Hilo impregnado con una resina epoxídica y su utilización para la producción de una preforma.

Un hilo que se compone de filamentos de fibras de refuerzo y de una resina infiltrada en el hilo,

que es fusiblemúltiples veces y es transformable en el estado sólido por enfriamiento a la temperatura ambiente, estando losfilamentos del hilo unidos por lo menos parcialmente a través de la resina, teniendo el hilo, referido a su peso total,de 2,5 a 25 % en peso de la resina infiltrada, siendo los filamentos de fibras de refuerzo unos filamentos de carbonopreviamente tratados por métodos electroquímicos, conteniendo la resina infiltrada por lo menos dos resinas debisfenol A y epiclorhidrina H1 y H2 en una relación ponderal H1:H2 de 1,1 a 1,4, teniendo H1 un valor de epóxido de1.850 a 2.400 mmol/kg y un peso molecular de 800 a 1.000 g/mol y siendo sólida a la temperatura ambiente, yteniendo H2 un valor de epóxido de 5.000 a 5.600 mmol/kg y un peso molecular de< 700 g/mol y siendo líquida a latemperatura ambiente, conteniendo la resina infiltrada adicionalmente una tercera resina H3, que es una resinaepoxídica de bisfenol A y epiclorhidrina con un valor de epóxido de 450 a 650 mmol/kg, una media numérica delpeso molecular de 2.800 a 3.000 g/mol y un intervalo de fusión de 110 a 130 ºC, y teniendo el hilo, referido a su pesototal, en total de 0,5 a 1,7 % en peso de H1 y H2 y de 2,3 a 5,5 % en peso de H3.

Hilo impregnado con una resina epoxídica y su utilización para la producción de una preforma.

El presente invento se refiere a un hilo, a la utilización del hilo para la producción de una preforma (un cuerpo moldeado previo) , a una preforma que comprende el hilo, a un procedimiento para la producción de la preforma y a la utilización de ésta para la producción un cuerpo compuesto (en inglés composite)

Para la producción de piezas constructivas a base de materiales sintéticos reforzados con fibras, es conocido producir en primer lugar una preforma, que es similar en su forma a la pieza constructiva, a continuación transferir la preforma a una herramienta, que corresponde a la forma de la pieza constructiva y finalmente, mediando adición de una resina de matriz, producir la pieza constructiva deseada.

Al contrario que los preformas, los denominados preimpregnados o prepregs (abreviatura inglesa para fibras previamente impregnadas) ya tienen los dos componentes (fibras y resina de matriz) en la relación de mezcladura definitiva y por lo tanto ya son rígidos a la flexión como un producto semiacabado. Con el fin de impedir reacciones prematuras indeseadas, este material debe de ser además almacenado en estado enfriado y a pesar de todo dispone solamente de un limitado período de tiempo de almacenamiento. A causa de la rigidez a la flexión y de la producción como material en rollo ancho, los casos de uso de los preimpregnados están limitados a piezas constructivas de gran superficie y casi planas. La resina de matriz ya presente no permite ningún tratamiento textil ni no permite ninguna deposición exenta de pliegues de los preimpregnados, por ejemplo a lo largo de radios estrechos

o por geometrías fuertemente contorneadas.

Si para la producción de preformas se utilizan hilos blandos a la flexión, se pueden producir unas superficies muchísimo más curvadas. Además de ello, el período de tiempo máximo de almacenamiento de la preforma se mejora manifiestamente en comparación con los preimpregnados, puesto que la resina de matriz es añadida tan solo al realizar la producción del cuerpo compuesto.

El documento de solicitud de patente japonesa JP 2003 003376 A describe un haz de fibras de carbono para la producción de un preimpregnado. El haz comprende de 20.000 a 100.000 filamentos y es mantenido reunido mediante un agente de apresto, que contiene grupos de poli (oxialquileno) y grupos de epóxido. El haz de fibras de carbono tiene, referido a su peso total, de 0, 5 a 3 % en peso de un agente de apresto.

El documento de solicitud de patente alemana DE 27 46 640 A describe un material, que está reforzado con fibras de carbono, sobre el que se ha aplicado una mezcla de resinas, que contiene una resina epoxídica, un producto de condensación de un componente ácido con un componente hidroxílico y un derivado de oxialquileno de un fenol. Las fibras de carbono tienen, referido a su peso total, de 0, 01 a 10 % en peso de la mezcla de resinas.

