MX2015001470A

MX2015001470A - Productos compuestos, mejorados, reforzados con fibra de vidrio.

Info

Publication number: MX2015001470A
Application number: MX2015001470A
Authority: MX
Inventors: Mohammed Tazi; Jianxia Chen; Helen Huang; William G Hager; Jerry H C Lee
Original assignee: Ocv Intellectual Capital Llc
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2015-08-20
Also published as: KR102111816B1; JP2015531015A; WO2014022845A1; CN104812696B; US20140038481A1; JP6320380B2; CN104812696A; CA2880548A1; EP2879989A1; BR112015002386A2; KR20150039822A

Abstract

Se proporciona un producto compuesto, reforzado con fibra de vidrio, con propiedades físicas mejoradas. El producto compuesto reforzado con fibra de vidrio incorpora nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta dentro del aglutinante resinoso del producto compuesto y/o dentro de una composición de apresto revestida directamente sobre las fibras individuales de vidrio.

Description

PRODUCTOS COMPUESTOS, MEJORADOS, REFORZADOS CON FIBRA DE VIDRIO Campo y Antecedentes de la Invención Las tejas de techo de asfalto convencionales se fabrican al aplicar un recubrimiento de asfalto a una red de fibra de vidrio, al incorporar arena u otros gránulos de techo en el recubrimiento de asfalto mientras que aún está blando, y luego al subdividir la red de esta manera formada en las tejas individuales una vez que el asfalto se ha endurecido. La red de fibra de vidrio se fabrica normalmente de fibras de vidrio unidas juntas por un aglutinante resinoso adecuado, además, se incluye normalmente un rellenador particulado inorgánico finamente molido en el recubrimiento de asfalto para reducir costo, mejorar la resistencia a la termodistorsión de la teja y reducir la degradación UV del asfalto.

La patente de los Estados Unidos de titularidad compartida No, 7,951,240, la descripción completa de la cual se incorpora en la presente a manera de referencia, indica que la resistencia al desgarramiento de las tejas de techo fabricadas de esta manera se puede afectar por el tipo de rellenador particulado contenido en el recubrimiento de asfalto. En particular, esta patente indica que la resistencia al desgarramiento de estos tejas de techo se puede comprometer si se utilizan rellenadores duros tales como dolomita, sílice, polvo de pizarra, carbonato de magnesio de alta dureza y similares.

Se ha descubierto que las propiedades físicas de muchos tipos de productos compuestos de polímero reforzados con fibra de vidrio se pueden mejorar al incluir nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta en el aglutinante resinoso que se aplica a las fibras de vidrio antes de que se combinen con el polímero que forma la matriz o cuerpo de un producto compuesto, tal como una esterilla de fibra de vidrio para el uso en la fabricación de tejas.

Por otra parte, también se ha descubierto que las fibras de vidrio que llevan estas nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta se pueden fabricar fácilmente al incluirlas en el apresto que se aplica a las fibras conforme se fabrican antes de incluirlas en un aglutinante de polímero separado aplicado subsecuentemente a las fibras en un último proceso de fabricación, en el cual las fibras de vidrio previamente aprestadas se utilizan para fabricar productos útiles.

Breve Descripción de la Invención En algunas modalidades de ejemplo de la presente invención, se ha descubierto que las propiedades físicas de un producto compuesto reforzado con fibra de vidrio se pueden mejorar al incorporar nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta dentro del aglutinante resinoso del compuesto.

En varias modalidades de ejemplo de la presente invención, el producto compuesto reforzado con fibra de vidrio comprende una esterilla de techo mejorada para el uso en la fabricación de tejas de techo de asfalto. Algunos aspectos de ejemplo de la esterilla de techo mejorada comprende una esterilla de fibra de vidrio compuesta de múltiples fibras de vidrio y un aglutinante resinoso que mantiene juntas las fibras de vidrio individuales, en donde el aglutinante resinoso incluye nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta.

Por otra parte, de acuerdo con aspectos adicionales de ejemplo de esta invención, se ha descubierto que las fibras de vidrio que llevan estas nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta se fabrican al incluir nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta en el apresto que se aplica a las fibras conforme se fabrican antes de, o además, incluir las partículas en un aglutinante de polímero separado aplicado subsecuentemente a las fibras en un último proceso de fabricación.

De esta manera, los aspectos de ejemplo de esta invención proporcionan un producto compuesto de polímero reforzado con fibra de vidrio que comprende un polímero de matriz y fibras de vidrio dispersadas en el polímero de matriz, en donde las superficies de las fibras de vidrio llevan un recubrimiento de nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta.

De acuerdo con otros aspectos de ejemplo de la presente invención, se proporcionan filamentos y fibras de vidrio para el uso en la fabricación de un producto compuesto de polímero reforzado con fibra de vidrio. Los filamentos y fibras de vidrio comprenden un substrato de filamento o fibras de vidrio que lleva un recubrimiento de una composición de apresto acuosa, la composición de apresto acuosa que comprende un polímero formador de película, un agente de acoplamiento de organosilano y nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta.

Los aspectos adicionales de ejemplo de la presente invención también proporcionan un proceso continuo para fabricar fibras de vidrio, el cual comprende comprende cargar vidrio fundido a través de múltiples orificios en un cojinete para producir corrientes fundidas de vidrio, permitiendo que las corrientes fundidas de vidrios se solidifiquen para formar filamentos individuales. Los filamentos individuales se pueden recubrir con una composición de apresto incipiente que contiene un lubricante, una resina formadora de película y un agente de acoplamiento de organosilano, y combinados juntos para formar la fibra. El proceso puede comprender además aplicar un recubrimiento de nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta a la fibra.

Algunas modalidades de ejemplo proporcionan productos compuestos de polímero reforzados con fibra de vidrio que comprenden una pluralidad de fibras de vidrio individuales y un aglutinante resinoso, en donde las nanopartículas de caucho núcleo-cubierta se incorporan dentro del aglutinante resinoso del producto compuesto. Las fibras de vidrio individuales pueden formar una esterilla de fibra de vidrio mantenidas juntas por el aglutinante resinoso. El aglutinante resinoso puede incluir de 0.1 a 20% en peso de nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta, o de 0.5 a 10% en peso de nanopartículas del núcleo-cubierta de caucho, basado en la cantidad total de la resina en el aglutinante. El tamaño de partícula promedio de las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta pueden ser 250 nm o menos. El aglutinante resinoso se puede formar a partir de una resina de urea formaldehído, una resina acrílica o una mezcla de las mismas.

En algunas modalidades de ejemplo, el núcleo de las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta se fabrica de un caucho de polímero sintético seleccionado del grupo que consiste de estireno-butadieno, polibutadieno, caucho de silicona (siloxanos), cauchos acrílicos y mezclas de los mismos.

En otras modalidades de ejemplo, el producto compuesto es una teja de techo de asfalto.

En varias modalidades de ejemplo, se proporciona una esterilla de techo mejorada para el uso en la fabricación de tejas de techo de asfalto. La esterilla de techo mejorada comprende una esterilla de fibra de vidrio compuesta de múltiples fibras de vidrio y un aglutinante resinoso que mantiene juntas las fibras de vidrio individuales. El aglutinante resinoso puede incluir nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta. El aglutinante resinoso puede incluir de 0.1 a 20% en peso de nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta, basado en la cantidad total de la resina en el aglutinante. El tamaño de partícula promedio de las nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta puede ser 250 nm o menos. El aglutinante resinoso se puede formar a partir de una resina de urea formaldehído, una resina acrílica o una mezcla de las mismas. El núcleo de las nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta se puede fabricar de un caucho de polímero sintético seleccionado del grupo que consiste de estireno/butadieno, polibutadieno, caucho de silicona (siloxanos), cauchos acrílicos y mezclas de los mismos.

En todavía otras modalidades de ejemplo, se proporciona una teja de techo de asfalto mejorada que comprende una esterilla de techo de fibra de vidrio compuesta de múltiples fibras de vidrio y un aglutinante resinoso que mantiene juntas las fibras de vidrio individuales y un recubrimiento de asfalto que cubre la esterilla de techo de fibra de vidrio. El recubrimiento de asfalto puede incluir un rellenador particulado inorgánico. El recubrimiento de asfalto puede contener además gránulos de techo incorporados en el mismo. En algunas modalidades de ejemplo, el aglutinante resinoso de la esterilla de techo de fibra de vidrio incluye nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta. El aglutinante resinoso puede incluir de 0.1 a 20% en peso de nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta, o de 0.5 a 10% en peso de nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta, basado en la cantidad total de resina en el aglutinante. El tamaño de partícula promedio de las nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta puede ser 250 nm o menos. El aglutinante resinoso se puede formar a partir de una resina de urea-formaldehído, una resina acrílica o una mezcla de las mismas. El núcleo de las nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta se puede fabricar de un caucho de polímero sintético seleccionado del grupo que consiste de estireno/butadieno, polibutadieno, caucho de silicona (siloxanos), cauchos acrílíeos y mezclas de los mismos. El recubrimiento de asfalto puede incluir de 30 a 80% en peso, basado en el peso completo del asfalto rellenado, de un rellenador particulado inorgánico seleccionado del grupo que consiste de dolomita, sílice, polvo de pizarra y carbonato de magnesio de alta dureza.

En varias modalidades de ejemplo, se proporciona un producto compuesto de polímero reforzado con fibra de vidrio que comprende un polímero de matriz y fibras de vidrio dispersadas en el polímero de matriz. Las superficies de las fibras de vidrio pueden llevar un recubrimiento de nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta. En otras modalidades de ejemplo, las superficies de las fibras de vidrio llevan un recubrimiento que comprende una mezcla de nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta y un polímero formador de película. En otras modalidades de ejemplo, las superficies de las fibras de vidrio llevan un primer recubrimiento de una composición de apresto incipiente aplicada a las fibras durante la fabricación de las fibras, la composición de apresto incipiente que comprende nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta, un polímero formador de película y un agente de acoplamiento de organosilano. La composición de apresto incipiente puede contener una cera de hidrocarburo.

