendidas entre 10 y 40 mm.
4. Pieza multicapa (10) según la reivindicación 3, en donde la base es una base fenólica o de vinil éster o de poliéster o de epoxi, o de poliuretano o una mezcla de las mismas.
5. Pieza multicapa (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el grosor de la tercera capa (13) es de un máximo del 25% del grosor correspondiente a la capa (11 , 12) de menor grosor.
6. Pieza multicapa (10) según la reivindicación 5, en donde el grosor de la tercera capa (13) es de entre el 10 y el 25% del grosor correspondiente a la capa (11 , 12) de menor grosor, preferiblemente de entre el 10 y 15%.
7. Pieza multicapa (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el grosor de la primera capa (11) es igual o mayor que el grosor de la segunda capa (12).
8. Pieza multicapa (10) según cualquier de las reivindicaciones anteriores, en donde el SMC comprende una base poliéster y el elastómero termoplástico es un TPS, o el SMC comprende una base epoxi y el elastómero termoplástico es un TPV que comprende PA como matriz termoplástica o es un TPU. Método de fabricación de una pieza multicapa que comprende una primera capa (11) de un polímero termoestable del tipo SMC y una segunda capa (12) de un elastómero termoplástico, que comprende las siguientes etapas: una primera etapa de generación de una capa que comprende polímero termoestable del tipo SMC estando al menos una parte de dicha capa no curada; una segunda etapa de incorporación de elastómero termoplástico fundido sobre al menos dicha parte no curada de la capa de polímero termoestable provocando o una penetración del elastómero en los intersticios (111) de la parte no curada de la primera capa (11); o la curación de al menos dicha parte de dicha capa no curada; y o la generación de una capa (13) que comprende un anclaje mecánico basado en la inserción del elastómero termoplástico en los intersticios (111) de la parte no curada de polímero termoestable, así como una unión química entre el polímero termoestable y el elastómero termoplástico debido a la presencia de grupos químicos afines; y una tercera etapa de enfriamiento del elastómero termoplástico generándose la capa (12) que comprende elastómero termoplástico. Método según la reivindicación 9, en donde la segunda etapa y la tercera etapa se llevan a cabo simultáneamente. Método según la reivindicación 9 o 10, en donde la primera etapa se realiza mediante la aplicación de calor sobre dos caras o zonas (112,113) opuestas de la capa (11) de polímero termoestable, siendo la temperatura aplicada sobre una de las caras (113) una temperatura igual o mayor a la temperatura de curado del polímero y siendo la temperatura aplicada sobre la otra cara (112) una temperatura inferior a la temperatura de curado. Método según la reivindicación 11 , en donde el calor aplicado sobre una de las caras (113) tiene una temperatura entre 130°C y 180°C y el calor aplicado sobre la otra cara (113) tiene una temperatura entre 30°C y 80°C. - 15 -
13. Método según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, en donde la incorporación del elastómero termoplástico fundido sobre al menos la parte no curada de la capa (11) es mediante inyección del elastómero termoplástico fundido.
14. Método según la reivindicación 13, en donde tras la incorporación del elastómero termoplástico fundido sobre al menos la parte no curada de la capa (11) se aplica una compresión.
15. Método según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, en donde la incorporación del elastómero termoplástico fundido sobre al menos la parte no curada de la capa (11) es mediante la colocación del elastómero en estado sólido y posterior fusión de dicho elastómero sobre dicho al menos una parte de dicha capa (11) no curada y compresión.
16. Método según la reivindicación 15, en donde la fusión de dicho elastómero sobre dicho al menos una parte de dicha capa (11) no curada se realiza mediante la aplicación de calor a una temperatura superior a la temperatura de fusión del elastómero y la aplicación de calor a una temperatura de entre 30-150°C sobre la parte curada de dicha capa (11), mientras se aplica la compresión.
17. Método según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 16, en donde la tercera etapa de enfriamiento del elastómero termoplástico se realiza bajo presión.
18. Método según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 17, en donde la tercera etapa de enfriamiento del elastómero termoplástico se realiza aplicando una temperatura entre 30 y 80°C sobre el elastómero termoplástico.
19. Utillaje configurado para su uso en el método según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 18, que comprende al menos un molde (31 ,32) en cuyo interior se llevan a cabo las distintas etapas del método.
20. Utillaje según la reivindicación 19 que comprenden al menos dos moldes (31 ,32) empleándose dichos dos moldes para llevar a cabo las distintas etapas del método.
21. Utillaje según la reivindicación 20, en donde los al menos dos moldes están apilados (31 ,32) y fijados uno al otro. - 16 - Utillaje según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 21 , en donde cada molde comprende un primer semimolde (301) y un segundo semimolde (302) acopladles entre ellos, en donde dicho primer semimolde (301) y segundo semimolde (303) generan cuando están desacoplados una cavidad (303), en donde se disponen las capas (11 , 12, 13) de la pieza multicapa durante las distintas etapas del método. Utillaje según la reivindicación 22, en donde cada semimolde está configurado para calentarse o enfriarse dependiendo de la etapa del método.
PCT/ES2020/070565 2020-09-18 2020-09-18 Pieza multicapa, método de fabricación de una pieza multicapa y utillaje WO2022058629A1 (es)

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