Estructuras estratificadas multiaxiales, que poseen velos de polímeros y preforma para la fabricación de elementos compuestos.

Estructura estratificada de al menos dos capas dispuestas una encima de la otra de hilos multifilamento de refuerzo dispuestos paralelos entre si y uno junto al otro,

poseyendo la estructura estratificada sobre y/o entre las capas de hilos multifilamento de refuerzo al menos una capa de un velo de material polímero termoplástico, comprendiendo el velo un primer componente polímero y un segundo componente polímero, cuyas temperaturas de fusión se hallan por debajo de la temperatura de fusión o de descomposición de los hilos de refuerzo, caracterizada por que el primer componente polímero posee una temperatura de fusión más baja que el segundo componente polímero y por que el primer componente polímero es soluble en las resinas de la matriz de epóxido, éster de cianato o benzoxacina y por que el segundo componente polímero no es soluble en las resinas de la matriz de epóxido, éster de cianato o benzoxacina o en mezclas de estas resinas de la matriz.

Estructuras estratificadas multiaxiales, que poseen velos de polímeros y preforma para la fabricación de elementos compuestos El invento se refiere a una estructura estratificada de al menos dos capas dispuestas una encima de la otra de hilos multifilamento de refuerzo, poseyendo la estructura estratificada sobre y/o entre las capas de hilos multifilamento de refuerzo al menos una capa de un velo de material polímero termoplástico.

El invento se refiere, además, un preforma para la fabricación de elementos de construcción de materiales compuestos.

Las estructuras estratificadas de fibras o de hilos de refuerzo se conocen desde hace tiempo en el mercado. Para ellas se utilizan con frecuencia estructuras estratificadas multiaxiales, que poseen una estructura formada por varias capas de hilos superpuestas, estando formadas las capas de hilos por grupos de hilos de refuerzo dispuestos paralelos entre sí. Las capas de hilos se superponen de tal modo, que las fibras de refuerzo de las capas estén orientadas paralelas entre sí o se crucen alternativamente. Los ángulos pueden ser elegidos casi arbitrariamente. Usualmente se eligen, sin embargo, para las estructuras estratificadas multiaxiales ángulos de 0º, 90º, más o menos 25º, más o menos 30º o más o menos 45º y la estructura se elige de tal modo, que se obtenga una construcción simétrica con relación a la dirección de grado cero.

Las estructuras estratificadas como las estructuras estratificadas multiaxiales mencionadas se pueden utilizar debido a su construcción para la fabricación de estructuras complejas. Para ello se colocan las estructuras estratificadas sin material de matriz en un molde y se adaptan al contorno de él. Con ello se obtiene una preforma a la que se incorpora a continuación por infusión o por inyección, pero también con la aplicación de un vacío el material de la matriz necesario para la fabricación del elemento de construcción compuesto. Los procedimientos conocidos son el “Liquid Molding” (procedimiento LM) o los procedimientos similares, como por ejemplo el “Resin Transfer Molding” (RTM) , “Vakuum Assisted Resin Transfer Molding” (VARTM) , “Resin Film Infusion (RFI) , “Liquid Resin Infusion” (LRI)

o “Resin infusion Flexible Tooling” (RIFT) .

Los elementos de construcción compuestos de fibra fabricados con las estructuras estratificadas de esta clase de fibras de refuerzo se prestan de manera excelente para contrarrestar directamente las fuerzas transmitidas desde las direcciones de las fuerzas del elemento de construcción y procurar así una mayor resistencia. La adaptación en las estructuras estratificadas multiaxiales desde el punto de vista de la densidad de las fibras y del ángulo de las fibras en las direcciones de los esfuerzos existentes en el elemento de construcción hace posible pesos específicos pequeños.

Las capas de hilos mutuamente superpuestas pueden ser unidas entre sí y fijadas mutuamente por medio de una gran cantidad de hilos de cosido o de tricotado, que forman mallas dispuestas una al lado de la otra y que se extienden paralelas entre sí, de manera, que la estructura estratificada es estabilizada así. Los hilos de cosido o de tricotado forman en este caso la dirección de cero grados de la estructura estratificada multiaxial. Estas estructuras estratificadas multiaxiales se pueden fabricar con máquinas de formación de urdimbre o máquinas de cosido y tricotado, por ejemplo con las máquinas LIBA o las máquina Karl Meyer conocidas para el técnico. Las estructuras estratificadas multiaxiales unidas con hilos de cosido o de tricotado y su fabricación se describe por ejemplo en los documentos DE 102 52 671 C1, DE 199 13 647 B4, WO 98/10128 o EP 0 361 796 A1.

