Materiales compuestos impregnados con metales y sus métodos de preparación.

Un método de preparación de un material compuesto impregnado con metal,

el método que comprende:

seleccionar estratos comprendidos de un material de refuerzo, el material de refuerzo que tiene fibras de refuerzodensamente empaquetadas con espacios inter-fibras discontinuos;

aplicar un polímero y particulados metálicos a los estratos;

someter simultáneamente al polímero y a los estratos que contienen el particulado metálico a un campomagnético orientado para facilitar la inclusión de los particulados metálicos en los estratos y a fuerzas devibración; y

consolidar el polímero y los estratos que contienen el particulado metálico con calor y presión.

Materiales compuestos impregnados con metales y sus métodos de preparación

Campo de la invención La presente invención se refiere de forma general a materiales compuestos. Más en particular, la presente invención se refiere a materiales compuestos impregnados con particulados metálicos.

Antecedentes Existe un creciente interés en los materiales compuestos para una amplia variedad de aplicaciones debido a sus propiedades de peso ligero y alta resistencia comparable a los metales. Los materiales compuestos se pueden diseñar mediante la selección apropiada de los componentes de los materiales compuestos, tales como el 15 componente de refuerzo y el componente de resina, para producir materiales diseñados con las propiedades deseadas. En general, los materiales de refuerzo de los materiales compuestos no son buenos conductores térmicos o eléctricos. Asimismo, los componentes de resina tampoco son buenos conductores eléctricos o térmicos.

Los materiales compuestos ahora encuentran más aplicaciones como "paneles superficiales", por ejemplo, en la aviación o en automóviles, en los que la resistencia y un peso ligero son factores deseables. En la aviación, en particular, la sustitución de materiales compuestos de peso ligero y alta resistencia que cumplan las especificaciones aeronáuticas para metales por lo general produce aeronaves con un peso reducido. Como consecuencia de la reducción del peso, se puede aumentar la carga útil de la aeronave y/o se puede reducir el consumo de combustible. El consumo de combustible y la carga útil son quizás los dos factores más fundamentales en la economía del

transporte aéreo.

No obstante, los materiales compuestos tienen algunas limitaciones impuestas por su propia naturaleza. Por ejemplo, los materiales compuestos laminados que comprenden capas de materiales compuestos [denominados "preimpregnados" cuando se impregnan con una resina] consolidadas conjuntamente, se pueden deslaminar. Esto 30 puede hacerse más evidente cuando se considera la Figura 1, que muestra un ejemplo de estratificado para un panel compuesto. Una serie de "preimpregnados" 10, 12, 14, que son láminas de material compuesto impregnadas con un polímero orgánico, se apilan en una prensa para su consolidación con calor y presión. Aunque sólo se muestran tres preimpregnados, evidentemente el número N de preimpregnados se puede modificar. En el ejemplo, la orientación de la dimensión longitudinal del material de refuerzo (que pueden ser fibras) en cada preimpregnado 35 se muestra mediante flechas dobles 20, 22 y 24. La deslaminación ocurre cuando se produce la separación entre las capas del laminado consolidado 30 ilustrado en la Figura 2, tal como entre la capa 10 y 12, por ejemplo, provocando una separación dentro de la estructura laminada. La deslaminación se puede extender con el tiempo para llegar a ser tan grave que el material compuesto deba ser reemplazado. Además, los materiales compuestos, debido a las propiedades de sus componentes de refuerzo y poliméricos, por lo general tienen una mala conductividad térmica.

Esto es así en particular en dirección perpendicular a la longitud del componente de refuerzo, es decir, a lo largo de un espesor 32 del material compuesto 30, como se muestra mediante las flechas 35 en la Figura 3. Esta dirección con frecuencia se denomina como "conductividad térmica a través del compuesto", en oposición a la "conductividad térmica a lo largo del compuesto", mostrada por las flechas 38. Además, los materiales compuestos también tienen por lo general una mala conductividad eléctrica a través del compuesto.

Por consiguiente, es deseable proporcionar materiales compuestos con una conductividad térmica a través del compuesto y una conductividad eléctrica a través del compuesto mejoradas. Además, es deseable que estos materiales compuestos tengan una resistencia a la deslaminación mejorada. Además, otras características y rasgos deseables de la presente invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada y las 50 reivindicaciones anexas, tomadas junto con los dibujos acompañantes y el campo técnico y antecedentes anteriores.

El documento WO 2008/101731 A1 desvela un método de producción para artículos moldeados fabricados de materiales compuestos de fibra. Materiales de partida con forma de tiras que comprenden fibras de refuerzo y una resina termofijadora o termoplástica se empujan o se impulsan de forma continua.

Breve sumario Las realizaciones ejemplares proporcionan métodos de preparación de un material compuesto impregnado con metal. Los métodos pueden incluir la selección de estratos constituidos de un material de refuerzo que tiene fibras 60 de refuerzo densamente empaquetadas con espacios inter-fibras discontinuos. El polímero y los particulados metálicos se aplican a los estratos. Los estratos que contienen el polímero y el particulado metálico se someten simultáneamente (1) a un campo magnético orientado para facilitar la inclusión de los particulados metálicos en los estratos y (2) a fuerzas de vibración. A continuación, los estratos que contienen el polímero y el particulado metálico se consolidan con calor y presión.

