MX2008010793A

MX2008010793A - Estructura de espuma reforzada con fibra.

Info

Publication number: MX2008010793A
Application number: MX2008010793A
Authority: MX
Inventors: Paul A Geel; Tom Wassenberg; Michael P Kuhn; Rene Kosse
Original assignee: Owens Corning Intellectual Cap
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2007-02-16
Publication date: 2008-09-01
Also published as: EP1993813A2; US20070202326A1; WO2007100511A2; CA2642185A1; JP2009527626A; WO2007100511A3

Abstract

Un precursor de una estructura de espuma reforzada con fibra incluye un velo base que tiene entre aproximadamente 50 y aproximadamente 75 por ciento en peso de fibras de refuerzo y entre aproximadamente 50 y aproximadamente 25 por ciento en peso de aglutinante de velo. El velo base tiene un peso por área unitaria de entre aproximadamente 35 y aproximadamente 400 g/m2. Además, el velo base es impregnado con un aglutinante expansible en una cantidad de entre aproximadamente 20 hasta aproximadamente 200 g/m2.

Description

ESTRUCTURA DE ESPUMA REFORZADA CON FIBRA CAMPO TECNICO Y APLICABILIDAD INDUSTRIAL DE LA INVENCION La presente invención se relaciona, de manera general, con el campo de estructuras de espuma y, de manera más particular, con una estructura de espuma reforzada con fibra conformable, un precursor de esa estructura de espuma y un método para fabricar la misma ANTECEDENTES DE LA INVENCION Las estructuras de espumas útiles, por ejemplo, revestimientos superiores, partes aislantes, partes de protección de bajo de la carrocería para la industria automotriz debe satisfacer un número de criterios de desempeño. Por ejemplo, esas estructuras deben proporcionar propiedades acústicas deseables para proporcionar amortiguación del sonido. También deben exhibir estabilidad dimensional, rigidez y resistencia sobre un amplio intervalo de temperatura. El retardo del fuego es también una característica deseable. De manera significativa, todas esas propiedades deben ser proporcionadas en un material de peso relativamente bajo para no afectar de manera adversa la economía de combustible del vehículo o elevar el centro de gravedad del vehículo, de ninguna manera que afecte de manera adversa el desempeño o funcionamiento. La presente invención se relaciona con una estructura de espuma reforzada con fibra y que satisface o excede las características de desempeño deseables para aplicaciones vehiculares.

SUMARIO DE LA INVENCION Se proporciona un precursor de la estructura de espuma reforzada con fibra. El precursor incluye un velo base que tiene entre aproximadamente 50 y aproximadamente 75 por ciento en peso de fibras de refuerzo, y entre aproximadamente 50 y aproximadamente 25% en peso de aglutinante de velo. El velo base tiene un peso por área unitaria de entre aproximadamente 35 y aproximadamente 400g/m2. Además el velo base es impregnado con un aglutinante expansible entre una cantidad de aproximadamente 20 a aproximadamente 200 g/m2. Las fibras de refuerzo pueden ser seleccionadas de un grupo que consiste de fibras de fibras de vidrio, fibras de aramida, fibras de carbón, fibras de poliéster, fibras de poliamida, fibras de cerámica y mezclas de las mismas. Las fibras de refuerzo son cortadas a una longitud entre aproximadamente 6.0 y aproximadamente 38.0 mm y tienen un diámetro entre aproximadamente 6.5 y aproximadamente 23.0 micrómetros. Las fibras