PT116068B - Método de fabrico de compósito de alta pressão pós deformável e produto dele obtido - Google Patents

Método de fabrico de compósito de alta pressão pós deformável e produto dele obtido Download PDF

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Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO ENQUADRA-SE NA ÁREA DOS COMPÓSITOS TERMOLAMINADOS E COMPACTOS DE ALTA PRESSÃO NOMEADAMENTE DIZ RESPEITO AO MÉTODO DE FABRICO DE UM COMPÓSITO DE ALTA PRESSÃO PÓS DEFORMÁVEL PASSÍVEL DE SER UTILIZADO NO SECTOR AUTOMÓVEL, AERONÁUTICO, FERROVIÁRIO, NAVAL, ARQUITETURA E DESIGN TANTO NO INTERIOR COMO NO EXTERIOR E QUE COMPREENDE OS PASSOS FORMAÇÃO DE UM COMPÓSITO (1) ATRAVÉS DA DISPOSIÇÃO DE PELO MENOS DUAS CAMADAS DE MATERIAL, ENTRE AS QUAIS UMA CAMADA DE FOLHAS DE PAPEL KRAFT (3) REVESTIDA COM RESINA TERMOPLÁSTICA E UMA CAMADA DE REVESTIMENTO DECORATIVO; O COMPÓSITO FORMADO APÓS O SEU FABRICO EM FORMATO PLANO, QUANDO SUJEITO UMA DETERMINADA TEMPERATURA E PRESSÃO NUM MOLDE (4) A SUA GEOMETRIA É ALTERADA EM FUNÇÃO DO FORMATO DESSE MOLDE(4). ADICIONALMENTE, É TAMBÉM OBJETO DA PRESENTE INVENÇÃO O PRODUTO OBTIDO DO MÉTODO DE FABRICO.

Description

DESCRIÇÃO
MÉTODO DE FABRICO DE COMPÓSITO DE ALTA PRESSÃO PÓS
DEFORMÁVEL E PRODUTO DELE OBTIDO
ENQUADRAMENTO E ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
A presente invenção enquadra-se na área dos compósitos termolaminados e compactos de alta pressão nomeadamente diz respeito a um método de fabrico de um compósito (1) de alta pressão pós deformável e o produto obtido passível de ser utilizado no sector automóvel, aeronáutico, ferroviário, naval, arquitetura e design tanto no interior como no exterior.
compósito (1) deformável, objeto da presente invenção é moldável enquanto produto semiacabado em formato plano, ou seja, quando sujeito a uma determinada temperatura e pressão tem a capacidade de se moldar, alterando a sua forma de acordo com um projeto definido pelo utilizador, mantendo as características físicas, químicas e mecânicas do produto semiacabado, mesmo após deformação.
Trata-se de um produto reciclável e reutilizável com uma densidade inferior aos compósitos (1) tradicionais não deformáveis. É assim um produto que combina a resistência física e química à capacidade de deformação, vertente decorativa e baixo peso comparando com os compactos tradicionais.
- 2 Os compósitos tradicionais conhecidos do estado da técnica representam soluções construtivas com uma boa performance do ponto de vista de resistência mecânica, uma vez que representam alternativas à madeira, aos revestimentos cerâmicos e pedra, contudo não deixam de representar uma solução tradicional do ponto de vista estético uma vez que o aspeto superficial deste compósito (1) é geralmente plano e estático, fornecido em placas com um acabamento liso, sem possibilidade de alteração do seu formato.
A presente invenção encontra antecedentes mais próximos nos compósitos de alta pressão, compostos por várias camadas de material fibroso celulósico do tipo papel Kraft, impregnado com resinas termoendureciveis, geralmente melamina-formaldeido, fenol-formaldeido ou ureiaformaldeido, unidos por um processo de temperatura e de alta pressão.