El documento EP 1 352 118 A1 divulga una estructura estratificada multiaxial en la que las capas de fibras de refuerzo se mantienen unidas por medio de hilos de cosido fusibles, que hacen posible una gran capacidad de deformación de las estructuras estratificadas multiaxiales por encima de la temperatura de fusión de los hilos de cosido y una estabilización de la forma después del enfriamiento. Con frecuencia se utilizan hilos de cosido de polímeros termoplásticos, como por ejemplo poliamida o poliéster, como se divulga por ejemplo en el documento EP 1 057 605.

En el documento US 2005/0164578 se describe un producto previo para una preforma (Preform) para un material compuesto, que posee al menos una capa de un tejido de fibras de refuerzo y en el que en al menos una de las capas se integran fibras para la estabilización, que estabilizan la preforma, cuando se expone a temperaturas altas y que se disuelven en la matriz de resina utilizada después para la fabricación del elemento de construcción compuesto. También el documento WO02/16481 divulga estructuras de fibras de refuerzo por ejemplo para preformas, conteniendo las estructuras elementos polímeros flexibles, que se incorporan en forma de fibras entre las fibras de refuerzo o que unen entre sí las fibras de refuerzo en calidad de hilos de cosido. Los elementos polímeros flexibles se componen de un material soluble en el material de la matriz curable.

De acuerdo con el documento DE 198 09 264 A1 se pueden disponer entre las capas de fibras de refuerzo cosidas entre sí de las disposiciones de estructuras estratificadas de fibras divulgadas en él velos de encolado de polímeros termoplásticos. Con estos velos de encolado por fusión se puede transformar, cuando se calientan por encima de la temperatura de fusión del polímero, que constituye este velo, la disposición de estructuras estratificadas de manera sencilla en estructuras tridimensionales, que después del enfriamiento conservan su forma prácticamente sin fuerzas de reposición.

En parte también se colocan entre las capas de hilos de fibras de refuerzo esteras o velos de fibras desorientadas o estructuras estratificadas de fibra cortada, para mejorar por ejemplo la capacidad de impregnación de las estructuras estratificadas o para mejorar por ejemplo la resistencia a impacto. Estas estructuras estratificadas multiaxiales, que poseen capas intermedias con forma de esteras se describen por ejemplo en el documento DE 35 35 272 C2 o US 2007/0202762, divulgando para los velos, respectivamente la esteras del documento DE 35 35 272 C2 pesos por unidad de superficie entre 100 y 1200 g/m2 y en el documento US 2007/0202762 pesos por unidad de superficie de 40 g/m2 y 161 g/m2.

El documento EP 1 473 132 tiene por objeto estructuras estratificadas multiaxiales, respectivamente un procedimiento para la fabricación de estas estructuras estratificadas multiaxiales así como de las preformas fabricadas con las estructuras estratificadas multiaxiales. Las estructuras estratificadas multiaxiales allí descritas poseen entre las capas de fibras de refuerzo dispuestas unidireccionalmente capas intermedias de fibras termoplásticas, pudiendo ser las capas intermedias velos de fibras de dos componentes o velos híbridos de diferentes fibras mezcladas entre sí. El polímero, que forma la capa intermedia debe ser compatible con la matriz de resina inyectada después en la preforma. En especial se expone, que las capas intermedias deben ser permeables a la resina de la matriz durante la infusión de la resina y que deben fijar las capas de refuerzo durante la infusión de la resina y después de ella. En el caso de la utilización de resinas de epóxido se construyen los velos con fibras de poliamida. Los velos pueden ser unidos con las capas de fibras de refuerzo con máquinas de tricotado o por un encolado de fusión.,

También el documento EP 1 772 258 divulga una estructura laminada para la fabricación de piezas de material plástico reforzado con fibras. Estas estructuras laminadas poseen una capa de velo con pesos por unidad de superficie de 100 a 500 g/m2 como capa central y al menos una capa de cierre de fibras de refuerzo. La capa de velo es por ejemplo una mezcla de fibras formada por fibras soporte y fibras termoplásticas de unión y el punto de fusión de las fibras de unión es inferior al de las fibras soporte. Bajo tratamiento con calor con una temperatura superior al punto de fusión de las fibras de unión e inferior al punto de fusión de las fibras soporte se consigue según el documento EP 1 772 258 una consolidación térmica de la capa de velo y con ello un a resistencia interior y una estabilidad de dimensiones mayor de la capa de velo. La capa de velo garantiza al mismo tiempo una elevada permeabilidad durante la infiltración de la resina de la matriz.

