Material semi-impregnado con una pelicula de resina de superficie potenciadora y mejoradora de las propiedades del mismo.
Material semi-impregnado adaptado para su uso en un material compuesto caracterizado porquecomprende
a) una primera capa de resina termoestable,
que contiene todos los componentes requeridos parapolimerización de la resina termoestable,
b) recubierta en ambas caras por capas de refuerzos fibrosos, por lo que
c) una de las dos capas está revestida con una segunda capa de resina, que es diferente de la primeracapa de resina,
d) en la que dicha segunda capa de resina tiene un nivel de adherencia de no más de 15 N y
e) en la que la película que forma dicha segunda capa de resina se aplica a una o ambas superficiesdel material semi-impregnado y se formula usando una combinación de un epoxi de bis-A sólido y elcomponente de tenacidad de caucho.
Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E08017243.
Solicitante: HEXCEL COMPOSITES, LTD.
Nacionalidad solicitante: Reino Unido.
Dirección: 13 CROMWELL ROAD SAFFRON WALDEN ESSEX CB11 4AX REINO UNIDO.
Inventor/es: WHITER, MARK.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- B29C37/00 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B29 TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS EN ESTADO PLASTICO EN GENERAL. › B29C CONFORMACIÓN O UNIÓN DE MATERIAS PLÁSTICAS; CONFORMACIÓN DE MATERIALES EN ESTADO PLÁSTICO, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR; POSTRATAMIENTO DE PRODUCTOS CONFORMADOS, p. ej. REPARACIÓN (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). › Elementos constitutivos, detalles, accesorios u operaciones auxiliares no cubiertas por el grupo B29C 33/00 ó B29C 35/00.
- C08J5/24 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-2395741_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Material semi-impregnado con una película de resina de superficie potenciadora y mejoradora de las propiedades del mismo
1. Campo de la invención La presente invención se refiere, en general, a materiales semi-impregnados y a materiales compuestos de estructura relacionada. Los materiales compuestos están típicamente fabricados de materiales preimpregnados o semi-impregnados que se forman situando diferentes capas de dicho material una sobre la otra y polimerizando la resina preferentemente elevando la temperatura. Cuando se forman estructuras más grandes, las capas individuales del material de fibras preimpregnadas deben situarse una capa sobre la otra y el aire que queda atrapado entre las capas ha de retirarse aplicando vacío. Dado que las burbujas de aire que quedan en el material compuesto crean vacíos en el laminado curado, y dado que tales áreas debilitan la estabilidad mecánica del material compuesto, el material compuesto se evacúa preferentemente en un dispositivo específico antes de que tenga lugar la polimerización.
2. Descripción de la técnica relacionada La solicitud de patente europea 1 128 958 describe materiales de moldeo que se forman por un pre-impregnado que comprende una capa de tejidos en ambas caras de la capa de resina central. Las superficies externas del preimpregnado deben estar libres de resina y secas al tacto.
Dado que la resina de la capa central tiende a moverse a través de las fibras de las capas fibrosas principalmente debido a flujo frío, las superficies externas de las capas de fibras llegan a ser más y más resinosas dependiendo del tiempo y de las condiciones de almacenaje, en particular de la temperatura. Por lo tanto dichas capas fibrosas llegan a impregnarse con resina y llegan a ser más y más adherentes.
El material semi-impregnado se produce usualmente proporcionando primero una capa de resina central en la que el grosor se ajusta frecuentemente con una cuchilla de racla que se reviste subsiguientemente en una o ambas caras con material de tejido. Las láminas semi-impregnadas se cortan en el formato deseado y se terminan en rollos. El material semi-impregnado se almacena en forma de rollos enviados al cliente y se usa para formar material compuesto situando las láminas del material semi-impregnado una sobre la otra. El aire residual entre las láminas del material semi-impregnado se retira por un dispositivo adecuado (por ejemplo, aspirador) y la resina se polimeriza preferentemente elevando la temperatura con el fin de iniciar la polimerización.
