Velos solubles en resina para la fabricación de artículos de material compuesto y métodos para fabricar los mismos.

Un velo modificado por ingeniería no tejido compuesto por una pluralidad de fibras que tienen un diámetro de entre 10 μ

m y 16 μm en el que menos del 20 % de las fibras tienen un diámetro inferior a 8 μm, teniendo el material textol una variación del peso por área de la tela inferior al 10 % a través de la anchura del material textil, teniendo el material textil un espesor conseguido mediante un proceso de calandrado.

Velos solubles en resina para la fabricación de artículos de material compuesto y métodos para fabricar los mismos Referencia a solicitudes relacionadas

La presente solicitud reivindica el beneficio de la solicitud de patente provisional de EE.UU. N° 61/418.473 presentada el 1 de diciembre de 21, cuya descripción se incorpora por referencia en su totalidad.

Campo de la invención

Métodos de fabricación de velos solubles en resina para la fabricación de artículos de materiales compuestos. Antecedentes de la invención

La infusión de resina líquida (LRI, de sus siglas en inglés) es un proceso usado para fabricar artículos y componentes de material compuesto reforzado con fibra para su uso en diferentes industrias, incluyendo las industrias aeroespacial, de transporte, electrónica, de construcción y de ocio. El concepto general en la tecnología de LRI implica infundir resina en un refuerzo de fibra, material textil o un refuerzo fibroso preformado ("preforma") introduciendo el material o preforma en un molde (molde de dos componentes o en un molde de un solo lado) y después inyectar resina a presión elevada (o a presión ambiente) en la cavidad del molde o molde de un solo lado sellado con bolsa de vacío. La resina se infunde en el material o preforma, lo que da como resultado un artículo de material compuesto reforzado con fibra. La tecnología LRI es especialmente útil en la fabricación de estructuras de formas complejas que, de otro modo, son difíciles de fabricar usando tecnologías convencionales. La variación de los procesos de infusión de resina líquida incluyen, entre otros, pero no se limitan a, infusión de resina con instrumentación flexible (RIFT, de sus siglas en inglés), infusión a presión constante (CPI, de sus siglas en inglés), infusión de resina a granel (BRI, de sus siglas en inglés), infusión de resina a presión atmosférica controlada (CAPRI, de sus siglas en inglés), moldeado por transferencia de resina (RTM, de sus siglas en inglés), proceso de moldeado por infusión de resinas compuestas de Seemann (SCRIMP, de sus siglas en inglés), infusión de resina con ayuda de vacío (VARI, de sus siglas en inglés) y moldeado por transferencia de resinas con ayuda de vacío (VARTM, de sus siglas en inglés).

Dado que la mayoría de los sistemas de infusión de resina son frágiles de forma inherente, los niveles de viscosidad necesarios para conseguir el proceso de inyección descartan el uso de agentes de tenacidad. Dicho de otro modo, las propiedades de tenacidad y viscosidad baja son mutuamente excluyentes en los sistemas convencionales de infusión de resina. La adición de dichos agentes de tenacidad a los sistemas de LRI generalmente tiene como resultado un incremento inaceptable de la viscosidad de la resina y/o reducción de la resistencia del material curado a los disolventes. Estas limitaciones hacen que la adición de agentes de tenacidad añadidos convencionalmente en preimpregnados sea generalmente inadecuada en las aplicaciones de LRI.

Un método para incrementar la tenacidad en artículos de material compuesto fabricados mediante procesos de infusión de resina líquida implica el uso de velos no tejidos de material termoplástico soluble en resina interpuestos entre hilos de fibra de refuerzo estructural seca, tal como se describe en el documento US 26/252334 A1. El velo puede estar comprendido de un lecho aleatorio de fibras poliméricas continuas o trituradas. Las fibras pueden ser hojas o monofilamentos de hebras hiladas. Cuando están intercaladas unas con otras, las capas de hojas y de velos forman una preforma. Cuando la preforma se posiciona en un molde y se inyecta con una resina curable, el velo termoplástico soluble en resina disuelve al menos parcialmente y da lugar a un artículo de material compuesto endurecido.

