Preimpregnado y procedimientos para la producción de materiales compuestos reforzados con fibras.

Un preimpregnado que comprende un sustrato de fibra de refuerzo en forma de lámina formado a partir de una tela tejida de fibra de refuerzo,

y una resina matriz (1), en el que

al menos una superficie (60) presenta un patrón de tipo mar-isla que comprende

partes impregnadas con resina (partes de isla (61)) donde dicha resina matriz (1) está presente en dicha superficie (60), y

partes de fibra (partes de mar (62)) donde dicha resina matriz (1) no está presente en dicha superficie (60), caracterizado por que

un grado de cobertura de la superficie de dicha resina matriz (1) en superficies (60) con dicho patrón de tipo mar-isla está dentro de un intervalo de 3 % y 80 %, y

un grado de cobertura de intersecciones de tejido para dichas partes de isla (61), representado por una fórmula (1) mostrada a continuación, es al menos del 40 %:

(1) Grado de cobertura de intersecciones de tejido de las partes de isla (%)≥(T/Y) x 100

(en la que T representa un número de partes de isla (61) que cubren las intersecciones de tejido (64), e Y representa un número de intersecciones de tejido (64) dentro de dicha tela tejida de fibra de refuerzo en dicha superficie (60) con dicho patrón de tipo mar-isla).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E10177311.

Solicitante: MITSUBISHI RAYON CO., LTD..

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 6-41, KONAN 1-CHOME MINATO-KU TOKYO 108-8506 JAPON.

