ES2201971T3 - Hilo para unir las fibras de un producto semiacabado de fibras, asi como producto semiacabado de fibras y procedimiento para fabricar materiales compuestos de fibras. - Google Patents

Hilo para unir las fibras de un producto semiacabado de fibras, asi como producto semiacabado de fibras y procedimiento para fabricar materiales compuestos de fibras.

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Abstract

Utilización de hilos para unir las fibras de un producto semiacabado en materiales compuestos de fibras, estando configurados los hilos de tal manera que se descomponen durante la fabricación del material compuesto de fibras mediante inserción del semiacabado de fibras en material de matriz y ya no existen como fase propia entre el material de matriz y el semiacabado de fibras en el material compuesto de fibras.

Description

Hilo para unir las fibras de un producto semiacabado de fibras, así como producto semiacabado de fibras y procedimiento para fabricar materiales compuestos de fibras.
La invención se refiere a un hilo para unir las fibras de un producto semiacabado, para su utilización en materiales compuestos de fibras. Además, la invención se refiere a un producto semiacabado de fibras para su utilización en materiales compuestos de fibras, uniéndose entre sí puntos de cruce de fibras con hilos y un procedimiento para fabricar materiales compuestos de fibras, compuestas por un material de matriz y semiacabado de fibras que están insertado en el material de matriz, estando unidas entre sí las fibras del semiacabado de fibras mediante hilos.
Los materiales compuestos de fibras son materiales que están compuestos por un material de matriz, por ejemplo por una matriz de polímeros como fase continua y fibras de refuerzo allí entrelazadas como fase discontinua. Mediante las fibras de refuerzo introducidas en el material de matriz, mejoran las propiedades del material de matriz, es decir, del plástico. En particular puede modificarse ventajosamente la resistencia y la rigidez del material.
Como fibras de refuerzo se utilizan un producto semiacabado de fibra en forma de una configuración superficial de fibras. Un tal semiacabado de fibras se denomina también estructura plana textil y puede dividirse en tres grupos:
a)
fibra no tejida;
b)
sistemas que no forman mallas (tejidos, estructuras textiles, trenzado de fibras);
c)
sistemas que forman mallas (géneros de malla, géneros de punto).
En función de la estructura o bien de la fabricación de estas estructuras planas, se realiza para estos distintos tipos una fijación diferente de las fibras de refuerzo propiamente dichas. Debido a su estructura, no necesitan por ejemplo los géneros de malla, géneros de punto y tejido ninguna fijación adicional. Las fibras no tejidas, por el contrario, pueden estar cosidas o bien fijadas mediante aglutinantes. Para el manejo de estructuras textiles que se forman mediante superposición de sistemas de hilos de distinta orientación, es necesaria una fijación de los puntos de cruce de las fibras individuales.
Tras la impregnación y el endurecimiento o bien la solidificación del material de la matriz, sigue existiendo el hilo en forma de fibra como fase adicional en el material compuesto y tiene una correspondiente superficie límite respecto al material de matriz. Por ejemplo, en la FR A 2 594 852 se da a conocer un tejido en el que los hilos de refuerzo se mantienen juntos mediante hilos de unión que pueden fundirse térmicamente calentando el tejido, se funden los hilos de unión con los hilos de refuerzo y se cubren. Los propios hilos de refuerzo, no obstante, siguen existiendo en el tejido fundidos con los hilos de unión, como fase adicional.
Por la EP 310 200 A2 se conoce un tejido que tienen hilos de elevado punto de fusión e hilos de bajo punto de fusión. Calentando el tejido hasta una gama de temperaturas que se encuentra por encima del punto de fusión de los hilos de bajo punto de fusión y por debajo del punto de fusión de los hilos de alto punto de fusión, se distribuyen uniformemente en el tejido los hilos de bajo punto de fusión y se entrelazan en el material de matriz. También aquí los hilos de bajo punto de fusión siguen existiendo como fase adicional en el material compuesto y forman una superficie límite respecto al material de matriz.
Se ha comprobado que los hilos, debido a las distintas propiedades físicas del material del hilo en comparación con el material de matriz y con el propio material de repuesto, así como a una posiblemente insuficiente fijación de los hilos al material de matriz, pueden ser lugares de faltas y posibles puntos de inicio de daños. Si a través de la superficie límite de los hilos se llega a deshacer la superficie de los hilos de costura del material de matriz, entonces son de esperar correspondientemente, como en otros poros, especialmente cuando existe una solicitación dinámica del material compuesto de los hilos, inicios de daños en una gran superficie y posiblemente un deterioro completo del compuesto de fibras.
Además, en materiales de matriz que para la infiltración o bien endurecimiento han de ser sometidos a una elevada temperatura por encima de la temperatura ambiente o bien de la temperatura de almacenamiento del semiacabado de fibras, persiste el problema de que desde el momento en que se alcanza una temperatura que depende del estirado o bien del temperado de las fibras, debido a los esfuerzos de encogimiento de los hilos, se inducen distorsiones o deformaciones en los propios hilos de refuerzo. Este peligro de distorsión del semiacabado de fibras se produce siempre que se presenta un encogimiento de los hilos antes de la gelatinización o solidificación del material de matriz propiamente dicha.
Por lo tanto, para evitar los problemas antes citados era tarea de la presente invención poner a disposición un material compuesto de fibras mejorado.
La tarea se resuelve utilizando hilos que se obtienen de tal manera que se descomponen durante la fabricación del material compuesto de fibras mediante inserción del semiacabado de fibras en el material de matriz, no formándose ya ninguna capa límite entre el material de matriz y el semiacabado de fibras. Se propone así descomponer los hilos una vez el semiacabado de fibras se ha alojado en el material de matriz. Entonces los hilos sólo sirven para el manejo del semiacabado de fibras.
La descomposición de los hilos puede realizarse mediante la correspondiente elección del material de los hilos de manera tal que los hilos se deshagan en el material de matriz. Para cada material de matriz ha de elegirse por tanto un material de hilo adecuado, que además debe presentar la suficiente resistencia mecánica para la fijación de las fibras de refuerzo del semiacabado de fibras.
También puede considerarse una elección del material de los hilos orientada a que los hilos se fundan a una temperatura de fabricación para el material compuesto de fibras superior a la temperatura ambiente o de almacenamiento. El punto de fusión de los hilos puede por ejemplo encontrarse en la temperatura de endurecimiento para el material de matriz o en la temperatura de impregnación del material compuesto de fibras.
Como materiales para los hilos, que se funden a la temperatura de impregnación, pueden utilizarse ventajosamente copolímeros, especialmente a base de poliamida o poliéster.
En un procedimiento correspondiente para la fabricación de materiales compuestos de fibras, se descomponen los hilos tras la inserción del semiacabado de fibras en el material de matriz de tal forma que los hilos ya no forman ninguna capa límite entre el material de matriz y el semiacabado de fibras.
Mediante la descomposición de los hilos, éstos ya no existen como fase propia en el material compuesto de fibras. Así no pueden ser los lugares de falta ni posibles puntos de iniciación de daños que se dan en los hilos tradicionales con la correspondiente superficie límite respecto al material de matriz. Además, se evitan mediante el proceso de descomposición de los hilos distorsiones o deformaciones del semiacabado de fibras, tales como las que pueden presentarse en los hilos tradicionales debido a los esfuerzos de encogimiento de los hilos a las temperaturas elevadas de fabricación del material compuesto de fibras.
Además y debido a la correspondiente compatibilidad del material del hilo de costura con el material de matriz, es posible mejorar el comportamiento del material compuesto de fibras en solicitaciones por impacto.
La invención se describe a continuación con más detalle.
Para un mejor manejo, se unen entre sí el semiacabado de fibras con los hilos en los puntos de cruce de fibras individuales. De esta manera, pueden fijarse determinadas formas del semiacabado de fibras y drapearse correspondientemente el semiacabado de fibras. Además, una estructura textil de esteras de fibras fijada de esta manera mediante hilos, es más transportable, debido a la fijación de los puntos de cruce.
En la fabricación de materiales compuestos de fibras se aloja en un material de matriz un semiacabado de fibras fijado mediante hilos. El material de matriz puede ser por ejemplo un aglutinante duroplástico, como por ejemplo resinas de PF, MF, UF, UP y EP. Pueden utilizarse también aglutinantes termoplásticos PA, PC, POM, PET, PBT, PP y ABS. Mediante la inserción del semiacabado de fibras en estos materiales de matriz polímera, se mejoran sobre todo las propiedades mecánicas y térmicas del material de base, como por ejemplo la resistencia a la tracción y a la rotura, el módulo E, la resistencia térmica y la estabilidad de dimensiones. El grado de mejora de estas propiedades que puede alcanzarse en cada caso depende de la adherencia entre el material de matriz y el semiacabado de fibras, es decir, de los procesos en la capa límite. Se propone por lo tanto que los hilos que son necesarios para la fijación del semiacabado de fibras se descompongan en el material compuesto de fibras y con ello ya no formen ninguna capa limite.
La descomposición de los hilos puede suceder, por un lado, porque los mismos se deshagan en el material de matriz.
Pero también pueden emplearse ventajosamente combinaciones de materiales de hilos con material de matriz en los que los materiales de hilos se fundan a la temperatura de endurecimiento del material de
matriz.
Además pueden emplearse ventajosamente combinaciones de materiales de hilos y material de matriz en los que el material de los hilos se funde a la temperatura para la impregnación del material compuesto de fibras.

