Estructura de tipo sándwich y artículo formado integrado que la utiliza.

Estructura de tipo sándwich (III) (8), que comprende un componente de núcleo (I)

(6, 11) y un componentereforzado con fibras (II) (7, 12) compuesto por fibras de refuerzo continuas (A) (15) y una resina de matriz (B) (16), ydispuesto en ambas superficies de dicho componente de núcleo (I) (6, 11), en la que dicho componente de núcleo (I)(6, 11) tiene huecos, un grosor comprendido entre 0,1 mm y 1,5 mm y un peso específico comprendido entre 0,01 y1,2; y la fuerza adhesiva entre dicho componente de núcleo (I) (6, 11) y dichos componentes reforzados con fibra (II)(7, 12), medida según la norma ASTM D 3846, es de 1 MPa o mayor, en la que dicho componente de núcleo (I) (6,11) está formado por una resina poliolefínica, y en la que se dispone una capa de resina poliolefínica modificada (14)entre dicho componente de núcleo (I) (6, 11) y dichos componentes reforzados con fibra (II) (7, 12), y en la que,además, una resina poliolefínica modificada que constituye dicha capa de resina poliolefínica modificada (14) seimpregna en haces de dichas fibras de refuerzo (A) (15) utilizadas en dicho componente reforzado con fibras (II) (7,12).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E12005970.

Solicitante: TORAY INDUSTRIES, INC..

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 1-1, NIHONBASHI-MUROMACHI 2-CHOME CHUO-KU TOKYO, 103-8666 JAPON.

Inventor/es: HONMA,Masato, TAKEBE,Yoshiki, TSUCHIYA,ATSUKI, ISHIKAWA,SYUJI.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PRODUCTOS ESTRATIFICADOS > PRODUCTOS ESTRATIFICADOS, es decir, HECHOS DE VARIAS... > Productos estratificados compuestos esencialmente... > B32B27/32 (teniendo poliolefinas)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Conformación de materiales compuestos, es decir,... > B29C70/08 (con combinaciones de distintos tipos de refuerzos fibrosos incorporados en una matriz, formando una o más capas, con o sin capas no reforzadas)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PRODUCTOS ESTRATIFICADOS > PRODUCTOS ESTRATIFICADOS, es decir, HECHOS DE VARIAS... > Productos estratificados caracterizados por la heterogeneidad... > B32B5/24 (siendo una de las capas fibrosa o filamentosa)

PDF original: ES-2443169_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Estructura de tipo sándwich y artículo formado integrado que la utiliza SECTOR TÉCNICO

La presente invención se refiere a un estructura de tipo sándwich con una ligereza, delgadez y rigidez excelentes. Más concretamente, una estructura de tipo sándwich, según la presente invención, presenta un componente reforzado con fibra dispuesto sobre cada una de las dos superficies de un determinado componente de núcleo y tiene propiedades especialmente excelentes de ligereza y delgadez.

Además, la presente invención se refiere a un artículo formado integralmente, en el que se integran un miembro que tiene forma plana y que comprende la estructura de tipo sándwich, y otro miembro con una forma que varía en la dirección del grosor. El artículo formado integralmente se puede utilizar preferentemente para aparatos eléctricos y electrónicos, equipos de ofimática, electrodomésticos, equipos médicos, piezas de automóvil, piezas de avión, materiales de construcción, etc.

TÉCNICA ANTERIOR

Con frecuencia se utilizan plásticos reforzados con fibra (PRF) , reforzados con un grupo de fibras de refuerzo continuas, como materiales de estructuras que requieren ligereza y propiedades mecánicas para aplicaciones como aparatos de transporte, incluidos aviones, automóviles, vehículos de dos ruedas y bicicletas, artículos deportivos, incluidos raquetas, palos de golf y cañas de pescar, estructuras arquitectónicas, incluidos materiales de refuerzo a prueba de terremotos, etc.

Como estructura ligera con propiedades mecánicas suficientes, se conoce una estructura de tipo sándwich en la que se dispone un componente de PRF sobre cada una de las superficies de un componente de núcleo ligero. Para reducir el peso de la estructura, se utiliza selectivamente un componente ligero de núcleo, utilizándose con frecuencia, como componente de núcleo, un núcleo de balsa, un núcleo de nido de abeja, un núcleo de espuma de uretano, etc. Además, dichas estructuras de tipo sándwich están diseñadas para satisfacer las propiedades mecánicas requeridas en la práctica y son ampliamente utilizadas como materiales estructurales secundarios de aviones y también como elementos de automóvil, elementos arquitectónicos, elementos de paneles, etc.