de refuerzo pueden consistir de una mezcla de fibras finas y gruesas. El aglutinante del velo es un aglutinante termoplástico . El aglutinante del velo puede ser seleccionado de un grupo que consiste de poliolefina, poliéster, polietileno, polipropileno, tereftalato de polietileno, poliamida, copoliéster y mezclas de los mismos. El aglutinante del velo puede comprender fibras que tengan una longitud de entre aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 15.0 mm y un denier entre aproximadamente 1 hasta aproximadamente 5. Las fibras de aglutinante del velo pueden incluir fibras de bicomponente . Además o, de manera alternativa el aglutinante del velo puede comprender un polvo que tenga partículas entre 10 hasta aproximadamente 50 micrómetros . El aglutinante expansible comprende microesferas expansibles y un aglutinante en emulsión o solución. El aglutinante en emulsión o solución es seleccionado de un grupo que consiste de acetato de etilenvinilo, alcohol polivinílico, poliuretano, caucho de estireno y butadieno, celulosa, almidón, urea formaldehído, melamina formaldehído, acrílico, fluorocarburo y mezclas de los mismos. Las microesferas expansibles comprenden un material de resina termoplástico que incorpora un agente de soplado. En total el precursor tiene un peso por área unitaria entre aproximadamente 100 hasta aproximadamente 200 g/m2' De acuerdo a un aspecto adicional de la presente invención, la presente invención se relaciona con una estructura de espuma reforzada con fibra moldeada o hecha de otro modo a partir del precursor. De acuerdo con otro aspecto de la presente invención se proporciona un método para preparar tanto un precursor como una estructura de fibra reforzada. El método comprende formar un velo base que incluye entre aproximadamente 50 y aproximadamente 75% en peso de fibras de refuerzo y aproximadamente 50 y aproximadamente 25% en peso de aglutinante de velo, donde el velo base tiene un peso por área unitaria entre aproximadamente 35 y aproximadamente 400 g/m2' Además el método incluye los pasos de impregnar el velo base con un aglutinante expansible en una cantidad de entre aproximadamente 20 y aproximadamente 200 g/m2 para producir el precursor. Además el método incluye moldear el velo base o precursor impregnado para activar el aglutinante expansible y crear la estructura de espuma reforzada con fibra. En la siguiente descripción se muestra y describe una modalidad preferida de esta invención simplemente a manera de ilustración de los modos más adecuados para llevar a cabo' la invención. Como se comprenderá, la invención es capaz de otras modalidades diferentes y sus diferentes detalles son capaces de modificación en varios aspectos obvios, todo sin apartarse de la invención. En consecuencia, los dibujos y descripciones se considerarán de naturaleza ilustrativa y no restrictiva.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS Los dibujos acompañantes incorporados en y que forman parte de esta especificación, ilustran varios aspectos de la presente invención, y junto con la descripción sirven para explicar ciertos principios de la invención. En los dibuj os : La Figura 1 es un borde sobre la vista en elevación del precursor de una estructura de espuma reforzada con fibra de la presente invención; y La Figura 2 es una representación esquemática del proceso para fabricar el precursor.

