ES2742233T3 - Materiales compuestos de fibras traslúcidos a partir de polímeros modificados químicamente - Google Patents

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Philipp Deitmerg
Eike Jahnke
Marko Blinzler
Achim Bernhardt
Tobias Schulz
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Ineos Styrolution Group GmbH
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Abstract

Material compuesto de fibras W, que contiene: (A) como matriz de polímero una composición de polímeros termoplásticos A, que contiene: (A1) al menos un copolímero C, que está constituido con una porción de monómeros A-I y monómeros A-II y opcionalmente otros monómeros, (A2) opcionalmente uno o varios colorantes F; y (A3) opcionalmente uno o varios aditivos H; y (B) fibras B, cuya superficie presenta grupos funcionales B-I, que establecen con los monómeros A-I, pero no con los monómeros A-II, un enlace covalente, en donde la transparencia a la luz del material compuesto de fibras W es al menos 10 % más elevada que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II, y en donde opcionalmente la resistencia a la flexión del material compuesto de fibras W es al menos 20 % más elevada que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II.

Description

DESCRIPCIÓN
Materiales compuestos de fibras traslúcidos a partir de polímeros modificados químicamente
La presente invención se refiere a un material compuesto de fibras W con elevada transparencia a la luz y/o resistencia mecánica mejorada, que contiene un copolímero C que comprende monómeros A-I, en donde A-I inicia enlaces covalentes con grupos funcionales B-I de la superficie de fibras B incrustadas en el material compuesto de fibras W, y el material compuesto de fibras W muestra en este caso una transparencia a la luz más elevada y/o una resistencia mecánica mejor que un material compuesto de fibras W correspondiente, en el que el copolímero C (o bien C') no contiene A-I (como componente). Además, la presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de un material compuesto de fibras W con transparencia a la luz elevada y/o resistencia mecánica mejorada.
Los materiales compuestos de fibras (materiales compuestos reforzados con fibras 2 Organochapas”) están constituidos por numerosas fibras de refuerzo, que están incrustadas en una matriz de polímero. Los campos de aplicación de materiales compuestos de fibras son múltiples. Por ejemplo, se emplean materiales compuestos de fibras en el sector del automóvil y de la aeronáutica. En este caso, los materiales compuestos de fibras deben impedir el desgarro u otra fragmentación de la matriz, para reducir de esta manera el peligro de accidentes a través de ingredientes del componente que se dispersan. Muchos materiales compuestos de fibras están en condiciones de absorber en el caso de carga unas fuerzas comparativamente altas, antes de que fallen. Al mismo tiempo, los materiales compuestos de fibras se caracterizan frente a los materiales convencionales no reforzados por una alta resistencia y rigidez con una densidad al mismo tiempo baja y otras propiedades ventajosas, como, por ejemplo, buena resistencia al envejecimiento y a la corrosión.
La resistencia y la rigidez de los materiales compuestos de fibras se pueden adaptar en este caso a la dirección de la carga y al tipo de carga. En este caso, en primer término, las fibras son responsables de la resistencia y la rigidez del material compuesto de fibras. Además, también su disposición determina las propiedades mecánicas del material compuesto de fibras respectivo. En cambio, la matriz sirve la mayoría de las veces en primer término para la distribución de las fuerzas a absorber sobre las fibras individuales y el mantenimiento de la disposición espacial de las fibras en la orientación deseada. Puesto que tanto las fibras como también los materiales de la matriz son variables, se contemplan numerosas posibilidades de combinación de fibras y materiales de la matriz.
Para requerimientos máximos de resistencia y rigidez de los materiales compuestos de fibras se emplean compuestos reforzados con fibras sin fin.
En este caso, sólo el componente final limita la longitud de las fibras, que se introducen en particular como tejido o género de punto y con alto contenido de volumen de fibras resultante. De esta manera resulta en el componente o producto semiacabado una alta corta de superficie límite específica entre el sistema de fibras y la matriz. A diferencia de la impregnación de fibras cortas en procesos de fundición por inyección, una buena impregnación de fibras sin fin, de tejidos o de géneros de punto es a menudo más desafiante desde el punto de vista técnico.
En la fabricación de materiales compuestos de fibras juega un papel esencial la unión de fibras y matriz. También la resistencia de la incrustación de las fibras en la matriz (adhesión de las fibras y la matriz) puede tener una influencia considerable sobre las propiedades del material compuesto de fibras.
Para la optimización de la adhesión de las fibras y la matriz y para compensar una “similitud química reducida” entre las superficies de las fibras y la matriz de plástico circundan te, se pre-tratan regularmente las fibras de refuerzo. A tal fin, se añaden regularmente adhesivos al llamado encolado. Tal encolado se aplica regularmente durante la fabricación sobre las fibras para mejorar la capacidad de procesamiento posterior de las fibras (como tejido, colocación, costura). En algunos casos se procesan fibras sin vidrio también sin en colado.
Cuando el encolado no es deseable para procesamiento posterior, debe retirarse, además, a menudo ya en una etapa adicional del procedimiento, tal vez a través de combustión. Entonces se aplica la mayoría de las veces para la fabricación del material compuesto de fibras otro adhesivo en una etapa adicional del procedimiento. El encolado y/o el adhesivo forman sobre la superficie de las fibras una capa, que puede determinar al mismo tiempo en una medida esencial la interacción de las fibras con el entorno. Actualmente se dispone de una pluralidad de adhesivos diferentes. El técnico seleccionará, de acuerdo con el campo de aplicación, la matriz a utilizar y las fibras a utilizar, un adhesivo adecuado, que sea compatible con la matriz como también con las fibras.
A pesar de las propiedades ventajosas, también un material compuesto de fibras puede sufrir una rotura frágil. Por lo tanto, existen en el estado de la técnica principios para preparar materiales compuestos de fibras con una zona de carga amplia, en la que sea lo menos probable posible el caso de fallo total. Sin embargo, para muchas aplicaciones son deseables, además, buenas propiedades ópticas, como la posibilidad de conseguir por medio de los materiales compuestos de fibras elementos con superficies lisas (reducida ondulación de las superficies), capacidad decorativa y alta transparencia. Estas propiedades ópticas se omiten hasta ahora en muchos materiales compuestos de fibras. Muchos materiales compuestos de fibras son comparativamente poco transparentes y, además, presentan una ondulación de la superficie (textura) no deseada condicionada por la heterogeneidad de las porciones de fibras y de la matriz.
El documento WO 2008/058971 describe masas de moldeo con propiedades mecánicas comparativamente buenas. Sin embargo, en este caso se utilizan dos grupos de fibras de refuerzo de diferentes propiedades, de manera que los grupos de fibras de refuerzo están provistos, respectivamente, con diferentes composiciones de adhesivos, que provocan las diferentes adhesiones de las fibras y la matriz. Además, las fibras de refuerzo deben introducirse como redes complejas en la matriz. Tal modo de proceder presupone un procedimiento de fabricación complejo e intensivo de trabajo no deseable. Además, el documento WO 2008/058971 enseña la fabricación de materiales compuestos de fibras con buenas propiedades ópticas, como superficies lisas y alta transparencia. El documento WO 2008/058971 tampoco enseña el refuerzo de la resistencia a la flexión a través de la estructura de los materiales compuestos.
El documento WO 2008/119678 describe composiciones de polímeros reforzadas con fibras de vidrio, que se mejoran a través de la utilización de copolímeros de estireno que contienen anhídrido de ácido maleico en sus propiedades mecánicas. Sin embargo, no se dan indicaciones sobre los materiales compuestos de fibras. Más bien se enseña el empleo de fibras cortas. En particular, no se enseña cómo se pueden obtener materiales compuestos de fibras con buenas propiedades ópticas, como superficies lisas y alta transparencia.
El documento CN102924857 describe mezclas de copolímeros de anhídrido de ácido maleico-estireno, que se mezclan con vidrio cortado y muestran resistencias relativamente altas. Sin embargo, la resistencia a la tensofisuración de tal material frente a disolventes es reducida y la resistencia es baja en comparación con compuestos de fibras de vidrio. Además, no enseña cómo se pueden obtener superficies lisas y alta transparencia. El documento CN101555341 describe mezclas de composiciones de polímeros, fibras de vidrio, polímeros que contienen anhídrido de ácido maleico y resinas epóxido. La compatibilidad con fibras de vidrio es en este caso comparativamente buena debido a la alta porción de grupos epóxido, pero la capacidad de fluencia de tal mezcla, que contiene una resina epóxido (durómera) es muy limitada, con lo que se dificulta considerablemente la fabricación de cuerpos moldeados, especialmente aquéllos con buenas propiedades ópticas, como superficies lisas y alta transparencia.
El documento KR100376049 enseña mezclas de copolímeros que contienen anhídrido de ácido maleico y N-fenilmaleinimida, fibras de vidrio y un agente de acoplamiento basado en aminosilano. La necesidad de la utilización de tal agente de acoplamiento no es, sin embargo, deseable, puesto que representa una etapa adicional de procesamiento y eleva los costes de producción. Además, tampoco aquí se enseña cómo se pueden obtener materiales compuestos de fibras con buenas propiedades ópticas, como superficies lisas y alta transparencia.
El documento US 2011/0020572 describe componentes de organochapa con un diseño híbrido de, por ejemplo, un componente de policarbonato de alta capacidad de fluencia. En este caso, el policarbonato (PC) se vuelve fluido a través de aditivos apropiados, como a través de poliéster hiper-reticulados, copolímeros de etileno/(met)acrilato o polialquilenglicoléster de bajo peso molecular.
Los documentos DE-A 2160778 y EP-A 2251 377 describen organochapas, que están tratadas con encolados de aminosilano. No se enseña a fabricar organochapas, que sean especialmente transparentes a la luz.
El documento WO 2008/110539 describe materiales reforzados con fibras de vidrio, en los que los componentes de la matriz de polímero se caracterizan por su índice de viscosidad. El documento US 4.344.906 describe un procedimiento para la fabricación de cuerpos fundidos reforzados con fibras de vidrio.
Las fibras de vidrio con tratadas en el estado de la técnica con frecuencia con un encolado, que protege sobre todo las fibras entre sí. Debe evitarse un daño mutuo a través de fricción. En el caso de interacción mecánica entre sí no debe producirse una fragmentación transversal (formación de rotura).
Además, por medio del encolado se puede facilitar el proceso de corte de las fibras, para obtener sobre todo una longitud igual de las pilas. Además, a través del encolado se puede evitar una aglomeración de las fibras. La capacidad de dispersión de fibras cortas en agua se puede mejorar. De esta manera, es posible obtener estructuras superficiales uniformes de acuerdo con el procedimiento de tendido en húmedo.
Un encolado puede contribuir a una retención mejorada entre las fibras de vidrio y la matriz de polímero, en la que las fibras de vidrio actúan como fibras de refuerzo. Este principio encuentra aplicación sobre todo en los plásticos reforzados con fibras de vidrio (GFK).
Hasta ahora, los encolados de fibras de vidrio contienen, en general, un gran número de ingredientes, como por ejemplo formadores de película, lubricantes, reticulante y adhesivos. Un formado de película protege los filamentos de vidrio contra fricción mutua y puede reforzar adicionalmente la afinidad con resinas sintéticas, para fomentar la resistencia y la retención de un material compuesto.
Se pueden mencionar derivados de almidón, polímeros y copolímeros de acetato de vinilo y ésteres de acrilo, emulsiones de resina epóxido, resinas de poliuretano y poliamidas con una porción de 0,5 a 12 % en peso, con respecto al encolado total.
Un lubricante presta a las fibras de vidrio y a sus productos elasticidad y reduce la fricción mutua de las fibras de vidrio así como en la fabricación. Sin embargo, con frecuencia se perjudica la adhesión entre vidrio y resina sintética a través de la utilización de lubricantes. Se pueden mencionar grasas, aceites y polialquilenaminas en una cantidad de 0,01 a 1 % en peso, con respecto al encolado total.
Un reticulante provoca una reducción de la tensión superficial y una humidificación mejorada de los filamentos con el encolado. Para encolados acuosos se pueden mencionar, por ejemplo, amidas de ácido poligraso con una cantidad de 0,1 a1.5 % en peso, con respecto al encolado total.
Con frecuencia no existe ninguna afinidad adecuada entre la matriz de polímero y las fibras de vidrio. Los adhesivos pueden asumir este puenteo, los cuales elevan la adhesión de polímeros a la superficie de las fibras. Se pueden mencionar la mayoría de los silanos organofuncionales, como por ejemplo aminopropiltrietoxisilano, metacriloxipropiltrimetoxisilano, glicidiloxipropiltrimetoxisilano y similares.
Los silanos que se añaden a un encolado acuoso se hidrolizan la mayoría de las veces en silanoles. Estos silanoles pueden reaccionar entonces con superficies de fibras (de vidrio) reactivas y de esta manera formar una capa adhesivo (con un espesor de aproximadamente 3 nm).
Por consiguiente, agencias funcionales de bajo peso molecular pueden reaccionar con grupos silanol sobre la superficie de vidrio, de manera que estas agencias de bajo peso molecular reaccionan a continuación (por ejemplo en resinas epóxido) y en este caso proporcionan una adhesión química de las fibras de vidrio en la matriz de polímero. Tal fabricación es, sin embargo, costosa de tiempo y dura hasta el endurecimiento completo de los polímeros (por ejemplo, de las resinas epóxido mencionadas anteriormente) aproximadamente entre 30 minutos a más de una hora).
Por lo tanto, parece deseable en un procedimiento mejorado poner coladas polimerizadas en conexión con fibras de vidrio u otras fibras de refuerzo.
De la misma manera se conoce una funcionalización a través de la reacción con polímeros. De esta manera, a través de la utilización de tipos de policarbonato de bajo peso molecular se consigue impregnar bien tejidos o bien géneros de punto de fibras de vidrio y realizar a través de reacción de grupos funcionales sobre la superficie de las fibras de vidrio con el policarbonato un “injerto”, que eleva la compatibilidad con el polímero. Este modo de proceder tiene, sin embargo, el inconveniente de que el policarbonato (PC) posee una viscosidad muy alta y para esta etapa de impregnación debe emplearse PC de bajo peso molecular, es decir, de baja viscosidad, que presenta una utilidad de uso extraordinariamente mala, como por ejemplo una resistencia reducida frente a agencias que provocan una tensofisuración, como disolventes, polares.
Con respecto al estado de la técnica, un cometido técnico consiste en preparar un material compuesto que se puede procesar bien, en gran medida inerte frente a una pluralidad de disolventes, muy resistente a tensofisuración y resistente (a la flexión), que presenta, además, todavía buenas propiedades ópticas, como superficies lisas, y alta transparencia. Idealmente, el material compuesto de fibras no requiere adhesivo.
De manera sorprendente se ha encontrado que el empleo de un copolímero C, que contiene un monómero A-I enlazado covalente con grupos funcionales B-I sobre la superficie de las fibras B, conduce a un material compuesto de fibras W con las propiedades deseadas. El material compuesto de fibras obtenido presenta una buena resistencia y es resistente a tensofisuración y al disolvente.
Además, se pueden fabricar a partir de ello superficies lisas y componentes con alta transparencia. Opcionalmente se puede prescindir de adhesivos.
Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un material compuesto de fibras W, que contiene (o está constituido de):
(A) como matriz de polímero una composición de polímero termoplástico A, que contiene (o está constituida de los siguientes componentes):
(A1) al menos un copolímero C, que comprende monómeros A-I y monómeros A-II y opcionalmente otros monómeros;
(A2) opcionalmente uno o varios colorantes F; y
(A3) opcionalmente uno o varios adyuvantes H; y
(B) fibras B, cuya superficie presenta grupos funcionales B-I, que establecen una unión covalente con los monómeros A-I, pero no con los monómeros A-II,
en donde la transparencia a la luz del material compuesto de fibras W es al menos 10 % más alta que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II. Opcionalmente, en este caso la resistencia a la flexión del material compuesto de fibras W puede ser, además, al menos 20 % más alta que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II.