El documento de patente 1 da a conocer una estructura de tipo sándwich que presenta una espuma de resina termoendurecible como núcleo, considerándose dicha estructura útil como material arquitectónico ligero y de rigidez elevada. El documento de patente 2 da a conocer un panel de automóvil que comprende un panel de tipo sándwich y un refuerzo. El documento de patente 3 da a conocer un cuerpo para un aparato eléctrico o electrónico que se obtiene mediante la formación de una lámina multicapa de tipo sándwich.

Sin embargo, en estas estructuras de tipo sándwich, resulta difícil satisfacer los requisitos de delgadez y ligereza, y existe un límite para la producción en masa de un artículo de forma compleja con paredes delgadas. La estructura de tipo sándwich del documento de patente 1 no se puede utilizar para formar un artículo de forma compleja, ya que es una placa conformada. El panel de automóvil del documento de patente 2 puede tener cierta forma uniéndole un refuerzo, pero su aplicación a artículos moldeados grandes está limitada y no resulta adecuado para la producción en masa de un artículo de forma compleja con paredes delgadas.

La delgadez de una estructura de tipo sándwich se ve muy afectada por el grosor de su núcleo. Sin embargo, en una estructura de tipo sándwich convencional, el componente de núcleo generalmente tiene cierto grosor para potenciar el efecto de aumento de la rigidez, y todavía no se ha propuesto ningún componente de núcleo que satisfaga a la vez los requisitos de ligereza y delgadez y que tenga un excelente carácter práctico. En los componentes de núcleo convencionales conocidos, tales como un núcleo de balsa, un núcleo de nido de abeja o un núcleo de espuma de uretano, no resulta fácil producir un núcleo delgado, e incluso en el caso de que pueda producirse, los materiales mencionados presentan los inconvenientes de que, cuando son conformados en preformas, es fácil que se rompan, y de que no pueden resistir la deformación necesaria para el conformado, presentando un límite a la delgadez.

El documento de patente 3 da a conocer un cuerpo de aparato electrónico con una estructura de tipo sándwich, en la que se utiliza como componente de núcleo una lámina fibrosa no tejida impregnada con partículas huecas y una resina que más tarde se solidifica. En dicha estructura de tipo sándwich, la parte de núcleo tiene una estructura compacta impregnada con una resina que más tarde se solidifica. Por consiguiente, no tiene suficiente ligereza. Además, debido a la producción por lotes, esta técnica es económicamente desventajosa y no resulta adecuada para la producción en masa o para la producción de un artículo de forma compleja. Un elemento de forma compleja tiene, por ejemplo, una parte de bisagra dispuesta sobre una parte de pared levantada, una parte saliente o de nervadura, etc., y formar dichas partes con esta estructura resulta difícil en términos realistas.

Por otro lado, entre las aplicaciones de los PRF se incluyen cuerpos de aparatos eléctricos y electrónicos, tales como ordenadores personales, equipos de ofimática, equipos audiovisuales, teléfonos móviles, teléfonos, faxes,

electrodomésticos y juguetes. Estas aplicaciones requieren capacidad de producción en masa, capacidad de moldeo, productividad y eficiencia económica, y en los últimos años, además, delgadez y ligereza. Para satisfacer estos requisitos, se utilizan aleaciones de magnesio con una delgadez y una rigidez excelentes, pero, dado que los materiales metálicos tienen pesos específicos elevados, no son enteramente satisfactorios en cuanto a su ligereza. El documento de patente 4 da a conocer un cuerpo de aparato electrónico obtenido mediante la integración de un miembro de PRF plano y un miembro termoplástico, que garantiza la capacidad de producción en masa y tiene una delgadez, una rigidez y una ligereza excelentes. Se prevé que los aparatos electrónicos, tales como los ordenadores personales de tipo portátil, los teléfonos y los terminales informáticos, se harán cada vez más portátiles y que los usuarios de edad avanzada aumentarán más en el futuro. Por consiguiente, cada vez se exige más que estas cuerpos de aparatos electrónicos reduzcan aún más su peso.

