PT86780B

PT86780B - Processo para a fabricacao de perfis de polimero termoplastico por pultrusao - aparelhagem - produtos obtidos

Info

Publication number: PT86780B
Application number: PT86780A
Authority: PT
Inventors: Bernard Gourdon; Michel Clemet; Alain Causier
Original assignee: Atochem
Priority date: 1987-02-18
Filing date: 1988-02-17
Publication date: 1993-08-31
Also published as: EP0281447B1; FR2610864B1; PT86780A; CA1331910C; FI95010B; JP2634184B2; DK81088A; CN88100835A; FR2610864A1; FI880750A0; EP0281447A1; DK81088D0; CN1023305C; US5084222A; KR930000742B1; ES2023497B3; FI880750A; JPS63216732A; DE3863943D1; DK168327B1

Description

PROCESSO PARA A FABRICAÇÃO DE PERFIS DE POLÍMERO TERMOPLÁSTICO POR PULTRUSÃO - APARELHAGEM - PRODUTOS OBTIDOS ,

A presente invenção refere-se a um processo pa_ ra a fabricação de perfis de polímero termoplástico reforçados com fibras compridas contínuas por pultrusão. O processo consiste em,antes de se realizar a conformação das mechas (rovings) impregnadas com resina termoplástica, esmagar os referidos rovings de maneira a formar uma toalha cujas fibras elementares dos rovingssão impre£ nadas com resina termoplástica no estado fundido.A toalha é formada

fazendo passar os rovings, depois da impregnação com resina termoplástica, numa fieira plana aquecida rectangular de maneira a esmagá-los forçando assim a resina fundida a penetrar entre as fibras.0 processo aplica-se aos polímeros termoplásticos em geral, mas permi te igualmente obter um novo perfil de policloreto de vinilo reforça do com fibras compridas contínuas.

De uma maneira geral, sabe-se como fabricar pe_r fis de resina termoplástica por pultrusão. 0 processo habitual consis^ te em impregnar mechas (rovings) com resina e depois fazer circular o conjunto a granel através de um túnel aquecido, por exemplo com ar quente ou com radiação infravermelha, a uma temperatura suficiente p_a ra se assegurar a fusão do polímero. A saída do túnel,os rovinsgre-2-

vestidos com resina entram num dispositivo aquecido que permite dar a forma final do produto a realizar que é arrefecido à saída do disposj_ tivo. Este processo apresenta um inconveniente sério: a dificuldade de fundir e distribuir de maneira homogénea a resina termoplástica na parte central dos rovings.

Um roving é formado pela reunião de diversas fibras elementares contínuas. No processo de pultrusão,impregnam-se diversos rovings que, passando através do túnel aquecido, vão unir-se a granel uns com os outros para formar fusos de fibras agrupados de grande volume. 0 aquecimento por irradiação vai dificilmente pernn tir a fusão da resina termoplástica no centro do fuso e a sua impregnação das fibras elementares. Esta falta de homogeneidade de impregna_ ção e,por consequência, o aprisionamento de ar entre as fibras não impregnadas vão constituir uma fonte de defeitos nas propriedades mecânicas do produto final.

Estes fenómenos são tanto mais importantes quan. to mais elevado for o número de rovings e maior for o perfil final.

Além disso, um tal processo, tendo em atenção as propriedades do policloreto de vinilo, não permite realizar um per. fil de policloreto de vinilo rígido reforçado com fibras compridas cojn tínuas. Nas condições do processo, a gelificação do policloreto de vinilo, particularmente no caso de ser isento de plastificante, é impos sível de se conseguir por simples elevação de temperatura sem risco de se verificar a degradação térmica. Ela efectua-se correntemente em dis_ positivos de malaxagem que originam um cisalhamento da matéria indis-3-

pensável à gelificação. Nas condições deste processo conhecido, a gelificação muito incompleta da matriz confere defeitos de envolvimento das fibras de reforço que originam perfis de qualidade medíocre e até mesmo a ruptura das fibras quando da extracção do perfil.

