Un preimpregnado unido a un recubrimiento de gel, comprendiendo el preimpregnado:

un material compuesto quecomprende una resina termoendurecible sin curar, uno o más agentes de curado para la resina termoendurecible yun refuerzo fibroso; y una capa de favorecimiento de la adherencia que comprende un agente de aceleración decurado para la resina termoendurecible sin curar y un soporte fibroso para el agente de aceleración de curado.

Capa de favorecimiento de la adherencia para conjuntos de material compuesto

5 Antecedentes de la invención

1. Campo de la invención

La presente invención se refiere en general a materiales compuestos y a métodos para unir entre sí diversas capas de conjuntos de material compuesto. Más en particular, la presente invención implica el favorecimiento de la adherencia entre un material compuesto (por ejemplo, un preimpregnado) y un recubrimiento de gel.

2. Descripción de técnica relacionada

Los materiales compuestos incluyen una combinación de una matriz de resina y un refuerzo de fibras. Los materiales compuestos se han desarrollado para su uso en una amplia diversidad de aplicaciones que incluyen una extensa colección de combinaciones y orientaciones de resina y fibras. Un tipo común de conjunto de material compuesto incluye un componente estructural de base de material compuesto que está cubierto con un acabado superficial. Típicamente, el componente estructural incluye una matriz de resina en la que se localizan múltiples capas (plies) de refuerzo fibroso. Los acabados superficiales incluyen una diversidad de recubrimientos de resina, espuma, madera, metal y laminados de plástico.

El material compuesto preimpregnado (preimpregnado) se usa ampliamente en la fabricación de piezas de material compuesto. El preimpregnado es una combinación de una matriz de resina sin curar y un refuerzo de fibras, en una forma que está lista para el moldeado y curado para obtener la pieza de material compuesto final. Al preimpregnar el refuerzo de fibras con la resina, el fabricante puede controlar cuidadosamente la cantidad y la localización de la resina que se impregna en la red de fibras y asegurar que la resina se distribuye en la red de la manera deseada. Es bien sabido que la cantidad relativa de fibras y resina en una pieza de material compuesto y la distribución de la resina dentro de la red de fibras tienen un gran efecto sobre las propiedades estructurales de la pieza. El preimpregnado es un material preferido para usar en la fabricación de piezas estructurales, en que es importante que la pieza satisfaga los requerimientos establecidos de resistencia y peso.

El recubrimiento de gel es una técnica popular de recubrimiento superficial en la que típicamente una resina se aplica sobre la superficie del molde y se cura parcialmente hasta un estado gelificado. Después, la resina y el soporte fibroso se depositan sobre el recubrimiento de gel o se aplican como un preimpregnado. El conjunto resultante se cura después para formar la pieza de material compuesto. Los recubrimientos de gel se han usado ampliamente en la industria marítima para la producción de piezas de gran tamaño, como cascos y mástiles de embarcaciones y otras piezas marítimas que requieren un acabado superficial suave y resistente. Los recubrimientos de gel se han usado también en la producción de otras piezas de gran tamaño, como palas de aerogeneradores, en que gran tamaño, elevada resistencia y poco peso son una combinación deseada.

Las matrices de resina usadas comúnmente para las estructuras de gran tamaño mencionadas anteriormente se formulan para el curado a temperaturas de aproximadamente 120°C. Con frecuencia, estas resinas se suministran en forma de un preimpregnado que está compuesto de aproximadamente el 60 al 70% en peso de una fibra de 45 refuerzo, como fibras de vidrio o fibras de carbono y aproximadamente del 30 al 40% en peso de una matriz de resina termoendurecible, como una resina epoxídica. A medida que aumenta el tamaño de la pieza, la temperatura de curado se convierte en una consideración importante. Se requieren grandes cantidades de energía y los costes de construcción de hornos del tamaño suficiente con capacidad para la alta temperatura requerida no son económicamente atractivos. Además, las herramientas usadas para el moldeo de piezas de material compuesto a temperaturas de curado de 120°C y mayores deben estar hechas de materiales de calidad superior y alto precio que pueden resultar extremadamente costosos a medida que aumenta el tamaño de la pieza que se moldea.

Un enfoque para reducir los costes de moldeo para piezas de gran tamaño ha sido reducir la temperatura de curado por debajo de 100°C. Unas temperaturas de curado objetivo inferiores a 90°C han sido particularmente atractivas.

55 Para los cascos de embarcaciones y otras estructuras de gran tamaño se han probado temperaturas máximas de curado del orden de aproximadamente 65°C e inferiores. Desafortunadamente, la reducción de la temperatura de curado también causa una reducción de la adherencia entre el recubrimiento de gel y el material compuesto de base con independencia de la duración del curado del conjunto.

Un enfoque para aumentar la adherencia del recubrimiento de gel a bajas temperaturas de curado ha sido aumentar la cantidad del agente de curado en la matriz de resina del material compuesto sin curar. Este enfoque ha proporcionado algún aumento de la adherencia. Sin embargo, el tiempo de manejo a temperatura ambiente (también denominado tiempo de vida a temperatura ambiente) de la resina o del preimpregnado se reduce intensamente cuando se añade un exceso de agente de curado. Además, la fuerza adhesiva inicial (tack o pegajosidad) de la 65 resina o el preimpregnado disminuye relativamente deprisa a temperatura ambiente cuando se usa un exceso de agente de curado. Se requiere una buena fuerza adhesiva inicial para que un material compuesto sin curar se pegue al recubrimiento de gel y a los otros laminados en el molde cuando se forma el conjunto.

