PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN DE UN MATERIAL COMPUESTO EN EL QUE AL MENOS SE COLOCA UN HILO RETORCIDO Y EL MATERIAL COMPUESTO QUE SE OBTIENE DE ESTE MODO.

Procedimiento de fabricación de un material compuesto en el que se coloca al menos un hilo de refuerzo sobre una superficie,

de acuerdo con una trayectoria que presenta al menos una zona curva sobre la superficie de colocación, en el que el hilo de refuerzo está unido a la superficie por medio de un aglomerante polimérico, que se caracteriza porque se aplica una torsión al hilo de refuerzo, antes de su colocación, de tal modo que al menos se compensen las diferencias de longitud que presentan las trayectorias de los extremos del hilo a ambos lados de su anchura, medida de manera paralela a la superficie de colocación

Procedimiento de fabricación de un material compuesto en el que al menos se coloca un hilo retorcido y el material compuesto que se obtiene de este modo La presente invención se refiere al campo técnico de las preformas compuestas. La invención tiene por objeto un procedimiento de colocación de al menos un hilo especialmente adaptado para la formación de preformas del cual al menos una parte es curva, por ejemplo de tipo anular o elipsoidal. La invención encuentra aplicación, en particular, en el campo de las piezas compuestas que se utilizan en la industria automovilística, aeronáutica o naval.

La fabricación de piezas o de artículos compuestos, es decir, que comprenden, por una parte, uno o varios refuerzos fibrosos y, por otra parte, una matriz de resina de tipo termoplástico o termoendurecible o una mezcla de las dos, se puede realizar, por ejemplo, mediante un procedimiento denominado “directo” o mediante un procedimiento denominado “indirecto”. Un procedimiento directo se define por el hecho de que uno o varios refuerzos fibrosos se utilizan en estado “seco” (es decir, sin la matriz final) , la resina o matriz, de tipo termoplástico, termoendurecible o una mezcla de las dos, aplicándose de forma separada, por ejemplo, mediante inyección dentro del molde que contiene los refuerzos fibrosos (procedimiento “RTM”, del inglés Resin Transfer Molding) , mediante infusión (dentro de un molde, a través del grosor de los refuerzos fibrosos: procedimiento “LRI”, del inglés Liquid Resin Infusion o procedimiento “RFI”, del inglés Resin Film Infusion) , e incluso mediante recubrimiento/impregnación manual con rodillo o con pincel, sobre cada una de las capas unitarias de refuerzo fibroso, aplicadas de manera sucesiva sobre la forma. Un procedimiento indirecto se define por el hecho de que previamente las fibras y la resina se asocian antes de aplicarse y los refuerzos fibrosos que se aplican se denominan preimpregnados.

Para los procedimientos RTM, LRI o RFI, es preciso, en primer lugar, fabricar una preforma fibrosa de la forma del artículo terminado deseado y a continuación impregnar esta preforma con un resina termoplástica, termoendurecible o con una mezcla de las dos. La resina se inyecta o se infunde mediante la diferencia de presiones y a continuación se termocomprime para provocar su endurecimiento después de la polimerización. En los refuerzos fibrosos adaptados a los procedimientos directos, los hilos de refuerzo están de manera general asociados para conferir un carácter unitario a la pieza, denominada entonces preforma, mediante un encolado con un aglomerante polimérico cuyo porcentaje en masa con respecto a la masa total del refuerzo fibroso (es decir, hilos de refuerzo + aglomerante polimérico) varía de un 0, 1 a un 25 % y, de manera ventajosa, de un 3 a un 10 %. En el caso de los preimpregnados adaptados a los procedimientos indirectos, el aglomerante representa, por su parte, de un 20 a un 50 %, de preferencia de un 30 a un 40 % de la masa total del refuerzo fibroso (es decir, hilos de refuerzo + aglomerante polimérico) .

Las piezas compuestas que se utilizan en la industria automovilística, aeronáutica o naval se ven sometidas en particular a unas exigencias muy estrictas, en términos de propiedades mecánicas.

