MXPA00001665A - Espuma estructural de alta calidad para rigidizar partes - Google Patents

Abstract

Se describe una espuma estructura de alta calidad (26) que se utiliza para ridigizar partes (28, 30) como pueden ser las partes de plástico. La espuma puede ser formulada para uso en el molde a temperaturas elevadas o a temperatura ambiente para uso con partes anteriormente moldeadas. Se utilizan diferentes ingredientes para controlar las propiedades de la espuma.

Description

ESPUMA ESTRUCTURAL DE ALTA CALIDAD PARA RIGIDIZAR PARTES Antecedentes de la invención Las espumas estructurales son una manera eficaz en costo para cumplir con los requisitos estructurales con un peso muy bajo. En la industria de automóviles esto significa dinero. El uso de plástico como componentes estructurales ha crecido cada año en la construcción de automóviles. Los plásticos son de peso ligero, a prueba de corrosión y en algunos casos reciclables. Hay un costo en la resistencia y en el alabeo a la temperatura elevada con estos plásticos. Los materiales plásticos conocidos incluyen materiales (ASMC@) y ABS compuestos moldeados en hojas. En ciertas aplicaciones la resistencia del plástico no es suficiente o es demasiado el peso del mismo. Por tanto, seria deseable si se pudiera proporcionar algún medio para reforzar estructuralmente materiales plásticos como estos. También sería deseable si este medio pudiera ser utilizado para materiales además del plástico y para usos diferentes de la industria de automóviles.

Compendio de la invención Un objeto de esta invención es ofrecer espumas estructurales que cumplan con las necesidades anteriores.

Otro objeto de esta invención es ofrecer tales espumas estructurales que puedan ser curadas bajo calor o de otra manera que sus variaciones puedan ser curadas a temperatura ambiente . De acuerdo con esta invención, se proporciona una espuma estructural de alta calidad para reforzar partes como plástico. Estas partes pueden ser partes premoldeadas, pueden ser huecas, pueden tener forma de canal o simplemente ser elementos estructurales de cualquier forma que requiera refuerzo. De preferencia,- la espuma es un material sintáctico de dos componentes que puede ser expansible. De preferencia, la espuma contiene perlas como perlas de vidrio, cerámica o plástico para proporcionar la viscosidad deseada y para reducir el peso y costo. Es posible utilizar un agente soplador donde la espuma es expansible. La espuma de preferencia también incluye un agente reológico para controlar el flujo del material. Se utiliza un sistema de curado para controlar las propiedades poliméricas del material. Además, la espuma puede incluir diluyentes, tratamiento superficial con materiales de carga, caucho y fibras asi como otros aditivos.

Breve descripción de los dibujos La Figura 1 es una vista en planta superior mostrando una parte de plástico representativa reforzada por la espuma estructural de acuerdo con esta invenciói La Figura 2 es una vista en corte en elevaciói íe íí parte mostrada en la Figura 1 con la espuma en un estado no expandido; La Figura 3 es una vista semejante a la Figura 2 con la espuma expandida; La Figura 4 es una vista superior en planta de una parte de plástico representativa, alternativa, reforzada por la espuma estructural de esta invención; La Figura 5 es una vista de un corte en elevación de la parte mostrada en la Figura 4 con la espuma en un estado no expandido; La Figura 6 es una vista semejante a la Figura 5 mostrando la espuma en su estado expandido; y La Figura 7 es una vista en perspectiva de una cama de camión utilizando la invención.

