ES2967531T3 - Lámina de separación recubierta de silicona con una capacidad especial de embutición en vacío - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a una película desprendible siliconada para producir piezas moldeadas de plástico a partir de materiales compuestos de fibras usando un molde, que comprende una película de soporte que se puede embutir en profundidad al vacío a temperatura ambiente y que comprende un recubrimiento que se puede aplicar en estado líquido y que consiste en más del 90 por ciento atómico de silicio, carbono y/u oxígeno, más del 45 por ciento atómico de carbono y más del 20 por ciento atómico de silicio, en cada caso basado en el recubrimiento total y medido usando XPS, después de eliminar cualquier posible solvente si necesario. La invención se caracteriza porque el recubrimiento se reticula mediante reacciones de adición, reacciones de condensación o irradiación. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Lámina de separación recubierta de silicona con una capacidad especial de embutición en vacío
La invención se refiere a láminas de separación recubiertas de silicona con capacidad especial de embutición en vacío. La invención se refiere además al uso de tales láminas de separación recubiertas de silicona como protección y/o ayuda de separación entre un molde y la pieza de trabajo resultante en un procedimiento de conformación para producir dicha pieza de trabajo, en particular en un procedimiento para producir piezas de molde de plástico a partir de materiales plásticos reforzados con fibras, también denominados materiales compuestos fibrosos, en procedimientos de inyección en vacío o infusión en vacío, procedimiento de preimpregnado, procedimientos de laminación manual, procedimientos RTM (moldeo por inyección), procedimientos de prensado, procedimientos de bobinado o procedimientos de pulverización de fibra.
Los plásticos reforzados con fibra consisten en fibras unidas en una matriz que se pueden construir en capas. Las fibras pueden estar orientadas, no orientadas o tejidas. Además, las fibras pueden estar compuestas de diferentes materiales, como por ejemplo fibras de vidrio, fibras de carbono, fibras de aramida, fibras de boro, fibras naturales o madera. Las capas individuales pueden estar compuestas de diferentes materiales. Para la construcción de tales materiales compuestos fibrosos también son adecuadas mallas metálicas, espuma, paneles estructurales tridimensionales como por ejemplo alveolares o madera. La matriz puede consistir en una resina reactiva que puede endurecerse química o térmicamente. Las resinas reactivas curables químicamente incluyen resinas de poliéster, éster vinílico o epoxi. Las resinas curables térmicamente son resinas de melamina o de fenol-formaldehído.
El procedimiento más conocido para producir dichos plásticos reforzados con fibra es laminar a mano esteras o tejidos de fibra de vidrio dentro o sobre un molde abierto. Los conceptos básicos de esto los conoce el profano en la reparación por cuenta propia (Do-it-yourself), por ejemplo, de carrocerías de coches, antes de vender un coche usado. Para producir piezas de molde mediante laminación manual, primero se aplica un agente de separación al molde. A esto se le puede aplicar el llamado “gelcoat”. Un gelcoat es una capa dura de pintura que se deposita sobre una pieza de molde de plástico reforzado con fibras y que puede tener un espesor de varios milímetros. Una vez endurecido el gelcoat, se aplican las fibras sobre el gelcoat en forma de esteras o tejidos y se sumergen en una resina. Se pueden aplicar varias capas de fibras y sumergirlas en resina. El endurecimiento de dichas fibras impregnadas de resina se puede lograr añadiendo endurecedores químicos a la resina antes del procesamiento. Tales endurecedores pueden ser iniciadores de radicales a base de peróxido de benzoílo o azobisisobutironitrilo. El curado puede realizarse a temperatura ambiente o a temperaturas elevadas de hasta 230 °C. Un procedimiento similar es el procedimiento de inyección en vacío. Las fibras secas se cubren con una lámina, tras aplicar un vacío se comprimen por la presión del aire externo que actúa sobre la lámina de cobertura y luego se inyecta la resina, que se distribuye dentro de las fibras. Otro método es la pulverización de fibra en el molde abierto. Se inyecta una masa de fibras y resina en el molde o sobre el gelcoat endurecido, siendo las fibras relativamente cortas (hasta 50 mm). El procedimiento de preimpregnado utiliza productos semiacabados hechos de fibras que se impregnan con una matriz curable, los llamados preimpregnados. Estos están disponibles en forma de esteras, se cortan a medida y se presionan en el molde cubriéndolos con una lámina y aplicando vacío. Luego, la resina se cura bajo presión y alta temperatura. El curado puede tener lugar a temperaturas de hasta 200 °C.
Después del curado, la pieza se retira del molde. De esta manera se pueden fabricar piezas para planeadores, palas de turbinas eólicas, cascos de barcos, piezas de automóviles, tuberías, piscinas y mucho más.
En todos estos procedimientos es de gran importancia tratar el molde con un agente de separación o de desmolde antes de aplicar la primera capa de gelcoat o resina para poder retirar la pieza del molde. Estos agentes de separación permanecen en la pieza de molde de plástico y en la superficie del molde después del desmolde. Por ello, a menudo hay que eliminar los restos del agente de separación laboriosamente de las piezas de molde y de los moldes. Además, las piezas de molde a veces se unen de forma muy costosa con adhesivos y/o se lacan, lo que requiere una eliminación eficaz de los agentes de separación. Por lo tanto, existía la necesidad de poder prescindir de la eliminación de los agentes de separación de la pieza de trabajo terminada. Una solución podría ser el uso de una lámina de separación flexible para requisitos de calidad superficial media, que cumpla con los requisitos especiales de los procedimientos de preimpregnado y de inyección en vacío y que sea económica. Una lámina flexible en el sentido de este documento es una lámina que se puede formar en vacío a temperatura ambiente, lo que debe distinguirse de las láminas que habitualmente se denominan termoformables y que se utilizan en el termoconformado. Estas láminas termoformables se calientan para darles forma y se les da forma en una herramienta enfriada mediante un sello llamado ayuda de moldeo, aire comprimido o vacío y se retiran después de la solidificación. Por el contrario, la lámina de separación flexible (lámina que se puede embutir en vacío) en el sentido del presente documento está destinada a cubrir superficies de molde complejas sin arrugas y con contornos precisos sin inclusiones de aire utilizando únicamente la presión atmosférica. Después de retirar la pieza endurecida del molde, debe ser posible retirar la lámina junto con el agente de separación de la pieza. La deformación termoplástica permanente o la deformabilidad per se no es importante con esta lámina flexible con capacidad de ser embutida en vacío en frío. Más bien, esto último representa una propiedad indeseable porque la termoplasticidad podría conducir a una adherencia indeseable de la pieza de trabajo a la lámina cuando la pieza de trabajo se endurece térmicamente.