Para las aplicaciones en el campo aeronáutico, aeroespacial, automovilístico, en particular, a veces es necesario disponer de preformas en las que al menos una parte esté destinada a formar el contorno de una abertura y presente, por ejemplo, una forma de tipo anular o elipsoidal, como es, por ejemplo, el caso para la formación de chasis, ventanillas, toberas, entradas de reactores, o cualquier tipo de elementos de refuerzo destinado a colocarse en el borde de una abertura o a servir de refuerzo de zonas agujereadas, como mandrinados, elementos de refuerzo de biela, marco de puerta, marco de ventanilla o de parabrisas, orificios de acceso… El documento EP 1 469 113 describe un procedimiento de este tipo.

En el campo de los compuestos, los hilos se componen de un conjunto de filamentos que se extiende prácticamente paralelos entre sí. Los hilos presentan, por lo tanto, una cierta anchura. Además, los inventores han comprobado que cuando, en una superficie de colocación, que puede ser plana o no plana, los hilos adoptan trayectorias no rectilíneas y, en particular, curvas, se observan unas ondulaciones, lo que implica una falta de homogeneidad del depósito. Los inventores han mostrado que estas ondulaciones se producían por el hecho de que los filamentos situados al nivel de las dos trayectorias de los extremos del hilo debían seguir unas trayectorias con longitudes diferentes. Las trayectorias de los extremos designan las dos trayectorias que sigue el hilo de ambos lados de su anchura, medida de manera paralela a su superficie de colocación.

La figura 1 ilustra este fenómeno en el caso de un hilo colocado sobre una superficie plana de acuerdo con una trayectoria en arco. El hilo F presenta una anchura 1 medida de manera paralela a la superficie de colocación, La trayectoria T que sigue la fibra media (o filamento central) del hilo F es una porción de arco con un radio R en un ángulo 8. Parece, por lo tanto, que la longitud de la trayectoria que debe seguir el hilo no es la misma en toda su anchura l, las trayectorias de los extremos T1 y T2 presentado unas longitudes diferentes.

En efecto, en el exterior del arco, la trayectoria T2, denominada externa o máxima, es un arco con un radio R2 y en el interior del arco, la trayectoria T1, denominada interna o mínima, es un arco con un radio R1. La trayectoria T1 presenta, por lo tanto, una longitud L1 igual a 8R1 y la trayectoria T2 una longitud L2 igual a 8R2, L2 siendo superior a L1. En consecuencia, al nivel de la trayectoria interna T1, los filamentos, que no presentan ninguna elasticidad, tienen una longitud L'1, que es de hecho igual a la longitud L2, superior a su trayectoria, lo que implica un fenómeno de ondulación debido a la presencia de partes de los filamentos fuera o dentro del plano de colocación. Este tipo de irregularidades pueden presentar puntos de debilidad prematuros durante esfuerzos mecánicos y, por lo tanto, implicar una reducción de las prestaciones mecánicas de la pieza que se obtiene.

En este contexto, la presente invención se propone aportar un procedimiento de colocación mejorado que permite resolver estos inconvenientes. La invención se refiere, por lo tanto, a un procedimiento de fabricación de un material compuesto en el que al menos un hilo de refuerzo se coloca sobre una superficie, de acuerdo con una trayectoria de colocación que presenta al menos una zona curva, en el que el hilo de refuerzo está unido a la superficie por medio de un aglomerante polimérico, que se caracteriza porque se aplica una torsión al hilo de refuerzo, antes de su colocación, de tal modo que al menos se compensen las diferencias de longitud que presentan las trayectorias de los extremos del hilo a ambos lados de su anchura, medida de manera paralela a la superficie de colocación.

El procedimiento de acuerdo con la invención presenta una u otra de las siguientes características o una combinación de estas características cuando estas no se excluyen entre sí:

el hilo de refuerzo está seco antes de su colocación; se aplica una torsión de entre 5 y 100 v/m, de preferencia de entre 10 y 80 v/m, al hilo de refuerzo retorcido colocado;

el material compuesto se realiza mediante la colocación de un único hilo que presenta una torsión prácticamente idéntica en toda su longitud o de una serie de hilos que presentan, entre sí y en toda su longitud, una torsión prácticamente idéntica;

se coloca un hilo de carbono de 3K y de 200 tex que presenta una torsión de entre 10 y 70 v/m, de manera preferente de entre 15 y 40 v/m, en particular cuando el radio interno mínimo de la trayectoria del hilo está comprendido en el intervalo que va de 10 a 500 mm. En particular, cuando el radio interno mínimo de la trayectoria del hilo está comprendido en el intervalo que va de 10 a 50 mm, la torsión será superior a 30 v/m y cuando el radio interno sea superior a 50 mm, la torsión podrá ser inferior o igual a 30 v/m;

