ES2625466T3 - Material compuesto que contiene fibras naturales - Google Patents

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Abstract

Material compuesto que contiene - del 15 al 60 % en peso de fibras de fuentes naturales, - del 80 al 35 % en peso de poliamidas, - del 0,1 al 30 % en peso de aditivos, en el que las poliamidas tienen un punto de reblandecimiento por debajo de 220 ºC, una temperatura de deflexión térmica superior a 50 ºC y las poliamidas consisten en a) del 30 al 70 % en moles de ácidos grasos diméricos, b) del 30 al 70 % en moles de ácidos dicarboxílicos alifáticos, c) del 70 al 98 % en moles de diaminas alifáticas, d) hasta el 20 % en moles de diaminas cicloalifáticas e) hasta el 20 % en moles de diaminas de poliéter, caracterizado por que los ácidos dicarboxílicos alifáticos se seleccionan entre ácidos dicarboxílicos C10 a C18 lineales, no ramificados, por lo que el número medio ponderado de átomos de C se encuentra entre 11,5 y 14,5, la suma del % molar para ácidos y amina cada uno llega a 100.

Description

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DESCRIPCION
Material compuesto que contiene fibras naturales
La presente invencion se refiere a materiales compuestos, que estan basados en poliamidas como compuesto de matriz y fibras naturales. La invencion tambien incluye molduras fabricadas a partir de dichos materiales compuestos, que son estables frente a la humedad y temperatura elevada.
El documento EP 1129139 describe composiciones para ser procesadas en forma fundida. Incluiran fibras organicas que estan embebidas en polfmeros naturales como el almidon o material celulosico. Estas mezclas tienen algunas desventajas en el procesamiento, por lo que de acuerdo con la invencion se tiene que anadir goma laca como aditivo de procesamiento. Las piezas formadas por estos componentes no son muy estables frente a las condiciones de intemperie y humedad.
El documento US 5.317.037 se refiere a composiciones moldeables por fusion que pueden estar en forma de artfculos utiles que tienen una resistencia suficiente en un ambiente seco. La composicion contiene fibras organicas y aglomerantes fusibles solubles en agua. Como aglomerantes se describen polfmeros naturales como el azucar, la polidextrosa, la gelatina, el gluten, la hidroximetilcelulosa, la goma arabiga y el almidon. Dichos polfmeros seran solubles en agua a fin de que dichas composiciones se desintegren rapidamente y se degraden en un ambiente humedo.
El documento WO2008/107615 desvela composiciones que contienen poliamidas, acido polilactico, opcionalmente un agente para una mejor compatibilidad y fibras naturales o sinteticas. El acido polilactico como polfmero contiene muchos grupos polares, por lo que la estabilidad contra la humedad es baja. Ademas, las propiedades mecanicas de dichas piezas formadas no cumplen muchos requisitos.
El documento WO2008/064950 desvela piezas moldeadas fabricadas de polfmeros de tipo de fusion en caliente. Tambien se describen poliamidas espedficas, pero no se mencionan composiciones que contengan fibras. Las piezas moldeadas tendran la capacidad de fundirse en un extremo para que se puedan pegar a superficies metalicas.
El documento WO 00/59989 desvela una sustancia de material compuesto fibroso a base de fibras naturales y en un material de matriz que contiene termoplasticos oleoqmmicos con un punto de fusion que es inferior a 200 °C. Dicho termoplastico oleoqmmico consiste esencialmente en poliesteres, poliamidas y/o poliesteramidas a base de materiales renovables.
Las poliamidas se conocen en diferentes composiciones. De acuerdo con su estructura qrnmica, pueden tener puntos de reblandecimiento en una amplia gama. Un problema principal de dichas poliamidas es una temperatura de fusion relativamente alta. Esto es importante, ya que para muchas aplicaciones se utilizan poliamidas en un proceso de moldeo por inyeccion. En este proceso es ventajoso tener un punto de fusion mas bajo, de modo que se puedan ahorrar costes energeticos. Adicionalmente, la viscosidad de dichos polfmeros sera menor, lo que influye en el proceso de fabricacion. Por otro lado, si las piezas fabricadas a partir de dichas poliamidas se usan en la practica, deben tener propiedades estables incluso a temperatura mas alta. Si el punto de reblandecimiento es bajo, la estabilidad mecanica de dichas piezas disminuira, por ejemplo, dichas piezas no son utilizables en las proximidades de maquinas que desprenden calor. Por lo tanto, el uso de dichas piezas fabricadas de poliamidas es limitado. Es conocido el uso de piezas componentes que tienen que realizar una variedad de funciones compuestas de dos o mas capas que tienen que estar unidas entre sf en una superficie de union. Esto requiere dos materiales diferentes, los materiales basicos son caros y ademas su fabricacion es diffcil.