En algunas modalidades de ejemplo, las fibras de vidrio fabricadas al combinar múltiple filamentos de vidrio atenuados juntos para formar fibras individuales y la composición de apresto incipiente se aplican a los filamentos de vidrio individuales antes de que se combinen.

En algunas modalidades de ejemplo, se aplica un segundo recubrimiento de una composición de apresto incipiente secundaria a las fibras durante la fabricación de las fibras después de que los filamentos de vidrio individuales se combinen, la composición de apresto incipiente secundaria que comprende nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta adicional y un polímero formador de película.

Las fibras de vidrio se pueden fabricar al combinar múltiples filamentos de vidrio atenuados juntos para formar fibras individuales, en donde las superficies de las fibras de vidrio llevan un primer recubrimiento de una composición de apresto incipiente aplicada a los filamentos de vidrio individuales antes de que se combinen, la composición de apresto incipiente que comprende un polímero formador de película y un agente de acoplamiento de organosilano, y en donde además las superficies de las fibras de vidrio llevan un segundo recubrimiento de una composición de apresto incipiente secundaria aplicada a las fibras durante la fabricación de las fibras después de que los filamentos de vidrio individuales se combinen, la composición de apresto incipiente secundaria comprende nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta y un polímero formador de película.

El tamaño de partícula promedio de las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta puede ser de 250 nm o menos. El núcleo de las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta se puede fabricar a partir de un caucho de polímero sintético seleccionado del grupo que consiste de estireno/butadieno, polibutadieno caucho de silicona (siloxanos), cauchos acrílicos y mezclas de los mismos.

En algunas modalidades de ejemplo, las nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta se aplican a las fibras de vidrio de refuerzo en la forma de una mezcla de las nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta y una resina formadora de película, y en donde además la mezcla incluye de 0.1 a 20% en peso de nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta, 0.5 a 10% de nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta basado en la cantidad total de la resina formadora de película en la mezcla.

En algunas modalidades de ejemplo, el producto compuesto de polímero reforzado con fibra de vidrio es una teja de techo.

En algunas modalidades de ejemplo, se proporciona un filamento de vidrio para el uso en la fabricación de un producto compuesto de polímero reforzado con fibra de vidrio. El filamento de vidrio puede incluir un substrato de filamento de vidrio que lleva un recubrimiento de una composición de apresto incipiente, la composición de apresto incipiente que comprende un polímero formador de película, un agente de acoplamiento de organosilano y nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta.

En otras modalidades de ejemplo, se proporciona una fibra de vidrio para el uso en la fabricación de un producto compuesto de polímero reforzado con fibra de vidrio. La fibra de vidrio puede comprender un substrato de fibra de vidrio que lleva un recubrimiento que comprende un polímero formador de película y nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta.

La fibra de vidrio se puede componer de múltiples filamentos de vidrio combinados juntos, las superficies de los filamentos de vidrio llevan un primer recubrimiento de una composición de apresto incipiente aplicada a los filamentos antes de ser combinados, la composición de apresto incipiente comprende un polímero formador de película, un agente de acoplamiento de organosilano y nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta.

Las superficies de la fibra de vidrio llevan un segundo recubrimiento de una composición de apresto incipiente secundaria aplicada a la fibra después de que los filamentos que forman la fibra se combinen, la composición de apresto incipiente secundaria comprende nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta adicionales y un polímero formador de película.

En otras modalidades de ejemplo, una fibra de vidrio se fabrica al combinar múltiples filamentos de vidrio atenuados juntos para formar la fibra, en donde las superficies de la fibra de vidrio llevan un primer recubrimiento de una composición de apresto incipiente aplicada a los filamentos de vidrio individuales antes de que se combinen, la composición de apresto incipiente comprende un polímero formador de película y un agente de acoplamiento de organosilano. Las superficies de la fibra de vidrio pueden llevar adicionalmente un segundo recubrimiento de una composición de apresto incipiente secundaria que se aplica a la fibra después de que los filamentos de vidrio individuales se combinen, la composición de apresto incipiente secundaria comprende un polímero formador de película y nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta.

El tamaño de partícula promedio de las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta puede ser de 250 n o menos. Adicionalmente el núcleo de las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta se puede fabricar a partir de un caucho de polímero sintético seleccionado del grupo que consiste de estireno/butadieno, polibutadieno, caucho de silicona (siloxanos), cauchos acrílicos y mezclas de los mismos.

Las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta se pueden aplicar a los filamentos o fibras de vidrio en la forma de una mezcla de las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta y una resina formadora de película, y en donde además la mezcla incluye de 0.1 a 20% en peso de nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta, basado en la cantidad total de la resina formadora de película en la mezcla.

En todavía modalidades de ejemplo adicionales, se proporciona un proceso continuo para fabricar la fibra de vidrio que incluye cargar el vidrio fundido a través de múltiples orificios en un cojinete para producir corrientes fundidas de vidrio, permitir que las corrientes fundidas de vidrio se solidifiquen para formar filamentos individuales, recubrir los filamentos individuales con una composición de apresto incipiente que contiene un lubricante, una resina formadora de película y un agente de acoplamiento de organosilano, y combinar los filamentos individuales juntos para forma la fibra. El proceso puede comprender además aplicar un recubrimiento de nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta a la fibra.

Las partículas de caucho de núcleo-cubierta se pueden aplicar a la fibra de vidrio al incluir las partículas de caucho de núcleo-cubierta en la composición de apresto incipiente.

En algunas modalidades de ejemplo, las partículas de caucho de núcleo-cubierta se aplican a la fibra de vidrio al recubrir la fibra de vidrio después de que se forma una composición de apresto incipiente secundaria que comprende nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta y un polímero formador de película. El apresto incipiente también puede contener nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta.

El tamaño de partícula promedio de las nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta puede ser de 250 nm o menos y el núcleo de las nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta se puede fabricar a partir de un caucho de polímero sintético seleccionado del grupo que consiste de estireno/butadieno, polibutadieno, caucho de silicona (siloxanos), cauchos acrílicos y mezclas de los mismos.

Breve Descripción de las Figuras Esta invención se puede entender mejor por referencia a las siguientes figuras en donde: La Figura 1 es una gráfica de caja de datos que ilustran las resistencias a la tracción de dos ciertas esterillas de fibra de vidrio; La Figura 2 es una gráfica de caja de datos que ilustran las resistencias a la tracción de dos ciertas esterillas de fibra de vidrio; La Figura 3 es una gráfica de caja de datos que ilustran las resistencias a la tracción de dos ciertas tejas de techo de asfalto; La Figura 4 es una gráfica de barras que muestra el efecto de la nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta de esta invención que tienen en las resistencias de rotura de los tubos de producto compuesto de alta presión bobinados con fibra de vidrio fabricados de acuerdo con esta invención; La Figura 5 es una gráfica que muestra el efecto de estas nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta que tienen en la resistencia al esfuerzo cortante interlaminar de los tubos de producto compuesto de alta presión bobinados con fibra de vidrio de la Figura 1; y La Figura 6 es una gráfica gue muestra el efecto de estas nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta que tiene en la tensión ejercida en las fibras de vidrio utilizadas para formar los tubos de producto compuesto de alta presión bobinados con fibra de vidrio de la Figura 4 durante su fabricación.

Descripción Detallada de la Invención Partículas de Caucho de Núcleo-Cubierta Las nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta son artículos conocidos de comercio descritos en varias patentes. Por ejemplo, se describen en EP 2 053 083 Al, EP 5 830 086 B2, U.S. 5,002,982, U.S. 2005/0214534, JP 11207848, U.S. 4,666,777, U.S. 7,919,549 y U.S. 2010/0273382, las descripciones de cada una que se incorpora en la presente a manera de referencia en sus totalidades. En términos generales, se componen de nanoparticulas que tienen una cubierta de polímero termoplástica o ter oendurecible y un núcleo fabricado de un caucho de polímero sintético tal como estireno/butadieno, polibutadieno, caucho de silicona (siloxanos) o cauchos acrílicos. Generalmente, tienen tamaños de partícula promedio de aproximadamente 250 nm o menos, más comúnmente de aproximadamente 200 nm o menos, aproximadamente 150 nm o menos o aún de aproximadamente 100 nm o menos y una distribución de tamaño de partícula bastante reducida. Son comercialmente disponibles de número de diferentes fuentes incluyendo Kenaka Corporation of Pasadena, Texas.

Fabricación de la Fibra de Vidrio Las fibras de vidrio se fabrican típicamente por un proceso de fabricación continuo en el cual el vidrio fundido se hace pasar a través de los agujeros de un "cojinete", las corrientes del vidrio fundido formadas en consecuencia se solidifican en los filamentos, y los filamentos se combinan para formar una fibra o "mecha" o "hebra". Los procesos de fabricación de fibra de vidrio de este tipo son conocidos y se describen en numerosas patentes, ejemplos incluyen U.S. 3,951,631, U.S. 4,015,559, U.S. 4,309,202, U.S. 4,222,344, U.S. 4,448,911, U.S. 5,954,853, U.S. 5,840,370 y U.S. 5,955,518, las descripciones de cada una que se incorpora en la presente a manera de referencia en sus totalidades. La velocidad en la cual las fibras de vidrio se producen típicamente por estos procesos está en el orden de aproximadamente 1,220 a 4,572 metros por minuto (4,000 a 15,000 píes por minuto). Por lo tanto se apreciara que el tiempo sobre el cual tal proceso de fabricación de vidrio se presenta, es decir el período entre el tiempo cuando el vidrio fundido sale del cojinete y el tiempo cuando las fibras o hebras de vidrio completamente aprestadas y formadas se empacan, se almacenan y/o se utilizan es muy corto, en el orden de una fracción de un segundo.

