Preimpregnado, preforma, producto moldeado y procedimiento de fabricación de un preimpregnado.

Un preimpregnado que comprende un material de base de fibra de refuerzo impregnado con una resina termoplástica,

en el que el material de base de fibra de refuerzo comprende de un 0 a un 50 % en masa de fibras de refuerzo que tienen, cada una, una longitud de fibra de más de 10 mm, de un 50 a un 100 % en masa de fibras de refuerzo que tienen, cada una, una longitud de fibra de 2 5 a 10 mm, y de un 0 a un 50 % en masa de fibras de refuerzo que tienen, cada una, una longitud de fibra de menos de 2 mm, el promedio de los ángulos de orientación bidimensional formado cada uno por un filamento de refuerzo (a) y un filamento de refuerzo (b) que interseca con el filamento de refuerzo (a) es de 10 a 80º, el espesor h0 (mm) a 23 ºC es de 0,03 a 1 mm, y la resistencia a la tracción σ, determinada de acuerdo con la norma ISO 527-3, es de 50 a 1000 MPa.

Preimpregnado, preforma, producto moldeado y procedimiento de fabricación de un preimpregnado Campo técnico

La presente invención se refiere a preimpregnados en los que un material de base de fibra de refuerzo se ha impregnado con una resina, y a una preforma producida mediante la laminación de los mismos. En particular, la presente invención se refiere a preimpregnados en los que las fibras de refuerzo tienen un ángulo de orientación bidimensional específico y que tienen un espesor específico, y a una preforma producida mediante la laminación de los mismos. Además, la presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de un preimpregnado.

Tévnica antecedente

Los plásticos reforzados con fibra (FRP) son de peso ligero y tienen unas propiedades mecánicas superiores y, por lo tanto, se usan ampliamente para aplicaciones de electricidad o instrumentos eléctricos, aplicaciones de construcción o ingeniería civil, aplicaciones de máquina o componentes mecánicos, aplicaciones robóticas, aplicaciones de motocicletas o de automóviles, aplicaciones universales o aéreas, etc. Como fibras de refuerzo a usar en tal FRP, se han usado fibras de metal, tal como fibras de aluminio y fibras de acero inoxidable, fibras orgánicas, tal como fibras de aramida y fibras de PBO, fibras inorgánicas, tal como fibras de carburo de silicio, y fibras de carbono. De entre estas, se usa preferentemente fibra de carbono desde el punto de vista de ser excelente en cuanto a la resistencia específica y la rigidez específica y de ser capaz de proporcionar una ligereza excelente.

En la presente memoria, un ejemplo de FRP representativos como los plásticos reforzados con fibra de carbono (CFRP) es un producto moldeado producido al someter una preforma obtenida mediante la laminación de preimpregnados a un moldeo por prensado (un procedimiento de moldeo que comprende desespumar y conformar realizados bajo presurización). Los preimpregnados se producen, por lo general, mediante un procedimiento que comprende impregnar un material de base de fibra de refuerzo que se prepara disponiendo en una dirección o tejiendo fibras de refuerzo continuas con una resina.

Pueden obtenerse unas propiedades mecánicas superiores con los productos moldeados que se preparan mediante el uso de tales preimpregnados. Por otro lado, debido a que las fibras de refuerzo se usan en su forma continua original, estas son inadecuadas para una conformación para dar una forma complicada. Además, debido a que el ángulo de laminación de los preimpregnados tiene una gran influencia sobre las propiedades, es necesario laminar preimpregnados prestando atención al ángulo de laminación. Dicho de otra forma, debido a que una etapa de laminación requiere tiempo y esfuerzo y el coste aumenta en consecuencia (es decir, aumentará la carga económica causada por la etapa de laminación), su uso es restringido.

El documento de patente 1 propone un preimpregnado que es efectivo para una conformación para dar una forma complicada mediante el corte de fibras de refuerzo para dar una longitud específica. No obstante, debido a que una etapa de laminación requiere tiempo y esfuerzo como el que se ha mencionado en lo que antecede, la carga económica no se ha eliminado.

Por otro lado, también se han propuesto FRP usando fibras de refuerzo discontinuas. Los compuestos de moldeo de láminas (SMC) y los materiales de base de malla de vidrio (GMT) son materiales convenientes para un moldeo por prensado. No obstante, su uso está restringido debido a que sus propiedades mecánicas, tal como la resistencia específica y la rigidez específica, son malas, es difícil la aplicación de estos a productos moldeados delgados, y apenas se obtienen unas propiedades mecánicas isotrópicas debido a que la resina fluye mucho en el momento del moldeo, y sus características varían ampliamente.

Cada uno de los documentos de patente 2, 3 propone un material de lámina en el que pueden obtenerse unas propiedades más isotrópicas mediante la dispersión de fibras de refuerzo en forma de haz. En el documento de patente 4 se propone un material de lámina con las propiedades mecánicas superiores causadas por una dispersión uniforme de fibras de carbono. No obstante, debido a que la totalidad de estas no pueden procesarse para que sean delgadas como un preimpregnado y la resina fluye en gran medida en el momento de la conformación, una propiedad ¡sotrópica puede verse afectada, y las propiedades mecánicas también pueden disminuir.

