ES2215511T3 - Dispositivo para la produccion de un compuesto de fibras en forma de hebras a partir de fibras de vidrio y compuesto de fibras a base de fibras de vidrio. - Google Patents

Abstract

Dispositivo para la producción de un compuesto de fibras en forma de hebras a partir de fibras de vidrio y de al menos un material de aportación con una superficie giratoria de estiramiento, una instalación elevadora, una tolva de hilar, que presenta en su pared circunferencial un orificio de alimentación alargado con una primera trayectoria de alimentación para fibras de vidrio y en un lado frontal un orificio de extracción, y que rodea un espacio simétrico rotatorio, cerrado al menos en la dirección circunferencial salvo el orificio de alimentación, con una instalación de extracción y con una instalación de alimentación para el material de aportación, caracterizado porque la instalación de alimentación (15) presenta una segunda trayectoria de alimentación (22), que se extiende separada de la primera trayectoria de alimentación a través de la pared circunferencial de la tolva de hilar (10).

Description

Dispositivo para la producción de un compuesto de fibras en forma de hebras a partir de fibras de vidrio y compuesto de fibras a base de fibras de vidrio.

La invención se refiere a un dispositivo para la producción de un compuesto de fibras en forma de hebras a partir de fibras de vidrio y de al menos un material de aportación con una superficie giratoria de estiramiento, una instalación elevadora, una tolva de hilar, que presenta en su pared circunferencial un orificio de alimentación alargado con una primera trayectoria de alimentación para fibras de vidrio y en un lado frontal un orificio de extracción, y que rodea un espacio simétrico rotatorio, cerrado al menos en la dirección circunferencial salvo el orificio de alimentación, con una instalación de extracción y con una instalación de alimentación para el material de aportación. En este caso, para la producción de un compuesto de fibras del tipo de hebras a partir de fibras de vidrio y de al menos un material de aportación, según el procedimiento, se conducen una pluralidad de fibras de vidrio, que son elevadas desde una superficie giratoria de estiramiento, a un espacio esencialmente simétrico rotatorio, cerrado al menos en la dirección circunferencial salvo un orificio de alimentación alargado, en cuyo espacio se forma un torbellino de fibras, que es extraído como cinta de fibras por un lado frontal del espacio.

Un dispositivo de este tipo se conoce, por ejemplo, por el documento DE 36 34 904 A1. Allí sale vidrio fundido desde toberas en el lado inferior de bandejas de colada. Las gotas que resultan en este caso extienden hilos de vidrio que, cuando las gotas llegan a un plano inclinado, entran en contacto con el tambor de estiramiento y son extendidas desde el mismo. Antes de alcanzar un arrollamiento completo alrededor del tambor, los hilos son elevados desde la superficie de estiramiento con la ayuda de una instalación elevadora. Entonces llegan a la tolva de hilar, donde son arremolinados con la ayuda de una corriente de aire que se adhiere a la superficie de estiramiento y que es elevada al mismo tiempo. El compuesto de fibras de vidrio que resulta de esta manera es extraído con la ayuda de una instalación de extracción a través del orificio de extracción. Además, está prevista una instalación de aplicación para fibras de otro material, que aplica fibras sintéticas sobre la superficie de estiramiento en el lugar en el que los hilos de fibras llegan sobre la superficie de estiramiento. Como una alternativa a ello, la aplicación de las fibras sintéticas se puede realizar también en el lugar de recepción de las fibras de vidrio o bien sobre una sección entre este lugar de recepción y la entrada en la tolva de hilar.

Con este tipo de producción se pueden producir compuestos de fibras mezclados de fibras de vidrio y de un material de aportación, con preferencia plástico, como poliamida. Sin embargo, se puede establecer que estos compuestos de fibras no presentan en la sección transversal una homogeneidad demasiado grande. Se encuentran "nidos" de fibras de vidrio y "nidos" de fibras de materiales de aportación, es decir, que los materiales individuales aparecen agrupados dentro del compuesto de fibras. Esto es tolerable sin más para muchos campos de aplicación. Se mantiene la resistencia a la tracción.

