"FORMULAÇÃO DE PASTA DE COMPOSTO DE MOLDAGEM DEFOLHA, COMPOSTO DE MOLDAGEM DE FOLHA, ARTIGO DEFABRICAÇÃO, PROCESSO PARA FABRICAR PARTES MOLDADASCOMPÓSITAS DE VEÍCULOS E CONSTRUÇÃO, E, MÉTODO PARAFABRICAR UM ARTIGO DE FABRICAÇÃO"
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente descrição refere-se geralmente a formulações deresina para compostos de moldagem de folha. Particularmente, mas não atítulo de limitação, a invenção refere-se a compostos de moldagem de folhade termofixação, de baixa densidade, (SMC) compreendendo uma argilainorgânica, modificada por orgânica, uma resina de termofixação, um agentede baixo perfil, um agente de reforço, uma carga de baixa densidade, esubstancialmente a ausência de carbonato de cálcio. A presente descriçãorefere-se particularmente ao uso de monômeros reativos alternativos presentescomo compostos aromáticos, multi-etilenicamente insaturados, que auxiliam atermofixação de SMC que fornecem artigos termofixados exteriores eestruturais, por exemplo auto-peças, painéis, etc que tem qualidade desuperfície classe A.
ANTECEDENTES
A informação apresentada abaixo não é admitida como sendoarte anterior à presente invenção mas é dada apenas para auxiliar nacompreensão do leitor.
A indústria de transporte faz um uso extensivo de partescompósitas padrões formadas de um composto de moldagem de folha (SMC).
O composto de moldagem de folha compreendendo plásticos reforçados comfibra de vidro de poliéster insaturado (FRP) são extensivamente usados emaplicações de painéis de carroceria externas devido à sua resistência àcorrosão, resistência, e resistência a danos. A indústria automotiva temexigências muito estringentes para a aparência da superfície destes painéis decarroceria. Esta superfície lisa desejável é geralmente referida comosuperfície "classe A". A qualidade de superfície (SQ) como medida peloanalisador de imagem refletida óptica de laser (LORIA) é determinada portrês medidas - índice Ashland (AI), distinção de imagem (DOI), e casca delaranja (OP). SMC com SQ classe A é tipicamente definido como tendo umAI < 80, um DOI > 70 (escala 0-100) e um OP > 7,0 (escala 0-10).
Um artigo compósito moldado é um material sólidoconformado que resulta quando dois ou mais materiais diferentes tendo suaspróprias características singulares são combinados para criar um novomaterial e as propriedades combinadas, para o uso pretendido, são superioresàs dos materiais de partida separados. Tipicamente, o artigo compósitomoldado é formado por cura de um composto de moldagem de folhaconformado (SMC) que compreende um material fibroso, por exemplo fibrasde vidro, incrustadas em uma material de polímero. Apesar das propriedadesmecânicas de um feixe de fibras serem baixas, a resistência da fibra individualé reforçada pela matriz de polímero que atua como um adesivo e liga as fibrasjuntas. As fibras ligadas provêem rigidez e conferem resistência estrutural aoartigo compósito moldado, enquanto a matriz polimérica evita que as fibras seseparem quando o artigo compósito moldado é submetido a estresseambiental.
A matriz polimérica do artigo compósito moldado é formadade uma resina de termofixação que é misturada com as fibras usadas parafazer um SMC. Os polímeros de termofixação "pegam" irreversivelmente poruma reação de cura, e não amolecem ou fundem quando aquecidos porqueeles reticulam quimicamente quando são curados. Os exemplos de resinas determofixação incluem resinas fenólicas, resinas de poliéster insaturado,resinas de formação de poliuretano, e resinas epóxi.
Apesar do artigo compósito moldado feito a partir de SMCcom base em polímeros de termofixação tipicamente terem boas propriedade smecânicas e acabamento de superfície, isto é obtida por carregamento deSMC com níveis elevados de carga. Estas cargas, no entanto, adicionam pesoao SMC, o que é indesejável, particularmente quando são usados para fazerpeças automotivas ou de outros veículos que operam com combustíveis caros.
Assim, existe o interesse no desenvolvimento de SMC que irá prover artigoscompósitos moldados com boas propriedades mecânicas que tem uma menordensidade, a fim de melhorar a eficácia do combustível.
Além disso, o uso de níveis elevados de carga éparticularmente problemático quando poliésteres insaturados altamentereativos são usados como o polímero de termofixação para fazer oscompósitos. Os artigos compósitos moldados feitos de formulações de SMC,que empregam as resinas de poliéster insaturado de elevada reatividadeencolhem substancialmente durante a cura. O encolhimento é controlado comaditivos de perfil baixo (LPA) e quantidades grandes de cargas, por exemplo,carbonato de cálcio, e argila caulim. Apesar dos artigos compósitos moldadosterem boa resistência e aparência de superfície, a densidade do compósito éelevada, tipicamente 1,9-2,0 g/cm . Assim, quando usados em aplicações,como peças de carroceria automotiva, o peso adicionado diminui a eficácia docombustível.