Las fibras de vidrio se pueden fabricar de cualquier tipo de vidrio. Ejemplos incluyen fibras de vidrio tipo A, fibras de vidrio tipo C, fibras de vidrio tipo E, fibras de vidrio tipo S, fibras de vidrio tipo ECR (por ejemplo, fibras de vidrio AdvantexMR comercialmente disponibles de Owens Corning), Hiper-texMR, fibras de vidrio de lana, y combinaciones de los mismos. Además, las fibras de resina sintéticas tales como aquellas fabricadas de poliéster, poliamida, aramida, y mezclas de las mismas se pueden también incluir en las esterillas de fibra de vidrio de esta invención. Similarmente, las fibras fabricadas de uno o más materiales de origen natural tal como algodón, yute, bambú, ramio, bagazo, cáñamo, fibra de coco, cáñamo de la india, sal, lino, henequén y combinaciones de los mismos también se pueden incluir, como pueden ser fibras de carbono.

Normalmente, un recubrimiento acuoso o "apresto" se aplica a los filamentos de vidrio después de que se han solidificado pero antes de que se pongan en contacto con el husillo giratorio para atenuación. Estos aprestos contienen típicamente un lubricante para proteger las fibras del daño por la abrasión, una resina formadora de película para ayudar a la unión de las fibras al polímero que forman el cuerpo o matriz del producto compuesto en el cual las fibras se utilizarán, y un agente de acoplamiento de organosilano para mejorar la adhesión de la resina formadora de película y el polímero de matriz a las superficies de las fibras de vidrio. Aunque estos aprestos se pueden aplicar mediante rocío, se aplican típicamente al hacer pasar los filamentos sobre una esterilla o rodillo que contiene el apresto sobre sus superficies.

Las fibras de vidrio aprestadas fabricadas de esta forma se utilizan en la fabricación de una variedad de diferentes productos compuestos de polímero reforzados con fibra de vidrio. En la mayoría de esos procesos de fabricación, las fibras de vidrio aprestadas se combinan con el polímero de matriz que forman el cuerpo o matriz del producto compuesto antes de que las fibras de vidrio se arreglen en forma final en el producto a ser fabricado. En otro procedimiento, las fibras de vidrio aprestadas primero se ensamblan en una "preforma, que después se impregna con la resina de matriz que forma el cuerpo del compuesto". Esto es el procedimiento utilizado en la fabricación de tejas de techo, en las cuales las fibras de vidrio se forman en una red de autosoporte (preforma) y la red fabricada de esta manera se recubre con asfalto, que después se solidifica para formar el producto de teja de asfalto final.

Las preformas de fibra de vidrio utilizadas en este procedimiento son normalmente de autosoporte o al menos coherentes en el sentido en que las fibras de vidrio aprestadas individuales no se separarán entre si cuando se expongan a tensiones y fuerzas que se presentan cuando la preforma se manipula y/o se impregna con la resina de matriz. Para este propósito, las fibras de vidrio aprestadas se recubren normalmente con una resina formadora de película adicional para unir las fibras conjuntamente. Por conveniencia, las composiciones de recubrimiento utilizadas para este propósito son referidas en este documento como "aprestos aglutinantes". Estos aprestos aglutinantes se entenderán que son diferentes de las composiciones de apresto aplicadas a los filamentos y fibras de vidrio como parte de su proceso de fabricación, que son referidos en este documento como "aprestos incipientes" o "composiciones de apresto incipientes".

A partir de lo anterior, debe ser caro que los procesos para fabricar fibras de vidrio y procesos para utilizar fibras de vidrio son considerados en la industria como separados y distintos entre sí. Por esta razón, los pasos u operaciones de proceso que se presentan durante la fabricación de fibras de vidrio son referidas típicamente como pasos u operaciones "en línea". En contraste, los pasos u operaciones del proceso que se presentan durante el uso de fibras de vidrio previamente fabricadas, tal como en la fabricación de productos compuestos de polímero reforzados con fibra de vidrio, son típicamente referidas como pasos u operaciones "fuera de linea". Esta terminología se utiliza, por ejemplo, en la U.S.5,840,370 mencionada en lo anterior, así como U.S. 8,163,664, U.S.7,279,059, U.S.7,169,463 U.S. 6,896,963 y especialmente U.S. 6,846,855. Las descripciones de cada una de estas patentes se incorporan en la presente a manera de referencia en sus totalidades. Esta terminología también se utiliza en esta descripción.

Productos compuestos de polímeros reforzados con fibra de vidrio.

Varios aspectos de esta invención también se refieren a la fabricación de cualquier tipo de producto compuesto de polímero reforzado con fibra de vidrio. Estos productos son bien conocidos en la industria, y son frecuentemente referidos como "plásticos reforzados con fibra de vidrio". Están compuestos de fibras de refuerzo de vidrio y una resina de polímero que forma el cuerpo o "matriz" del producto compuesto. Para conveniencia, estos polímeros son referidos algunas veces en este documento como "polímeros de matriz". También, en el contexto de este caso, "resina de polímero" y "polímero" se utilizan en su sentido más amplio por incluir tanto resinas sintéticas hechas a mano así como materiales resinosos de origen natural tal como asfalto y similares.

Los productos compuestos de polímeros reforzados con fibra de vidrio de esta invención se pueden fabricar de cualquier tipo de fibra de vidrio. Ejemplos incluyen fibras de vidrio tipo A, fibras de vidrio tipo C, fibras de vidrio tipo E, fibras de vidrio tipo S, fibras de vidrio tipo ECR (por ejemplo , fibras de vidrio AdvantexMR comercialmente disponible de Owens Corning), Hiper-texMR, y combinaciones de las mismas.

Los productos compuestos de polímero reforzados con fibra de vidrio inventivos también pueden incluir fibras fabricadas de materiales diferentes al vidrio, ejemplos de los cuales incluyen fibras de resina sintética tales como aquellas fabricadas de poliéster, poliamida, aramida, y mezclas de las mismas. Similarmente, las fibras fabricadas de uno o más materiales de origen natural tal como algodón, yute, bambú, ramio, bagazo, cáñamo, fibra de coco, lino, cáñamo de la india, sisal, henequén, y combinaciones de los mismos también se pueden incluir, como puede ser fibras de carbono. Similarmente, los productos compuestos de polímeros reforzados con fibra de vidrio inventivos también pueden incluir rellenadores no fibrosos, ejemplos de los cuales incluyen carbonato de calcio, arena de sílice y wollastonita. En una preferente, los productos compuestos de polímero reforzados con fibra de vidrio de esta invención contienen un total combinado de no más de aproximadamente 5% en peso de fibras no de vidrio y rellenadores, basado en el peso de todas las fibras y rellenadores en el compuesto. De manera más preferente, todas o esencialmente todas las fibras en los compuestos de fibra de vidrio de esta invención son fibras de vidrio.

Similarmente, los productos compuestos de polímero reforzados con fibra de vidrio de esta invención se pueden fabricar de cualquier aglutinante resinoso que haya sido utilizado previamente o se pueda utilizar en el futuro como el polímero de matriz para fabricar el cuerpo o matriz de los productos compuestos de plástico reforzados con fibra de vidrio. Ejemplos incluyen poliolefinas, poliésteres, poliamidas, poliacrilamidas, poliimidas, poliéteres, poliviniléteres, poliestirenos, polióxidos, policarbonatos, polisiloxanos, polisulfonas, polianhídridos, poliiminas, epoxis, acrílicos, polivinilésteres, poliuretano, resinas maleicas, resinas ureicas, resinas de melamina, resinas de fenol, resinas de furano, mezclas de polímeros, aleaciones y mezclas de los mismos. Las resinas de epoxi son especialmente preferidas.

La cantidad de aglutinante resinoso que debe incluir en los productos compuestos de polímeros reforzados con fibra de vidrio de esta invención pueden variar ampliamente y cualquier cantidad convencional se puede utilizar. En algunas modalidades de ejemplo, en el caso de las esterillas de fibra de vidrio, la cantidad del aglutinante resino será de aproximadamente de 10 a 30% en peso, de manera más típica de aproximadamente 14 a 25% en peso, o aun de aproximadamente 16 a 22% en peso, basado en el peso de la esterilla de fibra de vidrio en general.

Los productos compuestos de polímeros reforzados con fibra de vidrio se pueden fabricar mediante una variedad de diferentes téenicas de fabricación incluyendo procesos de recubrimiento y laminación simple, pero se fabrican más comúnmente por moldeo. Dos tipos diferentes de proceso de moldeo se utilizan comúnmente, procesos de moldeo húmedos y procesos de moldeo compuesto. En los procesos de moldeo húmedos, las fibras de refuerzo de vidrio y el polímero de matriz se combinan en el molde inmediatamente antes del moldeo. Por ejemplo, las esterillas de fibra de vidrio producidas de acuerdo con esta invención se pueden fabricar por un proceso de moldeo de tendido húmedo en el cual fibras de vidrio trituradas húmedas, después de ser depositadas sobre una criba móvil de una suspensión acuosa, se recubren con una dispersión acuosa de un aglutinante de resina que después se seca y se cura. La red no tejida formada es un ensamblaje de filamentos de vidrio individuales, aleatoriamente dispersados unidos conjuntamente en sus intersticios por el aglutinante resinoso.

Como se establece en lo anterior, las esterillas de fibra de vidrio de esta invención incluyen un aglutinante resinoso para mantener juntas las fibras. Para este propósito, cualquier aglutinante resinoso que se ha utilizado previamente o se puede utilizar en el futuro para fabricar esterillas de fibra de vidrio utilizadas en la fabricación de tejas de techo de asfalto se pueden utilizar como el aglutinante resinoso de esta invención. Ejemplos incluyen resinas de urea de formaldehido, resinas acrílicas, resinas de poliuretano, resinas epoxi, resinas de poliéster y así sucesivamente. Las resinas de urea formaldehido y resinas acrílicas son preferidas, mientras que las mezclas de resinas de urea formaldehido y resinas acrílicas son aún más preferidas. En estas mezclas, la cantidad de resina acrílica es deseablemente de aproximadamente 2 a 30% en peso, de manera más deseable de aproximadamente 5 a 25% en peso o aun de aproximadamente 10 a 20% en peso de las cantidades combinadas de resina de urea formaldehido y resina acrílica en el aglutinante, sobre una base de sólidos secos.

