Elemento constructivo de material compuesto de fibras y un procedimiento para su producción.

Elementos constructivos de material compuesto de fibras planos que contienen una capa de fibras que está impregnada con poliuretano,

pudiendo obtenerse el poliuretano a partir de una mezcla de reacción que se compone de

A) uno o varios poliisocianatos

B) uno o varios polioles

C) uno o varios poliepóxidos y

D) eventualmente aditivos,

presentando la mezcla a 35 °C una viscosidad de 50 a 500 mPas, determinada con un viscosímetro de rotación a 35 °C con una velocidad de cizalladura de 60 l/s, y una relación del número de grupos NCO con respecto al número de grupos OH del componente B) de 1,3:1 a 10:1 y una relación del número de grupos NCO con respecto al número de grupos epóxido del componente C) de 1,1:1 a 10:1.

Elemento constructivo de material compuesto de fibras y un procedimiento para su producción

La presente invención se refiere a elementos constructivos de material compuesto de fibras planos, que pueden obtenerse mediante impregnación de fibras con una mezcla de resina de reacción de poliisocianatos, poliepóxidos, polioles así como eventualmente aditivos, así como a un procedimiento para su producción.

Los plásticos reforzados con fibras se usan como material de construcción, dado que éstos presentan una alta resistencia mecánica unida a un bajo peso. A este respecto, el material de matriz se compone habitualmente de resinas de poliéster, resinas de éster vinílico y resinas epoxídicas insaturadas.

El documento DE4416323 describe mezclas de resinas de reacción termoendurecibles que contienen poliisocianatos orgánicos, compuestos orgánicos que presentan grupos epóxido y mezclas de determinadas aminas terciarias (catalizadores). Las mezclas de resinas de reacción se endurecen a temperaturas de hasta 8 °C y se endurecen posteriormente a temperaturas de 1 a 2 °C. Una desventaja en estas mezclas de resinas de reacción es que sólo endurecen a altas temperaturas y tienen largos tiempos de ciclo, lo que lleva a elevados costes energéticos y de producción.

El documento W28/147641 describe la producción de una composición endurecida, que se produce a partir de isocianatos bloqueados, una resina epoxídica y un catalizador, formándose al menos un anillo de oxazolidona e isocianurato. La composición puede usarse como laca o para la producción de materiales compuestos. En esta composición es desventajoso que en un proceso de varias etapas deba producirse en primer lugar el prepolímero de poliuretano, que entonces se hace reaccionar para dar un prepolímero bloqueado, que puede utilizarse como componente de resina reactivo.

El documento US548958 describe resinas poliepoxídicas que se obtienen a partir de una resina poliepoxídica a partir de un poliglicidil éter de un fenol y un endurecedor de oxazolidona con el uso de un endurecedor latente y acelerador. Los endurecedores de oxazolidona (prepolímeros de uretano terminados en epóxido) se producen a partir de un prepolímero de uretano terminado en NCO y un poliepóxido. El prepolímero de uretano terminado en NCO se produce a partir de un poliisocianato y un poliol. Los uretanos terminados en epóxido utilizados tienen viscosidades de hasta 4 a 6 Poise. Las resinas de poliepóxido se utilizan en la producción de placas de circuitos impresos. En este sentido es desventajoso que los uretanos terminados en epóxido utilizados tengan una alta viscosidad, lo que dificulta el procesamiento.

El documento US 6 42 493 B1 da a conocer en la columna 7, líneas 16-24, sistemas compuestos libres de disolvente, que se componen de un poliol, un poliepóxido y un poliisocianato. En la reivindicación 8 del documento US 6 42 493 B1 se también da a conocer, que el sistema de plástico se refuerza con fibras. En la columna 8, líneas 37-4 del documento US 6 42 493 B1 se da a conocer además que la mezcla presenta una viscosidad en el intervalo de 4-2 mPa.s.

Los materiales compuestos de fibras pueden utilizarse por ejemplo en la construcción de aeronaves, en la construcción de automóviles o en álabes de rotor de plantas eólicas.

