Artículo formado de manera integrada que usa una estructura tipo sándwich.

Artículo formado de manera integrada, en el que una estructura tipo sándwich (III) como primer elemento yotro elemento estructural como segundo elemento están unidos entre sí;

teniendo dicho primer elementouna forma plana; y cambiando la forma del segundo elemento en la dirección del grosor, comprendiendodicha estructura tipo sándwich (III) un componente de núcleo (I) y componentes reforzados con fibras (II)compuestos cada uno por fibras de refuerzo continuas (A) y una resina de matriz (B) y dispuestos en ambassuperficies de dicho componente de núcleo (I), teniendo dicho componente de núcleo (I) huecos, un grosorde 0,1 a 1,5 mm y un peso específico de 0,01 a 1,2; y la fuerza adhesiva entre dicho componente de núcleo(I) y dichos componentes reforzados con fibras (II) medida según la norma ASTM D 3846 es de 1 MPa omás.

Artículo formado de manera integrada que usa una estructura tipo sándwich

Campo técnico

La presente invención se refiere a un artículo formado de manera integrada que usa una estructura tipo sándwich de ligereza, delgadez y rigidez excelentes. En más detalle, una estructura tipo sándwich útil en la invención tiene componentes reforzados con fibras dispuestos cada uno en ambas superficies de un componente de núcleo específico y tiene propiedades especialmente excelentes de ligereza y delgadez.

En particular, la invención se refiere a un artículo formado de manera integrada, en el que están integrados un elemento que tiene una forma plana que comprende la estructura tipo sándwich y otro elemento cuya forma cambia en la dirección del grosor. El artículo formado de manera integrada puede usarse preferiblemente para aparatos eléctricos y electrónicos, aparatos de ofimática, aparatos domésticos eléctricos, aparatos médicos, partes de automóviles, partes de aeronaves, materiales de construcción, etc.

Antecedentes de la técnica Los plásticos reforzados con fibras (FRP) reforzados mediante un grupo de fibras de refuerzo continuas se usan a menudo como materiales de estructuras que requieren propiedades de ligereza y mecánicas para aplicaciones tales como aparatos de transporte incluyendo aeronaves, automóviles, vehículos de dos ruedas y bicicletas, artículos de deporte incluyendo raquetas de tenis, palos de golf y cañas de pescar, estructuras arquitectónicas incluyendo materiales de refuerzo resistentes a terremotos, etc.

Como estructura de peso más ligero que tiene propiedades mecánicas suficientes, se conoce una estructura tipo sándwich en la que cada componente de FRP está dispuesto sobre las capas exteriores delgadas de un componente de núcleo ligero. Para reducir el peso de una estructura, se usa selectivamente un componente de núcleo de peso más ligero, y se usan frecuentemente un núcleo de balsa, núcleo tipo panal, núcleo de espuma de uretano, etc. como componentes de núcleo. Además, tales estructuras tipo sándwich están diseñadas para satisfacer las propiedades mecánicas requeridas desde el punto de vista práctico y se usan ampliamente como materiales estructurales secundarios de aeronaves y también como elementos de automóviles, elementos arquitectónicos, elementos de paneles, etc.

El documento de patente 1 propone una estructura tipo sándwich que tiene una espuma de resina termoendurecible como núcleo, y se considera que esta estructura es útil como material arquitectónico que tiene ligereza y alta rigidez. El documento de patente 2 propone un panel de automóviles que comprende un panel tipo sándwich y un larguero.

El documento de patente 3 propone una carcasa para un aparato eléctrico o electrónico obtenida formando una lámina tipo sándwich de múltiples capas.

