MXPA06010483A - Metodo para preparar una composicion reforzada con fibra de vidrio larga y articulos fabricados a partir de la misma. - Google Patents

Abstract

Proceso para la produccion de un ABS relleno de fibra de vidrio larga que comprende (a) formar una mezcla madre de fibra de vidrio larga agregando una fibra de vidrio larga a un copolimero de estireno-acrilonitrilo (SAN) de flujo elevado y (b) mezclar la mezcla madre con una resina de ABS de masa pura. Se obtiene un articulo moldeado que muestra estabilidad dimensional elevada, buen impacto, resistencia, y rendimiento termico.

Description

métodos conocidos incorporando fibras de vidrio largas en material termoplástico para producir un artículo termoplástico reforzado con fibra larga. Ver, WO 01 /02471 , titulada "Long Fiber-Reinforced Thermoplastic Material and Method for Producing the Same". De acuerdo con esta referencia, las fibras de vidrio largas están impregnadas con un primer material termoplástico. La matriz del material está compuesta de por lo menos dos termoplásticos diferentes, permitiendo así que las fibras sean humedecidas por uno de los dos materiales termoplásticos. El artículo resultante muestra propiedades físicas, químicas y electroquímicas mejoradas. Sin embargo, aunque muestra una mejora en el estado de la tecnología, el proceso descrito en la WO 01 /02471 está sujeto al requerimiento de emplear por lo menos dos termoplásticos para la producción de granulado reforzado con fibra de vidrio. Además, ver, WO 0003852, titulada "Granules for the Production of a Molding with a Class-A Surface, Process for the Production of Granules and its Use". Conforme a esta referencia, se proporciona un granulado para la producción de piezas moldeadas de superficie Clase A. El granulado comprende un polímero termoplástico y un material de fibra larga. El material de fibra se proporciona con longitudes en el intervalo de 1 a 25 mm. Aunque también muestra una mejora en el estado de la tecnología, esta referencia está limitada en su aplicación a artículos que requieren superficies Clase A y además, está limitada por su incapacidad inherente de lograr beneficios de rendimiento realizados a través del uso de polímeros amorfos. Además, ver la Patente U.S. No. 5,783, 129, titulada "Apparatus, Method, and Coating Die for Producing Long Fiber-Reinforced Thermoplasíic Resin Composiíion". Conforme a esta referencia, se describe un método para producir una composición de resina termoplástica reforzada de fibra larga compuesta de una resina termoplástica y haces de fibras. Las resinas preferidas se seleccionan a partir del grupo que incluye polímeros semi-cristalinos como poliolefinas, poliésteres y poliamidas. Ver, la patente U.S. No. 5,788,908 por "Method for Producing Fiber-Reinforced Thermoplastic Resin Composition", es similar en que también describe un método para producir una composición de resina termoplástica reforzada con fibra largas. Conforme al método de producción descrito, un haz de fibra continua similar a una red se impregna con una resina termoplástica fundida para formar un material compuesto. Según la referencia anterior, las resinas preferidas se seleccionan a partir del grupo que incluye polímeros semi-cristalinos como poliolefinas, poliésteres y poliamidas. Aunque estos métodos proporcionan ciertas ventajas con respecto al arte previo, los productos producidos por estos métodos no pueden demostrar las características dimensionales deseadas. Por lo tanto sería deseable encontrar un medio eficiente y efectivo para producir artículos reforzados con fibra de vidrio larga que muestren una densidad inferior, propiedades al impacto mejoradas, propiedades de resistencia mejoradas y una estabilidad dimensional superior como se obtienen con polímeros amorfos pero a costos de producción reducidos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención dirige las deficiencias del arte proporcionando un proceso para preparar una composición reforzada con fibras de vidrio larga superior para la producción de un artículo de fabricación reforzado con fibra de vidrio, que comprende generalmente: (a) seleccionar una cantidad de fibra de vidrio larga; (b) agregar la cantidad seleccionada de fibra de vidrio larga a un primer copolímero para formar una mezcla madre, el primer copolímero es un copolímero de flujo elevado; y (c) mezclar la mezcla madre con un segundo copolímero, el segundo copolímero es un copolímero estirénico amorfo de fluencia dura. El primer copolímero, el copolímero de flujo elevado es preferiblemente estireno-acrilonitrilo (SAN), aunque se pueden usar otros polímeros además de o en lugar del mismo cuando se formar una mezcla homogénea con el copolímero estirénico amorfo de fluencia dura. El segundo copolímero, el copolímero estirénico de fluencia dura, es acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), aunque se pueden usar otros además de o en lugar del mismo. La mezcla madre es preferiblemente mezclada en seco o es dosificada por el uso de una unidad mezcladora con el segundo copolímero estirénico.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION La presente invención proporciona un proceso para preparar una composición termoplástica superior rellena con fibra de vidrio larga para usarse en la producción de un artículo moldeador que muestra una elevada estabilidad dimensional. El método para producir la composición de la presente invención ofrece un procedimiento de bajo costo para la producción de un compuesto moldeable que tiene una baja densidad y una alta resistencia al impacto comparado con productos producidos por métodos conocidos. El proceso de la presente invención para la preparación de un producto reforzado con fibra comprende las etapas generales de seleccionar una cantidad de fibra de vidrio larga, agregar la cantidad seleccionada de fibra de vidrio larga a un flujo elevado de un primer copolímero para formar una mezcla madre, mezclar la mezcla madre con un segundo copolímero estirénico de fluencia dura para formar un compuesto de resina reforzado con fibra de vidrio moldeable por inyección o moldeable por compresión, inyectar el compuesto de resina en un molde y recuperar una parte polimerizada reforzada con fibra. La longitud de la fibra objetivo en la mezcla madre es de entre 3.0 mm y 30.0 mm con una longitud promedio de aproximadamente 15.0 mm. Se pueden incorporara fibras de vidrio largas o una pluralidad de filamentos de vidrio atados en la forma de hilo de fibra de vidrio ampliamente usado. Los hilos de fibra de vidrio específicos pueden ser usados para aplicaciones particulares. En cualquier caso, generalmente las fibras de vidrio serán sustancialmente uniformes en longitud, con la longitud dependiente del tamaño de granulo de la mezcla madre de fibra de vidrio larga. Las fibras de vidrio se agregan a un flujo de un portador fundido. El portador es un copolímero de flujo elevado que proporciona suficiente humectación y fuerzas de cizalla reducidas en las fibras de vidrio para evitar una terminación del tamaño no controlada pero suficiente dispersión.