Pueden utilizarse los procedimientos conocidos para la producción de elementos constructivos de material compuesto de fibras tales como por ejemplo laminación a mano, moldeo por inyección, procedimientos de inyección de resina (= Resin Transfer Moulding) o procedimientos de infusión soportados por vacío (por ejemplo VARTM (Vacuum Assisted Resin Transfer Moulding)) o la tecnología de prepreg.

Los procedimientos hasta el momento tienen la desventaja de que tarda mucho tiempo hasta que se endurece la mezcla de resina reactiva, lo que lleva a una baja productividad. Para aumentar la productividad es necesario reducir el tiempo de ciclo en la producción. A este respecto es importante que la mezcla de resina de reacción sea muy fluida durante mucho tiempo para impregnar por completo las fibras. Por otra parte el tiempo de endurecimiento será lo más corto posible para reducir el tiempo de ciclo. Por motivos económicos se desea una baja temperatura de endurecimiento, dado que de esta manera pueden ahorrarse costes energéticos.

Por lo tanto era objetivo de la presente invención proporcionar un material de matriz que permitiera una impregnación y humectación adecuadas de las fibras y que garantizara un endurecimiento rápido y propiedades mecánicas adecuadas.

Este objetivo pudo resolverse sorprendentemente mediante elementos constructivos de material compuesto de fibras, que pueden obtenerse a partir de capas de fibras y una mezcla de resina de reacción de poliisocianatos, poliepóxidos, polioles así como eventualmente aditivos habituales.

Son objeto de la invención elementos constructivos de material compuesto de fibras planos que contienen una capa de fibras que está impregnada con poliuretano, pudiendo obtenerse el poliuretano a partir de una mezcla de reacción que se compone de

A) uno o varios poliisocianatos

B) uno o varios polioles

C) uno o varios poliepóxidos y

D) eventualmente aditivos,

presentando la mezcla a 35 °C una viscosidad de 5 a 5 mPas, preferentemente de 7 a 25 mPas, de manera especialmente preferente de 7 a 15 mPas y una relación del número de grupos NCO con respecto al número de grupos OH del componente B) de 1,3:1 a 1:1, preferentemente de 1,5:1 a 3:1, y una relación del número de grupos NCO con respecto al número de grupos epóxido del componente C) de 1,1:1 a 1:1, preferentemente de 1,2:1 a 4:1.

El poliuretano utilizado de acuerdo con la invención no contiene en principio ningún grupo de oxazolidinona. Contra lo que sería de esperar aparecerán en cambio grupos oxazolidinona indeseados en el poliuretano por reacciones secundarias de orden inferior, de modo que su contenido se encuentra por debajo del 1 % en peso, con respecto a poliuretano. Los grupos oxazolidinona se generan cuando los poliisocianatos reaccionan con epóxidos.

La viscosidad se determina de manera correspondiente a los datos en la parte de ejemplos.

El elemento de construcción de material compuesto de acuerdo con la invención presenta preferentemente en un lado de la capa de fibras que contiene poliuretano una denominada capa de material distanciador y una capa de fibras que contiene poliuretano, que presenta preferentemente el mismo poliuretano que la capa de fibras mencionada en primer lugar.

Los elementos constructivos de material compuesto de fibras preferidos presentan en un lado de la capa de fibrsa que contiene poliuretano una o varias capas protectoras o decorativas. En el caso de las capas protectoras se trata preferentemente de una o varias capas de gelcoat, preferentemente de resinas de poliuretano (PUR), epoxídicas, resinas de áster vinílico o de poliéster insaturadas.

Un elemento constructivo de material compuesto de fibras preferido presenta en el lado opuesto a la capa de gelcoat de la capa de fibras que contiene poliuretano una denominada capa dlstanciadora, a la que le sigue una capa de fibras adicional que contiene poliuretano, que presenta preferentemente el mismo poliuretano que la capa de fibras mencionada en primer lugar.

Por ejemplo la capa distanciadora se compone de madera de balsa, espuma de PVC, espuma de PET o espuma de PUR. La capa distanciadora puede estar formada en toda la superficie o en parte de la superficie sobre la capa de fibras. Además un grosor diferente a lo largo de la superficie.