Como se utiliza aquí, la resistencia a la flexión de los materiales compuestos de fibras se determina, en general, según procedimiento estándar ISO 14125 (DIN EN ISO 14125:2011-05), al que se refieren también los valores indicados. Alternativamente, la resistencia a la flexión se puede determinar también de acuerdo con otros procedimientos estándar como tal vez según ASTM D790 Version 15e2 o ISO 178 (DIN EN ISO 178:2013-09). Opcionalmente, de manera adicional o alternativa, la ondulación de la superficie del material compuesto de fibras W, que depende de la dilatación térmica y de la distribución de los componentes individuales, es reducida. De esta manera, la dilatación térmica de los componentes de fibras B es con preferencia de 0 a 5 • 10'6/K, por lo que es con preferencia menor que en la matriz sin refuerzo de fibras, que durante la refrigeración desde la temperatura de procesamiento a la temperatura de aplicación experimenta una reducción significativa del volumen (contracción térmica más conversión de fases / cristalización). Para la formación de la ondulación de la superficie no tiene, por lo tanto, ninguna importancia (principal) la dilatación térmica del propio material compuesto, sino sólo la diferencia de la dilatación (durante la refrigeración de la contracción) del componente de fibras B (por ejemplo < 10 • 10'6/K, con preferencia 0 a 5 • 10'6/K) frente al componente de la matriz de polímero que contiene una posición de polímero termoplástico A, también con una distribución al mismo tiempo variable de A y B en la sección transversal.
De acuerdo con una forma de realización preferida, la tasa de flujo de fusión (Melt Volume Rate, MVR) de la composición de polímero termoplástico empleado como matriz de polímero A es 10 a 70 cm3/10min, con preferencia 12 a 70 cm3/10min, en particular 15 a 55 cm3/10 min a 220°C/10kg (medida según ISO1133, con preferencia en la versión más actualizada el día de la solicitud).
De acuerdo con una forma de realización especialmente preferida, la tasa de flujo de fusión (Melt Volume Rate, MVR) de la composición de polímero termoplástico A es 10 a 35 cm3/10min, con preferencia 12 a 30 cm3/10min, en particular 15 a 25 cm3/10 min a 220°C/10kg (medida según ISO1133, con preferencia en la versión más actualizada el día de la solicitud).
De manera alternativa, la tasa de flujo de fusión (Melt Volume Rate, MVR) de la composición de polímero termoplástico A es 35 a 70 cm3/10min, con preferencia 40 a 60 cm3/10min, en particular 45 a 55 cm3/10 min a 220°C/10kg (medida según ISO1133, con preferencia en la versión más actualizada el día de la solicitud).
De manera alternativa o adicional, el índice de viscosidad (J = (r|/r|0-1) ■ 1/c) calculado por medio de viscosímetro capilar de la composición de polímero termoplástico A empleado como matriz de polímero, medido a temperatura ambiente (20°C) para granulado disuelto en dimetil formamida, es de 40 a 100 ml/g, con preferencia de 55 a 85 ml/g. De acuerdo con una forma de realización preferida, la índice de viscosidad es de 55 a 75 ml/g, con preferencia de 60 a 70 ml/g, en particular de 61 a 67 ml/g. De acuerdo con una forma de realización preferida alternativa, el índice de viscosidad es de 60 a 90 ml/g, con preferencia de 65 a 85 ml/g, en particular de 75 a 85 ml/g.
El técnico conoce numerosos procedimientos para determinar la ondulación de la superficie. Así, por ejemplo, por medio de la exploración por láser se puede registrar la superficie y entonces se puede medir las diferencias que aparecen entre máximos y mínimos de las ondas.
Por una ondulación superficial reducida se entiende en el sentido más amplio profundidades medias de las ondas sobre la superficie del material compuesto de fibras W inferior a 30 pm. Con preferencia, por ondulación superficial reducida se entienden en el sentido más amplio profundidades medias de las ondas sobre la superficie del material compuesto de fibras W inferior a 15 pm, de manera más preferida inferior a 10 pm, en particular inferior a 7 pm. La presente invención se refiere también a un material compuesto de fibras W, que contiene (o está constituido de): (A) como matriz de polímero una composición de polímero termoplástico A, que contiene (o está constituida de los siguientes componentes):
(A1) al menos un copolímero C, que comprende monómeros A-I y monómeros A-II y opcionalmente otros monómeros;
(A2) opcionalmente uno o varios colorantes F; y
(A3) opcionalmente uno o varios adyuvantes H; y
(B) fibras B, cuya superficie presenta grupos funcionales B-I, que establecen una unión covalente con los monómeros A-I, pero no con los monómeros A-II,
en donde la resistencia a la flexión del material compuesto de fibras W es al menos 20% más alta que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II. En este caso, la transparencia a la luz del material compuesto de fibras W puede ser opcionalmente al menos 10 % más alta que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II.
De acuerdo con una forma de realización preferida, la presente invención se refiere a un material compuesto de fibras W, que contiene (o está constituido de):
(A) como matriz de polímero una composición de polímero termoplástico A, que contiene (o está constituida de los siguientes componentes):
(A1) al menos un copolímero C, que comprende monómeros A-I y monómeros A-II y opcionalmente otros monómeros;
(A2) opcionalmente uno o varios colorantes F; y
(A3) opcionalmente uno o varios adyuvantes H; y
(B) fibras B, cuya superficie presenta grupos funcionales B-I, que establecen una unión covalente con los monómeros A-I, pero no con los monómeros A-II,
en donde la transparencia a la luz del material compuesto de fibras W es al menos 10 % más alta que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II, y en donde la resistencia a la flexión del material compuesto de fibras W es al menos 20% más alta que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II. La presente invención se refiere también a un material compuesto de fibras W, que contiene (o está constituido de):
(A) como matriz de polímero una composición de polímero termoplástico A, que contiene (o está constituida de los siguientes componentes):
(A1) al menos un copolímero C, que comprende monómeros A-I y monómeros A-II y opcionalmente otros monómeros;
(A2) opcionalmente uno o varios colorantes F; y
(A3) opcionalmente uno o varios adyuvantes H; y
(B) fibras B, cuya superficie presenta grupos funcionales B-I, que establecen una unión covalente con los monómeros A-I, pero no con los monómeros A-II,
en donde la ondulación superficial es reducida. En este caso, las profundidades medias de las ondas sobre la superficie del material compuesto de fibras W es inferior a 30 pm, con preferencia inferior a 15 pm, de manera más preferida inferior a 10 pm, de manera más preferida inferior a 8 pm, en particular inferior a 7 pm.
En este caso, la transparencia a la luz del material compuesto de fibras W puede ser opcionalmente al menos 10 % más alta que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II; y/o la resistencia a la flexión del material compuesto de fibras W es al menos 20% más alta que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II.
Por lo tanto, la matriz de polímero puede ser una matriz de plástico amorfo, en la que las fibras B están incrustadas como fibras de refuerzo y están acopladas con la matriz a través de una adhesión de fibras-matriz. De acuerdo con la invención, el material compuesto de fibras W presenta los componentes A y B mencionados anteriormente. Por lo tanto, las fibras B (fibras de refuerzo) están incrustadas en una composición de polímero termoplástico A.
La transparencia a la luz como se utiliza aquí debe entenderse en el sentido más amplio. El técnico reconocerá que la transparencia a la luz, como se muestra experimentalmente, se refiere en particular a la transparencia de luz diurna blanca (designada a menudo también como luz blanca (diurna) o luz incolora). Con preferencia, la transparencia a la luz como se utiliza aquí, es la transparencia a la luz a una temperatura del color de 5000 a 7000 Kelvin (K), de manera más preferida a una temperatura del color de 5000 a 6700 K, de manera todavía más preferida a una temperatura del color de 5300 a 6500 K, en particular a una temperatura del color de (aproximadamente) 5500 K.
La luz diurna blanca se generará de acuerdo con una forma de realización especialmente preferida por medio de una lámpara DIN EN 12464 (por ejemplo, Versión DIN EN 12464-1:2011). De manera alternativa, a luz diurna puede ser la luz solar o se puede generar con otra lámpara correspondiente.
Por ejemplo, la transparencia se puede medir en muestras de 1 mm de espesor del material compuesto de fibras W de acuerdo con ASTM D 1003 (por ejemplo, ASTM D 1003-13) (por ejemplo, por medio de un aparato de medición de la transparencia (por ejemplo, Byk Haze gard i (BYK-Gardner, USA)).
El espectro de las longitudes de ondas de la luz, cuya transparencia a la luz se determina, resulta en particular en la utilización de luz diurna o bien de lámparas del tipo de luz diurna ya a partir de la temperatura del color. De manera especialmente preferida, la transparencia a la luz se refiere a la transparencia de la luz del espectro de longitudes de onda de (aproximadamente) 280 a 800 nm, en particular de 400 nm a 800 nm (luz diurna visible), de manera que la luz es en su totalidad luz blanca en el sentido de luz diurna. En este caso, con preferencia al menos 50 %, de manera más preferida al menos 60 %, de manera todavía más preferida al menos 75 %, en particular al menos 90 % de la energía de la luz proceden de la zona de longitudes de ondas entre 280 y 800 nm. En resumen, la transparencia a la se refiere de manera especialmente preferida a la transparencia de la luz de una temperatura del color de (aproximadamente) 5500 K, de manera que al menos al 50 %, en particular al menos al 90 % de la energía de la luz están asociados fotones de la zona de longitudes de ondas entre 400 y 800 nm.
Por ejemplo, se puede medir la transparencia de la luz y de esta manera se puede entender especialmente como transparencia de la luz de la longitud de onda 400-450 nm, 425-475 nm, 450-500 nm, 475-525 nm, 500-550 nm, 525­ 575 nm, 550-600 nm, 575-625 nm, 600-650 nm, 625-675 nm, 650-700 nm, 675-725 nm, 700-750 nm, 725-775 nm o 750-800 nm.
El espesor del material compuesto de fibras W no tiene ninguna importancia (considerable) de acuerdo con la Ley de Lambert-Beerschen en la determinación de la transparencia porcentual de la luz. Con preferencia, la determinación/medición en materiales compuestos de fibras W ("organochapas") con un espesor de 0,1 a 10 mm, de manera más preferida de 0,2 a 5 mm, de manera todavía más preferida de 0,5 a 2 mm, en particular (aproximadamente) 1 mm.
De acuerdo con una forma de realización preferida, el material compuesto de fibras W es una organochapa (en gran medida) lisa (plana o estructurada en la superficie, del tipo de lámina) de un espesor de 0,1 a 10 mm, de manera más preferida de 0,2 a 5 mm, de manera todavía más preferida de 0,5 a 2 mm, en particular (aproximadamente) 1 mm. De manera alternativa, el material compuesto de fibras W se puede utilizar también para la fabricación de piezas moldeadas más gruesas.
Con preferencia, el material compuesto de fibras W, en particular la composición de polímero A, no contiene porciones de colorantes absorbentes en el intervalo de 400 a 800 nm), que conducen a una absorción de más del 10 %, más del 20 %, más del 50 %, más del 75 % o más del 90 % de luz diurna en tal material compuesto de fibras W con un espesor de 1 mm. Se comprenderá que el material compuesto de fibras W comparable con absorción más elevada es también un material comparable o igual. Contiene porción(es) de colorante como el material compuesto de fibras W de acuerdo con la invención.
Se ha constatado que el material compuesto de fibras W puede contener opcionalmente también uno o varios componentes no transparentes. Por ejemplo, el material compuesto de fibras W puede contener opcionalmente pigmentos colorantes (por ejemplo, negro de carbón industrial), partículas de caucho (por ejemplo, cauchos de injerto (por ejemplo, cauchos de injerto basados en polibutadieno y/o (met)acrilato como tal vez copolímero de acrilonitrilo-bitadieno-estireno (ABS)), copolímero de (met)acriléster-estireno-acrilonitrilo (ASA), etc.)) y/o partículas metálicas.
También en este caso se obtienen propiedades técnicas positivas del material compuesto de fibras W de acuerdo con la invención. De esta manera, con preferencia, por ejemplo la resistencia a la flexión es al menos 20 % más alta que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II.
Además, la ondulación de la superficie puede ser reducida y la superficie puede ser lisa, como se desea.
Además, el material compuesto de fibras W, aunque éste no sea transparente en su totalidad, puede presentar propiedades ópticas positivas, tal como con respecto a su brillo superficial y visibilidad de elementos incrustados. Por ejemplo, se desea regularmente que las partículas metálicas incrustadas sean visibles y puedan mostrar un brillo metálico en el material. Así, por ejemplo, se pueden emplear partículas de aluminio o de ro, que deben permanecer visibles ópticamente.
Opcionalmente, la transparencia en una pieza de trabajo con un 1 mm de diámetro se mide según DIN 55988 (por ejemplo, DIN 55988:2013-04).
De acuerdo con una forma de realización preferida, el material compuesto de fibras W está constituido (en gran medida) de:
(A) como matriz de polímero una composición de polímero termoplástico A, que contiene (o está constituida de los siguientes componentes):
(A1) al menos un copolímero C, que comprende monómeros A-I y monómeros A-II y opcionalmente otros monómeros;
(A2) opcionalmente uno o varios colorantes F; y
(A3) opcionalmente uno o varios adyuvantes H; y
(B) fibras B, cuya superficie presenta grupos funcionales B-I, que establecen una unión covalente con los monómeros A-I, pero no con los monómeros A-II,
en donde la transparencia a la luz del material compuesto de fibras W es al menos 10 % más alta que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II, en donde la transparencia a la luz del material compuesto de fibras W es al menos 10% más alta que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II. Adicionalmente o en lugar de la transparencia elevada a la luz, en este caso la resistencia a la flexión del material compuesto de fibras W puede sr, además, al menos 20 % más alta que en un material compuesto de fibra W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II.
De acuerdo con una forma de realización preferida, el material compuesto de fibras W está constituido de:
20-99,5 % en peso de la composición de polímero termoplástico A;
0,5-80 % en peso de fibras B; y
0-79,5 % en peso de otros polímeros D.
Se entiende que los monómeros, que comprende el copolímero C (por lo tanto, monómeros A-I, monómeros A-II y opcionalmente otros monómeros), está incorporado covalente en la estructura polímera del copolímero C. Típicamente, el copolímero estará constituido por estos monómeros. Por lo tanto, se comprenderá por cualquier técnico que en los monómeros mencionados se trata de los componentes monómeros del copolímero C (por lo tanto, restos de monómeros incorporados en la estructura del polímero). Como simplificación expresiva, como es habitual en el campo técnico de la química de polímeros, tales componentes monómeros de un polímero se designan aquí también entonces como monómeros cuando están incorporados en un polímero.
También los monómeros A-I representan todavía a aquéllos cuando están incorporados en la estructura polímera del copolímero C y establecen al mismo tiempo enlace con los grupos funcionales B-I de las fibras B.
De la misma manera, se entiende que los grupos funcionales B-I, que presentan las fibras B, cuando han reaccionado con los monómeros A-I, presentan otra naturaleza química que los grupos funcionales B-I no ligados. Así, por ejemplo, cuando los grupos funcionales B-I no ligados representan grupos hidroxi (-OH), los grupos funcionales B-I ligados pueden ser descendientes de grupos hidroxi, tal vez en cada caso una parte de un grupo éster (-O-CO-). El técnico comprenderá que estos grupos funcionales reaccionados se entenderán aquí también como grupos funcionales B-I. Además, se entenderá que en el caso de un enlace completo de los grupos funcionales B-I en los monómeros A-I no existe ya grupos funcionales B-I no ligados.
Componente A (matriz de polímero de composición de polímero termoplástico A)
Para un material compuesto de fibras W de acuerdo con la invención se contemplan, como composición de polímeros termoplásticos A, plásticos discrecionales, que contienen un copolímero C, especialmente aquéllos que ya se conocen para la fabricación de materiales compuestos de fibras.