El documento EP 0 616 055 B1 muestra un procedimiento y un dispositivo para la producción de una hebra compuesta, en los que se combinan filamentos de vidrio sin fin con filamentos sin fin de material orgánico termoplástico. A tal fin, se deslizan los filamentos de vidrio individuales sobre una instalación de recubrimiento. Los filamentos de plástico pretratados son conducidos entonces junto con los filamentos de vidrio sobre un rodillo de sujeción y a continuación son hilados. Sin embargo, también aquí se puede observar que el compuesto de fibras es relativamente inhomogéneo en la sección transversal.

El documento EP 0 636 717 A1 muestra un procedimiento para la producción de una cinta, que está formada por fibras minerales y fibras orgánicas. Las fibras orgánicas son resueltas a partir de una mezcla de fibras con la ayuda de una carda. Las fibras de vidrio son alimentadas como mecha y son resueltas de la misma manera. Ambas fibras son alimentadas entonces a un colector, que conduce las dos corrientes de fibras sobre varios rodillos de guía y cilindros, para reunirlas.

El documento DE 31 51 968 A1 describe un procedimiento para la generación de un hilo sobre la base de fibras de vidrio. El hilo se forma a partir de una mezcla de fibras de vidrio cortas y de fibras de apoyo de material de plástico, siendo cardadas las fibras y luego hiladas.

El documento EP 0 292 409 A1 describe un modo de proceder, con el que se rompen fibras de vidrio guiadas sin fin en trozos más pequeños en el intervalo de 100 a 120 mm.

La invención tiene el cometido de indicar una hebra híbrida, que está mejor adecuada para materiales superficiales para piezas preformadas (capa preformada).

Este cometido se soluciona en un dispositivo del tipo mencionado al principio porque la instalación de alimentación presenta una segunda trayectoria de alimentación, que se extiende separada de la primera trayectoria de alimentación a través de la pared circunferencial de la tolva de hilar.

De esta manera se está en condiciones de crear un compuesto de fibras con la máxima homogeneidad posible. Por lo tanto, se utiliza un dispositivo convencional y conocido para la producción del compuesto de fibras, pero éste es transformado en el sentido de que para la alimentación del material de aportación se selecciona otro lugar y también otra trayectoria. Hasta ahora se partía de que en el dispositivo de estiramiento del tambor de hilar, las fibras de vidrio y las fibras adicionales se mezclaban ya sobre la superficie de estiramiento, de manera que se introducía un material mezclado en la tolva de hilar. Pero esta hipótesis no parece ser adecuada. Posiblemente se debe a que las fibras de plástico aplicadas no podían atravesar la capa de aire, que se adhiere en la superficie de estiramiento y en la que "flotan" las fibras de vidrio individuales. De acuerdo con ello, en el modo de proceder conocido no tiene lugar en absoluto una mezcla a fondo entre las fibras de vidrio y las fibras de plástico sobre la superficie de estiramiento. Si se utiliza ahora una segunda trayectoria de alimentación, para alimentar el material de aportación de una manera totalmente selectiva en la tolva de hilar, entonces no tiene ya importancia que las fibras de vidrio y el material de aportación se mezclen ya sobre la superficie de estiramiento. Se consigue la mezcla con una homogeneidad muy buena más bien ya en la tolvas de hilar. Este modo de proceder tiene, además de la homogeneidad mejorada, también la ventaja de que se reduce el peligro de contaminación para el medio ambiente a través del material de aportación. Se puede controlar mejor la corriente adicional del material de aportación. Además, se pueden procesar materiales superficiales, que se fabrican a partir de compuestos de fibras de este tipo, con tiempos de prensado más cortos, de manera que se puede producir un material compuesto más rápidamente y con coste más favorable. Se consigue con elevada homogeneidad una buena resistencia al impacto en probeta entallada y una buena resistencia a la flexión, es decir, una resistencia en una dirección distinta a la sola dirección de la tracción del producto final formado a partir de la hebra híbrida, es decir, de las partes preformadas o formadas configuradas a partir de materiales superficiales. Las fibras de vidrio se incluyen mejor en la matriz del material de aportación durante el proceso de prensado.

