Hilado flexible de fibra de refuerzo, preimpregnado con resina.

Hilado preimpregnado consistente en un haz de filamentos de fibra de refuerzo con un interior del haz y una cara externa del haz

,

- en donde los filamentos de fibra de refuerzo están impregnados con una primera composición de resina infiltrada en el hilado preimpregnado y los filamentos del hilado preimpregnado están al menos parcialmente unidos por medio de la primera composición de resina y

- en donde la primera composición de resina contiene al menos dos resinas H1 y H2 de bisfenol A-epiclorhidrina en una proporción en peso H1:H2 de 1,1 a 1,4,

- en donde H1 tiene un índice de epóxido de 1.850 a 2.400 mmol/kg y un peso molecular medio MN de 800 a 1.000 g/mol y es sólida a temperatura ambiente, y

- H2 tiene un índice de epóxido de 5.000 a 5.600 mmol/kg y un peso molecular medio MN de <700 g/mol y es líquida a temperatura ambiente,

caracterizado por que

- el hilado preimpregnado tiene, referido a su peso total, de 0,1 a 2% en peso de la primera composición de resina y

- la primera composición de resina contiene además un polihidroxiéter aromático P1, que tiene un índice de acidez de 40 a 55 mg de KOH/g y un peso molecular medio MN de 4.000 a 5.000 g/mol, y por que

- el hilado preimpregnado tiene en la cara externa del haz una segunda composición de resina en forma de partículas o gotas adheridas a los filamentos de fibra de refuerzo,

- en donde la segunda composición de resina es sólida a temperatura ambiente, tiene una temperatura de fusión en el intervalo de 80 a 150°C y está presente sobre la cara externa del haz en una concentración de 0,5 a 10% en peso, referida al peso total del hilado preimpregnado,

- en donde al menos 50% de la superficie de la cara externa del haz está libre de la segunda composición de resina y

- en donde el interior del haz está libre de la segunda composición de resina.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2012/064255.

Solicitante: TOHO TENAX EUROPE GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: KASINOSTRASSE 19-21 42103 WUPPERTAL ALEMANIA.

Inventor/es: SCHNEIDER, MARKUS, WOHLMANN,BERND, STÜSGEN,SILKE, WITZEL,SILKE.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > PREPARACION O PRETRATAMIENTO DE MATERIAS A CONFORMAR;... > Pretratamiento de la materia a trabajar no cubierto... > B29B15/10 (Revestimiento o impregnación (aplicación de líquido, en general B05))
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > PRODUCCION; PROCESOS GENERALES PARA FORMAR MEZCLAS;... > Fabricación de artículos o modelado de materiales... > C08J5/04 (Refuerzo de compuestos macromoleculares con materiales fibrosos desunidos o coherentes)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > PREPARACION O PRETRATAMIENTO DE MATERIAS A CONFORMAR;... > Pretratamiento de la materia a trabajar no cubierto... > B29B15/12 (de agentes de refuerzo de longitud indefinida)

PDF original: ES-2546745_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Hilado flexible de fibra de refuerzo, preimpregnado con resina La invención se refiere a un hilado preimpregnado, consistente en un haz de filamentos de fibra de refuerzo con un interior del haz y una cara externa del haz, en donde los filamentos de fibra de refuerzo están impregnados con una primera composición de resina infiltrada en el hilado preimpregnado, que repetidamente se puede fundir y llevar al estado sólido por enfriamiento hasta la temperatura ambiente. La invención se refiere además a una estructura textil que comprende un hilado de este tipo.

Especialmente en el campo de la industria aeroespacial, pero también por ejemplo en el campo de la ingeniería mecánica, la industria de la energía eólica o la industria del automóvil, se emplean en creciente medida componentes hechos de materiales compuestos fibrosos. Comparados con el metal, los materiales compuestos fibrosos ofrecen a menudo la ventaja de un menor peso y/o mayor resistencia. Al mismo tiempo, constituye un aspecto esencial la producción rentable de tales componentes de material compuesto mecánicamente resistentes y, sin embargo, ligeros. Con vistas a la resistencia mecánica, es decir, con vistas a la rigidez y la solidez, la fracción de volumen ocupada por las fibras de refuerzo y especialmente también la orientación de las fibras de refuerzo tienen una influencia considerable en los componentes dematerial compuesto.

Un procedimiento de fabricación frecuentemente utilizado se basa actualmente en la llamada tecnología de preimpregnación. En ella se disponen, por ejemplo de manera mutuamente paralelas, las fibras de refuerzo como, por ejemplo, fibras de vidrio o fibras de carbono, se embeben en una resina de matriz y se elaboran para obtener productos semiacabados en forma de cinta. Para la fabricación de componentes se cortan estas cintas según el contorno del componente, y se estratifican capa por capa mecánicamente o a mano en un útil, teniendo en cuenta la orientación de las fibras de refuerzo requerida para las cargas del componente. A continuación se realiza el curado de la matriz bajo presión y temperatura en un autoclave. Por regla general, los "preimpregnados" (otro nombre para los materiales con fibras preimpregnadas, abreviadamente "prepegs" en inglés) tienen ya los dos componentes (fibra y resina de matriz) en la proporción final de mezcla y, por lo tanto, ya son rígidos aun en forma de producto semiacabado. Para evitar reacciones prematuras no deseadas, este material debe además almacenarse en frío, y aun así sólo admite un tiempo de almacenamiento limitado. Debido a su rigidez y a su producción como material en rollo ancho, las aplicaciones de los preimpregnados se limitan a componentes de gran superficie y casi planos. La resina de matriz ya presente no permite la elaboración textil ni la colocación sin arrugas de los preimpregnados siguiendo, por ejemplo, radios estrechos o sobre geometríasfuertemente curvadas.

