Procedimiento para fabricar un material compuesto con fibras.

Procedimiento para la fabricación de un material (8, 18, 28) compuesto con fibras,

que contiene fibras y una resina, que las aglomera, con los siguientes pasos de procedimiento:

a) se utilizan hilos (1) formados siempre por un compuesto monofilamento formado por una pluralidad de filamentos (2, 3) individuales, que son cohesionados con una resina reticulable por medio de la acción de al menos una magnitud física y/o de una sustancia química, estando dispuestos unidireccionalmente entre sí los filamentos (2, 3) individuales de un hilo (1),

b) con los hilos (1) se forma un material (8, 18, 28) compuesto con fibras por el hecho de que los hilos (1) adyacentes son unidos entre sí en las superficies (12a, 12b) de contacto de sus superficies envolventes exteriores por medio de puentes, siendo los filamentos (2, 3)individuales de los hilos (1) desplazables unos con relación a otros y estando encapsulados todos los filamentos (2, 3) individuales en el material de la resina y no conteniendo los hilos (1) inclusiones de aire,

c) la resina es reticulada después de la formación del material compuesto de hilos (1) según la característica b) por la acción de al menos una magnitud física y/o una sustancia química, con lo que el material (8, 18, 28) compuesto con fibras recibe su resistencia final,

conteniendo el material compuesto con fibras un material tricotado, un género de punto o un tejido, con preferencia con ligamento de lino, que contiene hilos de urdimbre y de trama en forma de hilos (1), que forman un material compuesto de una pluralidad de filamentos (2, 3) individuales y de la resina no reticulada, estando orientados unidireccionalmente los filamentos (2, 3) individuales de todos los hilos (1) mencionados anteriormente y estando formados los puentes (13a, 13b) por la resina no reticulada.

Procedimiento para fabricar un material compuesto con fibras Introducción El invento se refiere a un procedimiento para la fabricación de un material compuesto con fibras, que contiene fibras y una resina, que las aglomera.

Los materiales compuestos con fibras, denominados también productos compuestos con fibras, son materiales multifase o materiales de mezcla, que se componen de una matriz envolvente de una resina así como de fibras de refuerzo. Un material compuesto con fibras posee, debido a la interacción mutua de los dos componentes, propiedades de una calidad más alta calidad, que la de las fibras así como de la resina contempladas cada una por su lado. En especial, cuando se utilizan fibras extremadamente finas con un diámetro de tan sólo unos micrómetros, el efecto de la resistencia específica influye de manera positiva en el material compuesto con fibras. Como causa de este efecto se debe considerar la creciente orientación paralela, que aumenta al disminuir el diámetro de las cadenas de moléculas de las fibras en la superficie de la sección transversal decreciente disponible. La gran cantidad de fibras extremadamente finas también contribuye a una distribución con separaciones muy grandes de los fallos en el material, que dan posiblemente dan lugar a una rotura. Un fallo del material en una fibra no da lugar de este modo al fallo de la totalidad del elemento de construcción fabricado con el material, sino en primer lugar, en la mayoría de los casos, sólo a la rotura de una fibra individual en el material compuesto. Los materiales compuestos con fibras se caracterizan por esta razón por propiedades de muy alta calidad, que se obtienen por medio de una cooperación adaptada de manera óptima de los dos componentes. Los materiales compuestos con fibras poseen en especial una relación entre resistencia y masa (peso) muy buena.

Para los material compuestos con fibras entran de manera típica en consideración como fibras fibras de vidrio, fibras de carbono, fibras cerámicas (óxido de aluminio, dióxido de silicio y otros) , fibras de aramida, fibras metálicas (en especial fibras de acero) y fibras naturales (lino, cáñamo, yute, sisal y análogas) . La matriz de resina está formada con frecuencia por durómeros (sinónimo: materiales termoestables, resina sintética) , elastómeros o materiales termoplásticos.