A patente US 6287 992 refere-se a um compósito de polímerotermofixado compreendendo uma resina de éster epóxi vinila ou matriz depoliéster insaturado tendo dispersas na mesma partículas derivadas de ummaterial inorgânico em múltiplas camadas, que possui propriedadesorganofílicas. A dispersão de material inorgânico de múltiplas camadas compropriedades organofílicas na matriz de polímero é tal que um aumento noespaçamento inter-camada médio do material inorgânica em camadas ocorreem uma extensão significante, resultando em formação de um nanocompósito.Apesar da patente descrever compósitos de polímeros, ela não descreveartigos compósitos moldados e suas propriedades mecânicas, por exemplo,resistência à tração (kg/cm ), módulo (ksi), alongamento (%), e temperaturade distorção térmica (0C), nem descreve a fabricação de SMC que contém umagente de reforço, um LPA, e uma carga. O problema com o uso de SMC dapatente '992 é que os artigos moldados preparados com o SMC experimentalencolhimento significante e são submetidos a tensão interna significanteresultando na formação de fissuras nos artigos moldados.
Patente US 5.585.439 descreve SMC feito com uma resina depoliéster insaturado, e ensina que as propriedades mecânicas do SMC podemser melhoradas se um aditivo de perfil baixo (LPA) for adicionado ao SMC.
No entanto, esta patente não ensina ou sugere o uso de nanocompósitos noSMC. O problema com o SMC descrito na patente '439 é que quando os LPA's são usados sozinhos, sem grandes quantidades de carga (por exemplocarbonato de cálcio e argila caulim), os artigos moldados preparados a partirdos mesmos tem micro e macro vazios, que resulta em artigos moldadostendo uma resistência muito baixa. Assim, grandes quantidades de cargasconvencionais, além de LPA's, são requeridas para obter uma tanto uma boaresistência como uma aparência de superfície dos artigos moldados.
As resinas de poliéster insaturado tipicamente encolhem 5-8%em uma base de volume quando são curadas. Em um FRP5 este resultado éuma superfície muito irregular porque as fibras de vidro causam picos e valesquando a resina encolhe em torno das mesmas. Os aditivos de perfil baixotermoplásticos (LPA) foram desenvolvidos a fim de ajudar estes materiais aatender às exigências de lisura de superfície estringentes para uma superfícieClasse A. LPAs são tipicamente polímeros termoplásticos que compensampara a cura do encolhimento por criação de microvazios extensivos na resinacurada. As resinas de poliéster insaturado podem agora ser formuladas paraatender ou exceder a lisura das peças de metal que são também amplamenteusadas nestas aplicações.
Além de LPAs, as formulações contém grandes quantidades decargas inorgânicas como carbonato de cálcio (CaCO3). Estas cargascontribuem em dois modos críticos para a lisura de superfície destascomposições. Primeiro, as cargas diluem a mistura de resina. Tipicamente,pode-se ter duas vezes a quantidade de carga como resina em uma base empeso em uma formulação. Isto reduz o encolhimento da composição globalsimplesmente porque se tem menos material sofrendo encolhimento. Asegunda função da carga é auxiliar nos microvazios que LPAs induzem.
Em anos recentes, foi aumentada a pressão sobre osfabricantes de automóveis para reduzir o peso dos carros para melhorar aquilometragem da gasolina. Apesar de FRP ter uma vantagem neste aspectocomparado com os materiais competitivos devido à menor densidadeespecífica, as cargas previamente mencionadas levam as partes a serem maispesadas do que necessário. A maior parte das cargas inorgânicas temdensidades bastante elevadas. O carbonato de cálcio, a carga mais comumenteusada, tem uma densidade de cerca de 1,2 g/cm3 para poliéster insaturadocurado. Um material FRP comum usado em aplicações do painel de carroceriaterá uma densidade de cerca de 1,9 g/cm . Se esta puder ser reduzida em 10 a20% enquanto mantendo as outras propriedades excelentes de FRP's depoliéster insaturado, pode ser obtida uma significante economia de peso.
A medida que a densidade é reduzida, no entanto, amanutenção de SQ Classe A se torna difícil. A indústria tem expressado umanecessidade para SMC de baixa densidade tendo SQ Classe A. A indústriatem expressado uma necessidade para formulações de SMC que mantém aspropriedades mecânicas e rigidez da matriz sem aumentar a viscosidade dapasta acima da faixa requerida para preparação da folha de SMC.
Outros objetos e vantagens serão evidentes da seguintedescrição.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Um aspecto da invenção provê uma formulação de pasta paramoldagem de folha compreendendo uma resina de termofixação, ummonômero etilenicamente insaturado, um monômero reativo alternativo, umaditivo de baixo perfil, e uma composição de carga de nanoargila, em que oSMC tem uma densidade menor do que cerca de 1,25 g/cm . De acordo comum outro aspecto da invenção, uma formulação de composto de moldagem defolha (SMC) é provida compreendendo a pasta inventiva e aindacompreendendo a mecha de reforço.
Um aspecto da presente invenção provê um composto demoldagem de folha (SMC) tendo um monômero reativo alternativo presentecomo um composto aromático, multi-etilenicamente insaturado. De acordocom um aspecto, o número aromático do monômero podem ser qualquer umdentre benzeno, tolueno, naftaleno, antraceno, ou aromático de ordemsuperior, ou qualquer mistura. De acordo com outro aspecto, a instauraçãoetilênica pode ser de funcionalidade di-, tri-, tetra-, e/ou maior. De acordocom um aspecto preferido, o composto aromático etilenicamente insaturado édivinilbenzeno.
Um aspecto da presente invenção provê um composto demoldagem de folha (SMC) ainda compreendendo um aditivo de perfil baixo.
De acordo com um outro aspecto, o composto de moldagem de folhainventivo inclui um melhorador de aditivo de perfil baixo.
