Material compuesto reforzado con fibras de carbono y preimpregnado.

Preimpregnado que contiene una fibra de carbono [A], una resina termoendurecible [B], una partícula o fibra de resina termoplástica [C] y una partícula o fibra conductora [D], en el que la relación en peso expresada mediante [contenido de [C]

(partes en peso)]/[(contenido de D (partes en peso)] es de 1 a 1000, y el preimpregnado, cuando se forma como un laminado mediante el apilamiento de los preimpregnados de manera que se coloca la partícula o fibra de resina termoplástica [C] y una partícula o fibra conductora [D] entre dos capas de fibra de carbono constituidas con la fibra de carbono [A] y la resina termoendurecible [B], tiene una conductividad en la dirección del espesor determinada según las siguientes etapas:

se tienden 24 capas de preimpregnados unidireccionales de manera quasi-isotrópica en constitución [+45°/0°/- 45°/90°] 3s, y se moldean en un autoclave a una temperatura de 180ºC durante 2 horas con una presión de 0,59 MPa y a una velocidad de calentamiento de 1,5ºC/min antes de endurecer a las 2 horas; para preparar 25 piezas de laminado de cada una de esta láminas, se corta una muestra con una longitud de 50 mm X 50 mm de anchura y se reviste por ambos lados con una pasta conductora; y se mide la resistividad en la dirección del laminado mediante el procedimiento de las cuatro sondas.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11186751.

Solicitante: TORAY INDUSTRIES, INC..

Nacionalidad solicitante: Japón.

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

Inventor/es: KAWASAKI,JUNKO, ARAI,Nobuyuki, NATSUME,Norimitsu, YOSHIOKA,Kenichi, TAKEZAKI,Hiroshi.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > PRODUCCION; PROCESOS GENERALES PARA FORMAR MEZCLAS;... > Fabricación de artículos o modelado de materiales... > C08J5/24 (Impregnación de materiales con prepolímeros que pueden ser polimerizados in situ , p. ej. fabricación de productos preimpregnados)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > COMPOSICIONES DE COMPUESTOS MACROMOLECULARES (composiciones... > C08L101/00 (Composiciones de compuestos macromoleculares no específicos)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > UTILIZACION DE SUSTANCIAS INORGANICAS U ORGANICAS... > Utilización de ingredientes caracterizados por su... > C08K7/06 (Elementos)

PDF original: ES-2470142_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Material compuesto reforzado con fibras de carbono y preimpregnado [Campo tïcnico]

La presente invenciïn se refiere a un material compuesto reforzado con fibras de carbono y preimpregnado que tiene conjuntamente una resistencia al impacto y conductividad excelentes.

[Tïcnica antecedente]

Los materiales compuestos reforzados con fibras de carbono son ïtiles debido a que tienen una resistencia, rigidez, conductividad, etc., excelentes, y se usan ampliamente como elementos estructurales en aeronaves, ïlabes de aerogeneradores, paneles externos en automociïn y usos en informïtica tales como en una bandeja IC o una carcasa de un ordenador portïtil y sus necesidades son crecientes aïo a aïo.

El material compuesto reforzado con fibra de carbono es generalmente un material no homogïneo obtenido moldeando un material preimpregnado del que un elemento constituyente esencial es la fibra de carbono, que es una fibra de refuerzo y una matriz de resina y, de acuerdo con esto, existe una gran diferencia entre las propiedades fïsicas segïn la direcciïn de disposiciïn de la fibra de refuerzo y las propiedades fïsicas de la otra direcciïn. Por ejemplo, se sabe que una resistencia al impacto expresada como una resistencia al impacto por caïda, ya que se determina mediante la resistencia a la deslaminaciïn que se mide cuantitativamente por la resistencia a la separaciïn de capas del borde de la intercapa, no tiene como resultado una drïstica mejora solo por el aumento de la resistencia de la fibra de refuerzo. En particular, los materiales compuestos reforzados con fibras de carbono cuya matriz de resina es una resina termoendurecible tienen, como reflejo de la baja tenacidad de la matriz de resina, la propiedad de romperse fïcilmente por una tensiïn procedente de una direcciïn diferente de la direcciïn de disposiciïn de la fibra de refuerzo. De acuerdo con esto, se proponen varios medios con objeto de mejorar las propiedades fïsicas del material compuesto para que sea capaz de resistir la tensiïn procedente de una direcciïn diferente de la direcciïn de disposiciïn fibra de refuerzo.