Una forma de presentación típica de los materiales compuestos con fibras son los laminados en lo que se aprovechan las ventajas de una orientación individual de las fibras. Los laminados contienen con frecuencia una pluralidad de esteras de fibras superpuestas con diferentes orientaciones principales de las fibras. Para la fabricación de los laminados se utiliza en la mayoría de los casos procedimientos como el procedimiento de colocación manual, la colocación manual con prensas de vacío, la tecnología de Prepegs, la infusión en vacío, el bobinado de las fibras así como la inyección de fibras, no tratándose en rigor en estos últimos, debido a la ausencia de capas exactas, de un procedimiento de laminado poseyendo, sin embargo, el resultado propiedades comparables con las de los laminados clásicos.

Los materiales compuestos con fibras también se realizan, además de cómo laminados, con la forma de piezas inyectadas, piezas inyectadas y prensadas o piezas estiradas, pudiendo ser practicada con distinto éxito la orientación unidireccional de las fibras dependiendo del procedimiento.

Finalmente, todavía se conocen materiales compuestos con fibras conocidos como “Sheet Molding Compounds” (SMC) en los que las esteras de resina se fabrican con resinas (con aditivos como endurecedores, eventuales materiales de carga o aditivos) y trozos de fibra de vidrio y que, después de un tiempo de curado en el que aumenta claramente la viscosidad, se transforman, teniendo lugar de manera típica en los moldes calientes un prensado y un curado después de una re-licuación.

Un inconveniente frecuente de los materiales compuestos con fibras es el encapsulado no completo de las fibras en la matriz de resina. Este es típicamente el caso durante el impregnado ulterior de estructuras compuestas (tejidos, estructuras estratificadas, productos tricotados, géneros de punto, velos, etc.) creadas previamente y es especialmente válido en el caso de la transformación previa de los filamentos de fibra individuales en hilos recurriendo a un torcido, respectivamente retorcido de los filamentos individuales. Los intersticios entre los filamentos individuales apenas son, teniendo en cuenta la viscosidad de la resina, obtenibles, respectivamente rellenables de una manera completa, de manera, que la resistencia de los materiales obtenidos es manifiestamente menor que el valor teóricamente posible. Además, la fracción de la resina e n la masa, respectivamente en el volumen de la totalidad del material compuesto con fibras es, en el estado de la técnica, demasiado grande desde el punto de vista de los costes así como de aspectos energéticos y medioambientales.

El documento US-A-503 7372 divulga un procedimiento en el que los hilos multifilamento se impregnan con una resina disuelta en un disolvente y se secan. Después se quiebra la resina solidificada haciendo pasar los hilos por rodillos. Los hilos son transformados después en un tejido.

Problema El invento se basa en el problema de crear un procedimiento para la fabricación de un material compuesto con fibras, que se caracterice por una resistencia elevada y al mismo tiempo por una utilización mínima de resina.

Solución Partiendo de un material compuesto con fibras de la clase mencionada más arriba se soluciona el problema enunciado por el hecho de que el material contiene hilos, que contienen una pluralidad de filamentos individuales y, porque debido a la acción de al menos una magnitud física y/o al menos una sustancia química, contienen resinas reticulables, hallándose la resina en un estado no reticulado, pero esencialmente libre de disolventes, y cohesiona la pluralidad de filamentos individuales en el hilo, estando dispuestos los filamentos individuales en el hilo unidireccionalmente entre sí y formando con ello los hilos un material compuesto por el hecho de que en las superficies de contacto de sus superficies envolventes se adhieren mutuamente por medio de puentes de resina.