Claims (10)

1. Utilización de hilos para unir las fibras de un producto semiacabado en materiales compuestos de fibras, estando configurados los hilos de tal manera que se descomponen durante la fabricación del material compuesto de fibras mediante inserción del semiacabado de fibras en material de matriz y ya no existen como fase propia entre el material de matriz y el semiacabado de fibras en el material compuesto de fibras.
2. Utilización de hilos según la reivindicación 1, caracterizada porque, los hilos pueden deshacerse en el material de matriz del material compuesto de fibras.
3. Utilización de hilos según la reivindicación 1, caracterizada porque, los hilos pueden fundirse a la temperatura de endurecimiento del material de matriz.
4. Utilización de hilos según la reivindicación 1, caracterizada porque, los hilos pueden fundirse a la temperatura de la impregnación de los materiales compuestos de fibras.
5. Utilización de hilos según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque, los hilos son un copolímero.
6. Utilización de hilos según la reivindicación 5, caracterizada porque, el copolímero está compuesto a base de poliamida o poliéster.
7. Procedimiento para la fabricación de materiales compuestos de fibras, compuestos por un material de matriz y por un semiacabado de fibras que se inserta en el material de matriz, con las etapas
- unión de las fibras del semiacabado de fibras en los puntos de cruce de fibras individuales entre sí con hilos
- inserción del semiacabado de fibras en el material de matriz,
caracterizado porque la descomposición de los hilos tras la inserción del semiacabado de fibras en el material de matriz de tal manera que los hilos ya no existen como una fase propia entre el material de matriz y el semiacabado de fibras en el material compuesto de
fibras.
8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque los hilos se deshacen en el material de matriz.
9. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que se calienta el material compuesto de fibras para la impregnación, caracterizado porque los hilos se funden a la temperatura para la impregnación del material compuesto de fibras
10. Procedimiento según la reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque los hilos se funden a la temperatura para el endurecimiento del material de matriz.
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