Con preferencia, la primera y la segunda trayectoria de alimentación se extienden a través del orificio de alimentación y están separadas una de la otra a través de una pared de separación. De una manera correspondiente, solamente se requieren modificaciones menores con respecto al dispositivo convencional. En el fondo, es suficiente con insertar una chapa en el orificio de alimentación, por cuyo lado inferior afluyen las fibras de vidrio y por cuyo lado superior afluyen las fibras del material de aportación. El arremolinado se realiza entonces en la tolva de hilar, donde se pueden configurar los remolinos correspondientes, sin que sean perturbados a través de otros orificios en la pared circunferencial de la tolva de hilar.

Con preferencia, la segunda trayectoria de alimentación presenta un canal, que se proyecta dentro del orificio de alimentación o se termina con él. De esta manera se puede controlar todavía mejor la corriente de alimentación del material de aportación. Todo el material de aportación, que llega al canal, es alimentado también a la tolva de hilar.

Con preferencia, la segunda trayectoria de alimentación presenta una alimentación de aire propia. El material de aportación es transportado entonces con medios pneumáticos a la tolva de hilar. Este aire adicional se ocupa también de que se pueda mezclar el material de aportación con las fibras de vidrio.

Con preferencia, la corriente de aire de la alimentación de aire es variable. De esta manera se consigue otra medida para modificar la estructura del compuesto de fibras. Se puede adaptar la corriente de aire de la alimentación de aire a la corriente de aire que es generada por el tambor de estiramiento. De esta manera son posibles también diferentes ajustes de la máquina, por ejemplo las velocidades de producción.

De manera ventajosa, la instalación de alimentación presenta una unidad de resolución. Entonces se puede transportar el material de aportación en una forma mejor manejable, por ejemplo en una forma de cinta de fibras o de un velo, hasta la unidad de resolución. Allí son "individualizadas" las fibras del material de aportación. Solamente las fibras individuales o grupos de pocas fibras son introducidos entonces en la tolva de hilar a través de la segunda trayectoria de alimentación.

Con preferencia, la unidad de resolución está impulsada con una corriente de aire dirigida en la segunda trayectoria de alimentación. Esta corriente de aire tiene entonces tres cometidos. Recibe el material de aportación desde la unidad de resolución, por lo tanto lo limpia de forma permanente de manera que se mantienen constantemente bueno el resultado de la resolución, a continuación transporta las fibras del material de aportación hacia la tolva de hilar y se ocupa allí de una homogeneización todavía mejorada.

De manera más ventajosa, la primera trayectoria de alimentación está dispuesta más cerca de la pared exterior de la tolva de hilar que la segunda trayectoria de alimentación. Esto facilita la constitución. La tolva de hilar o una chapa de guía rascadora pueden permanecer como anteriormente relativamente cerca de la superficie de estiramiento, de manera que el aire que se adhiere allí se puede utilizar para el arremolinado de las fibras.

En el dispositivo según la invención, como ya se ha mencionado anteriormente, el material de aportación es conducido al espacio de forma separada de las fibras de vidrio a través de la pared circunferencial.

Ya en el espacio, es decir, en la tolva de hilar se realiza entonces la mezcla y el arremolinado de los dos materiales. De manera sorprendente se consigue entonces de esta manera una homogeneidad mejorada del compuesto de fibras.

Con preferencia, el material adicional es conducido al espacio a través del mismo orificio de alimentación en una corriente de material de aportación separada de la corriente de fibras de vidrio. De esta manera se mantienen las condiciones favorables para el arremolinado.

El espacio solamente tiene un lugar de interferencia en su pared circunferencial. Los dos materiales se pueden reunir más estrechamiento antes del arremolinado propiamente dicho.