DESCRIPCION DETALLADA Y MODALIDADES PREFERIDAS DE LA INVENCION Como se ilustra en la Figura 1, la presente invención se relaciona con un precursor 10 de una estructura de espuma reforzada con fibra. El precursor 10 comprende un velo base fibroso no tejido 12 que es impregnado sobre al menos una cara 14 con una formulación de aglutinante expansible 16 que incluye microesferas expansibles y un aglutinante en emulsión o solución. Como se usa aquí, el término "velo base" se refiere a una red de fibras de refuerzo orientadas de manera aleatoria, entrelazadas, hecha de acuerdo a un proceso de toronado o colocación en húmedo. El velo base de la presente invención también puede incluir "hojas" o "mallas" hechas de acuerdo con el proceso de toronado o colocación en húmedo. "Impregnación" o "impregnado" como se usa aquí, se refieren a medios para integrar un aglutinante expansible en el velo fibroso. El método de impregnación puede ser conducido por un método adecuado para la integración o incorporación del aglutinante expansible en el velo fibroso. De acuerdo con la presente invención, el aglutinante expansible es impregnado en el velo base durante el paso de impregnación secundario. En particular, el aglutinante expansible es impregnado preferiblemente después de la formación en una sección de presión, la cual ocurre después de que el velo pasa a través del primer secador. Las "microesferas" de la presente invención son partículas del material de resina termoplástico, las cuales pudieron haber incorporado en ellas un agente de soplado químico o físico, (por ejemplo, isobutano, isopentano) , y que se expanden tras el calentamiento. Las microesferas de la presente invención tienen un diámetro expandido de entre aproximadamente 40 y aproximadamente 150 micrómetros. El velo base 12 incluye entre aproximadamente 50 y aproximadamente 75 por ciento en peso de fibras de refuerzo y entre aproximadamente 50 y aproximadamente 25 por ciento en peso de aglutinante de velo. Además el velo base 12 tiene un peso poj: área unitaria de entre aproximadamente 35 y aproximadamente 400 g/m2. El precursor 10 tiene un peso por área unitaria de entre aproximadamente 100 hasta aproximadamente 200 g/m2. Las fibras de refuerzo del velo base 12 son seleccionadas típicamente de un grupo que consiste de fibras de fibra de vidrio, fibras de aramida, fibras de carbono, fibras de poliéster, fibras de poliamida, fibras de cerámica y mezclas de las mismas. Deberá apreciarse, sin embargo, que cualquier fibra orgánica o inorgánica conocida como útil como fibras de refuerzo puede ser utilizada. Donde sean usadas fibras de fibra de vidrio, ellas pueden ser sustancialmente de cualquier tipo conocido en la técnica incluyendo pero sin limitarse a vidrio E, vidrio A, vidrio C, vidrio D, vidrio S, vidrio S2 y vidrio R. Típicamente las fibras de refuerzo son cortadas y tienen una longitud de entre aproximadamente 6.0 y aproximadamente 38.0 mm y un diámetro de entre 6.5 y aproximadamente 23.0 micrómetros. Las fibras cortadas pueden ser fibras individuales, filamentos o hebras. Las fibras de refuerzo pueden consistir de una mezcla de fibras gruesas y finas. El aglutinante de velo utilizado en el velo base 12 es típicamente un aglutinante termoplástico . El aglutinante de velo puede ser seleccionado de un grupo que consiste de, pero no se limita a poliolefina, poliéster, polietileno, polipropileno, tereftalato de polietileno, poliamida, copoliéster y mezclas de los mismos. El aglutinante de velo típicamente comprende fibras que tienen una longitud de entre aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 15.0 mm y un denier de entre aproximadamente 1 hasta aproximadamente 5. Las fibras del aglutinante de velo pueden tomar la forma de fibras bicomponentes si se desea. De manera alternativa o además, el aglutinante de velo puede comprender un polvo que tenga partículas de entre 10 hasta aproximadamente 50 micrometros . La formulación de aglutinante 16 típicamente comprende microesferas expansibles y un aglutinante en emulsión o solución. Ese aglutinante en emulsión o solución puede se-r seleccionado de un grupo de materiales, incluyendo, pero sin limitarse a acetato de etilen vinilo, alcohol polivinílico , poliuretano, caucho de estireno y butadieno, celulosa, almidón, urea, formaldehído, melamina formaldehído, acrílico, fluorocarburo y mezclas de los mismos. La resina termoplástica de las microesferas puede ser seleccionada de un grupo de materiales incluyendo pero sin limitarse a acrilonitrilo, cloruro de polivinilo, cloruro de polivinilideno y mezclas de los mismos. Los productos de microesferas útiles en la presente invención incluyen Expancel 054WU,. Expancel 461 U y Expancel 930 DU. Las microesferas tienen un diámetro expandido de entre aproximadamente 40 y aproximadamente 150 micrometros.