Documento de patente 1: JP 5-138797 A, página 2, línea 1

Documento de patente 2: JP 2002-284038 A, página 2, línea 1

Documento de patente 3: JP 5-42620 A, página 2, línea 1

Documento de patente 4: JP 2004-140255 A, página 2, línea 1

El documento JP 11 300870 A da a conocer un tablero de tipo sándwich de plástico reforzado con fibra (PRF) que tiene una capa de material de núcleo y una capa de material de superficie, en el que un material de refuerzo de fibra de carbono se impregna con una resina y la zona individual de una parte defectuosa calculada por un método de ensayo no destructivo es inferior al 5% de la superficie del tablero de tipo sándwich, y el área total sumada de las partes defectuosas es inferior al 50% de la superficie del tablero de tipo sándwich.

El documento JP 7 112501 A da a conocer un cuerpo estructural laminado compuesto que tiene una capa de aislamiento térmico, por ejemplo de resina de polipropileno, entre un cuerpo laminado y una espuma de resina en un artículo moldeado.

El documento JP 2003 080648 da a conocer un procedimiento para producir un laminado de polipropileno. En dicho procedimiento, una película de polipropileno no orientado y una lámina espumada o de relleno formada... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Estructura de tipo sándwich (III) (8) , que comprende un componente de núcleo (I) (6, 11) y un componente reforzado con fibras (II) (7, 12) compuesto por fibras de refuerzo continuas (A) (15) y una resina de matriz (B) (16) , y dispuesto en ambas superficies de dicho componente de núcleo (I) (6, 11) , en la que dicho componente de núcleo (I) (6, 11) tiene huecos, un grosor comprendido entre 0, 1 mm y 1, 5 mm y un peso específico comprendido entre 0, 01 y 1, 2; y la fuerza adhesiva entre dicho componente de núcleo (I) (6, 11) y dichos componentes reforzados con fibra (II) (7, 12) , medida según la norma ASTM D 3846, es de 1 MPa o mayor, en la que dicho componente de núcleo (I) (6, 11) está formado por una resina poliolefínica, y en la que se dispone una capa de resina poliolefínica modificada (14) entre dicho componente de núcleo (I) (6, 11) y dichos componentes reforzados con fibra (II) (7, 12) , y en la que, además, una resina poliolefínica modificada que constituye dicha capa de resina poliolefínica modificada (14) se impregna en haces de dichas fibras de refuerzo (A) (15) utilizadas en dicho componente reforzado con fibras (II) (7, 12) .

2. Estructura de tipo sándwich (III) (8) , según la reivindicación 1, en la que dicho componente de núcleo (I) (6, 11) comprende un cuerpo esponjoso con celdas cerradas.

3. Estructura de tipo sándwich (III) (8) , según la reivindicación 1 o 2, en la que la viscosidad en fusión de dicha resina poliolefínica modificada, medida a 160ºC, está comprendida entre 10 Pa·s y 500 Pa·s.

4. Estructura de tipo sándwich (III) (8) , según la reivindicación 1, 2 o 3, en la que dicha resina poliolefínica modificada contiene el 20% en peso o más de una resina poliolefínica modificada con ácido con un índice de acidez de 10 o mayor.

5. Estructura de tipo sándwich (III) (8) , que comprende un componente de núcleo (I) (6, 11) y un componente reforzado con fibras (II) (7, 12) compuesto por fibras de refuerzo continuas (A) (15) y una resina de matriz (B) (16) , y dispuesto en ambas superficies de dicho componente de núcleo (I) (6, 11) , en la que dicho componente de núcleo (I) (6, 11) está compuesto por fibras de refuerzo discontinuas (41) y una resina termoplástica (43) ; filamentos de dichas fibras de refuerzo discontinuas (41) se cruzan entre sí para formar una estructura hueca; dicha resina termoplástica

(43) está dispuesta en zonas de cruce (42) de las fibras de refuerzo discontinuas (41) ; y dicho componente de núcleo (I) (6, 11) tiene un grosor comprendido entre 0, 1 mm y 1, 5 mm y un peso específico comprendido entre 0, 1 y 1, 0, en la que se dispone una capa de resina termoplástica entre una capa de dicho núcleo (I) (6, 11) y una capa de dichos componentes reforzados con fibras (II) (7, 12) ; y una resina termoplástica, que constituye dicha capa de resina termoplástica, tiene un punto de fusión o una temperatura de deformación bajo carga de 160ºC o inferior, y en la que dicha resina termoplástica que constituye dicha capa de resina termoplástica se impregna en haces de dichas fibras de refuerzo (A) (15) utilizadas en dicho componente reforzado con fibras (II) (7, 12) .