Además, muchas piezas de molde de plástico de alta calidad y, en particular, piezas de molde de plástico reforzado con fibras, están provistas de una lámina protectora para protegerlas especialmente contra la contaminación. Por lo tanto, sería deseable que la lámina protectora también fuera adecuada para este fin.
En el documento JP 3128240 A se describe una lámina de desmolde recubierta de silicona, cuyo revestimiento contiene una resina de silicona, que contiene un polvo de silicona con un tamaño de partícula de 0,8 a 4 pm en un contenido de 0,02 a 0,5% en peso, referido a la resina de silicona, y un gramaje de 0,05 a 1,0 g/m2 Debido a las partículas de polvo de silicona relativamente gruesas, la lámina tiene propiedades lubricantes y antiadherentes especialmente pronunciadas.
No se ve que se trate de una lámina flexible, es decir, que se adapte especialmente a contornos finos y que presente una especial resistencia a la transferencia, es decir, la tendencia a no dejar ningún agente de separación sobre la pieza de trabajo.
El documento JP 9076249 A describe un agente de separación en forma de una dispersión acuosa de aceite de silicona. El aceite de silicona puede reticularse térmicamente después de aplicar la dispersión a un molde. Este agente de separación contiene compuestos orgánicos de estaño y también puede contener tensioactivos no iónicos. En esta publicación no se describe ninguna lámina de separación, sino sólo el agente de separación en sí, no está claro si la pieza de trabajo que se retira posteriormente del molde está libre de aceite de silicona después de utilizar el agente de separación.
El documento US 6057041 A describe una lámina de separación de poliéster que tiene una capa de resina de silicona. Como poliéster se utiliza polietileno 2,6-naftalenodicarboxilato (PEN) biaxialmente orientado. La resina de silicona es una resina de silicona reticulada que se adhiere a la lámina de poliéster mediante una capa SiOx, que se dispone entre la lámina y la resina de silicona. Esta capa promotora de la adherencia se aplica mediante deposición de vapor. La lámina PEN estirada biaxialmente no es una lámina flexible que pueda adaptarse bien a los contornos finos de una forma. Además, el recubrimiento con SiOx es extremadamente complejo de producir. No se sabe nada sobre la resistencia a la transferencia de tales recubrimientos.
El documento JP 2000-289148 A describe una lámina con capacidad de termosellado con una capa de agente de separación basada en siliconas, que puede consistir en un termoplástico tal como varios tipos de polietileno o polipropileno.
Debido a su capacidad de termosellado, esta lámina no es adecuada para el procesamiento a alta temperatura de componentes compuestos de fibras mediante recocido. No se describe una lámina flexible en el sentido del presente documento, es decir, una lámina que se adapte especialmente a contornos finos.
El documento JP 2009-249570 A describe un agente de separación de silicona para láminas y una lámina equipada con el mismo. Este agente de separación de silicona es reticulable y contiene dos alquenilorganopolisiloxanos diferentes, un organohidropolisiloxano, un catalizador a base de platino y un retardador de adición.
Después de la reticulación, este agente de separación reactivo complejo todavía contiene residuos indeseados de catalizador y retardador de adición.
Los documentos JP 2011-201034 A y JP 2011-01035 A describen una lámina desmoldeable que es resistente a temperaturas de hasta 180 °C y se puede despegar. La propia lámina está hecha de elastómero termoplástico o se presenta en forma de lámina de soporte multicapa. Este está recubierto con fluorosiliconas que tienen grupos sililo y grupos hidrolizables. Además, entre la lámina de soporte y la capa de silicona está prevista una capa de unión adicional.
Una lámina de este tipo debe fabricarse de forma compleja con fluorosiliconas. Estas fluorosiliconas también conducen a un deterioro significativo de las propiedades superficiales del componente fabricado.
También los documentos DE 102007010071 A1 y EP 02515 189 A2 revelan láminas de separación.
Las láminas de separación siliconadas disponibles en el mercado son láminas de polímero termoplástico que no son lo suficientemente flexibles y no tienen suficientes propiedades de estiramiento para adaptarse a los contornos finos de un molde.
Después de todo esto, en el estado de la técnica faltan láminas de separación que sean fáciles de fabricar y, por tanto, económicas y que al mismo tiempo tengan suficiente adaptabilidad a los contornos finos de un molde. En particular, en el estado de la técnica faltan láminas de separación cuyo recubrimiento sea especialmente resistente a la transferencia y que no se adhiera parcialmente a la pieza de trabajo después de retirar la pieza de molde de plástico del molde. En particular, el estiramiento de la lámina durante la adaptación a los contornos finos de un molde no debe reducir la adherencia del recubrimiento a la lámina de soporte y conducir así a una mayor transferencia de agente de separación a la pieza de trabajo.