Se conocen las fibras a base de aceite. Pero la composicion y la superficie a menudo dan lugar a problemas en la adhesion a un material de matriz. Las fibras naturales tienen menos variaciones qrnmicas en la superficie, por lo que muestran una buena adhesion a los polfmeros polares. Dichas fibras de origen natural pueden ser susceptibles al agua. Esta humedad puede influir en las propiedades mecanicas del material.
La presente invencion tiene el objeto de preparar un material compuesto a base de fibras de fuentes naturales y poliamidas para preparar composiciones que se pueden fabricar por un proceso de moldeo por inyeccion. Adicionalmente, la composicion sera estable y no se deteriorara bajo el regimen de temperaturas requerido por el proceso de fabricacion.
Otro objeto de la presente invencion es proporcionar artfculos moldeados fabricados a partir de dichas composiciones moldeables por fusion que han de ser estables frente a la temperatura y condiciones ambientales humedas. Dichas piezas de material compuesto deberan ser mecanicamente estables bajo las condiciones de uso y presentar una resistencia mecanica y rigidez excelentes. Mas espedficamente, es un objeto de la invencion preparar una composicion que se pueda conformar en un artfculo moldeado con una estabilidad de modo que se pueda utilizar a temperatura elevada sin fallo mecanica.
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El objeto se consigue mediante un material compuesto que contiene (i) del 15 al 60 % en peso de fibras procedentes de fuentes naturales, (ii) del 80 al 35 % en peso de poliamidas, (iii) del 0,1 al 30 % en peso de aditivos, en el que las poliamidas tienen un punto de reblandecimiento por debajo de 220 °C, una temperatura de deflexion termica superior a 50 °C y las poliamidas consisten en (a) el 30 al 70 % en moles de acidos grasos dimericos, (b) el 70 al 30 % en moles de acidos dicarboxflicos alifaticos, (c) el 98 al 70 % en moles de diaminas alifaticas, (d) hasta el 20 % en moles de diaminas cicloalifaticas, (e) hasta el 20 % en moles de polieter diaminas, caracterizado por que los acidos dicarboxflicos alifaticos se seleccionan entre acidos dicarboxflicos lineales no ramificados C10 a C18, con lo que el numero medio ponderado de atomos de C esta entre 11,5 a 14,5 y cada uno de la suma del % en moles es del 100 %.
El material compuesto de acuerdo con la invencion incluye fibras y una resina de poliamida. Como fibras se utilizan las fibras naturales conocidas. Por razones de aplicacion, se prefiere que las fibras esten secas y no contengan mucha agua. Las fibras deberan ser de longitudes cortas, lo que significa que las longitudes deberan ser tales que el material compuesto pueda procesarse mediante un proceso de moldeo por inyeccion. El segundo compuesto requerido es la resina de poliamida. La resina de poliamida puede estar compuesta de materias primas conocidas. Pero se requiere que la estabilidad termica de este polfmero sea alta, pero por otra parte la viscosidad en estado fundido debe ser baja. La estabilidad termica puede medirse por la temperatura de deflexion termica como valor tecnico para dicha propiedad. Los acidos carboxflicos de la poliamida se seleccionaran para conseguir una alta temperatura de deflexion termica de la poliamida.
