ES2228846T3

ES2228846T3 - Produccion de matrices de fibras cortadas.

Info

Publication number: ES2228846T3
Application number: ES01925602T
Authority: ES
Inventors: Kay Rokman; Juhani Jansson; Harri Kostamo; Juha Bohm
Original assignee: Ahlstrom Glassfibre Oy
Current assignee: Ahlstrom Glassfibre Oy
Priority date: 2000-04-05
Filing date: 2001-04-05
Publication date: 2005-04-16
Anticipated expiration: 2021-04-05
Also published as: CA2404820A1; AU2001252302A1; US20020092634A1; EP1272701A2; WO2001075204A3; CA2404820C; JP4651897B2; MXPA02009445A; US6767851B1; ATE282728T1; DE60107223D1; KR100768827B1; PT1272701E; JP2003529684A; RU2002129352A; WO2001075204A2; DE60107223T2; KR20020087956A; EP1272701B1

Abstract

Procedimiento para obtener una matriz de cordones troceados no tejida, comprendiendo: (a) obtener un lodo de fibras en una espuma en el que por lo menos un 20% de las fibras en el lodo de espuma estén en haces de fibras, en el que las fibras están sujetas en los haces por un apresto prácticamente insoluble en agua; (b) formar una banda continua no tejida a partir del lodo de espuma sobre un elemento foraminoso y (c) retirar espuma desde el lodo de espuma sobre el elemento foraminoso para poder formar una matriz no tejida.

Description

Producción de matrices de fibras cortadas.

En la fabricación de una amplia variedad de productos, en particular productos moldeados, se utilizan matrices de fibras troceadas (p.e., fibras de vidrio) en la operación de moldeo y suelen estar saturadas con resina. Estas matrices se han obtenido convencionalmente mediante técnicas de depósito de aire, a un ritmo de producción que suele estar comprendido entre 20 y 30 m/min. y deben ser relativamente gruesas/densas, puesto que, de no ser así, tienen demasiados agujeros y discontinuidades para ser completamente efectivas en el moldeo en otras operaciones de procesamiento posteriores. Estas matrices suelen fabricarse de haces de fibras que tienen cinco o más fibras por haz, normalmente en torno a 10-450 fibras/haz.

El tejido de vidrio obtenido por el método de deposición húmeda o por el método de espuma comprende fibras individuales o haces de fibras con muy pocas (normalmente menos de cinco) fibras en un haz. A veces, algunos haces de fibras no se han dispersado completamente en el lodo. Estos haces de fibras deficientemente dispersos son haces alargados, porque las fibras individuales del haz se han deslizado entre sí. La longitud de un haz de fibras alargado es mucho mayor que la que tienen las fibras individuales. Los haces de fibras que entran en el proceso de formación de lodo comprenden fibras que tienen la misma longitud que el haz de fibras, puesto que el hilo (normalmente constituido por 10 a 450 fibras) se corta en haces que tienen una longitud predeterminada en corte. Los haces de fibras alargados tienen defectos en el tejido de la fibra, lo que origina una configuración superficial no uniforme del tejido. En un tejido de vidrio de deficiente calidad, puede ser tanto como un 5 a 10% de haces de fibras alargados.

En el documento K.L. Loewenstein: "La tecnología de fabricación de fibras de vidrio continuas", 1993 (incorporado aquí por referencia) se describen ejemplos de la técnica anterior para obtener matrices de fibra de vidrio mediante el procedimiento de depósito de aire y la obtención de tejido de fibra de vidrio por el procedimiento de depósito húmedo.

También en el documento US-A-4.284.470 se examina un producto radicular de alta resistencia mecánica que utiliza una matriz de fibra de vidrio. La matriz examinada en la patente incluye una pluralidad de fibras de filamentos individuales con enmallado uniforme, que comprende al menos un 70%, preferentemente un 80% y en una realización óptima un 90% o más, en peso, del componente fibroso de la matriz, menos de un 20% del área de la matriz está vacío, extendiéndose a través del espesor de la matriz, siendo el resto material fibroso. Las fibras tienen una longitud aproximada de ¼ a 3 pulgadas y un diámetro de 3 a 20 micrones. La matriz tiene un espesor de aproximadamente 0,1 a 3 mm, preferentemente 0,3 a 2 mm y un peso base, incluyendo un material aglutinante para sostener las fibras juntas, de aproximadamente 20 a 200 g/m^{2}. El material fibroso suele contener del 70 al 90% en peso de la matriz y el aglutinante del 10% al 30%. Puede utilizarse cualquier sustancia aglutinante adecuada, que suele ser un material resinoso.