La formulación de aglutinante expansible 16 puede incluir además cargas útiles como pigmentos, agentes antibacterianos y pirorretardantes . Los pirorretardantes útiles incluyen, pero no se limitan a trihidrato de aluminio, hidróxido de magnesio, hidróxido de calcio, carbonato de calcio y mezclas de los mismos. El proceso de fabricación del precursor 10 de la presente invención es ilustrado en la Figura 2. En el proceso de toronado o colocación en húmedo ilustrado, la mezcla de fibra, el aglutinante de velo y el agua son agitados en un tanque de mezclado 50 para proporcionar una suspensión de fibra acuosa. La mezcla de fibra es usada como filamentos. Los elementos adicionales para producir la suspensión acuosa pueden ser agregados como es sabido en la técnica. Por ejemplo, pueden ser proporcionados agentes antiestáticos, agentes hidrofóbicos o de repelencia, agentes de acoplamiento, pigmentos, tensoactivos , antiespumantes , colorantes y cargas junto con el aglutinante de velo en la suspensión . Como se ilustra en la Figura 2, la suspensión de fibra acuosa es transferida del tanque de mezclado 50 sobre un apa ato de formación adecuado 52. El aparato de formación 52 puede, por ejemplo, tomar la forma de un tamiz móvil o la forma de alambre sobre una máquina formadora de alambre inclinado, cilindros de alambre, máquinas de Foudrinier, Formador de Stevens, RotoFormador, Formador de Inver o máquinas Formadpras de Venti. Preferiblemente, la formación del ve'lo base 2 es sobre una máquina formadora de alambre inclinado. Las fibras y los elementos de suspensión adicionales en la suspensión de fibra acuosa se entrelazan por si mismos en un velo base recién preparado 12 sobre el aparato de formación 52 mientras que el agua en exceso es separada del mismo. El paso de deshidratación puede ser conducido por cualquier método conocido como el drenado, vacio, ¡ etc. El contenido de agua del velo después de la deshidratación y vacio está preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 40 hasta aproximadamente 70%. Después de que el velo base 12 es formado, el velo es transferido a una banda de transporte 54. La banda 54 lleva el velo base 12 al medio 56 para remover sustancialmente el agua. La remoción de agua puede ser conducida por métodos de secado de red conocidos, incluyendo el uso de un secador giratorio/de aire pasante u horno, secador de tambor caliente, una fuente de calentamiento infrarrojo, sopladores de aire caliente, fuente emisora de microondas y similar. Es necesario al menos un método de secado para remover el agua pero puede ser usada una pluralidad de esos métodos en combinación para remover el agua y secar el velo fibroso toronado o colocado en húmedo 12. La temperatura del secador puede fluctuar de aproximadamente 80°C al inicio hasta aproximadamente 200°C al final del primer proceso de secado. La velocidad del aire puede estar en el intervalo de aproximadamente 0.5 a 1 m/s . Durante el secado el aglutinante de velo se une a las fibras de refuerzo para unir previamente el velo base 12. Una cara 14 del velo base 12 es entonces impregnada con la . formulación de aglutinante 16. Puede ser usado cualquier método adecuado para impregnar la cara 14 del velo base 12. Por ejemplo, los métodos adecuados incluyen el uso de una prensa de apresto 58, con un aplicador de Foulard, rodillo de inmersión, linea de contacto inundada, y similares. Aunque pueden ser aplicados otros agentes o recubrimientos adicionales, preferiblemente solo la formulación aglutinante 16 se toma en contacto con el velo base 12. Después de la impregnación de la cara 14 del velo base 12 con la formulación de aglutinante 16, es el secado y consolidación del velo fibroso impregnado 10. De este modo, el velo o precursor ahora impregnado 10 es secado en un segundo secador 60 el cual es preferiblemente un horno de aire flotante. Típicamente, las temperaturas de secado no exceden de aproximadamente 120 °C para evitar la expansión de las microesferas en la formulación 16. El precursor resultante 10 es entonces recolectado en la bobinadora 62. El precursor 10 de la presente invención puede ser usado para un número de aplicaciones, incluyendo, pero sin limitarse a un número de aplicaciones vehiculares como para un revestimiento superior, revestimiento de capota, parte aislante y parte de protección de la parte inferior de la carrocería. El peso ligero, las propiedades acústicas, resistencia, estabilidad dimensional y rigidez hacen del precursor 10 de la presente invención particularmente útil para esas aplicaciones. ||: De manera más específica, una longitud deseada del precursor 10 es desenrollada y cargada en el molde. El precursor 10 es entonces moldeado en una forma deseada a una temperatura superior a 120°C suficiente para activar las microesferas y causar su expansión. El precursor 10 se expande llenando el molde con una estructura de espuma c reforzada con fibra. La parte resultante es entonces templada o enfriada para evitar la expansión adicional antes de ser liberada del molde. La descripción anterior de las modalidades preferidas de la invención ha sido presentada para propósitos de ilustración y descripción. No se pretende que sea exhaustiva o que limite la invención a la forma precisa descrita. Son posibles modificaciones o variaciones obvias a la luz.; de las enseñanzas anteriores. Por ejemplo, en lugar de preparar un precursor 10 que se enrolle sobre una bobinadora 62, es: posible mantener directamente una parte del velo base impregnado 12. De manera más específica, después de la impregnación será colocado un velo de longitud deseada directamente en un molde y calentar a una temperatura suficiente para activar las microesferas y producir la expansión de modo que el material llene el molde. Después del templado y enfriamiento por debajo de la temperatura de expansión el molde se abre para liberar la parte terminada. Las modalidades fueron elegidas y descritas para proporcionar la mejor ilustración de los principios de la invención, y su aplicación práctica para permitir por lo tanto a un experto en la técnica utilizar la invención en varias modalidades y con varias modificaciones que sean adecuadas para el uso particular adecuado. Todas esas modificaciones y variaciones están dentro del alcance de la invención de acuerdo a lo determinado por las reivindicaciones anexas ne ..'~|j:,: cuando se interpreten de acuerdo con el alcance con el cual están clara, legal y justamente dotadas. Los dibujos y modalidades preferidas no pretenden limitar el significado ordinario de las reivindicaciones y su real interpretación de ninguna manera. 13 ti:

