MATERIAL COMPUESTO POR FIBRA DE SEDA.
Un material compuesto fibroso que comprende un polímero termoplástico como fase matriz y fibras de seda como fase de refuerzo,
en donde las fibras de seda se organizan en dicho compuesto en al menos dos direcciones, caracterizado por que a) la resistencia de tracción de dicho material compuesto varía menos que 15% entre las direcciones de fibra de las fibras de seda comprendidas en el compuesto, b) la torsión de las fibras, si se incorporan en hilos, es menor que 2000 vueltas/metro, c) dicha matriz de polímero tiene un módulo de tracción de menos que 1000 MPa y una deformación de tracción de rotura mayor que 300%, y d) las fibras de seda equivalen a al menos 25% del volumen del compuesto
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2007/000781.
Solicitante: K.U. LEUVEN RESEARCH AND DEVELOPMENT
HERMES SELLIER.
Nacionalidad solicitante: Bélgica.
Dirección: GROOT BEGIJNHOF 58-59 3000 LEUVEN BELGICA.
Inventor/es: VERPOEST, IGNACE, EL ASMAR,NEDDA, VAN VUURE,AART WILLEM, VANDERBEKE,JAN.
Fecha de Publicación: .
Fecha Solicitud PCT: 26 de Marzo de 2007.
Fecha Concesión Europea: 14 de Julio de 2010.
Clasificación Internacional de Patentes:
- C08J5/04K
Clasificación PCT:
- C08J5/00 QUIMICA; METALURGIA. › C08 COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION O PRODUCCION QUIMICA; COMPOSICIONES BASADAS EN COMPUESTOS MACROMOLECULARES. › C08J PRODUCCION; PROCESOS GENERALES PARA FORMAR MEZCLAS; TRATAMIENTO POSTERIOR NO CUBIERTO POR LAS SUBCLASES C08B, C08C, C08F, C08G o C08H (trabajo, p. ej. conformado, de plásticos B29). › Fabricación de artículos o modelado de materiales que contienen sustancias macromoleculares (fabricación de membranas semipermeables B01D 67/00 - B01D 71/00).
Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia.
Fragmento de la descripción:
Material compuesto de fibra de seda.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un material compuesto fibroso que comprende un polímero termoplástico como fase matriz y fibras de seda como fase de refuerzo en donde las fibras de seda se organizan en dicho compuesto en al menos dos direcciones. Más particularmente, el material compuesto fibroso de seda de la presente invención tiene una alta resistencia a la penetración. La invención se refiere además a paneles o carcasas que comprenden material compuesto fibroso según la invención además de objetos que comprenden dichos paneles o carcasas.
Fundamento de la invención
Los compuestos de fibra natural han atraído recientemente una considerable cantidad de atención en la comunidad de búsqueda de materiales compuestos además de en la industria. Esto se debe a una gama de ventajas potenciales de las fibras naturales, especialmente respecto a su comportamiento medioambiental. Las fibras naturales son fuentes renovables e incluso cuando su compuesto de deshecho se incinera, no provocan emisión neta de dióxido de carbono al medioambiente (es decir, estos materiales son neutros en CO2). Se emite alguna cantidad efectiva de CO2 durante su procesado (debido al consumo de energía), pero esta cantidad es mucho menor que la cantidad efectiva emitida durante la fabricación de fibras sintéticas como fibra de vidrio y de carbono. Las fibras naturales son biodegradables de forma inherente, lo que puede ser beneficioso. Debido a su densidad relativamente baja, se obtienen propiedades mecánicas específicas altas comparables a las de las fibras de vidrio para algunas fibras como lino, cáñamo y kenaf. Otras ventajas son el bajo coste potencial y la inversión relativamente baja necesaria cuando se cultivan fibras naturales. Además, estas fibras son típicamente menos abrasivas que el vidrio o el carbono, por ejemplo, llevando al menor desgaste en el procesado textil y a riesgos para la salud ocupacional potencialmente menores debido al polvo de la fibra. Además, el público general aprecia típicamente el uso de materiales naturales.
La presente invención se refiere a compuestos de fibra de seda. Las fibras de seda comparten muchas de las ventajas que se enumeran anteriormente para las fibras naturales. Las fibras de seda tienen una deformación a la rotura excepcionalmente alta y la presente invención muestra como esta propiedad puede traducirse en materiales compuestos muy resistentes.