El producto de la patente de los Estados Unidos se fabrica por el proceso de depósito húmedo, que comprende conformar primero una suspensión acuosa o dispersión de una pluralidad de haces troceados de fibras de vidrio, cada uno de los cuales contiene aproximadamente de 20 a 300 fibras por haz, mediante agitación intensa de los haces en un medio dispersante dentro de un depósito de mezcla. El proceso está previsto para separar las fibras en el haz dentro del medio dispersante acuoso. La composición dispersante se alimenta luego a través de un pantalla móvil en la que los filamentos se enmallan por sí mismos mientras se extrae el agua.

Según la presente invención, las limitaciones de las matrices de la técnica anterior, antedichas, son prácticamente superadas o reducidas al mínimo empleando una o más técnicas efectivas. Según la presente invención, preferentemente las fibras son sujetas en los haces con un apresto no hidrosoluble, tal como resina epoxídica o PVOH y/o 5-450 (p.e., aproximadamente 10-450) fibras se proporcionan en cada haz, teniendo cada fibra un diámetro aproximado de 7-500 micrones, preferentemente en torno a 7-35 micrones y por lo menos un 85% de las fibras tienen una longitud de 5-100 mm, preferentemente en torno a 7-50 mm (y todas las gamas más estrechas dentro de estas gamas amplias.

Según la invención, es posible producir matrices que tengan una densidad prácticamente uniforme pero pudiendo tener una densidad mucho más baja que la que se puede obtener utilizando las técnicas de deposición húmeda. Por ejemplo, pueden obtenerse matrices que tengan una densidad tan baja como 50 gm/pulg.^{2} o incluso menor. Las matrices se pueden obtener con mucha más rapidez que mediante las técnicas de deposición de aire y es posible una más amplia gama. Por ejemplo, las matrices que tienen múltiples capas de composiciones y/o propiedades físicas diferentes pueden obtenerse con más facilidad. Estos resultados ventajosos se obtienen utilizando un proceso de deposición de espuma, de modo que las velocidades de producción sean bastante superiores a 60 m/min. (normalmente más de 80 m/min., p.e., aproximadamente 120 m/min.) se consigue con facilidad, junto con matrices muy uniformes de una amplia gama de construcciones. La utilización del procedimiento de espuma es preferible por muchos motivos, incluyendo el rendimiento del proceso. Utilizando el procedimiento de espuma, el lodo puede tener de 0,5 a 5% (o cualquier gama más pequeña dentro de dicho margen) de fibras en peso, mientras que en el procedimiento de deposición húmeda el contenido máximo en fibras es aproximadamente de 0,05% en peso. Si se utiliza un mayor porcentaje de fibras en el procedimiento de deposición húmeda, entonces la viscosidad del líquido debe aumentarse (introduciendo aditivos) y ello causa varios problemas, incluyendo la formación de burbujas de aire. Esto exigiría también nuevos aditivos, lo que hace el procedimiento de deposición húmeda mucho más difícil y caro en comparación con el procedimiento de espuma.

Según la invención, es posible obtener una matriz no tejida de cordones troceados, que comprende: una pluralidad de fibras dispuestas en una configuración no tejida para definir una matriz. Al menos un 20% de las fibras en los haces que tienen entre 5 y 450 fibras por haz y la longitud de los haces son prácticamente las mismas que las longitudes de las fibras que forman los haces y de tal modo que al menos un 85% de las fibras de los haces de fibras tengan un diámetro comprendido entre 7 y 500 micrones.

