ES2215798T3 - Materiales compuestos de plastico y procedimiento para su fabricacion. - Google Patents
Materiales compuestos de plastico y procedimiento para su fabricacion.Info
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Abstract
Procedimiento para la fabricación de materiales compuestos de superficie amplia, de plástico, seleccionado entre los plásticos o tipos de plástico termoplásticos poli(metacrilatos de metilo), cloruro de polivinilo (PVC), ésteres de celulosa, poliestireno, plásticos ABS, policarbonatos, poliésteres, poliéteres, policetonas, polisulfonas o sus polímeros mixtos, en particular, policarbonatos de bisfenol A, así como plástico acrílico moldeable en forma termoplástica y termoelástica, por unión por adhesión térmica de por lo menos dos piezas de plástico calentadas en sus superficies, caracterizado porque las dos piezas calentadas en su superficie están compuestas por un material básico (B) recubierto por una capa (S), siendo la temperatura de ablandamiento Vicat (VET) del plástico de la capa (S) de 5 a 40ºC más baja que la del material básico (B), el material básico (B) presenta un grosor de 1 a 200 mm y la capa (S) presenta un grosor de 5 a 400 m, se calientan las piezas respectivamente en las superficies provistas de la capa (S) y a continuación, se sueldan presionando.
Description
Materiales compuestos de plástico y procedimiento
para su fabricación.
La invención se refiere a un procedimiento para
la fabricación de materiales compuestos de plástico de superficie
amplia, conforme al preámbulo de la reivindicación 1, así como a un
material compuesto de plástico que puede obtenerse mediante este
procedimiento.
El documento EP-A 584593 describe
materiales compuestos de plástico, en los que por lo menos una parte
del material compuesto consta de plexiglás [poli(metacrilato
de metilo)] y por lo menos una unión del plexiglás es originada por
soldadura, lográndose la unión por soldadura térmica, en presencia
de una capa intermedia de 0,01 a algunos mm de grosor, de un
polímero sintetizado esencialmente a partir de metacrilato de
metilo. Las piezas moldeadas de plexiglás pueden estar unidas a
piezas moldeadas de otros plásticos, como PVC, ésteres de celulosa,
poliestireno, plásticos ABS, policarbonato, en particular,
policarbonato de bisfenol A, en presencia de las delgadas capas
intermedias de poli(metacrilato de metilo). En este
procedimiento a veces se producen inclusiones de aire o de productos
monoméricos de degradación en el material compuesto, cuando no se
cumple exactamente con la conducción de temperaturas indicada.
El documento EP-A 581564 describe
un procedimiento para la fabricación de materiales compuestos de
plástico a partir de una placa de acrílico, por ejemplo, con un
grosor de 2 ó 3 mm y una película de recubrimiento, adherida
mediante una capa de cola fusible.
El documento US 5,762,741 se refiere a un
procedimiento para la fabricación de objetos de
politetrafluoroetileno.
El documento US 5624524 se refiere a un laminado
de plástico a partir de una lámina de acrílico, que está provista de
una capa de colorante, y una lámina de poliéster que está provista
de un adhesivo termoplástico.
El documento DE 9219767 U se refiere a materiales
compuestos de plástico en los que por lo menos una parte consta de
plexiglás y por lo menos una unión acrílica es originada por
soldadura.
El documento
EP-A-0710549 describe un
procedimiento para la fabricación de materiales compuestos de
superficie amplia, de plástico de polimetacrilato, mediante la
adhesión térmica de por lo menos dos piezas de plástico de
polimetacrilato entre sí, calentadas en sus superficies, estando las
piezas de plástico de polimetacrilato, precalentadas en el lado de
la adhesión a temperaturas de superficie de 130 a 200ºC, que durante
la etapa de calentamiento previo mantienen su forma original, entre
un par de cilindros de los que por lo menos un cilindro, con el que
se ejerce la fuerza de prensado, está colocado en forma movible, con
una velocidad de avance de entre 5 y 200 mm/s y con una fuerza de
prensado de entre 10 y 500 N. El documento
EP-A-0710548 describe el mismo
procedimiento para plásticos termoplásticos en general.