Otro enfoque para aumentar la adherencia del recubrimiento de gel a bajas temperaturas de curado ha implicado la colocación de un adhesivo entre el material compuesto (preimpregnado) y el recubrimiento de gel. Estas capas de 5 adhesivo se denominan “recubrimientos de enlace” y típicamente están compuestas de dos partes. La primera parte se extiende sobre la superficie del recubrimiento de gel después de que ha gelificado y la segunda parte se añade poco antes de depositar el material compuesto (preimpregnado) sobre el molde recubierto de gel. Este enfoque no es enteramente satisfactorio, dado que es difícil aplicar un recubrimiento uniforme de las dos partes del adhesivo. como la corrosión por aminas y la sensibilidad de las aminas a la humedad y el dióxido de carbono para recubrimientos de gel de base epoxídica y los problemas de emisión de estireno para sistemas de recubrimiento de gel de poliéster.

El documento DE 3508601 A1 desvela una lámina metálica con un recubrimiento de adherencia para mejorar la adherencia a laminados de preimpregnado para uso en la fabricación de circuitos impresos. El adhesivo comprende 15 un acelerador de curado.

En vista de lo anterior, existe una necesidad permanente de desarrollar nuevos procesos y sistemas para la preparación de conjuntos de materiales compuestos a bajas temperaturas de curado, en los que se aumente la adherencia entre el material compuesto de base y el recubrimiento de acabado exterior.

Sumario de la invención

Se proporcionan métodos y sistemas de acuerdo con la presente invención para mejorar la adherencia entre los materiales compuestos y sus recubrimientos de gel, incluso cuando el material compuesto se cura a temperaturas 25 relativamente bajas.

La invención se basa en parte en el descubrimiento de que la adherencia entre un material compuesto de base y su recubrimiento de gel puede aumentarse mediante la inclusión de una capa de favorecimiento de la adherencia en la superficie de contacto en la que se encuentran el material compuesto sin curar y el recubrimiento de gel durante la deposición del conjunto de material compuesto sin curar. Se descubrió además que este aumento de adherencia podía obtenerse sin una reducción significativa de la vida a temperatura ambiente o de la fuerza adhesiva inicial del material compuesto sin curar. Adicionalmente se descubrió que este aumento de adherencia era especialmente adecuado para mejorar la adherencia entre materiales compuestos y sistemas de recubrimiento de gel que se curan a temperaturas inferiores a 100°C y preferentemente a temperaturas en el intervalo de 60°C a 90°C.

La presente invención abarca métodos para unir dos superficies entre sí, en los que un material compuesto que tiene una primera superficie se une a un recubrimiento de gel que tiene una segunda superficie. El material compuesto incluye una resina termoendurecible sin curar, uno o más agentes de curado para la resina termoendurecible y un refuerzo fibroso. Cuando el material... [Seguir leyendo]

1. Un preimpregnado unido a un recubrimiento de gel, comprendiendo el preimpregnado: un material compuesto que comprende una resina termoendurecible sin curar, uno o más agentes de curado para la resina termoendurecible y un refuerzo fibroso; y una capa de favorecimiento de la adherencia que comprende un agente de aceleración de curado para la resina termoendurecible sin curar y un soporte fibroso para el agente de aceleración de curado.

2. Un preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el refuerzo fibroso comprende el soporte fibroso.

3. Un preimpregnado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que la resina termoendurecible sin curar y los uno o más agentes de curado están mezclados entre sí en el material compuesto.

4. Un preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 1, en el que al menos uno de los uno o más agentes de curado está separado de la resina termoendurecible sin curar y situado en el refuerzo fibroso entre la resina 15 termoendurecible sin curar y el soporte fibroso.

5. Un preimpregnado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el agente de aceleración de curado es más reactivo con la resina termoendurecible que los agentes y aceleradores de curado ya presentes en la resina sin curar.

6. Uso de una capa de favorecimiento de la adherencia para la unión de un material compuesto sin curar a un recubrimiento de gel, comprendiendo la capa de favorecimiento de la adherencia un agente de aceleración de curado para el material compuesto sin curar y un soporte fibroso para el agente de aceleración de curado.

7. El uso de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el soporte fibroso tiene un peso de 10 a 1.000 gramos por metro cuadrado.

8. Un método para la unión de dos superficies entre sí, que comprende las etapas de: proporcionar un material compuesto que tiene una primera superficie, comprendiendo el material compuesto una resina termoendurecible sin 30 curar, uno o más agentes de curado para la resina termoendurecible y un refuerzo fibroso; proporcionar un recubrimiento de gel que tiene una segunda superficie; colocar juntas las superficies primera y segunda para formar una superficie de contacto de unión, en el que una capa de favorecimiento de la adherencia se sitúa en la superficie de contacto entre las superficies primera y segunda, comprendiendo la capa de favorecimiento de la adherencia un agente de aceleración de curado para la resina termoendurecible sin curar; y curar la resina termoendurecible sin curar.

9. Un método de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la capa de favorecimiento de la adherencia comprende un soporte fibroso para el agente de aceleración de curado.

10. Un método de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el material compuesto comprende la capa de favorecimiento de la adherencia antes de la formación de la superficie de contacto de unión entre las superficies primera y segunda.

11. Un método de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el soporte fibroso es la porción del refuerzo fibroso 45 situada en la primera superficie.

12. Un método de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el curado de la resina termoendurecible tiene lugar a una temperatura inferior a 100°C.

50 13. El uso de acuerdo con la reivindicación 6 o un método de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la capa de favorecimiento de la adherencia comprende un agente de fuerza adhesiva inicial.