Inventor/es: GOTO, KAZUYA, ITO,Akihiro, SAITOU,Tadayoshi, KOGA,Kazuki, TAKANO,Tsuneo, WAKABAYASHI,Kouki.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B29B15/12 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B29 TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS EN ESTADO PLASTICO EN GENERAL.B29B PREPARACION O PRETRATAMIENTO DE MATERIAS A CONFORMAR; FABRICACION DE GRANULOS O DE PREFORMAS; RECUPERACION DE LAS MATERIAS PLASTICAS O DE OTROS CONSTITUYENTES DE MATERIALES DE DESECHO QUE CONTIENEN MATERIAS PLASTICAS.B29B 15/00 Pretratamiento de la materia a trabajar no cubierto por los grupos B29B 7/00 - B29B 13/00. › de agentes de refuerzo de longitud indefinida.
  • B29C70/08 B29 […] › B29C CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION O UNION DE SUSTANCIAS EN ESTADO PLASTICO EN GENERAL; POSTRATAMIENTO DE PRODUCTOS CONFORMADOS, p. ej. REPARACION (trabajo análogo a trabajo de metales con máquinas herramientas B23; trabajo con muela o pulido B24; corte B26D, B26F; fabricación de preformas B29B 11/00;  fabricación de productos estratificados combinando capas previamente no unidas para convertirse en un producto cuyas capas permanecerán unidas B32B 37/00 - B32B 41/00). › B29C 70/00 Conformación de materiales compuestos, es decir, materiales plásticos con refuerzos, cargas o partes preformadas, p. ej. inserciones (aspectos químicos C08, p. ej. C08J 5/00). › con combinaciones de distintos tipos de refuerzos fibrosos incorporados en una matriz, formando una o más capas, con o sin capas no reforzadas.
  • B29C70/22 B29C 70/00 […] › orientadas en al menos dos direcciones formando una estructura bidimensional.
  • B29C70/34 B29C 70/00 […] › conformación o impregnación por compresión.
  • B29C70/44 B29C 70/00 […] › mediante presión isostática, p. ej. moldeo por diferencia de presión, con una bomba de vacío, en autoclave o con caucho expandible.
  • B29C70/46 B29C 70/00 […] › con moldeos enfrentados, p. ej. para deformar preimpregnados (SMC), "prepegs".
  • B29C70/50 B29C 70/00 […] › para producir objetos de longitud indefinida, p. ej. "prepegs", preimpregnados (SMC), capas multiaxiales (XMC).
  • B29C70/54 B29C 70/00 […] › Elementos constitutivos, detalles o accesorios; Operaciones auxiliares.
  • B29K101/10 B29 […] › B29K SISTEMA DE INDEXACION ASOCIADO A LAS SUBCLASES B29B, B29C O B29D, RELATIVO A LAS MATERIAS A MOLDEAR O MATERIALES DE REFUERZO, CARGAS O PREFORMADAS, p. ej. INSERCIONES. › B29K 101/00 Uso de compuestos macromoleculares no especificados como material de moldeo  (uso de cauchos no especificados B29K 21/00). › Resinas termoendurecibles.
  • B29K101/12 B29K 101/00 […] › Materiales termoplásticos.
  • B29K63/00 B29K […] › Uso de resinas epoxi como material de moldeo.
  • B32B5/02 B […] › B32 PRODUCTOS ESTRATIFICADOS.B32B PRODUCTOS ESTRATIFICADOS, es decir, HECHOS DE VARIAS CAPAS DE FORMA PLANA O NO PLANA, p. ej. CELULAR O EN NIDO DE ABEJA. › B32B 5/00 Productos estratificados caracterizados por la heterogeneidad o estructura física de una de las capas (B32B 9/00 - B32B 29/00 tienen prioridad). › caracterizados por las características de estructura de una capa que tiene fibras o filamentos (formada por partículas, p. ej. virutas, fibras cortadas, polvo, B32B 5/16).
  • B32B5/26 B32B 5/00 […] › siendo otra capa asimismo fibrosa o filamentosa.
  • C08J5/24 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C08 COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION O PRODUCCION QUIMICA; COMPOSICIONES BASADAS EN COMPUESTOS MACROMOLECULARES.C08J PRODUCCION; PROCESOS GENERALES PARA FORMAR MEZCLAS; TRATAMIENTO POSTERIOR NO CUBIERTO POR LAS SUBCLASES C08B, C08C, C08F, C08G o C08H (trabajo, p. ej. conformado, de plásticos B29). › C08J 5/00 Fabricación de artículos o modelado de materiales que contienen sustancias macromoleculares (fabricación de membranas semipermeables B01D 67/00 - B01D 71/00). › Impregnación de materiales con prepolímeros que pueden ser polimerizados in situ , p. ej. fabricación de productos preimpregnados.

PDF original: ES-2527168_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Preimpregnado y procedimientos para la producción de materiales compuestos reforzados con fibras Campo técnico

La presente invención se refiere a un preimpregnado que sirve como material intermedio para moldeado de FRP. Técnica anterior

Los materiales compuestos reforzados con fibras (en lo sucesivo, también abreviados como FRP) son ligeros, al tiempo que ofrecen una alta resistencia y gran rigidez, y, por consiguiente, son muy usados en diversas aplicaciones, desde deportes y ocio, hasta aplicaciones industriales tales como vehículos y aeronaves. En los últimos años, con la bajada en el coste de la fibra de carbono, también se ha extendido dentro de las aplicaciones industriales el uso de materiales compuestos reforzados con fibra de carbono (en lo sucesivo, abreviados como CFRP), que son Incluso más ligeros y ofrecen niveles aún más elevados de resistencia y rigidez.

Entre estas aplicaciones industriales potenciales, los CFRP usados para elementos estructurales pertenecientes a cajas de trenes y armazones de aeronaves se producen típicamente mediante moldeado en autoclave, usando un material intermedio conocido como preimpregnado. El motivo de esta preferencia consiste en que, al llevar a cabo el moldeado a alta presión usando una autoclave, no solo es posible reducir la aparición de huecos en el interior del producto moldeado, lo cual permite que la resistencia del producto moldeado cumpla las expectativas, sino que también se puede evitar la aparición de picaduras superficiales, lo cual permite la producción de un producto moldeado con un aspecto externo favorable.

