Nuevos materiales intermedios realizados por reticulación con entrelazado de hilos de tipo velo.

Material intermedio compuesto de un conjunto de cintas entrelazadas caracterizado por que al menos algunas cintas,

y preferentemente todas las cintas, denominadas cintas de tipo velo, están compuestas por una serie de hilos o filamentos de refuerzo que se extienden según una dirección paralela a la longitud de la cinta para formar una capa unidireccional asociada por cada una de sus caras a un material no tejido de fibras termoplásticas, garantizando dichos dos materiales no tejidos la cohesión de dicha cinta de tipo velo gracias a su carácter termoplástico.

Nuevos materiales intermedios realizados por reticulación con entrelazado de hilos de tipo velo La presente invención se refiere al campo técnico de los materiales de refuerzo adaptados a la constitución de piezas de material compuesto. Más precisamente, la invención se refiere a un nuevo material intermedio para la realización de piezas de material compuesto, por inyección o infusión posterior de resina termoendurecible, a un procedimiento de fabricación de piezas de material compuesto a partir de dicho material, así como a las piezas de material compuesto obtenidas.

La fabricación de piezas o de artículos de material compuesto, es decir que comprenden, por una parte, uno o varios refuerzos o napas fibrosas y, por otra parte, una matriz principalmente de tipo termoendurecible ("resina") y que puede incluir materiales termoplásticos, puede, por ejemplo, llevarse a cabo mediante un procedimiento denominado "directo" o "LCM" (del inglés Liquid Composite Moulding) . Un procedimiento directo se define por el hecho de que uno o varios refuerzos fibrosos se aplican en estado "seco" (es decir sin la matriz final) , mientras que la resina o matriz se aplican por separado, por ejemplo mediante inyección en el molde que contiene los refuerzos fibrosos (procedimiento "RTM", del inglés Resin Transfer Moulding) , por infusión a través del espesor de los refuerzos fibrosos (Procedimiento "LRI", del inglés "Liquid Resin Infusion" o procedimiento "RFI", del inglés "Resin Film Infusion") , o incluso por recubrimiento/impregnación manual mediante rodillo o pincel, sobre cada una de las capas unitarias de refuerzo fibroso, aplicadas de manera sucesiva sobre la forma.

Para los procedimientos RTM, LRI o RFI, es necesario por lo general fabricar en primer lugar una preforma fibrosa que tenga la forma del artículo acabado deseado, y a continuación impregnar esta preforma con una resina. La resina se inyecta o se infunde mediante un diferencial de presión, de temperatura, después, cuando toda la cantidad

de resina necesaria está dentro de la preforma, el conjunto se somete a una temperatura más alta para ejecutar el ciclo de polimerización/reticulación y así conseguir su endurecimiento.

Las piezas de material compuesto utilizadas en la industria automovilística, aeronáutica o naval, están especialmente sujetas a requisitos muy estrictos, especialmente en lo que respecta a propiedades mecánicas. Sin embargo, las propiedades mecánicas de las piezas están vinculadas principalmente a un parámetro que se denomina índice volumétrico de fibras (TVF) . Además, en estos sectores, es especialmente importante disponer de materiales que presenten por una parte gran regularidad, y que por la otra parte ofrezcan facilidades de manipulación y de aplicación.

En estos sectores, se realiza un gran número de preformas a partir de tejidos (documento WO 94/12708 especialmente) o de trenzas, especialmente de forma cilíndrica (documentos EP 1.798.428 y US2007/0193439, por ejemplo) . Para mejorar la resistencia al impacto de las piezas que se desea realizar a partir de dichas preformas, los inventores han considerado la posibilidad de aplicar a estas trenzas o tejidos un aglutinante químico para mejorar el rendimiento mecánico de las piezas obtenidas y, en particular su resistencia al impacto.

Sin embargo, la aplicación de dicho aglutinante químico con el fin de mejorar la resistencia al impacto sobre una forma tal que un mandril de trenzado no es tarea fácil. Efectivamente, se plantea especialmente el problema de la continuidad de este aglutinante y de la dificultad de automatización. Además, la aplicación de un aglutinante químico sobre un tejido o una trenza puede limitar la capacidad de deformación del material obtenido y, de este modo, su 45 aplicación sobre formas complejas.

En este contexto, el material de acuerdo con la invención debe ofrecer posibilidades de diseño para piezas de material compuesto de estructuras primarias o secundarias que tengan buenas propiedades mecánicas y asimismo para piezas que tengan un índice volumétrico de fibras elevado.

Este material intermedio se debe también fabricar a un precio de coste competitivo y, de manera relativamente sencilla. Uno de los objetivos de la invención es también proponer un material cuya producción se pueda automatizar de forma sencilla.