Descripción detallada La presente invención, en general, se refiere a las formulaciones de tipo dos componentes que pueden ser formuladas para uso en el molde en aplicaciones a temperaturas elevadas o a temperatura ambiente para rellenar huecos en partes anteriormente moldeadas. En su aplicación amplia la espuma resultante de la formulación puede ser utilizada como un refuerzo en un elemento tubular hueco, en un elemento en forma de canal teniendo una parte superior abierta, a lo largo de un elemento parecido a una placa o alrededor del exterior de cualquiera de estos elementos. No es crucial la parte específica que va a ser reforzada, aunque en alguna medida su forma, dimensiones y material afectarían lo que sería la espuma en la formulación final. La espuma se propone particularmente como refuerzo o rigidizante para partes plásticas. En su aspecto mas amplio, no obstante, la invención puede ser practicada para reforzar o rigidizar partes hechas de otro tipo de materiales, incluidos el metal (como acero) y fibra de vidrio. En la práctica de esta invención, la espuma se une a y hace contacto íntimo con la parte que esta reforzando. En general, la espuma incluiría un agente liberador donde la espuma se cura con calor. Aunque no es necesario que la espuma sea expansible, en la práctica preferida de la invención es posible utilizar agentes de soplado físicos o químicos para expandir la espuma. Es posible utilizar diferentes velocidades de reacción del curado para crear diferentes espumas para cumplir con diferentes requisitos de procesamiento. De la misma manera, la densidad del producto espuma puede también ser variado. La densidad de las espumas se elige de acuerdo con la resistencia necesaria. Por ejemplo, a menor peso la espuma es más débil. La espuma puede prepararse con una gravedad específica de 0.3 o menos con resistencia a la compresión y módulo que son muy altos para su peso. Hay diversos factores que controlan la formulación en la práctica de esta invención. Las formulaciones para molde calentado requieren agentes liberadores internos, agentes de curado más lentos y sopladores físicos que reaccionen a temperatura mayor como cuando menos 100°F (38°C) . El curado de los productos a temperatura ambiente, por ejemplo a 77°F (25°C) , que es considerada la temperatura ambiente requieren lo opuesto. Los productos así no deben tener agentes liberadores porque éstos serían utilizados en las partes premoldeadas. El calor de reacción del curado debe elegirse de modo que el agente soplador reaccione pero que no se funda la parte. Asimismo, la cantidad real utilizada en la parte debe ser bastante alta para su requisito de resistencia, y lo bastante baja para ser eficaz en costo. De preferencia, la espuma se utiliza solo en lugares donde no es suficiente la resistencia de las partes. Así, la espuma podría estar en lugares separados para soportar la parte solamente donde sea necesario. La densidad y la resistencia son factores opuestos. Al incorporar perlas huecas, fibras y, por ejemplo titanatos en la espuma, la resistencia y el módulo son mucho mayores de lo que parecería posible. Las perlas como perlas de vidrio permiten una reducción en peso y costo. Las fibras funcionan para incrementar la resistencia y el titanato permite una reducción en peso y costo, reduciendo así el costo y obteniendo valores de resistencia mayores. Cuando son aplicados adecuadamente a la parte es posible obtener el objetivo de un peso ligero, resistencia alta y costo eficaz. Como se puede observar, la invención ofrece la flexibilidad de ser personalizada a las necesidades específicas como una espuma estructural para dar soporte o rigidez a diferentes partes. Por consiguiente, la invención no es para un enfoque un producto se ajusta a todo tipo. La espuma estructural sería utilizada solo donde es eficaz en el costo. La formulación de la espuma para el proceso y su aplicación sería generalmente solo donde la resistencia de la parte, como puede ser una parte plástica, no es suficiente o donde no es demasiado el peso de la parte. Las formulaciones elegidas adecuadamente originan soluciones con reducción en peso, resistencia y eficacia en costo para cumplir con la prioridad en la construcción de automóviles. Las Figuras 1-3 muestran una aplicación representativa de la invención para reforzar una parte plástica. Como se muestra en esta, la parte 10 es una construcción en forma de U teniendo un canal y elaborada de plástico. Se inserta la espuma 12 en la parte 10. La espuma 12 es curada a temperatura ambiente como puede ser a 