La composicion segun la invencion contiene poliamidas. De acuerdo con la invencion, el polfmero y sus monomeros se seleccionan de manera que el material compuesto muestre estabilidad frente a condiciones humedas con menos degradacion o perdida de propiedades mecanicas. Adicionalmente, con el fin de obtener piezas moldeadas estables para su uso a temperatura elevada, se requiere que el debilitamiento mecanico del compuesto polimerico se desplace a temperatura elevada. Esta caractenstica es opuesta a la exigencia de un facil procesamiento de la mezcla para formar los artfculos, que generalmente se seleccionaran para bajar la temperatura. Por lo tanto, los componentes qrnmicos de la poliamida se tienen que seleccionar para ser adecuados para la aplicacion prevista.
La poliamida contiene acidos grasos dimericos. Los acidos grasos dimericos o polimericos, en el contexto de la presente invencion, son aquellos acidos grasos que se preparan de una manera conocida mediante la dimerizacion de acidos grasos insaturados de cadena larga obtenidos a partir de materias primas naturales y posteriormente se purifican por destilacion. Los acidos grasos dimericos de calidad tecnica contienen, dependiendo del grado de pureza, hasta el 10 % en peso de acidos grasos monobasicos, mas del 70 % en peso de acidos grasos dibasicos C36 (acidos grasos dimericos en el sentido mas estricto) y hasta el 20 % en peso de acidos grasos polibasicos C54 y superiores (acidos grasos trimericos). Las proporciones relativas de acidos grasos monomericos, dimericos y trimericos en la mezcla polimerica de acidos grasos dependen de la naturaleza de los compuestos de partida usados y de las condiciones de polimerizacion, dimerizacion u oligomerizacion y del grado de separacion por destilacion. Los acidos grasos dimericos purificados por destilacion contienen al menos el 80 % en peso y frecuentemente el 9599 % en peso de acidos grasos dimericos. En una etapa adicional del proceso, estos acidos grasos dimericos tambien pueden estar hidrogenados.
Ademas de los acidos grasos dimericos, el componente acido de la poliamida contendra acidos dicarboxflicos C10- C18. Ejemplos de estos tipos de acidos dicarboxflicos son el acido decandicarboxflico, el acido dodecanodicarboxflico, el acido tridecandicarboxflico, el acido tetradecandicarboxflico, el acido octadecandicarboxflico u otros diacidos homologos o mezclas de los acidos dicarboxflicos mencionados anteriormente. Para conseguir el punto de fusion mas bajo y una temperatura de deflexion termica mas alta, se prefiere que el numero medio ponderado de atomos de C de la mezcla de acidos dicarboxflicos C10 a C18 este entre 11,5 a 14,5.
El numero medio ponderado se calcula segun la formula:
Numero medio ponderado de atomos de C = (suma de % en moles x atomos de C del acido
dicarboxftico): 100
Si el numero medio de atomos de C es demasiado alto, las propiedades mecanicas a temperatura mas alta son excelentes, pero la viscosidad y el punto de reblandecimiento son demasiado altos, por lo que la procesabilidad es mala. Si el numero de atomos de C es menor, la viscosidad se reduce, pero el polfmero muestra una mayor fragilidad a baja temperatura, lo que limita la aplicacion de las piezas formadas resultantes. Una realizacion preferida selecciona los atomos de C medios ponderados de 12 a 14. Otra realizacion preferida contiene al menos el 85 % en peso de acido dicarboxflico C12/C14 (relacionado con dichos diacidos (b)).
Ademas, la poliamida puede contener hasta el 10 % en moles de acidos dicarboxflicos C2 a C8.
El componente de diamina contiene una o mas diaminas alifaticas, que preferentemente tiene un numero par de atomos de carbono, en el que los grupos amino estan en el extremo de las cadenas de carbono. Las diaminas alifaticas pueden contener de 2 a 20 atomos de carbono, en las que la cadena alifatica puede ser ramificada o
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preferentemente lineal. Ejemplos espedficos son etilendiamina, dietilentriamina, dipropilentriamina, 1,4- diaminobutano, 1,3-pentanodiamina, metilpentanodiamina, hexametilendiamina, trimetilhexametilendiamina, 2-(2- aminometoxi) etanol, 2-metilpentametilendiamina, diaminodipropilmetilamina, 1,12-diamino-dodecano. Las diaminas alifaticas preferidas son diaminas C2 a C8 que tienen un numero par de atomos de carbono u oligomeros de las mismas que contienen de 2 a 5 de dichas unidades. El componente amino tambien contendra diaminas alifaticas dclicas, tales como 1,4-ciclohexanodiamina, 4,4-diaminodiciclohexilmetano, ciclohexanobis-(metilamina), o isoforona diamina, o mezclas de los mismos. Dichas diaminas contendran al menos dos grupos NH reactivos. El peso molecular de dichas diaminas esta entre 80 g/mol y 300 g/mol aproximadamente.