La cantidad de aglutinante resinoso que se debe incluir en las esterillas de fibra de vidrio de esta invención pueden variar ampliamente y se puede utilizar cualquier cantidad convencional. Normalmente, la cantidad de aglutinante resinoso será de aproximadamente 10 a 30% en peso, de manera más típica de aproximadamente 14 a 25% en peso o aun de aproximadamente 16 a 22% en peso, basado en el peso de la esterilla de fibra de vidrio en general.

La estructura física de la estructura de fibra de vidrio de esta invención no es critica y cualquier estructura física que se haya utilizado previamente, o se puede utilizar en el futuro para fabricar esterillas de fibra de vidrio para tejas de techo de asfalto, se pueden utilizar para la esterilla de fibra de vidrio de esta invención. Por ejemplo, las redes no tejidas de fibras de vidrio así como telas de fibra de vidrio tejidas y no tejidas o cañamazo se pueden utilizar para fabricar las esterillas de fibra de vidrio de esta invención.

Más comúnmente, sin embargo, la esterilla de fibra de vidrio de esta invención se fabricará mediante un proceso de tendido en húmedo en el cual las fibras de vidrio trituradas húmedas, después de ser depositadas sobre una criba móvil de una suspensión acuosa, se recubren con una dispersión acuosa de un aglutinante de resina que después se seca y se cura. La red no tejida formada es un ensamblaje de filamentos de fibra individuales, aleatoriamente dispersados unidos conjuntamente en sus intersticios por el aglutinante resinoso.

Teja de Techo En algunas modalidades de ejemplo, una teja de techo de asfalto inventiva se fabrica de la red de fibra de vidrio inventiva, como se describe en lo anterior, utilizando métodos de producción convencionales, es decir, al aplicar una composición de recubrimiento de asfalto fundida a la red de fibra de vidrio inventiva, al incorporar arena u otros gránulos de techo en este recubrimiento de asfalto mientras que aún está blando, y después subdividir la red de esta manera formada en tejas de techo individuales una vez que el asfalto de recubrimiento se ha endurecido. Cualquier método de producción se puede utilizar que se haya utilizado, o se utilice en el futuro, puede ser adecuado en la producción de esterillas de fibra de vidrio inventiva y tejas. Cualquier esterilla de fibra de vidrio que se haya utilizado previamente, o se pueda utilizar en el futuro, para fabricar tejas de techo de asfalto puede ser adecuada en el uso en la fabricación de las esterillas de fibra de vidrio inventivas y tejas.

Para este propósito, cualquier composición de recubrimiento de asfalto que se haya utilizado previamente o se pueda utilizar en el futuro para fabricar tejas de techo de asfalto puede ser adecuada para el uso como el recubrimiento de asfalto en esta invención. Como se describe en la U.S. 7,951,240 indicado en lo anterior, estas composiciones de recubrimiento de asfalto incluyen una cantidad sustancial de rellenador particulado inorgánico. Además, se pueden fabricar de una variedad de tipos diferentes y grados de asfalto y también pueden incluir varios ingredientes opcionales diferentes tales como modificadores poliméricos, ceras y similares. Cualquiera de los grados diferentes de asfaltos descritos en la presente, asi como cualquiera de diferentes rellenadores particulados de resina inorgánicos e ingredientes opcionales descritos en la presente, pueden ser adecuados para fabricar las tejas de techo de esta invención.

Además de estos ingredientes, la composición de recubrimiento de asfalto utilizada en esta invención también incluye un rellenador particulado inorgánico. Para este propósito, cualquier rellenador particulado inorgánico que es o se ha conocido para el uso en la fabricación de tejas de techo de asfalto se puede utilizar. Por ejemplo, calcita (piedra caliza triturada), dolomita, sílice, polvo de pizarra, carbonato de magnesio de alta dureza, polvo de roca diferente a la piedra caliza triturada, y similares se puede utilizar. Concentraciones en el orden de 30 a 80% en peso, basado en el peso completo del recubrimiento de asfalto, se pueden utilizar aunque concentraciones de aproximadamente 40 a 70% en peso o aun de aproximadamente 50 a 70% en peso son más típicas.

Como se indica en lo anterior, algunos de estos rellenadores particulados inorgánicos son conocidos por afectar adversamente la resistencia al desgarramiento de las tejas de techo de asfalto fabricadas con estos materiales. En particular, los rellenadores inorgánicos que muestran un alto grado de dureza ( es decir , dureza mayor que aproximadamente 3 Moh) tal como dolomita, sílice, polvo de pizarra, carbonato de magnesio de alta dureza, etc., son conocidos por producir tejas de asfalto que tienen menores resistencias al desgarramiento que las tejas de otra manera idénticas fabricadas de rellenador inorgánico más blando tal como calcita (piedra caliza triturada) y similares. Por lo tanto, es de práctica común en esta industria utilizar calcita u otro material particulado inorgánico blando como el rellenador de asfalto, al menos cuando las tejas de asfalto de resistencias al desgarramiento superiores se deseen. La resistencia al desgarramiento es una propiedad importante debido a que refleja la capacidad de una teja instalada al resistir que se destruya o de otra manera se desprenda de un sustrato de techo por un fuerte viento. Lo mismo no se puede decir para la resistencia a la tracción, ya que la resistencia al desgarramiento y la resistencia a la tracción no se correlacionan entre sí normalmente, al menos en las tejas de techo de asfalto y las esterillas de fibra de vidrio de las cuales se fabrican. De hecho, la resistencia al desgarramiento y la resistencia a la tracción aún pueden ser inversamente proporcionales en algunos de estos productos. Esterillas de Fibra de Vidrio de Núcleo-Cubierta De acuerdo con varios aspectos de esta invención, se ha descubierto que el problema de resistencia al desgarramiento pobre de las tejas de techo de asfalto tradicionales se puede superar o de otra manera pasar por alto al incorporar partículas de caucho de núcleo-cubierta en el aglutinante de resina utilizado para fabricar la esterilla de fibra de vidrio de la cual se fabrica la teja de techo de asfalto inventiva. Por lo tanto, de acuerdo con varios aspectos de esta invención, las tejas de techo de asfalto que muestran resistencias al desgarramiento superiores se puede producir aunque los rellenadores inorgánicos duros tales como dolomita, sílice, polvo de pizarra, carbonato de magnesio de alta dureza, y similares se incluyan en sus composiciones de recubrimiento de asfalto.

Una vez que la composición de recubrimiento de asfalto de esta invención se aplica a la esterilla de fibra de vidrio inventiva, un granulo de techo convencional tal como arena o similar se aplica a y se incorpora en este recubrimiento de asfalto mientras que aún está blando, tal como en una manera convencional. El recubrimiento de asfalto entonces se deja endurecer, y la red endurecida de esta manera formada después se subdivide en tejas de techo individuales.

Ya se ha propuesto utilizar látex de estas nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta como aglutinantes para esterillas de fibra de vidrio. Ver, por ejemplo, EP 2 053 083 Al, EP 5830 086 B2 y U.S.2005/0214534 indicadas en lo anterior. En tal uso, sin embargo, el aglutinante di fibra de vidrio se compone completamente de estas nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta. En contraste, en algunos aspectos de ejemplo de esta invención, las nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta se pueden incorporar en cantidades pequeñas pero adecuadas como aditivos para mejorar las propiedades de una resina de polímero que forma el cuerpo del aglutinante de resina. De acuerdo con algunos aspectos de la presente invención, la cantidad de estas nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta incluidas en el aglutinante de resina de la esterilla de fibra de vidrio es de aproximadamente 0.1 a 20% en peso, de manera más particular de aproximadamente 0.5 a 10% en peso o aun de aproximadamente 1 a 4% en peso, basado en la cantidad total de las otras resinas de polímero del aglutinante, es decir , excluyendo el peso de las nanoparticulas de núcleo-cubierta del caucho.

También ya se sabe que la resistencia a la tracción de una masa de polímeros sólida (como es reflejada por su tenacidad a la fractura, resistencia al desprendimiento y resistencia al esfuerzo cortante de solapamiento) se puede mejorar al incluir estas nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta en la masa como rellenadores. Sin embargo, como se indica en lo anterior, la resistencia al desgarramiento y resistencia a la tracción no se correlacionan entre sí en el campo de las tejas del techo de asfalto. Esto se muestra en las Figs. 1 y 2, que son gráficas de caja que muestran las resistencias a la tracción y resistencias al desgarramiento de las esterillas de fibra de vidrio fabricadas con aglutinantes convencionales diferentes. Ver,· tambien, Figura 3, que es una gráfica de caja similar que muestra la resistencia al desgarramiento de las tejas de techo de asfalto fabricadas con estas esterillas de fibra de vidrio diferentes. Como se muestra en la Figura 1, la resistencia a la tracción de la esterilla fabricada con el aglutinante A fue mejor que la resistencia a la tracción de la esterilla fabricada con el aglutinante B. En contraste, tanto la resistencia al desgarramiento de la esterilla fabricada con el aglutinante A (Figura 2) como la resistencia al desgarramiento de la teja de techo de asfalto fabricada con el aglutinante A (Figura 3), fueron peores a la resistencia del desgarramiento de la esterilla y las tejas fabricadas con el aglutinante B. Esto muestra que no hay correlación directa entre la resistencia al desgarramiento y la resistencia a la tracción en las tejas de techos de asfalto y sus esterillas de fibra de vidrio asociadas. Esto, a su vez, muestra que las resistencias al desgarramiento mejoradas de las esterillas y tejas inventivas es un fenómeno diferente de las resistencias a la tracción mejoradas mostradas en la téenica previa.