El documento JP3653635 describe un material compuesto reforzado que comprende un polímero termoplástico, más particularmente poli(succinato de butileno), polipropileno o polilactato, como fase matriz y tejidos de seda como fase de refuerzo. Dichos tejidos de seda fueron de ligamentos o bien sarga o tafetán, en donde la densidad de fibra en las direcciones de la trama y la urdimbre difiere más del 12%, es decir, tejidos desequilibrados en peso, y por tanto, en resistencia. El uso de dichos tejidos desequilibrados típicamente da por resultado compuestos que tienen una diferente resistencia en las respectivas direcciones de la fibra del compuesto. La presente invención muestra que la resistencia al impacto (como se mide por el método esbozado en el ejemplo 2 y la figura 2) de dichos compuestos es relativamente baja y que se obtiene una resistencia al impacto marcadamente superior en compuestos reforzados con fibra de seda con una matriz de polímero termoplástico en donde las fibras de seda están dispuestas en al menos dos direcciones de fibra de manera que la resistencia del compuesto en cada una de las direcciones de la fibra es similar, es decir, un compuesto equilibrado en resistencia en las direcciones de la fibra. Además, la resistencia al impacto puede mejorarse adicionalmente usando una torsión baja de los hilos de fibra de seda (la torsión reduce la resistencia de la fibra). Por tanto, los materiales compuestos reforzados con fibra de seda de la presente invención tienen la ventaja de que son relativamente ligeros, mientras que tienen una alta resistencia al impacto. Además, la presente invención proporciona compuestos reforzados de seda que comprenden polímeros termoplásticos seleccionados con una alta deformación a la rotura como fase matriz, que tienen una alta resistencia al impacto independiente de la organización de la fibra. Debido a sus características, estos materiales compuestos de la presente invención son particularmente útiles para la fabricación de paneles o carcasas para integrar en objetos, que en el curso de su ciclo de vida están sujetos a choques o al riesgo de penetración. Ejemplos de dichos objetos son recipientes o envases, que se transportan de forma frecuente o que se usan en la proximidad de artículos puntiagudos, tal como cajas, maletas, maletines, bolsos, botes, accesorios de baño o cocina o cajas de reloj.
La importancia de la resistencia al impacto y de otras propiedades de los materiales usados en productos que portan cargas tales como maletas, maletines, bolsos y similares, se trata en detalle en el documento GB2238753.
Un material compuesto reforzado que comprende un polímero termoplástico y tejidos de seda, en donde el material compuesto consiste en un cuerpo laminado en que una capa de resina termoplástica y una capa de tejido de seda se laminan de forma alternativa, se describe en el documento JP 2004 142261. Dichos tejidos de seda son ligamentos de sarga o tafetán en donde la densidad de fibra en las direcciones de trama y urdimbre difiere más que 16%, es decir, tejidos desequilibrados en peso.
Resumen de la invención
La presente invención está basada en el descubrimiento de que los materiales compuestos reforzados con fibra de seda seleccionados que comprenden una matriz de polímero termoplástico son relativamente ligeros, mientras que tienen una alta resistencia al impacto. Los materiales compuestos reforzados con fibra de seda de la presente invención permiten una óptima disipación de la energía de impacto de manera que tienen una resistencia a la penetración como se mide según el método de ensayo descrito en el ejemplo 2, que es mayor que 20 J por mm de espesor de placa, más preferiblemente más que 30 J por mm, lo más preferiblemente más que 40 J por mm. Debido a la alta resistencia al impacto del material compuesto fibroso según la presente invención, los paneles o carcasas que comprenden dichos compuestos son particularmente útiles para la fabricación de objetos, que en el curso de su ciclo vital están sujetos a golpes o al riesgo de penetración.
Descripción detallada de la invención
Figura 1: Moldeo por compresión de compuestos de fibra de seda
Figura 2: Montaje del ensayo de impacto de peso en caída
Figura 3: Resistencia al impacto de peso en caída de compuestos de fibra de seda como una función de la deformación a la rotura del polímero termoplástico matriz.
La presente invención se basa en el descubrimiento de que los materiales compuestos reforzados con fibra de seda seleccionados que comprenden una matriz de polímero termoplástico son relativamente ligeros, mientras que tienen una alta resistencia al impacto. Los materiales compuestos reforzados con fibra de seda de la presente invención permiten una óptima disipación de la energía de impacto de manera que tienen una resistencia a la penetración mayor que 20 J por mm de espesor de placa, más preferiblemente más que 30 J por mm, lo más preferiblemente más que 40 J por mm, como se mide según el método de ensayo esbozado en el ejemplo 2 y la figura 2. Dicha alta resistencia al impacto puede obtenerse o bien o tanto por una organización apropiada de las fibras de seda en el compuesto como una selección apropiada de un polímero matriz termoplástico.
La presente invención demuestra que la organización de las fibras de seda pueden contribuir de forma significativa a la resistencia al impacto asegurando o bien o tanto una resistencia suficiente del compuesto como una buena capacidad de deformación del compuesto. Se ha encontrado que se obtiene una resistencia apropiada organizando las fibras de seda en al menos dos direcciones dentro del compuesto a través de las cuales la resistencia de tracción del compuesto en cada una de las direcciones de la fibra está en el mismo intervalo. Por lo tanto, en un primer objeto la presente invención proporciona un material compuesto fibroso que comprende un polímero termoplástico como fase matriz y fibras de seda como fase de refuerzo, en donde las...