Una poliamida adecuada contendra del 70 al 98 % en moles de diaminas alifaticas y hasta un 20 % en moles de diaminas cicloalifaticas. Preferentemente, las poliamidas deben contener del 80 al 95 % en moles de diaminas alifaticas lineales de C2 a C20. Particularmente preferidas son las poliamidas que contienen al menos del 50 al 95 % en peso, mas preferentemente del 60 al 95 % en peso (relacionadas con todas las diaminas), de diaminas de C2 a C4. Otra realizacion adicionalmente contendra del 0 al 20, preferentemente del 1 al 15% en peso de diaminas dimericas de C12 a C18, otra realizacion opcionalmente puede contener del 0 al 20 % en peso de aminas dimericas hasta C54.
Ademas, el componente amino puede contener diaminas de polioxialquileno, tales como diamina de polioxietileno, diamina de polioxipropileno o tambien se pueden utilizar bis-(diaminopropil)-politetrahidrofurano. Se prefieren particularmente las polioxialquilendiaminas tambien conocidas como "Jeffamines" (nombre comercial de Huntsman Co.). El peso molecular de las diaminas utilizadas esta entre 100 y 4000 g/mol, preferentemente entre 400 y 2000 g/mol. La cantidad de dicha polioxialquilendiamina esta comprendida entre el 0 y el 15 % en moles, preferentemente entre el 0,5 y el 15 % en moles.
Los acidos dicarboxflicos se utilizan en un ligero exceso con respecto a las diaminas, de tal manera que se obtienen poliamidas carboxilo terminales, pero tambien son adecuados los polfmeros amino terminales. Una realizacion preferida de poliamidas adecuadas de acuerdo con la invencion se produce a partir de
- del 70 al 30 % en moles, de acido graso dimetrico,
- del 30 al 70 % en moles de uno o mas acidos dicarboxflicos C10-C18,
- del 70 al 98 % en moles de al menos una diamina alifatica inferior a C20,
- del 0 al 15 % en moles de al menos diaminas grasas dimericas hasta C54,
- del 1 al 15 % en moles de una o mas diaminas cicloalifaticas
- del 0,5 al 15 % en moles de diaminas de polieter,
en el que la suma total de diaminas utilizadas es del 100 % en moles, la suma total de acidos carboxflicos utilizados es del 100 % en moles, y el numero medio ponderado de atomos de C de dichos acidos esta comprendido entre 11,5 y 14,5.
El peso molecular de las poliamidas a utilizar segun la invencion es de aproximadamente 100.000 a 2.000.000 g/mol, preferentemente mas de 300.000 g/mol, con especial preferencia entre 500.000 y 15.000.000 g/mol (peso molecular promedio en peso, Mw). La viscosidad de las poliamidas a utilizar de acuerdo con la invencion esta entre 1000 y 50.000 mPa.s, preferentemente entre 3000 y 30.000 mPa.s, medido a 225 °C.
El punto de reblandecimiento de la poliamida esta por debajo de 220 °C, preferentemente de 170 °C a 200 °C. Se requiere que la poliamida tenga una temperatura de deflexion termica (HDT) por encima de 50 °C. Preferentemente, la temperatura de deflexion termica es superior a 65 °C. Si la temperatura de deflexion termica es menor, la estabilidad del material compuesto es demasiado baja. En tal caso, el uso de las molduras es menos adecuado en un entorno que esta sujeto a una temperatura mas alta. La temperatura de deflexion termica se puede mejorar con una mayor cantidad de acidos dicarboxflicos y/o por un numero medio ponderado de atomos de C mas alto. La temperatura de deflexion termica sera inferior a 120 °C. Si es demasiado alta, la viscosidad se vera influida por valores muy altos con efectos perjudiciales para el proceso de moldeo por inyeccion.