25°C, dado que la parte 10 es premoldeada. En la Figura 2, la espuma 12 está BX TQ "BUIJOI jstnb?Bno ?p JTS spend o ?totjJ?dns ?p ou?stp ?z ojq.o j?tnb?Bno o s?uotoeßnjjoo J?u?q. ?p?nd QZ Jotj?dns BdBO e : '5Bjqt? o?? B4SB4 ?p SP5JB3 JBqjodos ?p zedBO opButuiB? un JBÜIJOI B Bd 92 o??onu ELOI¡ BX B Btou?noss us se?esp?oui U 4ST Ot '82 SBdeo S I 'BCoq UT sopespxoui so:¡.s?ndiü?3 s??Btj?4.Bur BJBd optoouoo?j outuusq. un ST OKS xa • 92 ???onu eCoq BX ?p Oc opB? PBO ?jqos Buijoi TS otjpt? ?p Bjqti uoo Bpezjoj?j BÍIoq eun Opezjoi?J JKS sp sedBO s?qu?tnbts seq; 'D0LLl « soqnutüi ? ?q.uB np e?opuBjno A eotxods BUTSTJ BX opuetoB? TO IX TS os?njb ?p ?BpB5?nd z ouoqjBO ?p souroq.B ?p ST ?nb 92 ciii ds? BX ?p ???onu BÍoq Bun 'BUIBO JBÜIJOI BJBJ • XBUOTOUS?UOO ?\ Bot? :¡.??n Bu?t[ ?p euieo Bun BT jtnq.tqsr?.s ?q.uBq.?nssj ?4S? d?i?oo xs 'BUISTUI X UT B qs?nin TS 0-0103 • o . JBds J ?p uot?iBO un J d JTS ?p?nd ouioo 'UOTUIBO sp BUIBO eun ouroo uotous?ut BX sp Botq-oejd eun ej .s ?t ¿ Bjnbt BT; •Bptpuedxs s :ya sme 4 ??düio o yz eumdss X ejr+s?nuí 9 oí Bj bta =? spb SB q.u?xu? 'optpuedx? ou opei+ss ns us z eiu ds? BX B qsn t ? ej bta HI -22 A QÓ s?qje SBX TJ^UT otoeds? X? UT epBotqn yz eüi d ? BX BJBd oi+ odos ?p edeo Bun JTS BTJpod BJTUB I BJ4.0 sp 22 ?q.JBd e ?JTOB XT ouioo xet sqeuí ojq.o J?t xB o o oot se?d ?p Bu ?u. JB SS etjpod ustquieq. ?nb g 22 sqjsd Bjq.o sp epBjedss ootq.se?d ?p Boe?d sun ss QÓ ?}.xe BX spuop UT uotoBtjB? B qo uej:¡.sn?t 9-p s jnßta SBT; •QT ? .JBd BX ?p XBUBO 3 ?qUSuIBt+TXd'dlOD JBTJ??? B4SB4 ?pUBd S TS 21 süi ds? X jBjno ?p s?nds?Q *optpuBdx? ou opBqss ns UT misma manera, la capa inferior 30 puede tener cualquier espesor o forma o tener cualquier diseño de superficie. De preferencia, las tres capas son co-terminales . Para uso como una cama para camión de reparto el laminado de preferencia es de 6 pies por 4 pies. Lo siguiente es una formulación de dos componentes ejemplar de la hoja núcleo de espuma 26: COMPONENTE A Ingrediente %_ en peso Resina epóxica 62 53 Fibra 11 87 Sílice espumado 2 37 Agente liberador 4 48 Agente soplador 5 14 Burbujas de vidrio 12 30 Titanato 0 60 r.an o 70 100 00 in El componente B sería ingredientes a en una cantidad al componente A. Así, el componente A es base de epoxi mientras el componente B es a base de amina, El componente A tendría una GE de 0.95 mientras que el componente B sería de 1.00 siendo el combinado 0.96. La ? m -umen d H p l a l componente B es 3.70:1.00. Se debe entender que las partes ilustradas en las Figuras 1-7 son simplemente partes representativas. La invención podría ser utilizada, no obstante, para rellenar partes tubulares huecas, para rellenar el canal de partes en forma de U, como soporte en uno o ambos lados de una parte con apariencia de placa, como un núcleo entre dos partes, para partes curvas, para partes de diferente geometría y pueden ser utilizadas siendo aplicadas completamente o parcialmente alrededor de la superficie externa de la parte. Una aplicación particularmente útil de la invención es para rigidizar SMC como puede ser para producir una viga estructural hecha de la espuma contenida en la SMC para una cama de camión de reparto. Otras aplicaciones para automóviles incluyen diferentes rieles de soporte o rieles huecos o pilares, para reforzar un panel oscilante y para reforzar un eje motor. La invención, sin embargo, no esta limitada al uso en el campo de los automóviles, sino puede tener usos tan diversos como esquís para avión de motor de reacción. La invención puede así ser considerada dirigida a una espuma sintáctica de dos componentes que de preferencia es expandible. La invención puede ser practicada con dos tipos de esta espuma. Un tipo se cura a temperatura elevada y el otro tipo se cura a temperatura ambiente. Ambos tipos de espuma tendrían un material termoplástico o un plástico termoestable recubriéndolos. Los dos componentes contendrían un polímero y un aceite portador de catalizador que, por ejemplo, estarían mezclados entre sí y luego serían bombeados a través de un tubo de mezclado estático. La espuma sería curada por una reacción que tomaría lugar rápidamente donde se haría más lenta a temperaturas ambiente o se haría bajo temperaturas elevadas. El termocurado se llevaría a cabo en hornos para pintura de automóviles como puede ser para el e-caating. Hay algunos tipos de polímeros base que podrían ser utilizados. Por ejemplo, la resina polimérica aglutinante puede ser un tipo epoxi (amina) o un tipo estireno (peróxido) o un tipo acrílico (peróxido) o un uretano . La densidad puede variar para