Reivindicaciones:
1. Un material compuesto fibroso que comprende un polímero termoplástico como fase matriz y fibras de seda como fase de refuerzo, en donde las fibras de seda se organizan en dicho compuesto en al menos dos direcciones, caracterizado por que
2. El material compuesto fibroso según la reivindicación 1 en donde dicho compuesto tiene una deformación de rotura mayor que 25% en una dirección distinta que cualquiera de las direcciones de fibra de las fibras de seda comprendidas en el compuesto.
3. El material compuesto fibroso según las reivindicaciones 1 o 2, en donde dicho compuesto tiene una resistencia a la penetración mayor que 20 J por mm de espesor de placa.
4. El material compuesto fibroso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde las fibras de seda se organizan en una pluralidad de telas o esteras apiladas en dicho compuesto.
5. El material compuesto fibroso según la reivindicación 4, en donde las esteras o telas son tejidos.
6. El material compuesto fibroso según la reivindicación 5, en donde comprende una pluralidad de tejidos de los que la densidad de fibra en las direcciones de la trama y la urdimbre difiere como mucho en 12%.
7. El material compuesto fibroso según la reivindicación 6, en donde comprende una pluralidad de tejidos equilibrados.
8. El material compuesto fibroso según la reivindicación 5, que comprende una pluralidad de tejidos desequilibrados en donde los respectivos tejidos se apilan de manera que la densidad total de fibra en las respectivas direcciones de fibra comprendidas en el compuesto varía menos que 12% entre las direcciones de fibra.
9. El material compuesto fibroso según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, que comprende dos direcciones de fibra de seda en un ángulo de 90º en donde dicho compuesto tiene una deformación de rotura mayor que 25% en las direcciones en un ángulo aproximado de 45º con respecto a cada una de las direcciones de la fibra.
10. El material compuesto fibroso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde la torsión de las fibras, si se incorporan en hilos, es menos que 1000 vueltas/metro, preferiblemente menos que 500 vueltas/metro y más preferiblemente menos que 200 vueltas/metro.
11. El material compuesto fibroso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde las fibras de seda son fibras continuas.
12. El material compuesto fibroso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde las fibras de seda están tejidas en un hilo, en donde la longitud de fibra es mayor que 20 mm, más preferiblemente mayor que 60 mm.
13. El material compuesto fibroso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde la longitud de las fibras de seda es mayor que 20 mm, más preferiblemente mayor que 60 mm.
14. El material compuesto fibroso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en donde el polímero termoplástico se selecciona del grupo que consiste en polipropileno, copolímeros de polipropileno, polietileno, copolímeros de polietileno, poli(succinato de butileno) o copoliamida.
15. El material compuesto fibroso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en donde dicho polímero termoplástico es un elastómero termoplástico, un copolímero de etileno y acetato de vinilo, un copolímero de etileno y octeno, poli(succinato co-adipato de butileno), policaprolactona o poli(adipato tereftalato de tetrametileno).
16. El material compuesto fibroso según la reivindicación 15, en donde dicho elastómero termoplástico se selecciona del grupo que consiste en mezclas de caucho EPDM y polipropileno, mezclas de poli(vinilacetato de etileno) (EVA), polietileno (PE) o polipropileno (PP) y EPDM, mezclas de PE o PP y caucho de butilo, mezclas de caucho SEBS y PP y poliuretanos termoplásticos.
17. Un panel o carcasa que comprende un compuesto fibroso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16.
18. Un panel o carcasa según la reivindicación 17, que tiene una configuración en bocadillo, en donde dicho panel o carcasa comprende superficies del material compuesto fibroso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16 y un núcleo de material polímero reforzado.
19. Un panel o carcasa según las reivindicaciones 17 o 18, en donde dicho panel o carcasa está termoformado o formado al vacío.
20. Un recipiente o envase que comprende al menos un panel o carcasa según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19.
21. El recipiente o envase según la reivindicación 20, en donde dicho recipiente es una caja, maleta, maletín, bolso, caja de reloj, estuche de joya, bote, un accesorio de baño o cocina.
22. Un mueble que comprende un panel o carcasa según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19.
23. Una montura que comprende al menos un panel o carcasa según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19.
24. La montura según la reivindicación 23, en donde la montura es una montura de una joya, una parte del sistema de cerrado de una caja, maleta, maletín, bolso, caja de reloj, estuche de joya, bote, un accesorio de baño o cocina.
25. Un mecanismo de trabajo que comprende al menos un panel o carcasa según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19.
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