El material portador es una versión de flujo alto, o forma una mezcla homogénea con, el segundo material no relleno amorfo no reforzado de fluencia dura. El portador puede consistir ya sea de materiales semi-cristalinos funcionalizados o amorfos o mezclas de los mismos. Preferiblemente el portador es un estireno-acrilonitrilo (SAN) tal como Tyril® (nombre comercial, The Dow Chemical Company) o acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) tal como MAGNUM® (nombre comercial, The Dow Chemical Company) o un estireno-anhídrido maléico (SMA) tal como DYLARK® (nombre comercial, Arco Chemical Company). Como una variación al uso de un portador de base estirénica, resinas termoplásticas diseñadas como versiones de flujo alto alternas pueden ser usadas o mezcladas con un portador de base estirénica tal como policarbonato (PC) tal como CALI BRE® (nombre comercial, The Dow Chemical Company) o un poliuretano termoplástico tal como ISOPLAST® (nombre comercial, "The Dow Chemical Company"). Aunque existen métodos alternativos para agregar las fibras de vidrio al flujo portador, la fibra de vidrio puede ser agregada al portador de alto flujo fundido por medio de un alimentador lateral de la unidad mezcladora. Preferiblemente, la fibra de vidrio se agrega al portador de alto flujo fundido en una cantidad tal que se puede lograr una suficiente humectación y dispersión. Es posible una concentración de fibra de vidrio de 80 por ciento pero puede proporcionar una alta vulnerabilidad a una escasa dispersión. La cantidad preferida de fibras de vidrio se agrega al primer copolímero en tal cantidad que la mezcla madre resultante tiene una concentración de fibra de vidrio de entre alrededor de 40 por ciento y alrededor de 75 por ciento. El objetivo total es proporcionar una concentración de fibra de vidrio tan elevada como sea posible mientras se minimiza la escasa dispersión. Una vez que se forma la mezcla madre, ésta se mezcla en seco con el segundo copolímero amorfo, no reforzado de fluencia dura. Preferiblemente, el segundo material amorfo no reforzado es un copolímero estirénico tal como un acrilato estireno acrilonitrilo (ASA), ABS, S A o aleaciones de estros copolímeros tales como PC/ASA, PC/ABS, o PC/SMA. Este polímero puro contribuirá a la resistencia y temperatura de la mezcla final. Al usar el concepto de mezcla madre, la eficiencia de alto nivel del segundo polímero no está comprometida con las características del material adicional como se requiere para un proceso de reforzamiento de fibras LG de alto nivel de dosificación. El nivel de adición de la mezcla madre está entre aproximadamente 10 por ciento y aproximadamente 40 por ciento dependiendo de la eficiencia dimensional y rigidez requeridos del artículo final. La mezcla seca resultante es moldeada por inyección bajo condiciones de inyección estándar para el segundo polímero no-reforzado en un molde. El artículo resultante reforzado con fibra de vidrio se extrae posteriormente del molde. Se puede incluir una amplia variedad de aditivos en las resinas termoplásticas descritas anteriormente conforme a las aplicaciones específicas y uso de la composición de resina. Tales aditivos pueden incluir uno o más colorantes, agentes de desmoldeo, antioxidantes, estabilizadores UV o materiales de relleno inorgánicos.