Sin embargo, los equipos de autoclave son extremadamente caros, lo cual no solo constituye una enorme barrera para nuevos competidores, sino que además significa que, una vez que se han adquirido los equipos de autoclave, el tamaño de los productos moldeados está limitado por el tamaño de la autoclave, lo que significa que la producción de productos más grandes es efectivamente imposible.

Para evitar estos problemas, también está avanzando el desarrollo del moldeado de bajo coste sin autoclave, y ejemplos representativos de dicho moldeado Incluyen el moldeado en horno en condiciones de vacío o bien en condiciones atmosféricas normales (también conocido como moldeado con bolsa de vacío). El moldeado en horno no requiere la aplicación de presión, lo que significa que el moldeado se puede llevar a cabo sin que sea necesario un recipiente verdaderamente resistente a la presión tal como una autoclave, y el moldeado se puede llevar a cabo simplemente con un horno para elevar la temperatura. El moldeado también se puede llevar a cabo con un simple dispositivo que comprende un panel adiabático y un generador de aire callente. No obstante, debido a que en estos procedimientos no implican la aplicación de presión, tienden a quedar huecos residuales en el interior del producto moldeado, la resistencia del producto moldeado es inferior a la de un producto moldeado producido en una autoclave, y la formación de picaduras también es un problema.

En los últimos años, se han propuesto diversas medidas para superar estos problemas. Por ejemplo, en el documento WO 00/27632 se revela una tecnología relacionada con materiales que comprenden una capa de resina y una capa de fibras de refuerzo, que presentan una generación de huecos mínima y permiten la producción de productos moldeados con superficies sumamente limpias, incluso cuando se usan con un moldeado en horno. No obstante, con esta tecnología, casi toda la resina queda Impregnada durante el moldeado y, dependiendo de las condiciones del moldeado, pueden aparecer partes de la resina que presenten una impregnación deficiente, lo que daría lugar a la aparición de huecos Internos y picaduras superficiales. Además, debido a que la superficie está casi exenta de resina y está sumamente seca, los problemas de aptitud para el moldeado, tales como la dificultad de la unión del producto al troquel de moldeado, también pueden ser motivo de preocupación.

El documento EP 0 909 845 A1 describe un moldeado de plástico reforzado con fibras que se produce Integrando un material fibroso y una resina, en el que dicho material fibroso se compone de una tela de fibra de carbono tejido formada usando una denso haz de fibras de carbono que respectivamente comprenden aproximadamente de 40.000 a 400.000 filamentos. El documento EP 0 909 845 A1 particularmente se refiere a una tela de fibra de carbono tejido que muestra un patrón específico provocado por un polímero de bajo punto de fusión que se usa para conectar los hilos de la urdimbre con los hilos de la trama en sus intersecciones.

Divulgación de la invención

Un objeto de la presente invención es proporcionar un material intermedio, que conserve el nivel de aptitud para el moldeado asociado a los preimpregnados convencionales, al tiempo que permita la producción de un FRP sin huecos internos o picaduras superficiales, pero con un aspecto externo excelente, usando un moldeado únicamente a presión de vacío, sin hacer uso de una autoclave.

Un primer aspecto de referencia que no forma parte de la presente invención es un preimpregnado que comprende fibra de refuerzo, un sustrato de fibra de refuerzo en forma de lámina que contiene fibra de refuerzo, y una resina matriz, en el que la resina matriz está impregnada en el sustrato de fibra de refuerzo en forma de lámina y también cubre una superficie del sustrato de fibra de refuerzo en forma de lámina, y el grado de impregnación de resina matriz se encuentra en un intervalo de entre 35 % y 95 %.

