ES2340950T3 - Estructura plana compuesta de un esamblaje cohesivo de celdas celulares contiguas. - Google Patents

Abstract

Estructura plana compuesta de un ensamblaje cohesivo de celdas celulares contiguas que tienen cualquier sección transversal y paredes esencialmente paralelas de una celda a otra, caracterizada porque las paredes de las celdas comprenden al menos dos porciones basadas en diferentes composiciones poliméricas (A, B), siendo la unión entre dichas porciones sustancialmente paralela al plano de la estructura.

Description

Estructura plana compuesta de un ensamblaje cohesivo de celdas celulares contiguas.

La presente invención se refiere a una estructura plana compuesta de un ensamblaje cohesivo de celdas celulares contiguas (o panal de abejas), y a un procedimiento y a un dispositivo que son adecuados para fabricar tal estructu-
ra.

En muchas aplicaciones industriales, tales como, por ejemplo, paneles para edificios, o paneles para el forrado interno de vehículos terrestres, acuáticos o aéreos, es deseable tener paneles de materiales compuestos que tienen un peso ligero y son baratos, mientras que todavía tienen buenas propiedades mecánicas, en particular con respecto a su resistencia a impactos y resistencia a la flexión. Preferiblemente, estas propiedades mecánicas no se deben ver afectadas excesivamente por temperaturas de alrededor de 60 a 100ºC, las cuales se alcanzan habitualmente cerca de dispositivos de propulsión o de calentamiento, o también cuando un vehículo o una pared no ventilada se expone al sol. Tales paneles que son muy adecuados son aquellos que tienen un núcleo de panal de abejas.

Para que sean económicamente rentables, estos paneles se deben producir con procesos rápidos simples que incluyen el menor número posible de etapas y, desde este punto de vista, la elección de polímeros (particularmente polímeros termoplásticos) como materiales constituyentes es también juiciosa. Esto es debido a que, dada su termoplasticidad, estos materiales se pueden diseñar en una estructura de panal de abejas en una única etapa, o como mucho en dos etapas.

De este modo, un procedimiento para fabricar estructuras celulares mediante extrusión continua se ha propuesto en la Solicitud FR 2.760.999, que describe el preámbulo de la reivindicación 1, mientras que la Solicitud WO 00/32382, a nombre del Solicitante, describe un procedimiento para obtener tales estructuras mediante termoconformado y plegamiento de una lámina previamente formada.

Para satisfacer los criterios de resistencia a impactos y rigidez, a menudo las estructuras de tipo panal de abejas se cubren en ambos lados de sus planos con cubiertas hechas de diversos termoplásticos, a fin de producir paneles. Para ensamblar tales paneles, es práctica general usar un adhesivo (documento WO 00/32382) o usar métodos de soldadura térmica (documento FR 2.760.999) o de radiación electromagnética (documento WO 2005/014265).

Sin embargo, en ambos casos es necesario que los polímeros que forman el panal de abejas y las cubiertas sean de la misma familia química o se adhieran entre sí. Cuando la adhesión es insuficiente, es necesario usar, como inserto, una película adhesiva o película "no tejida" que sirve como superficie de anclaje entre las dos familias de productos. Actualmente, los panales de abeja siempre están compuestos de un único polímero o una única formulación polimérica, lo que requiere el uso de películas de inserto cada vez que se producen paneles de estructura compleja. Este es el caso, por ejemplo, cuando se unen cubiertas hechas de PP reforzado con fibra de vidrio a panales de abeja de PP o PVC, o cuando las cubiertas de PVC o de poliéster se unen a panales de abeja de PO. Ahora, el uso de una película de inserto a menudo es caro y requiere una etapa adicional de sujetar la película a las cubiertas.

El objeto de la presente invención es resolver este problema proponiendo una estructura de panal de abejas particular que puede ser adecuada para la sujeción de las cubiertas que tienen una naturaleza diferente del material constituyente principal de las celdas.

Un objeto de la presente invención es por lo tanto una estructura plana compuesta de un ensamblaje cohesivo de celdas celulares contiguas que tienen cualquier sección transversal y paredes esencialmente paralelas de una celda a otra, caracterizada porque las paredes de las celdas comprenden al menos dos porciones basadas en composiciones poliméricas diferentes, siendo la unión entre dichas porciones sustancialmente paralela al plano de la estructura según la reivindicación 1.

El término "celdas" se entiende que significa celdas abiertas o cerradas que tienen cualquier sección transversal, generalmente una sección transversal circular o hexagonal, con paredes esencialmente paralelas de una celda a la otra. En el caso de celdas hexagonales, por ejemplo, esto se entiende que significa que las porciones de paredes homólogas son paralelas de una celda a la otra.

