Material preimpregnado con red de descarga multi-dimensional de gas integrada.

Un material preimpregnado adaptado para el almacenamiento a una temperatura de almacenamiento en o por debajo de la temperatura ambiente,

en donde dicho material preimpregnado sufre un curado cuando dicho material preimpregnado se calienta hasta una temperatura de curado, comprendiendo dicho material preimpregnado: un material fibroso; en donde el material fibroso comprende, además,

elementos precursores de la matriz, seleccionándose dichos elementos precursores de la matriz del grupo que consiste en: elementos de resina que comprenden una resina termoendurecible, elementos de curado que comprenden un elemento de curado para dicha resina termoendurecible; y elementos completamente formulados que comprenden una mezcla de resina termoendurecible y un elemento de curado para dicha resina termoendurecible; y

zonas de barrera situadas entre los elementos precursores de la matriz para formar una red de descarga de gas para proporcionar un escape multi-dimensional de gas de dicho material preimpregnado cuando dicho material preimpregnado se calienta a dicha temperatura de curado durante el curado de dicho material preimpregnado.

Material preimpregnado con red de descarga multi-dimensional de gas integrada ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

1. Campo de la invención

La presente invención se refiere, en general, al campo de los materiales compuestos, y más específicamente a un material preimpregnado y a productos estratificados hechos a partir de material preimpregnado que se moldean en una amplia diversidad de piezas de material compuesto. Más particularmente, la presente invención está dirigida a la mejora de la vida útil o capacidad de almacenamiento del material preimpregnado, mientras que al mismo tiempo a la reducción de la cantidad y tamaño de los huecos que se forman en la pieza de material compuesto durante las operaciones de moldeo.

2. Descripción de la técnica relacionada

Los materiales compuestos se componen típicamente de una matriz de resina y fibras de refuerzo en calidad de los dos constituyentes principales. Los materiales compuestos se utilizan ampliamente en la industria aeroespacial y en otras situaciones en las que se desean una alta resistencia y un peso ligero. Aunque se ha utilizado una amplia diversidad de resinas de matriz, las resinas termoendurecibles tales como resinas epoxídicas y de bismaleimida son particularmente populares para aplicaciones aeroespaclales. También se ha utilizado una amplia gama de tipos de fibras en materiales compuestos aeroespaciales. Son comunes fibras de vidrio, grafito, carbono y de material cerámico. Las fibras pueden ser cortadas, orientadas al azar, unidireccionales en la orientación o tejidas para formar una tela. Las fibras utilizadas en los materiales compuestos tienen diámetros que van desde muy pequeños a relativamente grandes._Aunque es posible hacer materiales compuestos utilizando fibras de diámetro grande, la práctica más común es tomar miles de fibras que tienen diámetros extremadamente pequeños y formarlas en haces Individuales conocidos como haces de hilos. Estos haces de hilos multi-fibras son mucho más fuertes y más flexibles que las fibras individuales que tienen el mismo diámetro total. Los haces de hilos pueden ser tejidos para formar una tela de la misma manera que los hilos convencionales. Alternativamente, los haces de hilos están dispuestos en paralelo para proporcionar una orientación de la fibra unidireccional o pueden ser orientados al azar.

Existe un cierto número de maneras de combinar la resina con las fibras para formar el material compuesto final. Un enfoque, que ha estado en uso durante años, consiste en impregnar manualmente las fibras con resina activada in situ en un molde u otra estructura de soporte. Luego se utiliza calor para curar el "apilamiento" resultante. Este tipo de proceso de apilamiento manual es popular, debido a que es simple y requiere poca o ninguna herramienta especial. Sin embargo, es difícil controlar con precisión la cantidad de resina que se aplica a las fibras y asegurar que la resina sea uniformemente impregnada en los haces de hilos de fibras. Además, las cantidades de agente de curado y otros aditivos que están incluidos en la resina pueden variar entre los apilamientos. Como resultado, métodos de impregnación manual no se utilizan típicamente en aplicaciones aeroespaciales en donde la combinación de alta resistencia y peso ligero es una consideración de diseño importante.