Se describen ejemplos de consecución de productos de hilado impregnados dotados de facilidad de elaboración textil mejorada, por ejemplo, en los documentos US-A-5 275 883 y US-A-4 614 678, que describen hilados de fibra de refuerzo dotados de un revestimiento. Según estos documentos, primeramente se cargan los hilados de fibra de refuerzo con una mezcla de un polímero en polvo y, a continuación, se revisten preferiblemente con una envoltura de un polímero termoplástico, a fin de estabilizar en el interior el polímero en polvo. Aunque estos materiales de hilado tienen ciertamente un cierto grado de flexibilidad, debido a la envoltura termoplástica continua siguen siendo relativamente rígidos, y por lo tanto son adecuados sólo de manera limitada para, por ejemplo, procedimientos de elaboración ulterior de productos textiles.

Se describen productos similares en el documento EP-A 0 554 950 A1, que se refiere a un procedimiento en el cual primeramente se impregna con un polímero termoplástico en polvo un haz abierto de hilado de fibras de refuerzo y, a continuación, al haz de fibras impregnado se le dota de una envoltura continua de un polímero termoplástico. Se calandra el haz envuelto resultante, a una temperatura por encima de la temperatura de reblandecimiento del material termoplástico, tras de lo cual se corta finalmente el haz para proporcionar un granulado. El granulado sirve para preparar cuerpos dematerial compuesto, mediante procedimientos como, por ejemplo, la extrusión o el moldeo por inyección.

En el documento EP-A-0 814 916 B1 se describen los denominados "preimpregnados de hilado" ("towpregs" en inglés) que son adecuados para el uso en procesos de preformado textil, contándose entre tales procesos de preformado textil, entre otros, los procesos de tejedura, trenzado o tricotado o bien procesos de devanado ("filament winding" en inglés) , o bien se pueden elaborar para proporcionar corte de pequeña longitud. Los preimpregnados de hilado del documento EP-A-0 814 916 B1 comprenden una pluralidad de fibras y un revestimiento de resina de matriz, estando estructuradas las fibras en una disposición de fibras interiores, que esencialmente están libres de resina de matriz, y fibras exteriores, estando las fibras exteriores al menos parcialmente incrustadas en una envoltura no continua de la resina de matriz. La preparación de los preimpregnados de hilado se realiza mediante la aplicación de una partícula pulverulenta de la resina de matriz sobre las fibras exteriores y subsiguiente fusión parcial de las partículas de resina de matriz. La resina de matriz empleada puede ser un durómero o un material termoplástico.

También el documento US-A-6 228 474 se refiere a la producción de preimpregnados de hilado a partir de haces de fibra de refuerzo impregnados con una composición de resina epoxídica, situándose la proporción de resina en los preimpregnados de hilado en el intervalo de 20 a 50% en peso. En una realización, la composición de resina epoxídica puede comprender dos o más resinas epoxídicas y una mezcla de resinas epoxídicas mono-o

bifuncionales con trifuncionales o demayor funcionalidad. Esta composición de resina epoxídica comprende además partículas finas de un material de caucho insoluble en las resinas epoxídicas, así como componentes endurecedores para las resinas epoxídicas.

Los preimpregnados de hilado deben tener una proporción suficientemente elevada de resina de matriz, típicamente más de 15% en volumen, a fin de permitir la consolidación para formar estructuras de componente esencialmente exentas de cavidades o poros, sin que haya que añadir más resina de matriz. Tales preimpregnados de hilado presentan ciertamente una mayor flexibilidad en comparación con preimpregnados en forma de cinta. Sin embargo, debido sobre todo a su alta proporción de resina de matriz, no son ulteriormente elaborables en procesos textiles más que de forma limitada. Por otra parte, la presencia de la resina dematriz origina en la mayoría de los casos una pegajosidad incrementada de los preimpregnados de hilado, lo que da lugar a un mayor coste en la manipulación de estos preimpregnados de hilado. Además, para evitar un curado incontrolado de la resina de matriz se requiere por lo general un enfriamiento prolongado del preimpregnado de hilado hasta el momento de su elaboración ulterior. Por último, los preimpregnados de hilado presentan inconvenientes en caso de la producción de estructuras tridimensionales y, por ejemplo, no se pueden remoldear repetidamente.

Además, el documento EP-A-855 704 describe un preimpregnado de fibra de carbono que tiene sobre su cara externa partículas termoplásticas, para dar al preimpregnadouna cierta pegajosidad.