Se prefiere que la poliamida tenga una temperatura de transicion vttrea (Tg) entre -10 y 25 °C (Tg medida por DSC). Por lo tanto, la flexibilidad del polfmero es alta. Preferentemente, las poliamidas fundidas en caliente de acuerdo con la invencion no contienen disolventes.
El material compuesto de acuerdo con la invencion debera contener fibras de fuentes naturales. Las fibras de origen natural son productos que provienen preferentemente de plantas. Ejemplos de dichas fibras son el algodon, el yute, la linaza, el canamo, el liber, el sisal, el ramio, las fibras de coco, las fibras de yuca, la manila, el bagazo, las canas de esparto, la paja o la madera. Normalmente, dichas fibras contienen celulosa, lignina, protema o moleculas de almidon como material de fibra o en forma qdmicamente modificada. Dichas fibras son materiales delgados, flexibles, cuya direccion longitudinal es mucho mayor que su diametro.
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Las fibras deben tener una longitud de 1 a 50 mm, preferentemente de 2 a 30 mm. Es posible utilizar mezclas de diferentes tipos. Las fibras se pueden procesar, por ejemplo hilar, cortar o grapar, pero las fibras se podran mezclar uniformemente con la poliamida fundida. La cantidad de fibras en el material compuesto estara en el intervalo del 15 al 60 % en peso, preferentemente del 20 al 50 % en peso. Las fibras se pueden almacenar en un entorno normal. Preferentemente, el contenido de agua de las fibras, mas preferentemente antes de la elaboracion, sera inferior al 5 % en peso, particularmente por debajo del 1 % en peso.
En una realizacion preferida se seleccionan las fibras de origen animal o vegetal con una longitud de 1 a 50 mm. Aun mas preferidas, estas fibras se seleccionan entre fibras de celulosa, lana, algodon, linaza, lino, canamo, sisal, cocos o madera.
Ademas de la poliamida y de las fibras, un material compuesto segun la invencion contiene ademas diferentes aditivos en una cantidad del 0,1 al 30% en peso, preferentemente hasta el 25% en peso. Dichos aditivos se seleccionan para mejorar las propiedades espedficas de la composicion. Los ejemplos incluyen agentes de procesamiento, tales como estearatos, aceite de silicona y productos de adicion de oxido de etileno u oxido de propileno con alcoholes grasos; antioxidantes, como fenoles y/o tioeteres estericamente impedidos y/o benzotriazoles sustituidos o aminas estericamente impedidas del tipo HALS; promotores de la adhesion, por ejemplo, silanos que contienen grupos hidrolizables, como trialcoxisilanos hidroxi funcionales, (met)acriloxi funcionales, amino funcionales o epoxi funcionales, incluyendo grupos metoxi, etoxi, propoxi o butoxi; resinas adherentes, como resina sintetica o como resina natural, preferentemente acido abietico, esteres del acido abietico, resinas de terpeno, resinas de terpeno/fenol, poli-a-metilestireno o resinas de hidrocarburos alifaticos, aromaticos o aromaticos/alifaticos o resinas de cumarona/indeno; pigmentos o cargas, tales como oxidos, silicatos, sulfatos, fosfatos o carbonatos de Ti, Zr, Al, Fe, Mg, Ca, Ba o Zn, tales como dioxido de titanio, carbonato de calcio, oxido de aluminio, sflices tratadas, sflices precipitadas, sflices no tratadas, sflices pirogenas, perlas de vidrio huecas, talco, polvo de madera en forma de nanopartfculas o como polvos de menos de 5 pm de diametro. Ademas, pero como forma menos preferida, pueden anadirse fibras de origen qrnmico, por ejemplo fibras de vidrio, fibras de poliester, fibras de poliaramida o fibras de carbono.