De um modo geral, um compósito laminado ou compacto de alta pressão é composto por duas ou três camadas: 1) o papel kraft, camada mais interior do laminado, a qual consiste em múltiplas folhas de papel kraft impregnadas com resinas termoendureciveis como por exemplo resina ou fenólica ou uma mistura de resinas fenólicas e de ureia, que conferem resistência mecânica ao produto; 2) acabamento decorativo, camada adjacente à anterior e a qual após aplicação fica exposta ao ambiente, consistindo geralmente num papel fino e decorativo impresso de cor sólida ou com padrão, consistindo ainda em madeira ou pedra, sendo impregnado com resina termoendurecivel, por exemplo resina melaminica ou acrílica; 3) uma camada opcional, situada entre
- 3 a primeira e a segunda camada, o reforço do acabamento decorativo, que consiste num papel fino e transparente, infundido numa resina termoendurecivel, como por exemplo uma resina melaminica, a qual confere à superfície do compósito resistência à abrasão, durabilidade, resistência a manchas, riscos e humidade ao produto.
Na presente invenção as resinas termoendurecíveis usadas nos compósitos tradicionais foram parcialmente substituídas por resinas termoplásticas, nomeadamente as resinas usadas para impregnar a camada de papel kraft (3) foram substituídas por resinas termoplásticas que quando submetidas a uma determinada temperatura tornam-se flexíveis e moldáveis possibilitando a moldação do compósito em diversos formatos e relevos. Para a implementação da invenção com recurso à resina termoplástica foi essencial o estudo da compatibilidade entre o papel kraft e a resina termoplástica.
Assim, a presente invenção vem combinar as características físico-mecânicas e químicas de um compósito tradicional com as características de flexibilidade e moldabilidade proporcionando a obtenção de um revestimento com um acabamento com diversos formatos tanto num plano como em profundidade, ou seja, é possível obter-se um compósito com projeções com diferentes cotas ao longo da sua superfície.
As características de moldabilidade do compósito, objeto da presente invenção, tornam-no num compósito (1) altamente versátil na medida em pode ser aplicado enquanto produto acabado na indústria aeronáutica e automóvel, nomeadamente no revestimento de interiores de aviões e
- 4 automóveis, em soluções de arquitetura e construção, tanto no interior como no exterior, mobiliário e design.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
A presente invenção diz respeito ao método de fabrico de um compósito (1) de alta pressão pós-deformável e ao produto resultante do fabrico, cuja inovação reside na capacidade de alteração da sua geometria mediante a indução de uma determinada temperatura e pressão, após o seu fabrico em formato plano.
Assim, o método de fabrico de um compósito (1) de alta pressão pós deformável compreende as seguintes etapas essenciais:
a) formação de um compósito (1) através da disposição de pelo menos duas camadas de material, entre as quais:
i. uma pluralidade de folhas de papel kraft (3) revestidas com pelo menos um tipo de resina termoplástica, formando um estratificado com duas faces planas opostas; e ii. um revestimento decorativo (2) disposto sobre pelo menos uma das faces planas do estratificado, esse revestimento decorativo (2) impregnado com pelo menos uma resina termoendurecivel ou pelo menos uma resina termoplástica;
b) moldação por compressão a quente do compósito (1) formado na etapa a) através de meios de moldação por compressão a uma temperatura entre
- 5 os 120°C e os 200°C e a uma pressão entre os 50 e os 120 bar durante 5 a 25 minutos;
c) permanência do compósito (1) formado na etapa
b) nos meios de moldação por compressão até arrefecimento desses meios até uma temperatura entre os 17 e 22°C e sob pressão entre 50 e 120 bar.
Numa forma preferida da invenção, o compósito (1) formado na etapa a) é sujeito a uma pré-moldação colocando o estratificado nos meios de moldação por compressão a uma pressão entre os 10 e 40 bar até se atingir uma temperatura entre os 120°C e os 200°C.
Numa outra forma preferida da invenção os meios de moldação são uma prensa de pratos.
Esta etapa de pré-moldação permite que a resina atinja uma temperatura entre os 120°C e 200°C de forma gradual, bem como uma compactação do estratificado gradual. A pressão efetuada pela prensa nesta etapa de pré-moldação é mais baixa do que na etapa de moldação que se segue, de forma a garantir que a resina atinja a temperatura desejada sem que ocorra deslocamento entre a camada de folhas. Uma força mecânica menor na prensagem possibilita que a transferência de calor para a resina ocorra de forma mais eficiente.