También en estos procedimientos, de buen
rendimiento en sí confirmado, a veces se presentan problemas cuando
no se cumple exactamente con la conducción indicada de las
temperaturas. Pueden presentarse aberraciones ópticas, deformación y
problemas de adherencia. En particular, demostró ser muy difícil el
manejo de piezas de poco grosor. También el manejo de piezas de
grosores muy diferentes, con las capacidades de absorción de calor
correspondientemente diferentes, en la práctica con frecuencia trae
aparejados problemas.
Se consideró como objetivo seguir desarrollando
los procedimientos conocidos para la fabricación de materiales
compuestos de plástico, de superficie amplia, mediante adhesión
térmica, (véase, por ejemplo, el documento
EP-A-0710549), apuntando hacia una
capacidad de realización menos crítica, en cuanto a un resultado
cualitativamente impecable. En particular, se debe mejorar la unión
térmica de piezas delgadas y piezas de grosores diferentes
(asimétricas) con capacidad de absorción de calor muy diferente.
Además, no deberían presentarse desventajas en la resistencia de los
materiales compuestos obtenidos.
Se alcanza el objetivo mediante un procedimiento
para la fabricación de materiales compuestos de superficie amplia,
de plástico, seleccionado entre los plásticos o tipos de plástico
termoplásticos poli(metacrilatos de metilo), cloruro de
polivinilo (PVC), ésteres de celulosa, poliestireno, plásticos ABS,
policarbonatos, poliésteres, poliéteres, policetonas, polisulfonas o
sus polímeros mixtos, en particular, policarbonatos de bisfenol A,
así como plástico acrílico moldeable en forma termoplástica y
termoelástica, mediante la adhesión térmica de por lo menos dos
piezas de plástico calentadas en sus superficies, caracterizado
porque las dos piezas de plástico calentadas en sus superficies
están compuestas por un material básico (B) recubierto por una capa
(S), siendo la temperatura de ablandamiento Vicat (VET, según DIN
53460, 12/1976) del plástico de la capa (S) de 5 a 40ºC más baja que
la del material básico (B), el material básico (B) presenta un
grosor de 1 a 200 mm y la capa (S) presenta un grosor de 5 a 400
\mum, se calientan las piezas respectivamente en las superficies
provistas de la capa (S) y a continuación se sueldan mediante
presión.
Además, se alcanza el objetivo por los materiales
compuestos de plástico obtenidos mediante el procedimiento.
Variantes ventajosas de la invención son objeto de las respectivas
reivindicaciones secundarias.
Para el procedimiento conforme a la invención se
usan piezas de plástico, en particular placas de plástico, que están
compuestas por un material básico (B) que está recubierto por una
capa (S).
El material básico (B) tiene un grosor en el
intervalo de grosores usuales de placas, de 1 a 100 mm,
preferentemente, de 1 a 50 mm, en particular, placas delgadas de 2 a
20 mm, de especial preferencia, de 2 a 10 mm. Se prefieren
materiales básicos (B) extruidos.
La superficie del material básico (B), por
ejemplo, puede encontrarse en el intervalo de 0,01 a 10 m^{2},
conanchuras de placa de entre 0,1 y 2 m y longitudes de placa de
entre 0,1 y 5 m.
La capa (S) puede estar aplicada mediante
laqueado o, por ejemplo, aplicada mediante rascador, o
preferentemente, en el caso de plásticos que se pueden procesar en
forma termoplástica, estar aplicada por co-extrusión
con el material básico. La capa (S) tiene un grosor de 5 a 400,
preferentemente, de 10 a 200, muy preferentemente, de 20 a 80
\mum.