El documento DE 39 42 858 A describe un agente de apresto para fibras de carbono, que contiene una resina epoxídica y un agente emulsionante no iónico, que contiene grupos amino terciarios, por lo menos un radical funcional capaz de reaccionar con la resina epoxídica, y por lo menos un radical que actúa emulsionando. Sobre la fibra debe encontrarse de 0, 3 a 10 % en peso del agente de apresto.

El documento DE 20 33 626 A describe un procedimiento para la producción de un preimpregnado a base de materiales fibrosos mecánicamente muy valiosos, tales como en particular fibras de vidrio, boro y carbono. Las fibras son impregnadas con una solución, que contiene un poliaducto endurecible, que todavía contiene grupos glicidilo libres, a base de isocianurato de triglicidilo, de un agente de endurecimiento y de un disolvente orgánico.

El documento de modelo de utilidad alemán DE 201 20 447 U1 describe una preforma a base de una estructura laminar textil, p.ej. a base de un tejido de telar o a base de una capa de una estructura de fibras tendidas, con un agente aglutinante termoplástico, no reticulado, que se adhiere sobre la superficie de la estructura laminar textil, el cual puede ser p.ej. un epóxido. De acuerdo con el documento DE 201 20 447 U1 el agente aglutinante es aplicado p.ej. mediante atomización de una solución de un agente aglutinante sobre la superficie de la estructura laminar textil, conteniendo la solución de agente aglutinante unas partículas de polvos que están dispersadas uniformemente en un disolvente, y pudiendo las partículas de polvos consistir exclusivamente en una resina epoxídica.

Sin embargo, si al realizar la producción se parte de una preforma de una estructura laminar textil, el revestimiento con el agente aglutinante está distribuido irregularmente a través del espesor de la estructura laminar textil y, en particular allí donde se tocan los hilos, prácticamente ya no está presente. De esta manera una tal preforma tiene con frecuencia una pequeña resistencia al desplazamiento, con lo que se dificulta la manipulación ulterior de la preforma o incluso se hace imposible.

Se establecen unas desventajas adicionales, cuando la preforma debe de tener unas perforaciones, las cuales, cuando la preforma se produce partiendo de estructuras laminares textiles, en muchos casos deben ser producidas por recorte. Esto no solamente cuesta tiempo de trabajo, sino que a causa del desperdicio cortado resultante también está vinculado con una considerable pérdida de material y genera correspondientes cantidades de desechos. Por consiguiente, este procedimiento para la producción de una preforma es gravoso en cuanto a costos y trabajo, lo cual repercute, como consecuencia de ello, también en los costos del cuerpo compuesto producido a partir de ésta.

El documento de patente los EE.UU. US-B-6228474 divulga unos preimpregnados de hilos, que se componen de un gran número de filamentos de fibras de refuerzo, que se impregnan con una mezcla de resinas epoxídicas fusibles. Los hilos impregnados tienen entre 20 y 50 % en peso de resinas. La mezcla de resinas puede comprender en una forma de realización una resina epoxídica mono- o bifuncional, una resina epoxídica tri-o multifuncional así como un componente del tipo de caucho y un agente endurecedor y tener un valor de epóxido comprendido entre aproximadamente 2.700 y aproximadamente 4.760 mmol/kg. Mediante los hilos del documento US-B-6228474 se producen por medio de usuales métodos de arrollamiento unas preformas con su contorno final, que a continuación del arrollamiento se endurecen para dar la pieza constructiva.

El presente invento se establece la misión de disminuir por lo menos las desventajas antes mencionadas.

El problema planteado por esta misión se resuelve mediante un hilo que se compone de filamentos de fibras de refuerzo y de una resina infiltrada en el hilo, que es fusible múltiples veces y transformable en el estado sólido mediante enfriamiento a la temperatura ambiente, estando los filamentos del hilo unidos a través de la resina por lo menos parcialmente unos con otros, teniendo el hilo, referido a su peso total, de 2, 5 a 25 % en peso de la resina infiltrada, los filamentos de fibras de refuerzo son unos filamentos de carbono tratados previamente por métodos electroquímicos, conteniendo la resina infiltrada por lo menos dos resinas de bisfenol A y epiclorhidrina H1 y H2 en una relación ponderal H1:H2 de 1, 1 a 1, 4, teniendo H1 un valor de epóxido de 1.850 a 2.400 mmol/kg y un peso molecular de 800 a 1.000 g/mol y siendo sólida a la temperatura ambiente, y teniendo H2 un valor de epóxido de

5.000 a 5.600 mmol/kg y un peso molecular de < 700 g/mol y siendo líquida a la temperatura ambiente, y conteniendo la resina infiltrada adicionalmente una tercera resina H3, que es una resina epoxídica de bisfenol A y epiclorhidrina con un valor de epóxido de 450 a 650 mmol/kg, una media numérica del peso molecular de 2.800 a

3.000 g/mol y un intervalo de fusión de 110 a 130 ºC, y teniendo el hilo, referido a su peso total, de 0, 5 a 1, 7 % en peso de H1 y H2 en total, y de 2, 3 a 5, 5 % en peso de H3.