Según la invención, estas paredes comprenden al menos dos porciones basadas en diferentes composiciones poliméricas, cuya unión es sustancialmente paralela al plano de la estructura. Por lo tanto, cada celda es como si estuviera formada por al menos dos celdas diferentes que están superpuestas y soldadas juntas.

La expresión "composición polimérica" se entiende que significa una composición que comprende al menos un polímero y opcionalmente uno o más aditivos.

El polímero puede ser cualquier polímero o elastómero termoplástico, ya sea un homopolímero o copolímero (especialmente un copolímero binario o ternario), y también una mezcla de tales polímeros. Los ejemplos de copolímeros usados son copolímeros al azar, copolímeros de bloques lineales, otros copolímeros de bloques y copolímeros de injerto.

En particular, es adecuado cualquier tipo de polímero o copolímero termoplástico cuyo punto de fusión está por debajo de la temperatura de descomposición. También es posible hacer uso de termoplásticos sintéticos que muestran polidispersidad en su peso molecular, y que tienen un intervalo de fusión que se extiende alrededor de al menos 10ºC. De este modo, se pueden usar los siguientes, pero sin estar limitados por ellos: poliolefinas, polihaluros de vinilo (PVC-PVDF), poliésteres termoplásticos, polifenilsulfonas (PPSU) alifáticas o aromáticas, policetonas, poliamidas (PA), policarbonatos y sus copolímeros.

Como aditivos posibles para estos polímeros, se puede hacer mención de pigmentos, cargas, especialmente cargas fibrosas o en partículas, estabilizantes, plastificantes, pirorretardantes, antioxidantes, agentes antiestáticos, agentes compatibilizantes, agentes de acoplamiento, agentes de soplado, etc.

En particular, el uso de un termoplástico con un agente de soplado (o espumante) hace posible obtener un elemento estructural de un peso particularmente ligero. El agente de soplado puede ser un agente de soplado "físico", es decir, un gas disuelto a presión en el material, que provoca que se expanda a medida que abandona la extrusora. Los ejemplos de tales gases son CO_{2}, nitrógeno, vapor de agua, hidrofluorocarbonos (tales como la mezcla vendida por Solvay con el nombre comercial OLKANE® XG87, que comprende 87% de CF_{3}CH_{2}F en peso y 13% de CH_{2}CH_{3} en peso), hidrocarburos (tales como butanos o pentano), o una mezcla de los mismos. También puede ser lo que se denomina un agente de soplado "químico", es decir, una sustancia (o una mezcla de sustancias) disuelta o dispersa en el material, que, bajo el efecto de la temperatura, libera el gas o gases que se usarán para la expansión. Los ejemplos de tales sustancias son azodicarbonamida y mezclas de bicarbonato sódico/ácido cítrico. También puede ser adecuada una mezcla de los dos tipos de agente de soplado.

Con el fin de reforzar y/o reducir el coste de la estructura, se pueden añadir como cargas partículas de celulosa a los polímeros termoplásticos. La expresión "partículas de celulosa" se entiende en particular que significa serrín, harina de madera, fibras de madera, partículas de papel o de cartón, fibras vegetales tales como fibras de lino, de algodón o de bambú, desecho de paja, y sus mezclas. Tales partículas tienen preferiblemente una dimensión más larga (longitud) de alrededor de 0,1 a 3 mm de media. Es deseable que el contenido de agua no supere el 15% en peso. Para mejorar la adhesión de las partículas de celulosa al termoplástico constituyente, puede ser útil compatibilizarlos, por ejemplo mediante la adición de una pequeña cantidad de agentes compatibilizantes tales como organosilanos insaturados (viniltrietoxisilano, \gamma-metacriloxipropiltrimetoxisilano, etc.), y también posiblemente uno o más peróxidos. El efecto de tales agentes compatibilizantes se puede potenciar además mediante el uso combinado de pequeñas cantidades de agentes reticulantes adecuados, por ejemplo triacrilatos, tetraacrilatos o pentaacrilatos de polioles. Otro método de compatibilización consiste en usar un termoplástico que comprende uno o más polímeros modificados para mostrar una mayor afinidad con respecto a las partículas de celulosa, tal como poliolefina injertada con anhídrido maleico.

La concentración de partículas de celulosa en el termoplástico es generalmente al menos 15 partes, preferiblemente al menos 50 partes, en peso (por 100 partes en peso de termoplástico). Además, esta concentración es generalmente como máximo 250 partes, y preferiblemente como máximo 150 partes.