A través del dispositivo descrito anteriormente para la producción de un compuesto de fibras de este tipo (hebra híbrida) se puede conseguir que las fibras de vidrio y las fibras de material de aportación estén mezcladas de una manera ampliamente homogénea sobre la sección transversal del compuesto de fibras. El compuesto de fibras tiene la ventaja de que en virtud de la homogeneidad es posible una capacidad de carga mayor. Especialmente se reduce drásticamente el peligro de que puedan resultar solicitaciones locales excesivas en nidos de fibras de vidrio, que conducen a corto o a largo plazo a un deteriores del compuesto de fibras. La hebra híbrida se caracteriza por una mezcla homogénea de los componentes de fibras. En el caso de utilización de materiales de aportación termoplásticos, estas fibras pueden servir como componente de matriz para el producto superficial (por ejemplo, Prepreg) fabricado a partir de las hebras híbridas. De manera alternativa o adicional a las fibras de la matriz, se pueden alimentar todavía otros materiales orgánicos o inorgánicos. Como ejemplos se mencionan materias primas que se reproducen. La mezcla homogénea entre fibras de vidrio y fibras de la matriz proporciona durante la transformación posterior del producto superficial (aplicación de calor y presión) una incrustación buena y uniforme de las fibras de vidrio que sirven como refuerzo en la matriz a fundir. De ello se deducen propiedades mecánicas mejoradas del producto final, especialmente resistencia a la tracción y a la flexión y resistencia al impacto en probeta entallada.

Con preferencia, las fibras de vidrio y las fibras del material de aportación están alineadas en la dirección principal del compuesto de fibras. De ello se deduce una resistencia relativamente alta. La alineación no es en este caso, naturalmente, exactamente paralela. Más bien existen una pluralidad de lazos y bucles. Sin embargo, no se produce ninguna configuración en la que un "núcleo" de un tipo de fibras esté rodeado por una "funda" de otro tipo de fibras, en la que las fibras de la funda se extiendan prácticamente sólo en la dirección circunferencial.

De manera más preferida, la relación de las fibras de vidrio con respecto a las fibras de material de aportación está en el intervalo de 10:90 a 99:1. Con otras palabras, el compuesto de fibras, que se puede designar también como "hebra híbrida", tiene una composición de 10% a 99% de fibras de vidrio y de 90% a 1% de fibras de material de aportación, con preferencia fibras orgánicas que se pueden hilar, especialmente materiales de fibras termoplásticos (matriz). Con preferencia, la relación está en el intervalo de 10:90 a 90:10. De esta manera se consigue el comportamiento mecánico deseado, por ejemplo una cierta resistencia a la flexión con una buena capacidad de resistencia contra influencias térmicas. Para otras aplicaciones se pueden utilizar también fibras orgánicas de materias primas que se reproducen, por ejemplo cáñamo, solas o en combinación con fibras de plástico.

Con preferencia, las fibras de vidrio están formadas por vidrio C y/o vidrio E. Tales fibras se pueden hilar fácilmente.

Con ventaja, las fibras de vidrio presentan un diámetro en el intervalo de 2 a 25 \mum, con preferencia de 7 a 17 \mum. Las fibras con este diámetro se pueden combinar bien de la manera descrita con fibras de material de aportación para formar un compuesto de fibras.

Con preferencia, tanto las fibras de vidrio como también las fibras del material de aportación están configuradas como fibras cortadas. Las fibras cortadas tienen en sí una longitud limitada. De una manera correspondiente, se pueden hilar bien en la tolva de hilar.

De una manera más preferida, las fibras de material de aportación presentan una longitud en el intervalo de mayor que 10 mm, con preferencia de 40 a 80 mm. Esta longitud se ha revelado como buena para hilar. Al menos son necesarios 10 mm para conseguir un compuesto de fibras bueno.

De manera más preferida, las fibras de material de aportación están configuradas como fibras de polímero. En el fondo, se pueden utilizar aquí todas las fibras orgánicas que se pueden hilar.

De manera más ventajosa, el compuesto de fibras presenta un título en el intervalo de 20 a 5000 tex, con preferencia de 200 a 2000 tex.

La invención se describe en detalle a continuación con la ayuda de un ejemplo de realización preferido en combinación con el dibujo. En éste:

La figura única muestra un dispositivo 1 para la producción de un compuesto de fibras.

En la figura 1 representa un dispositivo 1 para la producción de un compuesto de fibras en forma de hebras solamente con sus detalles esenciales. Las bandejas de colada o casquillos 2 presentan en su lado inferior toberas 3, a través de las cuales sale el vidrio fundido en forma de fibras 4 o de hilos. Estos hilos son generados al comienzo de tal forma que una gota de vidrio, que sale desde una tobera 3, cae sobre una chapa de guía 5 y en este caso tira tras de sí una fibra 4 que entra en contacto con la superficie 6 de un tambor de estiramiento 7 cuando la gota resbala adicionalmente sobre la chapa de guía 5. El tambor de estiramiento 7 gira en el sentido de la flecha 8 con una cierta velocidad, adhiriéndose una capa de aire en la superficie 6, que forma una superficie de estiramiento. La superficie arrastra las fibras 4. En general, el arrastre es apoyado por una capa de aceite fina sobre la superficie 6.