Durante el almacenamiento, la resina de la capa de resina se conduce por fuerzas capilares sobre las fibras de tejido a través de las fibras de las capas de tejido. Consecuentemente dichas capas de tejido contienen más resina dependiendo del tiempo de almacenamiento y dichas capas de tejido llegan a ser más y más pegajosas. Tales áreas pegajosas dan como resultado una adhesión indeseada de las capas semi-impregnadas. Con el fin de permitir una separación apropiada de las capas cuando el material semi-impregnado enrollado está sin terminar se puede proporcionar una capa intermedia de material (intercalado) . Tal material tiene una superficie no pegajosa y debe eliminarse en el curso del procesamiento. Los materiales intercalados adecuados incluyen polipropileno, por ejemplo, 100 micrómetros, lámina estampada 124 disponible de Huhtamaki, Forchheim, Alemania.
Esto da como resultado, sin embargo, que en ocasiones la capa intermedia (intercalada) se pega a la superficie externa del tejido que contiene resina sobre su superficie externa y causa pegajosidad entre la capa de fibras y el material intermedio. Si no está presente ningún intercalado y el semi-impregnado de los rollos de almacenaje está sin terminar, puede pasar que las capas fibrosas que tienen alguna resina sobre sus superficies se peguen unas a otras o al intercalado. Implementando el material de fibras semi-impregnado sin ninguna capa intermedia este puede pegarse tan estrechamente de forma conjunta que la estructura de las fibras se altera en el curso del desenrollado e incluso piezas pequeñas de fibra y/o resina pueden adherirse al lugar del pre-impregnado que estaba en contacto con la capa intermedia durante el tiempo de almacenaje. El pegado conjunto de las dos capas semi-impregnadas puede por lo tanto dar como resultado una irregularidad del material semi-impregnado no enrollado que da como resultado defectos o áreas sucias de la superficie o disrupción de las fibras del material compuesto. Además, algunas veces las piezas de material intermedio se arrancan durante el enrollado del semi-impregnado y se adhieren al semi-impregnado (más que apartarse limpiamente con el resto de material intercalado) . En el material compuesto curado, estas piezas de material intermedio pueden causar defectos de superficie y requerir remedio que consuma tiempo o una reducción en propiedades mecánicas lo que vuelve por lo tanto el componente curado no utilizable y necesitan eliminarse.
El problema de la irregularidad de la superficie del material compuesto se multiplica con cada lámina adicional del semi-impregnado establecido sobre el material compuesto y quizá incluso no se resuelve satisfactoriamente por una intercapa entre el preimpregnado durante el almacenaje. Una desventaja adicional de esta disolución es que el material intermedio que se requiere solamente durante las etapas de almacenaje y transporte se ha eliminado después de producción lo que causa costes y desecho adicionales.
3. Sumario de la invención El término "preimpregnado" es un término de la técnica usado en el campo del material compuesto para reforzamientos fibrosos (por ejemplo, fibras unidireccionales, esteras, tejido, material no tejido o fibra para hilar) que se ha preimpregnado con resina y que está listo para la curación final.
Como un subgrupo de la técnica de los preimpregnados, durante los últimos varios años ha llegado a estar disponible una técnica en el área de los "semi-impregnados", es decir, refuerzos fibrosos que no están totalmente impregnados con la resina unida a ellos. Representativos de la técnica de semi-impregnado son los documentos EP 1 144 190, EP 0 960 155 o US 4 228 113.
Los principios básicos de esta tecnología y de los procedimientos relevantes se describen en "Manufacturing of Polymer Composites" por B.T. Aström, Publ. Chapman & Hall, ISBN 0-412-81960-0.
El material semi-impregnado de la presente invención utiliza una lámina de reforzamiento fibroso que tiene una proporción sustancial de sus fibras no impregnada con resina lo que mejora la transpirabilidad del aire cuando un componente de compuesto se fabrica a partir del material semi-impregnado de la presente invención. El término "capa de refuerzos fibrosos" comprende todos los tipos de materiales de fibras usables en el campo, preferentemente haces de fibras cosidas conjuntamente y también diseñadas como capas de tejido.
El material semi-impregnado se adapta para usar en capas múltiples y comprende una primera placa de resina, que está revestida en ambas caras por una capa de tejido por lo que al menos una de las dos capas de tejido está revestida con una segunda capa de resina, en la que dicha capa de resina tiene un nivel de adherencia de no más de 15 N.