Preferentemente por lo menos un 85%, hasta prácticamente un 100%, de las fibras en los haces tienen una longitud comprendida entre 5 y 100 mm, preferentemente entre 7 y 50 mm y más preferentemente entre 20 y 30 mm y por lo menos un 50%, preferentemente un 85% de prácticamente 100%, de las fibras en los haces tienen un diámetro comprendido entre 7 y 35 micrones. En condiciones normales, las fibras en el haz de fibras se mantienen juntas con un apresto prácticamente insoluble en el agua, tal como resina epoxídica o PVOH. Preferentemente, prácticamente todas las fibras en un haz son esencialmente rectas.

La invención es de utilidad, sobre todo, cuando por lo menos un 10% (preferentemente por lo menos un 50% hasta prácticamente 100%) de las fibras en los haces de fibras comprenden fibras de refuerzo seleccionadas entre un grupo constituido esencialmente por vidrio, aramida, carbono, polipropileno, materia acrílica y fibras de PET (tereftalato de polietileno) y sus combinaciones. La invención es especialmente adecuada para uso con fibras de vidrio.

Practicando la invención es posible obtener matrices con un margen de densidad muy amplio, p.e., entre 50 y 900 g/m^{2}, pero no obstante con una densidad esencialmente uniforme. Por ejemplo, la matriz puede tener una densidad prácticamente uniforme de menos de 75 g/m^{2} (incluso inferior a 50 g/m^{2} dependiendo de las fibras utilizadas). Cuando la matriz tiene una densidad comprendida entre 50 y 150 g/m^{2}, un 90% de las fibras en los haces de fibras tienen entre 10 y 200 fibras por haz. En condiciones normales, por lo menos un 85% de las fibras, en los haces de fibras, tienen entre 10 y 450 fibras por haz y una longitud prácticamente la misma que la longitud del haz de fi-
bras.

Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento de obtener una matriz de cordones troceados no tejidos que comprende: (a) obtener un lodo de fibras en una espuma en el que por lo menos un 20% de las fibras en el lodo están en haces de fibras, en los que la fibra se sujeta en los haces mediante un apresto prácticamente insoluble en agua; (b) obtención de una cinta continua no tejida a partir del lodo sobre un elemento foraminoso y (c) retirada por lo menos de espuma desde el lodo sobre el elemento foraminoso de modo que forme una matriz no tejida. Preferentemente, el lodo en (a) tiene entre 0,5 y 5% de fibras en peso. La práctica del proceso de espuma puede ser tal como se indica en la patente de los Estados Unidos 5.904.809, emitida el 18 de mayo de 1999 (cuya revelación se incorpora a la presente por referencia). La invención se refiere también a productos obtenidos a partir de este procedimiento.

Puesto que la invención utiliza un procedimiento de espuma en oposición al proceso de depósito de aire, las velocidades de producción son mucho más grandes. Es decir, (b) y (c) pueden ser practicadas a una velocidad de por lo menos 60 m/min., normalmente por lo menos 80 m/min. y pueden conseguirse fácilmente velocidades de 120 m/min. El elemento foraminoso puede tener cualquier construcción convencional adecuada, tal como un alambre convencional o alambres duales o múltiples, etc. Por ejemplo, (a) - (c) pueden practicarse incluso utilizando una cinta continua de tejido en movimiento, que forma parte de la matriz obtenida como el elemento foraminoso (o uno de una pluralidad de dichos elementos). Asimismo, utilizando la invención (en particular, tal como utilizando una caja de cabeza segmentada, tal como la ilustrada en la solicitud copendiente número de serie 09/255.755 presentada el 23 de febrero de 1999 (Expediente 30-496), cuyo contenido se incorpora aquí por referencia por la patente de los Estados Unidos 4.445.974.

Este procedimiento suele consistir en: (a) obtener un lodo de fibras en una espuma en el que por lo menos un 20% de las fibras en el lodo están en haces de fibras, en los que las fibras están sujetas en los haces mediante un apresto prácticamente insoluble en agua; (b) formación de una banda continua no tejida a partir del lodo sobre un elemento foraminoso y (c) retirar por lo menos espuma desde el lodo sobre el elemento foraminoso de modo que forme una matriz no tejida. Por ejemplo, (a) se practica utilizando por lo menos un 10% (por ejemplo, por lo menos un 50% y por lo menos un 85% hasta prácticamente 100%) de fibras de refuerzo en los haces de fibras, estando las fibras de refuerzo seleccionadas a partir del grupo constituidas esencialmente por fibras de vidrio, acrílicas, de aramidas, carbono, polipropileno y PET y sus combinaciones. Además, las operaciones (a)-(c) se pueden practicar en tanto que proporcionen una matriz que tenga una densidad prácticamente uniforme comprendida entre 50 y 150 g/m^{2}.