Se producen en número creciente componentes de material compuesto fibroso a base de fibras de refuerzo a través de las... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Hilado preimpregnado consistente en un haz de filamentos de fibra de refuerzo con un interior del haz y una cara externa del haz, -en donde los filamentos de fibra de refuerzo están impregnados con una primera composición de resina infiltrada en el hilado preimpregnado y los filamentos del hilado preimpregnado están al menos parcialmente unidos por medio de la primera composición de resina y -en donde la primera composición de resina contiene al menos dos resinas H1 y H2 de bisfenol A-epiclorhidrina en una proporción en peso H1:H2 de 1, 1 a 1, 4, -en donde H1 tiene un índice de epóxido de 1.850 a 2.400 mmol/kg y un peso molecular medio MN de 800 a

1.000 g/mol y es sólida a temperatura ambiente, y

- H2 tiene un índice de epóxido de 5.000 a 5.600 mmol/kg y un peso molecular medio MN de <700 g/mol y es líquida a temperatura ambiente, caracterizado por que -el hilado preimpregnado tiene, referido a su peso total, de 0, 1 a 2% en peso dela primera composición de resina y -la primera composición de resina contiene además un polihidroxiéter aromático P1, que tiene un índice de acidez de 40 a 55 mg de KOH/g y un peso molecular medio MN de 4.000 a 5.000 g/mol, y por que -el hilado preimpregnado tiene en la cara externa del haz una segunda composición de resina en forma de partículas o gotas adheridas a losfilamentos de fibra derefuerzo, -en donde la segunda composición de resina es sólida a temperatura ambiente, tiene una temperatura de fusión en el intervalo de80 a 150°C y está presente sobrela cara externa del haz en una concentración de0, 5 a 10% en peso, referida al peso total del hilado preimpregnado, -en donde al menos 50% de la superficie de la cara externa del haz está libre de la segunda composición de resina y -en donde el interior del haz está libre de la segunda composición de resina.

2. Hilado preimpregnado según la reivindicación 1, caracterizado por que la primera composición de resina contiene las resinas H1 y H2 de bisfenol A-epiclorhidrina con respecto al polihidroxiéter aromático P1 en una proporción en peso (H1+H2) :P1 de 0, 05 a 0, 8.

3. Hilado preimpregnado según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la primera composición de resina está presente en una concentración de 0, 4 a 1, 2% en peso, referida al peso total del hilado preimpregnado.

4. Hilado preimpregnado según una o varias de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la segunda composición de resina contiene en al menos 50% en peso una resina H3 de bisfenol A-epiclorhidrina con un índice de epóxido de 480 a 645 mmol/kg y un peso molecular medio MN de 2.700 a 4.000 g/mol, un polihidroxiéter aromático P2, una poliamida, un polietileno, un copolímero de etileno o una resina de poliuretano termoplástica o mezclas de estos compuestos.

5. Hilado preimpregnado según una o varias de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la segunda composición de resina presenta a una temperatura de 20°C por encima de la temperatura de fusión una firmeza de adhesión de al menos 5 N, referida a una superficie de pegadura con un diámetro de 25mm.

6. Hilado preimpregnado según una o varias de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que las partículas o gotas de la segunda composición de resina adheridas a los filamentos de fibra de refuerzo tienen un tamaño inferior a 300 µm.

7. Hilado preimpregnado según la reivindicación 6, caracterizado por que las partículas o gotas de la segunda composición de resina adheridas a los filamentos de fibra derefuerzo tienen un tamaño medio en el intervalo de 20 a 150 µm.

8. Hilado preimpregnado según una o varias de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que la concentración de la segunda composición de resina es mayor quela de la primera composición de resina.

9. Hilado preimpregnado según una o varias de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que la concentración total de primera composición de resina y segunda composición de resina, referida al peso total del hilado preimpregnado, se sitúa en el intervalo de 2 a 7% en peso.

10. Hilado preimpregnado según una o varias de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que la primera

composición deresina y/o la segunda composición de resinaestán exentas de endurecedores.

11. Hilado preimpregnado según una o varias de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que el hilado es un hilado de fibra de carbono que se ha obtenido de productos de brea, poliacrilonitrilo, lignina o viscosa, o un hilado de fibra de aramida, vidrio, cerámica o boro, un hilado de fibra sintética o un hilado de fibra natural, o una combinación deunaomásdeestasfibras.

12. Hilado preimpregnado según una o varias de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que se presenta como una cinta plana que tiene una relación de anchura de hilado a grosor de hilado de al menos 20.

13. Hilado preimpregnado según la reivindicación 12, caracterizado por que la cinta plana tiene una relación de anchura de hilado a grosor de hilado en el intervalo de 25 a 60.

14. Estructura textil que comprende hilados preimpregnados según una o varias de las reivindicaciones 1 a 13.

15. Estructura textil según la reivindicación 14, caracterizada por que los hilados preimpregnados están unidos entre sí en puntos de contactomutuo al menos por medio de la segunda composición de resina.