Sin embargo, en el caso de estas estructuras tipo sándwich, es difícil satisfacer tanto la delgadez como la ligereza, y hay un límite para la producción en serie de un artículo de forma complicada de pared delgada. La estructura tipo sándwich del documento de patente 1 no puede usarse para conformar un artículo de forma complicada, puesto que es una placa conformada. El panel de automóviles del documento de patente 2 puede tener una determinada forma mediante la unión de un larguero, pero es de aplicación limitada para artículos moldeados grandes, no siendo adecuado para la producción en serie de un artículo de forma complicada de pared delgada.

La delgadez de una estructura tipo sándwich se ve enormemente afectada por el grosor de su núcleo. Sin embargo, en una estructura tipo sándwich habitual, su componente de núcleo tiene habitualmente un determinado grosor para 40 potenciar el efecto de mejora de rigidez, y no se ha propuesto ningún componente de núcleo que satisfaga tanto la ligereza como la delgadez y que tenga una utilidad práctica excelente. En el caso de componentes de núcleo convencionales conocidos tales como un núcleo de balsa, núcleo tipo panal y núcleo de espuma de uretano, no es fácil producir un núcleo delgado, e incluso si pudiera producirse un núcleo delgado, estos materiales tienen tales problemas que cuando se conforman para dar las preformas, es probable que se rompan y que no puedan resistir la 45 deformación necesaria para el conformado, presentando un límite a la delgadez.

El documento de patente 3 propone una carcasa de aparato electrónico que tiene una estructura tipo sándwich en la que se usa una lámina fibrosa no tejida impregnada con partículas huecas y una resina que luego solidifica como su componente de núcleo. En la estructura tipo sándwich, la parte de núcleo tiene una estructura compacta impregnada con una resina que luego solidifica. Por tanto, tiene una ligereza insuficiente. Además, debido a la producción 50 discontinua, la técnica es desventajosa desde el punto de vista económico y no es adecuada para la producción en serie ni para producir un artículo de forma complicada. Un elemento de forma complicada tiene, por ejemplo, una parte articulada prevista en una parte de pared levantada, una parte de nervio o saliente, etc., y siendo realistas, es difícil formar esas partes con la estructura.

Por otro lado, las aplicaciones de FRP incluyen carcasas de aparatos eléctricos y electrónicos tales como 55 ordenadores personales, aparatos de ofimática, aparatos audiovisuales, teléfonos celulares, teléfonos, faxes, aparatos eléctricos domésticos y juguetes. Estas aplicaciones requieren productividad en serie, capacidad de moldeo, eficacia de productividad y económica, y en los últimos años, adicionalmente, delgadez y ligereza. Para cumplir estos requisitos, se usan aleaciones de magnesio de delgadez y rigidez excelentes, pero puesto que los materiales metálicos tienen grandes pesos específicos, no son muy satisfactorios en vista de la ligereza. El documento de patente 4 propone una carcasa de aparato electrónico obtenida integrando un elemento de FRP plano y un elemento termoplástico, que garantiza la productividad en serie y tiene una delgadez, rigidez y ligereza excelentes. Se espera que aparatos electrónicos tales como ordenadores personales tipo notebook, teléfonos y terminales de información se hagan cada vez más portátiles y que los usuarios de edad avanzada aumentarán además en el futuro. Por tanto, se requiere sumamente que estas carcasas de aparatos electrónicos tengan un peso reducido adicionalmente.

Documento de patente 1: documento JP 5-138797 A, página 2, línea 1

Documento de patente 2: documento JP 2002-284038 A, página 2, línea 1

Documento de patente 3: documento JP 5-42620 A, página 2, línea 1

Documento de patente 4: documento JP 2004-140255 A, página 2, línea 1

El documento JP 11 300870 A da a conocer una plancha tipo sándwich hecha de FRP, que tiene una capa de material de núcleo y una capa de material de superficie en la que un material de refuerzo de fibra de carbono se impregna con una resina y el área individual de una parte defectuosa calculada mediante un método de ensayo no destructivo está por debajo del 5% del área de la plancha tipo sándwich y la suma del área total de las partes defectuosas está por debajo del 50% del área de la plancha tipo sándwich.