Con el fin de evitar los problemas anteriores, ha sido una práctica común formar un apilamiento (material preimpregnado) prefabricado que incluye la fibra y una matriz de resina (resina, agentes de curado y cualesquiera aditivos). El material preimpregnado se realiza bajo condiciones de fabricación que permiten controlar cuidadosamente la cantidad y distribución de la matriz de resina dentro del material preimpregnado. Una vez formado, el material preimpregnado se puede aplicar a un molde u otra superficie de soporte de la misma manera que un apilamiento manual convencional. En general, los materiales preimpregnados no se utilizan inmediatamente después de formarse. En lugar de ello, habitualmente se almacenan para su uso más adelante.

Hay un cierto número de características que son deseables en cualquier material preimpregnado. Por ejemplo, el material preimpregnado debe ser lo suficientemente flexible para permitir la aplicación a la superficie del molde deseada. Además, la pegajosidad (o adherencia) del material preimpregnado debe ser tal que el material preimpregnado se adhiere a las capas de material preimpregnado subyacentes en el molde que, sin ser tan pegajoso que se altere cuando se manipule. La resina de material preimpregnado debe permanecer estable durante el almacenamiento, de modo que las características de manipulación (es decir, flexibilidad y pegajosidad) no cambian. Además, la resina no debe fluir de las fibras ni redistribuirse de otro modo por sí mismo de manera indeseable durante el almacenamiento. Al mismo tiempo, la resina debe tener características de flujo apropiadas durante el curado para proporcionar una buena calidad del estratificado.

La estabilidad del material preimpregnado durante el almacenamiento ha sido, y continúa siendo una de las áreas más problemáticas de la fabricación de material preimpregnado y de su uso. Ha sido una práctica común refrigerar el material preimpregnado durante el almacenamiento y el transporte para mantener en un mínimo las reacciones entre la

resina y los agentes de curado.

Sin embargo, tal refrigeración puede ser costosa y laboriosa. Por consiguiente, hay una continua necesidad de proporcionar sistemas de material prelmpregnado que estén diseñados para ser menos dependientes de la temperatura de almacenamiento. El objetivo es proporcionar un material preimpregnado que esté diseñado de tal manera que pueda ser almacenado y transportado a temperaturas ambiente.

El documento WO 2813484 describe un material compuesto con una mezcla de materiales termoplásticos.

El documento W2711617 describe un material endurecedortermoplástlcoy un método relacionado.

El documento WO28127556 describe materiales compuestos preimpregnados con un comportamiento mejorado.

El documento W271573 describe un método para producir un material compuesto con baja densidad y alta tenacidad.

El documento DE1981312 describe un moldeo por inyección multicomponente reactivo.

El documento W9115538 describe películas de liberación poliméricas y su método de uso.

Otro área que ha sido una fuente de problemas para el material prelmpregnado es la formación de poros en el estratificado final. Gas generado durante el proceso de curado puede quedar atrapado dentro del estratificado en donde forma poros o huecos que reducen la resistencia de la parte final. Hay una continua necesidad de desarrollar sistemas de material prelmpregnado que estén diseñados para descargar gas del material preimpregnado durante el proceso de curado para eliminar con ello la formación de poros indeseables.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

De acuerdo con la Invención existe un material impregnado según se define en cualquiera de las reivindicaciones que se acompañan.

De acuerdo con la presente Invención se proporciona un material preimpregnado que Incluye redes de descarga de gas que permiten un escape multidimensional de gas del material prelmpregnado durante el proceso de curado. Además, se proporcionan barreras penetrables que mejoran la capacidad de almacenamiento a largo plazo del material preimpregnado a temperatura ambiente.

La presente invención se basa en la combinación de un elemento fibroso con uno o más elementos precursores de la matriz en una diversidad de maneras para proporcionar la descarga multidimensional de gas cuando el material preimpregnado se calienta a temperaturas de curado. Los elementos precursores de la matriz pueden ser elementos de resina, elementos de curado o elementos completamente formulados que incluyen tanto la resina como el elemento de curado. De acuerdo con la presente invención, estos elementos precursores de la matriz están orientados uno respecto al otro y respecto al elemento fibroso en configuraciones especificadas que forman redes de descarga multidimensional de gas. Las redes de descarga de gas, que se pueden formar antes o durante el proceso de curado, proporcionan un escape multidimensional eficaz de gas del material prelmpregnado durante el curado de los mismos.