En general, un artículo moldeado reforzado con fibra producido conforme al método de la presente invención obtuvo varios resultados inesperados. De estos resultados se encontró que se requieren menos fibras de vidrio para obtener un rendimiento térmico similar comparado con artículos preparados conforme a métodos conocidos. También se encontró que el artículo resultante tuvo una densidad más baja y un peso reducido comparado con tales artículos. Adicionalmente, el artículo resultante mostró un comportamiento al impacto, niveles de resistencia y resistencia al calor mejorados (en niveles equivalentes de rigidez) con respecto a artículos producidos conforme a métodos conocidos. El proceso de la presente invención está ilustrado por el siguiente ejemplo práctico y evaluación comparativa en donde todas las partes y porcentajes están en base al volumen a menos que se especifique de otra manera.

EJEMPLO PRACTICO Una mezcla madre de fibras de vidrio larga se preparó usando hilo de fibra de vidrio agregado, vía un proceso de extrusión por estirado o coextrusión, en un SAN fundido de flujo elevado. El contenido de fibra de vidrio obtenido en la mezcla madre era entre 55 por ciento y 60 por ciento. Esta mezcla madre se mezcló en seco con varias resinas ABS de masa pura en relaciones de mezclado entre 15 por ciento y 35 por ciento. La mezcla seca se usó para moldear artículos en una máquina de moldeo por inyección bajo condiciones de ABS estándar en una muestra de prueba ISO.

PRUEBA COMPARATIVA La siguiente tabla muestra las propiedades físicas obtenidas para tres diferentes mezclas secas preparadas conforme al ejemplo práctico antes descrito con la excepción de variaciones especificas en niveles de vidrio en la mezcla madre y los niveles de fibra de vidrio objetivo. Las comparaciones se efectuaron con una ABS que contiene 16% de fibra de vidrio corta disponible comercialmente (Referencia 1 ) y una ABS que contiene 17% de fibra de vidrio corta disponible comercialmente (Referencia 2).

"Mágnum" es una marca registrada de The Dow Chemical Company De acuerdo a lo ilustrado por los resultados comparativos, los artículos producidos conforme a la composición y método de la presente invención muestran cualidades superiores en varias áreas, incluyendo densidad reducida, rendimiento incrementado, resistencia incrementada, resiliencia práctica y resistencia al impacto con probeta entallada mejorada y resistencia térmica mejorada. Se entiende que lo anterior son modalidades meramente preferidas y que se pueden efectuar varios cambios y alteraciones sin apartarse del espíritu y alcance de la invención.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1 . Un método para producir una composición de resina termoplástica reforzada con fibra de vidrio larga, el método caracterizado porque comprende las etapas de: seleccionar una cantidad de fibra de vidrio larga que tiene una longitud de 3.0 mm a 30 mm; agregar la cantidad seleccionada de fibra de vidrio a un primer copolímero estirénico para formar una mezcla madre, el primer copolímero estirénico es un copolímero de flujo elevado: y mezclar la mezcla madre con un segundo copolímero que comprende un copolímero estirénico amorfo de fluencia dura.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el primer copolímero estirénico se selecciona a partir del grupo que consiste de estireno-acrilonitrilo (SAN), acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) y una mezcla de resinas ABS.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el segundo copolímero se selecciona a partir del grupo que consiste de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), estireno-anhídrido maléico (SMA), acrilato estireno acrilonitrilo (ASA), PC/ASA, PC/ABS y PC/SMA.

4. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el segundo copolímero se mezcla con el primer copolímero para formar una mezcla homogénea.

5. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la cantidad seleccionada de fibras de vidrio se agrega a un flujo elevado del primer copoiimero.

6. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la cantidad seleccionada de fibras de vidrio se agrega al primer copoiimero en una cantidad tal que la mezcla madre resultante tiene una concentración de fibra de vidrio de entre 40 por ciento y 75 por ciento.

7. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la relación de mezclado de la mezcla madre con el segundo copoiimero es entre 10 y 40 por ciento, aproximadamente 1 0 por ciento y 40 por ciento.

8. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la fibra de vidrio larga es hilo de fibra de vidrio.

9. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la mezcla madre se mezcla en seco con el segundo copoiimero.

10. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el segundo copoiimero es una resina de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) de masa pura. 1 1 . Una composición de resina termoplástica reforzada con fibra de vidrio, caracterizada porque comprende: fibra de vidrio que tiene una longitud de 3.0 a 30 mm; un primer copoiimero estirénico, que comprende un copoiimero de flujo elevado seleccionado del grupo que consiste de estireno-acrilonitrilo (SAN), acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), una mezcla de resinas ABS y un policarbonato; y un segundo copolímero que tiene propiedades de flujo más denso o duro seleccionado a partir del grupo que consiste de acrilonítrilo-butadieno-estireno (ABS), estireno-anhídrido maléico (SMA), acrilato estireno acrilonitrilo (ASA), PC/ASA, PC/ABS, y PC/SMA. 12. La composición de resina termoplástica reforzada con fibra de vidrio de conformidad con la reivindicación 1 1 , caracterizada porque la fibra de vidrio es hilo de fibra de vidrio. 13. La composición de resina termoplástica reforzada con fibra de vidrio de conformidad con las reivindicaciones 1 1 ó 12, caracterizada porque el segundo copolímero estirénico es una resina de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) de masa pura.