Los objetivos se solucionan según la invención mediante una lámina de separación siliconada para la producción de piezas de molde de plástico a partir de materiales compuestos fibrosos utilizando un molde, que comprende una lámina de soporte flexible que se puede embutir en vacío a temperatura ambiente y un recubrimiento que se puede aplicar en forma líquida y que se tras la eliminación de cualquier disolvente, se compone de más del 90 at.% de silicio, carbono y/u oxígeno, más del 45 at.% de carbono y más del 20 at.% de silicio, en cada caso referido a la totalidad del recubrimiento y medido mediante XPS, caracterizado por que el recubrimiento está reticulado mediante reacciones de condensación, reacciones de adición o mediante radiación, donde las láminas de separación según la invención tienen las demás características de la reivindicación 1. El recubrimiento se reticula preferentemente mediante reacciones de adición o mediante radiación.
A los efectos de este documento, el porcentaje atómico [at.%] es el valor que generan los dispositivos XPS estándar después de la medición. Los distintos elementos distintos del helio y el hidrógeno se cuantifican basándose en las respectivas tasas de recuento asignadas al elemento y se calculan las proporciones, sin tener en cuenta la proporción de helio e hidrógeno.
En el sentido de la solución según la invención, la lámina de soporte con capacidad de ser embutida en vacío es una lámina que puede ser embutida en vacío tal como se define anteriormente en la descripción del estado de la técnica. Además, en el sentido de la presente descripción, se prefiere que el recubrimiento en el estado curado se adhiera tan firmemente a la lámina de soporte que no se produzca ningún fallo de adhesión entre la lámina de soporte y el recubrimiento en el caso de una prueba de despegado. Esto significa que la combinación de lámina de soporte, revestimiento y agente de separación provista se separa en otro punto.
La invención también incluye un procedimiento para producir una lámina de separación recubierta mediante el recubrimiento de una lámina de soporte con capacidad de ser embutida en vacío a temperatura ambiente según la reivindicación 12, donde la lámina se activa en una primera etapa con imprimaciones químicas húmedas, corona, DBD, plasma a baja presión, plasma a presión atmosférica y/o radiación UV en vacío, en una segunda etapa se aplica una mezcla de silicona reactiva mediante rasqueta o rodillos, donde el peso por unidad de superficie es de 2 a 50 g/m2, preferiblemente de 3 a 15 g/m2, de manera especialmente preferida de 3 a 5 g/m22 y, en una tercera etapa se reticula la mezcla de silicona reactiva (preferiblemente por temperatura o radiación). Sin embargo, a menudo se prefiere otra forma de reticulación, en particular una reticulación mediante combinación de componentes que son reactivos incluso a temperatura ambiente (por ejemplo, sistema 2K).
Se prefiere que la lámina de soporte tenga una tensión con un alargamiento del 50% según DIN EN ISO 527 de 1 a 40 MPa, preferiblemente de 5 a 30 MPa. Se prefiere además que la lámina de soporte presente un rango de reblandecimiento de entre 100 y 450 °C, de manera especialmente preferida de entre 120 y 250 °C, de manera muy particularmente preferida entre de 150 y 210 °C. Se prefiere especialmente que el recubrimiento esté reticulado por radiación. Se prefiere especialmente que el revestimiento reticulado contenga como máximo un 5 % en peso, preferentemente como máximo un 3 % en peso, de forma especialmente preferente como máximo un 2 % en peso de componentes extraíbles. Se prefiere además que la lámina de soporte esté compuesta de elastómeros de poliéster termoplásticos (TPE-E); copoliésteres termoplásticos (TPC); elastómeros termoplásticos reticulados a base de olefinas (TPE-V / TPV), como mezclas de polipropileno y caucho de etileno-propileno-dieno (EPDM/PP), mezclas de caucho natural y polipropileno (NR/PP) o mezclas de caucho de nitrilo y polipropileno (NBR/PP); elastómeros termoplásticos a base de uretano (TPE-U/TPU); copoliamidas termoplásticas (TPE-A/TPA), tales como PEBA y/o mezclas de etilenvinilacetato y policloruro de vinilideno (EVA/PVDC). Los polieterésteres representan elastómeros termoplásticos de poliéster (TPE-E) especialmente preferidos. Es especialmente preferente que la lámina de soporte presente una tensión de rotura según DIN EN ISO 527, longitudinal y transversalmente, de 10 a 150 MPa, preferentemente de 30 a 100 MPa. La lámina de soporte según la invención presenta un alargamiento de rotura según DIN EN ISO 527, longitudinal y transversalmente, de 100% a 2000%, de manera especialmente preferida de 250 a 1500%. También es especialmente preferente que la lámina de soporte presente una resistencia a la propagación de desgarro según DIN ISO 34-1, B, longitudinal y transversalmente, de 30 a 500 kN/m, de forma especialmente preferente de 60 a 300 kN/m. Se prefiere que la lámina de soporte tenga un espesor de lámina de 8 pm a 250 pm, de manera especialmente preferida de 15 a 90 pm.
La invención también incluye el uso de una lámina de separación según la invención descrita anteriormente como ayuda para el desmolde en la producción de piezas de molde de plástico hechas de materiales compuestos fibrosos según la reivindicación 13 así como el uso de una lámina de separación según la invención descrita anteriormente como una lámina protectora para piezas de molde de plástico de materiales compuestos fibrosos según la reivindicación 14.
Una realización de la invención es el uso de las láminas según la invención como ayuda para el desmolde de superficies de molde complejas o curvadas tridimensionalmente.
Estos materiales han demostrado ser especialmente adecuados en combinación con el recubrimiento a proporcionar según la invención, ya que, a pesar de las cargas mecánicas que conlleva la embutición, ambos mantienen una adherencia suficiente al recubrimiento y garantizan una integridad suficiente del recubrimiento (dehesivo).