Además, un segundo aspecto de referencia que no forma parte de la presente invención es un preimpregnado que comprende una resina matriz y un sustrato de fibra de refuerzo en forma de lámina, en el que el preimpregnado comprende fibra de refuerzo, sustrato de fibra de refuerzo en forma de lámina que contiene fibra de refuerzo, y una resina matriz, en el que la resina matriz existe en ambas superficies del sustrato de fibra de refuerzo en forma de lámina, y la parte interior del sustrato de fibra de refuerzo en forma de lámina en el que no se ha impregnado la resina matriz es continua.

Un aspecto de la presente invención es un preimpregnado que comprende un sustrato de fibra de refuerzo en forma de lámina formado a partir de tela tejida de fibra de refuerzo, y una resina matriz, en el que al menos una superficie presenta un patrón de tipo mar-isla que comprende partes impregnadas con resina (partes de isla), donde la resina matriz está presente en la superficie y partes de fibra (partes de mar) donde la resina matriz no está presente en la superficie, el grado de cobertura de la superficie de la resina matriz en superficies con patrón de tipo mar-isla está dentro del intervalo del 3 % al 80 %, y el grado de cobertura de intersecciones de tejido para las partes de isla, como se representa por la fórmula (1) siguiente, es al menos del 40 %.

Grado de cobertura de intersecciones de tejido de las partes de isla (%)=(T/Y)x 100 (1)

(en la que T representa el número de partes de isla que cubren las intersecciones de tejido, e Y representa el número total de intersecciones de tejido de la tela de fibra de refuerzo en la superficie con el patrón de tipo mar-isla).

Además, otro aspecto de referencia que no forma parte de la invención es un material intermedio para moldeado de FRP que comprende un preimpregnado que contiene fibra de refuerzo y una resina matriz, y un sustrato que esencialmente contiene composición de resina termoendurecible no impregnada, que está provisto en al menos una cara del preimpregnado, en el que el grado (B)/(A) entre el espesor (A) del preimpregnado, y el espesor (B) del sustrato está dentro del intervalo de 0,1 y 2,5.

Usando el aspecto de la presente invención descrito anteriormente, se puede conservar el nivel de aptitud para el moldeado asociado a los preimpregnados convencionales, al tiempo que se permite la producción de FRP sin huecos internos o picaduras superficiales, pero con un aspecto externo excelente, usando un moldeado únicamente a presión de vacío, sin hacer uso de una autoclave.

Breve descripción de los dibujos

Las realizaciones de acuerdo con las figuras 1 a 5 no forman parte de la invención.

La FIG. 1 es una ilustración esquemática de un preimpregnado que usa una lámina con las fibras alineadas de forma unidireccional como sustrato de fibra de refuerzo en forma de lámina, vista en una sección trasversal tomada perpendicularmente con respecto a la dirección de las fibras.

La FIG. 2 es una ilustración esquemática de un preimpregnado que usa una tela de ligamento tafetán como as el sustrato de fibra de refuerzo en forma de lámina, vista en una sección trasversal... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un preimpregnado que comprende un sustrato de fibra de refuerzo en forma de lámina formado a partir de una tela tejida de fibra de refuerzo, y una resina matriz (1), en el que

al menos una superficie (60) presenta un patrón de tipo mar-isla que comprende

partes impregnadas con resina (partes de isla (61)) donde dicha resina matriz (1) está presente en dicha superficie (60), y

partes de fibra (partes de mar (62)) donde dicha resina matriz (1) no está presente en dicha superficie (60), caracterizado por que

un grado de cobertura de la superficie de dicha resina matriz (1) en superficies (60) con dicho patrón de tipo mar-isla está dentro de un intervalo de 3 % y 80 %,

y

un grado de cobertura de intersecciones de tejido para dichas partes de isla (61), representado por una fórmula (1) mostrada a continuación, es al menos del 40 %:

(1) Grado de cobertura de Intersecciones de tejido de las partes de Isla (%)=(T/Y)x 100

(en la que T representa un número de partes de Isla (61) que cubren las intersecciones de tejido (64), e Y representa un número de intersecciones de tejido (64) dentro de dicha tela tejida de fibra de refuerzo en dicha superficie (60) con dicho patrón de tipo mar-isla).