El material básico (B) y la capa (S) están
compuestos por plásticos que se pueden procesar en forma
termoelástica o termoplástica, pero preferentemente, en forma
termoplástica, especialmente, compatibles entre sí, que se adhieren
bien el uno al otro.
Por ejemplo, poli(metacrilatos de metilo),
cloruro de polivinilo (PVC), ésteres de celulosa, poliestireno,
plásticos ABS, policarbonatos, poliésteres, poliéteres, policetonas,
polisulfonas o sus polímeros mixtos son plásticos o tipos de
plásticos termoplásticos apropiados. Se prefieren los plásticos de
poli(metacrilato de metilo) y de policarbonato, en
particular, policarbonatos de bisfenol A.
Preferentemente, el material básico (B) y la capa
(S) son del mismo tipo de plástico. En este caso, se diferencian el
material básico (B) y la capa (S) en su composición de monómeros en
cuanto a que la temperatura de ablandamiento Vicat (VET, según ISO
306, parte B 50) del plástico de la capa (S) es de 5 a 40,
preferentemente, de 10 a 30ºC más baja que la del material básico
(B).
Por lo tanto, el material básico (B), por
ejemplo, puede ser de un policarbonato con temperatura de
ablandamiento Vicat (VET) alta y la capa (S) puede ser de un
policarbonato con temperatura de ablandamiento Vicat (VET)
correspondientemente menor.
Los poli(metacrilatos de metilo) están
sintetizados a partir de 50 a 100% en peso de metacrilato de metilo.
Como co-monómeros, en primer lugar entran en
consideración ésteres alquílicos del ácido acrílico con 1 a 4 átomos
de carbono en el resto alquílico, así como acrilonitrilo y/o
metacrilonitrilo, estireno o anhídrido maleico. Se prefieren
plásticos acrílicos moldeables en forma termoplástica y
termoelástica. Su índice de viscosidad según DIN 53727 o, en su
caso, 51562, parte 1, usualmente se encuentra en el intervalo de 20
a 1500 ml/g.
Los poli(metacrilatos de metilo) con masas
molares muy altas, por ejemplo, con aproximadamente 10^{6} g/mol y
mayores, como vidrios acrílicos moldeados por fundición manifiestan
un comportamiento termoelástico y no son accesibles al procesamiento
termoplástico. Sin embargo, el poli(metacrilato de metilo)
moldeado por fundición es apto, por ejemplo, como material básico,
sobre el que aplica la capa (S), por ejemplo, de un
poli(metacrilato de metilo) termoplástico, por laqueado.
Las materias moldeables de
poli(metacrilato de metilo) de procesamiento termoplástico,
para el moldeo por inyección, normalmente tienen masas molares
(media ponderada Mw) de 50000 a 150000 g/mol, por ejemplo,
aproximadamente 120000 g/mol) y las que son para extrusionar tienen
una masa molar mayor de 150000 a 250000 g/mol, por ejemplo,
aproximadamente 180000 g/mol.
El material básico (B), por ejemplo, puede estar
compuesto por un plástico de poli(metacrilato de metilo)
termoplástico de 95 a 100% en peso de unidades de metacrilato de
metilo y hasta 5% en peso de unidades de acrilato de metilo, con una
temperatura de ablandamiento Vicat (VET) en el intervalo de 100 a
120ºC, preferentemente, de 102 a 110ºC.
La capa (S), por ejemplo, puede estar compuesta
por un plástico de poli(metacrilato de metilo) termoplástico
de 80 a 95% en peso de unidades de metacrilato de metilo y en forma
correspondiente 20 a 5% en peso de unidades de acrilato de metilo,
con una temperatura de ablandamiento Vicat (VET) en el intervalo de
65 a 100, preferentemente, de 70 a 90ºC.
La capa (S) también puede estar compuesta por un
poli(metacrilato de metilo) modificado para ser resistente al
impacto, lo que se obtiene por la mezcla de una fase de elastómero,
por ejemplo, un polímero en perla o de emulsión, sintetizado en dos
o tres capas, con una matriz de poli(metacrilato de metilo).