La cubierta de las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta utilizadas en esta invención se puede formar esencialmente de ccuuaallqquuiieerr ppoollíímmeerroo termoplástico o termoendurecible siempre y cuando sea compatible con el polímero utilizado para formar el aglutinante resinoso de la esterilla de fibra de vidrio utilizada en esta invención. Y por "compatible" se propone que el polímero que forma la cubierta no reaccioné adversamente con el aglutinante resinoso, ya sea al afectar adversamente su estabilidad física o química o al generar un subproducto desagradable o no deseado.

Productos Compuestos Reforzados con Fibra de Vidrio Adicionales De acuerdo con otras modalidades de ejemplo, los productos compuestos reforzados con fibra de vidrio se forman por moldeo compuesto, en donde las fibras de refuerzo de vidrio y el polímero de matriz se combinan en un "material pre-impregnado" antes de ser cargado en el molde. Estos materiales pre-impregnados pueden tomar la forma de objetos de autosoporte en los cuales las fibras de vidrio se orientan de manera aleatoria, tal como las láminas de fibra de vidrio o "velos" utilizados para formar las tejas de asfalto. Además, también pueden tomar la forma de objetos de autosoporte en los cuales las fibras de vidrio se orientan en direcciones predeterminadas, tales como los "esqueletos" tridimensionales utilizados para formar los productos que soportan carga de forma compleja tales como brazos oscilantes para suspensiones automotrices. Estos materiales pre- impregnados también toman la forma de pelotillas, pastillas o aglomerados compuestos del polímero de matriz que contienen fibra de vidrio triturada aleatoriamente distribuida.

Los ejemplos específicos de proceso de moldeo que se pueden utilizar para fabricar los productos compuestos de polímero reforzados con fibra de vidrio de esta invención incluyen moldeo por inyección, moldeo con burbuja, moldeo por compresión, moldeo por bolsa de vacío, envoltura con mandril, laminado húmedo, aplicación de pistola troceadora, bobinado de filamentos, moldeo por extrusión, extrusión inversa, moldeo por transferencia de resina y moldeo por transferencia de resina asistido con vacío.

De acuerdo con algunas modalidades de ejemplo, el producto compuesto de polímero reforzado con fibra de vidrio incluye recipientes que soportan presión tales como tubos y tanques formados por bobinado de filamentos o envoltura con mandril, especialmente productos de este tipo en los cuales el polímero de matriz es una resina epoxi. Estos productos son buen conocidos y se describen, por ejemplo, en U.S. 5,840,370 y U.S. 7,169,463, mencionadas en lo anterior. Como se describe en estas patentes, estos recipientes que soportan presión se fabrican normalmente al bobinar una fibra de vidrio continua que se ha impregnado con algo o todo del polímero de matriz necesario para formar el recipiente alrededor de un mandril de acero giratorio en orientaciones especificas. Cualquier polímero de matriz adicional entonces se agrega, y el polímero de matriz después se cura y el mandril se retira, produciendo de esta manera el recipiente del producto. Alternativamente, estos productos se pueden fabricar al envolver una lámina preformada o velo de fibras de vidrio, pre-impregnadas con algo o todo del polímero de matriz necesario para formar el recipiente, alrededor de un mandril de acero estacionario seguido al agregar polímero de matriz adicional si es necesario, curar el polímero de matriz y retirar el mandril. Como se describe adicionalmente en estas patentes, las fibras de vidrio utilizadas para formar estos productos se aprestan normalmente durante la fabricación de la fibra con un apresto aglutinante que contiene un lubricante, una resina formadora de película y un agente de acoplamiento que es normalmente un organosilano.

De acuerdo con algunos ejemplos ejemplares de esta invención, nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta se pueden incorporar en el apresto insipiente que se aplica a las fibras de vidrio conforme se fabrican. Se ha descubierto que al incorporar estas nanopartículas sobre las fibras de esta forma no solo es muy conveniente desde un punto de vista de fabricación sino también efectivo en la producción de fibras de vidrio con propiedades de refuerzo mejoradas cuando se utilizan en una variedad de diferentes aplicaciones de productos compuestos de polímeros reforzados con fibra de vidrio.

En términos generales, es deseable de acuerdo con esta invención para el tamaño de partícula promedio de las partículas de caucho de núcleo-cubierta utilizadas en esta invención que sean 100 veces más pequeñas (es decir, menor que 1%) del diámetro promedio de las fibras de refuerzo de vidrio a las cuales se aplica. Los tamaños de partícula promedio de 150 veces más pequeñas es decir, menor que 0.67%) o aun 200 veces más pequeñas (es decir, menor que 0.5%) de las fibras de refuerzo de vidrio son interesantes también.

Como se explica en lo anterior, se sabe que la resistencia a la tracción de una masa de polímeros sólida (como se refleja por su tenacidad a la fractura, resistencia al desprendimiento y resistencia al esfuerzo cortante de solapado) se puede mejorar al incluir estas nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta en la masa como rellenadores. Ver, "Structure- Property Relationship In Core-Shell Rubber Toughened Epoxy Nanocomposites, " A Dissertation by Ki Tak Gam Submitted to the Office of Gradúate Studies of Texas A&M University in partial fiilfíllment of the requirements for the degree of Doctor Of Philosophy December 2003. Sin embargo, como se detalla en lo anterior, la resistencia al desgarramiento de una teja de techo de asfalto y su resistencia a la tracción no se correlacionen entre si. Esto muestra que las resistencias mejoradas al desgarramiento de las tejas de techo de asfalto fabricadas de acuerdo con esta invención es un fenómeno diferente de las resistencias mejoradas a la tracción mostradas en la téenica previa.

En este sentido, se debe apreciar que la resistencia a la tracción de una masa de polímero sólida se entiende que es una función de su resistencia cohesiva, es decir, la capacidad de la masa a mantenerse junta cuando está bajo una carga de tracción. En contraste, la resistencia al desgarramiento de una teja de techa de asfalto se entiende que es una función de un fenómeno completamente diferente, es decir, la capacidad de la composición de apresto aglutinante que recubre el velo de fibra de vidrio de la teja para promover la adhesión entre el velo y el recubrimiento de asfalto subsecuentemente aplicado (polímero de matriz) . Adicionalmente, cuando las partículas de caucho de núcleo-cubierta se utilizan para mejorar la resistencia a la tracción de una masa de polímero sólida, suficiente de estas nanopartículas se utilizan para rellenar la masa del polímero completa. En contraste, una cantidad mucho más pequeña de nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta se utiliza en esta invención, puesto que estas nanopartículas están presentes sobre las superficies de fibra de vidrio y no se distribuyen en la masa del polímero de matriz que forma el cuerpo de los productos compuestos de polímeros reforzados con fibra de vidrio inventivos.

De acuerdo con esta invención, las nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta de esta invención se pueden aplicar a las fibras de refuerzo de vidrio en cualquier momento antes de la aplicación del polímero de matriz que forma el cuerpo de los productos compuestos de polímero reforzados con fibra de vidrio inventivos. De esta manera, por ejemplo, las nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta se pueden aplicar a las fibras de refuerzo de vidrio en un apresto aglutinante después de que se fabrican y se almacenan, en un paso de aplicación separado como parte del proceso de fabricación para producir los productos compuestos de polímero reforzados con de vidrio de esta invención.

Alternativamente, se pueden aplicar a las fibras de vidrio "en línea" durante la fabricación de la fibra de vidrio como parte del proceso de fabricación de fibra de vidrio. Normalmente, esto se hará al incluir estas nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta en la composición de apresto incipiente aplicada a los filamentos de vidrio individuales utilizados para formar la fibra de vidrio, antes de que estos filamentos se combinen conjuntamente para formar la fibra. De manera alternativa, estas nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta se pueden aplicar a las fibras de vidrio después de que se forman en una composición de apresto acuosa separada. Para conveniencia, estas composiciones de apresto separadas son referidas en este documento como "aprestos incipientes secundarios". En un tercer procedimientos, ambos de estos procedimientos se pueden utilizar, algo de las partículas de caucho de núcleo-cubierta se aplican a los filamentos individuales en el apresto incipiente antes de que las fibras de vidrio se formen y el resto se aplique en un apresto incipiente secundario después de que las fibras se forman.

Sin considerar cuál de estos procedimientos se utiliza, la aplicación en línea permite que estas partículas de caucho de núcleo-cubierta se apliquen convenientemente durante la fabricación de la fibra de vidrio, que a su vez se elimina la necesidad por un paso de proceso "fuera de línea" separada durante la fabricación subsecuente de los productos compuestos de polímero reforzados con fibra de vidrio inventivos. Además, la aplicación en línea de las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta pueden reducir la cantidad de polímero formador de película que se aplica finalmente a las fibras de vidrio, al menos cuando la nanopartícula se incluye en la composición de apresto incipiente utilizada durante la fabricación de la fibra. Esto es debido, promueve la adhesión de las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta a las fibras de vidrio, que las nanopartículas se deban aplicar junto con un polímero formador de película. Por lo tanto, la combinación de estas nanopartículas con el apresto de vidrio incipiente elimina la necesidad de un segundo recubrimiento de resina formadora de película subsecuente.

Como se indica en lo anterior, las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta de esta invención se pueden aplicar a la fibra de vidrio o substratos de filamento junto con una resina formadora de película adecuada. Para este propósito, cualquier resina formadora de película que se ha utilizado previamente o se puede utilizar en el futuro como una resina formadora de película en un apresto de fibra de vidrio y/o filamentos puede ser adecuado para el uso.