adecuarse a las condiciones necesarias como puede ser el módulo, resistencia a la tracción, color, costo, viscosidad, relación de mezclado y tiempo de curado. Las fórmulas y las condiciones de procesamiento variarán de acuerdo con las consideraciones de las propiedades deseadas para la parte producida resultante . El producto curado a la temperatura ambiente es diferente del producto termocurado en cuanto a que el agente de curado elegido debe ser muy reactivo para generar el calor necesario para curar y expandir el producto espuma muy rápido. El producto espuma termocurado no debe generar una exoterma extrema de modo que la parte, particularmente una parte plástico, no se queme en el interior por el demasiado calor. Las partes con gran volumen generan mucho más calor que las más pequeñas. Así, la reactividad del agente de curado debe elegirse para el tamaño de la parte producida. Dados estos lineamientos, un experto en la técnica conocerá los materiales y parámetros que utilizará. El producto curado a temperatura ambiente sería utilizado en una parte premoldeada o preformada y curado mientras se encuentra en o contra la parte. La parte termocurada podría ser curada en un molde. Por ejemplo, la parte podría ser moldeada y luego colocada en un molde en el cual sería colocada la espuma termocurada. La parte siendo reforzada podría ser moldeada por inyección alrededor de la espuma. Es posible utilizar diferentes técnicas conocidas para espumar las partes reforzadas y para colocar la espuma en contacto con las partes. La espuma incluiría diferentes ingredientes básicos posibles en el polímero. Por ejemplo, un ingrediente sería perlas, de preferencia hechas de vidrio, cerámica o plástico. Las perlas estarían presentes en una cantidad de 0-40% en peso del polímero, siendo el resto el aglutinante y otros ingredientes. El uso de perlas controla la viscosidad y da origen a peso y costo reducidos para la espuma. 1? El polímero también podría incluir un agente liberador del molde interno o agentes que serían utilizados en el producto termocurado pero no en el producto curado a temperatura ambiente. Se utilizaría una cantidad suficiente del agente liberador que a su vez dependería del tipo de condición o el molde. Un molde más nuevo, por ejemplo, requerirá menos agente liberador. El uso de agentes liberadores es conocido en la técnica, como serían las cantidades necesarias para obtener eu función como agente liberador. Aunque la invención puede ser practicada con una espuma no expandible, es preferible que la espuma sea expandible. Es posible utilizar un agente soplador químico o físico. Por ejemplo, un agente soplador químico sería bicarbonato de sodio. Un agente soplador físico adecuado sería esferas de ciclopentano plásticas en forma liquida que se convertirían en gas. El polímero también debe incluir un agente reológico como sílice ahumado o un material de carga de grado más fino como carbonato de calcio. De preferencia, el agente reológico estarla presente en una cantidad de aproximadamente 5% en peso, ajustado hacia arriba o hacia abajo de acuerdo con los resultados deseados. El agente reológico funciona para controlar el flujo del material. El polímero también deberá incluir un sistema de curado uspsnd oj?üit?od sp s?qu?tp?jbut o s?qusuoduioo so ; i4tiL Xe pept?tqtx??¡f JSOSJIO ejed oqoneo xs snb BJSUBÜI BÜISTÜI ex ?p ue qoe ?nb s?qu?Anxtp A sootxod? so? OÜIOO JopBzt?tqtx??? XBtj?qei un JTS etjpod squ?tps dut ojqo 'oqs 'JOXBO ?p Btou?J?isuBjq sp soqtsodojd BJBd oot?B ?i? 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La gravedad específica sería controlada de acuerdo con la cantidad y tipos de perlas y la resistencia a la trituración de las perlas en comparación con su peso. Los aditivos también afectarían la gravedad específica. Donde la espuma es expansible, la cantidad de expansión-sería controlada por los agentes sopladores químicos o físicos . Las variables de módulo y resistencia serían controladas por la inclusión de caucho, perlas de plástico para la expansión, flexiblizadores, siendo el volumen de la parte reforzado, fibras y agentes de liberación. Dados los lineamientos de esta invención, un experto en la técnica sabrá los ingredientes específicos y sus cantidades que deben utilizarse para lograr las propiedades finales deseadas de la espuma. En general, las propiedades de los materiales no curados serían tales que puedan ser adicionados al molde de modo que la viscosidad, tixotropía, gravedad específica y tiempo del gel serían equilibrados adecuadamente para la aplicación propuesta.