Con preferencia, aquí se emplea un copolímero amorfo como copolímero C. Por lo tanto, el copolímero C no presenta con preferencia (en gran medida) estructuras cristalinas. El copolímero C presenta, además, con preferencia una viscosidad muy baja de la fusión. Con preferencia, toda la composición de polímero termoplástico A presenta propiedades amorfas (por lo tanto (en gran medida) ninguna cristalización). De manera especialmente preferida, el copolímero C es un copolímero termoplástico amorfo. Con preferencia, toda la composición de polímero termoplástico A presenta propiedades termoplásticas amorfas, por lo tanto se puede fundir y es (en gran medida) no cristalino. De esta manera, la retracción de la composición de polímero termoplástico A y, por lo tanto, también de todo el material compuesto de fibras W es comparativamente reducida y se pueden obtener superficies especialmente lisas.
De manera alternativa, la composición de polímeros termoplásticos A puede contener también materiales parcialmente cristalinos. Así, por ejemplo, se contemplan copolímeros parcialmente cristalinos como copolímero C. Entonces la composición de polímeros termoplásticos A puede ser, en general, una mezcla de polímeros termoplásticos amorfos y polímeros parcialmente cristalinos. La composición de polímeros termoplásticos A puede ser, por ejemplo, una mezcla con uno o varios policarbonato(s) y/o uno o varios polímeros parcialmente cristalinos (como poliamida), en la que la porción de componentes mixtos parcialmente cristalinos en todo el componente A debería ser inferior al 50 % en peso.
De acuerdo con la invención, la composición de polímeros termoplásticos A contiene al menos un copolímero C, que comprende monómeros A-I que establecen un enlace covalente con los grupos funcionales B-I de las fibras B incrustadas. La porción de monómeros A-I en la composición de polímeros termoplásticos A puede ser variable. Cuanto mayor es la porción de monómeros A-I y de los grupos funcionales B-I, tanto más fuerte será regularmente también el enlace entre la composición de polímeros termoplásticos A y las fibras B, en donde, sin embargo, para cada caso existe un óptimo, que si se excede se fragilizan de nuevo las uniones.
De acuerdo con una forma de realización preferida, el copolímero C está constituido con una porción de monómeros A-I de al menos 0,1 % en peso, con preferencia de al menos 0,5 % en peso, en particular de al menos 1 % en peso. De acuerdo con la invención, la composición de polímeros termoplásticos A (componente A) puede contener, además de un copolímero C, opcionalmente otros ingredientes, como uno o varios otros (co)polímeros D, uno o varios colorantes F y/o una o varias sustancias auxiliares H. La porción de copolímero C es en este caso variable. Con preferencia, la composición de polímeros termoplásticos A está constituida, sin embargo, principalmente (por lo tanto, hasta más del 25 % o más del 50 % de copolímero C).
Con preferencia, la composición de polímeros termoplásticos A está constituida hasta al menos 50 % en peso, con preferencia hasta al menos 75 % en peso, en particular hasta al menos 90 % en peso, del copolímero C.
De acuerdo con una forma de realización especialmente preferida, la composición de polímeros termoplásticos A está constituida hasta al menos 90 % en peso, con preferencia hasta el menos 95 % en peso, especialmente hasta al menos 98 % en peso, del copolímero C.
Como monómeros A-I, que pueden establecer enlaces covalente con los grupos funcionales B-I de las fibras B, se contemplan todos los monómeros, que presentan tales propiedades. Se prefieren en este caso como monómeros A-I aquéllos que pueden establecer enlaces covalentes a través de reacción con grupos hidroxi o amino. Con preferencia, los monómeros A-I presentan:
(a) al menos una funcionalidad que está en condiciones de establecer enlaces covalente con los grupos funcionales B-I de la superficie de las fibras (tal vez a través de reacción con grupos hidroxilo y/o grupos amino); y
(b) al menos una segunda funcionalidad, que está en condiciones de incorporarse en el copolímero C (por ejemplo un enlace doble (de manera especialmente preferida terminal), que se incorpora por medio de polimerización radical en el copolímero C.
Opcionalmente, el copolímero C o también otro (co)polímero contenido en la composición de polímeros termoplásticos C pueden contener uno varios otros monómeros, que están en condiciones de establecer enlaces covalentes o no-covalentes con las fibras B.
De acuerdo con una forma de realización preferida, los monómeros A-I están seleccionados del grupo que consta de anhídrido de ácido maleico (MA), N-fenilmaleimida (PM), tert.-butil(met)acrilato y glicidil(met)acrilato (GM), seleccionados de una manera más preferida a partir del grupo que consta de anhídrido de ácido maleico (MA), N-fenilmaleimida (PM), tert.-butil(met)acrilato y glicidil(met)acrilato (Gm ).
El copolímero C puede ser un copolímero discrecional, que contiene el monómero A-I y otros monómeros A-II. De acuerdo con una forma de realización preferida, el copolímero C es un copolímero de estireno C, que contiene estireno (S) como monómeros A-II.
De manera especialmente preferida, en el copolímero C se trata de un copolímero, que contiene, además de monómeros A-I, todavía estireno (S) como monómeros A-II y acrilonitrilo (AN) como monómeros A-III. Entonces se trata de un copolímero de estireno acrilonitrilo (copolímero-SN). Otro copolímero C especialmente preferido es copolímero de estireno-ácido maleico.
De manera alternativa, en el copolímero C se puede tratar de un copolímero que contiene, además de monómeros A-I, todavía alfa-metilestireno (AMS) (como monómeros A-II) y acrilonitrilo (AN) (como monómeros A-III). Entonces se trata de un copolímero de alfa-metilestireno-acrilonitrilo (copolímero AMSAN). De manera alternativa, en el copolímero C se puede tratar de un copolímero de estireno-acrilonitrilo modificado tenaz al impacto, que contiene, además de estireno (S) (como monómeros A-II) y acrilonitrilo (AN) como monómeros A-III), todavía butadieno como monómeros A-IV. Entonces se trata de un copolímero de acrilonitrilo-bitadieno-estireno (copolímeros-ABS). De manera alternativa, en el copolímero C se puede tratar de un copolímero de estireno-acrilonitrilo modificado tenaz al impacto, que contiene, además de estireno (S) (como monómeros A-II) y acrilonitrilo (AN) (como monómeros A-III), todavía (met)acriléster como monómeros A-IV. Entonces se trata de un copolímero de acriléster-estireno-acrilonitrilo (copolímero-ASA). La composición de polímeros termoplásticos A puede contener también (co)polímeros en bloques como tal vez copolímeros en bloques de estireno-butadieno (por ejemplo, Styrolux, Styroflex, K-Resin, Clearen, Asaprene) o incluso pueden estar constituidos (en gran medida) por éstos. Entonces también el copolímero C a emplear de acuerdo con la invención puede ser tal (co)polímero en bloques. Además, la composición de polímeros termoplásticos A puede contener opcionalmente policarbonatos, poliésteres amorfos y/ poliamidas amorfas.
De manera preferida, la composición de polímeros termoplásticos A está constituida hasta al menos 95 % en peso del copolímero C, en particular donde el copolímero C es un copolímero de estireno.
Todavía mejora, la composición de polímeros termoplásticos A está constituida hasta al menos 95 % en peso de copolímero C, que comprende:
anhídrido de ácido maleico (MA) como monómeros A-I,
estireno (S) como monómeros A-II, y
acrilonitrilo (AN) como monómero A-III.
De acuerdo con una forma de realización muy preferida, la composición de polímeros termoplásticos A comprende:
0,1-5 % en peso de anhídrido de ácido maleico (MA) como monómero A-I
50-99,9 % en peso de estireno (S) como monómeros A-II, y
0-49,9 % en peso de acrilonitrilo (AN) como monómero A-III.
De manera especialmente preferida, el copolímero de estireno C está constituido de:
0,1-5 % en peso de anhídrido de ácido maleico (MA) como monómero A-I
65-85 % en peso de estireno (S) como monómeros A-II, y
10-34,9 % en peso de acrilonitrilo (AN) como monómero A-III.
Así, por ejemplo, el copolímero de estireno C puede estar constituido de:
0,1-5 % en peso de anhídrido de ácido maleico (MA) como monómero A-I
70-80 % en peso de estireno (S) como monómeros A-II, y
15-29,9 % en peso de acrilonitrilo (AN) como monómero A-III.
De manera especialmente preferida, el copolímero de estireno C puede estar constituido de:
0,1-5 % en peso de anhídrido de ácido maleico (MA) como monómero A-I
70-80 % en peso de estireno (S) como monómeros A-II, y
15-29,9 % en peso de acrilonitrilo (AN) como monómero A-III.
Por ejemplo, la composición de polímeros termoplásticos A puede estar constituida hasta al menos 95 % en peso del copolímero C, que está constituido de:
0,1-1 % en peso de anhídrido de ácido maleico (MA) como monómero A-I
74-94,9 % en peso de estireno (S) como monómeros A-II, y
25 % en peso de acrilonitrilo (AN) como monómero A-III.
Componente B (fibras B)
Las fibras pueden ser fibras de cualquier tipo, cuya superficie presenta grupos funcionales B-I, que establecen con los monómeros A-I, pero no con monómeros A-II, un enlace covalente.
De acuerdo con una forma de realización preferida, los grupos funcionales B-I en la superficie de las fibras B están seleccionados de grupos silano.
De acurdo con otra forma de realización preferida, los grupos funcionales B-I en la superficie de las fibras B están seleccionados de grupos hidroxi, éster y amino.
Especialmente preferidos son grupos hidroxi.
De acuerdo con una forma de realización preferida, las fibras B son fibras de vidrio, que presentan grupos hidroxi en forma de grupos silanol como grupos funcionales B-I en la superficie.
De manera alternativa, las fibras B pueden ser también fibras de aramida, fibras de carbono, fibras metálicas, fibras de basalto y todas sus formas (por ejemplo, como hebras, hilos, mechas, esteras, velos, tejidos, cañamazos o géneros de punto). También mezclas entre dos o más tipos de fibras diferentes están comprendidas por la presente invención. Si se utilizan dos, tres o más grupos de fibras B con diferentes adhesiones de fibras y matriz, se puede influir en el comportamiento del material compuesto de fibras de una manera más selectica e individual.
Las fibras B pueden estar incrustadas en orientación y disposición discrecionales en el material compuesto de fibras W.
Con preferencia, las fibras B están presentes como tejidos o cañamazos o bien fibras sin fin (incluyendo fibras, que son el producto de una torsión de fibras individuales). Las fibras B no son, por lo tanto, con preferencia fibras cortas ("chopped fibers) y el material compuesto de fibras W no es con preferencia un material reforzado con fibras de vidrio cortas. Al menos el 50 % de las fibras B presentan en este caso con preferencia una longitud de al menos 5 mm, de manera más preferida al menos 10 mm o más de 100 mm. La longitud de las fibras B depende también del tamaño de la pieza moldeada T, que se fabrica a partir del material compuesto de fibras W.
De acuerdo con una forma de realización preferida, las fibras B están incrustadas por capas en el material compuesto de fibras W, con preferencia como tejido o cañamazo, en particular como tejido, en el material compuesto de fibras W.
Los tejidos o cañamazos deben entenderse en este caso de acuerdo con la concepción general en gran medida intercambiables como estructuras superficiales (con preferencia bidireccionales), en las que las fibras B están dispuestas en (con preferencia dos) direcciones espaciales diferentes (por ejemplo, en el ángulo de 90° 20° entre sí). Una estructura superficial obtenida de esta manera se puede designar en el sentido de la invención también como estera.
El técnico conoce que un tejido o cañamazo se diferencias de fibras cortas, puesto en los primeros aparecen estructuras de fibras mayores coherentes (estructuras superficiales), que serán, en general, más largas que 5 mm. El técnico sabe que en este caso el tejido o cañamazo están presentes con preferencia de tal manera que atraviesan (en gran medida) el material compuesto de fibras W. Por lo tanto, el tejido o cañamazo están presentes con preferencia de tal manera que atraviesan (en gran medida) la pieza moldeada T, que está constituida por el material compuesto de fibras. Que atraviesan en gran medida significa en este caso que el tejido o cañamazo o bien las fibras sin fin atraviesan más del 50 %, con preferencia al menos el 70 %, en particular al menos el 90 %, de la longitud de la pieza moldeada T. La longitud de la pieza moldeada T es en este caso la dilatación máxima de la pieza moldeada T en una de las tres direcciones espaciales. De manera más preferida, el tejido o cañamazo o bien las fibras sin fin atraviesan más del 50 %, con preferencia al menos el 70 %, en particular al menos el 90 %, de la longitud de la pieza moldeada T. La superficie de la pieza moldeada T es en este caso la superficie de la dilatación máxima de la pieza moldeada en dos de las tres direcciones espaciales. La pieza moldeada T es con preferencia una pieza moldeada T (en gran medida) plana.
Esto significa que las fibras B no están presentes en el material compuesto de fibras W con preferencia (totalmente) distribuidas estadísticamente iguales, sino en planos con porción más elevada y planos con porción más reducida (por lo tanto, en capas más o menos separadas). Entonces se puede hablar también de una estructura del tipo de laminado o laminar del material compuesto de fibras W. Las fibras B pueden estar orientadas discrecionalmente o pueden estar presentes, por ejemplo, como tejido, esteras, velos, cañamazo o género de punto. Tales laminados superficiales formados contienen compuestos constituidos por capas de capas de refuerzo superficiales (de fibras B) y capas de la matriz de polímeros que las reticulan y las mantienen juntas (de la composición de polímeros termoplásticos).
Estonces se puede realizar especialmente bien una incrustación por capas, puesto que una capa estampada de este tipo se puede insertar como capa de fibras en la masa moldeada termoplástica A, cuando ésta está (en gran medida) fundida. Con preferencia, las fibras B están incrustadas como tejido o cañamazo, en particular como tejido, en el material compuesto de fibras W.
Componente D (polímero D)
El polímero D puede representar un (co)polímero discrecional, que se diferencia de la composición de polímero A. Opcionalmente, el polímero D puede estar también reticulado transversalmente. Por lo tanto, el polímero D es con preferencia un (co)polímero discrecional, que no contiene monómero A-I. Se entiende que el polímero D puede ser un tipo de polímero, pero también puede comprender varios tipos de polímeros diferentes. Con preferencia, el polímero D es un polímero termoplástico. Con preferencia, el polímero D se puede mezclar con la composición de polímeros A. Con preferencia, el polímero D es compatible con las fibras B. Por ejemplo, el polímero D puede estar seleccionado del grupo que consta de poliestireno, poli(met)acrilato, policarbonato, copolímero de estirenoacrilonitrilo (SAN), copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), copolímero de acrilonitrilo-estireno-acrilato (ASA), polilactido (p La ), polilactido-co-glicólido (PLGA), un poliéster, polioximetileno, polietileno, polipropileno, cloruro de polivinilo (PVC), polietileno tereftalato (PET), polibutileno tereftalato (PBT) y poliamida.
Material compuesto de fibras W
Con preferencia, el material compuesto de fibras W comprende:
(A) como matriz de polímero una composición de polímeros termoplásticos A, que contiene:
(A1) al menos un copolímero C, que está constituido con una porción de monómeros A-I de al menos 0,1 % en peso, además de monómeros A-II y opcionalmente otros monómeros, en donde los monómeros A-I están seleccionados del grupo que consta de anhídrido de ácido maleico (MA), N-fenilmaleinimida (PM), tert.-butil(met)acrilato y glicidil(met)acrilato (GM);
(A2) opcionalmente uno o varios colorantes F; y
(A3) opcionalmente uno o varios aditivos H; y
(B) fibras B, cuya superficie presenta grupos hidroxi, éster y/o amino como grupos funcionales B-I, que establecen con los monómeros A-I, pero no con los monómeros A-II, un enlace covalente,
en donde la transparencia a la luz del material compuesto de fibras W es al menos 10 % más elevada que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II.
Adicionalmente o en lugar de la transparencia a la luz elevada, en este caso la resistencia a la flexión del material compuesto de fibras W puede ser, además, 20 % más elevada que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II.