El documento JP 7 112501 A da a conocer un cuerpo estructural laminado compuesto que tiene una capa de aislamiento térmico, por ejemplo de resina de polipropileno, entre un cuerpo laminado y una espuma de resina en un artículo moldeado.

El documento JP 2004 080648 A describe que, aunque el polipropileno es un material bueno como sustancia individual, tiene la desventaja de que la adhesión con otro polímero es escasa puesto que la superficie es intrínsecamente inerte, y laminación con otro polímero es difícil. Por tanto, el polipropileno es un material difícil cuando se apilan dos o más capas y se crea el aspecto de un artículo de envase. Por tanto, da a conocer un método para producir material laminado de polipropileno, en el que una película de polipropileno no orientado y una lámina espumada o de carga formada principalmente a partir de polipropileno se laminan en caliente mediante una capa intermedia que contiene una resina de polipropileno modificada con ácido que tiene un índice de acidez de 10 a 150 mg de KOH/g y un peso molecular promedio en peso de 5.000 a 200.000.

El documento EP 0 259 121 A2 da a conocer un material compuesto que tiene una estructura laminar que puede comprender una capa de fibra porosa construida de fibras cortas de refuerzo que se distribuyen en direcciones al azar y combinadas entre sí principalmente en intersecciones de las mismas mediante aglutinante carbonizado, y dos capas de plástico reforzado... [Seguir leyendo]

1. Artículo formado de manera integrada, en el que una estructura tipo sándwich (III) como primer elemento y otro elemento estructural como segundo elemento están unidos entre sí; teniendo dicho primer elemento una forma plana; y cambiando la forma del segundo elemento en la dirección del grosor, comprendiendo dicha estructura tipo sándwich (III) un componente de núcleo (I) y componentes reforzados con fibras (II) compuestos cada uno por fibras de refuerzo continuas (A) y una resina de matriz (B) y dispuestos en ambas superficies de dicho componente de núcleo (I) , teniendo dicho componente de núcleo (I) huecos, un grosor de 0, 1 a 1, 5 mm y un peso específico de 0, 01 a 1, 2; y la fuerza adhesiva entre dicho componente de núcleo

(I) y dichos componentes reforzados con fibras (II) medida según la norma ASTM D 3846 es de 1 MPa o 10 más.

2. Artículo formado de manera integrada según la reivindicación 1, en el que dicho componente de núcleo (I) comprende un cuerpo espumado que tiene células cerradas.

3. Artículo formado de manera integrada según la reivindicación 1, en el que dicho componente de núcleo (I) está formado de una resina de poliolefina.

4. Artículo formado de manera integrada según la reivindicación 3, en el que una capa de resina de poliolefina modificada está dispuesta entre una capa de dicho componente de núcleo (I) y una capa de dichos componentes reforzados con fibras (II) .

5. Artículo formado de manera integrada según la reivindicación 4, en el que la viscosidad en estado fundido de dicha resina de poliolefina modificada medida a 160ºC es de 10 a 500 Pa·s.

6. Artículo formado de manera integrada según la reivindicación 4, en el que dicha resina de poliolefina modificada contiene el 20% en peso o más de una resina de poliolefina modificada con ácido que tiene un índice de acidez de 10 o más.

7. Artículo formado de manera integrada según la reivindicación 4, en el que dicha resina de poliolefina modificada se impregna en haces de dichas fibras de refuerzo usadas en dichos componentes reforzados 25 con fibras (II) ; y la longitud de impregnación máxima de dicha resina de poliolefina modificada es de 10 !m

o más.