Se conocen suficientemente modificantes correspondientes para crear
resistencia al impacto, para plásticos de polimetacrilato. La
fabricación y la síntesis están descritos, por ejemplo, en los
documentos EP-A 0113924, EP-A
0522351, EP-A 0465049 y EP-A
0683028. Por la mezcla con la fase blanda de elastómero, las
temperaturas de ablandamiento Vicat (VET) se encuentran en el
intervalo de 60 a 80ºC.
La capa (S) también puede estar compuesta por un
plástico de poliuretano, preferentemente, unida con una capa básica
(B) de policarbonato.
La energía calórica necesaria para la soldadura
puede suministrarse mediante diversos procedimientos en sí
conocidos, a las piezas que se han de unir como, por ejemplo, con
radiadores de infrarrojo, soplado de aire caliente o también por
procedimientos físicos indirectos, como la aplicación de campos de
alta frecuencia o de ultrasonido. Aquí las superficies provistas de
la capa (S) preferentemente son calentadas a una temperatura 5 a
30ºC mayor que la temperatura de ablandamiento Vicat (VST) del
plástico de la capa (S) y a continuación, directamente se unen por
prensado.
En forma conveniente aquí se ejerce la presión
laminando entre un par de cilindros, en el que por lo menos un
cilindro, con el que se ejerce la fuerza de prensado, está colocado
de manera movible, con una velocidad de avance de entre 5 y 200 mm/s
y con una fuerza de prensado de entre 10 y 500 N.
La fuerza de prensado que ejerce el cilindro
superior sobre las piezas de polimetacrilato y el material compuesto
de piezas de metacrilato que se forma, puede generarse, por ejemplo,
en aparatos simples de palancas, en forma neumática o hidráulica. En
general, la fuerza de prensado es constante durante todo el proceso
de prensado, usándose fuerzas de prensado de entre 10 y 500 N,
preferentemente, de entre 25 y 400 N. En los documentos
EP-A 710548 y EP-A 710549 están
descritos procedimientos correspondientes.
Las piezas que se han de soldar entre sí, pueden
ser iguales o diferentes en cuanto a los plásticos usados para el
material básico (B) y la capa (S) y a los grosores del material
básico (B) y la capa (S). Preferentemente, se usan piezas que se han
de soldar entre sí, de síntesis química igual, en la que el material
básico (B) y la capa (S) están compuestos por lo menos por plásticos
del mismo tipo, o por plásticos idénticos. También es ventajoso que
los grosores de la capa (S) no se diferencien en más que el doble o
preferentemente, sean de igual grosor.
Por lo tanto, los materiales compuestos por dos
piezas por afuera están compuestos por el material básico (B) y por
adentro están compuestos por dos capas (S) fusionadas o soldadas
entre sí. De forma correspondiente, desde luego un material básico
(B), por ejemplo, también puede proveerse de ambos lados de una capa
(S) y puede soldarse con dos piezas recubiertas de un solo lado,
para formar un material compuesto de plástico de tres piezas. Se
entiende que según este principio también pueden fabricarse
materiales compuestos de plástico a partir de más de tres piezas. En
la práctica, sin embargo, en la mayoría de las veces son
significativos los materiales compuestos de plástico de dos
piezas.
Materiales compuestos conforme a la invención
pueden estar fabricados con piezas en forma de placas o también de
cualesquiera formas de plexiglás, siendo el lugar que participa en
la unión en lo posible una superficie uniforme.
El material básico (B) y las capas (S) pueden
estar presentes en el material compuesto en forma transparente pero
también en una realización que transluce un color o que está
pigmentada. De esta manera se pueden ajustar determinados efectos de
color en el material compuesto. Una aplicación de las capas (S) que
sólo actúa como unión en zonas marginales de los materiales básicos
(B) que se han de unir, conduce a un material compuesto con un hueco
interno, por ejemplo, rectangular, que puede servir para la
recepción de informaciones, por ejemplo, imágenes u otros objetos
incluidos por soldadura.