Um aspecto adicional provê um composto de moldagem defolha ainda compreendendo um ou mais aditivos selecionados dentre cargasminerais, cargas orgânicas, reforçadores de resina, modificadores de impactode borracha, iniciadores orgânicos, estabilizadores, inibidor, espessadores,promotores de cobalto, agentes nucleantes, lubrificantes, plastificantes,extensores de cadeia, colorantes, agentes de liberação de molde, agentesantiestáticos, pigmentos, retardantes de chama, e suas misturas.
De acordo com um aspecto, provê-se um artigo de fabricaçãocompreendendo o SMC de baixa densidade inventivo. De acordo com umoutro aspecto, o artigo de fabricação tem qualidade de superfície Classe A.Além disso, de acordo com um outro aspecto, o artigo de fabricação tem umaqualidade de lisura de superfície menor do que o índice 100 do índiceanalisador LORIA de Ashland.
De acordo com um aspecto adicional, um método de fabricarum artigo de fabricação é provido. De acordo com um aspecto, o métodocompreende aquecer, sob pressão, em um molde, o SMC inventivo de baixadensidade.
Ainda outros aspectos e vantagens da presente invenção serãoevidentes para os versados na arte a partir da seguinte descrição detalhada, emque são mostradas e descritas formas de realização preferidas da invenção,simplesmente a título de ilustração do melhor modo contemplado derealização da invenção. Como será notado, a invenção é capaz de outras ediferentes formas de realização, e seus vários detalhes são capazes demodificações em vários aspectos óbvios, sem sair da invenção. Assim, adescrição deve ser considerada como ilustrativa em natureza e não restritiva.
DESCRIÇÃO BREVE DOS DESENHOS - N/A
DESCRIÇÃO DETALHADA DE UMA FORMA DE REALIZAÇÃO PREFERIDA
Descrição detalhada da invenção com referência às figuras pornúmeros.
Referência é feita às figuras para ilustrar formas de realizaçãoselecionadas e modos preferidos de realização da invenção. Deve-se entenderque a invenção não é aqui limitada a estes aspectos mostrados nas figuras.
Um aspecto da invenção provê formulações de pasta-SMCcompreendendo uma resina de termofixação, um monômero etilenicamenteinsaturado, um aditivo de baixo perfil, uma composição de carga denanoargila, e um monômero reativo alternativo tendo a capacidade de auxiliarem manter SQ à medida que a densidade do compósito é reduzida. De acordocom um aspecto, a pasta-SMC tem uma densidade menor do que cerca de1,25 g/cm3. De acordo com um aspecto, a composição de nanoargila éformulada separadamente e subseqüentemente misturada com as resinas,monômeros, e os componentes restantes da pasta. De acordo com um aspectopreferido, os vários componentes da composição de nanoargila e a pasta-SMCsão misturados e a nanoargila se forma in situ.
As composições de pasta de moldagem de folha termofixadada presente invenção compreendem: (a) de cerca de 30 a 70 partes de resinade termofixação em solução de estireno, preferivelmente de cerca de 45 a 65partes; (b) de cerca de 1 a 10 partes de argila inorgânica tratada,preferivelmente de cerca de 1 a 6 partes e, mais preferido, cerca de 1 a 3partes; (c) de cerca de 10 a 40 partes de aditivo de perfil baixo, tipicamentecomo uma solução a 50% em estireno, e preferivelmente de cerca de 14 a 32partes; (d) de 0 a 10 partes estireno, preferivelmente de 0 to 5 partes; (e) de 0a 65 partes de uma carga inorgânica, preferivelmente de cerca de 30 a 55partes; e (f), de 1 a 10 partes de ARM, preferivelmente 2 a 6 partes por 100partes (phr) de 'resina formulada', onde por definição, 'resina formulada' é asoma de (a), (c), (d) e (f). Assim, 100 partes de 'resina formulada' se torna abase sobre a qual um adições de aditivo e carga adicionais (b) e (e) são feitas.
A folha SMC compreende de 60 a 85 por cento, em peso, pasta de SMC e de15 a 40 por cento, em peso, mais preferivelmente de cerca de 25 a 35 porcento, em peso, de reforço de fibra.
Um primeiro componente de SMC é uma resina determofixação. Apesar de qualquer resina de termofixação poder ser usada napasta-SMC, a resina preferivelmente é selecionada dentre resinas fenólicas,resinas de poliéster insaturado, resinas de éster de vinila, resinas de formaçãode poliuretano, e resinas epóxi.
Mais preferivelmente usado como a resina de termofixação sãoas resinas de poliéster insaturado. As resinas de poliéster insaturado são oproduto de reação de policondensação de um ou mais álcoois diídricos e umou mais ácidos policarboxílicos insaturados. O termo "ácido policarboxílicoinsaturado" significa incluir ácidos policarboxílicos e dicarboxílicosinsaturados; anidridos policarboxílicos e dicarboxílicos insaturados;halogenetos de ácidos policarboxílicos e dicarboxílicos insaturados; e ésterespolicarboxílicos e dicarboxílicos insaturados. Os exemplos específicos deácidos policarboxílicos insaturados incluem anidrido maleico, ácido maleico,e ácido fumárico. Misturas de ácidos policarboxílicos insaturados e ácidospolicarboxílicos saturados também podem ser usados. No entanto, quandoestas misturas são usadas a quantidade de ácido policarboxílico insaturadotipicamente excede cinqüenta por cento em peso da mistura.