Como una característica de la presente invención se proporcionan barreras penetrables que forman zonas de barrera entre los elementos precursores de la matriz durante el almacenamiento a temperatura ambiente. En algunas realizaciones de la Invención, los elementos precursores de la matriz se mantienen en un estado de no-flujo durante el almacenamiento y pasan a un estado de flujo durante el curado del material preimpregnado.... [Seguir leyendo]

1. Un material preimpregnado adaptado para el almacenamiento a una temperatura de almacenamiento en o por debajo de la temperatura ambiente, en donde dicho material preimpregnado sufre un curado cuando dicho material preimpregnado se calienta hasta una temperatura de curado, comprendiendo dicho material preimpregnado:

un material fibroso; en donde el material fibroso comprende, además,

elementos precursores de la matriz, seleccionándose dichos elementos precursores de la matriz del grupo que consiste en: elementos de resina que comprenden una resina termoendurecible, elementos de curado que comprenden un elemento de curado para dicha resina termoendurecible; y elementos completamente formulados que comprenden una mezcla de resina termoendurecible y un elemento de curado para dicha resina termoendurecible; y

zonas de barrera situadas entre los elementos precursores de la matriz para formar una red de descarga de gas para proporcionar un escape multi-dimensional de gas de dicho material preimpregnado cuando dicho material preimpregnado se calienta a dicha temperatura de curado durante el curado de dicho material preimpregnado.

2. Un material preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende barreras penetrables que definen zonas de barrera situadas entre dichos elementos precursores de la matriz, en donde dichos elementos precursores de la matriz fluyen a dichas zonas de barrera cuando dicho material preimpregnado se calienta a dichas temperaturas de curado durante el curado de dicho material preimpregnado.

3. Un material preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 2, en donde dichas barreras penetrables comprenden un material seleccionado del grupo que consiste en gas, polímeros termo-fusibles, dicha capa fibrosa y materiales porosos.

4. Un material preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicha red de descarga de gas comprende zonas de descarga de gas que se extienden lateralmente a través de dicho material preimpregnado y transversal mente a través de dicho material preimpregnado.

5. Un material preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicha red de descarga de gas comprende un material seleccionado del grupo que consiste en gas, polímeros termo-fusibles, dicha capa fibrosa y materiales porosos.

6. Un material preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 4, en donde dichas zonas de descarga de gas comprenden dichas zonas de barrera.

7. Un material preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dichos elementos precursores de la matriz están situados en las dos caras de dicha capa fibrosa.

8. Un material preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el material preimpregnado comprende dos capas de elementos precursores de la matriz orientados en ángulos uno con relación a otro.

9. Un material preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dichos elementos precursores de la matriz consisten en dichos elementos de resina y dichos elementos de curado.

1. Un material preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 8, en donde dichos elementos de resina están situados en una cara de dicha capa fibrosa, y dichos elementos de curado están situados en la otra cara de dicha capa fibrosa.

11. Un material preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 9, en donde dichos elementos de resina están situados en la misma cara de dicha capa fibrosa que dichos elementos de curado.

12. Un material preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende dos capas fibrosas que definen un material preimpregnado de múltiples capas, teniendo dicho material preimpregnado de múltiples capas una zona central situada entre dichas capas fibrosas y dos zonas exteriores situadas en caras opuestas de dicho material preimpregnado de múltiples capas.

13. Un material preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 12, que comprende barreras penetrables que definen zonas de barrera situadas entre dichos elementos precursores de la matriz, en donde dichos elementos precursores de la matriz fluyen a dichas zonas de barrera cuando dicho material preimpregnado se calienta hasta dicha temperatura de curado durante el curado de dicho material preimpregnado.

14. Un material preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 13, en donde dichas barreras penetrables comprenden un material seleccionado del grupo que consiste en gas, polímeros termo-fusibles, dicha capa fibrosa y materiales porosos.

15. Un material preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 12, en donde dicha red de descarga de gas comprende zonas de descarga de gas que se extienden lateralmente a través de dicho material preimpregnado y transversalmente a través de dicho material preimpregnado.

16. Un material preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 15, en donde dichas zonas de descarga de gas

comprenden dichas zonas de barrera.

17. Un material preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 12, en donde dichos elementos precursores de la matriz consisten en dichos elementos de resina y dichos elementos de curado.