Una realización preferida de la invención es un recubrimiento cuya superficie (medida con XPS) consta de más del 45 por ciento atómico de carbono sin tener en cuenta el hidrógeno.
Otra forma de realización preferida de la invención es el uso de láminas según la invención para durómeros; termoplásticos; resina de matriz para plásticos compuestos de fibras (curados o no curados), en particular a base de resina epoxi, resina de poliuretano, resina de poliéster, resina de éster vinílico o resina fenólica; espuma plástica; laca, especialmente aplicada como gelcoat; y pegamento.
Una realización de la invención es la utilización de láminas según la invención para la producción de componentes de plástico, donde los componentes de plástico mediante un procedimiento seleccionado del grupo que consiste en moldeo por inyección; moldeo por inyección de reacción (“Reaction Injection Moulding”, RIM); espumación; procedimiento para la producción de materiales compuestos fibrosos, en particular a base de fibras de carbono, fibras de vidrio, otras fibras inorgánicas o fibras poliméricas, preferentemente infusión (en vacío), laminación manual, procedimientos de inyección, de forma especialmente preferente moldeo por transferencia de resina (“Resin Transfer Moulding”) RTM, procedimientos de prensado en húmedo, pulverización de fibras, procedimientos de preimpregnación; barnizado y laminación en molde, especialmente para unir madera, metal o plástico. Se prefiere especialmente el uso de una lámina de separación según la invención en el llamado procedimiento preimpregnado y sobre un compuesto de matriz de protección contra rayos, preferiblemente un compuesto de matriz de cobre.
Como material para el llamado procedimiento preimpregnado se suministra un plástico semiacabado como un material en banda. La lámina de separación según la invención puede separar las capas individuales del material en banda entre sí (por ejemplo, en estado enrollado) y proteger así contra una adherencia no deseada. En la producción de piezas de molde de plástico a partir de este semimaterial es posible que la capa inferior del material introducido en el molde sea también provista con de lámina, de modo que la lámina pueda ejercer un efecto separador en relación con el molde.
Por supuesto, tiene sentido cubrir sólo la zona de contacto del producto semiacabado con el molde con la lámina de separación según la invención, mientras que la lámina de separación por supuesto tiene que ser retirada entre las capas del producto semiacabado que deben fusionarse para formar la pieza de molde de plástico terminada, antes del procedimiento de curado. Un producto de plástico semiacabado de este tipo se puede utilizar, por ejemplo, en procedimientos de preimpregnado y, por lo tanto, el compuesto con la lámina de separación según la invención desarrolla una serie de ventajas especiales, como por ejemplo un fácil manejo y la posibilidad de uso en procedimientos de moldeo sin especiales ayudas de separación.
Una realización de la invención es el barnizado de la lámina de separación según la invención. Un barnizado de este tipo se puede endurecer junto con el material plástico para la pieza de molde de plástico y permanece sobre el componente de plástico resultante después de retirar el sistema de capa protectora, de modo que ya está barnizado.
Una realización preferida de la invención es una lámina de separación, donde la lámina de separación con una fuerza adhesiva de > 0,005 N/cm, preferiblemente > 0,02 N/cm, más preferiblemente > 0,04 N/cm y/o < 5 N/cm, preferiblemente < 2 N/cm y de manera especialmente preferida < 0,5 N/cm en una prueba de pelado de 180° con una velocidad de pelado de aproximadamente 120 cm/min, se pueden desprender del componente de plástico curado o del producto de plástico semiacabado curado. Para conseguir una adhesión relativamente fuerte de la lámina de separación, se selecciona una composición de revestimiento que tenga un contenido de oxígeno relativamente alto en comparación con el contenido de carbono dentro de los límites indicados anteriormente. Por otra parte, para conseguir una adhesión relativamente baja de la lámina compuesta, se selecciona para el revestimiento una composición de revestimiento que tenga un contenido de oxígeno relativamente bajo en comparación con el contenido de carbono dentro de los límites especificados anteriormente.
Parte de la invención es una disposición para un molde para dar forma a una pieza de trabajo de plástico y una lámina de separación según la invención embrida en él.
Un molde para dar forma a una pieza de plástico presenta por regla general un diseño tridimensional en la zona en la que debe ejercer el efecto de forma. Por consiguiente, en la disposición según la invención también la lámina antiadherente embutida según la invención está adaptada a esta superficie estructurada tridimensionalmente.
En la disposición según la invención las condiciones de adherencia están diseñadas de tal manera que durante una prueba de despegue se produce un fallo de adherencia entre la lámina de separación según la invención y el molde. En otras palabras, las fuerzas de cohesión dentro de la lámina de separación son mayores que las fuerzas de adhesión entre la lámina de separación y el molde.
Se prefiere una disposición según la invención en la que el material para una pieza de plástico (a moldear) esté presente sobre la lámina de separación embutida en el molde para darle forma. Se prefiere especialmente que el material para la pieza de plástico esté curado al menos parcialmente, preferiblemente completamente curado.
Después de que la pieza de plástico se haya curado, el lugar con la fuerza adhesiva más baja en toda la disposición es la interfaz entre el molde y la lámina de separación, de modo que cuando la pieza de plástico se retira del molde, se produce una falla de adhesión en ese lugar.
Dentro del compuesto restante de pieza de plástico y lámina protectora, la zona con menor fuerza adhesiva es la interfaz entre el recubrimiento de la lámina de soporte debajo de la pieza de plástico. Esto permite retirar la lámina de separación en su totalidad de la pieza de plástico. En muchos casos esto conduce a un "kick-off', es decir, la separación se produce en la zona de una capa límite, provocada por componentes no reticulados del recubrimiento de la lámina de soporte.