En el material compuesto con fibras descrito en lo que antecede se trata de un semiacabado, ya que la resina se halla en estado no reticulado en el que posee una pequeña fracción de su resistencia, respectivamente dureza final, sirviendo en este estado intermedio únicamente para mantener unido el material compuesto formado por los hilos y hacer que sea manejable. El material compuesto con fibras se caracteriza con ello por una capacidad de deformación y flexibilidad muy buenas, de manera, que antes de la reticulación todavía puede ser conformado, es decir puede ser llevado a la forma definitiva antes de que tenga lugar la reticulación propiamente dicha, es decir el curado de la resina, para fabricar a partir del semiacabado un producto final (qué obviamente todavía puede ser sometido a otros pasos de elaboración) .

Un componente importante es formado por los hilos monofilamento utilizados en la fabricación de un material compuesto con fibras, que se componen de una pluralidad de filamentos individuales y de la resina, que los rodea. Los filamentos individuales orientados unidireccionalmente en los hilos así estructurados son encapsulados con preferencia totalmente en la resina, no debiendo hallarse en los hilos bolsas de aire cualesquiera. Si bien los filamentos individuales están reunidlos por medio de la resina en un hilo monofilamento manejable, se pueden desplazar, sin embargo, en su posición relativamente entre sí dentro del hilo. Esto es especialmente importante, cuando los hilos adyacentes del material compuesto formado con los hilos se pueden aplanar en su sección transversal en sus puntos de contacto, formando con ello superficies de contacto más grandes, que en el caso de hilos formados por filamentos individuales torcidos, respectivamente retorcidos. El tamaño de las superficies de contacto determina de manera esencial la ulterior resistencia del material compuesto con fibras después del curado de la resina.

Otra característica esencial del material es el hecho de que al reunir los hilos para formar el material compuesto no se tenga que utilizar resina adicional. Con ello se suprime el proceso de impregnado, inmersión, pulverización, encapsulado o análogo de una estructura soporte formada por fibras, como es el caso en los procedimientos convencionales de fabricación. Con ello, la cantidad de resina del material compuesto con fibras es muy pequeña, ya que la resina sólo se utiliza de manera definida,... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la fabricación de un material (8, 18, 28) compuesto con fibras, que contiene fibras y una resina, que las aglomera, con los siguientes pasos de procedimiento:

a) se utilizan hilos (1) formados siempre por un compuesto monofilamento formado por una pluralidad de filamentos (2, 3) individuales, que son cohesionados con una resina reticulable por medio de la acción de al menos una magnitud física y/o de una sustancia química, estando dispuestos unidireccionalmente entre sí los filamentos (2, 3) individuales de un hilo (1) ,

b) con los hilos (1) se forma un material (8, 18, 28) compuesto con fibras por el hecho de que los hilos (1) adyacentes son unidos entre sí en las superficies (12a, 12b) de contacto de sus superficies envolventes exteriores 10 por medio de puentes, siendo los filamentos (2, 3) individuales de los hilos (1) desplazables unos con relación a otros y estando encapsulados todos los filamentos (2, 3) individuales en el material de la resina y no conteniendo los hilos (1) inclusiones de aire,

c) la resina es reticulada después de la formación del material compuesto de hilos (1) según la característica b) por la acción de al menos una magnitud física y/o una sustancia química, con lo que el material (8, 18, 28) compuesto con fibras recibe su resistencia final,

conteniendo el material compuesto con fibras un material tricotado, un género de punto o un tejido, con preferencia con ligamento de lino, que contiene hilos de urdimbre y de trama en forma de hilos (1) , que forman un material compuesto de una pluralidad de filamentos (2, 3) individuales y de la resina no reticulada, estando orientados unidireccionalmente los filamentos (2, 3) individuales de todos los hilos (1) mencionados anteriormente y estando formados los puentes (13a, 13b) por la resina no reticulada.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que los hilos (1) adyacentes y unidos entre sí por medio de puentes (13a, 13b) de resina se prensan entre sí en la zona de sus superficies (12a, 12b) de contacto.

3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por que el prensado de los hilos (1) en el material

compuesto y la reticulación, en especial la reticulación por la acción temperatura, se realizan – al menos en parte – 25 al mismo tiempo.