Las celdas de la estructura según la invención pueden comprender tres porciones basadas en al menos dos composiciones poliméricas diferentes, cuyas uniones son sustancialmente (es decir, hasta dentro de unos pocos grados y alrededor de al menos 75%, o incluso al menos 90%, de su longitud) paralelas al plano de la estructura. Una estructura que es muy adecuada es aquella en la que la pared de cada celda está formada por tres porciones, con una porción central de una composición dada, y dos porciones extremas. Preferiblemente, las dos porciones extremas se basan en la misma composición, que es diferente de la de la porción central. Preferiblemente, las porciones extremas son porciones minoritarias en términos de extensión (y por lo tanto representan menos de 50% de la altura de la pared), y representan, por ejemplo, menos de 30%, preferiblemente menos de 10%, e incluso más preferiblemente menos de 1%, de la altura de la pared.

Según una variante de la invención, las porciones extremas se basan en una composición polimérica que tiene un módulo de flexión diferente del de la composición polimérica de la porción central. Esto es debido a que, para algunas aplicaciones, puede ser ventajoso, a fin de incrementar la resistencia a la flexión de la estructura, usar, para las dos porciones extremas, una composición polimérica que tiene un módulo de flexión mayor que el de la composición polimérica usada para la porción central. Por el contrario, en particular para incrementar la resistencia a impactos, y para dar a la estructura una sensación "blanda", puede ser ventajoso usar, para las dos porciones extremas, una composición polimérica que tiene un módulo de flexión menor que el de la composición polimérica usada para la porción central.

Como se menciona anteriormente, el papel de estas porciones extremas puede ser promover la adhesión de las cubiertas en cada lado de la estructura. También puede demostrarse beneficioso, para algunas aplicaciones, simplemente desear proteger las celdas de cualesquiera golpes y contaminaciones antes de que las cubiertas se unan. En este caso, el polímero que constituye las porciones externas se elegirá para que sea capaz de separarse mediante deslaminación desde la porción central (es decir, despegándolo mecánicamente de ella sin dañarla) justo antes de que se coloquen las cubiertas.

Cuando las porciones externas están destinadas a servir como capa adhesiva para las cubiertas, las composiciones poliméricas usadas en estas capas comprenden preferiblemente adhesivos de coextrusión. Será preferible elegir los copolímeros o terpolímeros vendidos con el nombre comercial LOTADER®, poliolefinas injertadas con anhídrido maleico, vendidas con el nombre comercial PRIEX®, o ionómeros también vendidos con el nombre comercial PRIEX®.

También se debería observar que todas las celdas de la estructura no tienen necesariamente la misma composición. De este modo, por ejemplo, algunas celdas pueden tener al menos una porción que difiera en naturaleza de sus vecinas.

La presente invención también se refiere a un procedimiento para fabricar estructuras celulares como se describe anteriormente, y que consiste en alimentar una matriz aguas arriba por medio de un bloque de alimentación de coextrusión (tal como el descrito en la patente US 4.657.497 a nombre del Solicitante), alimentando dicha matriz aguas arriba a una matriz aguas abajo (tal como la descrita en la patente FR 2.760.999) con al menos dos bandas yuxtapuestas (superpuestas de polímeros). La matriz aguas arriba distribuye el termoplástico en el estado fundido a lo largo de una lámina plana sobre la anchura de la entrada en la matriz aguas abajo. Esta última se usa para conformar la lámina plana del fundido, producido por la matriz aguas arriba, en un perfil tridimensional, proporcionando el elemento estructural.

En otras palabras, la presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de una estructura como se describe anteriormente, según la reivindicación 6, procedimiento el cual comprende las siguientes etapas:

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se alimenta una primera matriz plana, por medio de un bloque de coextrusión, con al menos dos composiciones poliméricas diferentes, y, mediante esta matriz, se fabrica una lámina plana de fundido polimérico, que comprende dos bandas soldadas basadas en dichas composiciones; y

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esta lámina se convierte, por medio de una segunda matriz, en un perfil tridimensional que, tras enfriar, constituye la estructura.

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Otra manera de satisfacer la invención es usar, como matriz plana aguas arriba, una matriz plana de "múltiples canales", que comprende al menos dos canales separados que se unen justo antes de la entrada del fundido en la matriz aguas abajo; tales matrices se describen, por ejemplo, en "Polymer Extrusion" por Chris Rauwendaal, Hanser Publishers, p. 455-6 (1990, edición reimpresa).