La elección de la capa (S) de plásticos
termoplásticos compatibles, siendo la temperatura de ablandamiento
Vicat (VET) del plástico de la capa (S) de 5 a 40ºC más baja que la
del material básico (B), en combinación con un bajo grosor de la
capa (S), de 5 a 400 \mum, brinda la ventaja de que para la
preparación de los lugares que se han de adherir se necesita aplicar
una cantidad de calor comparativamente baja, que sólo es
suficientemente alta para que alcance para ablandar la capa (S).
Como se puede dosificar la cantidad de calor de manera independiente
del grosor y de la constitución del material básico, se reduce el
riesgo de calentar demasiado poco o de calentar demasiado. El
intervalo de tolerancia es mayor. También el requerimiento de
energía es correspondientemente menor.
Se producen lugares de unión buenos desde el
punto de vista óptico, sobre todo, en materiales incoloros
transparentes, como no se obtienen pegando. Como la capa (S) y el
material básico (B) están compuestos por plásticos ya unidos
íntimamente entre sí antes del calentamiento, no resultan
desventajas en cuanto a la fortaleza del material compuesto
obtenido, que es tan alta como en los procedimientos conocidos con
óptima conducción de la temperatura. La adhesión de las piezas
soldadas es tan fuerte que en el intento de destruir la unión por la
fuerza, con frecuencia no se rompe la costura de unión, sino el
material compuesto mismo.
La soldadura entre piezas relativamente delgadas,
por ejemplo, en el intervalo de 1 a 6 mm de grosor, y de tales
piezas delgadas con piezas más gruesas, es posible con gran
seguridad en cuanto a un resultado impecable desde el punto de vista
óptico.
Mediante el procedimiento conforme a la invención
se posibilitan con calidad óptica especialmente alta una serie de
otras formas de realización en sí conocidas de los documentos
EP-A 710548 y EP-A 710549. Además,
debido a las tolerancias relativamente altas en el calentamiento de
las capas (S), especialmente en piezas delgadas en el intervalo de 1
a 6 mm de grosor y en la combinación de piezas más delgadas con
piezas más gruesas, es posible una fabricación con desperdicio
comparativamente bajo.
Se pueden fabricar materiales compuestos a partir
de piezas de plástico con bordes de superficie amplia como, por
ejemplo, cúpulas, bóvedas de cañón o cubetas, calentando
selectivamente los bordes y uniéndolos mediante el procedimiento
conforme a la invención.
En otras configuraciones de la invención pueden
incluirse objetos de superficie amplia o alargados entre los lados
de las placas o láminas que se han de adherir. Para la inclusión
ópticamente impecable de tales objetos, es decir, por ejemplo,
evitando que ocurran inclusiones de aire o la formación de defectos
ópticos, es condición que el grosor de los objetos ascienda a un
máximo del 50%, preferentemente, a un máximo del 25% del grosor de
las placas o láminas. Objetos de superficie amplia que se pueden
incluir entre las capas (S) de las placas o láminas son, por
ejemplo: fotografías, estampados, láminas coloreadas, papeles de
pigmento o láminas de elastómeros termoplásticos, pudiéndose
fabricar con estos últimos materiales compuestos para vidrios de
seguridad. Aquí hay que tener en cuenta que los objetos incluidos
deben ocupar un máximo de 90% de la superficie de los lados que se
han de adherir. Objetos alargados que pueden ser incluidos entre las
placas o láminas son, por ejemplo, vías angostas de plástico, que
pueden estar coloreadas, alambres, espirales de acero, cintas de
tela, tiras de papel o preferentemente, hilos, muy preferentemente,
hilos de plástico con alta elasticidad y alto módulo como, por
ejemplo, fibras de poliéster o nylon, cuya inclusión conduce a
materiales compuestos de especial resistencia al impacto.