Además, el procedimiento puede comprender la obtención de una segunda matriz a partir de por lo menos un segundo lodo que tenga una composición de fibras diferente o densidad distinta del lodo obtenido en (a) y depositando por lo menos un segundo lodo de una manera prácticamente sin mezclar en el lodo obtenido a partir de (a) para obtener una matriz compuesta que tenga por lo menos dos capas, sustancialmente distantes, con diferentes composiciones de fibras o densidades. Como alternativa o en adición, el procedimiento puede comprender también (d) proporcionar por lo menos una capa superficial en la matriz y fijar por lo menos una capa superficial a la matriz con un elemento aglutinante. Además, el procedimiento suele comprender el curado del aglutinante desde (d) y secar la banda continua en una estufa de secado. Por ejemplo, (a) se practica también utilizando el poder aglutinante termoactivado o fibras en el lodo.

Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento para obtener una matriz de cordón troceado no tejido que comprende: (a) obtener un lodo de fibras en una espuma en el que por lo menos un 20% de las fibras en el lodo están en haces de fibras que tienen entre 10 y 450 fibras/haz y una longitud prácticamente la misma que la longitud de dicho haz de fibras, cuya longitud está comprendida entre 5 y 100 mm para por lo menos un 85% de las fibras en haces y un diámetro de las fibras en haces comprendido entre 7 y 500 micrones; (b) obtención de una banda no tejida a partir del lodo sobre un elemento foraminoso y (c) retirar por lo menos espuma desde el lodo sobre el elemento foraminoso de modo que forme una matriz no tejida. Los detalles de este aspecto de la invención son preferentemente casi los anteriormente descritos.

Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un producto compuesto que comprende capas exteriores hechas de matrices curadas e impregnadas con resina según se describió anteriormente y una capa interior de por lo menos una de fibras de bajo coste, fibras de restos y material de densidad bastante inferior a la de dichas capas exteriores. Una banda continua, con base de fibra, puede fabricarse a partir del procedimiento de espuma que comprende por lo menos dos capas (o partes de capas) con diferentes propiedades físicas o quími-
cas.

La invención se refiere también a una banda compuesta fibrosa no tejida fabricada utilizando un procedimiento basado en espuma que utiliza una "caja de cabeza multicapa" y/o "caja de cabeza dividida", que tiene por lo menos dos capas con propiedades esencialmente diferentes, incluyendo por lo menos una de densidad distinta, material distinto, hilos de refuerzo diferentes y bandas continuas de refuerzo también diferentes. La banda continua compuesta puede comprender bandas o hilos de fibras prácticamente continuas y con propiedades direccionales, por ejemplo, bandas e hilos de refuerzo con propiedades de resistencia mecánica direccional que se alimentan a la banda a través de la caja de cabeza. Por lo menos una parte de la banda compuesta puede comprender un aglutinante activado por calor en una forma de polvo o en una forma fibrosa. Por lo menos un 20% (p.e., por lo menos un 40%) de las fibras alimentadas a una caja de cabeza pueden unirse entre sí para formar haces de fibras utilizando algunos agentes de apresto hidrofóbicos apropiados, tales como resina epoxídica o PVOH. Preferentemente, la longitud de las fibras en un haz de fibras es prácticamente la misma que la longitud del haz de fibras y el número de fibras en un haz variable y preferentemente está comprendido entre 10 y 450 fibras y la longitud de las fibras en un haz de fibras es de aproximadamente 5-100 mm y preferentemente, 7-50 mm. Por lo menos en un lado de la banda compuesta no tejida, puede presentarse por lo menos una capa superficial de tejido que se puede unir a la banda compuesta no tejida mediante aglutinantes sobre la superficie del tejido o sobre la banda continua en una estufa de secado (o aparato similar) situado después del aparato de formación de la banda continua (cajas de cabeza).