Sin embargo, en algunos casos puede preferirse diseñar el recubrimiento de la capa de soporte de tal manera que el recubrimiento no contenga prácticamente ningún componente no reticulado o ningún componente no reticulado. En este caso la separación se produciría por una ruptura de la adherencia entre la pieza de trabajo y el recubrimiento de la lámina de soporte.
Una realización de la invención es el uso de la lámina de separación como lámina protectora, en particular en sus realizaciones preferidas descritas anteriormente, y como ayuda de desprendimiento para el molde en un procedimiento de moldeo de plástico.
Al utilizar la lámina de separación, se pueden ahorrar agentes de separación, así como pasos de limpieza que requieren mucho tiempo para eliminar el agente de separación del molde y del componente desmoldado.
Una configuración de la invención consiste en aplicar primero un barniz sobre el sistema de capas protectoras (preferiblemente con capacidad de ser embutidas), curarlo parcialmente en caso necesario y luego unirlo con el material plástico propiamente dicho para el componente de plástico o el producto semiacabado de plástico. Como ya se ha indicado anteriormente, es posible curar el barniz junto con el material de plástico para el componente. Se prefiere especialmente que la combinación del sistema de capa protectora, eventualmente barniz y material para el componente de plástico o el producto de plástico semiacabado (material de matriz) represente juntos un producto en banda (bobinable) en el que el material de matriz se puede curar térmicamente, por ejemplo. ejemplo después de ser insertado en un molde apropiado.
Para el experto es evidente que la lámina de separación según la invención puede permanecer sobre el componente de plástico (curado) hasta su ubicación funcional. Por lo tanto, la lámina de separación puede proteger el componente durante el transporte y la manipulación y puede retirarse del componente lo más tarde posible.
Para producir un componente compuesto de fibras lacado, en la producción del material preimpregnado se puede utilizar no sólo la lámina de separación según la invención, sino también una película de barniz (preferiblemente como material laminar moldeable, no completamente curado), que está dispuesta entre la lámina y un material preimpregnado de resina fenólica unidireccional. Con la ayuda de esta estructura preimpregnada, se pueden suministrar productos en rollo o en láminas a una herramienta de conformado calentada, en la que el compuesto adquiere su forma final y se cura.
La lámina de separación con capacidad de ser embutida protege la superficie barnizada durante el procesamiento y, en caso necesario, durante el procesamiento posterior y/o el transporte del componente. También garantiza herramientas de conformado limpias sin acumulación de agentes de separación, así como una superficie barnizada uniforme con una producción libre de disolventes.
Para la fabricación del material preimpregnado se utiliza una lámina de TPE-E de 40 pm de espesor, previamente siliconada en el lado orientado hacia el preimpregnado. Sobre este recubrimiento se aplica una lámina de barniz. El material de fibra preimpregnado se aplica a la lámina de barniz. No sólo se pueden aplicar capas o tejidos unidireccionales, sino que también se pueden aplicar materiales de fibras cortas para producir plásticos (cuasi)isotrópicos reforzados con fibras, por ejemplo, mediante pulverización. La superficie resultante suele estar cubierta por una lámina de separación o papel de separación. Si el componente compuesto de fibras a fabricar se fabrica con sólo una capa de este producto semiacabado que contiene barniz, se puede utilizar otra capa de la lámina siliconada de TPE-E descrita anteriormente.
Después de su formación y curado, la lámina de TPE puede permanecer inicialmente sobre el componente compuesto de fibras como protección de la superficie y sólo se retira cuando sea necesario. La siliconación permanece sobre la lámina de TPE. Al curar la lámina de barniz y el material preimpregnado juntos en la herramienta de formación calentada, se crea una unión adhesiva. Los defectos superficiales del barniz causados por el procedimiento de formación se suprimen mediante la lámina de separación elástica con la misma eficacia que los clásicos defectos de barnizado causados por el polvo o la desgasificación del material de fibra.
Con la ayuda de la tecnología RTM, se puede producir un componente de PRFC precompactando los productos de fibra semiacabados mediante un procedimiento de preforma. Para ello se moldean en seco tejidos de fibra de carbono que contienen aglutinantes y se compactan mediante prensado en un sistema de preformas. Se selecciona una temperatura que haga que el aglutinante se derrita.
Una lámina de TPE-E de 35 pm de espesor, que se encuentra en el lado que mira al producto textil semiacabado, se coloca en la herramienta de preforma antes de que se coloquen los productos textiles semiacabados que contienen aglutinantes y permanece en el lado de componente opuesto al punto de inyección hasta que se acaba la producción del componente de PRFC. Por lo tanto, la resina epoxi inyectada debe separarse de la superficie de la herramienta por el lado del punto de inyección mediante agentes de separación clásicos.
Se puede implementar otra variante colocando una lámina de TPE-E de 35 pm de espesor, que ha sido siliconada en el lado que mira hacia el producto textil semiacabado, en la herramienta de preforma antes de introducir el producto textil semiacabado que contiene aglutinante. Después de la introducción, los productos textiles semiacabados se cubren con otra capa de la misma lámina de separación flexible. Después del preformado, la fusión del aglutinante bajo presión a temperaturas elevadas, la lámina de separación también ofrece protección para el producto semiacabado textil, por ejemplo, contra el deshilacliado. La lámina de separación descrita anteriormente encierra el componente PRFC hasta que finaliza la producción. La lámina se abre en los lugares de inyección antes de la inyección para permitir que la resina fluya hacia el material fibroso.
Para producir compuestos de fibra de vidrio y plástico, las masas de moldeo Sheet Moulding Compound (SMC) con fibras de vidrio se pueden cubrir con resina de poliéster insaturado en un procedimiento de banda por ambos lados con una lámina de TPC de 30 pm de espesor, siliconada en el interior.