En otras palabras, la presente invención también se refiere a un procedimiento para la fabricación de una estructura como se describe anteriormente, según la reivindicación 9, procedimiento el cual comprende las siguientes etapas:

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se alimenta una segunda matriz, por medio de una primera matriz plana, con dos corrientes planas contiguas basadas en dos composiciones poliméricas fundidas diferentes; y

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estas dos corrientes se convierten, por medio de una segunda matriz, en un perfil tridimensional el cual, tras enfriar, constituye la estructura.

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Finalmente, la presente invención también describe un dispositivo para implementar el procedimiento como se describe anteriormente.

La presente invención se ilustra de manera no limitante mediante las Figuras 1 a 5.

La Figura 4 ilustra una extrusora de 30 mm de diámetro y una extrusora de 20 mm de diámetro que alimentan, con PVC natural (capa A) y con PVC negro (capa B), respectivamente, un bloque de alimentación de coextrusión como se describe en las Figuras 2, 3 y 4 de la patente US 4.657.497. Este bloque alimenta una corriente de material de tres capas B/A/B (véase la Figura 1) en una matriz aguas arriba, que es una matriz plana de 4 cm de anchura adecuada para el flujo de PVC. Esta matriz aguas arriba convierte la corriente de tres capas en una banda plana compuesta de tres capas B/A/B de fundidos poliméricos (véase la Figura 2), que se alimentan en una matriz aguas abajo; esta última convierte la banda de tres capas plana en bandas verticales compuestas de tres bandas de materiales B/A/B (véase la Figura 3). Estas bandas se sueldan juntas, al salir de la matriz aguas abajo, mediante un sistema para crear una presión/vacío alternativo entre dos bandas adyacentes, para proporcionar un panal de abejas, cuyo polímero B está sobre las dos superficies del panal de abejas, y cuyo polímero A está en el centro de las paredes verticales (véase la Figura 5). La relación de las alturas de las bandas A y B es proporcional a la relación de las producciones de las extrusoras que alimentan el polímero A y el polímero B moduladas según la elección de geometría del bloque de alimentación y las diferencias de viscosidad de los polímeros A y B. Las cubiertas externas se pueden depositar entonces sobre el polímero B, en cada lado del panel de abejas, mediante cualquier proceso continuo o discontinuo conocido, especialmente mediante prensado o laminación en caliente, sobre el panal de abejas, mediante soldadura usando un haz de láser.

Claims (9)

1. Estructura plana compuesta de un ensamblaje cohesivo de celdas celulares contiguas que tienen cualquier sección transversal y paredes esencialmente paralelas de una celda a otra, caracterizada porque las paredes de las celdas comprenden al menos dos porciones basadas en diferentes composiciones poliméricas (A, B), siendo la unión entre dichas porciones sustancialmente paralela al plano de la estructura.

2. Estructura según la reivindicación anterior, caracterizada porque las paredes de las celdas comprenden tres porciones basadas en al menos dos composiciones poliméricas diferentes, cuyas uniones son sustancialmente paralelas al plano de la estructura.

3. Estructura según la reivindicación anterior, caracterizada porque las paredes de las celdas comprenden una porción central de una composición dada y dos porciones extremas basadas en la misma composición, pero diferente de la de la porción central.

4. Estructura según la reivindicación anterior, caracterizada porque las porciones extremas son porciones minoritarias en términos de extensión, y por lo tanto representan menos de 50% de la pared de las celdas.

5. Estructura según la reivindicación 3 ó 4, caracterizada porque las porciones extremas se basan en una composición polimérica que tiene un módulo de flexión diferente del de la composición polimérica de la porción central.

6. Estructura según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizada porque las porciones extremas se pueden separar mediante deslaminación desde la porción central.

7. Estructura según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, caracterizada porque las composiciones poliméricas usadas en las porciones extremas comprenden adhesivos de coextrusión.

8. Procedimiento para fabricar una estructura según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

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se alimenta una primera matriz plana, por medio de un bloque de coextrusión, con al menos dos composiciones poliméricas diferentes, y, mediante esta matriz, se fabrica una lámina plana de fundido polimérico, que comprende dos bandas soldadas basadas en dichas composiciones; y

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esta lámina se convierte, por medio de una segunda matriz, en un perfil tridimensional que, tras enfriar, constituye la estructura.

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9. Procedimiento para fabricar una estructura según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

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se alimenta una segunda matriz, por medio de una primera matriz plana, con dos corrientes planas contiguas basadas en dos composiciones poliméricas fundidas diferentes; y

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estas dos corrientes se convierten, por medio de una segunda matriz, en un perfil tridimensional el cual, tras enfriar, constituye la estructura.