Las fibras de vidrio 4 son elevadas con una instalación de recepción 9, por ejemplo un trinquete rascador, desde el tambor de estiramiento 7 y son introducidas en una tolva de hilar 10, que presenta con este fin un orificio de alimentación 11. Una chapa de guía rascadora 12 de la tolva de hilar 10 pasa más o menos sin transición a la instalación de recepción 9. La tolva de hilar 10 tiene, aparte del orificio de alimentación 11 y de la chapa de guía rascadora 12, una forma esencialmente simétrica rotatoria. Su eje está dirigido esencialmente paralelo al eje 13 del tambor de hilar 7. De una manera correspondiente, la capa de aire, que es desprendida con la instalación de recepción 9 de la misma manera desde la superior 6 del tambor de hilar 7, el llamado viento del tambor, puede entrar en la tolva de hilar 10 y puede provocar allí un arremolinado de las fibras de vidrio 4. A este respecto, hay que indicar que las fibras están presentes dentro de la tolva de hilar 10, en general, como fibras cortadas. Por lo tanto, las fibras cortadas 4 han sido rotas en algún lugar en el camino entre el tambor de hilar 7 y la tolva de hilar 10 o en la tolva de hilar 10.

En un lado frontal de la tolva de hilar 10 (perpendicularmente al plano del dibujo) se puede extraer entonces un compuesto de fibras 14.

Además, el dispositivo presenta todavía una instalación de alimentación 15 para un material de aportación 16. El material de aportación 16 puede estar constituido por fibras de plástico, por ejemplo de poliamida, polipropileno o poliéster, que deben ser "incorporadas" en el compuesto de fibras 14. Para la explicación siguiente se supone que el material de aportación 16 es alimentado como cinta en forma de una mecha. Naturalmente, también es posible que el material de aportación 16 sea alimentado en otra forma, que se pueda resolver en fibras individuales o conglomerados de fibras más pequeños, por ejemplo como velo o como copos.

La instalación de resolución 15 presenta en primer lugar cilindros de entrada 17, con los que se alimenta el material de aportación. Además está prevista una instalación de resolución 18, 19, que individualiza las fibras del material de aportación 16. En este caso, se puede tratar, por ejemplo, de cilindros de guarnición que giran en sentido opuesto a modo de una carda o de una carda de chapones. El cilindro superior 18 de la instalación de resolución 18, 19 estira en este caso fibras individuales o grupos de fibras desde el material de aportación 16. Se lleva a cabo otra individualización con el cilindro inferior 19. El cilindro inferior 19 está impulsado a través de un soplante 20 con una corriente de aire, que tiene varios cometidos. Por una parte, la corriente de aire 21 sopla las fibras desde el cilindro interior 19. A continuación las transporta a un canal 22, cuya boca 23 está introducida en la tolva de hilar 10. En este caso, es suficiente que la boca 23 termine con el orificio de alimentación 11 o incluye termine un poco antes que el mismo, con tal que esté asegurado que las fibras del material de aportación 16 y las fibras de vidrio son introducidas de una manera separada entre sí en la tolva de hilar 10. El espacio entre el canal 22 y la pared lateral 12 forma, por lo tanto, una primera trayectoria de alimentación, sobre la que son alimentadas las fibras de vidrio 4. El canal 22 forma una segunda trayectoria de alimentación, a la que son alimentadas las fibras de material de aportación. La corriente de aire 21, que ha transportado el material de aportación a través del canal 22, intensifica entonces el ciento del tambor en la tolva de hilar 10. Allí se mezclan íntimamente de una manera correspondiente las fibras de vidrio y las fibras del material de aportación, de manera que se obtiene una estructura de fibras con una homogeneidad relativamente buena, y al mismo tiempo se arremolina, de manera que se obtiene en una etapa de trabajo una mecha híbrida o de forma abreviada "hebra híbrida", que se puede estirar como compuesto de fibras 14.