El material de acuerdo con la invención debe ofrecer facilidades de manipulación y de aplicación. A destacar, la presente invención se propone proporcionar un nuevo material intermedio que se pueda producir a partir de formas complejas de tipo trenza de forma cilíndrica o compleja. El material de acuerdo con la invención se debe también poder producir en forma de un tejido o trenza que tenga una capacidad de deformación satisfactoria.

También, la presente invención se refiere a un material intermedio compuesto de un conjunto de cintas entrelazadas caracterizado por que al menos algunas cintas, y preferentemente todas las cintas, denominadas cintas de tipo velo, están compuestas por una serie de hilos o filamentos de refuerzo que se extienden según una dirección paralela a la longitud de la cinta para formar una capa unidireccional asociada por cada una de sus caras a un material no tejido de fibras termoplásticas, garantizando dichos dos materiales no tejidos la cohesión de dicha cinta de tipo velo 65 gracias a su carácter termoplástico.

En las reivindicaciones se detallan otras características del material de acuerdo con la invención.

El material de acuerdo con la invención se destina a la realización de piezas de material compuesto por procedimiento directo. También, la masa de material no tejido, en el interior de cada cinta de tipo velo, representa 5 del 3 a 10 % de la masa total de cada cinta.

La invención tiene también por objeto un procedimiento de fabricación de una pieza de material compuesto caracterizada por que comprende las etapas siguientes:

a) disponer al menos un material de acuerdo con la invención, b) en su caso, apilar distintos materiales de acuerdo con la invención y, en su caso, sinterizarlos con la forma de una preforma, c) añadir, mediante infusión o inyección, una resina termoendurecible, d) consolidar la pieza deseada mediante una etapa de polimerización/reticulación seguida de un ciclo de

temperatura y presión definidas, seguido de enfriamiento.

De acuerdo con una realización particular del procedimiento de acuerdo con la invención, la resina termoendurecible se añade mediante infusión a una presión inferior a la presión atmosférica, especialmente a una presión inferior a 1 bar (100 kPa) y, por ejemplo, comprendida entre 0, 1 y 1 bar (10 y 100 kPa) .

De acuerdo con otro de sus aspectos, la invención se refiere a piezas de material compuesto que se pueden obtener según un procedimiento de ese tipo, especialmente que presentan un índice volumétrico de fibras (TVF) de 50 a 63%, preferentemente de 53 a 60 %,

Otras características son el resultado de la descripción que se hace a continuación en referencia a los dibujos adjuntos.

Las Figuras 1 y 2 son, respectivamente, una representación esquemática, en perspectiva, en despiece parcial, y en corte, de una cinta utilizada en el contexto de la invención, donde una capa unidireccional está asociada a dos materiales no tejidos. La Figura 3 muestra diferentes construcciones de tejido que puede presentar un material intermedio de acuerdo con la invención. La Figura 4 representa un material de acuerdo con la invención con forma de trenza cilíndrica. Las Figuras 5A y 5B representan un dispositivo para medir el grosor de una preforma constituida por trenzas, a vacío. La Figura 6 es una fotografía de un ejemplo de la cinta que se puede utilizar en el contexto de la invención y pone de relieve su borde bien definido. La Figura 7 muestra distintas formas de piezas que se pueden obtener a partir de un material intermedio de acuerdo con la invención en forma de trenza cilíndrica. La Figura 8 representa de manera esquemática una vista de conjunto de un dispositivo de realización de una cinta asociado por cada una de sus caras importantes a un material no tejido. La Figura 9 muestra una construcción de tejido, denominada malla en sarga 2/2, utilizada en los ejemplos. La Figura 10 proporciona permeabilidades en función del índice volumétrico de fibras para un material intermedio de acuerdo con la invención.

Las Figuras 11 a 15 muestran el comportamiento mecánico de piezas de material compuesto obtenidas con un material intermedio de acuerdo con la invención.

La invención propone materiales realizados por reticulación y entrelazado de cintas, algunas de los cuales son al menos cintas de tipo velo.... [Seguir leyendo]

1. Material intermedio compuesto de un conjunto de cintas entrelazadas caracterizado por que al menos algunas cintas, y preferentemente todas las cintas, denominadas cintas de tipo velo, están compuestas por una serie de hilos o filamentos de refuerzo que se extienden según una dirección paralela a la longitud de la cinta para formar una capa unidireccional asociada por cada una de sus caras a un material no tejido de fibras termoplásticas, garantizando dichos dos materiales no tejidos la cohesión de dicha cinta de tipo velo gracias a su carácter termoplástico.

2. Material intermedio de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado por que cada cinta de tipo velo tiene una anchura determinada prácticamente constante en toda su longitud.