De manera más preferida, el material compuesto de fibras W comprende:
(A) como matriz de polímero una composición de polímeros termoplásticos A, que contiene:
(A1) al menos un copolímero C, que está constituido con una porción de anhídrido de ácido maleico (MA) de al menos 0,1 % en peso como monómeros A-I, además monómeros A-II y opcionalmente otros monómeros,
(A2) opcionalmente uno o varios colorantes; y
(A3) opcionalmente no o varios aditivos H; y
(B) fibras B, cuya superficie presenta grupos hidroxi como grupos funcionales B-I, que establecen con los monómeros A-I, pero no con los monómeros A-II, un enlace covalente,
en donde la transparencia a la luz del material compuesto de fibras W es al menos 10 % más elevada que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II.
Adicionalmente o en lugar de la transparencia a la luz elevada, en este caso la resistencia a la flexión del material compuesto de fibras W puede ser, además, 20 % más elevada que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II.
Adicionalmente o en lugar de la transparencia a la luz elevada y/o la resistencia a la flexión elevada se puede conseguir una ondulación más reducida de la superficie del material compuesto de fibras W, tal vez con una profundidad media de las ondas sobre la superficie del material compuesto de fibras W inferior a 30 pm, con preferencia inferior a 15 |jm, de manera más preferida inferior a 10 |jm, de manera más preferida inferior a 8 |jm, en particular inferior a 7 jim.
Con preferencia, la dilatación térmica del material compuesto de fibras W, que es responsable en una medida decisiva de la formación de ondulaciones en la superficie del material compuesto de fibras W, es de 0 a 5 ■ 10-6/K. Se consigue especialmente una ondulación reducida de la superficie cuando existen las siguientes características:
(a) utilización de una composición de polímeros termoplásticos amorfos A utilizada como matriz de polímero, (ausencia (en gran medida) de ingredientes cristalinos) durante la fase de consolidación del material compuesto de fibras W;
(b) alta capacidad de fluencia de la composición de polímeros A utilizada como matriz de polímero; y (c) alta afinidad química de los monómeros A-I con las fibras de refuerzo, especialmente a través de la configuración de enlaces covalentes.
De acuerdo con una forma de realización especialmente preferida, el material compuesto de fibras W es tal que:
(A) el material de polímero A está constituido hasta al menos 75% % en peso de copolímero de estireno C, que comprende anhídrido de ácido maleico (MA) como monómeros A-I, estireno (S)como monómeros A-II y con preferencia acrilonitrilo (AN) como monómeros A-III; y
(B) las fibras B son fibras de vidrio, que presentan grupos hidroxi en forma de grupos silanol como grupos funcionales B-I en la superficie,
en donde los restos-MA están esterificados, al menos parcialmente, con grupos silanol en la superficie de las fibras B.
Con preferencia, en este caso al menos 5 % en mol, de manera más preferida al menos 10 % en mol, de manera todavía más preferida al menos 20 % en mol, de manera todavía más preferida al menos 30 % en mol, de manera todavía más preferida al menos 50 % en mol, de manera todavía más preferida al menos 70 % en mol, de los restos-MA son esterificados con los grupos silanol en la superficie de las fibras B.
De manera todavía más preferida, el material compuesto de fibras W es tal que:
(A) la composición de polímeros termoplásticos A está constituida hasta al menos 80 % en eso (con preferencia hasta al menos el 95 % o al menos el 98 % en peso) de copolímero C, en donde el copolímero C está constituido de:
0,1-1 % en peso de anhídrido de ácido maleico (MA) como monómero A-I
74-74,9 % en peso de estireno (S) como monómeros A-II, y
25 % en peso de acrilonitrilo (AN) como monómero A-III.
(B) las fibras B son fibras de vidrio, que presentan grupos hidroxi en forma de grupos silanol como grupos funcionales B-I en la superficie,
en donde los restos-MA están esterificados al menos parcialmente (con preferencia hasta al menos 5 % en mol, de manea más preferida hasta al menos 20 % en mol, en particular hasta al menos 50 % en mol) con los grupos silanol en la superficie de las fibras B.
De manera todavía más preferida, el material compuesto de fibras W está constituido de:
(A) 20-99,5 % en peso de una composición de polímeros termoplásticos A, que está constituida hasta al menos 80 % en peso (con preferencia hasta al menos 95 % en peso o al menos 98 % en peso) de copolímero C, en donde el copolímero C está constituido de:
0,1-1 % en peso de anhídrido de ácido maleico (MA) como monómero A-I
74-74,9 % en peso de estireno (S) como monómeros A-II, y
25 % en peso de acrilonitrilo (AN) como monómero A-III; y
(B) 0,5-80 % en fibras B, que son fibras de vidrio, que presentan grupos hidroxi en forma de grupos silanol como grupos funcionales B-I en la superficie,
en donde los restos-MA están esterificados al menos parcialmente (con preferencia hasta al menos 5 % en mol, de manera más preferida hasta 20 % en mol, en particular hasta al menos 50 % en mol) con los grupos silanol en la superficie de las fibras B.
De manera muy especialmente preferida, el material compuesto de fibras W está constituido de:
(A) 20-99,5 % en peso de una composición de polímeros termoplásticos A, que está constituida hasta al menos 95 % en peso de copolímero C, en donde el copolímero C está constituido de:
0,1-1 % en peso de anhídrido de ácido maleico (MA) como monómero A-I
74-74,9 % en peso de estireno (S) como monómeros A-II, y
25 % en peso de acrilonitrilo (AN) como monómero A-III; y
(B) 0,5-80 % en fibras B, que son fibras de vidrio, que presentan grupos hidroxi en forma de grupos silanol como grupos funcionales B-I en la superficie,
en donde los restos-MA están esterificados hasta al menos 20 % en mol con los grupos silanol en la superficie de las fibras B.
La transparencia a la luz es, como se ha representado anteriormente, de acuerdo con la invención, en el material compuesto de fibras W al menos 10 % más elevada que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II.
De acuerdo con una forma de realización preferida, la transparencia a la luz del material compuesto W es al menos 15 %, con preferencia al menos 20 %, en particular al menos 25 % más elevada que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II.
De acuerdo con una forma de realización preferida, la resistencia a la flexión del material compuesto de fibras W es al menos 20 %, con preferencia al menos 25 %, de manera más preferida al menos 30 %, en particular al menos 50 % más elevada que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II.
De acuerdo con una forma de realización más preferida
(a) la transparencia a la luz del material compuesto de fibras W es al menos 20 %, con preferencia al menos 25 %, de manera más preferida al menos 30 %, en particular al menos 50 % más elevada que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II; y
(b) la resistencia a la flexión del material compuesto de fibras W es al menos 15 %, con preferencia al menos 20 %, en particular al menos 25 % más elevada que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II.
Como ya se ha representado anteriormente, el material compuesto de fibras W de acuerdo con la invención permite prescindir de adhesivos. Puesto que la aplicación de tales adhesivos exige típicamente una etapa de trabajo adicional, el material compuesto de fibras W no presenta ningún adhesivo.
Con preferencia, en la fabricación del material compuesto de fibras W no se emplea ningún adhesivo.
De acuerdo con una forma de realización preferida, en la fabricación del material compuesto de fibras W no se emplea ningún adhesivo del grupo que está constituido de aminosilanos y compuestos epoxi.
De esta manera, tampoco el material compuesto de fibras W fabricado contiene con preferencia ningún adhesivo en particular ningún adhesivo del grupo que está constituido de aminosilanos y compuestos epoxi, o producción de reacción química de ellos. De acuerdo con una forma de realización muy preferida, las fibras B están incrustadas por capas en el material compuesto y no se ha empleado ningún adhesivo en la fabricación del material compuesto de fibras W.
De acuerdo con una forma de realización preferida, las fibras B están incrustadas por capas como tejido o cañamazo, en particular como tejido, en el material compuesto de fibras W y en la fabricación del material compuesto de fibras W no se ha empleado ningún adhesivo del grupo que está constituido de aminosilanos y compuestos epoxi.
No obstante, de manera alternativa, el material compuesto de fibras W puede contener también uno o varios adhesivos, que permiten modificar (por lo tanto, reforzar o debilitar) la unión entre ingredientes de la composición de polímeros termoplásticos A e ingredientes de las fibras B. Por ejemplo, pueden estar provistos grupos de fibras B, respectivamente, con diferentes composiciones de adhesivos, que provocan las diferentes adhesiones de fibras y matriz. Las diferentes composiciones pueden diferenciarse exclusivamente en las concentraciones o también pueden presentar otras composiciones. A través de las diferentes composiciones de adhesivos se pueden ajustar diferentes adhesiones de las fibras y la matriz. Ya en la fabricación de las fibras B se puede aplicar el adhesivo como parte del encolado.
No obstante, puede estar previsto también un proceso adicional para el decapado térmico u otro decapado que destruye o retirar el encolado ya aplicado. A continuación se pueden recubrir entonces las fibras B con un acabado, que contiene el adhesivo y está adaptado a la matriz de polímero respectiva y a la adhesión deseada de las fibras y la matriz. De manera alternativa, en el material compuesto de fibras W de acuerdo con la invención se pueden utilizar también adhesivos, que contienen los polímeros de polieteruretano y de poliesteruretano, que actúan como formadores de película, tal vez junto con un adhesivo de aminosilano.
De acuerdo con una forma de realización especialmente preferida, las fibras B están incrustadas como tejido por capas en el material compuesto de fibras W y en la fabricación del material compuesto de fibras W no se ha empleado ningún adhesivo del grupo que está constituido de aminosilanos y compuestos epóxido, especialmente ningún adhesivo.
De acuerdo con otra forma de realización especialmente preferida, las fibras B están incrustada como tejido por capas en el material compuesto de fibras W y la composición de polímeros termoplásticos A comprende (o está (en gran medida) constituida de:
0,1-5 % en peso de anhídrido de ácido maleico (MA) como monómero A-I
70-80 % en peso de estireno (S) como monómeros A-II, y
25 % en peso de acrilonitrilo (AN) como monómero A- III.
De acuerdo con una forma de realización todavía más preferida, las fibras B están incrustadas como tejido por capas en el material compuesto de fibras W y en la fabricación del material compuesto de fibras W no se ha empleado ningún adhesivo del grupo que está constituido de aminosilanos y compuestos epóxido, especialmente ningún adhesivo y la composición de polímeros termoplásticos A comprende (o está (en gran medida) constituida de:
0,1-5 % en peso de anhídrido de ácido maleico (MA) como monómero A-I
70-80 % en peso de estireno (S) como monómeros A-II, y
15-29,9 % en peso de acrilonitrilo (AN) como monómero A-III.
En particular, están presentes otras características, como se han descrito anteriormente. Así, por ejemplo, las fibras B son también en estas formas de realización especialmente preferidas fibras de vidrio, que presentan grupos hidroxi en forma de grupos silanol como grupos funcionales B-I) en la superficie.
De manera muy especialmente preferida, la presente invención se refiere, por lo tanto, a (un) material compuesto de fibras W, que contiene (está constituido de):
(A) 20-99,5 % en peso de una composición de polímeros termoplásticos A, que está constituida de:
(A1) al menos un copolímero C que está constituido de
0,1-5 % en peso de anhídrido de ácido maleico (MA) como monómero A-I
70-80 % en peso de estireno (S) como monómeros A-II, y
15-29,9 % en peso de acrilonitrilo (AN) como monómero A-III.
(A2) opcionalmente uno o varios colorantes F; y
(A3) opcionalmente uno o varios aditivos H:
(B) 0,5-80 % de fibras de vidrio como fibras B, que presentan grupos hidroxi en forma de grupos silanol como grupos funcionales B-I) en la superficie, que inician un enlace covalente con los monómeros A-I, pero no con los monómeros A-II; y
(C) 0-79,5 % en peso de polímero D,
en donde las fibras B están incrustadas como tejido por capas en el material compuesto de fibras W y
en donde con preferencia no se ha empleado ningún adhesivo del grupo que consta de aminosilanos y compuestos epoxi, en particular ningún adhesivo en absoluto,
en donde la transparencia a la luz del material compuesto de fibras W es al menos 10 % más elevada que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II y, en donde opcionalmente:
la resistencia a la flexión del material compuesto de fibras W es al menos 20 % más elevada que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidor por monómeros A-I, y/o
en donde la ondulación de la superficie del material compuesto de fibras W presenta profundidades medias de las ondas sobre la superficie del material compuesto de fibras W inferiores a 30 |jm, con preferencia inferiores a 15 jm.
Fabricación de un material compuesto de fibras W con elevada transparencia a la luz y/o elevada resistencia a la flexión.
La presente invención comprende también un procedimiento para la fabricación de un material compuesto de fibras W con elevada transparencia a la luz.
La presente invención comprende también un procedimiento para la fabricación de un material compuesto de fibras W con elevada resistencia a la flexión. En particular, la presente invención comprende también un procedimiento para la fabricación de un material compuesto de fibras W con elevada transparencia a la luz y elevada resistencia a la flexión.
Por lo tanto, otro aspecto de la presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de un material compuesto de fibras W con elevada transparencia a la luz y elevada resistencia a la flexión, que comprende las etapas:
(i) preparación de:
(A) una composición de polímeros termoplásticos A como matriz de polímero, que contiene;
(A1) al menos un copolímero C, que comprende monómeros A-I y monómeros A-II y opcionalmente otros monómeros;
(A2) opcionalmente uno o varios colorantes F; y
(A3) opcionalmente uno o varios aditivos H; y
(B) fibras B, cuya superficie presenta grupos funcionales B-I, que pueden iniciar un enlace covalente con los monómeros A-I, pero no con los monómeros A-II;
(ii) fundición de la composición de polímeros termoplásticos A y puesta en contacto de éstos con las fibras B de la etapa (i); y
(iii) reacción de la al menos una parte de los monómeros A-I del copolímero C y de al menos una parte de los grupos funcionales B-I de las fibras B de la etapa (ii) bajo la configuración de enlaces covalentes, en donde la transparencia a la luz del material compuesto de fibras W es al menos 15 % más elevada que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II.
El procedimiento de fabricación de acuerdo con la invención puede comprender las fases habituales en la fabricación de materiales compuestos de la impregnación, consolidación y solidificación, en donde el proceso puede ser influenciado naturalmente a través de la selección de la temperatura, de la presión y de los tiempos aplicados. De acuerdo con una forma de realización preferida, en este caso, el material compuesto de fibras es como se ha definido anteriormente. Por lo tanto, en conexión con el presente procedimiento se aplican las definiciones mencionadas anteriormente. En particular, las formas de realización preferidas indicadas anteriormente:
La presente invención se refiere también a un procedimiento para la fabricación de un material compuesto de fibras W con superficies lisas, que comprende las etapas del procedimiento (i)-(iii) mencionadas anteriormente.
Con preferencia, la presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de un material compuesto de fibras W con
(a) elevada transparencia a la luz y elevada resistencia a la flexión;
(b) elevada transparencia a la luz y reducida ondulación superficial;
(c) elevada resistencia a la flexión y reducida ondulación superficial; o
(d) elevada transparencia a la luz, elevada resistencia a la flexión y reducida ondulación superficial en donde (a), (b), (c) o (d) comprenden las etapas del procedimiento (i)-(iii), como se han descrito anteriormente. La etapa de la consolidación y solidificación, por lo tanto el endurecimiento de la matriz de polímero de la composición de polímeros termoplásticos A está configurada con preferencia de tal manera que no se realiza un endurecimiento rápido de la matriz de polímero. En este caso es ventajosa la utilización de una matriz de polímero de una composición de polímeros termoplásticos amorfos A, puesto que tal composición no presenta una temperatura clara de fundición o bien de endurecimiento.
La ausencia de ingredientes cristalino disminuye la reducción del volumen en la fase de refrigeración y, por lo tanto, el impulsor esencial para la ondulación visible de la superficie. Además, a través de la utilización de composiciones de polímeros amorfos A se elimina una temperatura definida de fusión o bien de endurecimiento, que solidifica de manera repentina la matriz durante la refrigeración e impide las circulaciones de compensación.