Se prefiere especialmente un elemento constructivo de material compuesto de fibras, que presenta en la capa de fibras un poliuretano que puede obtenerse a partir del 4-6 % en peso, preferentemente del 45-55 % en peso de poliisocianatos, del 1-45 % en peso, preferentemente del 15-4 % en peso de polioles, del 1-3 % en peso, preferentemente del 15-25 % en peso de poliepóxidos y del -5 % en peso, preferentemente del 1 -3 % en peso de aditivos, dando como resultado la suma de las partes en peso de los componentes el 1 % en peso.

El porcentaje de fibras en el elemento compuesto de fibras asciende preferentemente a más del 5 % en peso, de manera especialmente preferente más del 65 % en peso, con respecto al peso total del elemento constructivo de material compuesto de fibras. El porcentaje de fibras puede determinarse posteriormente en el caso de las fibras de vidrio por ejemplo mediante calcinación y controlarse la pesada.

Un objeto adicional de la invención es un procedimiento para la producción de los elementos constructivos de material compuesto de fibras planos de acuerdo con la invención, en el... [Seguir leyendo]

1. Elementos constructivos de material compuesto de fibras planos que contienen una capa de fibras que está impregnada con poliuretano, pudiendo obtenerse el poliuretano a partir de una mezcla de reacción que se compone de

A) uno o varios poliisocianatos

B) uno o varios polioles

C) uno o varios poliepóxidos y

D) eventualmente aditivos,

presentando la mezcla a 35 qC una viscosidad de 5 a 5 mPas, determinada con un viscosímetro de rotación a 35 °C con una velocidad de cizalladura de 6 l/s, y una relación del número de grupos NCO con respecto al número de grupos OH del componente B) de 1,3:1 a 1:1 y una relación del número de grupos NCO con respecto al número de grupos epóxido del componente C) de 1,1:1 a 1:1.

2. Elemento constructivo de material compuesto de fibras plano de acuerdo con la reivindicación 1, en el que en un lado de la capa de fibras que contiene poliuretano están presentes una o varias capas de gelcoat.

3. Elemento constructivo de material compuesto de fibras plano de acuerdo con la reivindicación 2, en el que en el lado opuesto a la capa de gelcoat de la capa de fibras que contiene poliuretano está presente una capa distanciadora, a la que le sigue una capa de fibras adicional que contiene poliuretano.

4. Elemento constructivo de material compuesto de fibras plano de acuerdo con la reivindicación 1, en el que en un lado de la capa de fibras que contiene poliuretano está presente una capa distanciadora, a la que le sigue una capa de fibras adicional que contiene poliuretano.

5. Procedimiento para la producción de los elementos constructivos de material compuesto de fibras planos de acuerdo con la reivindicación 1, en el que

a) se produce una mezcla de

A) uno o varios poliisocianatos

B) uno o varios polioles

C) uno o varios poliepóxidos y

D) eventualmente aditivos,

presentando la mezcla a 35 `C una viscosidad de 5 a 5 mPas y una relación del número de grupos NCO con respecto al número de grupos OH del componente B) de 1,3:1 a 1:1 y una relación del número de grupos NCO con respecto al número de grupos epóxido del componente C) de 1,1:1 a 1:1,

b) se dispone un material de fibras en una mitad de molde,

c) se introduce la mezcla producida en a) en el material de fibras de b) para la producción de un material de fibras impregnado,

d) se endurece el material de fibras impregnado a una temperatura de 2 a 12 °C, preferentemente de 7 a 9 °C.

6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que antes de la etapa b)

b) se introducen una o varias capas de gelcoat en la mitad de molde.

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que después de la etapa b) y antes de la etapa c) en la mitad de molde se introducen una capa de material distanciador y después una capa de material de fibras.

8. Uso de los elementos constructivos de material compuesto de fibras planos de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4 para la producción de álabes de rotor de plantas eólicas, para la producción de elementos constructivos de carrocería de automóviles o en la construcción de aeronaves, en elementos constructivos de la construcción de edificios o de carreteras (por ejemplo tapas de agujero de hombre) y otras estructuras sometidas a grandes cargas.