6. Estructura de tipo sándwich (III) (8) , según la reivindicación 5, en la que las zonas de cruce (42) de los filamentos de dicho componente de núcleo (I) (6, 11) recubiertos con dicha resina termoplástica (43) representan el 50% o más de todas las zonas de cruce (42) .

7. Estructura de tipo sándwich (III) (8) , según la reivindicación 5 o 6, en la que dicha resina termoplástica (43) tiene un punto de fusión o una temperatura de deformación bajo carga de 160ºC o superior.

8. Estructura de tipo sándwich (III) (8) , según la reivindicación 1 o 5, en la que dichas fibras de refuerzo (A) (15) son fibras de carbono.

9. Estructura de tipo sándwich (III) (8) , según la reivindicación 1 o 5, en la que dicha resina de matriz (B) (16) es una resina termoendurecible.

10. Artículo formado integralmente (3) , en el que una estructura de tipo sándwich (III) (8) , tal como se describe en la reivindicación 1 o 5, como primer miembro (1, 51) , y otro miembro estructural como segundo miembro (2, 52) , están unidos entre sí; dicho primer miembro (1, 51) tiene una forma plana; y dicho segundo miembro (2, 52) tiene una forma que varía en la dirección del grosor.

11. Artículo formado integralmente (3) , según la reivindicación 10, en el que dicho primer miembro (1, 51) y dicho segundo miembro (2, 52) están unidos entre sí mediante una capa adhesiva (54) .

12. Artículo formado integralmente (3) , según la reivindicación 11, en el que dicha capa adhesiva (54) está formada por una resina termoplástica.

13. Artículo formado integralmente (3) , según la reivindicación 12, en el que dicha capa adhesiva (54) está unida a dicho componente reforzado con fibras (II) (7, 12) ; y dicha resina termoplástica que constituye dicha capa adhesiva (54) , y dicha resina de matriz (B) (16, 59) , que se utiliza en dicho componente reforzado con fibras (II) (7, 12) están unidos entre sí con una rugosidad formada en la interfaz de unión.

14. Artículo formado integralmente (3) , según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en el que dicho segundo miembro (2, 52) es un miembro constituido por una composición de resina termoplástica.

15. Aparato eléctrico o electrónico, en el que se utiliza un artículo formado integralmente (3) , tal como se describe en 5 cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, para formar una pieza, un miembro o un cuerpo del mismo.

16. Procedimiento para preparar una estructura de tipo sándwich, tal como se describe en la reivindicación 1 o 5, que comprende una etapa de laminación que consiste en disponer un substrato térmicamente adhesivo (m) formado por una resina termoplástica en ambas superficies de un componente de núcleo (I) , y laminar y disponer un 10 componente preimpregnado, obtenido por impregnación de una resina termoendurecible como resina de matriz (B) , en haces de las fibras de refuerzo continuas (A) , sobre dichos substratos térmicamente adhesivos (m) , y una etapa de moldeo que consiste en disponer un laminado, obtenido en dicha etapa de laminación, en un molde y dejar que actúen el calor y la presión para el moldeo, en el que dicha resina termoplástica de dichos substratos térmicamente adhesivos (m) se impregna en dichos haces de dichas fibras de refuerzo (A) durante la reacción de curado de dicha

resina termoendurecible, o durante el precalentamiento anterior a la reacción de curado de dicha etapa de moldeo.

17. Procedimiento para preparar la estructura de tipo sándwich, según la reivindicación 16, en el que se lleva a cabo una etapa que consiste en disponer un substrato térmicamente adhesivo (n) formado por una resina termoplástica adicionalmente sobre una superficie de un laminado obtenido mediante dicha etapa de laminación; posteriormente,

dicho laminado cubierto con dicho substrato térmicamente adhesivo (n) se suministra a dicha etapa de moldeo; y dicha resina termoplástica de dicho substrato térmicamente adhesivo (n) se impregna en dichos haces de dichas fibras de refuerzo durante dicha reacción de curado de dicha resina termoendurecible, o durante el precalentamiento anterior a dicha reacción de curado.

18. Procedimiento para preparar un artículo formado integralmente, tal como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado porque una estructura de tipo sándwich (III) , tal como se describe en la reivindicación 1 o 5, como primer miembro, y otro miembro estructural como segundo miembro, se unen entre sí, como mínimo, por un método de integración que se selecciona entre el grupo formado por soldadura térmica, soldadura por vibración, soldadura por ultrasonidos, soldadura por láser, moldeo por inyección con inserciones y

moldeo por inyección con incrustaciones (“outsert”) .