Además, la capacidad de fluencia de la composición de polímeros termoplásticos amorfos A es con preferencia comparativamente alta. La capacidad de fluencia elevada debido a la reducida viscosidad permite a la composición de polímeros termoplásticos A de la matriz de polímeros contrarrestar diferencias de contracción todavía grandes durante la fase de refrigeración a través de la presión de consolidación que actúa desde el exterior y cerrar los "huecos de la matriz" que se forman en la proximidad de la superficie.
La etapa (iii) contiene con preferencia la configuración de numerosos enlaces covalentes entre los monómeros A-I y las fibras B.
La alta afinidad química con las fibras B favorece la impregnación de la estructura de refuerzo, es decir, una impregnación completa, rápida y uniforme de las fibras B a través de la colada de polímero de la composición de polímeros termoplásticos A durante el proceso de prensado. También esta impregnación especialmente uniforme reduce fuertes oscilaciones de la porción de volumen de fibras y de la matriz a lo largo del producto semiacabado y, por lo tanto, favorece una superficie lisa sin ondulaciones.
De acuerdo con una forma de realización preferida, el material compuesto de fibras W está constituido de:
20-99,5 % en peso de la composición de polímeros termoplásticos A;
0,5-80 % en peso de fibras B; y
0-79,5 % en peso de polímero D.
Por ejemplo, el material compuesto de fibras W está constituido de:
20-99.5 % en peso de la composición de polímeros termoplásticos A;
0,5-80 % en peso de fibras B.
Por ejemplo, el material compuesto de fibras W está constituido de:
20-50 % en peso, 30-60 % en peso, 40-60 % en peso, 40-50 % en peso, 50-60 % en peso, 50-99.5 % en peso, 75­ 90 % en peso o 80-95 % en peso de composición de polímeros termoplásticos A; y el resto, que falta hasta 100 % en peso de masa total del material compuesto de fibras B (y, dado el caos, de otros ingredientes, como tal vez D). De acuerdo con una forma de realización preferida, el material compuesto de fibras comprende W 20-50 % en vol., 30-60 % en vol., 40-60 % en vol., 40-50 % en vol., 50-60 % en vol., 50-99,5 % en vol., 75-90 % en vol. o 80-95 % en vol. de la composición de polímeros termoplásticos A, con respecto al volumen total de material compuesto de fibras W. De acuerdo con una forma de realización preferida, el material compuesto de fibras W comprende 20-50 % en vol., 30-60 % en vol., 40-60 % en vol., 40-50 % en vol., 50-60 % en vol., 50-99,5 % en vol., tal vez 75-90 % en vol. o bien 80-95 % en vol. de fibras B, con respecto al volumen total de material compuesto de fibras W.
De acuerdo con una forma de realización especialmente preferida, el material compuesto de fibras W comprende (o está constituido de):
40-70 % en vol., con preferencia 50-60 % en vol., en particular 55-60 % en vol., de masa moldeada termoplástica A (en particular, terpolímero de estireno-arilonitrilo-anhídrido de ácido maleico, que comprende al menos 0,1 % en peso de anhídrido de ácido maleico) y
30-60 % en vol., con preferencia 40-50 % en vol., en particular 40-45 % en vol. (porción de volumen de fibras) de fibras B (especialmente fibras de vidrio, muy especialmente introducidas como tejido o bien cañamazo).
De acuerdo con una forma de realización preferida, el material compuesto de fibras W presenta en la sección transversal (por lo tanto, en el canto de corte, cuando se corta a medida un material compuesto de fibras plano W (por ejemplo con las tijeras), en el promedio, promediado sobre todo el material compuesto de fibras W):
40-70 %, con preferencia 50-60 %, en particular 5-60 % de masa moldeada termoplástica A ((en particular, terpolímero de estireno-arilonitrilo-anhídrido de ácido maleico, que comprende al menos 0,1 % en peso de anhídrido de ácido maleico) y
30-60 % en vol., con preferencia 40-50 % en vol., en particular 40-45 % en vol. (porción de espesores de fibras) de fibras B (especialmente fibras de vidrio, muy especialmente introducidas como tejido o bien cañamazo), en donde las indicaciones % corresponden en este caso a la porción porcentual de espesores (del canto de corte).
Por ejemplo, a lo largo de un canto de corte de un material compuesto de fibras W de 1,12 mm de espesor, el espesor de la matriz de polímero (por lo tanto, de la masa moldeada termoplástica A) es 0,65 mm (corresponde a 58 %) y de las fibras B 0,47 mm (corresponde a 42 %).
De acuerdo con una forma de realización preferida, el material compuesto de fibras W presenta un espesor total de 0,5 a 2,5 g/ml, de manera más preferida de 1 a 2 g/ml, en particular de 1,5 a 1,75 g/ml, tal vez de 1,7 g/ml 10%. De acuerdo con una forma de realización preferida, el copolímero C está constituido con una porción de monómeros A-I de al menos 0,1 % en peso, con preferencia de al menos 0,5 % en peso, en particular de al menos 1 % en peso. De acuerdo con una forma de realización preferida, la composición de polímeros termoplásticos A está constituida hasta al menos 90 % en pero, con preferencia al menos 95 % en peso, en particular hasta al menos 9i8 % en peso del copolímero C.
De acuerdo con una forma de realización preferida, los monómeros A-I están seleccionados del grupo que consta de anhídrido de ácido maleico (MA), N-fenilmaleimida (PM), tert.-butil(met)acrilato y glicidil(met)acrilato, tal vez seleccionados del grupo que consta de anhídrido de ácido maleico (MA), N-fenilmaleimida (PM), y glicidil(met)acrilato.
De acuerdo con una forma de realización preferida, el copolímero C es un copolímero de estireno C, que contiene estireno (S) como monómeros A-II.
De acuerdo con una forma de realización especialmente, la composición de polímeros termoplásticos A:
0,1-5 % en peso de anhídrido de ácido maleico (MA) como monómero A-I
50-99,9 % en peso de estireno (S) como monómeros A-II, y
0-49,9 % en peso de acrilonitrilo (AN) como monómero A-III.
De manera especialmente preferida, el copolímero de estireno C está constituido de:
0,1-5 % en peso de anhídrido de ácido maleico (MA) como monómero A-I
65-85 % en peso de estireno (S) como monómeros A-II, y
10-34,9 % en peso de acrilonitrilo (AN) como monómero A-III.
Así, por ejemplo, el copolímero de estireno C puede estar constituido, por ejemplo, de:
0,1-5 % en peso de anhídrido de ácido maleico (MA) como monómero A-I
70-80 % en peso de estireno (S) como monómeros A-II, y
10-34,9 % en peso de acrilonitrilo (AN) como monómero A-III.
Así, por ejemplo, el copolímero de estireno C puede estar constituido, por ejemplo, de:
0,1-5 % en peso de anhídrido de ácido maleico (MA) como monómero A-I
70-80 % en peso de estireno (S) como monómeros A-II, y
15-29,9 % en peso de acrilonitrilo (AN) como monómero A-III.
Por ejemplo, la composición de polímeros termoplásticos A puede estar constituida hasta al menos 95 % en peso de copolímero C, que está constituido de:
0,1-1 % en peso de anhídrido de ácido maleico (MA) como monómero A-I
74-74,9 % en peso de estireno (S) como monómeros A-II, y
25 % en peso de acrilonitrilo (AN) como monómero A-III.
De acuerdo con una forma de realización preferida, los grupos funcionales B-I en la superficie de las fibras B están seleccionados de grupos hidroxi, éster y amino.
De acuerdo con una forma de realización más preferida, las fibras B son fibras de vidrio, que presentan grupos hidroxi en forma de grupos silanol como grupos funcionales B-I en la superficie.
De acuerdo con una forma de realización preferida se incrustan las fibras B por capas en el material compuesto de fibras W.
También pueden estar incrustadas varias capas, por lo tanto dos o más capas en fibras B en el material compuesto de fibras W, por lo tanto, tal vez dos, tres, cuatro, cinco, seis, siete, ocho, nueve, diez, 10-20, 15-25, 20-50 o incluso todavía más capas. Entonces el material compuesto de fibras presenta una estructura del tipo de laminado.
De acuerdo con una forma de realización especialmente preferida, el material compuesto de fibras W es tal que:
(A) la matriz de polímero A está constituida hasta al menos 75 % en peso de copolímero de estireno C, que comprende anhídrido de ácido maleico (MA) como monómeros A-I, estireno (S) como monómeros A-II y con preferencia acrilonitrilo (AN) como monómeros A-III; y
(B) las fibras B son fibras de vidrio, que presentan grupos hidroxi en forma de grupos silanol como grupos funcionales B-I en la superficie.
en donde los restos-MA están esterificados al menos parcialmente con los grupos silanol en la superficie de las fibras B.
De acuerdo con una forma de realización preferida, la transparencia a la luz del material compuesto del material compuesto de fibras W obtenido es al menos 20 %, en particular al menos 25 %, más alta que en un material compuesto de fibras W, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituido por monómeros A-II.
De acuerdo con una forma de realización preferida, la resistencia a la flexión del material compuesto del material compuesto de fibras W es al menos 20 %, con preferencia al menos 25 %, de manera más preferida al menos 30 %, en particular al menos 50 %, más alta que en un material compuesto de fibras W, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituido por monómeros A-II.
De acuerdo con una forma de realización más preferida
(a) la transparencia a la luz del material compuesto del material compuesto de fibras W es al menos 20 %, en particular al menos 25 %, más alta que en un material compuesto de fibras W, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituido por monómeros A-II.
(b) la resistencia a la flexión del material compuesto del material compuesto de fibras W es al menos 20 %, con preferencia al menos 25 %, de manera más preferida al menos 30 %, en particular al menos 50 %, más alta que en un material compuesto de fibras W, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituido por monómeros A-II.
De acuerdo con una forma de realización, en el procedimiento de acuerdo con la invención, no se emplea ningún adhesivo del grupo que consta de aminosilanos y compuestos epoxi.
La etapa (ii) del procedimiento de acuerdo con la invención, por lo tanto la fusión de la composición de polímeros termoplásticos A y la puesta en contacto de esta colada con las fibras B se puede realizar de cualquier manera adecuada para ello. En el caso de tal impregnación, la matriz se puede transferir a un estado fluido y las fibras B son humedecidas bajo la configuración de una capa límite.
De acuerdo con una forma de realización preferida, en la realización del procedimiento se realizan las etapas (ii) y (iii) al mismo tiempo.
Por lo tanto, inmediatamente después del puesta en contacto de la composición de polímeros termoplásticos A con las fibras B tiene lugar una reacción química, en la que los monómeros A-I configuran un enlace covalente con la superficie de las fibras B (en general, a través de una unión en los grupos funcionales B-I). Esto puede ser, por ejemplo, una esterificación (por ejemplo, esterificación de monómeros de anhídrido de ácido maleico con grupos silanol de una fibra de vidrio). De manera alternativa, se puede iniciar la configuración de un enlace covalente también en una etapa separada (por ejemplo, a través de elevación de la temperatura, iniciadores radicales y/o fotoiniciación). Esto se puede realizar a cualquier temperatura adecuada.
De acuerdo con una forma de realización preferida, la(s) etapa(s) (ii) y/o (iii) se realiza(n) a una temperatura de al menos 200°C, con preferencia al menos 250°C, de manera más preferida a 300°C-340°C.
En este caso, con preferencia, se emplean tal vez temperaturas en el intervalo de 50°C a 400°C, de manera más preferida 50°C a 360°C, todavía más preferido 50°C a 350°C, todavía más preferido 75°C a 350°C, todavía más preferido 100°C a 350°C, todavía más preferido 150°C a 350°C, todavía más preferido 200°C a 350°C, todavía más preferido 250°C a 350°C, todavía más preferido 300°C a 350°C, en particular 300°C a 340°C.
En este caso, hay que procurar con preferencia que a ser posible no se produzca pirolisis y los componentes utilizados no se destruyan térmicamente o sólo poco (< 50 %), con la excepción de composiciones que liberan grupos reactivos a través de disociación térmica, como por ejemplo en tert.-butil(met)acrilato. En este caso, a través de eliminación térmica a temperaturas de aproximadamente a partir de 200 °C se libera isobuteno, y el grupo funcional remanente (esencialmente una función ácida) puede reaccionar entones con la superficie de fibras.
De acuerdo con una forma de realización preferida, por lo tanto, en la realización de las etapas (ii) y/o (iii) la duración de residencia a temperaturas de > 200°C no es mayor que 10 min., con preferencia no mayor que 5 min, de manera más preferida no mayor que 2 min, en particular no mayor que 1 min.
El procedimiento, en particular las etapas (ii) y/o (iii), se pueden realizar, en principio, a presión discrecional (con preferencia a presión atmosférica o sobrepresión), con y sin presión de apriete de los componentes. Sin embargo, en el caso de una presión de apriete, se pueden mejorar las propiedades del material compuesto de fibras W.
De acuerdo con una forma de realización preferida, por lo tanto, las etapas (ii) y/o (iii) se realizan a una presión de 5­ 100 bares (por ejemplo a 5-50 bares) y durante un tiempo de presión de 10-60 s, con preferencia a una presión de apriete de 10-30 bares y un tiempo de presión de 15-40 s.
Con preferencia, el procedimiento de acuerdo con la invención para la fabricación de un material compuesto de fibras W con elevada transparencia a la luz y/o elevada resistencia a la flexión comprende las etapas:
(i) preparación de:
(A) una composición de polímeros termoplásticos A, que está constituida hasta al menos 75 % en peso de copolímero de estireno C, en donde el copolímero de estireno comprende anhídrido de ácido maleico (MA) como monómero A-I, estireno (S) como monómeros A-II, y con preferencia acrilonitrilo (AN) como monómero A-III; y
(B) fibras B, que son fibras de vidrio, que presentan grupos hidroxi en forma de grupos silanol como grupos funcionales B-I en la superficie,
(ii) fundición de la composición de polímeros termoplásticos A y puesta en contacto de esta con las fibras B de la etapa (i);
(iii) reacción de al menos 20 % en mol de los monómeros A-I del copolímero C y de al menos una parte de los grupos funcionales B-I de las fibras B de la etapa (ii) bajo la configuración de enlaces covalentes; y opcionalmente
(iv) formación tridimensional en una pieza moldeada T.
De manera todavía más preferida, el procedimiento de acuerdo con la invención para la fabricación de un material compuesto de fibras W con elevada transparencia a la luz y/o elevada resistencia a la flexión comprende las etapas:
(i) preparación de:
(A) una composición de polímeros termoplásticos A, que está constituida hasta al menos 75 % en peso de copolímero de estireno C, en donde el copolímero de estireno comprende anhídrido de ácido maleico (MA) como monómero A-I, estireno (S) como monómeros A-II, y con preferencia acrilonitrilo (AN) como monómero A-III; y
(B) fibras B, que son fibras de vidrio, que presentan grupos hidroxi en forma de grupos silanol como grupos funcionales B-I en la superficie,
(ii) fundición de la composición de polímeros termoplásticos A y puesta en contacto de esta con las fibras B de la etapa (i), a una temperatura de al menos 200°C;
(iii) reacción de al menos 20 % en mol de los monómeros A-I del copolímero C y de al menos una parte de los grupos funcionales B-I de las fibras B de la etapa (ii) bajo la configuración de enlaces covalentes, al menos a 200°C, y opcionalmente
(iv) formación tridimensional en una pieza moldeada T
en donde con preferencia durante la realización de las etapas (ii) y/o (iii), el tiempo de residencia a temperaturas de > 200°C no es mayor de 5 min.