Numa outra forma de realização da invenção após a realização da etapa i) são adicionalmente dispostas fibras sintéticas sobre pelos menos uma das faces do estratificado numa proporção entre 5 a 20% relativo à massa total do
- 6 estratificado. Estas fibras sintéticas vão contribuir para maior resistência mecânica do compósito (1), coesão e resistência ao fogo.
Neste processo a resina termoplástica que impregna as folhas de papel Kraft (3) é levada à fusão, diminuindo a sua viscosidade, sendo capaz de se aderir à camada adjacente, o revestimento fino decorativo (2), penetrar nos poros das folhas de papel kraft (3) e das fibras sintéticas, aderindo umas camadas às outras. Durante o arrefecimento, o material polimérico solidifica, dentro dos poros intra e intermoleculares do papel kraft (3) e das fibras inorgânicas, originando um compacto coeso.
Importa referir que o revestimento decorativo (2), camada mais exterior do compósito (1), pode ser impregnado tanto com uma resina termoplástica como com uma resina termoendurecivel. A impregnação do revestimento decorativo (2) mesmo com uma resina mais rígida, como a resina termoendurecivel, não prejudica a capacidade de pósdeformação da solução final e mantém a resistência superficial de um laminado tradicional.
Numa forma de realização da invenção o revestimento decorativo (2) é papel decorativo.
Neste processo de moldação por compressão a quente, as temperaturas de processamento devem situar-se entre os 120°C e os 200°C, para não provocar a degradação do papel Kraft (3) e do revestimento fino decorativo (2) . A pressão aplicada pelos meios de moldação por compressão a ser entre os 50 e 120 bar, de forma a garantir que todos os
- 7 espaços vazios são preenchidos pela resina termoplástica, reduzindo a espessura do estratificado.
Dependendo da aplicação do compósito (1), a sua espessura pode variar, pelo que a seleção da gramagem das folhas de papel kraft (3) é essencial para a determinação das espessuras selecionadas para o fabrico. Assim, o papel kraft (3) selecionado deve ser do tipo de papel de impregnação e pode apresentar uma gramagem entre os 150 e 250 g/m2.
Importa explicar que os papeis kraft (3) de impregnação estão preparados para a impregnação com resinas termoendureciveis. Este tipo de resinas termoendureciveis apresentam uma viscosidade inferior às resinas termoplásticas e são geralmente formulados com uma base aquosa naturalmente compatível com o papel e como tal vantajosa para a sua impregnação neste.
Assim estes papeis podem sofrer adicionalmente um pré-tratamento de forma a promover a impregnação da resina no seu substrato. As folhas de papel kraft (3) são sujeitas a um tratamento de superfície com plasma frio produzido por descarga dielétrica-barreira à pressão atmosférica, tratamento este que aumenta a energia superficial e a rugosidade da superfície do papel, para consequentemente aumentar a sua molhabilidade, ou seja, a absorção da resina.
Adicionalmente, um pré-tratamento com soluções alcalinas com uma concentração entre 1 e 3% de hidróxido de sódio promovem a degradação de alguns componentes hidrofóbicos do papel kraft (3) como a lignina, promovendo
- 8 a molhabilidade do papel e consequentemente possibilitando a melhor penetração da resina no papel garantindo a moldabilidade do compósito (1) a formar bem como as resistências mecânicas.
Importa agora explicar como é feita a seleção da resina termoplástica. A seleção do tipo de resina é essencial para a realização da invenção na medida em que esta deve ser compatível com as folhas de papel kraft (3), pelo que características como o índice de fluidez, a temperatura de processamento e a densidade determinam o grau de compatibilidade com o papel.
As folhas de papel kraft (3) são compostas por fibras celulósicas que iniciam a sua degradação a partir dos 200°C, sendo por isso essencial a seleção de uma resina termoplástica com uma temperatura de processamento abaixo da temperatura de degradação das fibras celulósicas.