La primera capa de resina está revestida en ambas caras con una capa de tejido y está presente en una cantidad que varía desde aproximadamente 100 hasta 800 g/m2 (gramos por metro cuadrado) , preferentemente en una cantidad de 300 to 650 g/m2 (gramos por metro cuadrado) y más preferida 450 a 600 g/m2 (gramos por metro cuadrado) . La resina es resina termoestable adecuada para material compuesto y está seleccionada preferentemente del grupo que comprende resinas de formaldehído de fenol, epoxi, de poliéster, de viniléster, de poliimida, de éster de cianato, resinas fenólicas y de bismaleimida y mezclas de las mismas.
En principio la resina termoestable puede ser cualquier resina reticulable, lo que quiere decir sistema de resinas curable o preparable como una resina fenólica, una resina de melamina, una resina epoxi o resina alquídica.
El componente de resinas fenólicas de la capa central de resina puede comprender productos de condensación conocidos de fenol y derivados de fenol con formaldehído. Los derivados de fenol adecuados son en particular fenoles sustituidos, en particular fenoles alquilsustituidos tales como cresoles, xilenoles y otros alquilfenoles tales como p-terc-butilfenol, octilfenol y nonilfenol, pero también arilfenoles, tales como fenilfenol, naftoles y fenoles 2hídricos tales como resorcinol y bisfenol-A. Las resinas fenólicas para los fines de la presente invención incluyen no solamente los productos de condensación de los compuestos individuales... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Material semi-impregnado adaptado para su uso en un material compuesto caracterizado porque comprende a) una primera capa de resina termoestable, que contiene todos los componentes requeridos para polimerización de la resina termoestable,
b) recubierta en ambas caras por capas de refuerzos fibrosos, por lo que c) una de las dos capas está revestida con una segunda capa de resina, que es diferente de la primera capa de resina,
d) en la que dicha segunda capa de resina tiene un nivel de adherencia de no más de 15 N y
e) en la que la película que forma dicha segunda capa de resina se aplica a una o ambas superficies del material semi-impregnado y se formula usando una combinación de un epoxi de bis-A sólido y el componente de tenacidad de caucho.
2. Material semi-impregnado de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque la primera capa de resina está presente en una cantidad de 100 a 800 g/m2 del material semi-impregnado.
3. Material semi-impregnado de acuerdo con la reivindicación 2 caracterizado porque la primera capa de resina está presente en una cantidad de 350 a 650 g/m2 del material semi-impregnado.
4. Material semi-impregnado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque las fibras de una capa de refuerzos filamentosos están en orientación de +30 º a +45 º.
5. Material semi-impregnado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque las fibras de la otra capa de refuerzos filamentosos están en orientación de -30 º a -45 º.
6. Material semi-impregnado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las capas de refuerzos fibrosos están cosidas conjuntamente.
7. Material semi-impregnado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque la primera capa de resina es una resina termoestable, seleccionada del grupo que comprende resinas de formaldehído de fenol, resinas epoxi, de poliéster, de viniléster, de poliimida, de éster de cianato, resinas fenólicas y de bismaleimida y mezclas de las mismas.
8. Material semi-impregnado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque la película que forma la segunda capa de resina incorpora una resina de tenacidad BADGE que forma aducto con caucho.
9. Material semi-impregnado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque la segunda resina es una resina de bisfenol-epoxi que comprende partículas de caucho.
10. Material semi-impregnado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque la película que forma la segunda capa de resina se usa como un vehículo para situar las partículas de endurecimiento termoplástico, seleccionadas del grupo que comprende poliamidas o partículas de caucho de cáscara de núcleo nanodimensionadas en las regiones interláminas.
11. Material semi-impregnado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la segunda capa de resina está presente en una cantidad de 10 a 60 gramos por metro cuadrado.
12. Uso de un material semi-impregnado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes para la fabricación de material compuesto para la producción de estructuras portadoras de cargas elevadas.
13. Uso de acuerdo con la reivindicación 12 caracterizado porque las estructuras portadoras de cargas elevadas son palas de turbinas eólicas.
14. Uso de acuerdo con la reivindicación 12 caracterizado porque las estructuras portadoras de cargas elevadas se usan en la industria aeroespacial.
Figura 1 - Estructura de semi-impregnado con película de resina potenciadora de propiedades en una superficie externa. tenacidad
Figur.
2. Gráfica que muestra mejora en realización de G1c en laminados preparados con semi-impregnado con película potenciadora de propiedades.
ILSS MPa por muestra
Figur.
3. Gráfica que muestra mejora en rendimiento de ILSS en laminados preparados con semiimpregnado con película potenciadora de propiedades.
Figura 4.
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