De manera especialmente preferida, el procedimiento de acuerdo con la invención para la fabricación de un material compuesto de fibras W con elevada transparencia a la luz y/o elevada resistencia a la flexión comprende las etapas:
(i) preparación de:
(A) una composición de polímeros termoplásticos A, que está constituida de copolímero de estireno C que está constituido de:
0,1-5 % en peso de anhídrido de ácido maleico (MA) como monómero A-I
50-90 % en peso de estireno (S) como monómeros A-II, y
5-49,9 % en peso de acrilonitrilo (AN) como monómero A-III, y
(B) fibras B, que son fibras de vidrio, que presentan grupos hidroxi en forma de grupos silanol como grupos funcionales B-I en la superficie,
(ii) fundición de la composición de polímeros termoplásticos A y puesta en contacto de ésta con las fibras B de la etapa (i) a una temperatura de 300-340°C;
(iii) reacción de al menos 20 % en mol de los monómeros A-I del copolímero C y de al menos una parte de los grupos funcionales B-I de las fibras B de la etapa (ii) bajo la configuración de enlaces covalentes, a una temperatura de 300-340°C, y opcionalmente
(iv) formación tridimensional en una pieza moldeada T,
en donde durante la realización de las etapas (ii) y/o (iii), el tiempo de residencia a temperaturas de > 200°C no es mayor de 5 min.
Durante la consolidación se evitan las inclusiones de aire en el material compuesto de fibras W y se establece una buena unión entre la composición de polímeros termoplásticos A y las fibras B (especialmente cuando se trata de fibras B incrustadas por capas). Se prefiere obtener después de la impregnación y la consolidación un material compuesto libre de poros.
Opcionalmente, las fibras B se pueden impregnar y consolidar por capas como capas de fibras B en una única etapa de procesamiento con la matriz de polímero de la composición de polímeros termoplásticos A. La fabricación del material compuesto de fibras W se puede realizar de esta manera de una forma especialmente eficiente.
De manera alternativa, las etapas mencionadas se pueden realizar en secuencia separada. Por ejemplo, se pueden preparar en primer lugar capas de fibras B con fibras B preparadas de forma diferente, de manera que tiene lugar una impregnación de las fibras B con la matriz de polímero de la composición de polímeros termoplásticos A. A continuación, las capas impregnadas con fibras B pueden existir con diferente adhesión de las fibras y la matriz, que se pueden consolidad en otra etapa de trabajo para formar un material compuesto como material compuesto de fibras W.
Antes de que las capas de fibras B sean laminadas con la matriz de polímero de la composición de polímeros termoplásticos A, se puede someter al menos una parte de las fibras B a un tratamiento previo, en cuyo desarrollo se influye con la adhesión posterior de las fibras y la matriz. El tratamiento previo puede incluir, por ejemplo, una etapa de recubrimiento, una etapa de decapado, una etapa de tratamiento térmico o una etapa de tratamiento mecánico de la superficie. En particular, por ejemplo, a través del calentamiento de una parte de las fibras B se puede retirar parcialmente un adhesivo ya aplicado.
Las capas de refuerzo se pueden unir durante el proceso de fabricación (laminación) totalmente entre sí. Tales esteras de material compuesto de fibras ofrecen rigidez y resistencia óptimas en la dirección de las fibras y se pueden procesar posteriormente de una manera especialmente ventajosa.
El procedimiento puede comprender también la fabricación de una pieza moldeada T.
De acuerdo con una forma de realización preferida, el procedimiento comprende como otra etapa (iv) una conformación tridimensional en una pieza moldeada T.
Esto se puede realizar de una manera discrecional, tal vez a través de la conformación mecánica por medio de un cuerpo de moldeo, que puede ser también un cilindro con estampación. Con preferencia, se moldea el material compuesto de fibras W todavía moldeable, en el que la composición de polímeros termoplásticos A está presente todavía (parcialmente) fundida. De manera alternativa o adicional, también se puede conformar en frío un material compuesto de fibras W endurecido.
Con preferencia, al final del procedimiento se obtiene una pieza moldeada sólida T.
Con preferencia, por lo tanto, el procedimiento comprende, como otra etapa (v) el endurecimiento del producto obtenido a partir de las etapas (iii) o (iv).
Esta etapa se puede designar también como consolidación. La solidificación que tiene lugar, en general, con extracción de calor puede conducir a continuación a una pieza moldada T acabada para el uso. Opcionalmente, la pieza moldeada T se puede repasar todavía (por ejemplo, desbarbado, pulido, tintado, etc.).
El procedimiento se puede realizar de manera continua, semicontinua o discontinua.
De acuerdo con una forma de realización preferida, el procedimiento se realiza como procedimiento continuo, en particular como procedimiento continuo para la fabricación de láminas lisas o estampadas tridimensionales.
Así, por ejemplo, se puede obtener una lámina estampada tridimensional a través de estampación con cilindros. A tal fin, se desenrolla una lámina que se encuentra en un rollo y se conduce sobre un cilindro, cuya superficie reproduce la estructura deseada. También se puede conducir una lámina que se encuentra sobre un rodillo a través de dos cilindros que marchan superpuestos, cuya superficie reproduce la estructura deseada. Por último, se puede enrollar la lámina sobre un segundo rodillos y se puede almacenar.
De manera alternativa, también se pueden fabricar piezas moldeadas T tal vez para automóviles o herramientas de una manera continua o semi-continua.
También se pueden utilizar tales piezas moldeadas T como (o como componentes de) ventana(s), compuertas, ventana(s) de lavadoras, tragaluces, cubiertas de lentes, placas de distribución de la luz, carcasa(s) para cuerpos luminosos, conductores de luz, etc.
Como se ha indicado anteriormente, un elemento esencial de la invención es la utilización de monómeros A-I en combinación con grupos funcionales B-I de las fibras B.
A la luz de lo mencionado anteriormente, se enseña aquí también la utilización de monómeros A-I en un copolímero C para la fabricación de un material compuesto de fibras W con elevada transparencia a la luz y/o elevada resistencia a la flexión que contiene el copolímero C y fibras B transparentes a la luz, en donde las fibras B son incrustadas en el copolímero C de tal manera que resulta una unión covalente entre al menos una parte de los grupos funcionales B-I y al menos una parte de los monómeros A-I, en donde el material compuesto de fibras W es como se ha definido anteriormente y/o la utilización se realiza de acuerdo con un procedimiento como se ha definido anteriormente.
El producto del procedimiento descrito anteriormente está comprendido de la misma manera por la presente invención.
El producto puede ser transparente en su totalidad, parcialmente transparente o no transparente. El producto puede estar constituido opcionalmente por el material compuesto de fibras W. Opcionalmente, puede estar recubierto por uno o ambos lados (por ejemplo, con un metal, una laca, un (co)polímero, etc.). De esta manera, el producto puede estar recubierto tal vez con copolímero de estireno acrilonitrilo (SAN), terpolímero de estireno-acrilonitrilo-anhídrido de ácido maleico (SAN, MA, también S/AN/MA o S/AN/anhídrido de ácido maleico), ABS o ASA. La superficie del producto puede ser brillante o mate. Por ejemplo, el material compuesto de fibras W puede estar aplicado también sobre una superficie metálica (por ejemplo, una lámina metálica (y/o puede estar recubierto con metal, en donde la lámina o recubrimiento debe permanecer (al menos parcialmente) visible ópticamente (por ejemplo, un recubrimiento o bien una lámina de oro o de aluminio). Un producto puede ser, por ejemplo, una pieza moldeada (por ejemplo, una pieza moldeada para un vehículo o un aparato electrodoméstico) o una lámina.
Otro aspecto de la presente invención se refiere, por lo tanto, a un material compuesto de fibras W que se puede obtener de acuerdo con un procedimiento definido anteriormente. Éste tiene con preferencia las propiedades mencionadas anteriormente. Con preferencia, en este caso, por lo tanto, el material compuesto de fibras W es como se ha definido anteriormente.
Las figuras, los ejemplos experimentales y las reivindicaciones sirven para la ilustración detallada de la invención. Figuras
La figura 1 muestra los materiales compuestos de fibras W, que se han obtenido de acuerdo con el Ensayo N° 1. La figura 1A representa la documentación visual. La figura 1B muestra la vista microscópica de una sección a través del material compuesto de fibras W laminar dispuesto en la orientación horizontal (izquierda: ampliación 25 veces, derecha. Ampliación 50 veces), en donde las fibras se pueden reconocer claramente como capa oscura que se extiende horizontal entre las capas claras de masa de moldeo termoplástica. La figura 1C muestra la ampliación 200 veces, en donde se puede reconocer que la impregnación no está terminada en algunos lugares.
La figura 2 muestra los materiales compuestos de fibras W, que se han obtenido de acuerdo con el Ensayo N° 2. La figura 2A representa la documentación visual. La figura 2B muestra la vista microscópica de una sección a través del material compuesto de fibras W laminar dispuesto en la orientación horizontal (izquierda: ampliación 25 veces, derecha. Ampliación 50 veces), en donde las fibras se pueden reconocer claramente como capa oscura que se extiende entre las capas claras de masa de moldeo termoplástica. La figura 2C muestra la ampliación 200 veces, en donde se puede reconocer que la impregnación no está terminada en parte.
La figura 3 muestra los materiales compuestos de fibras W, que se han obtenido de acuerdo con el Ensayo N° 3. La figura 3A representa la documentación visual. La figura 2B muestra la vista microscópica de una sección a través del material compuesto de fibras W laminar dispuesto en la orientación horizontal (izquierda: ampliación 25 veces, derecha. Ampliación 50 veces), en donde no se puede reconocer ninguna capa de fibras. La figura 3C muestra la ampliación 200 veces, en donde se puede reconocer que la impregnación está terminada en gran medida.
La figura 4 muestra los materiales compuestos de fibras W, que se han obtenido de acuerdo con el Ensayo N° 4. La figura 4A representa la documentación visual. La figura 4B muestra la vista microscópica de una sección a través del material compuesto de fibras W laminar dispuesto en la orientación horizontal (izquierda: ampliación 25 veces, derecha. Ampliación 50 veces), en donde no se puede reconocer ninguna capa de fibras. La figura 3C muestra la ampliación 200 veces, en donde se puede reconocer que la impregnación no está terminada totalmente en lugares individuales.
La figura 5 muestra los materiales compuestos de fibras W, que se han obtenido de acuerdo con el Ensayo N° 5. La figura 5A representa la documentación visual. La figura 5B muestra la vista microscópica de una sección a través del material compuesto de fibras W laminar dispuesto en la orientación horizontal (izquierda: ampliación 25 veces, derecha. Ampliación 50 veces), en donde no se puede reconocer ninguna capa de fibras. La figura 5C muestra la ampliación 200 veces, en donde se puede reconocer que la impregnación no está terminada totalmente en pocos lugares.
La figura 6 muestra la fabricación de los materiales compuestos de fibras W (aquí: tejido de fibras de vidrio) en la entrada de la prensa V25-V28- Se puede reconocer claramente que tal procedimiento de fabricación permite una producción continua. Además, a través de la estampación del patrón, se puede reconocer que el material compuesto de fibras W se puede moldear también tridimensional.
La figura 7 muestra esquemáticamente la aparición de la formación no deseada de ondas en la superficie (textura). Ejemplos
Parámetros del procedimiento:
Los ensayos se realizaron en una prensa térmica de intervalos, que está en condiciones de fabricar un material compuesto de fibras/láminas a partir de lámina de polímero, colada o polvo, para la fabricación casi continua de productos semiacabados termoplásticos reforzados con fibras, laminados y placas de sándwich.
Anchura de las placas: 660 mm
Espesor del laminado: 0,2 a 9,0 mm
Tolerancias del laminado: máx. ± 0,1 mm de acuerdo con el producto semiacabado
Espesor de las placas de sándwich: máx, 30 mm
Desecho: aproximadamente 0,1 - 60 m/h, en función de la calidad y del espesor del componente,
Avance nominal 5 m/h
Presión de la herramienta: unidad de prensa 5-25 bares, para tamaño mínimo y máximo de la herramienta Regulable sin escalonamiento (opcional)
Atemperación de la herramienta: 3 zonas calefactoras y 2 zonas de refrigeración
Temperatura de la herramienta: hasta 400°C
Longitud de la herramienta: 1000 mm
Vía de apertura de la prensa: 0,5 a 200 mm
Dirección de la producción: de derecha a izquierda
Datos técnicos de la plastificación de la colada:
Carga discontinua de la colada en la posición media para la fabricación de productos semiacabados termoplásticos reforzados con fibras
Diámetro del tornillo sin fin: 35 mm
Volumen máximo de la carrera: 192 cm3
Número máximo de revoluciones del tornillo sin fin: 350 rpm
Corriente máxima de salida: 108 cm3/s
Presión máxima de salida: 2406 bares específicos
La transparencia se midió en muestras de organochapas de 1 mm en % de luz diurna blanca (100 %) (aparato de medición de la transparencia Byk Haze gard i (BYK-gardner, USA) de acuerdo con ASTM D 1003 (por ejemplo ASTM D 1003-13)).
T e r m o p lá s t i c o r e a l iz a d o C o m b in a c io n e s A
A1 (comp.) S/AN con 75 % de estireno (S) y 25 % de acrilonitrilo (AN), índice de viscosidad 60, Mw de 250.000 g/mol (medido a través de Cromatografías de Permeación en Gel en columnas estándar con patrones de calibración de polietileno monodisperso).
A2: Copolímero de S/AN/anhídrido de ácido maleico con la composición (% en peso): 74/25/1, Mw de 250.000 g/mol (medido a través de Cromatografías de Permeación en Gel en columnas estándar con patrones de calibración de polietileno monodisperso).
A3: mezcla de A2 : A1 = 2 : 1
A4: mezcla de A2 : A1 = 1 : 2
Fibras utilizadas - Textiles B
B1: Cañamazo de fibras de vidrio bidireccionales 9/90o (GF-GE) con peso específico = 590g/m2, trama urdimbre = 1200tex [por ejemplo KN G 590.1 de P-D Glasseiden GmbH]
B2: Cuerpo de tejido de fibras de vidrio 2/2 (GF-KG) con peso específico = 576 g/m2, trama, urdimbre = 200tex
Las combinaciones y los ajustes de parámetros realizados en relación con los Ensayos N° 1-5 se indican en la tabla siguiente:
Tabla 1. Condiciones de fabricación de los materiales compuestos de fibras W
Figure imgf000024_0001
Ensayo N° 1 (ensayo comparativo)
Los resultados se muestran en la figura 1
Evaluación visual en la superficie del producto semiacabado
Macro impregnación: terminada
Micro impregnación: claramente no terminada
Evaluación microscópica en el interior del producto semiacabado:
Capa de la matriz en la capa central: claramente reconocible
Capa de la matriz en la capa de la cubierta: no reconocible en las mechas
Impregnación de los hilos de urdimbre: zonas no impregnadas en el centro, impregnación ligeramente impregnada en la periferia: zonas claramente no impregnadas en el centro, ligeramente impregnadas en la periferia
Inclusiones de aire: pocas, sólo en las mechas
Consolidación: insuficiente, daño en los hilos de urdimbre y de trama.
Ensayo N° 2
Los resultados se muestran en la figura 2
Evaluación visual en la superficie del producto semiacabado
Macro impregnación; terminada
Micro impregnación: no terminada en varios lugares
Evaluación microscópica en el interior del producto semiacabado:
Capa de la matriz en la capa central: reconocible
Capa de la matriz en la capa de la cubierta: poco reconocible en las mechas
Impregnación de los hilos de urdimbre: zonas no impregnadas en el centro reconocibles, impregnación parcial en la periferia, impregnación parcial
Inclusiones de aire: pocas,
Consolidación: insuficiente, daño claro en los hilos de trama.