Según la presente invención, aquí se proporcionan concretamente todas las gamas más estrechas dentro de las amplias gamas indicadas con anterioridad. Por ejemplo, el diámetro de las fibras en los haces de entre 7 y 500 micrones comprende 9-450 micrones, 10-30 micrones, 9-300 micrones y todos los demás márgenes más estrechos dentro del margen amplio especificado.

Es un objeto primario de la presente invención una matriz muy ventajosa, productos obtenidos a partir de la matriz y un procedimiento de producción de la matriz, que resuelve varios problemas en la matriz de fibras de vidrio troceadas y artículos de tejido de vidrio de la técnica anterior. Éste y otros objetos de la invención se harán más claros a partir de una descripción detallada de la invención y a partir de las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista en perspectiva ampliada esquemática de un haz de fibras ejemplar utilizado según la presente invención;

la Figura 2 es una vista parcial esquemática y una vista extrema parcial de una fibra ejemplo utilizada según la presente invención y recubierta con apresto;

la Figura 3 es un diagrama de bloques de un procedimiento que sirve de ejemplo según la invención;

la Figura 4 es una vista esquemática lateral de una matriz ejemplo según la invención y que ilustra varias modificaciones en línea de trazos y

la Figura 5 es una vista en sección transversal lateral esquemática de un producto compuesto ejemplo según la invención.

Descripción detallada de los dibujos

La Figura 1 ilustra, de forma esquemática, con la referencia numérica 10, un haz de fibras según la presente invención. El haz de fibras 10 está constituido por una pluralidad de fibras individuales 11, normalmente comprendidas entre 5 y 450 fibras, más preferentemente entre 10 y 450 fibras y cualquier otro margen más estrecho dentro del margen amplio (tal como se indica en la Tabla I siguiente). Las fibras 11 en el haz 10 están preferentemente sujetas juntas con un apresto prácticamente insoluble en agua (ilustrado de forma esquemática en 12 en la Figura 1); tal como resina epoxídica o PVOH, aunque se puede utilizar una amplia gama de otros aprestos convenciona-
les.

A diferencia de los pequeños números de fibras sujetos en haces de tejidos de vidrio, para los haces de fibra 10 según la presente invención la longitud 13 del haz de fibras 10 es prácticamente la misma que la longitud de las fibras individuales 11 que forman el haz 10. La longitud 13 de las fibras individuales (también véase la fibra 11 en la Figura 2 con un recubrimiento de apresto 12), que de nuevo es prácticamente la misma que la longitud del haz de fibras, suele estar comprendida entre 5 y 100 mm, preferentemente entre 7 y 50 mm y más preferentemente entre 20 y 30 mm. En condiciones normales, por lo menos un 85% de las fibras en los haces tienen una longitud comprendida entre 5 y 100 mm, preferentemente entre 7 y 50 mm y más preferentemente entre 20 y 30 mm. Además, preferentemente las fibras 11 tienen un diámetro 14 (véase Figura 2), que está comprendido entre 7 y 500 micrones y preferentemente entre 7 y 35 micrones.

Ha de tenerse en cuenta que prácticamente la totalidad de las fibras 11 en el haz 10 son casi rectas, sea cual fuere el material del que están hechas (p.e., vidrio, aramida, carbono, etc.). El apresto 12 proporciona a cada fibra 11 un recubrimiento protector y hace que las fibras (normalmente entre 5 y 450 en número, p.e., aproximadamente 100) 11 se adhieran juntas en el haz 10.