8. Artículo formado de manera integrada, en el que una estructura tipo sándwich (III) como primer elemento y otro elemento estructural como segundo elemento están unidos entre sí; teniendo dicho primer elemento una forma plana; y cambiando la forma del segundo elemento en la dirección del grosor, comprendiendo dicha estructura tipo sándwich (III) un componente de núcleo (I) y componentes reforzados con fibras (II) compuestos cada uno por fibras de refuerzo continuas (A) y una resina de matriz (B) y dispuestos en ambas superficies de dicho componente de núcleo (I) , estando compuesto dicho componente de núcleo (I) de fibras de refuerzo discontinuas y una resina termoplástica; estando cruzados entre sí filamentos de dichas fibras de refuerzo discontinuas para formar una estructura de huecos; estando dispuesta dicha resina termoplástica en partes de cruce de las fibras de refuerzo discontinuas; y teniendo dicho componente de núcleo (I) un grosor de 0, 1 a 1, 5 mm y un peso específico de 0, 1 a 1, 0.

9. Artículo formado de manera integrada según la reivindicación 8, en el que las partes de cruce de filamentos en dicho componente de núcleo (I) en las que se deposita dicha resina termoplástica representan el 50% o más de todas las partes de cruce.

10. Artículo formado de manera integrada según la reivindicación 8, en el que dicha resina termoplástica tiene un punto de fusión o una temperatura de deformación bajo carga de 160ºC o superior.

11. Artículo formado de manera integrada según la reivindicación 8, en el que una capa de resina termoplástica está dispuesta entre una capa de dicho componente de núcleo (I) y una capa de dichos componentes reforzados con fibras (II) ; y una resina termoplástica que constituye dicha capa de resina termoplástica tiene 45 un punto de fusión o una temperatura de deformación bajo carga de 160ºC o inferior.

12. Artículo formado de manera integrada según la reivindicación 11, en el que dicha resina termoplástica que constituye dicha capa de resina termoplástica se impregna en haces de dichas fibras de refuerzo usadas en dichos componentes reforzados con fibras (II) , y la longitud de impregnación máxima de dicha resina termoplástica es de 10 !m o más.

13. Artículo formado de manera integrada según la reivindicación 1 u 8, en el que dichas fibras de refuerzo (A) son fibras de carbono.

14. Artículo formado de manera integrada según la reivindicación 1 u 8, en el que dicha resina de matriz (B) es una resina termoendurecible.

15. Artículo formado de manera integrada según la reivindicación 1 u 8, en el que dicho primer elemento y dicho segundo elemento están unidos entre sí mediante una capa adhesiva.

16. Artículo formado de manera integrada según la reivindicación 15, en el que dicha capa adhesiva está formada de una resina termoplástica.

17. Artículo formado de manera integrada según la reivindicación 16, en el que dicha capa adhesiva está unida a dicho componente reforzado con fibras (II) ; y dicha resina termoplástica que constituye dicha capa adhesiva y dicha resina de matriz (B) usada en dicho componente reforzado con fibras (II) están unidas entre sí con una rugosidad formada en la superficie de contacto de la unión.

18. Artículo formado de manera integrada según la reivindicación 17, en el que dicha resina termoplástica que constituye dicha capa adhesiva se impregna en haces de dichas fibras de refuerzo usadas en dicho componente reforzado con fibras (II) ; y la longitud de impregnación máxima es de 10 !m o más.

19. Artículo formado de manera integrada, según la reivindicación 1 u 8, en el que dicho segundo elemento es un elemento compuesto por una composición de resina termoplástica.

20. Aparato eléctrico o electrónico en el que un artículo formado de manera integrada según la reivindicación 1 15 u 8 se usa para formar una parte, un elemento o una carcasa del mismo.

21. Método para producir un artículo formado de manera integrada según la reivindicación 1 u 8, caracterizado por que dicho primer elemento y dicho segundo elemento están unidos entre sí por al menos un método de integración seleccionado del grupo que consiste en soldadura térmica, soldadura por vibración, soldadura por ultrasonidos, soldadura con láser, moldeo por inyección de tipo inserto y moldeo por inyección de tipo inserto exterior.