processo de acordo com a presente invenção,na técnica da pultrusão, permite conformar rovings cujas fibras eleme£ tares são praticamente todas elas impregnadas com resina termoplástica depois da eliminação máxima do ar ocluído entre as fibras.0 proce_s so consiste em impregnar rovings, isto é, mechas contínuas de fibras, com resina termoplástica de acordo com as técnicas conhecidas, em fazer circular o conjunto num conjunto aquecido de maneira a fundir a resina termoplástica e em se conformar depois a quente o perfil numa fileira apropriada para conferir ao perfil a sua forma sensivelmente fianl antes de o fazer passar numa segunda fieira arrefecida. A cara£ terística do processo consiste em esmagar os fusos de rovings, isto é, o conjuntos das mechas impregnadas com resina termoplástica no conr junto aquecido constituído por uma fieira plana cuja entrada diverge^ te é suficientemente grande para deixar passar o volume inicial dos fusos de rovings, permitindo o entreferro de espessura variável da fieira conferir ao conjunto impregnado à saída a forma de toalha de espessura mínima antes da conformação.

As figuras anexas permitem pormenorizar a cara£ terística do processo. A Figura 1 ilustra um fuso de rovings R con£ tituídos pela união de várias fibras F. Estes rovings de acordo com a presente invenção são impregnados com resina termoplástica antes da sua reunião para formar fusos.

Os fusos são introduzidos na fieira da Figura pela entrada alargada (1) e puxados e esmagados no entreferro de espessura variável (2). Na saída da fieira, a toalha (3), constitu_£ da por fibras impregnadas com resina termoplástica fundida, é dirigida em direcção ao conformador conhecido e já citado. De acordo com a

Figuar 3, a toalha sai da fieira plana cujo entreferro tem a secção

recta sensivelmente rectangular apresenta-se sob a forma de rovings esmagados estreitamente ligados uns aos outros cujas fibras elmentares estão impregnadas ccm resina termoplástica. Esta impregnação regu_ lar é a consequência do esmagamento que permite, por um lado, aumentar a superfície de permuta térmica e, por outro lado, eliminar ao máximo o ar ocluído no interior dos rovings e na sua junção. 0 entreferro, com a secção recta sensivelmente rectangular, é de geometria sensivelmente paralelepipédica rectangular na zona de saída.

ângulo de ligação alfa, representado na Figu_ ra 2, que corresponde à inclinação da zona de introdução entre o exterior e a parte horizontal do entreferro da fieira, permite assegurar uma fusão progressiva do polímero da superfície que desempenha então o papel de lubrificante.

comprimento da zona de introdução é o valor do ângulo de ligação podem variar de acordo com os polímeros consid^ rados e o volume de rovings previamente impregnados a introduzir.Um comprimento compreendido entre 35 e 50 mm e um ângulo compreendido en_ tre 1 e 20°, de acordo com os casos, parecem ser particularmente bem adaptados.

-50 comprimento da fieira deve ser tal que, em função da sua temperatura, inferior à temperatura de degradação tér. mica do polímero termoplástico, este último no centro da toalha à saída da mencionada fieira se encontre no estado fundido.

A espessura do entreferro da fieira é regulável

de maneira a ser possível realizar toalhas com espessuras variadas que originam perfis de volume mais ou menos importante. Esta regula ção da espessura pode fazer-se de acordo com qualquer meio que permita actuar sobre o afastamento do entreferro quer isso seja feito por sistemas de parafuso ou ainda de molas que permitam afastar ou aproxiamr as paredes opostas da fieira.

De acordo com a presente invenção, impregnam-se rovings de acordo com técnicas conhecidas, por exemplo desenrolando os rovings num leito fluidizado de polímero termoplástico sob a forma de pó fino; podem-se ainda revestir os rovings obtendo-os por extrusão através de uma fieira com a cabeça em esquadria permitindo revesti-los com uma camada de polímero; é também possível revestir os rovings com látex de polímero. Os rovings, como já se referiu,apre sentam-se sob a forma de mechas contínuas constituídas pela reunião de diversas fibras elementares. Estes rovings podem ser formados por fibras minerais ou orgânicas, sendo as fibras de vidro, de carbono e de aramidas as mais habitualmente utilizadas para o reforço dos materiais plásticos. Os rovings impregnados, reunidos em fusos, são introduzidos na fieira, anteriormente descrita, aquecida de maneira a fundir o polímero. A toalha que sai da fieira, mantida a uma tempera-6-

tura tal que o polímero que fica no estado fundido, é transportada para a fieira de conformação que dá à toalha a forma do perfil final que se pretende realizar.