La Figura 3 ilustra, de forma esquemática, una práctica ejemplar de un procedimiento según la presente invención. El bloque 16 ilustra, de forma esquemática, la formación de un lodo de fibras 11 en una espuma en la que por lo menos un 20% (preferentemente por lo menos un 50% y más preferentemente por lo menos un 85% hasta prácticamente 100%) de las fibras en el lodo están en haces de fibras 10 en los que las fibras están sujetas en los haces por un apresto insoluble en el agua 12. Un aglutinante puede, bajo algunas circunstancias (aunque no sea necesario bajo otras) añadirse al lodo en 16 o en algún procedimiento subsiguiente durante su tratamiento, cuyo aglutinante es posteriormente curado para aumentar la integridad de la matriz obtenida. El bloque 17 ilustra, de forma esquemática, la formación de una banda continua no tejida a partir del lodo sobre un elemento foraminoso convencional, que puede ser un alambre único, alambre doble, un tejido que forma parte de la matriz obtenida o cualquier otro elemento foraminoso convencional adecuado. El procedimiento practicado según se ilustra por el bloque 17 puede ser el proceso de espuma, tal como se ilustra en la patente de los Estados Unidos 5.904.809.

Además, el procedimiento realiza la retirada de espuma desde la banda continua sobre el elemento foraminoso, según se ilustra de forma esquemática en 18 en la Figura 3, utilizando normalmente cilindros o cajas de vacío o componentes similares. La retirada de espuma, y preferentemente las operaciones posteriores de secado y/o curado en un horno, según se ilustra de forma esquemática en 19, dan lugar a la producción de matrices 20 (véanse las matrices 26 ilustradas, de forma esquemática, en las Figuras 4 y 5). La matriz, referencia numérica 20, puede procesarse según se indica en 21, que suele incluir la utilización de la matriz como una estructura de refuerzo en un proceso de moldeado en el que la matriz es impregnada con resina para obtener un artículo funcional incluyendo, sin limitación, placas de deportes acuáticos, carcasas de componentes eléctricos, contenedores industriales, automóvil, barcos u otros componentes de vehículos, etc.

Según se ilustra, de forma esquemática, en 22 en la Figura 3, otros lodos que tienen diferente composición de fibras o propiedades físicas (tales como la densidad) pueden formarse también y, según se ilustra de forma esquemática en 23 en la Figura 3, pueden obtenerse múltiples capas sobre el elemento foraminoso, tal como se ilustra en la solicitud copendiente número de serie 09/255.755. El bloque 24 ilustra, de forma esquemática, una alternativa opcional o una localización adicional para la adición de aglutinante, según se describió con anterioridad. Donde se añada el aglutinante (si se utiliza), puede añadirse en forma de líquido, polvo o fibra.

En la práctica de la invención, es especialmente deseable que por lo menos un 10% (preferentemente por lo menos un 50% y con frecuencia, por lo menos un 85% hasta prácticamente un 100%) de las fibras 11 en los haces de fibra 10 comprenden fibras de refuerzo seleccionadas a partir del grupo constituido esencialmente por fibras de vidrio, aramida, carbono, polipropileno, acrílicas y PET y sus combinaciones; por ejemplo, un 50% de las fibras en los haces de fibras comprende fibras de vidrio en la fabricación de numerosos artículos comunes. La densidad de la matriz 26 (véanse Figuras 4 y 5) obtenida puede variar ampliamente entre 50 y 900 g/m^{2}. Por ejemplo, en la Tabla I siguiente se indican densidades de matriz ejemplares que pueden obtenerse según la presente invención e ilustra el número mínimo y máximo de fibras 11 en los haces 10 que forman por lo menos un 85% de la matriz así obtenida. Los porcentajes de división, dados en la Tabla I, indican los porcentajes mínimo y máximo de haces de fibra 10 con los números de fibras en los haces indicados para la matriz de densidad correspondiente en la Tabla I.

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Los valores indicados en la Tabla I son aproximados.

Los términos "división" y "% división", utilizados en la Tabla I, se describen mejor con respecto al método de producción normal de haces de fibras de vidrio. El diámetro de las fibras utilizados está comprendido entre 7 y 35 \mum, p.e., alrededor de 11 \mum.

El número de toberas utilizadas para producir fibras (p.e., fibras de vidrio) puede variar de 1600 a 4000, normalmente dividido en por lo menos dos casquillos. si hay 1600 toberas divididas en dos casquillos, 800 + 800 fibras se estiran hacia abajo desde las toberas. En primer lugar, se tratan por aplicadores con una pulverización de agente aprestador; según la invención, el agente aprestador es prácticamente insoluble en agua.