2. Un prelmpregnado de acuerdo con la relvlndlcaclónl, en el que dicha resina matriz (1) es una composición de resina termoendurecible.

3. Un preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicha composición de resina

termoendurecible se puede curar manteniéndola a 90 °C durante 2 horas.

4. Un preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 2, en el que una viscosidad mínima de dicha composición de resina termoendurecible de no más de 1000 poise.

5. Un preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicha composición de resina

termoendurecible comprende resina epóxica como un componente principal.

6. Un prelmpregnado de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicha composición de resina

termoendurecible también contiene una resina termoplástica, y dicha resina termoplástica no se disuelve dentro de dicha composición de resina termoendurecible.

7. Un prelmpregnado de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dicha resina termoplástica comprende fibras cortas de resina con una longitud de 1 a 50 mm.

8. Un preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 7, en el que dichas fibras cortas de resina termoplástica tienen un tamaño de no más de 300 tex.

9. Un preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dichas fibras de refuerzo son fibra de carbono y/o fibra de vidrio.

10. Un preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 1,en que dicho sustrato de fibra de refuerzo en forma de lámina tiene un peso de fibra dentro de un intervalo de 200 g/m2 a 1500 g/m2

11. Un preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho sustrato de fibra de refuerzo en forma de lámina está en una forma seleccionada del grupo que consiste en materiales unidireccionales, telas tejidas, telas de punto, telas trenzadas, telas de fieltro, telas no tejidas, y láminas cosidas.

12. Un preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho sustrato de fibra de refuerzo en forma de lámina tiene un espesor de al menos 200 pro.

13. Un procedimiento para producir un material compuesto reforzado con fibras, que comprende las etapas de laminar un preimpregnado de acuerdo con la reivindicación 1 y realizar moldeado usando moldeado con bolsa de vacío.

14. Un procedimiento para producir un material compuesto reforzado con fibras de acuerdo con la reivindicación 13, en el que en dicho procedimiento de moldeado con bolsa de vacío, el curado principal se realiza durante al menos 10 minutos a una temperatura de curado principal de no más de 150 °C, y el moldeado se realiza después a una temperatura que es Igual a, o mayor que, dicha temperatura de curado principal.

15. Un procedimiento para producir un material compuesto reforzado con fibras de acuerdo con la reivindicación 13, las etapas de desairear dicho prelmpregnado en condiciones que incluyen una temperatura dentro de un intervalo desde la temperatura ambiente hasta 50 °C y una presión de no más de 6,65 kPa (50Torr), y realizar moldeado elevando la temperatura hasta una temperatura de moldeado, mientras que dicha presión se mantiene a no más de 6,65 kPa (50 Torr).

16. Un procedimiento para producir un material compuesto reforzado con fibras, en el que los prelmpregnados de acuerdo con la reivindicación 1 se laminan con las superficies de las caras idénticas de dichos prelmpregnados orientadas en direcciones idénticas.

17. Un procedimiento para producir un material compuesto reforzado con fibras de acuerdo con la reivindicación 16, en el que en dicho procedimiento de moldeado con bolsa de vacío, el curado principal se realiza durante al menos 10 minutos a una temperatura de curado principal de no más de 150 °C, y el moldeado se realiza después a una temperatura que es igual a, o mayor que, dicha temperatura de curado principal.

18. Un procedimiento para producir un material compuesto reforzado con fibras de acuerdo con la reivindicación 15, en el que un ritmo de Incremento de temperatura durante dicha elevación de temperatura hasta dicha temperatura de moldeado se ajusta a no más de 1 °C/minuto cuando parte desde un punto al menos 20 °C por debajo de dicha temperatura de moldeado.


 

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