Exemplos de poliésteres insaturados a apropriados incluem osprodutos de policondensação de (1) propileno glicol e anidrido maleico e/ouácido fumáricos; (2) 1,3- butanodiol e anidrido maleico e/ou ácido fumáricos;(3) combinações de etileno e propileno glicóis (aproximadamente 50 molespor cento, ou menos de etileno glicol) e anidrido maleico e/ou ácido fumárico;(4) propileno glicol, anidrido maleico e/ou ácido fumárico e ácidos dibásicossaturados, como o-ftálico, isoftálico, tereftálico, succínico, adípico, sebácico,metil-succínico, e semelhantes. Além do poliéster acima mencionado, pode-setambém usar resinas de poliéster insaturado modificado por ciclopentadieno,como descrito na Patente US 3.883.612. Estes exemplos são destinados aserem ilustrativos de poliésteres apropriados e não são destinados a seremtodos inclusive. Os números de ácido ao quais os poliésteres insaturadospolimerizáveis são condensados não é particularmente crítico com relação àcapacidade da resina de termofixação ser curada no produto desejado. Ospoliésteres, que foram condensados em números de ácido menores que 100são geralmente utilizáveis, mas números de ácido menores que 70, sãopreferidos. O peso molecular do poliéster insaturado polimerizável podevariar em uma faixa considerável, geralmente os poliésteres utilizáveis naprática da presente invenção tendo um peso molecular na faixa de 300 a 5.000e mais preferivelmente de cerca de 500-4.000.
Um segundo componente de SMC é um monômero insaturadoque copolimeriza com o poliéster insaturado. A formulação de SMCpreferivelmente contém um monômero (vinila) etilenicamente insaturado.
Exemplos destes monômeros incluem acrilatos, metacrilatos, metacrilato demetila, acrilato de 2-etil hexila, estireno, divinil benzeno e estirenossubstituídos, acrilatos e metacrilatos multi-funcionais como dimetacrilato deetileno glicol ou propanotriacrilato de trimetilol. O estireno é o monômeroetilenicamente insaturado preferido. O monômero etilenicamente insaturadoestá geralmente presente na faixa de cerca de 5 a 50 partes por 100 partes empeso, com base no peso total de resina insaturada, aditivo de perfil baixo,modificador de impacto de borracha e monômero insaturado, previamentedefinidos como a "resina formulada" acima. O monômero insaturado estápresente em preferivelmente de cerca de 20 a cerca de 45 partes por 100partes em peso, e mais preferivelmente de cerca de 35 a cerca de 45 partes por100 partes em peso. O monômero de vinila é incorporado na composiçãogeralmente como um diluente reativo para o poliéster insaturado. Estireno é omonômero de intercalação preferido para formar o compósito de nanoargila insitu, e é também o monômero etilenicamente insaturado preferido para reaçãocom a resina UPE.
Um terceiro componente do SMC inventivo é um monômeromantendo SQ5 que pode ser chamado um monômero reativo alternativo(ARM). Os monômeros reativos alternativos são os que possuem acapacidade de auxiliar na manutenção de SQ à medida que a densidade docompósito é reduzida. Um composto aromático etilenicamente insaturadopreferido é divinilbenzeno.
De acordo com um aspecto, o monômero reativo alternativo éum monômero aromático, multi-etilenicamente insaturado. O ARM pode serselecionado, de modo benéfico, dentre o grupo consistindo de compostosaromáticos di-, tri-, tetra-, e multi funcionais superiores, etilenicamenteinsaturados, e suas misturas. Entende-se que o núcleo aromáticoetilenicamente insaturado é selecionado dentre o grupo de benzeno, tolueno,naftaleno, antraceno, aromáticos de ordem superior e suas misturas.
Um quarto componente do SMC inventivo é um aditivo debaixo perfil (LPA) adicionado à formulação como um auxiliar para reduzir oencolhimento dos artigos moldados preparados com o SMC. Os LPA's usadosem SMC tipicamente são resinas termoplásticas. Exemplos de LPA'sapropriados incluem poliésteres saturados, poliestireno, poliésteres saturadosligados a uretano, acetato de polivinila, copolímeros de acetato de polivinila,copolímeros de acetato de polivinila de função ácido, polímeros ecopolímeros de acrilato e metacrilato, homopolímeros e copolímeros incluemcopolímeros em bloco tendo estireno, butadieno e butadienos saturados porexemplo poliestireno. Patentes US 5.116.917 e 5.554.479 cedidas aocessionário da presente invenção descrevem metodologia para preparar e usarcomposições de aditivos de perfil baixo, termoplásticas, de poliéster saturadotípicas, usadas com resina de termofixação quando preparando SMC.
Um quinto componente do SMC inventivo é uma composiçãode carga de compósito de nanoargila compreendendo uma nanoargila, argilacaulim, e terra diatomácea. "Nanoargila" é definido como uma argilainorgânica tratada. O termo "argila inorgânica tratada" significa incluirqualquer argila em camadas tendo cátions inorgânicos substituídos commoléculas orgânicas, como amônio quaternário. Ver Patente US 5.853.886para uma descrição de vários métodos de preparação de argila tratada. Ananoargila apropriada para a presente invenção é descrita em pedido co-pendente (número ainda não designado, números do Agente 20435-00167).