Después del corte a medida, las placas SMC equipadas de esta manera pueden moldearse mediante prensado sin recubrir la superficie de la herramienta y curarse a temperaturas elevadas sin cortar.
Para producir un componente compuesto de fibras mediante tecnología de bobinado, se coloca un tubo de una lámina de TPC de 50 pm de espesor, siliconada en el exterior, sobre el núcleo de un sistema de bobinado que se estrecha hacia el exterior. El tubo se estira aproximadamente un 5% en zonas con un diámetro de núcleo pequeño y aproximadamente un 50% en posiciones con un diámetro de núcleo grande. Luego se enrollan sobre la lámina mechas de fibra de carbono empapadas en resina epoxi.
Después del curado térmico, el tubo de lámina de separación se puede retirar manualmente del componente PRFC sin problemas.
Ejemplos
Ejemplo 1
Producción de láminas de separación según la invención.
Para la fabricación del sistema de capa protectora (temporal) a utilizar según la invención se pretrató la lámina de elastómero termoplástico a base de copolieterésteres termoplásticos (TPE-E) Platilon M 0486 con un espesor de 38 pm de la empresa Epurex Films mediante un tratamiento con plasma a baja presión: para ello se colocó una lámina de 1,8 m de ancho en un recipiente cilindrico puesto a tierra de 3 m3 con un diámetro de 1,2 m a una distancia de 60 mm en una distancia de 2 x 400 mm delante de dos electrodos de placa de alta frecuencia (HF) refrigerados de 2,5 mx 400 mm. Para ello se desenrolló la lámina enrollada, se pasó sobre rodillos paralelos a los electrodos y luego se enrolló. Después del desenrollado completo, este procedimiento se repitió en la dirección opuesta. La alta frecuencia se acopló a 13,56 MHz.
Se eligieron los siguientes parámetros:
Velocidad de banda: 4 m/min,
Potencia del generador de HF: 3500 W,
Suministro de gas (oxígeno): 2000 sccm (centímetros cúbicos estándar/min),
Presión: 5Pa,
Tiempo de tratamiento: 7 días.
La lámina así pretratada se recubrió con preparados de silicona reticulables por adición.
Tabla 1: Preparaciones de siliconación de reticulación por adición
La correspondiente preparación de silicona de reticulación por adición se aplicó sobre la lámina mediante una técnica de aplicación con rodillo con un peso de aplicación de 3,1 g/m2 ± 0,2 g/m2. Para reticular el recubrimiento, la lámina tratada con la preparación de siliconación S1 se dejó a temperatura ambiente durante 24 horas, y la lámina tratada con la preparación de siliconación S2 se calentó a 70°C durante 30 minutos.
La proporción de componentes extraíbles es una medida de la transferencia de siliconas al componente, ya que se pueden eliminar componentes no reticulados de la siliconación, es decir, el recubrimiento reticulado de la lámina. Para esta determinación de componentes extraíbles, las siliconaciones se extraen almacenando 100 cm2 de la lámina siliconada en 15 ml de metil isobutil cetona durante 24 horas. La concentración de silicona del extracto y, por tanto, la cantidad de silicona extraída se puede determinar mediante espectroscopía de absorción atómica (Perkin Elmer 1100 B equipado con lámpara Si Lumina). Además, el peso de silicona aplicada a las láminas siliconadas se determina mediante análisis de fluorescencia de rayos X. Para ello se utilizó el dispositivo Oxford Lab-X 3000. Del cociente entre la cantidad de silicona extraída y el peso aplicado se obtiene finalmente el contenido de componentes extraíbles. Las dos láminas siliconadas mencionadas anteriormente tienen un contenido de componentes extraíbles de 1,5% en peso - 0,2% en peso basado en el peso total de la siliconación.
Ejemplo 2
Mediciones XPS
Las mediciones XPS (mediciones ESCA) se realizaron con el espectrómetro Escalab de la empresa VG. El dispositivo de medición se calibró de modo que la porción alifática del pico C 1s esté a 285,00 eV. Debido a los efectos de la carga, fue necesario desplazar el eje de energía a este valor fijo sin más modificaciones. La cámara de análisis estaba equipada con una fuente de rayos X para radiación monocromática Al Ka, una fuente de electrones como neutralizador y un espectrómetro de masas cuadrupolo. El sistema también tenía una lente magnética que enfocaba los fotoelectrones en un analizador hemisférico a través de una rendija de entrada. Durante la medición, la normal de la superficie apuntaba a la rendija de entrada del analizador hemisférico. La energía de paso al determinar las relaciones molares es de 80 eV. Al determinar los parámetros máximos, la energía de paso es de 20 eV. Los factores de sensibilidad se han ajustado de modo que al medir un aceite de silicona de cadena larga DMS T 23 de ABCR, M<w>. = 13500 g/mol se determina la composición elemental teórica de 25 at.% Si, 25 at.% O y 50 at.% C.
El contenido de Si en la superficie de las piezas de plástico retiradas (como se indica en el ejemplo 5) es decisivo para el grado de contaminación. Los contenidos de Si se dan a continuación:
Medición de la lámina siliconada según el Ejemplo 1 - S1: 24,9 at.% Si
Medición de la lámina siliconada según el Ejemplo 1 - S2: 25,1 at.% Si
Ejemplo 3
Capacidad de embutición
Para determinar la capacidad de embutición, se embutieron secciones de lámina del Ejemplo 1 - S2 en un molde abierto a temperatura ambiente con soporte de vacío hasta un alargamiento del 250% y luego se aplicó gelcoat de Bergolin con la siguiente composición y se curó a temperatura ambiente durante aproximadamente 3 horas:
- Steodur PUR GELCOAT Composición manual 6D970-5015-1; 50 gramos
- Steodur PUR ENDURECEDOR 7D202; 30g
- Steodur PUR Acelerador azul 6D972-0000; 1,5ml
Las secciones de lámina con recubrimiento se pudieron retirar sin problemas. Esto se cumplió incluso en las zonas con un alargamiento del 250%.
