PT87199B

PT87199B - Processo para a fabricacao de perfilados de resina termoplastica reforcados com fibras continuas e aparelhagem para a sua obtencao

Info

Publication number: PT87199B
Application number: PT87199A
Authority: PT
Inventors: Michel Glemet; Gilles Cognier
Original assignee: Atochem
Priority date: 1987-04-09
Filing date: 1988-04-08
Publication date: 1992-07-31
Also published as: FI92985C; DE3863822D1; EP0287427B1; CN1017693B; CN88102218A; DK190588A; FR2613661A1; KR880012344A; FR2613661B1; JPS63264326A; ATE65457T1; US4883625A; DK173248B1; KR930000743B1; JP2537152B2; CA1326748C; ES2006612A6; DK190588D0; PT87199A; FI92985B

Description

'•PROCESSO PARA A FABRICAÇÃO DE PERFILADOS DE RESI NA TERMOPLÁSTICA REFORÇADOS COM FIBRAS CONTI- ’ NUAS E APARELHAGEM PARA A SUA OBTENÇÃO

A presente invenção refere-se a um processo para a fabri cação de perfilados de resina termoplástica reforçados com fibras contínuas, assim como à aparelhagem que permite obtê-los. 0 pro cesso consiste em impregnar numa fieira de revestimento com alimentação em esquadria, fios preliminares cujas fibras constituin tes são colocadas previamente na fieira de revestimento na forma de toalha, e, em seguida, para promover uma impregnação tão completa quanto possível de cada uma das fibras dos fios preliminares, fazer passar o conjunto numa zona de embarraçao antes da fieira de conformação do produto final. A fieira de revestimento é alimentada de maneira clássica por pelo menos uma extrusora.

Conhece-se, por exemplo, da patente de invenção norte-americana N2 3·θ3^·9δθ, um processo para embainhar com resina termoplástica os fios preliminares. De acordo com as técnicas habituais de revestimento, os fios preliminares atravessam o cor po central aquecido de uma fieira, efectuando-se o revestimento por meio de uma alimentação de resina termoplástica fundida a partir do sistema de esquadria conhecido. Um fio preliminar é constituído pela reunião de várias fibras elementares contínuas.

Nas técnicas conhecidas de revestimento para a fabricação de perfilados reforçados com fibras contínuas, associam-se associam-se diversos fios preliminares, geralmente na forma de ,ζ / * fuso. Nestas condições, surgem duas dificuldades importantes que não estão resolvidas. A primeira reside na dificuldade de impregnar a fundo os fusos (no núcleo) e repartir de maneira homogénea a resina termoplástica em torno de cada uma das fibras elementares. A segunda, consequência da primeira, resulta de haver no produto acabado ar encerrado entre as fibras, o que cons titui uma fonte de defeitos nas propriedades mecânicas.

Na patente de invenção norte-gmeric?na N2 3.993.726, é possível impregnar um fio preliminar tomado isoladamente, colocando na fieira de impregnação duas séries de chicanas aproximadamente perpendiculares uma à outra. Desta maneira, o fio preli minar é aberto e impregnado num sentido, e, em seguida, esmagado em sentido contrário na segunda série de chicanas. Este disposi tivo tem dois inconvenientes. 0 primeiro é o de permitir apenas a impregnação de fio preliminar isolado; devido à disposição das chicanas, não é possível impregnar as fibras individuais na forma de toalha, visto que uma toalha não pode ser submetida a uma rotação de 'aproximadamente 90° na fieira cheia de matéria plástica, sem que as fibras se amontoem. 0 segundo inconvenien te reside na situação das chicanas na aparelhagem; todas as chicanas estão colocadas na fieira, o que provoca o duplo esmagamento do fio preliminar directamente na matéria plástica fundida, do que resulta uma força de arranque importante das fibras à saída da fieira, força essa provoca roturas de fibras. Nestas condições, a qualidade da impregnação das fibras não é boa e as características obtidas na flexão sobre o produto final são fracas. Sucede 0 mesmo com a eficácia do reforço caracterizado pelo coeficiente £., que nao excede 0,25.