As composições de compósitos de nanoargila apropriadas paraa presente invenção ainda compreendem proporções controladas de argilacaulim. Preferivelmente, a argila tem um tamanho médio de partícula de cercade 3 a cerca de 5 mícrons.
As composições de compósitos de nanoargila apropriadas paraa presente invenção ainda compreendem proporções controladas de terradiatomácea. Cargas conformadas, de área de superfície elevada, como terradiatomácea, mica, wolastonita, e argilas de caulim mantém elevada resistênciaem níveis baixos, enquanto ajudando a promover o perfil eficiente do LPA.As formulações de SMC usando estas cargas tendem a ser altamentetixotrópicas, ou um afinamento por cisalhamento. Elas mostram excelentescaracterísticas de processamento tanto na máquina de SMC como no molde.
Os componentes da composição de nanocompósitos são dadasem partes por cem partes de "resina formulada", isto é em phr. As faixasnuméricas são dadas abaixo em phr.
Os compostos de moldagem de folha da presente invençãopodem opcionalmente conter um melhorador de aditivo de perfil baixo(aditivo melhorador de LPA) para auxiliar na manutenção de SQ e paramelhorar a eficácia, ou "eficiência de perfil" do LPA termoplástico como adensidade do compósito é reduzida. Uma metodologia para preparar e usarestes aditivos de melhorador de LPA em SMC é descrita por Fisher (US5.504.151) e Smith (US 6.617.394 B2), cedidos ao cessionário da presenteinvenção, cujos conteúdos são especificamente incorporados por referênciapara todos os fins. A metodologia mais preferida é a descrita por US 5.504.151.
Os compostos de moldagem de folha da presente invençãopodem opcionalmente compreender cargas minerais de reforço, como, masnão limitadas a mica e wolastonita. A composição apropriada inclui de cercade 1 a cerca de 40 phr carga mineral, preferivelmente, de cerca de 5 a cerca de25 phr e mais preferivelmente cerca de 10-15 phr. O SMC preferivelmentecontém uma carga de baixa densidade tendo a densidade de 0,5 g/cm3 a 2,0g/cm e preferivelmente de 0.7 g/cm a 1,3 g/cm . Exemplos de cargas debaixa densidade incluem terra diatomácea, microesferas ocas, esferascerâmicas, perlite e vermiculite expandidas.
Os compostos de moldagem de folha da presente invençãopodem opcionalmente compreender cargas orgânicas como, mas nãolimitadas a grafite, fibra de carbono triturado, celuloses, e polímeros. Acomposição apropriada inclui de cerca de 1 a cerca de 40 phr de cargaorgânica, preferivelmente, de cerca de 5 a cerca de 30 phr e maispreferivelmente cerca de 10-25 phr, com base em 100 partes da 'resinaformulada1 como definido acima.
Os compostos de moldagem de folha da presente invençãopodem opcionalmente compreender resinas UPE de elevado alongamento,enrijecidas. Estas resinas são usadas para modificar a matriz termofixada ondeeles ajudam a melhorar e manter a rigidez e resistência mecânica em SMC debaixa densidade. É criticamente importante que os usados tenham um impactoneutro ou positivo na manutenção do SQ.
Os compostos de moldagem de folha da presente invençãopodem opcionalmente compreender modificadores de impacto de borracha,isto é, reforçadores de borracha, para ajudar a manter a rigidez ou resistênciaà formação de fissuras, e manter as propriedades mecânicas, como resistênciaà tração e flexural e módulo em SMC de baixa densidade. Os modificadoresde impacto de borracha são descritos em Patente US 6.277.905. Osmodificadores de impacto de borracha apropriados para a presente invençãosão descritos em pedidos co-pendentes (números ainda não designados,número do agente 20435-00167 e 20435- 169).
Os compostos de moldagem de folha da presente invençãopodem opcionalmente compreender iniciadores orgânicos. Os iniciadoresorgânicos são preferivelmente selecionados dentre peróxidos orgânicos quesão altamente reativos e decomponíveis na temperatura desejada e tem adesejada taxa de cura. Preferivelmente, o peróxido orgânico é selecionadodentre os que são decomponíveis na temperatura de cerca de 50 0C a cerca de120 °C. Os peróxidos orgânicos a serem usados na prática da invenção sãotipicamente selecionados dentre 2- etil-hexanoato de butil peróxi terciário;2,5-dimetil-2,5-di(-benzoilperóxi)ciclo-hexano; terciário-amil 2- etil-hexanoato e terciário-butil isopropil carbonato; terciário-hexilperoxi 2-etil-hexanoato; 1,1,3,3-tetrametilbutilperoxi 2-etil-hexanoato; terciário-hexilperoxipivalato; terciário butilperóxi pivalato; 2,5-dimetil-2,5-di(2-etilhexanoilperóxi) ciclo-hexano; dilauroil peróxido; dibenzoil peróxido;diisobutiril peróxido; dialquil peroxidicarbonatos como diisopropilperoxidicarbonato, di-n-propil peroxidicarbonato, di-sec-butilperoxidicarbonato, diciclo-hexil peroxidicarbonato; VAZ052, que é 2,2'-azobis(2,4- dimetil-valeronitrila); di-4-terciário butilciclo-hexilperoxidicarbonato e di-2 etil-hexil peroxidicarbonato e ésteres de t-butilperóxi, como terciário-butilperoxipivalato, e terciário-butilperoxibenzoato e eodecanoato. Mais preferivelmente, o iniciador é umamistura de t-butilperóxi-2-etil-hexanoato e t-butilperoxibenzoato. Osiniciadores são usados em uma proporção que totaliza cerca de 0,1 partes acerca de 6 phr, preferivelmente de cerca de 0,1 a cerca de 4, e maispreferivelmente de cerca de 0,1 a cerca de 2 phr, com base em 100 partes da'resina formulada' como definido acima.