Ensayo N° 3
Los resultados se muestran en la figura 3
Evaluación visual en la superficie del producto semiacabado
Macro impregnación: terminada
Micro impregnación: terminada
Ensayo N° 3: Evaluación microscópica en el interior del producto semiacabado:
Capa de la matriz en la capa central: no reconocible
Capa de la matriz en la capa de la cubierta: buen reconocible
Impregnación de los hilos de urdimbre: zonas apenas no impregnadas reconocibles, buena impregnación en la periferia
Impregnación de los hilos de urdimbre: zonas reconocibles apenas no impregnadas, buena impregnación en la periferia
Impregnación de los hilos de trama: zonas reconocibles apenas no impregnadas, buena impregnación en la periferia
Inclusiones de aire: muchas burbujas grandes reconocibles
Consolidación buena, sin daños
Ensayo N° 4
Los resultados se muestran en la figura 4
Evaluación visual en la superficie del producto semiacabado
Macro impregnación: terminada
Micro impregnación: en gran medida terminada
Evaluación microscópica en el interior del producto semiacabado
Capa de la matriz en la capa central: apenas reconocible
Capa de la matriz en la capa de la cubierta: reconocible
Impregnación de los hilos de urdimbre: zonas ligeramente no impregnadas reconocibles, buena impregnación en la periferia
Impregnación de los hilos de trama: zonas no impregnadas reconocibles, pero impregnada en la periferia Inclusiones de aire: no reconocibles
Consolidación: satisfactoria, daños medios de hilos de trama reconocibles
Ensayo N° 5
Los resultados se muestran en la figura
Evaluación visual en la superficie del producto semiacabado
Macro impregnación: terminada
Micro impregnación: en gran medida terminada
Evaluación microscópica en el interior del producto semiacabado
Capa de la matriz en la capa central: apenas reconocible
Capa de la matriz en la capa de la cubierta: reconocible
Impregnación de los hilos de urdimbre: pocas zonas no impregnadas reconocibles, buena impregnación en la periferia
Impregnación de los hilos de trama: pocas zonas no impregnadas reconocibles, buena impregnación en la periferia
Inclusiones de aire: no reconocibles
Consolidación: parcialmente buena, en parte insuficiente, daños locales de hilos de trama reconocibles Resumen de los resultados de ensayo
Tabla 2 . Resumen de los ensayos y evaluación
Figure imgf000026_0001
Tabla 3. Comparación óptica y háptica de los ajustes de ensayo de acuerdo con la invención con organochapas convencionales
Figure imgf000026_0002
Ensayo N° 6
Los resultados se muestran en la Tabla 5. Las combinaciones y ajustes de parámetros realizados en relación con el Ensayo N° 6 se indican en la Tabla siguiente:
Tabla 4. Condiciones de fabricación de los materiales compuestos de fibras W
Figure imgf000026_0003
** Componentes A B1: 0.465 mm espesor estructura textil, 0.653 mm espesor estructura de la matriz, volumen total de la matriz: 22 ml, porción del volumen de fibras: 41.6 %, densidad total del producto semiacabado: 1.669 g/ml, espesor total de producto semiacabado: 1.117 mm
Tabla 5. Comparación de la resistencia a la flexión
Figure imgf000027_0001
La Tabla 5 muestra los materiales compuestos de fibras W obtenidos en una serie de ensayos. Se combinaron y se verificaron, respectivamente, SAN puto (A1) así como un copolímero de S/AN/anhídrido de ácido maleico (A2) con un refuerzo de cañamazo y de tejido de venta en el mercado en un proceso idéntico. El contenido de volumen de fibras de los compuestos era 42 %. La calidad mejorada de la impregnación y la unión entre fibras y matriz no se muestra en la rigidez a la flexión, sino claramente en la resistencia a la flexión (tensión a rotura) de las muestras investigadas.
Ensayo N° 7
Los resultados se muestran en la Tabla 6.
Tabla 6. Comparación de la profundidad de las ondas Wt
Figure imgf000027_0002
_________________________________________
En este caso, los componentes se definen a continuación:
SAN: Terpolímero SAN-MA, composición en peso (% en peso): 73/25/2, Mw: 250.000 g/mol (medido a través de Cromatografía de Permeación en Gel en columnas estándar con patrones de poliestireno monodisperso) MVR: 15-25 cm3/10 min a220°C/10kg (ISO1133), índice de viscosidad (en DMF) J = 61-67 ml/g
PC OD: Policarbonato amorfo ligeramente fluido de grado óptico para discos ópticos
PA6: Poliamida 6 ligeramente fluida, parcialmente cristalina
Fibras: Cuerpo de tejido de fibras de vidrio 2/2 (GF-KG) con peso específico = 300 g/m2, trama, urdimbre =
200tex (B3).
Como se puede deducir a partir de la Tabla 6, la utilización de terpolímero-SAN-MA es especialmente ventajosa con respecto a la obtención de una profundidad reducida de las ondas de la superficie. PC OD se mostró como sensible a la tensofisuración.
Ejemplos de organochapas de varias capas
Los materiales compuestos de fibras descritos (organochapas), especialmente con matriz termoplástica amorfa, son especialmente adecuados para la fabricación de cuerpos moldeados, láminas y recubrimientos transparentes y traslúcidos. A continuación se muestran algunos ejemplos. Si no se menciona otra cosa, las piezas moldeadas s fabricaron en el procedimiento de moldeo por inyección.
Ejemplo 1: Fabricación del material compuesto de fibras M
40 % en peso, con respecto al material compuesto de fibras, de un copolímero de acrilonitrilo-estireno-anhídrido de ácido maleico como masa de moldeo termoplástica A (fabricada a partir de: 75 % en peso de estireno, 24 % en peso de acrilonitrilo y 1 % en peso de anhídrido de ácido maleico) se combinaron con 60 % en peso, con respecto al material compuesto de fibras, de una fibra de refuerzo basada en vidrio con funcionalidad químicamente reactiva (grupos silano) en la superficie [GW 123-580K2 de P-D Glasseiden GmbH].
Ejemplo 2: Fabricación del material compuesto de fibras N
65 % en peso, con respecto al material compuesto de fibras, de un copolímero de acrilonitrilo-estireno-anhídrido de ácido maleico como masa de moldeo termoplástica A (ABS fabricado de: 45 % en peso de butadieno, 30 % en peso de estireno, 24 % en peso de acrilonitrilo y 1 % en peso de anhídrido de ácido maleico) se combinaron con 35 % en peso, con respecto al material compuesto de fibras, de una fibra de refuerzo basada en fibras con funcionalidad reactiva química (grupos silano) en la superficie [GW 123-580K2 de P-D Glasseiden GmbH]. El material compuesto de fibras se estrió a continuación.
Ejemplo 2: Fabricación de piezas moldeadas a partir de materiales compuestos de fibras M y N
Ejemplo A: Ventana de lavadoras
Ejemplo B: Recubrimientos de lentes
Se observó una rigidez elevada de la ventana y del recubrimiento de lentes frente a materiales correspondientes compuestos de vidrio. Además, las organochapas son menos sensibles frente a arañazos y presión.
Otros ensayos sobre la tensión de flexión en materiales compuestos reforzados con estructuras superficiales Los componentes son como se han definido anteriormente. La tensión de flexión y el módulo de flexión se determinan de acuerdo con DIN 14125:2011-05. Las combinaciones y los ajustes de los parámetros con respecto al procedimiento descrito en la reivindicación 1 se indican en la Tabla siguiente:
Tabla 7: Composiciones de los Ejemplos Comparativos 1,2, 10 y 15 así como composiciones de acuerdo con la invención V3 a V9 y V11 a V14. X: relación en peso de los componentes A : B = 60 : 40
Figure imgf000028_0001
En la Tabla 7 se representan las condiciones de los ensayos realizados. En este caso, se variaron los eductos, así como la temperatura y el tiempo de prensado. La presión de apriete era en todas las series de ensayos aproximadamente 20 bares.
Tabla 8: Valores medios de la tensión máxima de flexión de la dirección de urdimbre y de la dirección de trama de las organochapas fabricadas de acuerdo con las mezclas 2 comp., V5, V7,V9, 10 comp., V12 a V14 y 15 comp., en donde la temperatura de fabricación era en cada caso al menos 300°C.
Figure imgf000028_0002
Figure imgf000029_0001
Los valores representados en la Tabla 8 son el promedio de nueve mediciones, respectivamente, La Tabla 8 muestra que las organochapas V5, V7, V9, V12, V13 y V14 de acuerdo con la invención presentan una tensión de flexión máxima media más alta que las organochapas, que presentan una matriz que contiene 75 % en peso de estireno (S) y 25 % en peso de acrilonitrilo (AN) (10 comparativo y 15 comparativo). También la comparación de V9 con 10 comparativo muestra que en las mismas condiciones ( T = 320 °C y t = 30 s), la organochapa de acuerdo con la invención presenta una tensión de flexión mayor tanto en la dirección de urdimbre como también en la dirección de trama.
Se muestra que a través del procedimiento para la fabricación del material compuesto de fibras con una masa de moldeo termoplástico A, fibras de refuerzo B, se pueden obtener productos mejorados.
Otra investigación de materiales compuestos de fibras de varias capas
Datos técnicos de la presenta térmica de intervalos (IVHP):
Fabricación casi continua de productos semiacabados termoplásticos reforzados con fibras
Anchura de las placas: 660 mm
Espesor del laminado: 0,1 a 9,0 mm
Tolerancias del laminado: máx. ± 0,1 mm de acuerdo con el producto semiacabado
Espesor de las placas de sándwich: máx, 30 mm
Desecho: aproximadamente 0,1 - 60 m/h, en función de la calidad y del espesor del componente,
Avance nominal 5 m/h
Presión de la herramienta: unidad de prensa 5-25 bares, para tamaño mínimo y máximo de la herramienta Regulable sin escalonamiento (opcional)
Atemperación de la herramienta: 3 zonas calefactoras y 2 zonas de refrigeración
Temperatura de la herramienta: hasta 400°C
Longitud de la herramienta: 1000 mm
Vía de apertura de la prensa: 0,5 a 200 mm
Dirección de la producción: de derecha a izquierda
Datos técnicos de la plastificación de la colada:
Carga discontinua de la colada en la posición media para la fabricación de productos semiacabados termoplásticos reforzados con fibras
Diámetro del tornillo sin fin: 35 mm
Volumen máximo de la carrera: 192 cm3
Número máximo de revoluciones del tornillo sin fin: 350 rpm
Corriente máxima de salida: 108 cm3/s
Presión máxima de salida: 24096 bares específicos
En este caso:
Volumen de la colada: 22 cm3
Isobar: proceso de prensa controlado por presión
Isochor = proceso de prensa controlado por volumen
T [°C] = temperatura de las zonas de temperatura* (* La prensa dispone de 3 zonas calefactoras y 2 zonas de refrigeración. La indicación se refiere en la dirección de la producción)
p [bar] = presión de la prensa por ciclo: Isochor 20
s [mm] = limitación del recorrido, espesor de la prensa: 1,1 mm
Perfil de la temperatura:
(i) 210 a 245°C, por lo tanto aprox. 220°C
(ii) 300 a 325°C, por lo tanto aprox. 300°C
(iii) 270 a 320°C, por lo tanto aprox. 280 a 320°C
(iv) 160 a 180°C
(v) 80°C
t [seg] = tiempo de la prensa por ciclo: 20-30 s
Estructura/laminación: estructura de 6 capas con capa media de colada; procedimiento de fabricación: Colada Directa (SD)
Componentes de la matriz A:
M1 (tipo SAN): terpolímero de estireno-acrilonitrilo-anhídrido de ácido maleico (SAN-MA) (S/AN/MA: 74/25/1) con una porción de mA de 1 % en peso y un MVR de 22 cm3/10 min a 220°C/10 kg (medido según ISO1133); M1b corresponde al componente M1 mencionado anteriormente, en el que se ha mezclado con la matriz adicionalmente 2 % en peso de negro de carbón industrial.
M2 (tipo SAN): terpolímero de estireno-acrilonitrilo-anhídrido de ácido maleico (SAN-MA) (S/AN/MA: 73/25/2,1) con una porción de mA de 2,1 % en peso y un MVR de 22 cm3/10 min a 220°C/10 kg (medido según ISO1133); M2b corresponde al componente M2 mencionado anteriormente, en el que se ha mezclado con la matriz adicionalmente 2 % en peso de negro de carbón industrial.
M3 (tipo SAN); mezcla de 33 % en peso de M1 y 67 % en peso del copolímero SAN Luran VLN, por lo tanto 0,33 % en peso de anhídrido de ácido maleico (MA) en la mezcla total;
Mbb corresponde al componente M3 mencionado anteriormente, en el que se ha mezclado con la matriz adicionalmente 2 % en peso de negro de carbón industrial.
PAB: poliamida ligeramente fluida parcialmente cristalina Durethan B30S
PD(OD): policarbonato amorfo, ligeramente fluido de grado óptico para discos ópticos)
Componentes de fibras B:
Tejido de sarga de filamentos de vidrio (designaciones abreviadas: GF-KG(LR) o bien LR), ligazón de sarga 2/2, peso específico 290 g/m2 Roving EC9 68tex, Finish TF-970, anchura de suministro 1000 mm (Tipo: 01102 0800­ 1240; Hersteller: Hexcel, obtenido de: Lange Ritter).
Tejido de sarga de filamentos de vidrio (designaciones abreviadas: GF-KG(PD) o bien PD), ligazón de sarga 2/2, peso específico 320 g/m2 Roving 320tex, Finish 370, anchura de suministro 635 mm (Tipo: EC14-320-350, fabricante y proveedor: PD Glasseide GmbH Oschatz).
Cañamazo de filamentos de vidrio (designación abreviada: GF-GE(Sae) o bien Sae) 0°/45°/90°/-45°, peso específico 313 g/m2, Haupt-Roving 300tex, Finish PA-Schlichte, anchura de suministro 655 mm (Tipo: X-E-PA-313-655, Nr.
7004344, fabricante y proveedor: Saertex GmbH&Co.KG).
Sae n.s. = cañamazo de filamentos de vidrio 300 g/m2, designación del fabricante: Saertex new sizing, 45°/-45°/+45°/-45° velo de fibras de vidrio (designación abreviada: GV50), peso específico 50 g/m2, diámetro de las fibras 10 mm, anchura de suministro 640 mm (Tipo: Evalith S5030, fabricante y proveedor: Johns Manville Europe).
Evaluación visual
Todos los materiales compuestos de fibras fabricados se pudieron fabricar, respectivamente, como organochapas de superficie grande en un procedimiento sin fin, que se pudieron cortar a medida sin problemas (en medidas que se podrían cubrir, habituales para el transporte como, por ejemplo 1 m x 0,6 m). En los materiales compuestos de fibras transparentes se podría reconocer el material de fibras incrustado precisamente en observación detallada a contra luz. En los materiales compuestos de fibras con matriz coloreada (negra), el material de fibras incrustado no/apenas se podría reconocer tampoco en observación óptica más próxima a contra luz.
Evaluación microscópica
En este caso se evaluaron los lugares defectuosos (rechupes, incidencias, etc.) a través del microscopio de reflexión y la calidad de la superficie a través de microscopio de exploración por láser (LSM) confocal. Por medio de LSM se creó una reflexión de una toma de altura (3D) tri-dimensional (7,2 mm x 7,2 mm) de la zona de medición local y una representación (2D) bidimensional de las diferencias de la altura después de la escala y aplicación de diferentes filtros de perfil. Los errores de medición y una deformación/posición inclinada de la muestra se compensaron a través del empleo de filtros de perfil (filtros de ruido y filtros de inclinación). El perfil de la altura 2D de la toma fue transmitido a través de líneas de medición definidas por medio de software integrado a perfiles de líneas y fue evaluado asistido por ordenador.
Se fabricaron materiales compuestos, respectivamente, con cuatro capas incrustadas en la matriz respectiva de la estructura superficial correspondiente de fibras (aquí GF-KG(PD)(4) o bien Sae(4)). Para elevar todavía más la posibilidad de comparación de las muestras, se aplicaron sobre los materiales compuestos de fibras fabricados en cada caso por ambos lados un velo de fibras de vidrio fino (FV50, ver más arriba). Éste no tenía ninguna influencia considerable sobre las propiedades mecánicas.
Se determinaron la profundidad media de las ondas (MW Wt) y el valor medio de la rugosidad (Ra) para numerosos materiales compuestos de fibras. Se mostró que la MW Wt para todos los materiales compuestos de fibras, en los que la matriz contenía un componente funcional, que puede reaccionar con las fibras, es claramente < 10 pm, en cambio en materiales compuestos de fibras con matrices comparables de PA6 y PD(OD) es claramente inferior a 10 pm. También los valores medios de la rugosidad calculados eran claramente inferiores para los materiales compuestos de fibras de acuerdo con la invención. De manera ejemplar, esto se muestra en los valores medidos siguientes.