A patente de invenção norte-americana N² h·.312.917 des creve, como a precedente, o revestimento individual de fios pre liminares numa fieira cheia de matéria plástica em fusão. Além dos inconvenientes já mencionados anteriormente, esta técnica contribui com mais um inconveniente suplementar, devido ao facto de os fios preliminares levados do exterior serem introduzidos na fieira uma a seguir aos outros e de uma maneira aproximadamen te perpendicular ao eixo da fieira, o que cria novas tensões de rotura e um emaranhado das fibras a partir da segunda chicana, sobretudo porque os fios preliminares frios provocam uma gelificação súbita da resina fundida na superfície dos fios.

processo de acordo com a invenção consiste, antes da passagem dos fios preliminares na fieira de revestimento das fibras, em abrir cada fio preliminar, em vez de introduzir os fios na forma de fuso, a fim de espalhar aproximadamente lado a lado cada uma das fibras de fio preliminar. Os fios preliminares encontram-se neste caso sob a forma de toalha ou fita constituída por uma sucessão de fibras individuais contínuas paralelas. Para realizar este alinhamento das fibras por meio da abertura dos fios preliminares, introduzem-se estes últimos na fieira de revestimento alimentada com polímero termoplástico fundido depois de os ter feito passar em pelo menos uma chicana de uma primeira zona de embarração que, excedendo força sobre o fio preliminar, provoca o desdobramento das fibras que o constituem. A toalha ou fita assim formada é seguidamente impregnada com resina termoplástica e esticada, antes da fieira de conformação, para uma nova zona de embarração formada por chicanas aproximadamente paralelas à passagem ou passagens da primeira zona. Neste sistema, a toalha ou fita impregnada com resina termoplástica difundida passa em pelo menos duas chicanas opostas e paralelas uma à outra. Nestas condições, o conjunto das fibras impregna das de resina termoplástica é, na primeira chicana, esmagado numa das suas faces, forçando a resina a infiltrar-se no estado fundido entre as fibras para passar para a face oposta. Produz-se o efeito contrário quando o conjunto das fibras impregnadas entra em contacto com a chicana oposta. Este sistema de embarração, antes e depois do revestimento da toalha ou fita, permite efectuar a impregnação individual das fibras, o que provoca uma melhor homogeneização e repartição da resina nas fibras, assim como a eliminação quase total do ar encerrado nos fios preliminares.

A presente tecniçãopermite abrir as fibras de todos os fios preliminares na primeira zona de embarração, alinhando-as paralelamente para formar uma toalha de fibras. Estas fibras alinhadas em estado não impregnadas chegam assim à fieira de revestimento praticamente isoladas umas das outras, o que permite já uma boa impregnação individual das fibras sem risco de rotura antes da passagem na segunda zona de embarração.

As figuras anexas permitem representar melhor a invenção.

A figura 1 representa a aparelhagem complete que permite a fabricação dos perfilados. Esta aparelhagem é constituída em (1) pelo sistema de embarração que permite desdobrar as fibras dos fios preliminares. Em (2),segue-se a fieira de revestimento, ligada a uma extrusora não representada, antes do sistema de embarração (3) das fibras impregnadas. Finalmente, em (h-) está a fieira de conformação. Em (1) está representado o siste-