Sobre el compuesto de fibras 14 se puede aplicar todavía una preparación. También puede estar prevista una instalación de cierre (no se representa), que solidifica el compuesto de fibras 14 y se presta una estructura compacta.

El compuesto de fibras 14 se puede desviar sobre cilindros de desviación 24. A continuación se puede arrollar sobre una bobina 26.

Durante la reunión del compuesto de fibras 14 se tiene otra posibilidad de control a través del soplante 20, cuya corriente de aire se puede controlar. Cuanto más fuerte es la corriente de aire, más fuerte es también el torbellino de aire en la tolva de hilar 10. Si se controla de una manera sincronizada la alimentación del material de aportación 16, es decir, si se añade con más o menos aire también de una manera correspondiente más o menos material de aportación, entonces se puede influir también sobre el porcentaje del material de aportación en el compuesto de fibras 14.

En lugar del material de aportación 16 representado se pueden utilizar naturalmente también todavía otros materiales de aportación, con tal que estén presentes en forma de fibras cortadas, es decir, fibras con longitud limitada. En este caso, se puede realizar la mezcla de los varios materiales de aportación ya en el canal 22. Pero también es posible introducir cada material de aportación individual se manera separada en la tolva de hilar 10.

El compuesto de fibras, que se puede designar también como "hebra híbrida" se puede describir ahora en el sentido de que se obtiene una mezcla homogénea de vidrio, fibras cortadas y fibras cortadas de polímero. Las diferentes fibras están distribuidas de una manera uniforme, es decir, homogénea sobre la sección transversal del compuesto de fibras. El título de un compuesto de fibras de este tipo está con preferencia en el intervalo de 20 a 5000 tex, con preferencia de 200 a 2000 tex. La relación entre fibras de vidrio y fibras de materiales de aportación está en la relación de 10:90 a 99:1, con preferencia de 1:9 a 9:1, es decir, que existen aproximadamente de 10% a 90% de fibras de vidrio y de 90% a 10% de fibras de material de aportación, con preferencia fibras orgánicas que se pueden hilar. El vidrio puede estar configurado como vidrio C o como vidrio E. También son concebibles mezclas de ambos tipos de vidrio. El diámetro de las fibras de vidrio está con preferencia en el intervalo de 2 a 25 \mum, con preferencia de 7 a 17 \mum. Como fibras de materiales de aportación se pueden utilizar, en principio, todas las fibras orgánicas que se pueden hilar con títulos discrecionales. La longitud está con preferencia en el intervalo de 40 a 80 mm.

Claims (8)

1. Dispositivo para la producción de un compuesto de fibras en forma de hebras a partir de fibras de vidrio y de al menos un material de aportación con una superficie giratoria de estiramiento, una instalación elevadora, una tolva de hilar, que presenta en su pared circunferencial un orificio de alimentación alargado con una primera trayectoria de alimentación para fibras de vidrio y en un lado frontal un orificio de extracción, y que rodea un espacio simétrico rotatorio, cerrado al menos en la dirección circunferencial salvo el orificio de alimentación, con una instalación de extracción y con una instalación de alimentación para el material de aportación, caracterizado porque la instalación de alimentación (15) presenta una segunda trayectoria de alimentación (22), que se extiende separada de la primera trayectoria de alimentación a través de la pared circunferencial de la tolva de hilar (10).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios (22-25) están dispuestos en la región del accionamiento (3, 3').

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque los medios (22-25) y el accionamiento (3, 3') forman una unidad de construcción.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el accionamiento (3, 3') está configurado como accionamiento lineal.

5. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque el accionamiento (3, 3') está configurado como dispositivo de cilindro y pistón (4).

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el accionamiento está configurado como accionamiento de rotación.

7. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los medios (22-25) están conectados con un control (29), que está conectado con un registrador del recorrido (32), que determina una modificación de la posición provocada a través del accionamiento.

8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque el control (29) está conectado con una memoria de datos (31), que contiene datos del movimiento y/o datos de la posición de las herramientas activas (2).