A resina termoplástica selecionada apresenta um índice de fluidez de entre 4 e 8, preferencialmente de 6. Deve ainda apresentar uma temperatura de processamento entre os 120°C e 200°C e uma densidade entre 0,7 e 1,3 g/m3. Quanto menor a densidade da resina, menor será a densidade do compósito (1).
As folhas de papel kraft (3) que formam o estratificado na etapa a) são revestidas com resina termoplástica numa proporção de 25 a 35% de resina para 65 a 75% de papel kraft (3) .
- 9 0 compósito (1) após o seu fabrico ou assim que tenha atingido estabilidade dimensional após a etapa c) , pode ser sujeito a termof ormação para moldação da forma através de um molde (4) a uma temperatura entre 100 e 130°C e a uma pressão entre 2 e 40 bar, tipicamente poderá ser feito pelo método de termoconformação por vácuo.
DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
Figura 1 - representação esquemática generalizada do processo da etapa de termoformação do compósito (1) pós deformável através de um molde (4), o compósito (1) compreendo um revestimento decorativo (2), uma pluralidade de folhas de papel kraft (3) revestida com resina termoplástica.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
As configurações mais gerais da presente invenção estão descritas no sumário da invenção. Essas configurações são detalhadas de seguida, de acordo com outros modos vantajosos e/ou alternativos de implementação da presente invenção.
As fibras sintéticas podem ser selecionadas entre fibras de vidro, basalto e/ou carbono com uma unidade de superfície de cerca de 150 g/m2.
As folhas de papel kraft (3) apresentam uma porosidade inferior a 14 segundos na porosidade de Gurley e
- 10 uma tensão máxima superior a 15 N/(g.m). A porosidade do papel kraft (3) selecionado é elevada relativamente a outros papéis kraft (3) de forma a permitir a penetração da resina termoplástica nos poros do papel e integrar-se neste. Por outro lado, é igualmente um papel com uma resistência mecânica elevada de forma a comportar com a carga de resina sem rasgar e que garanta uma resistência mecânica global ao compósito (1).
As resinas termoplásticas podem ser selecionadas entre resinas do tipo polipropileno, poliamida e polietileno. Dependendo da aplicação do produto final as resinas preferencialmente utilizadas são as de polietileno e de poliamida. A resina de polietileno confere maior resistência ao impacto e uma menor densidade ao compósito (1), ou seja, compósito (l)s mais leves. Por outro lado, a resina de poliamida confere maior resistência à flexão e como tal um compósito (1) mais robusto.
Para além destes fatores de seleção, também a forma como a resina termoplástica é fornecida é essencial para a implementação da invenção na medida em que influencia a eficiência da impregnação. A resina termoplástica ser fornecida na forma de pó, filme, pasta, ou na forma de nãotecido. Assim, a forma como é realizado o revestimento das folhas kraft (3) dependerá da forma como a resina termoplástica é fornecida.
Numa forma preferencial da invenção a resina termoplástica apresenta-se em película de filme, sendo o revestimento das folhas de papel kraft (3) feito por intercalação de folhas de papel kraft (3) com películas de
- 11 filme de termoplástico. 0 fabrico do compósito (1) é facilitado e mais rápido com o fornecido da resina em filme ou em não tecido, uma vez que o próprio processo de moldação por compressão promove a integração da resina no papel forçando a penetrar nos poros do papel por ação da pressão dos meios de compressão e por ação do calor.
As espessuras do compósito (1) obtido pós deformável podem variar entre os 0,8 e 30 mm, dependendo da gramagem do papel kraft (3) e de número de olhas de papel kraft (3) usadas na sua realização. Importa referir que os compósitos (1) pós deformáveis com uma espessura entre 0,8 e 2 mm são denominados de compósitos laminados finos e que os compósitos (1) entre os 2 mm e 30 mm são denominados de compósitos compactos.
O produto final obtido do processo anteriormente descrito, ou seja, o compósito (1) de alta pressão pósdeformável apresenta uma resistência ao impacto superior a 5000000000 Pa, uma resistência à flexão superior a 5000 J/m2 e uma densidade inferior a 1.45 g/m3.