El documento US 2008/0289743 A1 divulga estructuras estratificadas multiaxiales de capas dispuestas alternativamente de fibras de refuerzo y de velos de fibras termoplásticas... [Seguir leyendo]

1. Estructura estratificada de al menos dos capas dispuestas una encima de la otra de hilos multifilamento de refuerzo dispuestos paralelos entre si y uno junto al otro, poseyendo la estructura estratificada sobre y/o entre las capas de hilos multifilamento de refuerzo al menos una capa de un velo de material polímero termoplástico, comprendiendo el velo un primer componente polímero y un segundo componente polímero, cuyas temperaturas de fusión se hallan por debajo de la temperatura de fusión o de descomposición de los hilos de refuerzo, caracterizada por que el primer componente polímero posee una temperatura de fusión más baja que el segundo componente polímero y por que el primer componente polímero es soluble en las resinas de la matriz de epóxido, éster de cianato o benzoxacina y por que el segundo componente polímero no es soluble en las resinas de la matriz de epóxido, éster de cianato o benzoxacina o en mezclas de estas resinas de la matriz.

2. Estructura estratificada según la reivindicación 1, caracterizada por que el primer componente polímero posee una temperatura de fusión en el margen entre 80 y 135 ºC y el segundo componente polímero posee una temperatura de fusión en el margen entre 140 y 250 ºC.

3. Estructura estratificada según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada por que el velo es un velo híbrido.

4. Estructura estratificada según una o varias de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que el segundo componente polímero es un homopolímero de poliamida o un copolímero de poliamida o una mezcla de homopolímeros de poliamida y/o de copolímeros de poliamida.,

5. Estructura estratificada según la reivindicación 4, caracterizada por que el homopolímero o el copolímero de poliamida es poliamida 6, poliamida 6.6, poliamida 6.12, poliamida 4.6, poliamida 11, poliamida 12 o un copolímero a base de poliamida 6/12.

6. Estructura estratificada según una o varias de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que el primer componente polímero es un polímero, que reacciona químicamente con las resinas de la matriz de epóxido, éster de cianato o benzoxacina durante la reticulación de estas resinas.

7. Estructura estratificada según la reivindicación 6, caracterizada por que el primer componente polímero es un polihidroxiéter.

8. Estructura estratificada según una o varias de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por que el velo contiene el primer componente polímero en una cantidad del 2 al 40 % en peso y el segundo componente polímero en una cantidad del 60 al 98 % en peso.

9. Estructura estratificada según una o varias de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada por que la al menos una capa de velo posee un peso por unidad de superficie en el margen de 5 a 25 g/m2.

10. Estructura estratificada según una o varias de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada por que entre cada una de sus capas de hilos multifilamento de refuerzo se dispone una capa de velo.

11. Estructura estratificada según una o varias de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada por que los hilos multifilamentos de refuerzo son hilos de fibras de carbono, de fibras de vidrio o de aramida o hilos de polietileno UHMW con un estiramiento grande.

12. Estructura estratificada según una o varias de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada por que las capas de hilos multifilamento de refuerzo de la capas dispuestas una encima de la otra forman entre sí, vistas perpendicularmente al plano de la capa, un ángulo.

13. Estructura estratificada según una o varias de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada por que las capas de hilos multifilamento de refuerzo y la al menos una capa de velo son unidas entre sí por medio de hilos de cosido, que se extienden paralelos y distanciados entre sí.

14. Estructura estratificada según la reivindicación 13, caracterizada por que los hilos de refuerzo se unen entre sí y se fijan mutuamente dentro de una capa así como dentro de capas adyacentes con hilos de cosido distanciados con un ancho w de puntada, formando los hilos de cosido mallas con una longitud s de la puntada, que definen la dirección de grado cero de la estructura estratificada, estando dispuestos los hilos de refuerzo de las capas simétricamente con relación a la dirección de grado cero de la estructura estratificada y, referido al sentido de su extensión, forman un ángulo α con relación a la dirección de grado cero distinto de 90º y distintos de 0º, poseyendo los hilos de cosido un título en el margen de 10 a 35 dtex y satisfaciendo la longitud s de la puntada en función del ancho de la puntada así como del ángulo α1 de los hilos de refuerzo las relaciones (I) y (II) :

mm ≤ s ≤ 4 mm (I)

w∀

tan!1

s = n · B · (II)

2, 3

con w = ancho de la puntada [mm] 0, 9 ≤ B ≤ 1, 1 y n = 0, 5; 1; 1, 5; 2; 3; ó 4,

entendiendo bajo ángulo α1 el ángulo con relación a la dirección de grado cero con el que los hilos de refuerzo están dispuestos en una vista en planta de la estructura estratificada multiaxial de la primera capa y cuyos hilos de refuerzo forman con la dirección de grado cero un ángulo distinto de 90º y de 0º.

15. Preforma para la fabricación de elementos de construcción de material compuesto, caracterizado por que comprende una estructura estratificada según una o varias de las reivindicaciones 1 a 14.