Os compostos de moldagem de folha da presente invençãopodem opcionalmente compreender estabilizadores e/ou inibidores. Osestabilizadores preferivelmente são os tendo efeito inibidor de polimerizaçãoelevado em ou próximo da temperatura ambiente. Exemplos deestabilizadores apropriados incluem hidroquinona; toluhidroquinona; di-terciário butil-hidroxitolueno (BHT); para- terciário butilcatecol (TBC);mono-terciário butil-hidroquinona (MTBHQ); éter monometil dehidroquinona; hidróxi anisol butilado (BHA); hidroquinona; eparabenzoquinona (PBQ). Os estabilizadores são usados em uma quantidadetotal na faixa de cerca de 0,01 a cerca de 0,4 partes por 100 partes,preferivelmente de cerca de 0,01 a cerca de 0,3 phr e mais preferivelmente decerca de 0,01 a cerca de 0,2 phr da 'resina formulada'.
Os compostos de moldagem de folha da presente invençãopodem opcionalmente compreender agente espessante como óxidos,hidróxidos, e alcoolatos de magnésio, cálcio, alumínio, e semelhantes. Oagente espessante pode ser incorporado em uma proporção na faixa de cercade 0,05 a cerca de 5 phr, com base no peso da 'resina formulada',preferivelmente de cerca de 0,1 a cerca de 4 phr e mais preferivelmente decerca de 1 a cerca de 3 phr. Adicionalmente ou alternativamente, o SMC podeconter compostos isocianato e polióis ou outros compostos reativosisocianato, que podem ser usados para espessar o SMC.
Os compostos de moldagem de folha da presente invençãopodem opcionalmente compreender outros aditivos, por exemplo promotoresde cobalto (Co), agentes nucleantes, lubrificantes, plastificantes, extensores decadeia, colorantes, agentes de liberação de molde, agentes antiestáticos,pigmentos, retardantes de chama, e semelhantes. Os aditivos opcionais e asquantidades usadas dependem da aplicação e das propriedades requeridas.
Os compostos de moldagem de folha da presente invençãoainda compreendem um agente de reforço, preferivelmente um agente dereforço fibroso, chamado mecha. Agentes de reforço fibrosos são adicionadosao SMC para conferir resistência e outras propriedades físicas desejáveis aosartigos moldados formados do SMC. Exemplos de reforços fibrosos quepodem ser usados no SMC incluem fibras de vidro, amianto, fibras decarbono, fibras de poliéster, e fibras orgânicas naturais como algodão e sisal.
Os reforços fibrosos particularmente utilizáveis incluem fibras de vidro quesão disponíveis em várias formas incluindo, por exemplo, esteiras de cordõesde vidro cortados ou contínuos, tecidos de vidro, cordões de vidro cortado evidro cortado, e suas misturas. Os materiais de reforço fibroso preferidosincluem fibras de vidro de 1,27, 2,54 e 5,08 cm. A pasta-SMC, antes daadição de mecha e antes de curar muito sob pressão tem uma densidade decerca de 1,25 g/cm3.
O SMC é utilizável para a preparação de artigos moldados,particularmente folhas e painéis. As folhas e painéis podem ser usados paracobrir outros materiais, por exemplo, madeira, vidro, cerâmica, metal ouplástico. Eles podem ser também laminados com outros filmes de plástico ououtros filmes protetores. Eles são particularmente utilizáveis para apreparação de peças para veículos de passeio, automóveis, caminhões, barcos,e painéis de construção. A folha de SMC pode ser conformada por processosconvencionais como vácuo ou compressão (pressão) e é curada poraquecimento, contato com radiação ultravioleta, e/ou catalisador, ou outrosmeios apropriados. Com o uso de condições padrões na indústria preferidas decalor e pressão, o SMC d invenção dá uma superfície de Classe A.
A invenção também tem vantagens inerentes sobre SMC dedensidade padrão durante o processo de moldagem industrial típico. Oaumento no teor de resina e reduzido nível de carga permite à folha fluirsuavemente e encher o molde em condições de calor e pressãosignificantemente menores do que o padrão na indústria. Além de reduzir ocusto das partes de moldagem, a redução da pressão do molde e temperaturadá uma melhora substancial no SQ global da parte, especialmente os valoresde DOI e OP de a curto prazo, como mostrado pelos dados nas tabelas 2 e 3.
Qualidade de superfície (SQ), como medido por Analisador deimagem refletida óptica de laser, ou LORIA, é determinada por três medidas— índice Ashland (AI), Distinção de imagem (DOI), e Casca de laranja (OP).SMC com Classe A SQ é tipicamente definido como tendo um AI < 80, umDOI > 70 (escala 0-100), e um OP > 7,0 (escala 0-10). Uma metodologiapreferida para a determinação de qualidade de superfície é descrita por Hupp(US 4,853,777), cujos conteúdos completos são especificamente incorporadospara todos os fins.