- ma de embarração constituído por um canal no qual se puxam os fios preliminares ”a”. Este cenal, que pode ter uma geometria qualquer, tem preferivelmente secção rectangular, para facilitar a colocação dos fios preliminares na forma de toalha ou fi ta. A entrada do canal pode ser dilatada de maneira a permitir uma melhor introdução dos fios preliminares na aparelhagem. Neste canal há pelo menos uma chicana ”b” que desvia o sentido de arrastamento dos fios preliminares. Esta, chicàna está coloca da mais ou menos perpendicularmente'ao eixo de arrastamento dos fios preliminares, e, por conseguinte, do canal, de maneira que, durante a sua passagem, eles encostam-se à referida chicana, o que provoca o aplanamento das fibras que constituem cada fio pre liminar. Habitualmente, pode ser suficiente uma só chicana,mas, quando se deseja realizar uma toalha a partir de muitos fios pre liminares, pode ser desejável utilizar um sistema de embarração que tenha várias chicanas. ’ A fim de melhorar a impregnação ulterior das fibras, pode ser útil ter uma tomada de vácuo ”c” que permite eliminar o máximo de ar encerrado nos fios preliminares. Recomenda-se também um sistema de aquecimento. A fieira de revestimento (2) é do tipo geralmente conhecido para o revestimento de fibras contínuas por um polímero no estado fundido. Trata-se de uma fieira alimentada em esquadria que permite revestir as fibras de matéria termoplástica fundida.

A parte (3) da aparelhagem que forma o segundo sistema de embarração, habitualmente aquecido a uma temperatura pelo me nos igual à temperatura de fusão da resina termoplástica, é constituída essencialmente por um canal d” que recebe, no alinhamento da fieira de revestimento, as fibras revestidas com resina termoplástica fundida. Este canal compreende pelo menos duas chicanas e e ”f”, colocadas mais ou menos perpendicularmente ao seu eixo ou ainda ao eixo de arrastamento das fibras revestidas e em oposição uma à outra, de tal maneira que, por arrastamento, cada uma das faces do revestimento seja alternativamente forçada. Estas chicanas, conforme já foi mencionado,são aproximadamente paralelas à chicana ”bⁿ. Finalmente as fibras impregnadas são arrefecidas à saída da aparelhagem depois da sua passagem na fieira de conformação (M. Esta fieira de conformação, habitual em qualquer sistema de extrusão, permite dar o aspecto final do produto a obter. Segundo as técnicas conhecidas, é possível, tendo em conta a geometria da fieira, obter perfil^, dos sofisticados ou muito simplesmente obter juncos que são cortados para formar granulados transformáveis ulteriormente por meio de qualquer outra técnica de aplicação.

A figura 2 mostra um corte em perfil da parte (2) da figura 1 relativa à fieira de revestimento. Esta figura representa um tipo de fieira conhecida que permite revestir as fibras de fios preliminares dispostos em toalha. Uma extrusora (5), não representada, alimenta com resina termoplástica fundida, por intermédio dos canais de alimentação (6 e 7)> o canal (δ), representado em secção rectangular, no qual é puxada a toalha de fibras . A disposição dos canais (6 e 7) é tal que permite a distribuição de resina termoplástica fundida sobre pelo menos as duas faces opostas mais largas da toalha de fibras.

A figura 3 representa um corte em perfil de uma parte (3) utilizável, que forma o segundo sistema de embarração. De acordo com esta figura, particularmente apropriada para a presen te invenção, as chicanas resultam da própria forma do canal que

' serpenteia sinusoidalmente entre a saída da fieira de revestimento e a fieira de conformação. Segundo este sistema, trata-se de um bloco metálico, preferivelmente aquecido, atravessado por um canal com a forma de serpentina sinusoidal que tem pelo menos duas chicanas paralelas em oposição representadas por uma cristã superior f e uma cristã inferior ”e” da sinusóide.

A figura permite compreender a maneira como as fibras alinhadas g dos fios preliminares, num sistema de embarração de acordo com a figura 3» ^a0 encostra-se às cristãs da sinusóide, forçam a resina termoplástica fundida ”h a passar entre si, e, por conseguinte, a melhorar o seu revestimento.

processo de acordo com a invenção permite a fabricação de perfilados reforçados de fibras contínuas a partir de qualquer polímero ou copolímero termoplástico extrudível, dos quais se podem citar entre os mais correntesí poliolefinas, como polietileno ou polipropileno, polímeros vinilaromáticos e seus copolímeros, como o poliestireno e o copolímero de acrilonitrilo-butadienoestireno, os polímeros vinílicos halogenados como o policloreto de vinilo e o polifluoreto de vinilideno, poliamidas como as poliamidas 6, 11, 12, 6-6, 6-10 , poliésteres como o polietileno-tereftalato, o polibutileno-tereftalato, o copolímero sequenciado poli(éteramida), poli-sulfona, poliéter-sulfona, policarbonato, poliéter-cetona, polifenileno-sulfureto, polieterimida, polifenileno-dxido, polifenileno-áter ou ainda as suas mis turas.