Se sabe que los velos termoplásticos solubles en resina de la técnica anterior sufren diversos inconvenientes, incluyendo voluminosidad, resistencia baja, peso por área de la tela (FAW, de sus siglas en inglés) no uniforme y disolución prematura. La uniformidad variable del FAW y determinadas características de las fibras que comprenden el velo, por ejemplo, la finura, afectan directamente a la velocidad de la disolución de las fibras, así como a la uniformidad de la distribución del agente de tenacidad en el material compuesto. La voluminosidad afecta a la fabricación del material compuesto, así como al espesor de la hoja curada de material compuesto (CPT, de sus siglas en inglés).

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

En el presente documento se describe un velo no tejido modificado por ingeniería que comprende una pluralidad de fibras que tienen un diámetro medio de entre 1 pm y 16 pm en el que menos del 2 % de las fibras tienen un diámetro inferior a 8 pm, teniendo el velo una variación del peso del área del material tejido inferior al 1 % a través de la anchura del material textil, teniendo el velo un espesor conseguido mediante un proceso de calandrado. El velo puede tener un peso por área de la tela de entre 5 gramos por metro cuadrado y 8 gramos por metro cuadrado y un espesor de entre 2 pm y 9 pm.

Un material que comprende la pluralidad de fibras puede ser un polímero que tiene una fase sólida nativa y adaptada para sufrir una transición de fase al menos parcial a una fase fluida al contacto con un componente de una

composición curable en la que el polímero es soluble a una temperatura que es inferior a la temperatura para el inicio sustancial del curado de la composición curable y en la que la temperatura es inferior a la temperatura de fusión inherente del material textil modificado por ingeniería no tejido. El polímero puede tener un índice de flujo en fusión de entre 18 y 38. En una realización, el velo no tejido modificado por Ingeniería además comprende una pluralidad de perforaciones a través del velo.

El velo se puede fabricar mediante un proceso de extrusión en estado fundido, tal como soplado o hilvanado en estado fundido. Cuando el proceso es un proceso de soplado en estado fundido, se puede fijar al menos un parámetro de procesamiento del proceso para que esté en un intervalo previamente determinado, por encima de un umbral previamente determinado o por debajo de un umbral previamente determinado, en el que al menos un parámetro de procesamiento incluye uno de velocidad de la bomba del material fundido, velocidad del colector, velocidad del flujo de aire y temperatura del flujo del aire.

En la presente memoria se describe un método de fabricación de un velo no tejido modificado por ingeniería usando un proceso de soplado en estado fundido, que comprende: (a) incrementar una velocidad de la bomba del material fundido disminuyendo simultáneamente una velocidad del flujo del aire, (b) cargar un material en un extrusor en el que el material es un polímero que tiene una fase sólida nativa y adaptado para sufrir una transición de fase al menos parcial a una fase de fluido tras el contacto con un componente de una composición curable en la que el polímero es soluble a una temperatura que es Inferior a la temperatura para el Inicio sustancial del curado de la composición curable y en la que la temperatura es Inferior a la temperatura de Infusión Inherente de un velo no tejido modificado por ingeniería resultante; y (c) hacer que el polímero sea extruído desde un cabezal del molde en forma de fibras y sobre un colector móvil, formando las fibras un velo no tejido modificado por Ingeniería en el que el incremento de la velocidad del flujo de aire proporciona fibras que tienen un diámetro medio de entre 1 pm y 16 pm, en las que menos del 2 % de las fibras tienen un diámetro inferior a 8 pm, teniendo el velo una variación del peso del área del material tejido Inferior al 1 % a través de la anchura del velo.

El método puede comprender además (d) someter el velo no tejido modificado por Ingeniería a un proceso de calandrado. El velo puede tener un peso por área de la tela de entre 5 gramos por metro cuadrado y 8 gramos por metro cuadrado y un espesor de entre 2 pm y 9 pm. En una realización, el método comprende además (e) someter el velo a un proceso de perforación fuera de línea, efectuándose el proceso de perforación fuera de línea mediante una aguja o un láser.

Una preforma para la fabricación del artículo de material compuesto, que comprende: (a) al menos un componente estructural que comprende fibras de refuerzo; (b) al menos un velo modificado por ingeniería no tejido en contacto con el componente estructural, estando comprendido el velo por una pluralidad de fibras que tienen un diámetro medio de entre 1 pm y 16 pm, en las que menos del 2 % de las fibras tienen un diámetro inferior a 8 pm, teniendo el velo una variación del peso del área de la... [Seguir leyendo]

1. Un velo modificado por ingeniería no tejido compuesto por una pluralidad de fibras que tienen un diámetro de entre 1 pm y 16 pm en el que menos del 2 % de las fibras tienen un diámetro inferior a 8 pm, teniendo el material textol una variación del peso por área de la tela inferior al 1 % a través de la anchura del material textil, teniendo el material textil un espesor conseguido mediante un proceso de calandrado.