El término "división 8" significa entonces que las 800 primeras fibras y las segundas 800 fibras son agrupadas por un peine o zapata de agrupación, de modo que formen 8 + 8 haces, cada uno conteniendo 100 fibras. Cada uno de los 8 haces es tejido luego para obtener una torta de fibras aglutinadas. Las fibras en los haces no están retorcidas, sino que solamente forman un haz paralelo recto de fibras continuas.

Las tortas de fibras aglutinadas se estiran hacia las cuchillas, p.e., los haces que tienen cada uno 100 fibras se cortan a una determinada longitud, por ejemplo, 20-30 mm y luego se alimentan a una correa de eslabones de cadena sin fin. Según la invención, las fibras de 20-30 mm de longitud son alimentadas desde las cuchillas a un proceso de espuma, de modo que se obtenga un lodo de fibras en una espuma.

Sustancialmente, la totalidad de las fibras que se utilizan según la invención son tratadas por un agente aprestador insoluble en agua, de modo que cuando sean agrupadas juntas por una zapata agrupadora permanezcan juntas en un haz. El agente aprestador se utiliza antes de que las fibras se agrupen juntas para proporcionar un apresto prácticamente sobre toda la superficie de la fibra y para "encolar" las fibras juntas cuando estén divididas o agrupadas juntas para formar haces.

El término "división", tal como se utiliza en la Tabla I, se describirá con respecto a un ejemplo concreto: para una matriz de 50 g/m^{2} en peso y 1600 toberas, si se utiliza la división máxima, 20, ello significa que 800 + 800 fibras se dividen en 20 + 20 haces de fibras, conteniendo cada haz 40 fibras. Si se utiliza la división mínima, 5, se obtendrán 5 + 5 haces y 160 fibras por haz. Existe un número mínimo de haces que se necesitan para obtener una superficie uniforme en una matriz de 50 g/m^{2}. Si hay demasiados pocos haces, la superficie de la matriz es muy rugosa y hay solamente unos pocos trozos gruesos y la matriz es muy gruesa. Cuanto más haces haya y por consiguiente pocas fibras por haz, tanto mejor y más uniforme es la superficie de la matriz obtenida. Según la invención, la formación de la matriz obtenida por un proceso de espuma es superior en comparación con una matriz de fibras similares que tenga el mismo gramaje g/m^{2} y la misma división y obtenida por el proceso de depósito de aire convencional. Esto significa que utilizando el proceso de espuma los haces están muy distribuidos sobre la superficie de la matriz en comparación con la distribución obtenida por el proceso de depósito de aire.

El término "% división", tal como se utiliza en la Tabla I, describe cómo estas fibras se adhieren juntas en los haces de 20-30 mm de longitud que cada uno contiene, por ejemplo, 100 fibras. Esto es muy importante al ilustrar la diferencia entre una matriz de cordones troceados (sea cual sea el procedimiento por el que se obtiene: un proceso de depósito de aire o los procesos de espuma o líquidos) y una matriz de tejido, en particular una matriz de tejido de calidad deficiente.

En una matriz de tejido, las fibras son, o deberían ser, fibras individuales. A veces, sin embargo, tienden a formar haces. Cuando se tiene una matriz de tejido de calidad deficiente puede existir hasta un 10% de las fibras en haces. A veces, una matriz de tejido de "mala calidad" se obtiene intencionadamente para fabricar productos específicos, por ejemplo, material base para recubrimiento de tejados. En este caso de "mala calidad", algunas fibras individuales han formado haces, pero estos haces son solamente un conjunto de fibras individuales dispuestas de una manera aleatoria. La longitud de esta clase de haz es bastante mayor que las longitudes de las fibras individuales.

Existe una diferencia entre una matriz de cordones troceados, obtenida por el procedimiento de espuma y una matriz de tejido producida por el procedimiento de espuma. En una matriz de cordones troceados, todas las fibras deben estar en haces y debido a la técnica utilizada (formación de los haces y el uso de cuchillas), la longitud de los haces en una matriz de cordones troceados es prácticamente la misma que la longitud de las fibras que forman el haz. Además, por lo menos un 20% de las fibras que entran en una caja de cabeza están en haces y en la práctica, aproximadamente un 60-98%, p.e., aproximadamente un 80%. La situación ideal del 100% no se da en la realidad; dos haces pueden a veces adherirse juntos y también un solo haz puede dividirse en fibras individuales mediante colisiones mecánicas antes de que entre el alambre o durante el tiempo en que se expone a la espuma con base de agua, debido a un apresto deficiente en algunas fibras en un haz de fibras.