Além de SQ, as propriedades mecânicas do SMC inventivoforam determinadas. A resistência à tração é medida puxando-se uma amostraem um instrumento Instron como é convencional na arte. O módulo de traçãoé determinado como a inclinação da curva de tensão - esforço gerada pelamedida da resistência à tração. A resistência flexural é determinadaconvencionalmente usando um instrumento Instron. O módulo flexural é ainclinação da curva de tensão - esforço. A rigidez é convencionalmente a áreasob a curva de tensão - esforço.
Uma "resina formulada" SMC convencional tem a seguintecomposição aproximada: 65,0 g de um poliéster insaturado de alta reatividade(UPE); 7 g de um monômero de estireno; e 28 g de aditivo de perfil baixo(LPA) como uma solução a 50% em estireno. Para cada ' 100 g de resinaformulada", cerca de 190 g de carga de carbonato de cálcio; 9 g de espessadorcontendo magnésio óxido; 4,5 g de agente liberação de molde; 1,5 gcatalisador de perbenzoato de butila terciário; e 0,05g de um co-ativator(cobalto, 12% em solução) são carregados para gerar a 'pasta de SMC.' Asformulações de SMC convencionais tipicamente tem densidades de >l,9g/cm para partes moldadas. A presente invenção provê partes moldadastendo uma densidade de 1,45 a 1,6 g/cm enquanto mantendo quase a mesmaresistência mecânica, SQ de Classe A, e rigidez. A medida que a densidade éreduzida, no entanto, a manutenção destas propriedades se torna cada vezmais difícil. A presente invenção provê um SMC rígido de baixa densidadetendo as exigências da indústria de resistência mecânica e SQ Classe A porsubstituição de carbonato de cálcio de elevada densidade com umacomposição de carga da invenção que tem uma superfície altamenteestruturada que melhora a eficácia de LPA e ajuda a manter as propriedadesmecânicas.A embalagem de carga para SMC de baixa densidade podeincluir 1-6 g de nanoargila, 0-20 g de terra diatomácea, 0 a 25 g de mica, 0 a25 g de wolastonita, 0 a 25 g de fibra de carbono triturado e/ou 0 a 60 g deargila caulim, CaCO3, grafite ou alumínio triidratado por 100 g de "resinaformulada". As combinações desta carga totalizando 35 a 65 g sãotipicamente requeridas para manter as propriedades desejadas à medida que adensidade é abaixada. No entanto, a área de superfície elevada e formairregular da maior parte destas cargas oferece às mesmas uma demanda deresina muito elevada. Mesmo com o uso de aditivos comerciais de redução deviscosidade, o nível ótima para um tipo de carga individual será limitado porseu impacto sobre a viscosidade da pasta de resina. A viscosidade da pasta deresina de SMC é tipicamente mantida entre 15.000 e 35.000 cps para controlaro 'empenamento' da pasta e assegurar uma apropriada "umectação" do reforçode vidro na folha de SMC.
A invenção é ilustrada com um exemplo. As formulações depasta de SMC foram avaliadas para encolhimento e moldadas em painéisreforçados curados. Para avaliar o encolhimento, a pasta SMC sem fibra devidro foi moldada e curada em uma prensa do Carver Laboratory a 148 0C eavaliada para encolhimento.Para outro teste, pasta de SMC foi combinada emuma máquina SMC, com mecha de fibra de vidro cortada em extensões de 2,4cm, deixada espessar durante 2 a 3 dias, e então moldada a 148 0C paraformar placas de 2,54 cm de espessura. As placas foram testadas paradensidade, aparência da superfície e resistência mecânica. A aparência dasuperfície foi analisada usando um analisador LORIA para medir o índice deAshland para "flutuação a longo prazo", e distinção de imagem(DOI) e cascade laranja (OP) para distorção da superfície a "curto prazo".
Os requerentes observaram uma redução significante einesperada das viscosidades de pasta em algumas formulações de SMCquando substituindo uma quantidade limitada de divinil benzeno (DVB) porestireno. Quando DVB foi usado na formulação de baixa densidade, umaredução de viscosidade foi observada. Para surpresa dos requerentes, elestambém observaram uma melhora significante no SQ a curto prazo para ospainéis moldados. As avaliações adicionais mostraram que nem a resistênciamecânica nem a rigidez foram diminuídas de modo significante pelo aumentoda reticulação de DVB.
A invenção é ilustrada com um exemplo. As formulações depasta de SMC foram avaliadas para encolhimento e moldadas em painéisreforçados curados, usando os seguintes procedimentos: (1) pasta SMC semfibra de vidro foi moldada e curada em uma prensa do Carver Laboratory a148 °C e avaliada para encolhimento, e (2) pasta de SMC foi combinada commecha de fibra de vidro cortada em extensões de 2,4 cm„ em uma máquinapara SMC, deixada espessar durante 2 a 3 dias, e então moldada a 148 0C paraformar placas de 2,54 cm de espessura. As placas foram testadas paradensidade, aparência da superfície e resistência mecânica. A aparência dasuperfície foi analisada usando um analisador LORIA para medir o índice deAshland para "flutuação a longo prazo", e distinção de imagem(DOI) e cascade laranja (OP) para distorção da superfície a "curto prazo".
A tabela 1 mostra os dados par o exemplo. Ele demonstra queusando somente estireno a 42 phr (TLM_1) produz painéis de SMC com boaspropriedades mecânicas, no entanto, a qualidade da superfície está abaixo dopadrão de Classe A para DOI e OP. TLM-2 mostra claramente que a reduçãodo nível de estireno a 36 phr e adição de 6 phr de DVB melhora a qualidadede superfície global, e particularmente os valores de DOI e OP, para atenderaos padrões de Classe A. Também é importante notar que a adição de DVBnão resultou em uma redução na resistência mecânica ou resistência às"bolhas de tinta".