Como se aprecia en la téenica, es de práctica convencional cuando se selecciona la resina formadora de película que se utiliza en un apresto incipiente o un apresto aglutinante para seleccionar una resina que es compatible con la resina de matriz que se utilizará para fabricar el producto compuesto de fibra de vidrio que se produce finalmente. Por ejemplo, si un producto compuesto de fibra de vidrio particular se va a fabricar con una matriz de resina epoxi, entonces una resina epoxi compatible se seleccionará normalmente como la resina formadora de película para el apresto de fibra de vidrio. Esta misma práctica acostumbrada es seguida de acuerdo con esta invención, es decir, la resina formadora de película utilizada en el apresto que contiene las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta de esta invención se selecciona deseablemente para ser compatible con la resina de matriz del producto compuesto del polímero reforzado con fibra de vidrio que se produce.

Como se indica además en lo anterior, esta invención encuentra uso particular en la fabricación de productos compuestos de polímero reforzados con fibra de vidrio de resinas epoxi, debido a las propiedades físicas superiores (por ejemplo,· resistencia a la tracción) y resistencia química de estos polímeros. Para este propósito, en algunas modalidades de ejemplo, es deseable seleccionar como la resina formadora de película en el apresto que contiene las partículas de caucho de núcleo-cubierta, una resina epoxi tipo A de bisfenol lineal de peso molecular moderado. En este contexto, "peso molecular moderado" significa un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 10,000 a 250,000. Los pesos moleculares promedio en peso de 15,000 a 100,000 o aún 20,000 a 50,000 son preferidos. Los epoxis de tipo A de bisfenol lineal son deseable debido a que muchos productos compuestos de polímero reforzados con fibra de vidrio, y especialmente aquellos que requieren alta resistencia y buena resistencia química, se fabrican de resinas de matriz epoxi tipo A de bisfenol lineales. Estos pesos moleculares son deseables, debido a que la resina epoxi no formará efectivamente una película si su peso molecular es muy alto y se someterá a cristalización indeseada en el equipo de recubrimiento si su peso molecular es muy bajo.

Además de los epoxis tipo A de bisfenol lineales, las resinas epoxi modificadas también se pueden utilizar. Por ejemplo, también se pueden utilizar novolacs de epoxi.

Los ejemplos específicos de resinas epoxi comercialmente disponibles que son útiles como la resina formadora de película que se utilizan conjuntamente con las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta de esta invención son la emulsión acuosa epoxi AD-502 de AOC, emulsión acuosa Neoxil 962/Da de DSM, EpiRez 5003 de Momentive, emulsión epoxi EpiRez 3511 de Momentive. Las mezclas también son efectivas, especialmente AD-502 + EpiRez 5003 en una relación de 95:5.

La cantidad de resina formadora de película que puede estar presente en el apresto acuoso que contiene las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta de esta invención puede variar ampliamente, y esencialmente cualquier cantidad se puede utilizar que proporcionará una composición de recubrimiento efectiva. Típicamente, la cantidad de resina formadora de película será de aproximadamente 60 a 90% en peso del apresto acuoso sobre una base de sólidos secos (es decir , excluyendo agua). Las concentraciones en el orden de aproximadamente 65 a 85% en peso, o aún 73 a 77% en peso, sobre una base en peso seco son preferidas.

Aprestos con Partículas de Combinación Como se indica en lo anterior, el apresto acuoso que contiene las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta de esta invención también puede contener una resina formadora de película. Mientras que cada uno de estos ingredientes se puede suministrar separadamente a y contener en esta composición de apresto acuosa, en una modalidad de manera particular interesante de esta invención estos ingredientes se combinan juntos en las partículas emulsionadas contenidas en esta composición de apresto acuosa.

Las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta son comercialmente disponibles en una variedad de diferentes formas una tal forma es una emulsión orgánica de las nanopartículas de caucho dispersadas en la resina epoxi líquida pura (es decir, sin solvente). Ejemplos de estos productos incluyen la línea Kane AceMR MX de CSR Liquid Epoxy Emulsions disponible de Kaneka Belgium NV. Estas emulsiones de nanopartículas de epoxi/caucho líquidas comprenden dispersiones estables de aproximadamente 25 a 40% en peso de CSR (nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta) en varias clases diferentes de sistemas de resina epoxi líquidos incluyendo resinas epoxi líquidas tipo A de bisfenol, resinas epoxi líquidas tipo F de bisfenol, resinas epoxi líquidas tipo novolac de fenol epoxiladas, resinas epoxi líquidas tipo triglicidil-p-aminof enol , resinas epoxi liquidas tipo tetraglicidil-metilen-dianilina, y resinas epoxi liquidas tipo cicloalifáticas . Hay artículos bien conocidos del comercio que se han utilizado previamente para endurecer las resinas epoxi y otras de matriz, incluyendo resinas de matriz utilizadas para formar productos compuestos de polímero reforzados con fibra de vidrio tal como tubos bobinados de filamentos y similares.

En este sentido, se debe recordar que una diferencia significativa entre esta invención y la teenología previa para fabricar productos compuestos reforzados con fibra de vidrio que contienen nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta es que, en esta invención, las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta se recubren sobre las fibras de refuerzo de vidrio del producto compuesto antes de que esta filas se combinen con la resina de matriz que forma el cuerpo del producto compuesto. Esto es completamente diferente de la tecnología anterior en la cual las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta se dispersan por toda la masa completa de la resina de matriz. De esta manera, una diferencia entre esta invención y la tecnología previa en relación con el uso de estas emulsiones de nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta de epoxi líquidos comercialmente disponibles es que, en esta invención, estas emulsiones se utilizan para formar el apresto incipiente que se recubre sobre las fibras de vidrio antes de que estas fibras se combinen con la resina de matriz. En contraste, en la teenología anterior, estas emulsiones se utilizan para formar la resina de matriz sola.

Estas emulsiones de nanopartículas de epoxi/caucho líquidas comercialmente disponibles representan una fuente conveniente de las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta de esta invención, debido a que ya contienen dos ingredientes principales de los aprestos incipientes de esta invención, es decir, las partículas de caucho de núcleo/cubierta y el formador de película de resina epoxi.

De acuerdo con algunas modalidades de ejemplo, antes de que estas emulsiones de nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta líquidas comercialmente disponibles se pueden utilizar para elaborar los aprestos incipientes de esta invención, se convierten en emulsiones acuosas. Esto se puede hacer fácilmente al utilizar técnicas de emulsificación de alto esfuerzo cortante convencionales. Por ejemplo, una composición de apresto acuosa de nanopartículas de caucho en la cual la relación en peso de las nanopartículas de caucho a resina epoxi es 25/75 se puede fabricar al emulsionar una emulsión orgánica que contiene 25% en peso de nanopartículas de caucho y 75% en peso de resina epoxi líquida que utiliza técnicas de mezclado de alto esfuerzo cortante convencionales y agentes tensoactivos adecuados de epoxi convencionales tales como copolímeros de bloque de óxido de etileno/óxido de propileno.

La cantidad de partículas de caucho de núcleo/cubierta que se aplicarán a una fibra de vidrio o substrato de filamento de acuerdo con esta invención se representarán típicamente de aproximadamente 0.01 a 25% en peso del contenido de sólidos de las composiciones de apresto acuosas en las cuales están contenidas. Más comúnmente, la cantidad de partículas de caucho de núcleo/cubierta será de aproximadamente 0.1 a 5% en peso, aproximadamente 0.3 a 2% en peso, de aproximadamente 0.5 a 1.5% en peso, o aún de aproximadamente 0.7 a 1.3% en peso de estos sólidos. Por consiguiente, las composiciones de apresto acuosas de nanopartículas de caucho de esta invención se fabricarán típicamente al combinar al menos dos dispersiones de resina acuosas diferentes, una cuyas partículas de resina emulsionadas contienen una combinación de resina formadora de película y nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta, las otras cuyas partículas de resina emulsionadas contienen solo la resina formadora de película.

Ingredientes Adicionales Además de la resina formadora de película, la composición de apresto acuosa que contiene las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta de esta invención también puede contener varios ingredientes opcionales adicionales.

Por ejemplo, estas composiciones de tamaño acuoso pueden contener de aproximadamente 5 a 30% en peso, más comúnmente de aproximadamente 8 a 20% en peso o aún de aproximadamente 10 a 15% en peso de un agente de acoplamiento de organosilano basado en el contenido de sólidos. Para este propósito, cualquier agente de acoplamiento de organosilano que se haya utilizado previamente o se pueda utilizar en el futuro para mejorar la resistencia de unión de una resina aglutinante formadora de película a un substrato de fibra de vidrio se puede utilizar en esta invención. Además, como en el caso de la resina aglutinante, el agente de acoplamiento de organosilano se debe seleccionar para ser compatible con la resina aglutinante formadora de película particular que se utiliza.

Ejemplos específicos de agentes de acoplamiento de organosilano útiles son ureidosilano Silquest A-1524, aminosilano Silquest A-1100, poliazimida sililada en metanol Silquest A-1387, poliazimida sililada en etanol Y-19139 de Momentive, metacriloxisilano Silquest A-174, epoxi-silano Silquest A-187, trimetoxi-bis-silano Silquest A-1170, trietoxi-bis-silano Silquest A-11699, todos de Momentive y Silquest A1120. Silquest A-1524 así como las mezclas de Silquest A-1387 y Silquest A-1100 son preferidas para el uso con resinas formadoras de película de resina epoxi.

Otro ingrediente que se puede incluir en las composiciones de apresto acuosos que contienen nanopartículas de caucho utilizadas en esta invención es un lubricante.

Ejemplos de lubricantes comercialmente disponibles que son adecuados para este propósito incluyen lubricante catiónico Katex 6760 (también conocido como Emery 6760), monooleato PEG400 (PEG400 MO, Emerest 2646), monolaurato PEG-200 (Emerest 2620), monoestearato PEG400 (Emerest 2640), monoestearato PEG600 (Emerest 2662). Lubricantes catiónicos tal como Katex 6760 se utilizan típicamente en cantidades de 0.001 a 2% en peso, de manera más típica de 0.2 a 1% en peso, o aún de aproximadamente 0.5% en peso de sólidos de apresto. Mientras tanto, los lubricantes de PEG se utilizan típicamente en cantidades de 0.1 a 22% en peso, más típicamente de aproximadamente 1 a 10% en peso, o aún de aproximadamente 7% en peso de contenido de sólidos.