Tambien se pueden utilizar aditivos que mejoran las propiedades espedficas del material compuesto, tales como modificadores de impacto convencionales para poliamidas, siendo sus ejemplos los copolfmeros de etileno-a-olefina (en particular EPM y EPDM) o copolfmeros de bloque de estireno-etileno-butileno (en particular SEBS); aditivos que dan a la composicion de moldeo propiedades antiestaticas o de conductividad electrica, por ejemplo, fibras de carbono, fibrillas de grafito, fibras metalicas, por ejemplo, fibras que comprenden acero inoxidable, polvo metalico o negro de humo conductor; retardantes de la llama, tales como hidroxido de magnesio, hidroxido de aluminio, cianurato de melamina, retardantes de la llama que contienen fosforo, compuestos aromaticos bromados; rellenos magneticos, por ejemplo, partfculas de ceramica o ferritas.
Ademas, el material compuesto puede contener otros polfmeros que son miscibles y extrudibles con la poliamida. Ejemplos de polfmeros distintos de poliamida o copoliamida incluyen poliester termoplastico, por ejemplo tereftalato de polietileno, tereftalato de polibutileno, tereftalato de polipropileno, 2,6-naftalato de polietileno, 2,6-naftalato de polipropileno, 2,6-naftalato de polibutileno o copoliesteres a base de estos; poliolefinas, por ejemplo polipropileno o polfmeros de recursos naturales, como el acido polilactico. Preferentemente, la cantidad de dichos otros polfmeros sera inferior al 15 % en peso de la composicion total.
La poliamida adecuada para la invencion puede fabricarse de acuerdo con procesos conocidos. El polfmero se puede enfriar y almacenar en una forma apropiada, por ejemplo, como granulos, polvo o en bloques. Este polfmero se puede volver a fundir y luego mezclarse y procesarse junto con las otras partes del material compuesto de la invencion.
El material compuesto de acuerdo con la invencion comprende
- del 15 al 60 % en peso de fibras de fuentes naturales,
- del 35 al 80 % en peso de poliamidas como se ha descrito anteriormente,
- del 0,1 al 25 % en peso de uno o mas aditivos,
en el que las poliamidas tendran un punto de reblandecimiento por debajo de 220 °C y una HDT por encima de 50 °C, preferentemente superior a 65 °C.
A partir de estos componentes se pueden preparar una composicion de acuerdo con la invencion. El proceso es conocido por una persona experta en la tecnica. El polfmero se puede fabricar y suministrar en forma fundida a un dispositivo mezclador, para mezclar la poliamida con los otros componentes. La mezcla puede enfriarse y almacenarse en una forma apropiada, por ejemplo bloques o granulos. Como alternativa, es posible fundir el polfmero y mezclarlo con los otros componentes en una extrusora y procesarlo directamente para formar artfculos conformados. Como el punto de reblandecimiento de la poliamida es bajo, las fibras naturales no se degradaran durante el procesamiento. Por lo tanto, es posible conseguir que el material compuesto no se oscurezca durante la fabricacion y el procesamiento.
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Generalmente, de estas composiciones se produce molduras por conformacion de la composicion fundida mediante el uso de fuerzas mecanicas dentro de un cierto intervalo de temperatura. Esta operacion se puede realizar por cualquier metodo de procesamiento conocido, por ejemplo por extrusion, moldeo por inyeccion, prensado, moldeo por transferencia y otros. Sin embargo, de acuerdo con la invencion, preferentemente la composicion de moldeo se convierte en molduras por moldeo por inyeccion a baja presion. Este ciclo de moldeo por inyeccion comprende las siguientes etapas individuales:
- El molde se cierra, una vez que las piezas a unir se han insertado,
- la composicion de moldeo fundido se inyecta en el molde hasta una presion de entre 0,5 y 100 bar (50 kPa-10 MPa), preferentemente de 1,0 a 50 bar (100 kPa-5 MPa), y opcionalmente se aplica presion de mantenimiento,
- se permite que la composicion de moldeo solidifique por enfriamiento,
- se abre el molde,
- las piezas moldeadas por inyeccion se retiran del molde.
Preferentemente, las molduras se producen por la fusion de la composicion de moldeo a temperaturas de 130 a 200 °C, la inyeccion de la masa fundida en moldes cerrados en un exceso de presion de 1 a 50 bar (100 kPa-5 MPa), y el desmoldeo de las piezas moldeadas enfriadas despues de un corto tiempo.
