Material compuesto.

Un material compuesto que comprende:

al menos un preimpregnado no curado,

comprendiendo dicho preimpregnado al menos una resina polimérica y almenos un refuerzo fibroso, y

una tinta conductora aplicada al menos a una superficie de dicho preimpregnado no curado;

en el que la tinta conductora tiene una tensión superficial inferior a la energía superficial de al menos una superficiede dicho preimpregnado al que se aplica la tinta.

Material compuesto

La presente invención se refiere a materiales compuestos y, particularmente, pero no exclusivamente, a materiales compuestos reforzados con fibra.

Generalmente, las películas adhesivas, las películas de revestimiento y los materiales preimpregnados (o, simplemente, los preimpregnados) basados en refuerzos de fibra muestran una conductividad eléctrica baja. La conductividad eléctrica mostrada es inferior a lo que es deseable para muchas aplicaciones de interés, tales como blindaje electromagnético o protección contra rayos en aeronaves. Los materiales que incorporan fibras de carbono sí que poseen una conductividad eléctrica substancial. Sin embargo, la trayectoria de conducción sólo es en la dirección de las fibras, y para la mayoría de las matrices poliméricas termoestables sólo hay una capacidad limitada para que la corriente eléctrica sea disipada en direcciones ortogonales.

Se han propuesto numerosas soluciones para superar el problema de conductividad eléctrica limitada. Tales intentos han incluido la aplicación de mallas, láminas y cables de metal “parasitarios” en los conjuntos reforzados con fibra. Una malla de metal, o lámina expandida, puede ser colocada en una superficie preimpregnada con preparación adecuada, y el conjunto resultante curado para formar un componente conductor. Sin embargo, los materiales usados para las mallas o láminas para incrementar la conductividad tienden a ser pesados, y degradan significativamente los aspectos mecánicos y estéticos del material compuesto. Por ejemplo, la malla de cobre tiene una superficie desigual, lo que a su vez requiere el uso de resina adicional antes de que la superficie pueda ser pintada satisfactoriamente. El uso consecuente de pintura adicional, que normalmente no es eléctricamente conductora, reduce por lo tanto la efectividad de la malla conductora.

Otra solución propuesta es el uso de materiales alternativos en el preimpregnado. La resina en un preimpregnado se puede hacer más conductiva eléctricamente mediante la adición de rellenos intrínsecamente conductores. Sin embargo, esto no tiene como resultado normalmente una conductividad mejorada en una dirección perpendicular a la dirección de las fibras de carbono, y meramente incrementa la conductividad en la dirección de fibra.

La presente invención busca proporcionar un material compuesto que tiene propiedades de conductividad eléctrica mejoradas en comparación con intentos previos como aquí se describe. La presente invención busca además proporcionar un método para hacer que el material compuesto tenga propiedades de conductividad eléctrica mejoradas.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un material compuesto que comprende:

al menos un preimpregnado no curado que comprende al menos una resina polimérica y al menos un refuerzo fibroso; y

una tinta conductora aplicada a al menos una superficie de dicho preimpregnado;

en el que la tinta conductora tiene una tensión superficial inferior a la energía superficial de al menos una superficie de dicho preimpregnado al que se aplica la tinta.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un método para preparar un material compuesto que comprende los pasos de:

proporcionar al menos un preimpregnado no curado que comprende al menos una resina polimérica y al menos un refuerzo fibroso; y

aplicar una tinta conductora a al menos una superficie de dicho preimpregnado;

en el que la tinta conductora tiene una tensión superficial inferior a la energía superficial de al menos una superficie de dicho preimpregnado al que se aplica la tinta conductora.

Sorprendentemente, se ha descubierto que aplicar una tinta con base de disolvente a un preimpregnado no curado no da como resultado la disolución de la resina del preimpregnado, causando por ello excesivo flujo del preimpregnado. Además, la tinta imprimida como líneas continuas en la superficie de preimpregnado da como resultado sorprendentemente la formación de líneas continuas de material eléctricamente conductor en el material curado final. La invención tiene aplicación particular, pero no exclusiva, en blindajes electromagnéticos y la fabricación de partes de aeronave.

La tinta conductora puede ser una tinta conductora con base de metal. En una realización de la invención, la tinta se proporciona como recubrimiento superficial (en las direcciones horizontales y y/o x) en cualquier patrón adecuado, por ejemplo al menos una línea y/o rejilla. Un patrón interconectado puede ser deseable. No es deseable proporcionar barras de material conductivo que se extienden (en la dirección z vertical) a través del preimpregando de una superficie a otra ya que esto podría afectar negativamente a las propiedades mecánicas del material curado final.

La tensión superficial de la tinta conductora está preferiblemente en el intervalo de 20 mN/m a 150 mN/m. Más preferiblemente, la tensión superficial está en el intervalo de 20 mN/m a 130 mN/m. Lo más preferiblemente, la tensión superficial de la tinta conductora está en el intervalo de 20 mN/m a 100 mN/m.

La tensión superficial se mide típicamente mediante el método de la placa de Wilhelmy en el que un rectángulo de vidrio (24 mm de anchura por 0, 15 mm de grosor) unido a una microbalanza es introducido en el líquido (siendo la velocidad de inmersión de la placa en el fluido de 80 micrones por segundo) , y la fuerza resultante en la placa se usa para calcular la tensión superficial: una alternativa es el método del anillo de du Nouy que sustituye un bucle de platino por la placa de vidrio.