Además, en el documento de patente 5 se propone un producto moldeado en el que se han fijado fibras de carbono a la vez que se están dispersando de forma aleatoria en forma de hilo individual. También en este procedimiento, hay un límite en el procesamiento de este para que sea delgado y, por lo tanto, el grado de libertad de laminación de una preforma está restringido. Además, debido a que es imposible producir un gran número de preformas, la carga económica no se ha eliminado.

Documentos de la técnica anterior

Documentos de patente

Documento de patente 1: JP 27-146151 A

Documento de patente 2: patente de Japón con N° 257565 Documento de patente 3: patente de Japón con N° 1761874 Documento de patente 4: JP 6-99431 A Documento de patente 5: W27/97436

Sumario de la invención

Problema a solucionar por la invención

Al considerar los antecedentes de las tecnologías convencionales, un objeto de la presente Invención es la provisión de un prelmpregnado que puede aplicarse a un producto moldeado delgado para el que los productos moldeados laminados han sido inadecuados y es superior en cuanto a las propiedades mecánicas ¡sotrópicas y que puede proporcionar un producto moldeado con una forma complicada, y una preforma.

Medios para solucionar los problemas

El prelmpregnado de la presente Invención es un prelmpregnado que comprende un material de base de fibra de refuerzo Impregnado con una resina termoplástlca, en el que el material de base de fibra de refuerzo comprende de un a un 5 % en masa de fibras de refuerzo que tienen, cada una, una longitud de fibra de más de 1 mm, de un 5 a un 1 % en masa de fibras de refuerzo que tienen, cada una, una longitud de fibra de 2 a 1 mm, y de un a un 5 % en masa de fibras de refuerzo que tienen, cada una, una longitud de fibra de menos de 2 mm, y el promedio de los ángulos de orientación bidimensional formado cada uno por un filamento de refuerzo (a) que está contenido en el preimpregnado y un filamento de refuerzo (b) que se interseca con el filamento de refuerzo (a) es de 1 a 8°, el espesor hO (mm) a 23 °C es de ,3 a 1 mm, y la resistencia a la tracción o es ,1 MPa o superior.

Además, la preforma de la presente invención es una preforma que comprende por lo menos, como una unidad de laminación, un preimpregnado que comprende un material de base de fibra de refuerzo impregnado con una resina termoplástica y en el que el promedio de los ángulos de orientación bidimensional formado cada uno por un filamento de refuerzo (a) y un filamento de refuerzo (b) que se interseca con el filamento de refuerzo (a) es de 1 a 8°, el espesor hO (mm) a 23 °C es de ,3 a 1 mm, y la resistencia a la tracción o es ,1 MPa o superior.

Efecto de la invención

Debido a que las fibras de refuerzo tienen una longitud de fibra especifica y un ángulo de orientación bidimensional específico en el preimpregnado de la presente invención, en la laminación de preimpregnados no se da lugar a una gran restricción debido a un ángulo de laminación y puede obtenerse un producto moldeado que es isotrópicamente superior en cuanto a las propiedades mecánicas. El preimpregnado de la presente invención puede aplicarse a productos moldeados delgados para los que los productos moldeados laminados convencionales han sido inadecuados al hacer que este tenga un espesor específico y, además, este puede reducir la proporción de fibras de refuerzo en la dirección del espesor en la capa, de tal modo que el mismo puede potenciar un efecto de refuerzo en el mismo plano. Además, el preimpregnado de la presente invención es superior en cuanto a la labrabilidad en el momento de la laminación y es efectivo en la aplicación a una amplia diversidad de usos debido a posesión por su parte de una resistencia a la tracción específica.

Además, debido a que las fibras de refuerzo que están contenidas en los preimpregnados tienen unos ángulos de orientación bidimensional específicos y se hace que los preimpregnados tengan un espesor específico, la preforma de la presente invención puede reducir la proporción de fibras de refuerzo en la dirección del espesor, puede reducir la interferencia entre capas, y puede aumentar la aptitud para la conformación... [Seguir leyendo]

1. Un preimpregnado que comprende un material de base de fibra de refuerzo impregnado con una resina termoplástica, en el que el material de base de fibra de refuerzo comprende de un a un 5 % en masa de fibras de refuerzo que tienen, cada una, una longitud de fibra de más de 1 mm, de un 5 a un 1 % en masa de fibras de refuerzo que tienen, cada una, una longitud de fibra de 2 a 1 mm, y de un a un 5 % en masa de fibras de refuerzo que tienen, cada una, una longitud de fibra de menos de 2 mm, el promedio de los ángulos de orientación bidimensional formado cada uno por un filamento de refuerzo (a) y un filamento de refuerzo (b) que interseca con el filamento de refuerzo (a) es de 1 a 8°, el espesor hO (mm) a 23 °C es de ,3 a 1 mm, y la resistencia a la tracción o, determinada de acuerdo con la norma ISO 527-3, es de 5 a 1 MPa.