Los artfculos tambien mostraran una excelente temperatura de deflexion termica de mas de 50 °C. Ademas muestran una excelente flexibilidad en frio como se muestra por la temperatura de transicion vftrea. La resistencia qrnmica y mecanica es alta. Las piezas tambien permaneceran estables en su forma a temperatura elevada. Dado que el material compuesto se puede fundir y procesar, dichos artfculos pueden fabricarse en muchas formas diferentes. En una realizacion adicional de la invencion, las piezas moldeadas contendran otras piezas a unir por el molde de material compuesto.
Las molduras se pueden conformar en diferentes formas. Se pueden utilizar en la industria automotriz, como electrodomesticos, en la industria general. Las piezas formadas se pueden fabricar a una temperatura de procesamiento mas baja, pero las molduras son estables en un entorno que incluye condiciones mojadas y humedas y tambien temperatura elevada. Al seleccionar el material de poliamida en relacion con el material de fibra se incrementa la estabilidad termica y conformacional a temperatura elevada. Adicionalmente, la seleccion de las poliamidas en la mezcla compuesta se realiza de manera que no dane las fibras naturales por sus propiedades mecanicas o por el color. Si las materias primas de poliamida se seleccionan a partir de recursos naturales en combinacion con las fibras naturales, se puede preparar una moldura que solo necesita una pequena cantidad de ingredientes a base de aceite.
Definiciones:
Metodos de medicion para la invencion y los ejemplos.
Temperatura de transicion vftrea: DSC, DIN ISO 11357 Viscosidad: viscosfmetro Brookfield, DIN EN 2555
Peso molecular: promedio en masa, Mw, a medir por GPC con patron de poliestireno.
E-modulo (modulo de Young): EN ISO 14125
Resistencia a la traccion: EN ISO 527-1
Temperatura de deflexion termica (HDT): ISO 75
Punto de reblandecimiento: metodo de anillo y bola, ISO 4625-1
numero medio ponderado de atomos de C = (1% en moles * atomos de C del acido dicarboxflico): 100
[Ejemplo de calculo: composicion acida: 25 % en moles C10 + 50 % en moles C11 + 25 % en moles C16: 25 * 10 + 50 * 11 + 25 * 16:100 = 10 * 0,25 + 11 * 0,5 + 16 * 0,25 = 12,0]
Ejemplos
Poftmero 1 (comparativo):
Se produjo una poliamida de una manera conocida en la tecnica a partir de acido dodecanodioico al 41 % en moles, acido graso dimerico al 59 % en moles, piperazina al 23 % en moles, Jeffamine D 400 al 2 % en moles y etilendiamina al 75 % en moles por una reaccion de condensacion con eliminacion del agua de reaccion.
Esta poliamida presenta los siguientes valores caractensticos:
Mw = mas de 1.700.000 g/mol Viscosidad de fusion = 35.000 mPas (225 °C)
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
Punto de reblandecimiento = 190 °C HDT = 52 °C
Resistencia a la traccion = 14 N/mm2 Modulo de Young = 195 N/mm2
PoKmero 2 (comparacion):
Se produjo una poliamida de una manera conocida para una persona experta en la tecnica a partir de acido decanodioico al 100 % en moles, piperazina al 50 % en moles, Jeffamine D 400 al 30 % en moles y etilendiamina al 20 % en moles por una reaccion de condensacion con la eliminacion del agua de reaccion.
Esta poliamida presenta los siguientes valores caractensticos:
Mw = 13.000 g/mol
Viscosidad en estado fundido = 9000 mPas (225 °C)
Punto de reblandecimiento = 170 °C HDT = 45 °C
Resistencia a la traccion = 9 N/mm2 Modulo de Young = 90 N/mm2
Polfmero 3 (comparacion):
Se produjo una poliamida de una manera conocida en la tecnica a partir de acido dicarboxflico C9 el 41 % en moles, acido graso dimerico al 59 % en moles, piperazina al 42 % en moles, Jeffamine D 400 al 4 % en moles y etilendiamina al 54 % en moles mediante una reaccion de condensacion con la eliminacion del agua de reaccion.