Las placas o láminas pueden poseer grabaciones o
impresiones que presentan profundidades de por lo menos 0,2 mm,
preferentemente, de por lo menos 1 mm, que se encuentran, o bien, en
el lado externo o bien en el lado de la adhesión entre las placas o
láminas. Si las grabaciones o impresiones se encuentran en el lado
de la adhesión, se pueden producir inclusiones tridimensionales de
configuración definida en el material compuesto. Preferentemente,
tales inclusiones tridimensionales se producen por la adhesión entre
sí de por lo menos dos placas, en las que cada placa presenta
grabaciones o impresiones en el lado de adhesión, que son unidas en
forma de imagen e imagen especular. Es condición de la formación de
tales inclusiones tridimensionales que las grabaciones o impresiones
mantengan estable su forma al calentarse las superficies.
Claims (11)
1. Procedimiento para la fabricación de
materiales compuestos de superficie amplia, de plástico,
seleccionado entre los plásticos o tipos de plástico termoplásticos
poli(metacrilatos de metilo), cloruro de polivinilo (PVC),
ésteres de celulosa, poliestireno, plásticos ABS, policarbonatos,
poliésteres, poliéteres, policetonas, polisulfonas o sus polímeros
mixtos, en particular, policarbonatos de bisfenol A, así como
plástico acrílico moldeable en forma termoplástica y termoelástica,
por unión por adhesión térmica de por lo menos dos piezas de
plástico calentadas en sus superficies, caracterizado porque
las dos piezas calentadas en su superficie están compuestas por un
material básico (B) recubierto por una capa (S), siendo la
temperatura de ablandamiento Vicat (VET) del plástico de la capa (S)
de 5 a 40ºC más baja que la del material básico (B), el material
básico (B) presenta un grosor de 1 a 200 mm y la capa (S) presenta
un grosor de 5 a 400 \mum, se calientan las piezas respectivamente
en las superficies provistas de la capa (S) y a continuación, se
sueldan presionando.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se calientan las superficies provistas
de la capa (S) a una temperatura 5 a 30ºC superior a la temperatura
de ablandamiento Vicat (VST) del plástico de la capa (S).
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque se unen las piezas calentadas mediante
laminado.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque se efectúa el laminado entre un par de
cilindros, del cual por lo menos un cilindro, con el que se ejerce
la fuerza de prensado, está colocado en forma movible, con una
velocidad de avance de entre 5 y 200 mm/s y con una fuerza de
prensado de entre 10 y 500 N.
5. Procedimiento según una o varias de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la capa (S) se
aplica por laqueado, mediante rascador o, en el caso de plásticos
que se pueden procesar en forma termoplástica, por
co-extrusión con el material básico.
6. Procedimiento según una o varias de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el material
básico (B) y la capa (S) están compuestos por el mismo tipo de
plástico.
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado porque el material básico (B) está compuesto
por poli(metacrilato de metilo) moldeado por fundición y la
capa (S) es una capa aplicada por laqueado, de
poli(metacrilato de metilo) termoplástico.
8. Procedimiento según una o varias de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el material
básico (B) está compuesto por policarbonato y la capa (S) está
compuesta por un plástico de poliuretano.
9. Material compuesto de plástico obtenible
mediante el procedimiento conforme a una o varias de las
reivindicaciones 1 a 7.
10. Material compuesto según la reivindicación 9,
caracterizado porque entre las piezas que se han de adherir
entre sí se incluyen objetos de superficie amplia o alargados con
grosores que ascienden a un máximo del 50%, preferentemente, a un
máximo del 25% del grosor de las piezas soldadas entre sí, pudiendo
cubrir los objetos de superficie amplia o alargados un máximo de 90%
de la superficie que se ha de
adherir.
adherir.
11. Material compuesto de plástico según la
reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque las piezas que se
han de adherir una a otra en su superficie de adhesión presentan
grabaciones o impresiones de por lo menos 0,2 mm, preferentemente,
de por lo menos 1 mm de profundidad.
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