Os polímeros termoplásticos extrudíveis são reforçados com fibras contínuas minerais ou orgânicas. Como exemplo, podem citar-se os fios preliminares de fibras de vidro, sílica, carbo no ou ainda aramida.

Os perfilados reforçados obtidos podem ser utilizados sem transformação, conforme a forma da fieira. Podem também servir de produtos intermédios, após composição ou transformação em granulados, injecção, compressão, injecção-compressão, extrusão e outros.

Os-exemplos seguintes descrevem a invenção sem no entanto a limitarem.

Exemplo 1

Utiliza-se uma aparelhagem de acordo com a figura 1 com os pormenores seguintes:

- zona 1 de embarração:

. comprimento:	60 mm
. largura:	100 mm
. entreferro:	3 mm

. entrada alargada e uma chicana no capacete de 10 mm de altura zona 2 de fieira de alimentação:

comprimento:	90	mm
largura:	100	mm
dois canais de alimentação	de 10 mm	de	diâmetro
entreferro à saída de zona:	3	mm
alimentação: extrusora com	diâmetro	de	30 mm
comprimento de parafuso:	22	D

• · ·

zona 3 d® embarração:

. comprimento:

. largura;

200 mm

100 mm . embarração sinusoidal com 3 cristãs . amplitude inter-cristas; *+0 mm . entreferro: 3®m

- zona M- de conformação;

. fieira com 5 furos de 3 mm de diâmetro . comprimento: 100mm . largura: 100mm

Nesta aparelhagem fabricam-se juncos de poliamida 11 carregada a 5θ % em massa de fibras de vidro Ξ. Roving 2^00 tex.

A velocidade de passagem é de 3 metros por minuto.

A temperatura de cada uma das zonas é de:

zona 1 :200°C zona 2 :230°C zona 3 :230°C zona : 210°C.

Exemplo 2

Na aparelhagem do Exemplo 1. com excepção da zona *+ de conformação que tem as características seguintes, seguida de um conformador arrefecido:

Secção rectangular de entrada 100 mm de largura por 3 ™ de espessura

Secção rectangular de saída 10 mm de largura por 3>5 de espessura

10/

I

v.,

Comprimento: 100 mm fabrica-se uma barrinha com 10 mm de largura por 3,5 mm de aspes,., sura formada de poliamida 6 carregada a 39,3 $ em volume de fibras de vidro E Roving 2^00 tex.

A velocidade de extracção é de 3 metros por minuto

A temperatura de cada uma das zonas é de:

zona 1 ;220°C zona 2 :280°C zona 3 :280°C zona b· : 2óO°C módulo de flexão obtido na barrinha é de 21+500 MPa.

coeficiente £ = 0,85 coeficiente Sobtém-se a partir da lei das misturas:

E = £Ef Vf + Em (1-Vf) na qual Ef = módulo-de Young da fibra

Em = móduicr de Young da matriz

Yf ~ fracção volúmica das fibras

E = valor experimental do módulo de flexão.

Exemplo 3

Na aparelhagem do Exemplo 1, fabricam-se juncos de .poliamida 12 carregada a % em massa de fibras de vidro E, Roving 2*+00 tex.

A velocidade de extracção é de 3 metros por minuto.

A temperatura de cada uma das zonas é de:

zona 1 : 220°C zona 2 : 2óO°C zona 3 : 2óO°C zona 4 : 240°C.

Exemplo 4

Na aparelhagem do Exemplo 2, fabricam-se barrinhas de polipropileno que contêm 3 % de propileno enxertado anidrido maleico carregado a 28 X em volume de fibras de vidro E, Roving 2400 tex.