Ejemplo 4
Medición de la resistencia al pelado (prueba de pelado a 180°)
Las muestras de lámina según el Ejemplo 1 -S1 y según el Ejemplo 1 -S2, así como una lámina no recubierta, es decir, libre de silicona según el Ejemplo 1, se recubrieron respectivamente con el adhesivo epoxi de dos componentes 2011 Araldite 2001 de la empresa Huntsman con un espesor de adhesivo de aproximadamente 0,5 mm pegado a una placa de policarbonato. Después de 24 horas a temperatura ambiente, según ASTM D 903, se cortaron desde arriba con un cúter 5 tiras de lámina de 25 mm de ancho y 152 mm de largo cada una y se pelaron del adhesivo curado mediante una máquina de ensayo de materiales (Z020 de la empresa Zwick) con un ángulo de 180° y a una velocidad de 152 mm/min.
Para ello, se tuvo que aplicar una fuerza de media inferior a 0,08 N/cm en las muestras recubiertas de silicona del ejemplo 1 (ambas variantes S1 y S2), mientras que en las mediciones de referencia la lámina sin silicona y sin recubrir sólo se pudo despegar a aproximadamente 8 N/cm. Era claramente visible que la lámina no recubierta estaba plásticamente deformada por el dibujo, pero las láminas recubiertas de silicona de los Ejemplos 1-S1 y S2 no lo estaban.
La fuerza de pelado se puede controlar mediante la cantidad de CRA utilizada. La fuerza de pelado de la lámina según el Ejemplo 1-S2 fue un factor 5 mayor que la de la lámina según el Ejemplo 1-S1. Los CRA actúan presumiblemente como puntos de reticulación adicionales en la red de silicona, de modo que el elastómero de silicona tiene módulos elásticos más altos.
Ejemplo 5
Componente compuesto de fibra de vidrio (pala de rotor), fabricado mediante tecnología de infusión.
Antes de producir una capa exterior de PRFV de una pala de rotor para instalaciones de energía eólica utilizando tecnología de infusión, el molde, en lugar de con un agente de separación líquido, se cubre con una lámina de TPE-E de 35 |jm de espesor, que había sido siliconada previamente mediante la preparación de siliconación 2 en el lado opuesto al molde, de manera análoga al ejemplo 1. A continuación, esta lámina se embute el molde mediante evacuación a temperatura ambiente y encima se colocan los tejidos de fibra de vidrio y otros elementos de fabricación. Después de la formación de vacío habitual, se evacua el material de fibra y se infunde la resina matriz a base de epoxi. El componente de PRFV se cura ahora como de costumbre mediante calentamiento y luego se desmolda con la lámina de TPE-E. La lámina permanece en gran medida sobre la capa superior como protección de la superficie hasta después de haber sido transportada a la instalación de energía eólica. Antes del montaje se retira la lámina (por ejemplo, a mano). La capa de silicona permanece casi por completo sobre la lámina. Después de 100 horas de tiempo de contacto, solo se determina 2,5 /-0,5 at.% Si en el componente PRFV usando XPS. La estructura superficial de la lámina TPE-E mate proporciona una superficie mate en la capa exterior curada de la pala del rotor.
Ejemplo 6
Técnica de bobinado
Con ayuda de la técnica de bobinado, se moldean fibras de carbono, que durante el procedimiento de bobinado se humedecieron con una resina matriz a base de epoxi, y luego se curan en un autoclave. Para un desmolde libre de agente de separación, antes del bobinado se coloca sobre el núcleo un tubo de plástico de TPE-E de 50 jm de espesor, que previamente había sido siliconado por fuera con el preparado de siliconación 2 como en el ejemplo 1. Después del bobinado, se pasa sobre las fibras desde el exterior un segundo tubo de TPE-E de 50 jm de espesor, que previamente también había sido siliconado por fuera con el preparado de siliconación 2 de forma análoga al ejemplo 1. Sin embargo, el exterior del tubo está girado hacia dentro. Este segundo tubo tiene orificios regulares que permiten escapar el exceso de material de resina en el autoclave.
Ejemplo 7
Componente compuesto de fibra de carbono fabricado con tecnología preimpregnada.
Con la ayuda de la tecnología preimpregnada, las fibras de carbono preimpregnadas, que después de su producción han sido humedecidas con una resina matriz a base de epoxi, se colocan manualmente (laminación manual) o mecánicamente (por ejemplo, colocación de cinta, colocación de fibras) sobre o dentro de un molde con una lámina de separación según el Ejemplo 1-S2 depositada y luego curada en un autoclave. El lado siliconado de la lámina está en el lado opuesto al molde y se embute en el molde de modo que descanse sobre la superficie del molde sin arrugas. La posterior colocación de las capas preimpregnadas se realiza de modo que la primera capa se apoye sobre la lámina protectora previamente embutida. Una vez colocada la última capa de preimpregnado, se genera el vacío habitual (con lámina de ETFE perforada, respiradero y lámina de vacío) y se cura en el autoclave bajo condiciones análogas a las del ejemplo 1 para el preimpregnado de tejido 977-2A-35-6KHTA-5H-370-T2. Después del desmolde, la lámina de TPE permanece inicialmente sobre el componente PRFC como protección de la superficie y solo se retira cuando es necesario. La siliconación permanece casi por completo en la lámina de TPE. La superficie de PRFC está libre de agentes de separación líquidos y, por lo tanto, se puede pintar más fácilmente que después de utilizar agentes de separación.