La tinta conductora tiene una tensión superficial menor que la energía superficial de dicho preimpregnado al que se aplica la tinta conductora.

El análisis previo en el campo ha mostrado que las unidades de tensión superficial (N.m-1) son equivalentes a julios por metro cuadrado (J.m-2) . Esto significa que la tensión superficial también puede ser considerada como energía superficial. Si una superficie con tensión superficial ( se expande por unidad de área, entonces el incremento en la energía superficial almacenada es también igual a (. De esta forma, la tensión superficial de la tinta conductora y la energía superficial del preimpregnado son comparables.

La tensión superficial de la tinta conductora puede ser cambiada por adición de cualquier agente adecuado de alteración de tensión superficial. Preferiblemente, el agente de alteración de tensión superficial es seleccionado entre surfactantes, agentes humectantes, o una combinación de estos.

La tinta conductora con base de metal puede comprender cualquier metal adecuado para proporcionar una trayectoria de conducción eléctrica. El metal se selecciona más preferiblemente entre el cobre, oro, plata, o cualquier combinación de estos. El carbono, aunque no es un metal, puede también proporcionar un nivel adecuado de conductividad eléctrica en mezcla con un metal. Así, en una realización, la tinta conductora con base de metal es una tinta de carbono combinada con una tinta de plata.

La tinta conductora con base de metal puede comprender partículas de metal. Las partículas de metal pueden estar en forma de copos, esferas, dendritas, o cualquier otra forma adecuada.

El tamaño de las partículas de metal puede estar en el intervalo de 10 nm a 100 !m, más preferiblemente en el intervalo de 100 nm a 50 !m y lo más preferiblemente en el intervalo de 500 nm a 50 !m.

La tinta conductora puede comprender un sistema de aglutinante de resina.

El sistema de aglutinante de resina puede comprender una resina termoestable o termoplástica. El sistema de aglutinante de resina comprende más preferiblemente una resina termoestable.

El término “termoestable” incluye cualquier material adecuado que es plástico y normalmente líquido, polvo, o maleable antes del curado y está diseñado para ser moldeado en una forma final. Una vez curado, un termoestable no es adecuado para fundir y remoldear. Los materiales termoestables adecuados para la presente invención incluyen, pero no están limitados a, resinas basadas en fenol-formaldehído, urea-formaldehído, 1, 3, 5-triazin-2, 4, 6triamina (melamina) , poliésteres, polímeros epoxi, o cualquier combinación de estos.

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1. Un material compuesto que comprende:

al menos un preimpregnado no curado, comprendiendo dicho preimpregnado al menos una resina polimérica y al menos un refuerzo fibroso, y una tinta conductora aplicada al menos a una superficie de dicho preimpregnado no curado; en el que la tinta conductora tiene una tensión superficial inferior a la energía superficial de al menos una superficie

de dicho preimpregnado al que se aplica la tinta.

2. Un material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la aplicación de tinta conductora es únicamente en dicha superficie del preimpregnado.

3. Un material compuesto de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que la tinta conductora es una tinta conductora con base de metal.

4. Un material compuesto de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la tinta conductora con base de metal comprende metal seleccionado entre cobre, oro, plata, carbono, o cualquier combinación de estos.

5. Un material compuesto de acuerdo con la reivindicación 3 o la reivindicación 4, en el que la tinta conductora con base de metal comprende partículas de metal.

6. Un material compuesto de acuerdo con la reivindicación 5, en el que las partículas de metal tienen un tamaño en el intervalo de 10 nm a 100 !m.

7. Un material compuesto de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que la tensión superficial de la tinta conductora se cambia mediante la adición de un agente de alteración de tensión superficial.

8. Un material compuesto de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el agente de alteración de tensión superficial está seleccionado entre surfactantes, agentes humectantes, o una combinación de estos.

9. Un material compuesto de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que la tinta conductora comprende un sistema de aglutinante de resina.

10. Un material compuesto de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el sistema de aglutinante de resina comprende una resina termoestable o termoplástica.

11. Un material compuesto de acuerdo con la reivindicación 9 o la reivindicación 10, en el que el sistema de aglutinante de resina está seleccionado entre resinas epoxi, resinas acrílicas, resinas de viniléster, resinas fenólicas,

o cualquier combinación de estas.

12. Un método de hacer material compuesto, que comprende los pasos de:

proporcionar al menos un preimpregnado no curado que comprende al menos una resina polimérica y al menos un refuerzo fibroso, y aplicar una tinta conductora al menos a una superficie de dicho preimpregnado no curado; en el que la tinta conductora tiene una tensión superficial inferior a la energía superficial de al menos una superficie

de dicho preimpregnado al que se aplica la tinta conductora.

13. Un método de hacer un material compuesto de acuerdo con la reivindicación 12, en el que la tinta conductora se imprime en la superficie de dicho preimpregnado.

14. Un método de hacer un material compuesto curado que comprende los pasos de la reivindicación 12, y subsiguientemente curar el material compuesto.

15. Un método de hacer un material compuesto curado de acuerdo con la reivindicación 14, en el que la tinta conductora y el preimpregnado son ambos curados en el mismo paso de curado.