Todavía otro lubricante convencional que se puede incluir en las composiciones de apresto acuosas que contienen nanopartículas de caucho utilizadas en esta invención es una cera. Cualquier cera que sella o se pueda utilizar como una cera lubricante en una composición de apresto acuosa de fibra de vidrio se puede utilizar como la cera en las composiciones de apresto acuosas de nanopartícula de caucho de esta invención. La cera Michelman Michemlube 280 es un buen ejemplo. Concentraciones en el orden de aproximadamente 0.1 a 10% en peso de sólidos de apresto son utilizables, mientras que las concentraciones de aproximadamente 2 a 6% en peso o aún de 4 a 5% son preferidas.

Aún otros ingredientes convencionales que se pueden incluir en las composiciones de apresto acuosas que contienen nanoparticulas de caucho de esta invención incluyen ácido acético, cítrico u otros orgánicos en una cantidad suficiente para hidrolizar eficientemente los silanos que están presentes, que requieren típicamente un pH de aproximadamente 4-6 en el caso de Silquest A-1100. El pH de apresto final será típicamente en el intervalo de 5-6.5.

Otros aditivos tal como oligómero epoxi multifuncional Coatosil MP 200, polímeros de uretano acuosos tal como Michelman U6-01 o Baybond PU-403 de Bayer, Witco W-296 o W-298 de Chemtura o similares también se pueden incluir en las composiciones de apresto acuosas que contienen nanoparticulas de caucho de esta invención para sus funciones conocidas en cantidades convencionales.

Contenido de Agua y Cargas Las composiciones de apresto acuosas que contienen nanoparticulas de caucho de esta invención se aplican a sus substratos de fibras y/o filamentos de vidrio en una forma convencional utilizando el equipo de recubrimiento convencional. Por lo tanto, se formulan con cantidades suficientes de agua para que sus propiedades reológicas sean esencialmente las mismas o al menos comparables con aquellas de los aprestos acuosos convencionales. Por consiguiente, estas composiciones de apresto acuosas contendrán típicamente un contenido de sólidos totales de aproximadamente 2 a 10% en peso, más comúnmente de 4 a 8% en peso o aún de 5 a 7% en peso, basado en el peso total de la composición de apresto acuosa.

Además, estas composiciones de apresto acuosas que contienen nanopartículas también se aplican a sus substratos de fibras y/o filamentos de vidrio en cantidades convencionales. Por ejemplo, estas composiciones de apresto se aplicarán normalmente en cantidades tales que la LOI (pérdida en la ignición) de las fibras y filamentos de vidrio aprestadas obtenidas es de aproximadamente 0.2 a 1.5%, más típicamente de 0.4 a 1.0% o aún de 0.5 a 0.8%. Puesto que la concentración de las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta en estos aprestos serán típicamente en el orden de aproximadamente 0.3 a 2% en peso, de aproximadamente 0.5 a 1.5% en peso, o aún de aproximadamente 0.7 a 1.3% en peso, sobre una base de sólidos secos, esto significa que la cantidad de estas nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta que se aplicarán a sus substratos de fibras y/o filamentos de vidrio en términos de LOI serán normalmente de aproximadamente 0.001 a 0.015%, de manera más típica de aproximadamente 0.002 a 0.010% o aún de aproximadamente 0.0025 a 0.0080%.

Ejemplos de Trabajo A fin de describir más exhaustivamente esta invención, se proporcionan los siguientes ejemplos de trabajo.

Ejemplo 1 y Ejemplo Comparativo A Se fabricaron dos esterillas de fibra de vidrio mediante un proceso de recubrimiento de tendido húmedo convencional en el cual fibras de vidrio trituradas húmedas, después de ser depositadas sobre una criba móvil de una suspensión acuosa, se recubrieron con una dispersión acuosa de un aglutinante de resina y después se secaron y se curaron. Los aglutinantes de resina aplicados a ambas redes se prepararon cada una utilizando un látex acrilico comercialmente disponible (Rhoplex GL 720 disponible de Dow Chemical) y un látex de resina de urea formaldehido comercialmente disponible (FG 654A disponible de Momentive). Las cantidades de resina aplicadas se seleccionaron para que la relación en peso de la resina acrilica a resina de urea formaldehido en ambos aglutinantes fuera la misma sobre una base de sólidos secos (15/85) y además de manera que la cantidad total del aglutinante aplicado a cada res fue esencialmente la misma. El aglutinante de resina del Ejemplo 1 también incluyó 1.7% en peso, basado en los pesos combinados de las resinas de urea formaldehido y acrilicas en el aglutinante, de nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta comercialmente disponibles, en particular nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta Kane Ace MX-113 disponibles de Kenaka Corporation de Pasadena, Texas.

Las esterillas de fibra de vidrio obtenidas de esta manera después se sometieron a prueba para la resistencia a la tracción y resistencia al desgarramiento en la dirección cruzada o transversal. Debido a que las esterillas de fibra de vidrio y sus tejas de techo de asfalto asociadas son generalmente más débiles en su dirección transversal que en su dirección de máquina, las resistencias a la tracción y al desgarramiento en la dirección transversal da una mejor indicación de la resistencia general del producto.

Además de estas pruebas, las resistencias al desgarramiento de estas esterillas de fibra de vidrio en la dirección transversal también se determinaron por una prueba de desempeño de la esterilla de polvo de roca. En esta prueba, cada esterilla primero se empolvó con la misma cantidad de una roca en polvo y luego se midió para la resistencia al desgarramiento en la dirección transversal. Esta prueba se utilizó, debido a que proporciona una buena simulación del efecto adverso en las propiedades de la esterilla de fibra de vidrio que pueden ser provocadas por los rellenadores particulados inorgánicos contenidos en un recubrimiento de asfalto subsecuentemente aplicado. Esta prueba de desempeño de la esterilla de polvo de roca se llevó a cabo tres veces para cada muestra, con los valores promedios obtenidos para cada prueba que se reporta a continuación .

Los resultados obtenidos se exponen en la siguiente Tabla 1: Tabla 1 Resistencias a la Tracción y al Desgarramiento de las esterillas de Fibra de Vidrio del Ejemplo 1 y Ejemplo Comparativo A En la tabla anterior "BW" se refiere al peso base, que es el peso de la esterilla curada (fibra de vidrio más aglutinante curado) libras por 100 pies cuadrados. Mientras tanto, "LOI" se refiere a la pérdida de ignición, que es una medición estándar en esta industria indicando la porción del aglutinante acuoso aplicado originalmente a la red, en por ciento, que permanece sobre la red después de que el aglutinante se ha secado y curado. La cantidad total del aglutinante aplicado a la red después del secado y curado, es decir, sobre una base de sólidos secos, se puede determinar al multiplicar BW por LOI.

Como se puede observar a partir de la Tabla 1, la presencia de nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta en el aglutinante del Ejemplo 1 no provocó esencialmente ningún efecto en la resistencia a la tracción de la esterilla de fibra de vidrio fabricada de esta aglutinante (la diferencia en la Tabla 1 está dentro del error de experimento), pero la resistencia al desgarramiento de esta esterilla se incrementa, en la dirección transversal relativa a la esterilla de fibra de vidrio de control del ejemplo comparativo A. Además, la Tabla 1 también muestra que, mientras que el polvo de roca provocó una disminución significativa en la resistencia al desgarramiento de ambas esterillas, esta disminución fue más pronunciada en el caso del Ejemplo Comparativo A. Específicamente, la Tabla 1 muestra que la presencia de estas nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta permitieron que la esterilla del Ejemplo 2 retenga 77% de su resistencia al desgarramiento original, mientras que la esterilla del Ejemplo Comparativo A retuvo solamente 66% de sus resistencia al desgarramiento original, cuando ambas esterillas se cubrieron con polvo de roca.

Estos datos muestran que la adición de estas nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta mejora la resistencia al desgarramiento de las esterillas de fibra de vidrio en la dirección transversal, no solo en una condición "como se hizo" (no recubierta) sino también en una condición de uso simulada.

Ejemplo 2 y Ejemplo Comparativo B Se prepararon ocho esterillas adicionales, cuatro que representan esta invención y cuatro que son los controles en los cuales no se utilizaron nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta. Estas esterillas se fabricaron utilizando los mismos procedimientos e ingredientes como se utilizaron en el Ejemplo 1, excepto que la cantidad de nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta incluidas en los aglutinantes que representan esta invención fue 1.85% en peso.

Cada esterilla de fibra de vidrio obtenida después se formó en una teja de techo de asfalto al recubrir la esterilla con una composición de recubrimiento de asfalto fabricada del asfalto de recubrimiento, la composición de recubrimiento de asfalto que también contiene 65% en peso basado en la composición de recubrimiento de asfalto en general de un rellenado particulado inorgánico de calcita.

La resistencia a la tensión de cada teja de techo en la dirección de la máquina se midió, como fue la resistencia a la tracción de cada teja de techo en ambas direcciones de máquina y transversal. Además, la resistencia al desgarramiento total de cada teja de techo se determinó al adicionar las resistencias al desgarramiento de la máquina y transversal. Finalmente, estas resistencias al desgarramiento y la tracción medidas se normalizaron por el peso de la teja.

Los resultados obtenidos se exponen en la siguiente Tabla 2.

Tabla 2 Resistencias en la Tracción y al Desgarramiento de las'Tejas de Techo del Ejemplo 2 y Ejemplo Comparativo B La Tabla 2 muestra que la adición de las nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta al aglutinante de una esterilla de fibra de vidrio utilizada para fabricar una teja de techo de asfalto imparte esencialmente el mismo efecto en la teja como lo imparte en la esterilla. En particular, la Tabla 2 muestra que, similar a las esterillas de fibra de vidrio del Ejemplo 1, las tejas de asfalto fabricadas con estas nanoparticulas muestran resistencias al desgarramiento significativamente a mayores en la dirección transversal que las tejas de control fabricadas sin estas nanoparticulas. Además, la Tabla 2 muestra además que estas nanoparticulas también provocan una ligera disminución en la resistencia a la tracción de estas tejas, en este caso en la dirección de la máquina antes que en la dirección transversal como es reportado en el Ejemplo 1 en lo anterior.