Ejemplo 8
Productos semiacabados preimpregnados para la producción de componentes compuestos de fibras: productos semiacabados de protección contra rayos
Para la producción de un componente de revestimiento exterior compuesto de fibras con ayuda de productos semiacabados de protección contra rayos preimpregnados (rejilla de cobre), la rejilla de cobre, preimpregnada con una resina epoxi, se enrolla junto con una lámina de TPE-E de 40 pm de espesor que había sido previamente siliconada con la preparación de siliconación 2, de forma análoga al ejemplo 1, en el lado que daba a la rejilla de cobre preimpregnada. A continuación, esta rejilla de cobre preimpregnada se coloca en el molde de forma manual o mecánica con la lámina. Cualquier superposición de bandas adyacentes que pueda ser necesaria para garantizar la conducción de energía eléctrica se garantiza retirando la lámina de la zona del borde de superposición en la banda superior directamente antes de la inserción o no equipando esta región del borde con esta lámina. Como es habitual, sobre el producto semiacabado de protección contra rayos se colocan varias capas de preimpregnado. Después del curado habitual en autoclave, se retira limpiamente del molde la piel exterior del compuesto de fibras, incluida la lámina de separación. La lámina protectora inicialmente permanece en el componente PRF<c>y se retira si es necesario.
Ejemplo 9
Productos semiacabados preimpregnados para la producción de componentes compuestos de fibras: tejidos de fibras
Para producir un componente compuesto de fibras, se enrolla un preimpregnado de resina epoxi unidireccional en un rollo con una lámina de TPE-E de 40 pm de espesor, que previamente había sido siliconada con la preparación de siliconación 2 en el lado que mira hacia el preimpregnado, de manera análoga al Ejemplo 1. Luego, este preimpregnado se coloca mecánicamente en un molde como primera capa con la lámina. Sobre esta primera capa se colocan, como es habitual, otras capas de material preimpregnado sin lámina. Después del curado habitual en autoclave, se retira limpiamente del molde la piel exterior del compuesto de fibras, incluida la lámina protectora temporal. La lámina inicialmente permanece sobre el componente PRFC y se retira si es necesario.
Claims (14)
1. Lámina de separación siliconada para la producción de piezas de molde de plástico a partir de materiales compuestos fibrosos mediante el uso de un molde, que comprende una lámina de soporte flexible, que se puede embutir en vacío a temperatura ambiente, que cubre fielmente los contornos, sin pliegues y sin inclusiones de aire, mediante únicamente presión atmosférica, y un recubrimiento que puede aplicarse en forma líquida y que consiste, después de eliminar cualquier disolvente, en más del 90 at.% de silicio, carbono y/u oxígeno, más de 45 at.% de carbono así como más de 20 at.% de silicio, en cada caso referido al recubrimiento total y medido mediante XPS, caracterizada por que el recubrimiento está reticulado mediante reacciones de adición, reacciones de condensación o mediante radiación y por que la lámina de soporte tiene un estiramiento de rotura según DIN EN ISO 527, longitudinal y transversalmente, de 100% a 2000%.
2. Lámina de separación según la reivindicación 1, caracterizada por que la lámina de soporte tiene una tensión a un estiramiento del 50% según DIN EN ISO 527 de 1 a 40 MPa.
3. Lámina de separación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la lámina de soporte tiene un rango de reblandecimiento de entre 100°C y 450°C.
4. Lámina de separación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada en que el recubrimiento está reticulado mediante radiación.
5. Lámina de separación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el recubrimiento reticulado no contiene más del 5% en peso de componentes extraíbles.
6. Lámina de separación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la lámina de soporte consiste en elastómeros termoplásticos de poliéster (TPE-E), copoliésteres termoplásticos (TPC), elastómeros termoplásticos reticulados a base de olefina (TPE-V/TPV), elastómeros termoplásticos a base de uretano (TPE-U/TPU), copoliamidas termoplásticas (TPE-A/TPA) y/o mezclas de etileno-acetato de vinilo y cloruro de polivinilideno (EVA/PVDC).
7. Lámina de separación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la lámina de soporte tiene una tensión de rotura según DIN EN ISO 527, longitudinal y transversalmente, de 10 a 150 MPa.
8. Lámina de separación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores. caracterizado en que la lámina de soporte tiene una resistencia a la propagación de desgarro según DIN ISO 34-1, B, longitudinal y transversalmente, de 30 a 500 kN/m.
9. Lámina de separación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la lámina de soporte tiene un espesor de lámina de 8 pm a 250 pm.
10. Lámina de separación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la lámina de soporte se encuentra en un estado embutido.
11. Disposición formada por un molde para dar forma a una pieza de plástico y una lámina de separación según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 embutida en él.
12. Procedimiento para producir una lámina de separación según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, mediante el recubriendo una lámina de soporte que se puede embutir en vacío a temperatura ambiente, que comprende o consiste en que la lámina, en una primera etapa, se activa mediante tratamiento con imprimaciones químicas húmedas, corona, DBD, plasma a baja presión, plasma a presión atmosférica y/o radiación UV en vacío, en una segunda etapa se aplica una mezcla de silicona reactiva mediante recubrimiento con racleta o rodillos, donde el peso por unidad de área es de 2 a 50 g/m2 y en una tercera etapa se reticula la mezcla de silicona reactiva.
13. Uso de una lámina de separación según una de las reivindicaciones anteriores como ayuda de desmoldeo en la producción de piezas de molde de plástico a partir de materiales compuestos fibrosos.
14. Uso de una lámina de separación según una de las reivindicaciones anteriores como lámina protectora para piezas de molde de plástico a partir de materiales compuestos fibrosos
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