se coloca un hilo de carbono de 6 K y de 223 tex que presenta una torsión de entre 15 y 80 v/m, de manera preferente de entre 40 y 70 v/m, en particular cuando el radio interno mínimo de la trayectoria del hilo está comprendido en el intervalo que va de 10 a 500 mm. En particular, cuando el radio interno mínimo de la trayectoria del... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de fabricación de un material compuesto en el que se coloca al menos un hilo de refuerzo sobre una superficie, de acuerdo con una trayectoria que presenta al menos una zona curva sobre la superficie de colocación, en el que el hilo de refuerzo está unido a la superficie por medio de un aglomerante polimérico, que se caracteriza porque se aplica una torsión al hilo de refuerzo, antes de su colocación, de tal modo que al menos se compensen las diferencias de longitud que presentan las trayectorias de los extremos del hilo a ambos lados de su anchura, medida de manera paralela a la superficie de colocación.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 que se caracteriza porque el hilo de refuerzo está seco antes de su colocación.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2 que se caracteriza porque se aplica una torsión de entre 5 y 100 v/m, de preferencia de entre 10 y 80 v/m.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3 que se caracteriza porque:

o bien se coloca un hilo de carbono de 3K y de 200 tex que presenta una torsión de entre 10 y 70 v/m, de manera preferente, de entre 15 y 40 v/m, en particular cuando el radio interno mínimo de la trayectoria del hilo está comprendido en el intervalo que va de 10 a 500 mm;

o bien se coloca un hilo de carbono de 6 K y de 223 tex que presenta una torsión de entre 15 y 80 v/m, de manera preferente de entre 50 y 70 v/m, en particular cuando el radio interno mínimo de la trayectoria del hilo está comprendido en el intervalo que va de 10 a 500 mm;

o bien se coloca un hilo de carbono de 6 K y de 400 tex que presenta una torsión de entre 15 y 80 v/m, de manera preferente de entre 40 y 60 t/m, en particular cuando el radio interno mínimo de la trayectoria del hilo está comprendido en el intervalo que va de 10 a 500 mm;

o bien se coloca un hilo de carbono de 12 K y de 446 tex que presenta una torsión de entre 10 y 80 v/m, de manera preferente de entre 10 y 60 t/m, en particular cuando el radio interno mínimo de la trayectoria del hilo está comprendido en el intervalo que va de 10 a 500 mm;

o bien se coloca un hilo de carbono de 24 K y de 1.040 tex que presenta una torsión de entre 10 y 40 v/m, de manera preferente de entre 10 y 25 v/m, en particular cuando el radio interno mínimo de la trayectoria del hilo está comprendido en el intervalo que va de 20 a 150 mm.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4 que se caracteriza porque el material compuesto se realiza mediante colocación de un único hilo que presenta una torsión prácticamente idéntica en toda su longitud o de una serie de hilos que presentan, entre sí y en toda su longitud, una torsión prácticamente idéntica.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5 que se caracteriza porque la superficie sobre la que se coloca el hilo de refuerzo es un soporte temporal.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6 que se caracteriza porque el aglomerante polimérico se aplica de manera previa, o durante la colocación del hilo de refuerzo, sobre la superficie.

8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 que se caracteriza porque el hilo de refuerzo se asocia, antes de su colocación, con el aglomerante polimérico que garantiza su unión con la superficie sobre la que este se coloca.

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8 que se caracteriza porque el hilo de refuerzo es un material seleccionado entre los siguientes materiales: carbono, vidrio, aramida, sílice, cerámica, basalto y sus mezclas.

10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9 que se caracteriza porque el aglomerante polimérico comprende un polímero termoendurecible, un polímero termoplástico o una mezcla de dichos polímeros, eventualmente en forma de polvo, o una resina autoadhesiva o hot-melt.

11. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10 que se caracteriza porque el porcentaje en masa de aglomerante polimérico con respecto a la masa total del material compuesto (es decir, hilos de refuerzo + aglomerante polimérico) está comprendido en el intervalo que va de un 0, 1 % a un 25 %, y de manera ventajosa de entre un 3 y un 10 %, o en el intervalo que va de entre un 20 y un 60 %, y de manera ventajosa de un 30 a un 40 %.