A velocidade de extracção é de 3 metros por minuto.

A temperatura de cada uma das zonas d de:

zona 1 : 240°C zona 2 : 2óO°C zona 3 : 2óO°C zona 4 : -240°C módulo de flexão obtido é de l?400 MPa coeficiente 0,78.

Exemplo 5

Na aparelhagem do Exemplo 1, mas substituindo na zona 4 a fieira de 5 furos por uma fieira de saída unica com o comprimento de 200 mm, largura de saída de fieira 100 mm e entreferro 0,7 mm, fabrica-se uma toalha de poliamida 6 carregada a 40 fo em massa de fibras de vidro Ξ. Roving 2400 tex.

A velocidade de extracção é de 1 metro por minuto.

A temperatura de cada uma das zonas é de:

zona 1 :	220°C
zona 2 :	280°C
zona 3 :	280°C
zona :	275°C

Rei-

Claims

Reivindicações

1 _{e —} Pxocssso paira a fabricaçao da perfilados de resina termoplástica reforçados com fibras contínuas, mediante revestimento de resina termoplásticanum fieira de revestimento de fibras contínuas de fios preliminares, caracterizado pelo facto de, antea do revestimento, as fibras dos fios preliminares serem abertas em toalha de fibras alinhadas paralelamente, por meio de passagem em pelo menos uma chicana de uma zona de embarração, e pelo facto de, depois do revestimento das fibras, o conjunto impregnado de resina fundida atravessar uma segunda zona de embarração constituída por pelo menos duas chicanas opostas e paralelas uma à outra, forçando a resina a infiltrar-se entre as fibras.
2,- Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de as chicanas das duas zonas de embarração serem paralelas.
3. - Processo de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo facto de as chicanas serem aproximadamente perpendiculares ao eixo de circulação das fibras contínuas na aparelhagem.
4. - Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo facto de a primeira zona de embarração ser aquecida.
5. - Aparelhagem que permite fabricar perfilados de resina termoplástica reforçados com fibras contínuas, constituída essencialmente por uma fieira de revestimento das fibras contínuas e por uma fieira de conformação, caracterizada pelo facto de, antes da fieira de revestimento, se encontrar um sistema de embarração formado por um canal que possui pelo menos uma chicana aproximadamente perpendicular ao eixo do referido canal e pelo facto de entre a fieira de revestimento e a fieira de conformação se encontrar um segundo sistema de embarração formado por um canal, situado no alinhamento de saída da fieira de revestimento, que tem pelo menos duas chicanas opostas e paralelas uma à outra e aproximadamente perpendiculares ao eixo do referido canal.
6.- Aparelhagem de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo facto de as chicanas dos dois sistemas de embarração serem paralelas.
7Aparelhagem de acordo com uma das reivindicações 5 ou

6, caracterizada pelo facto de o segundo sistema de embarração ser formado por um bloco metálico atravessado por um canal com a forma de serpentina sinusoidal, que possui pelo menos duas passagens em ziguezague paralelas em oposição, representadas por uma cristã superior e uma cristã inferior da sinusoide.
8,- Aparelhagem de acordo com uma das reivindica- ções 5 a 7, caracterizada pelo facto de o primeiro sistema de embarração possuir um meio de aquecimento,

Lisboa, 8 de Abril de 1988

O Agenfa OiíciciÍ cio r.'cp.'.cJ^c'e industrial

-16RESUMO

Processo para a fabricação de perfilados de resina termoplástica reforçados com fibras contínuas e aparelhagem para a sua obtenção »

A presente invenção refere-se a um processo para a fabricação de perfilados de resina termoplástica reforçados com fibras contínuas e ã aparelhagem que permite a sua obtenção. 0 processo consiste em impregnar, numa fieira com alimentação em esquadria, fios de fiação preliminar cujas fibras são colocadas previamente sob a forma de toalha, e, em seguida, para promover uma impregnação tão completa quanto possível de cada uma das fibras dos fios preliminares, fazer passar o conjunto numa zona de embarração antes da fieira de conformação do produto final.