2. El velo modificado por ingeniería no tejido de la reivindicación 1, en el que el material textil tiene un peso por área de la tela de entre 5 gramos por metro cuadrado y 8 gramos por metro cuadrado y un espesor de entre 2 pm y 9 pm.

3. El velo modificado por ingeniería no tejido de la reivindicación 1, en el que un material que comprende la pluralidad de fibras es un polímero que tiene una fase sólida nativa y adaptada para sufrir una transición de fase al menos parcial a una fase fluida al contacto con un componente de una composición curable en la que el polímero es soluble a una temperatura que es inferior a la temperatura para el inicio sustancial del curado de la composición curable y en la que la temperatura es inferior a la temperatura de fusión inherente del velo modificado por ingeniería no tejido.

4. El velo modificado por ingeniería no tejido de la reivindicación 3, en el que el polímero tiene un índice de flujo en fusión de entre 18 y 38.

5. El material textil modificado por ingeniería no tejido de la reivindicación 1, en la que dicha pluralidad de fibras están formadas por polímero termoplástico.

6. El velo modificado no tejida de la reivindicación 1, que además comprende una pluralidad de perforaciones a lo largo de la tela.

7. El velo modificado no tejida de la reivindicación 1, en el que la tela se fabrica mediante un proceso de extrusión en fusión seleccionado de soplado en fusión o hilado.

8. El velo modificado por ingeniería no tejido de la reivindicación 7, en el que el proceso es un proceso de soplado en fusión, al menos un parámetro de procesamiento del proceso se puede fijar para que esté en un intervalo previamente determinado, por encima de un umbral previamente determinado o por debajo de un umbral previamente determinado, en el que al menos un parámetro de procesamiento que comprende uno de velocidad de la bomba en fusión, velocidad de la tasa del colector, velocidad del flujo de aire y temperatura del flujo del aire.

9. Un método de fabricación de un velo modificado por ingeniería no tejido usando un proceso de soplado en fusión, que comprende:

incrementar una velocidad de la bomba en fusión disminuyendo simultáneamente una velocidad del flujo de aire;

cargar un material en un extrusor, en el que el material es un polímero que tiene una fase sólida nativa y adaptada para sufrir una transición de fase al menos parcial a una fase fluida al contacto con un componente de una composición curable en la que el polímero es soluble a una temperatura que es inferior a la temperatura para el inicio sustancial del curado de la composición curable y en la que la temperatura es inferior a la temperatura de fusión inherente de un velo modificado por ingeniería no tejido resultante; y

hacer que el polímero extruya de un cabezal del molde en forma de fibras y sobre un colector móvil, formando las fibras un velo modificado por ingeniería no tejido en el que el incremento de la velocidad de la bomba en fusión al tiempo que se disminuye la velocidad del flujo de aire proporciona fibras que tienen un diámetro medio de entre 1 pm y 16 pm en las que menos del 2 % de las fibras tienen un diámetro inferior a 8 pm, teniendo el velo una variación del peso por área de la tela inferior al 1 % a través de la anchura del material textil.

1. El método de fabricación del velo modificado por ingeniería no tejido de la reivindicación 9, que además comprende someter el velo modificado por ingeniería no tejido a un proceso de calandrado.

11. El método de fabricación del velo modificado por ingeniería no tejido de la reivindicación 9, en el que el velo tiene un peso por área de la tela de entre 5 gramos por metro cuadrado y 8 gramos por metro cuadrado y un espesor de entre 2 pm y 9 pm.

12. El método de fabricación del velo modificado por ingeniería no tejido de la reivindicación 9, en el que un material que comprende la pluralidad de fibras es un polímero que tiene una fase sólida nativa y adaptada para sufrir una transición de fase al menos parcial a una fase fluida al contacto con un componente de una composición curable en la que el polímero es soluble a una temperatura que es inferior a la temperatura para el inicio sustancial del curado de la composición curable y en la que la temperatura es inferior a la temperatura de fusión inherente del velo modificado por ingeniería no tejido.

13. El método de fabricación del velo modificado por ingeniería no tejido de la reivindicación 9, en el que el

polímero tiene un índice de flujo en fusión de entre 18 y 38.