Claims (1)

1. i? REIVINDICACIONES Un método para rigidizar partes consiste en formular una espuma estructural sintáctica a partir de una resina aglutinante polimérica seleccionada del grupo que consiste en epoxi, estireno, acrilato y uretano, adicionar a la resina aglutinante un ingrediente que incrementa el módulo y resistencia y un ingrediente para la reducción del peso y reducción del costo, ubicar la espuma estructural contra la parte, y curar la espuma estructural para unir la misma a la parte y por este medio rigidizar la parte. El método de la reivindicación 1, en donde el ingrediente que incrementa el módulo y la resistencia son p rerlas. El método de la reivindicación 2, en donde las perlas snn perlas de vidrio. El método de la reivindicación 2, incluye phi 1 i zar PP agente soplador para expandir la espuma con el curado. El método de la reivindicación 4, en donde el agente soplador es un agente soplador químico. El método de la reivindicación 4, en donde el agente soplador es un agente soplador físico. El método de la reivindicación 4 incluye un sistema de curado en la espuma para controlar las propiedades • oqjed?j ?p uotuieo BJBd emeo eun s>t ST ?qjBd BX ?puop UT y?? uotoeotput?t?j ex ?p opoq?ui xa '91 •?t??u?oqne sp squ?uoduioo un ST ?qjBd BX ?puop us ' uotoBotput?tsj ex ?p opoq?üi xa *?? •ootqse?d xetj?qeTii ?p eqo?q eqs? ?qjBd BX ?puop us 'oí uotoBotput?t?j ex ?p opoqsui xa ' v l Oc •epBuuoi?jd ?qjBd X B Buinds? BX jtun A ?qu?tquiB BjnqBj?düisq e Buindss ex ?p opejno XT sAn?out oí uotoBotput?tsj X ?p opoqsui a ' £l • pB??x? Bjnqej?dui?q B euinds? ex ?p opejno ?3 A 'Büinds? BX UT ouj?qut ?p?oü? xsp jopBJ?qt? ?\ squsbB un ?An?out oí uotoBotput?t?j BX sp opoq?ui xa '21 * e5JBO ?p xetj? ei X? uoo ?etotiJ?dns oqu?tuieqBjq XT BJBd soqeuBqtq ueztxtqn TS ?puop UT 'oí uotoeotput?t?J BX ?p opoq?üi xa "II 'Buinds? X sp ssqj?ni seui seotstj e?pepstdojd o jsu?qqo ?p utj B BJDJBO sp xetj?qeui xe oj?u?t?od X? jtun Bjed ebjBO ?p ?BtJ?qBu? uoo ?totjjsdns ?p oqust eqejq un ?An?out g uotoeotput?ts ex sp opoq?üi xa -QI •peptsoost? ex jtonps A oCn?g: X? je?ojquoo ejed euinds? BX US ssqusAnxtp A ootbo?osj ? ?qu?bB un sAn?out g uotoBotput?t?j X ?p opoqsui xa *6 •Btousqsts? A z?ptbtj B JBqu?uisjout BJBd Buindss ex UT sejqti A oqoneo ?An?out ¿ uotoBotput?t?j BX ?p opoqsra xa *8 • SBotJ?uit?od y 17. El método de la reivindicación 15 en donde la espuma esta unida a la parte en lugares separados. 18. El método de la reivindicación 10 en donde la parte es una parte moldeada hueca y la espuma llena la parte. 19. El método de la reivindicación 1 en donde la parte esta fabricada de material plástico. 20. El método de la reivindicación 19, en donde el material plástico se selecciona del grupo que consiste en SMC y ABS. 21. Una parte rigidizada elaborada por el método de la reivindicación 1. 22. Una parte rigidizada elaborada por el método de la reivindicación 14. 23. Una cama para camión de reparto elaborada por el método de la reivindicación 10. 24. La cama de la reivindicación 3 en donde la cama consiste en dos capas de material plástico con la espuma estando en una hoja núcleo entre las capas. 25. La cama de la reivindicación 24, en donde el material plástico es SMC.