12. Material compuesto que comprende al menos un hilo de refuerzo colocado sobre una superficie, de acuerdo con una trayectoria que presenta al menos una zona curva sobre la superficie de colocación, en el que el hilo de refuerzo está unido a la superficie por medio de un aglomerante polimérico, que se caracteriza porque el hilo de refuerzo está retorcido, de tal modo que se compensen al menos en parte las diferencias de longitud que presentan las trayectorias de los extremos del hilo a ambos lados de su anchura, medida de manera paralela a la superficie de colocación.

13. Material compuesto de acuerdo con la reivindicación 12 que se caracteriza porque está formado por un solo hilo o por una serie de hilos que presentan, todos, prácticamente la misma composición, anchura y torsión.

14. Material compuesto de acuerdo con la reivindicación 12 o 13 que se caracteriza porque está formado por un solo hilo o por una serie de hilos de refuerzo, cada uno retorcido individualmente, con una torsión de entre 5 y 100 v/m, de preferencia de 10 a 80 v/m.

15. Material compuesto de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 14 que se caracteriza porque se realiza a partir de:

o bien de un solo hilo o de una serie de hilos de carbono de 3 K y de 200 tex que presentan una torsión de entre 10 y 70 v/m, de manera preferente de entre 15 y 40 v/m, en particular cuando el radio interno mínimo de la trayectoria del hilo está comprendido en el intervalo que va de 10 a 500 mm;

o bien de un solo hilo o de una serie de hilos de carbono de 6 K y de 223 tex que presentan una torsión de entre 20 y 80 v/m, de manera preferente de entre 50 y 70 v/m, en particular cuando el radio interno mínimo de la trayectoria del hilo está comprendido en el intervalo que va de 10 a 500 mm;

o bien de un solo hilo o de una serie de hilos de carbono de 6 K y de 400 tex que presentan una torsión de entre 20 y 80 v/m, de manera preferente de entre 40 y 60 v/m, en particular cuando el radio interno mínimo de la trayectoria del hilo está comprendido en el intervalo que va de 10 a 500 mm;

o bien de un solo hilo o de una serie de hilos de carbono de 12 K y de 446 tex que presentan una torsión de entre 10 y 80 v/m, de manera preferente de entre 10 y 60 v/m, en particular cuando el radio interno mínimo de la trayectoria del hilo está comprendido en el intervalo que va de 10 a 500 mm;

o bien de un solo hilo o de una serie de hilos de carbono de 24 K y de 1.040 tex que presentan una torsión de entre 10 y 40 v/m, de manera preferente de entre 10 y 25 v/m, en particular cuando el radio interno mínimo de la trayectoria del hilo está comprendido en el intervalo que va de 20 a 150 mm.

16. Material compuesto de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 15 que se caracteriza porque está formado por un único hilo retorcido colocado ajustado de acuerdo con unas trayectorias prácticamente paralelas entre sí o por una serie de hilos retorcidos colocados prácticamente de manera paralela entre sí y de manera ajustada.

17. Material compuesto de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 16 que se caracteriza porque está compuesto por una espiral de hilos retorcidos, cada espira estando colocada pegada a la siguiente.

18. Material compuesto de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 17 que se caracteriza porque el hilo de refuerzo en de una material seleccionado entre los siguientes materiales: carbono, vidrio, aramida, cerámica, basalto y sus mezclas.

19. Material compuesto de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 18 que se caracteriza porque el aglomerante polimérico comprende un polímero termoendurecible, un polímero termoplástico o una mezcla de dichos polímeros, eventualmente en forma de un polvo, de una película, de un velo o de una resina autoadhesiva o hot-melt.

20. Material compuesto de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 19 que se caracteriza porque el porcentaje total en masa de aglomerante polimérico con respecto a la masa total del material compuesto (es decir, hilos de refuerzo + aglomerante polimérico) está comprendido en el intervalo que va de un 0, 1 % a un 25 %, y de manera ventajosa de un 3 a un 10 % o en un intervalo que va de un 20 a un 60 %, y de manera ventajosa de un 30 a un 40 %.

21. Material compuesto de acuerdo con la reivindicación 12 que se puede obtener de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11.