Esta poliamida presenta los siguientes valores caractensticos:
Mw = 15.500 g/mol
Viscosidad en estado fundido = 4000 mPas (225 °C)
HDT = 47 °C
Punto de reblandecimiento = 175 °C Resistencia a la traccion = 9 N/mm2 Modulo de Young = 105 N/mm2
Los ejemplos de poliamida muestran que el polfmero segun la invencion tiene un alto valor de HDT, que no se consigue por los polfmeros de comparacion. Ademas, las propiedades mecanicas se mejoran frente a las otras poliamidas.
Ejemplo 1 (comparativo):
Se preparo una mezcla de 71 g de polfmero 1, 2 g de estabilizador, 23 g de fibras celulosicas (0,5-4 mm de longitud, 1 % de agua) y 1 g de agente adherente por extrusion a aproximadamente 175 °C. La mezcla se inyecto en un molde para formar una muestra.
Modulo de Young 650 MPa Resistencia a la traccion 18 N/mm2.
HDT = 80 °C
Se pueden preparar ejemplos similares con la misma composicion pero con las poliamidas 2 y 3. La mezcla se puede procesar mediante moldeo por inyeccion, pero las propiedades mecanicas no son tan buenas.
Se mejoran las propiedades mecanicas del material compuesto. Permanecen casi sin cambios durante el envejecimiento.

Claims (12)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    REIVINDICACIONES
    1. Material compuesto que contiene
    - del 15 al 60 % en peso de fibras de fuentes naturales,
    - del 80 al 35 % en peso de poliamidas,
    - del 0,1 al 30 % en peso de aditivos,
    en el que las poliamidas tienen un punto de reblandecimiento por debajo de 220 °C, una temperatura de deflexion termica superior a 50 °C y las poliamidas consisten en
    a) del 30 al 70 % en moles de acidos grasos dimericos,
    b) del 30 al 70 % en moles de acidos dicarboxflicos alifaticos,
    c) del 70 al 98 % en moles de diaminas alifaticas,
    d) hasta el 20 % en moles de diaminas cicloalifaticas
    e) hasta el 20 % en moles de diaminas de polieter,
    caracterizado por que los acidos dicarboxflicos alifaticos se seleccionan entre acidos dicarboxflicos C10 a C18 lineales, no ramificados, por lo que el numero medio ponderado de atomos de C se encuentra entre 11,5 y 14,5, la suma del % molar para acidos y amina cada uno llega a 100.
  2. 2. Material compuesto de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que las fibras se seleccionan entre fibras de origen animal o vegetal con una longitud de 1 a 50 mm.
  3. 3. Material compuesto de acuerdo con la reivindicacion 2, caracterizado por que las fibras se seleccionan entre fibras de celulosa, lana, algodon, linaza, lino, canamo, sisal, cocos o madera.
  4. 4. Material compuesto de acuerdo con la reivindicacion 3, caracterizado por que el contenido de agua de las fibras es inferior al 5 % en peso.
  5. 5. Material compuesto de acuerdo con la reivindicacion 1 a 4, caracterizado por que las poliamidas tienen un punto de reblandecimiento de 170 a 200 °C y una temperatura de deflexion termica de 65 a 120 °C.
  6. 6. Material compuesto de acuerdo con la reivindicacion 5, caracterizado por que las poliamidas tienen una temperatura de transicion vftrea de -10 a +25 °C.
  7. 7. Material compuesto de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que los acidos dicarboxflicos alifaticos (b) comprenden al menos el 85 % en peso de acidos dicarboxflicos C12 a C14.
  8. 8. Material compuesto de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que las diaminas (c) contienen al menos del 50 al 95 % en peso de diaminas C2 a C4.
  9. 9. Material compuesto de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que como aditivos contiene compuestos retardantes de la llama y/o modificadores de impacto.
  10. 10. Un proceso para la fabricacion de materiales compuestos conformados de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que las poliamidas, las fibras y los aditivos se funden conjuntamente y se mezclan en un extrusor y se aplican por moldeo por inyeccion en una forma.
  11. 11. Un proceso de acuerdo con la reivindicacion 10, caracterizado por que la temperatura de inyeccion del material se encuentra entre 130 y 200 °C.
  12. 12. Un proceso de acuerdo con la reivindicacion 10 u 11, caracterizado por que el cuerpo moldeado contiene mas piezas a unir.
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