3. Material intermedio, de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la anchura de cada cinta de

tipo velo tiene, para toda la longitud de dicha cinta, una desviación típica notablemente inferior a 0, 25 mm, 15 preferentemente inferior a 0, 22 mm y preferentemente inferior o igual a 0, 20 mm.

4. Material intermedio, de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que cada cinta de tipo velo tiene, en algunos puntos solo de sus bordes longitudinales o en toda la longitud de sus dos bordes longitudinales, una unión directa entre los dos materiales no tejidos, que se realiza gracias a las propiedades termoplásticas de estos últimos.

5. Material intermedio, de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la masa de material no tejido en el interior de cada cinta de tipo velo, representa del 3 a 10 % de la masa total de cada cinta.

6. Material intermedio, de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las fibras termoplásticas, en el interior de cada cinta de tipo velo, se seleccionan entre fibras de poliamidas (PA: PA6, PA12, PA11, PA6, 6, PA 6, 10, PA 6, 12, ...) , copoliamidas (CoPA) , poliamidas en bloques éter o éster (PEBAX, PEBA) , poliftalimida, (PPA) , poliésteres poliéster (polietilentereftalato - (PET-, polibutilentereftalatos -PBT-) , copoliésteres (CoPE) , poliuretanos termoplásticos (TPU) , poliacetales (POM...) , poliolefinas (PP, HDPE, LDPE, LLDPE) , poliétersulfonas (PES) , polisulfonas (PSU...) , polifenilenos sulfonas (PPSU...) , poliéter éter cetonas (PEEK) , poliéter cetona cetona ( PEKK) , poli (sulfuro de fenileno) (PPS) , o polieterimidas (PEI) , poliimidas termoplásticas, polímeros de cristales líquidos (LCP) , fenoxis, copolímeros de bloque tales como los copolímeros estireno-butadieno-metacrilato de metilo (SBM) , copolímeros de metacrilato de metilo -acrilato de butilo -metacrilato de metilo (MAM) o una mezcla de fibras formadas por estos materiales termoplásticos.

7. Material intermedio, de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la cohesión de cada cinta de tipo velo se garantiza exclusivamente mediante los materiales no tejidos termoplásticos.

8. Material intermedio, de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que cada cinta de tipo velo está constituida por una capa unidireccional de fibras de carbono con una masa superficial de 100 a 280 g/m2, asociada, en cada una de sus caras, a un material no tejido de fibras termoplásticas, teniendo dicho material no tejido cada uno de ellos, un espesor de 0, 5 a 50 micrómetros, preferentemente de 3 a 35 micrómetros.

9. Material intermedio de acuerdo con la reivindicación 8 caracterizado por que cada cinta de tipo velo tiene un

espesor de 2 a 380 micrómetros. preferentemente de 90 a 320 micrómetros, y preferentemente de 93 a 305 micrómetros

10. Material intermedio, de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 o 9, caracterizado por que el espesor de cada cinta de tipo velo tiene escasa variabilidad, especialmente con variaciones de espesor que no superan a 20 μm de desviación típica, preferentemente sin superar 10 μm de desviación típica.

11. Material intermedio, de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado por que los velos, en el interior de cada cinta de tipo velo, tienen una masa superficial comprendida en el intervalo de 0, 2 a 20 g/m2.

12. Material intermedio, de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se presenta en forma de un tejido.

13. Material intermedio, de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se presenta en forma de una trenza, en particular de una trenza que forma un cilindro.

14. Procedimiento de fabricación de una pieza de material compuesto caracterizado por que comprende las etapas siguientes:

a) disponer al menos un material de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, 65 b) en su caso, apilar distintos materiales de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores y, en su caso, sinterizarlos con la forma de una preforma,

c) añadir, mediante infusión o inyección, una resina termoendurecible, d) consolidar la pieza deseada mediante una etapa de polimerización/reticulación seguida de un ciclo de temperatura y presión definidas, seguido de enfriamiento.

15. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14 caracterizada por que la resina termoendurecible se añade al material o material por infusión a presión reducida, especialmente a una presión inferior a la presión atmosférica, especialmente inferior a 1 bar (100 kPa) y preferentemente entre 0, 1 (1 kPa) y 1 bar (10 kPa) .

16. Pieza de material compuesto que se puede obtener de acuerdo con el procedimiento de la reivindicación 14 o 10 15.

17. Pieza de material compuesto de acuerdo con la reivindicación 16 caracterizada por que tiene un índice volumétrico de fibras de 50 a 63%, preferentemente de 53 a 60 %,

18. Pieza de material compuesto de acuerdo con la reivindicación 16 o 17 caracterizada por que tiene un valor de esfuerzo a la ruptura por compresión tras impacto (CAl) , medido según la norma prEN 6038 con un impacto de energía de 25 J, superior a 200 MPa.