Esta segunda fieira encontra-se, evidentemente, a uma temperatura suficiente para conservar o polímero suficientemente fluido para ser transformado. Não se exclui a possibilidade, sobre

tudo no caso da realização de perfis complexos ou vo1umosos,de se fazer a toalha sofrer uma pré-configuração progressiva antes de ser submetida à conformação final. A saída da fieira de conformação, o perfil atr_a vessa um conformador arrefecido cuja geometria de entrada é sensivelmente idêntica à geometria de saída da fieira de conformação.0 perfil é seguidamente colocado num banco de extracção onde é cortado com as dimensões pretendidas.

processo de acordo com a presente invenção é particularmente adaptado para a pultrusão de perfis maciços ou ocos com formas variadas à base de resinas termoplásticas reforçadas com r

fibras compridas contínuas. As resinas termoplásticas particularmente recomendadas podem ser escolhidas de entre as po1io 1efinas:po1ieti1enos de alta e baixa densidade, lineares de baixa densidade, ou polipropileno; os copolímeros de etileno/acetato de vinilo; o piliestireno, os copolímeros de acri lonitrilo/butadieno/estireno (ABS), o policloreto de vinilo, as poliamidas 6, 11, 12, 6-6, 6-10, os poliésteres, o copolímero sequenciado de poli-(éter-amida), os polímeros fluorados, a polissulfona, a polietersulfona, o policarbonato, os polímeros termoplásticos termoestáveis como polieteretercetona, sulfureto de poli-

fenileno, poleterimida, poli-(óxido de fenileno), polifenileno-éter ou ainda as suas misturas, os oligómeros termoplásticos funcionais reactivos por poliadição ou policondensação eventualmente com um co

-reagente.

Um outro interesse do processo de acordo com a invenção é a obtenção de um novo produto: um perfil de secção conse quente de policloreto de vinilo rígido reforçado com fibras compridas

contínuas e mais particularmente com fibras compridas de vidro. Os perfis de policloreto de vinilo de secção recta fraca reforçados com fibras compridas são conhecidos mas, pelas razões acima apontadas .devido às características do policloreto de vinilo, nunca foi possível realizar perfis de secção consequente, cujo comprimento das fibras de reforço corresponda de maneira contínua ao comprimento do perfil.

Os perfis obtidos de acordo com a presente invenção apresentam a característica de possuírem uma rigidez muito

grande. Além disso, a partir de tais perfis, sob a forma de varetas, fitas ou varas, é possível cortar elementos de comprimentos variáveis nos quais o comprimento das fibras de reforço corresponde ao compri mlento dos mencionados elementos.Estes-elementos recortados, uma vez fundidos, são vantajosamente transformados por extrusão, injecção-compressão ou compressão para conservar o comprimento final das fibras. 0 interesse reside num aumento substancial das propriedades de rigidez, resistência ao impacto, estabilidade dimensional e retenção destas propriedades a temperaturas elevadas.

Os seguintes exemplos ilustram a presente invenção sem a limitarem.

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-8EXEMPLO 1

São submetidos a um vazio pela parte exterior rovings de fibras de vidro impregnam-se depois com pó de poliamida 6 (ORGASOL 1002 D) por passagem através de um leito fluidizado.

A fusão do polímero efectua-se numa fieira plana e depois efectua-se a conformação do perfil final com 10 X 4 mm sucessivamente numa fieira quente de pré-conformação mantida à temperatura de 280°C e depois numa fieira de arrefecimento mantida a 22°C.