2. El preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la distribución de la longitud de fibra del material de base de fibra de refuerzo tiene por lo menos dos picos, en el que por lo menos un pico se encuentra dentro de un intervalo de longitudes de fibra de 5 a 1 mm y al menos un pico se encuentra dentro de un Intervalo de longitudes de fibra de 2 a 5 mm.

3. El preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el contenido de aire (cm3 / cm2 s) del material de base de fibra de refuerzo medido mediante un procedimiento de tipo Frazier basado en la norma ASTM D737 es de 5 a 1.

4. El preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el espesor hn (mm) del preimpregnado a (n x 1) °C es hO < hn < hO x (2n + 1) (n es por lo menos un número natural seleccionado de entre 1,2, 3 y 4).

5. El preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la relación del material de base de fibra de refuerzo con respecto a la totalidad de la porción del preimpregnado es de un 5 a un 6 % en masa.

6. El preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la relación de impregnación de la resina termoplástica con respecto a la totalidad de la porción del preimpregnado es de 3 a 1.

7. Una preforma que comprende, como al menos una unidad de laminación, un preimpregnado que comprende un material de base de fibra de refuerzo impregnado con una resina termoplástica y en el que el promedio de los ángulos de orientación bidimensional formado cada uno por un filamento de refuerzo (a) y un filamento de refuerzo (b) que interseca con el filamento de refuerzo (a) es de 1 a 8°, el espesor hO (mm) a 23 °C es de ,3 a 1 mm, y la resistencia a la tracción a, determinada de acuerdo con la norma ISO 527-3, es de 5 a 1 MPa, en la que el material de base de fibra de refuerzo comprende de un a un 5 % en masa de fibras de refuerzo que tienen, cada una, una longitud de fibra de más de 1 mm, de un 5 a un 1 % en masa de fibras de refuerzo que tienen, cada una, una longitud de fibra de 2 a 1 mm, y de un a un 5 % en masa de fibras de refuerzo que tienen, cada una, una longitud de fibra menor de 2 mm.

8. La preforma de acuerdo con la reivindicación 7, en la que el preimpregnado forma una pluralidad de unidades de laminación, y comprendiendo la preforma, como el preimpregnado que forma la pluralidad de unidades de laminación, por lo menos dos tipos de preimpregnados que difieren sustancialmente en al menos de uno cualquiera seleccionado de entre el grupo que consiste en la relación de las fibras de refuerzo, la longitud de las fibras de refuerzo, el módulo de elasticidad a la tracción de las fibras de refuerzo determinado de acuerdo con la norma JIS R761, el gramaje de un preimpregnado, y el espesor hO (mm) a 23 °C de un prelmpregnado.

9. La preforma de acuerdo con la reivindicación 7, en la que la resistencia al esfuerzo cortante entre capas entre el preimpregnado y una unidad de laminación adyacente al preimpregnado, determinada de acuerdo con la norma ASTM-D-2344, es de a 5 MPa.

1. La preforma de acuerdo con la reivindicación 7, en la que el espesor hpn (mm) del prelmpregnado a (n x 1) °C es hpO < hpn < hpO x (2n + 1) (hpO (mm) es el espesor de la preforma a 23 °C, y n es por lo menos un número natural seleccionado de entre 1, 2, 3 y 4).

11. Un procedimiento de fabricación de un producto moldeado por prensado, en el que el procedimiento comprende moldear por prensado la preforma de acuerdo con la reivindicación 7 que comprende preimpregnados, y la fuerza de

presurización es de ,1 MPa a 1 MPa.

12. El procedimiento de fabricación de un producto moldeado por prensado de acuerdo con la reivindicación 11, en el que Ec /3p'1 es de 1,5 a 5, en la que el módulo de flexión del producto moldeado, determinado de acuerdo con la norma ISO 178, se expresa mediante Ec y el peso específico del producto moldeado se expresa mediante p.

13. El procedimiento de fabricación de un producto moldeado por prensado de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el módulo de flexión Ec satisface EcMáx á EcMín x 2 en una relación entre un módulo de flexión máximo EcMáx y un módulo de flexión mínimo EcMín, cada uno en la dirección de medición.

14. El procedimiento de fabricación de un producto moldeado por prensado de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el espesor máximo del producto moldeado por prensado es 2 mm o menor.

15. El procedimiento de fabricación de un producto moldeado por prensado de acuerdo con la reivindicación 11, en el que en el moldeo por prensado, el moldeo por prensado se realiza mientras que la relación de carga de la preforma está ajustada a mayor de un 1 % en relación con el área de cavidad total de un molde.

16. El procedimiento de fabricación de un producto moldeado por prensado de acuerdo con la reivindicación 11, en 5 el que el moldeo por prensado se realiza mediante moldeo por estampado mediante el uso de un molde para

enfriamiento.