La etapa de aplicación del polímero y los particulados metálicos puede comprender la aplicación de un fluido polimérico cargado con particulados metálicos, en concreto particulados metálicos de tamaño nanométrico. La etapa de aplicación además puede comprender la aplicación de un fluido polimérico cargado con particulados de níquel o de aleaciones de níquel de tamaño nanométrico, y donde la etapa de sometimiento simultáneo a un campo magnético y a fuerzas de vibración comprende el sometimiento simultáneo a un campo magnético que tiene una intensidad en el intervalo de 200 a 30.000 y a fuerzas de vibración mediante un ultrasonicador en un intervalo de potencia aplicada entre 5 W/litro y 750 W/litro.

La etapa de sometimiento simultáneo a un campo magnético y a fuerzas de vibración puede comprender el sometimiento simultáneo a un campo magnético que tiene una intensidad en el intervalo de 20 Gauss a 100.000 Gauss.

La etapa de sometimiento simultáneo a un campo magnético puede comprender el sometimiento simultáneo a un campo magnético que tiene una intensidad en el intervalo de 200 Gauss a 30.000 Gauss, y el ciclo periódico de encendido y apagado del campo magnético, tras lo cual el material compuesto impregnado con metal se puede manipular con máquinas para producir paneles aeronáuticos.

Breve descripción de los dibujos Las diversas realizaciones se describirán a continuación junto con las siguientes figuras, donde números análogos denotan elementos análogos en todas las figuras.

La Figura 1 es una ilustración en perspectiva de un estratificado de la técnica anterior para un panel compuesto;

La Figura 2 es una ilustración en perspectiva de un panel compuesto de la técnica anterior;

La Figura 3 es una vista desde un extremo de parte de una sección transversal a través del panel de la Figura 2; y La Figura 4 es un diagrama de bloques que ilustra las etapas del proceso de acuerdo con una realización ejemplar para la preparación de un material compuesto impregnado con metal.

Descripción detallada La siguiente descripción detallada es de naturaleza meramente ilustrativa y no se pretende que limite las realizaciones descritas o la aplicación y usos de las realizaciones descritas. Además, no hay ninguna intención de estar limitado por ninguna teoría expresada o implícita presentada en los anteriores campo técnico, antecedentes, y

breve sumario o en la siguiente descripción detallada.

Aunque, en aras de la brevedad, a continuación se describirán principalmente paneles compuestos elaborados de varias capas, la tecnología desvelada y descrita se aplica también a otras estructuras de materiales compuestos.

Como se ha explicado anteriormente, los materiales compuestos por lo general tienen una mala conductividad térmica en una dirección "a través del material compuesto" como se ilustra mediante las flechas 35 en la Figura 3. Cuando dicho material compuesto se expone a temperaturas superiores en una cara 40 que en la cara opuesta 42, y la transferencia de calor a través del material compuesto es lenta e ineficiente, la cara 40 tendrá una mayor temperatura que la cara 42. En consecuencia, la expansión inducida por el calor provocará unos mayores cambios 45 dimensionales sobre y cerca de la cara 40 que sobre o cerca de la cara 42. Al contrario, si la cara 40 se expone posteriormente a condiciones frías, la contracción inducida por la temperatura sobre y cerca de la cara 40 será superior que sobre o cerca de la cara 42. Existe la... [Seguir leyendo]

1. Un método de preparación de un material compuesto impregnado con metal, el método que comprende:

seleccionar estratos comprendidos de un material de refuerzo, el material de refuerzo que tiene fibras de refuerzo densamente empaquetadas con espacios inter-fibras discontinuos; aplicar un polímero y particulados metálicos a los estratos; someter simultáneamente al polímero y a los estratos que contienen el particulado metálico a un campo magnético orientado para facilitar la inclusión de los particulados metálicos en los estratos y a fuerzas de vibración; y consolidar el polímero y los estratos que contienen el particulado metálico con calor y presión.

2. El método de la reivindicación 1, donde la aplicación del polímero y los particulados metálicos comprende la aplicación de un fluido polimérico cargado con particulados metálicos. 15

3. El método de la reivindicación 2, donde la aplicación comprende la aplicación de un fluido polimérico cargado con particulados metálicos de tamaño nanométrico.

4. El método de la reivindicación 1, donde la etapa de sometimiento simultáneo a un campo magnético y a fuerzas

de vibración comprende el sometimiento simultáneo a un campo magnético que tiene una intensidad en el intervalo de 20 Gauss a 100.000 Gauss.

5. El método de la reivindicación 3, donde la aplicación comprende la aplicación de un fluido polimérico cargado con particulados de níquel o de aleación de níquel de tamaño nanométrico, y en donde la etapa de sometimiento simultáneo a un campo magnético y a fuerzas de vibración comprende el sometimiento simultáneo a un campo magnético que tiene una intensidad en el intervalo de 200 a 30.000 y a fuerzas de vibración a través de un ultrasonicador en un intervalo de potencia aplicada entre 5 W/litro y 750 W/litro.

6. El método de la reivindicación 1, donde la etapa de sometimiento simultáneo a un campo magnético comprende el

sometimiento simultáneo a un campo magnético que tiene una intensidad en el intervalo de 200 Gauss a 30.000 Gauss, y el ciclo periódico de encendido y apagado del campo magnético.

7. El método de la reivindicación 6, que después de la etapa de consolidación comprende además el tratamiento mecánico para producir paneles aeronáuticos. 35