As experiências TLM a 6 enfatizam a natureza surpreendentedas propriedades de manutenção de SQ de DVB. A substituição de estirenocom outros reticuladores de baixo peso molecular comuns, como triacrilato detrimetilolpropano (TMPTA), trimetacrilato de trimetilolpropano (TMPTMA),ou dimetacrilato de etileno glicol (EGDMA), falha em dar uma melhora deSQ similar à dada por DVB. Apesar da presença de qualquer um dentreTMPTA, TMPTMA, ou EGDMA, em um nível equivalente a DVB emtermos do número de ligações duplas resultar em uma redução da qualidadede superfície bem abaixo do padrão de Classe A, e ainda abaixo do comsomente estireno, isto é, TLM_1. As análises das propriedades mecânicas e"formação de bolhas das tintas" não foram feitas em TLM4,até TLM-6.
Outros aspectos da presente invenção referem-se a métodos eprocessos for fabricar partes moldadas compósitas de veículos e construçãotendo uma densidade menor que 1,6 gramas por cm . Em um aspecto, osmétodos compreendem misturar resina de poliéster insaturado determofixação, um monômero olefinicamente insaturado capaz decopolimerizar com a resina de poliéster insaturado, um aditivo termoplásticode perfil baixo, iniciador de radical livre, agente espessante de óxido ouhidróxido de alcalino-terroso, e uma composição de carga de compósito denanoargila. De acordo com um aspecto, o compósito de nanoargila é providocomo uma composição pré-formada. De acordo com outro aspecto, ocompósito de nanoargila é formado in situ a partir de materiais precursores.
De acordo com um aspecto do método, os vários materiais departida são misturados para formar uma pasta que é distribuída em um filmede suporte acima e abaixo de um leito de mecha cortada, formando folha demoldagem. De acordo com um aspecto, a folha de moldagem é envelopadaem um filme de suporte e consolidada. De acordo com outros aspectos dainvenção, a folha é amadurecida até uma viscosidade de moldagem de 3milhões a 70 milhões de centipoises ser atingida e a folha não é pegajosa.Após a consolidação, a folha é destacada do filme de suporte.
De acordo com vários aspectos do método da invenção, a folhaconsolidada é moldada em partes de compósitos a serem montados emveículos. As folhas podem ser moldadas em materiais de construçãocompósitos. De acordo com um aspecto do método, as folhas são colocadasem um molde aquecido e comprimidas sob pressão até um fluxo uniforme deresina, carga e vidro ocorrer para fora das bordas da referida parte. A tabela 3demonstra o desempenho do SMC da invenção em várias temperaturas demoldagem. De acordo com um aspecto, a folha é aquecida no molde a umatemperatura de 121 a 151 0C. De acordo com um aspecto preferido, a folha éaquecida a uma temperatura de 132 0C a 143 0C. De acordo com um aspectomais preferido, a folha é aquecida a uma temperatura de 135 0C a 140,5 0C. Atabela 4 demonstra o desempenho de SMC da invenção em várias pressões demoldagem. Em um aspecto, as folhas são moldadas a uma pressão de 14,06kg/cm a 98,4 kg/cm , preferivelmente de 28 a 56 kg/cm .
De acordo com aspectos preferidos, a pasta é composta decomponentes auxiliares que podem incluir cargas minerais, cargas orgânicas,monômeros auxiliares, modificadores de impacto de borracha, reforçadores deresina, iniciadores orgânicos, estabilizadores, inibidor, espessadores,promotores de cobalto, agentes nucleantes, lubrificantes, plastificantes,extensores de cadeia, colorantes, agentes de liberação de molde, agentesantiestáticos, pigmentos, retardantes de chama, e suas misturas.
A descrição acima da invenção ilustra e descreve a presenteinvenção. Além disso, a descrição mostra e descreve somente as formas derealização preferidas da invenção mas, como acima mencionado, deve-seentender que a invenção é capaz de uso em várias outras combinações,modificações e meios e é capaz de mudanças ou modificações no escopo doconceito inventivo como aqui expressado, de acordo com os ensinamentosacima e/ou a especialização ou conhecimento da arte relevante. As formas derealização descritas acima são ainda destinadas a explicar os melhores modosbem conhecidos de prática da invenção e para permitir a outros versadosusarem a invenção em tal, ou em outras, formas de realização e com as váriasmodificações requeridas pelas aplicações particulares ou usos da invenção.Assim, a descrição não se destina a limitar a invenção na forma descrita aqui.Também, pretende-se que as reivindicações anexas sejam construídas paraincluir as formas de realização alternativas.
INCORPORAÇÃO POR REFERÊNCIA
Todas as publicações, patentes e publicações de pedidos depatente pré-concedidas, citadas no relatório são aqui incorporados porreferência, e para qualquer um e todos os fins, como se cada publicaçãoindividual ou pedido de patente fosse especificamente e individualmenteindicado para ser incorporado por referência. Particularmente, pedidos co-pendentes (números de série ainda não designados, números do Agente20435-00167 e 20435-00169) são especificamente incorporados porreferência. No caso de inconsistências, a presente descrição irá prevalecer.<table>table see original document page 24</column></row><table><table>table see original document page 25</column></row><table>