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un precursor de una estructura de espuma reforzada con fibra, caracterizado porque comprende: ,j un velo base que incluye entre aproximadamente 50 y aproximadamente 75 por ciento en peso de fibras de refuerzo y entre aproximadamente 50 y aproximadamente 25 por ciento en peso de aglutinante de velo, teniendo el velo base un peso por área unitaria de entre aproximadamente 35 y aproximadamente 400 g/m2; y ?! estando el velo base impregnado con un aglutinante expansible en una cantidad de entre aproximadamente 20 hasta aproximadamente 200 g/m2.
2. El precursor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las fibras de refuerzo son seleccionadas de un grupo que consiste de fibras de fibra de vidrio, fibras de aramida, fibras de carbono, fibras de poliéster, fibras de poliamida, fibras de cerámica y mezclas de las mismas.
3. El precursor de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el aglutinante de velp es un aglutinante termoplástico .
4. El precursor de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el aglutinante de velo es seleccionado de un grupo que consiste de poliolefina, poliéster, polietileno, polipropileno, tereftalato de polietileno, poliamida, copoliéster y mezclas de los mismos. 5. El precursor de conformidad con la ir reivindicación 4, caracterizado porque el aglutinante de velo comprende fibras que tienen una longitud entre aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 15.0 mm y un denier de entre aproximadamente 1 hasta aproximadamente
5.
6. El precursor de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque las fibras de aglutinante de velo son fibras bicomponente . '''
7. El precursor de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el aglutinante de velo comprende un polvo que tiene partículas de entre aproximadamente 10 hasta aproximadamente 50 micrometros. .
8. El precursor de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque las fibras de refuerzo son cortadas y tienen una longitud de entre aproximadamente c ''¦ 6.0 y aproximadamente 38.0 mm y un diámetro de entre aproximadamente 6.5 y aproximadamente 23.0 micrometros o consisten de una mezcla de fibras finas y gruesas. ¦ \) ¦ .é i
9. El precursor de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el aglutinante expansible comprende microesferas expansibles y un aglutinante en emulsión o solución.
10. El precursor de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el aglutinante en emulsión o solución es seleccionado de un grupo que consiste de acetato de etilen vinilo, alcohol polivinilico, poliuretano, caucho de estireno y butadieno, celulosa, almidón, urea formaldehido, melamina formaldehido, acrilico, fluorocarburo, y mezclas de los mismos.
11. El precursor de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque las microesferas expansibles comprenden un material de resina termoplástico que incorpora un agente de soplado. ¡I; .
12. El precursor de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el precursor tiene un peso por área unitaria de entre aproximadamente 100 y aproximadamente 200 g/m2.
13. El precursor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el aglutinante de velo es un aglutinante termoplástico. .j...
14. El precursor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el aglutinante de velo es seleccionado de un grupo que consiste de poliolefina, poliéster, polietileno, polipropileno, tereftalato de polietileno, poliamida, copoliéster y mezclas de los mismos.
15. El precursor de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el aglutinante de velo comprende fibras que tienen una longitud de entre aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 15 mm y un denier de entre aproximadamente 1 hasta aproximadamente 5.
16. El precursor de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque las fibras del aglutinante de velo son fibras bicomponente . ":
17. El precursor de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el aglutinante de velo comprende un polvo que tiene partículas de entre aprbximadamente 10 hasta aproximadamente 50 micrómetros.
18. El precursor de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el aglutinante expansible comprende microesferas expansibles y un aglutinante en emulsión o solución.
19. El precursor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el precursor tiene un peso por área unitaria de entre aproximadamente 100 hasta aproximadamente 200 g/m2.
20. Un método para preparar un precursor de una estructura de espuma reforzada con fibra, caracterizado porque comprende : formar un velo base que incluye entre aproximadamente 50 y aproximadamente 75 por ciento en peso de fibras de refuerzo y aproximadamente 50 y aproximadamente 25 por ciento en peso de aglutinante de velo, teniendo el velo l '.> base un peso por área unitaria de entre aproximadamente 35 y aproximadamente 400 g/m2; y impregnar el velo base con un aglutinante expansible en una cantidad de entre aproximadamente 20 hasta aproximadamente 200 g/m2.
21. Una estructura de espuma de fibra reforzada hecha del precursor de conformidad con la reivindicación 1. il-
22. Un método para preparar una estructura de espuma reforzada con fibra, caracterizado porque comprende: formar un velo base que incluye entre aproximadamente 50 y aproximadamente 75 por ciento en peso de fibras de refuerzo y aproximadamente 50 y aproximadamente 25 por ciento en peso de aglutinante de velo, teniendo el velo n: ¦: base un peso por área unitaria de entre aproximadamente 35 y aproximadamente 400 g/m2; impregnar el velo base con un aglutinante II expansible en una cantidad de entre aproximadamente 20 hasta aproximadamente 200 g/m2; y moldear el velo base impregnado a una temperatura suficiente para hacer que el aglutinante expansible se expanda y forme la estructura de espuma reforzada con fibra. 18 ir