Como una de ellas, se propone un preimpregnado provisto de una capa de resina, en la que se han dispersado partïculas de resina sobre la regiïn superficial del preimpregnado. Se propone (consultar la referencia 1 de Patente) , por ejemplo, un procedimiento para proporcionar un material compuesto con elevada tenacidad con resistencia tïrmica excelente, usando un preimpregnado provisto de una capa de resina en la que se han dispersado partïculas constituidas por una resina termoplïstica tal como nylon en la regiïn superficial del preimpregnado. Y, a diferencia de esto, se propone (consultar la referencia 2 de Patente) un procedimiento para desarrollar un material compuesto de elevada tenacidad mediante una combinaciïn de una matriz de resina, en la que se ha mejorado la tenacidad aïadiendo un oligïmero de polisulfona y una partïcula que consiste en una resina termoendurecible. Sin embargo, estos procedimientos proporcionan por una parte una elevada resistencia al impacto en el material compuesto reforzado con fibra de carbono, pero por otra, dan como resultado la producciïn de una capa de resina que se convierte en una capa aislante de la intercapa. De acuerdo con esto, se produce un defecto de conductividad en la direcciïn del espesor, con lo que la conductividad, que es una de las caracterïsticas del material compuesto reforzado con fibra de carbono, disminuye significativamente, y es difïcil conseguir una excelente resistencia al impacto y una conductividad que sean compatibles en el material compuesto reforzado con fibra de carbono.

Ademïs, como procedimientos para mejorar la conductividad de la intercapa, se pueden considerar un procedimiento para combinar una partïcula metïlica en una matriz de resina de un material compuesto reforzado con fibra de carbono (consultar la referencia 3 de Patente) , o un procedimiento para combinar una partïcula de carbono (consultar la referencia 4 de Patente) , pero en estas referencias, no se hace referencia a la compatibilidad entre una resistencia al impacto y conductividad excelentes. [Referencia 1 de Patente] memoria descriptiva de la Patente de los Estados Unidos Nï 5.028.478 [Referencia 2 de Patente] JP-H3-26750A [Referencia 3 de Patente] JP-H6-344519A [Referencia 4 de Patente] JP-H8-34864A

[Divulgaciïn de la invenciïn]

[Problemas que se van a resolver mediante la invenciïn]

En tal caso, el objeto de la presente invenciïn es proporcionar un preimpregnado y un material compuesto reforzado con fibras de carbono que tenga una resistencia al impacto y una conductividad excelentes conjuntamente en la direcciïn del espesor.

[Medios para resolver los problemas]

El preimpregnado de la presente invenciïn tiene la siguiente constituciïn para conseguir el objetivo

anteriormente mencionado. Es decir, un preimpregnado segïn la reivindicaciïn 1.

Ademïs, el material compuesto reforzado con fibras de carbono de la presente invenciïn tiene la siguiente constituciïn para conseguir el objetivo anteriormente mencionado. Es decir, un material compuesto reforzado con fibras de carbono segïn la reivindicaciïn 8.

[Efecto de la invenciïn]

Mediante la presente invenciïn, es posible obtener un material compuesto reforzado con fibra de carbono que tiene una resistencia al impacto y una conductividad en conjunto excelentes. Mediante tïcnicas convencionales, ïnicamente es posible un material compuesto reforzado con fibra de carbono que tenga una baja conductividad cuando su resistencia al impacto sea elevada o que tenga una baja resistencia al impacto cuando su conductividad sea elevada, pero mediante la presente invenciïn, resulta posible proporcionar un material compuesto reforzado con fibra de carbono que satisfaga simultïneamente la resistencia al impacto y la conductividad.

[Breve explicaciïn de los dibujos]

[Figura 1] Un ejemplo de una vista en secciïn transversal de un preimpregnado representativo.

[Figura 2] Una grïfica que muestra la resistencia a la compresiïn tras el impacto y la resistividad volumïtrica en relaciïn con la relaciïn en peso expresada como [la Cantidad combinada de [C] (partes en peso) ] / [la Cantidad combinada de [D] (partes en peso) ].

[Explicaciïn de las referencias]

1: capa de fibra de carbono (intracapa)

2: capa interformativa (intercapa)

3: partïcula de resina termoplïstica 4: partïcula conductora 5. fibra de carbono 6: resina termoendurecible [Mejor modo de llevar a cabo la invenciïn]

Los inventores han descubierto de manera sorprendente que, como resultado de investigar duramente sobre el mecanismo de conductividad en la direcciïn del espesor de un material compuesto reforzado con fibra de carbono que consiste en una fibra de carbono y una resina termoendurecible, se puede obtener un material compuesto reforzado con fibra de carbono que tiene un alto nivel de resistencia al impacto y conductividad en conjunto excelentes sin disminuir el contenido de fibra de carbono mediante, adicionalmente a la partïcula o fibra de resina termoplïstica que por una parte proporciona una elevada resistencia al impacto a la parte de la intercapa pero que por otra da como resultado la producciïn de una capa de resina que se convierte en una capa aislante en la intercapa, mediante la introducciïn adicional de una partïcula o fibra conductora en una relaciïn en peso especificada y se genera un preimpregnado capaz de obtener dicho material compuesto reforzado con fibra de carbono.

El preimpregnado es un material base intermedio para moldear que se prepara impregnando una fibra de refuerzo con una matriz de resina, y en la presente invenciïn, se usa... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Preimpregnado que contiene una fibra de carbono [A], una resina termoendurecible [B], una partïcula o fibra de resina termoplïstica [C] y una partïcula o fibra conductora [D], en el que la relaciïn en peso expresada mediante [contenido de [C] (partes en peso) ]/