A resistência superficial (risco, abrasão, vapor de água, impacto e químicos) deverá cumprir com as normativas usadas para os laminados e compactos de alta pressão tradicionais.
A estabilidade dimensional, estabilidade em ambientes húmidos ou ambientes exteriores deverão cumprir com as normativas usadas para os laminados e compactos de alta pressão tradicionais.

Claims (14)

1. Método de fabrico de compósito de alta pressão pós deformável caracterizado por compreender os seguintes passos:
a) formação de um compósito (1) através da disposição de pelo menos duas camadas de material, entre as quais:
i. uma pluralidade de folhas de papel kraft (3) revestidas com pelo menos um tipo de resina termoplástica, formando um estratificado com duas faces planas opostas; e ii. um revestimento decorativo (2) disposto sobre pelo menos uma das faces planas do estratificado, esse revestimento decorativo (2) impregnado com pelo menos uma resina termoendurecivel ou pelo menos uma resina termoplástica;
b) moldação por compressão a quente do compósito formado na etapa a) através de meios de moldação por compressão a uma temperatura entre os 120°C e os 200°C e a uma pressão entre os 50 e os 120 bar durante 5 a 25 minutos;
c) permanência do compósito formado na etapa b) nos meios de moldação por compressão até arrefecimento desses meios até uma temperatura entre os 17 e 22°C e sob pressão entre os 50 e 120 bar: e por a resina termoplástica ser selecionada entre resinas de polipropileno, poliamida e polietileno.
2. Método de fabrico de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por o compósito formado na etapa a) ser sujeito a uma pré-moldação colocando o estratificado nos meios de moldação por compressão a uma pressão entre os 10 e 40 bar até se atingir uma temperatura entre os 120°C e os 200°C.
3. Método de fabrico de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por os meios de moldação serem uma prensa de pratos.
4. Método de fabrico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por após a realização da etapa i) serem adicionalmente dispostas fibras sintéticas sobre pelos menos uma das faces do estratificado numa proporção entre 5 a 20% relativo à massa total do estratificado.
5. Método de fabrico de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por as fibras sintéticas serem de fibra de vidro, basalto e/ou carbono e apresentarem uma unidade de superfície de cerca de 150 g/m2.
6. Método de fabrico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por as folhas de papel kraft sofrerem um pré-tratamento de superfície com plasma frio produzido por descarga dielétrica-barreira à pressão atmosférica.
7. Método de fabrico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por as folhas de papel kraft sofrerem um pré-tratamento com soluções alcalinas com uma concentração entre 1 e 3% de hidróxido de sódio.
8. Método de fabrico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por as folhas de papel kraft apresentarem uma gramagem entre os 150 e 250 g/m2, uma porosidade inferior a 14 segundos na porosidade de Gurley e uma tensão máxima superior a 15 N/(g.m).
9. Método de fabrico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por a resina termoplástica apresentar um índice de fluidez entre 5 e 8, preferencialmente 6, uma temperatura de processamento entre os 120°C e 200°C e uma densidade entre 0,7 e 1,3 g/m3.
10. Método de fabrico de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por as folhas de papel kraft serem revestidas com resina termoplástica numa proporção de 25 a 35% de resina para 65 a 75% de papel kraft.
11. Método de fabrico de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por a resina termoplástica apresentar-se em película de filme, sendo o revestimento das folhas de papel kraft (3) feito por intercalação de folhas de papel kraft (3) com películas de filme de termoplástico.
12. Método de fabrico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por após a etapa
- 4 c) após e arrefecimento e estabilização do compósito, o compósito ser sujeito a termoformação para moldação da forma através de um molde (4) a uma temperatura entre 100 e 130°C e a uma pressão entre 2 e 40 bar.
13. Método de fabrico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por o revestimento decorativo ser um papel decorativo.
14. Produto obtido do método de fabrico descrito nas reivindicações de 1 a 14 caracterizado por apresentar uma resistência ao impacto superior a 5000000000 Pa, uma resistência à flexão superior a 5000 J/m e uma densidade inferior a 1.45 g/m3.
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