Para esta realização, a fieira plana que serve para a fusão possui a seguinte geometria:

. comprimento: 300 mm;

. largura: 100 mm;

.ângulo de ligação: 15°;

. comprimento da zona de introdução: 35 mm;

. entreferro: 1 mm;

. espessura à saída da fieira: 0,45 mm.

As fieiras de pré-conformação e arrefecimento têm umângulo de ligação igual ao 20° C ao longo de um comprimento de introdução de 5 mm.

Para realizar este perfi1,uti1izam-se 24 rovings de 2400 tex com referência VETROTEX R 099 5122 X 1. 0 nível de impregnação com pó em leito fluidizado é mantido constante a um nível de 46% em volume.

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’-ζ'

-9Ο volume de um roving de fibras de vidro antes da impregnação é igual a cerca de 0,45 X 4,5 mm. Depois da impre£ nação, o roving tem a forma de um fuso com o diâmetro igual a cerca de 8 a 10 mm. A velocidade de extracção é igual a cerca de 1m/minuto à saída.

A rigidez dos perfis assim fabricados é medida

por um método de flexão em três pontos de acordo com a Norma ASTM D

790. Mede-se o módulo de elasticidade E e a carga de tracção máxima .

A título comparativo, prepara-se um perfil i d ê_n tico por conformação directa fazendo passar os fusos de rovings impregnados com poliamida 6 num túnel com ar quente de maneira que a re sina à saída se encontra no estado fundido na zona central dos fusos.

Amassa de fibras envolvida com poliamida 6 furi dida é introduzida na fieira de conformação mantida à temperatura de 280°C.

A saída, o perfil é estirado na fieira de arrefecimento mantida a 22°C.

Os resultados obtidos são os seguintes:

	i i% de vidro em	Módulo de	1 'j Carga de tracção
	(volume no per	flexão	j máxima
	i f i 1	E (GPa)	! cr (MPa)
Ensaio com-	i		1 \|
parati vo	í 54 I	34	; 665
Ensaio de	i		I
acordo com	! 54	37	! 1007
a invenção	! 1		1 ι

EXEMPLO 2

Nas condições de aparelhagem e de processo do Exemplo 1, fabrica-se um perfil com a secção igual a 10 X 4 mm de policloreto de vinilo reforçado com fibras compridas contínuas de vidro. As condições específicas deste exemplo são as seguintes:

. pó de policloreto de vinilo com diâmetro médio igual a:100 yjn . quantidade de policloreto de vinilo impregnado: 63,1% em vo1 ume . temperatura da fieira plana: 200 °C . temperatura da fieira de conformação: 190°c . temperatura da fieira de arrefecimento: 15°C.

A fieira plana de fusão possui a seguinte geometria:

. comprimento: 200 mm;

. largura: 100 mm;

. ângulo de 1igação : 1° ;

. comprimento da zona de introdução: 50 mm;

. entreferro: 1 mm;

. espessura de saída da fieira: 0, 45 mm.

Nas condições da aparelhagem referidas no Exemplo 1 para o ensaio comparativo, não foi possível fabricar um perfil correcto com fibras compridas. A gelificação dos fusos de rovings é insuficiente

Um aumento da temperatura do túnel com ar quente provoca a degradação térmica da periferia do fuso do roving impregnado.

na zona central.

Nestas condições, a taxa de porosidade do perfil final é muito grande e as propriedades mecânicas são medíocres e pouco fiáveis.

Os resultados obtidos no caso de um perfil de acordo com a presente invenção são os seguintes para uma percentagem em volume de fibra^s de vidro igual a 36,9:

Módulo de flexão E (GPa) : 25,2

Carga de tracção máxima (5~ (MPa):476.

EXEMPLO 3

Nas condições de aparelhagem e de realização do processo descritas no Exemplo 1, fabrica-se um perfil com a secção igual a 10 X 4 mm, a partir de um pó de pré-polímero de poliamida 11 de mas_ sa molecular 4000.

A granulometria do pó está compreendida entre 80 e ^‘7 200 yum. Utiil izaram-se 18 rovings R 099 P 103 (VETROTEX) de 2400 tex.

A velocidade de extracção é igual a 0,5 m/minuto.