Ejemplo 3 En los siguientes ejemplos, los tubos de producto compuesto de alta presión embobinados con filamentos se fabricaron al bobinar alrededor de un mandril fibras de vidrio que se han impregnado previamente con una dispersión de resina de matriz epoxi acuosa, comercialmente disponible. El bobinado formado de esta manera después se calentó para curar la resina de matriz epoxi y el mandril después se retiró para producir el tubo de producto final.

Las fibras de vidrio utilizadas para fabricar cada producto compuesto se fabricaron por un proceso de fabricación de fibra de vidrio convencional como se describe en lo anterior en el cual los filamentos de vidrio atenuados, antes de ser combinados en la fibra, se recubrieron con un apresto incipiente. Se hicieron tres experimentos diferentes. En el primer experimento que representa la téenica previa, el apresto incipiente no contuvo nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta. En los dos experimentos restantes, el apresto incipiente contuvo 0.5% en peso de nano nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta y 1% en peso de nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta, respectivamente.

La cantidad de apresto incipiente aplicado a cada fibra de vidrio se expone en la siguiente Tabla 3, mientras que la composición específica de cada apresto incipiente se expone en la siguiente Tabla 4.

Tabla 3 Cargas de Apresto Tabla 4 Composición química de los aprestos incipientes * Emulsión acuosa de emulsión epoxi Kane AceMR MX-125 de Kaneka que contiene 75% en peso de resina epoxi y 25% en peso de nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta Los tubos de producto compuesto bobinados con filamentos obtenidos de esta manera se sometieron a dos pruebas analíticas diferentes. En la primera, se determinó la resistencia de rotura de los tubos de producto obtenidos. En la segunda, la resistencia al esfuerzo cortante interlaminar (ILSS) de los tubos de producto cuando se expusieron a agua hirviendo durante 500 horas se determinó de acuerdo con el Método de Prueba de Anillo NOL, No. de Acceso AD0449719, Naval Ordinance Laboratory, White Oak, Maryland. Además de estas pruebas analíticas, durante la fabricación de cada tubo, la tensión generada en las fibras de vidrio utilizadas para fabricar los tubos durante la operación de bobinado se determinó y se registró. Los resultados obtenidos se exponen en las Figuras 3-6.

Como se muestra en la Figura 3, las resistencias de rotura de los tubos de producto inventivos fueron de aproximadamente 811% mayores que la resistencia de rotura del tubo de control. Esto muestra que las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta de esta invención proporcionan una mejora sustancial en las propiedades mecánicas de los productos compuestos de polímero reforzados con fibra de vidrio fabricados de acuerdo con esta invención.

Entre tanto, la Figura 4 muestra que las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta de esta invención impartieron esencialmente nada de efectos adversos en la resistencia interlaminar de los tubos de producto inventivos después de 500 horas de exposición a agua hirviendo. Esto sugiere que las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta de esta invención no afectan adversamente la resistencia química de los productos compuestos de polímero reforzados con fibra de vidrio inventivos en cualquier forma significati a.

Finalmente, la Figura 5 muestra que la tensión generada en las fibras de vidrio durante la operación de bobinado utilizada para formar los tubos de producto compuesto bobinados con filamentos inventivos no se afectaron esencialmente por las nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta de esta invención. Esto muestra que las nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta de esta invención no afectan adversamente el proceso de fabricación utilizado para producir los productos compuestos de polímero reforzados con fibra de vidrio inventivos en cualquier forma significati a.

Aunque sólo algunas modalidades de esta invención se han descrito en lo anterior, se debe apreciar que muchas modificaciones se pueden hacer sin apartarse del espíritu y alcance de esta invención. Por ejemplo, es posible y aún deseable en algunos casos, combinar la teenología de nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta de esta invención con otras tecnologías para fabricar productos compuestos de polímero reforzados con fibra de vidrio.

Por ejemplo, la U.S. 5,840,370 de titularidad compartida mencionada en lo anterior describe un proceso para fabricar un material pre-impregnado de vidrio/polimero en el cual la aplicación de algo o todo el polímero de matriz que forma el producto compuesto de polímero reforzado con fibra de vidrio final se aplica "en línea" como parte del proceso de fabricación de vidrio. Esta teenología se puede combinar con la tecnología de esta invención al aplicar las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta de esta invención primero, seguido al impregnar las fibras de vidrio recubiertas formadas de esta manera con el polímero de matriz del segundo producto compuesto de polímero.

Todas estas modificaciones se proponen para ser incluidas dentro del alcance de esta invención y los conceptos inventivos generales relacionados, que se van a limitar solo por las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un producto compuesto de polímero reforzado con fibra de vidrio, caracterizado porque comprende una pluralidad de fibras de vidrio individuales y un aglutinante resinoso, en donde las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta se incorporan dentro del aglutinante resinoso del producto compuesto.

2. El producto compuesto de polímero reforzado con fibra de vidrio de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la fibra de vidrio individual forma una esterilla de fibra de vidrio mantenida junta por el aglutinante resinoso.

3. El producto compuesto de polímero reforzado con fibra de vidrio de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el aglutinante resinoso incluye de 0.1 a 20% en peso de nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta, basado en la cantidad total de resina en el aglutinante.

4. El producto compuesto de polímero reforzado con fibra de vidrio de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el tamaño de partícula promedio de las nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta es 250 nm o menos.

5. El producto compuesto de polímero reforzado con fibra de vidrio de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el aglutinante resinoso se forma de una resina de urea formaldehído, una resina acrílica o una mezcla de los mismos.

6 . El producto compuesto de polímero reforzado con fibra de vidrio de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el núcleo de las nanopartículas de núcleo-cubierta se fabrica de un caucho de polímero sintético seleccionado del grupo que consiste de estireno/butadieno, polibutadieno, caucho de silicona (siloxanos), cauchos acrílicos y mezclas de los mismos.

7. El producto conpuesto de polímero reforzado con fibra de vidrio de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el producto compuesto es una teja de techo de asfalto.

8. Una esterilla de techo mejorada para el uso en la fabricación de tejas de techo de asfalto, la esterilla de techo mejorada caracterizada porque comprende una esterilla de fibra de vidrio compuesta de múltiples fibras de vidrio y un aglutinante resinoso que mantiene juntas las fibras de vidrio individuales, en donde el aglutinante resinoso incluye nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta.

9. La esterilla de techo de conformidad con la reivindicación 8 caracterizada porque el aglutinante resinoso incluye de 0.1 a 20% en peso de nanopartículas de caucho de núcleo-cubierta, basado en la cantidad total de resina en el aglutinante.

10. La esterilla de techo de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque el aglutinante resinoso se forma de una resina de urea formaldehído, una resina acrílica o una mezcla de las mismas.

11. La esterilla de techo de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque el núcleo de las nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta se fabrica de un caucho de polímero sintético seleccionado del grupo que consiste de estireno/butadieno, polibutadieno, caucho de silicona (siloxanos), cauchos acrílicos y mezclas de los mismos.

12. Una teja de techo de asfalto mejorada, caracterizada porque comprende una esterilla de techo de fibra de vidrio compuesta de múltiples fibras de vidrio y un aglutinante resinoso que mantiene juntas las fibras de vidrio individuales, un recubrimiento de asfalto que cubre la esterilla de techo de fibra de vidrio, el recubrimiento de asfalto que incluye un rellenador particulado inorgánico en la misma, el recubrimiento de asfalto que contiene además gránulos de techo incorporados en el mismo, en donde el aglutinante resinoso de la esterilla de techo de fibra de vidrio incluye nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta.

13. La teja de techo de asfalto de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque el aglutinante resinoso incluye de 0.1 a 20% en peso de nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta, basado en la cantidad total de la resina en el aglutinante.

14. La teja de techo de asfalto de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque el aglutinante resinoso se forma de una resina de urea formaldehído, una resina acrilica o una mezcla de las mismas.

15. La teja de techo de asfalto de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque el núcleo de las nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta se fabrica de un caucho de polímero sintético seleccionado del grupo que consiste de estireno/butadieno, polibutadieno, caucho de silicona (siloxanos), cauchos acrílicos y mezclas de los mismos.

16. La teja de techo de asfalto de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque el recubrimiento de asfalto incluye de 30 a 80% en peso, basado en el peso total del asfalto rellenado de un rellenador particulado inorgánico seleccionado del grupo que consiste de dolomita, sílice, polvo de pizarra y carbonato de magnesio de alta dureza.

17. Un producto compuesto de polímero reforzado con fibra de vidrio, caracterizado porque comprende un polímero de matriz y fibras de vidrio dispersadas en el polímero de matriz, en donde las superficies de fibra llevan un recubrimiento de nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta .

18. El producto compuesto de polímero reforzado con fibra de vidrio de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque las superficies de las fibras de vidrio llevan un recubrimiento que comprende una mezcla de nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta y un polímero formador de película.

19. El producto compuesto de polímero reforzado con fibra de vidrio de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque las fibras de vidrio se fabrican al combinar múltiples filamentos de vidrio atenuados juntos para formar fibras individuales, y en donde además la composición de apresto incipiente se aplica a los filamentos de fibra individuales antes de que combinen.

20. El producto compuesto de polímero reforzado con fibra de vidrio de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque las superficies de las fibras de vidrio llevan un segundo descubrimiento de una composición de apresto incipiente secundaria aplicada a las fibras durante la fabricación de las fibras después de los filamentos de vidrio individuales se combinan, la composición de apresto incipiente secundaria que comprende nanoparticulas de caucho de núcleo-cubierta adicionales y un polímero formador de película.