Puesto que los filamentos del hilo están unidos por lo menos parcialmente a través de la resina, el hilo conforme al invento muestra una muy buena reunión o cohesión.

En el caso de los hilos conformes al invento la resina se debe de escoger de una manera tal que el hilo revestido con ella no sea pegajoso a la temperatura ambiente.... [Seguir leyendo]

1. Un hilo que se compone de filamentos de fibras de refuerzo y de una resina infiltrada en el hilo, que es fusible múltiples veces y es transformable en el estado sólido por enfriamiento a la temperatura ambiente, estando los filamentos del hilo unidos por lo menos parcialmente a través de la resina, teniendo el hilo, referido a su peso total, de 2, 5 a 25 % en peso de la resina infiltrada, siendo los filamentos de fibras de refuerzo unos filamentos de carbono previamente tratados por métodos electroquímicos, conteniendo la resina infiltrada por lo menos dos resinas de bisfenol A y epiclorhidrina H1 y H2 en una relación ponderal H1:H2 de 1, 1 a 1, 4, teniendo H1 un valor de epóxido de

1.850 a 2.400 mmol/kg y un peso molecular de 800 a 1.000 g/mol y siendo sólida a la temperatura ambiente, y teniendo H2 un valor de epóxido de 5.000 a 5.600 mmol/kg y un peso molecular de < 700 g/mol y siendo líquida a la temperatura ambiente, conteniendo la resina infiltrada adicionalmente una tercera resina H3, que es una resina epoxídica de bisfenol A y epiclorhidrina con un valor de epóxido de 450 a 650 mmol/kg, una media numérica del peso molecular de 2.800 a 3.000 g/mol y un intervalo de fusión de 110 a 130 ºC, y teniendo el hilo, referido a su peso total, en total de 0, 5 a 1, 7 % en peso deH1 y H2 y de 2, 3 a 5, 5 % en peso de H3.

2. Hilo de acuerdo con la reivindicación 1, teniendo el hilo, referido a su peso total, de 3 a 10 % en peso de una resina infiltrada.

3. Hilo de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, cuyos filamentos de fibras de refuerzo son filamentos de carbono que se habían obtenido a partir de productos previos para la producción de pez, poli (acrilonitrilo) o viscosa.

4. Utilización del hilo de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 hasta 3 para la producción de una preforma.

5. Preforma que comprende hilos de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 hasta 3, estando los hilos unidos entre sí a través de la resina infiltrada en unos sitios de contacto recíproco.

6. Preforma de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada porque los hilos están dispuestos unidireccionalmente.

7. Preforma de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada porque los hilos están dispuestos bi-, tri- o multidireccionalmente.

8. Preforma de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada porque los hilos se presentan como hilos cortos.

9. Procedimiento para la producción de una preforma de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 5 hasta 8, que comprende las etapas de

a) disponer previamente un hilo de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 hasta 3,

b) disponer el hilo en una configuración, que corresponde a la configuración de la preforma deseada,

c) calentar la configuración resultante en la etapa b) a una temperatura situada por encima del punto de fusión de la resina infiltrada en el hilo, y

d) enfriar la configuración resultante en la etapa c) hasta por lo menos por debajo del punto de fusión de la resina.

10. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque en la etapa c) la configuración resultante en la etapa b) es comprimida simultáneamente con el calentamiento.

11. Utilización de la preforma de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 5 hasta 8, para la producción de un cuerpo compuesto que comprende una matriz, que se selecciona entre uno de los conjuntos de los polímeros, los metales, los materiales cerámicos, los materiales que fraguan hidráulicamente y carbono.

12. Utilización de la preforma producida de acuerdo con el procedimiento de la reivindicación 9 ó 10 o de la preforma que resulta de la utilización de la reivindicación 4, para la producción de un cuerpo compuesto que comprende una matriz, que se selecciona entre uno de los conjuntos formados por los polímeros, los metales, los materiales cerámicos, los materiales que fraguan hidráulicamente y carbono.