Tabla 9. Resultados de medición de la medición LSM con sistema de matriz SAN - profundidad de las ondas (Wt) y valor medio de rugosidad (Ra)
Figure imgf000031_0001
Esto era claro igualmente cuando en lugar del tejido se emplea un cañamazo (como Sae)
Tabla 10. Resultados de medición de la medición LSM con sistema de matriz SAN - profundidad de las ondas (Wt) y valor medio de rugosidad (Ra)
Figure imgf000031_0002
En otros ensayos se ha investigado aparte la resistencia en la dirección de urdimbre y en la dirección de trama. Se ha podido mostrar que los materiales compuestos de fibras son muy estables tanto en la dirección de la urdimbre como también en la dirección de trama. En la dirección de la urdimbre, los materiales compuestos de fibras son, en general, todavía más estables que en la dirección de trama.
Propiedades mecánicas
Componentes de la matriz A
Los componentes de la matriz A son como se ha descrito anteriormente.
Componentes de fibras B (si no se han descrito anteriormente)
FG290 = tejido de filamentos de vidrio 290g/m2, designación del fabricante: Hexce1HexForce® 012021000 TF970 FG320 = tejido de filamentos de vidrio 320g/m2, designación del fabricante: PD Glasseide GmbH Oschatz EC14-320-350
Sae = MuAx313, cañamazo de filamentos de vidrio 300g/m2, designación del fabricante: Saertex X-E-PA-313-655 Sae n.s. = cañamazo de filamentos de vidrio 300g/m2, designación del fabricante: Saertex new sizing, 45°/-45°/+45°/-45°
Número de capas (por ejemplo, 4x = cuatro capas del cañamazo de fibras respectivo o bien de las fibras respectivas).
Se fabricaron los siguientes materiales compuestos de fibras transparentes, en los que se introdujo material de fibras plano respectivo. Los materiales compuestos de fibras fabricados presentaban en cada caso un espesor de aproximadamente 1,1 mm. Para elevar adicionalmente la comparación de las muestras, se aplicaron sobre los materiales compuestos de fibras fabricados, respectivamente, a ambos lado, un velo de fibras de vidrio fino (GV50, ver arriba). Esto no tiene ninguna influencia considerable sobre las propiedades mecánicas u ópticas. Para las muestras se calcularon las siguientes resistencias a la flexión de acuerdo con DIN EN ISO 14125.
Tabla 11. Materiales compuestos de fibras transparentes - Resistencia a la flexión
Figure imgf000032_0001
Se fabricaron, además, los siguientes materiales compuestos de fibras tintados negros, en los que se añadió a la matriz 2 % en peso de negro de carbón industrial y se introdujo en el material de fibras planas respectivo. Los materiales compuestos de fibras fabricados presentan, respectivamente, un espesor de aproximadamente 1,1 mm. Para elevar adicionalmente la comparación de las muestras, se aplicaron sobre los materiales compuestos de fibras fabricados, respectivamente, a ambos lado, un velo de fibras de vidrio fino (GV50, ver arriba). Esto no tiene ninguna influencia considerable sobre las propiedades mecánicas u ópticas. Para las muestras se calcularon las siguientes resistencias a la flexión de acuerdo con DIN EN ISO 14125.
Tabla 12. Materiales compuestos de fibras no transparentes - Resistencia a la flexión
Figure imgf000032_0002
En resumen, se ha mostrado que el tejido empelado (FG290 y FG320) se pueden procesar para obtener materiales compuestos de fibras con resistencia a la flexión especialmente alta. Los materiales compuestos de fibras de acuerdo con la invención, en los que la matriz contiene un componente reactivo con las fibras (aquí: anhídrido de ácido maleico (MA)), presentan una resistencia a la flexión significativamente más elevada que las masas moldeadas comparativas sin tal componente, como por ejemplo PC(OD) o PA6.
En comparación con ello, para el material compuesto de fibras reforzado con fibras de vidrio cortas no de acuerdo con la invención Luran 378P G7, sólo se ha encontrado una resistencia a la flexión de 150 MPa, por lo tanto una resistencia a la flexión claramente más reducida.
Adicionalmente, para los materiales compuestos de fibras se determinaron la tenacidad al impacto o bien el comportamiento de impacto (Dart Test según ISO 6603). También aquí se mostró una alta estabilidad de Fm > 3000 N.
Procesamiento posterior opcional
También se ha podido mostrar experimentalmente que los materiales compuestos de fibras obtenidos se podrían transformar bien en productos semiacabados tridimensionales, como, por ejemplo, productos semiacabados en forma de semicáscaras. Además, se ha mostrado que los materiales compuestos de fibras obtenidos se podían imprimir o revestir.
Resumen de los resultados de los ensayos
La evaluación de diferentes sistemas textiles a base de fibras de vidrio con diferentes sistemas de la matriz en un material compuesto de fibras (organochapa) ha mostrado que se pueden fabricar buenos materiales compuestos de fibras (como organochapas y productos semiacabados fabricados a partir de ellas) de una manera reproducible. Éstos se pueden fabricar incoloros o en color. Los materiales compuestos de fibras mostraron buenas a muy buenas propiedades ópticas, hápticas y mecánicas (por ejemplo con relación a su resistencia a la flexión y la resistencia al impacto). Los tejidos mostraron mecánicamente una resistencia y rigidez un poco mayores que el cañamazo. Las matrices basadas en copolímero de estireno (matrices-SAN) condujeron por tendencia a mejores materiales compuestos de fibras con respecto a los valores mecánicos característicos que las matrices alternativas como PC y PA6. Los materiales compuestos de fibras de acuerdo con la invención (organochapas) se pueden transformar bien en productos semiacabados tridimensionales.

Claims (31)

REIVINDICACIONES
1. - Material compuesto de fibras W, que contiene:
(A) como matriz de polímero una composición de polímeros termoplásticos A, que contiene:
(A1) al menos un copolímero C, que está constituido con una porción de monómeros A-I y monómeros A-II y opcionalmente otros monómeros,
(A2) opcionalmente uno o varios colorantes F; y
(A3) opcionalmente uno o varios aditivos H; y
(B) fibras B, cuya superficie presenta grupos funcionales B-I, que establecen con los monómeros A-I, pero no con los monómeros A-II, un enlace covalente,
en donde la transparencia a la luz del material compuesto de fibras W es al menos 10 % más elevada que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II, y en donde opcionalmente la resistencia a la flexión del material compuesto de fibras W es al menos 20 % más elevada que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II.
2. Material compuesto de fibras W de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el material compuesto de fibras W está constituido de:
20-99,5 % en peso de la composición de polímero termoplástico A;
0,5-80 % en peso de fibras B; y
0-79,5 % en peso de otros polímeros D.
3. Material compuesto de fibras W de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2, en donde el copolímero C está constituido con una porción de monómeros A-I de al menos 0,1 % en peso, con preferencia de al menos 0,5 % en peso, en particular de al menos 1 % en peso.
4. Material compuesto de fibras W de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la composición de polímeros termoplásticos A está constituida hasta al menos 90 % en peso, con preferencia hasta al menos 95 % en peso, en particular hasta al menos 98 % en peso, del copolímero C.
5. Material compuesto de fibras W de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en donde los monómeros A-I están seleccionados del grupo que consta de anhídrido de ácido maleico (MA), N-fenilmaleiminida (PM), tertbutil(met)acrilato y glicidil(met)acrilato (GM).
6. Material compuesto de fibras W de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el copolímero C es un copolímero de estireno C, que contiene como monómeros A-II estireno (S), con preferencia en donde la composición de polímeros termoplásticos A comprende:
0,1-5 % en peso de anhídrido de ácido maleico (MA) como monómero A-I
50-99,9 % en peso de estireno (S) como monómeros A-II, y
0-49,9 % en peso de acrilonitrilo (AN) como monómero A-III
en particular, en donde el copolímero de estireno C está constituido de:
0,1-5 % en peso de anhídrido de ácido maleico (MA) como monómero A-I
65-85 % en peso de estireno (S) como monómeros A-II, y
10-34,9 % en peso de acrilonitrilo (AN) como monómero A-III.
7. Material compuesto de fibras W de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, en donde los grupos funcionales B-I en la superficie de las fibras B están seleccionados de grupos hidroxi, éster y amino, en particular en donde las fibras B son fibras de vidrio, que presentan grupos hidroxi en forma de grupos silanol como grupos funcionales B-I en la superficie.
8. Material compuesto de fibras W de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, en donde las fibras B están incrustadas por capas en el material compuesto de fibras W, con preferencia están incrustados como tejido o cañamazo en el material compuesto de fibras W.
9. Material compuesto de fibras W de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, en_donde:
(A) la matriz de polímero A está constituida hasta al menos 75 % en peso de copolímero de estireno C, que comprende anhídrido de ácido maleico (MA) como monómeros A-I, estireno (S) como monómeros A-II y con preferencia acrilonitrilo (AN) como monómeros A-III; y
(B) las fibras B son fibras de vidrio, que presentan grupos hidroxi en forma de grupos silanol como grupos funcionales B-I en la superficie.
en donde los restos-MA están esterificados al menos parcialmente con los grupos silanol en la superficie de las fibras B.
10. Material compuesto de fibras W de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, en_donde:
(a) la transparencia a la luz del material compuesto de fibras W es al menos 15 %, con preferencia al menos 20 %, de manera más preferida al menos 25 %, más elevada que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II; y
(b) la resistencia a la flexión del material compuesto de fibras W es al menos 20 %, con preferencia al menos 25 %, en particular al menos 30 %, en particular al menos 50 %, más elevada que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II.
11. Material compuesto de fibras W de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, en donde durante la fabricación del material compuesto de fibras W no se ha empleado ningún adhesivo del grupo que está constituido de aminosilanos y compuestos epoxi.
12. Procedimiento para la fabricación de un material compuesto de fibras W con elevada transparencia a la luz y opcionalmente elevada resistencia a la flexión, que comprende las etapas:
(i) preparación de:
(A) una composición de polímeros termoplásticos A como matriz de polímero, que contiene;
(A1) al menos un copolímero C, que comprende monómeros A-I y monómeros A-II y opcionalmente otros monómeros;
(A2) opcionalmente uno o varios colorantes F; y
(A3) opcionalmente uno o varios aditivos H; y
(B) fibras B, cuya superficie presenta grupos funcionales B-I, que pueden iniciar un enlace covalente con los monómeros A-I, pero no con los monómeros A-II;
(ii) fundición de la composición de polímeros termoplásticos A y puesta en contacto de éstos con las fibras B de la etapa (i); y
(iii) reacción de la al menos una parte de los monómeros A-I del copolímero C y de al menos una parte de los grupos funcionales B-I de las fibras B de la etapa (ii) bajo la configuración de enlaces covalentes, en donde la transparencia a la luz del material compuesto de fibras W es al menos 15 % más elevada que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II.
13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, en donde se fabrica un material compuesto de fibras W como se ha definido en juna cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en particular en donde el material compuesto de fibras W está constituido de
20-99,5 % en peso de la composición de polímeros termoplásticos A; y
0,5-80 % en peso de fibras B.
14. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 ó 13, en donde el copolímero C está constituido con una porción de monómeros A-I de al menos 0,1 % en peso, con preferencia de al menos 0,5 % en peso, en particular de al menos 1 % en peso.
15. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 14, en donde la composición de polímeros termoplásticos A está constituida hasta al menos 90 % en peso, con preferencia hasta al menos 95 % en peso, en particular hasta al menos 98 % en peso del copolímero C.
16. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 15, en donde los monómeros A-I están seleccionados del grupo que consta de anhídrido de ácido maleico (MA), N-fenilmaleimida (PM), tert.-butil(met)acrilato y glicidil(met)acrilato (GM).
17. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 16, en donde el copolímero C es un copolímero de estireno C, que contiene estireno (S) como monómeros A-II, con preferencia en donde la composición de polímeros termoplásticos A comprende:
0,1-5 % en peso de anhídrido de ácido maleico (MA) como monómero A-I
50-99,9 % en peso de estireno (S) como monómeros A-II, y
0-49,9 % en peso de acrilonitrilo (AN) como monómero A-III
en particular, en donde el copolímero de estireno C está constituido de:
0,1-5 % en peso de anhídrido de ácido maleico (MA) como monómero A-I
65-85 % en peso de estireno (S) como monómeros A-II, y
10-34,9 % en peso de acrilonitrilo (AN) como monómero A-III.
18. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 17, en donde los grupos funcionales B-I en la superficie de las fibras B están seleccionados a partir de los grupos hidroxi, éster y amino, en particular en donde las fibras B son fibras de vidrio, que presentan grupos hidroxi en forma de grupos silanol como grupos funcionales B-I en la superficie.
19. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 18, en donde las fibras B son incrustadas por capas en el material compuesto de fibras W, con preferencia son incrustadas como tejido o cañamazo en el material compuesto de fibras W.
20. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 19, en donde
(A) la matriz de polímero A está constituida hasta al menos 75 % en peso de copolímero de estireno C, que comprende anhídrido de ácido maleico (MA) como monómeros A-I, estireno (S) como monómeros A-II y con preferencia acrilonitrilo (AN) como monómeros A-III; y
(B) las fibras B son fibras de vidrio, que presentan grupos hidroxi en forma de grupos silanol como grupos funcionales B-I en la superficie.
en donde los restos-MA están esterificados al menos parcialmente con los grupos silanol en la superficie de las fibras B.
21. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 20, en donde:
(a) la transparencia a la luz del material compuesto de fibras W es al menos 20 %, con preferencia al menos 25 %, más elevada que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II; y
(b) la resistencia a la flexión del material compuesto de fibras W es al menos 20 %, con preferencia al menos 25 %, en particular al menos 30 %, en particular al menos 50 %, más elevada que en un material compuesto de fibras W comparable, en el que los monómeros A-I están totalmente sustituidos por monómeros A-II.
22. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 21, en donde no se emplea ningún adhesivo del grupo que consta de aminosilanos y compuestos epoxi.
23. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 19 a22, en donde las etapas (ii) y (iii) se realizan al mismo tiempo.
24. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 23, en donde las etapas (ii) y/o (iii) se realizan a una temperatura de al menos 200°C, con preferencia al menos 250°C, de manera más preferida al menos 300°C, en particular a 300°C340°C.
25. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 24, en donde durante la realización de las etapas (ii) y/o (iii) el tiempo de residencia a temperaturas > 200°C no es mayor que 10 min., con preferencia no mayor que 5 min., de manera más preferida no mayor que 2 min., en particular no mayor que 1 min.
26. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 25, en donde las etapas (ii) y/o (iii) se realizan a una presión de 5-50 bares y en un tiempo de presión de 10-60 s, con preferencia a una presión de 10-30 bares y con un tiempo de presión de 15-40 s.
27. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 26, en donde el procedimiento comprende como otra etapa (iv) una conformación tridimensional en una pieza moldeada T.
28. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 27, en donde el procedimiento se realiza como procedimiento continuo, en particular como procedimiento continuo para la fabricación de láminas lisas o estampadas tridimensionales.
29. Material compuesto de fibras W que se puede obtener de acuerdo con un procedimiento según una de las reivindicaciones 12 a 28.
30. Material compuesto de fibras W de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11 o procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 21, en donde las fibras B están incrustadas como tejido por capas en el material compuesto de fibras y en donde en la fabricación del material compuesto de fibras W no se ha empleado ningún adhesivo que está constituido de aminosilanos y compuestos epoxi.
31. Material compuesto de fibras W o procedimiento de acuerdo con la reivindicación 30, en donde la composición de polímeros termoplásticos A comprende:
0,1-5 % en peso de anhídrido de ácido maleico (MA) como monómero A-I
70-80 % en peso de estireno (S) como monómeros A-II, y
15-29,9 % en peso de acrilonitrilo (AN) como monómero A-III
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