14. El método de fabricación del velo modificado por ingeniería no tejido de la reivindicación 9, que además comprende someter el material textil a un proceso de perforación fuera de línea, efectuado el proceso de perforación fuera de línea mediante una aguja o un láser.

15. El método de fabricación del velo modificado por ingeniería no tejido de la reivindicación 9, en el que se puede fijar al menos un parámetro de procesamiento del proceso para que esté en un intervalo previamente determinado, por encima de un umbral previamente determinado o por debajo de un umbral previamente determinado, comprendiendo el al menos un parámetro de procesamiento uno de velocidad de la bomba en fusión, velocidad de la tasa del colector, velocidad del flujo de aire y temperatura del flujo del aire.

16. Una preforma para la fabricación de artículos de material compuesto, que comprende: al menos un componente estructural que comprende fibras de refuerzo; y

al menos un velo modificado por ingeniería no tejido en contacto con el componente estructural, estando comprendido el velo por una pluralidad de fibras que tienen un diámetro de entre 1 pm y 16 pm, en las que menos del 2 % de las fibras tienen un diámetro inferior a 8 pm, teniendo el velo una variación del peso del área de la tela inferior al 1 % a través de la anchura del velo, teniendo la pluralidad de fibras comprendidas por polímero una fase sólida nativa y adaptada para someter a una transición de fase al menos parcial a una fase fluida al contacto con un componente de una composición curable en la que el polímero es soluble a una temperatura que es inferior a la temperatura para el Inicio sustancial del curado de la composición curable y en la que la temperatura es inferiora la temperatura de fusión inherente del velo modificado por Ingeniería no tejido.

17. La preforma para la fabricación de artículos de material compuesto de la reivindicación 16, en el que el componente estructural está en forma de una pluralidad de capas de fibras de refuerzo adyacentes y en el que dicha pluralidad de fibras en los velos modificados por ingeniería no tejidos están hechas de polímero termoplástlco.

18. La preforma para la fabricación de artículos de material compuesto de la reivindicación 16, en la que el velo tiene un peso por área de la tela de entre 5 gramos por metro cuadrado y 8 gramos por metro cuadrado y un espesor de entre 2 pm y 9 pm como resultado de un proceso de calandrado, y en la que el polímero tiene un índice de flujo en fusión de entre 18 y 38.

19. La preforma para la fabricación de artículos de material compuesto de la reivindicación 16, que además comprende una pluralidad de perforaciones a lo largo del velo.

2. Un método de fabricación de un artículo de material compuesto usando un proceso de Infusión de resina líquida, que comprende:

disponer una pluralidad de componentes estructurales que comprenden fibras de refuerzo dentro de un molde;

Intercalar una pluralidad de velos modificados por Ingeniería no tejidos con la pluralidad de componentes estructurales, estando comprendida la pluralidad de velos por una pluralidad de fibras que tienen un diámetro medio de 1 pm y 16 pm, en la que menos del 2 % de las fibras tiene un diámetro inferior a 8 pm, y una variación del peso por área de la tela inferior al 1 % respecto a la anchura de cada velo, formando la disposición intercalada que forma

una preforma;

poner en contacto la preforma con una resina, en donde la resina está a una temperatura inicial no inferior a 75°C.

calentar la preforma hasta un umbral de temperatura predeterminada, en el que una mayoría de las fibras se disuelven antes de alcanzar el umbral predeterminado de la temperatura; y

dejar que la preforma cure al tiempo que la preforma se conserva a un umbral de temperatura predeterminado durante un periodo de tiempo predeterminado.

21. El método de fabricación de un artículo de material compuesto usando un proceso de infusión de resina líquida de la reivindicación 2, en el que el umbral de temperatura predeterminada es 18°C y el polímero tiene un índice de flujo en fusión entre 18 y 38.

22. El método de fabricación de un artículo de material compuesto usando el proceso de infusión de resina líquida de la reivindicación 2, en el que la pluralidad de fibras comprende un polímero que tiene una fase sólida nativa y adaptada para sufrir una transición de fase al menos parcial a una fase fluida al contacto con un componente de una composición curable en la que el polímero es soluble a una temperatura que es inferior a la temperatura para el inicio sustancial del curado de la composición curable y en la que la temperatura es inferior a la temperatura de fusión inherente del velo modificado por ingeniería no tejido.