A subida em viscosidade do pré-polímero efectua-se in situ por aquecimento na fieira plana com eliminação de água antes da fieira de conformação.

As condições específicas do exemplo são as seguintes:

. quantidade de poliamida 11 impregnada:57,4% em volume; .temperatura da fieira plana: 270°C;

.temperatura da fieira de conformação: 240°C;

. temperatura da fieira de arrefecimento: 22°c.

A geometria da fieira plana é a seguinte:

. comprimento: 300 mm;

. largura: 100 mm;

. ângulo de ligação: 15°;

. comprimento da zona de introdução: 35 mm;

. entreferro: 1mm;

. espessura de saída da fieira: 0,45 mm.

Os resultados obtidos no caso do perfil são os seguintes, para uma percentagem em volume de fibras de vidro igual a 42,6:

Módulo de flexão E (GPa): 26,0.

Carga de tracção máxima (MPa): 450.

Claims

Reivindicações

1.- Processo para a fabricação de perfis de polímero termoplástico reforçados com fibras contínuas compridas que consiste, de acordo com a técnica da pultrusão, em impregnar mechas de fibras com resina termoplástica, em fazer passar estas mechas impregnadas através de um conjunto aquecido de maneira a fundir a resina e em conformar depois a quente o perfil numa fieira apropriada para lhe conferir a sua forma sensivelmente final antes de o fazer passar através de uma segunda fieira de arrefecimento, caracterizado pelo facto de se esmagar o conjunto das mechas impregnadas no conjunto aquecido constituído por uma fieira plana cuja entrada é suficientemente larga para deixar passar o volume inicial das mechas impregnadas, sendo o entreferro da referida fieira plana de espessura variável, permitindo que, na saída, o conjunto das mechas impregnadas assuma a forma de toalha de espessura mínima antes de se proceder à conformação.
2.- Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o entreferro da fieira plana de secção sensivelmente rectangular possuir uma geometria sensivelmente paralelepipédica rectangular na zona de saída.
3.- Processo de acordo com uma qualquer das reivindicafacto de o ângulo de ajustamento que corresponde ã inclinação da zona de introdução entre o exterior e a parte horizontal do entreferro da fieira plana estar compreendido entre 1 e 20°.
4.Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 3 , caracterizado pelo facto de as fibras das mechas inorgânicas as fibras de
5.ou orgânicas serem de preferência escolhidas entre vidro, de carbono ou de aramidas.

Fieira plana utilizada em pultrusão para fundir a resina termoplástica impregnada em mechas de fibras longas contínuas antes da conformação do conjunto, caracterizada pelo facto de possuir um entreferro de espessura variâvèl com a secção sensivelmente rectangular e de geometria sensivelmente paralelepipédica rectangular na zona de saída, estando o ângulo de ajustamento, correspondente â inclinação da zona de introdução entre o exterior e a parte horizontal do entreferro, compreendido entre 1 e 20°.
6.-15-

6.- Perfil de policloreto de vinilo rígido reforçado com fibras, caracterizado pelo facto de estas últimas se encontrarem sob uma forma longa contínua ao longo do comprimento do perfil obtido de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 5,

Lisboa, 17 de Fevereiro de 1988 : ir:-

-16RESUMO

Processo para a fabricação de perfis de polímero termoplástico por pultrusão - aparelhagem - produtos obtidos

A presente invenção refere-se a um processo para ã fabricação de perfis de polímero termoplástico reforçados com fibras compridas continuas por pultrusão. 0 processo consiste em, antes da conformação das mechas (rovings) impregnadas com resina termoplástica esmagar as referidas mechas (rovings)de maneira a formar uma toalha cujas fibras elementares das mechas ('Rovings) são impregnadas com resina termoplástica no estado fundido. A toalha é formada fazendo passar as mechas (rovings), depois ca impregnação com resina termoplástica, através de uma fieira plana de secção rectangular aquecida de maneira a esmagá-las forçando assim a resina fundida a penetrar entre as fibras. 0 processo aplica-se aos polímeros termoplásticos em geral mas permite igual, mente obter um novo perfil de policloreto de vinilo reforçado com fibras contínuas compridas.