El término "% división" describe lo que sucede al obtener los haces de cordones troceados. Asimismo, describe cuántas fibras que entran en la matriz de cordones troceados están en haces individuales. Según la invención, los haces de cordones troceados se recogen después de que se utilicen las cuchillas en el proceso basado en espuma. Las columnas "mín." y "máx." bajo el epígrafe "% división" en la Tabla I indican que entre un 60 y un 98% (80% de promedio) de las fibras en una matriz de cordones troceados (después del uso de las cuchillas) están en haces individuales, no sueltas como fibras individuales ni unidas como dos "trozos" de haces.

Puesto que el proceso de espuma se utiliza en la práctica de la invención, la velocidad de formación de las matrices 26 puede aumentarse, en gran medida, en comparación con el proceso de depósito de aire, que se emplea para matrices de cordones troceados convencionales y con poco o ningún aire atrapado. Según la presente invención, los procedimientos indicados en los bloques 17 a 19 inclusive de la Figura 3 pueden practicarse a una velocidad mínima de 60 metros por minuto, normalmente por lo menos 80 metros por minuto y velocidades de por lo menos 120 metros por minuto son fácilmente alcanzables.

Además, practicando la invención es posible obtener matrices 26 que tengan una densidad prácticamente uniforme inferior a 75 g/m^{2}, lo que no es práctico al utilizar técnicas convencionales. En las técnicas convencionales donde la matriz tiene una densidad aproximada de 100 g/m^{2}, o menos, la construcción de la matriz no es uniforme, existiendo agujeros o discontinuidades que afectan desfavorablemente a la longitud del producto (p.e., un contenedor industrial moldeado o una pieza de vehículo) que se obtiene a partir de ellas. Sin embargo, según la presente invención, matrices 26 con una densidad prácticamente uniforme pueden obtenerse fácilmente con una densidad aproximada de 50-150 g/m^{2} y posiblemente densidades todavía más pequeñas, normalmente por lo menos un 60% (p.e., un 60-95%) del haz de fibras 10 teniendo entre 10 y 200 fibras 11 por haz, siendo el diámetro de cada fibra 11 de una longitud comprendida entre 7 y 35 micrones.

La Figura 4 ilustra una construcción de matriz compuesta 25 que puede obtenerse según la invención, en la que la matriz obtenida a partir de los lodos ilustrados en el bloque 16 se forma sobre un tejido 27 como el elemento foraminoso, llegando a ser el tejido 27 parte integrante del producto final 25. la Figura 4 ilustra también, de forma esquemática, en línea de trazos, una segunda matriz 28 formada a partir de otro lodo 22, que tiene propiedades físicas y/o fibras diferentes de las que tiene la matriz 26 (normalmente diferentes en por lo menos un 5% y preferentemente, diferentes en por lo menos un 10% en propiedades físicas y mezcla/composición de fibras).

Utilizando la presente invención, es posible obtener productos compuestos que tengan una alta resistencia mecánica pero mucho menos caros que en construcciones convencionales. La Figura 5 ilustra, de forma esquemática, uno de dichos productos compuestos 29 que tiene matrices 26 según la presente invención (que pueden ser prácticamente las mismas o diferentes composiciones de fibras y propiedades físicas) que se procesan en un proceso adicional 21 ilustrado, de forma esquemática, en la Figura 3 para formar una estructura tipo "sandwich" con una capa interior 30 de por lo menos una de fibras de restos o de bajo coste y material de notablemente más baja densidad (p.e., por lo menos un 5% y preferentemente por lo menos un 20%) que las capas de matrices exteriores 26. Por ejemplo, la capa 30 puede ser de fibra de plástico y fibra de vidrio de desechos o espuma (con una densidad 20% menor que la de las matrices 26) o fibras de desechos en una espuma, etc.

En la práctica de la invención, se prefiere el proceso de espuma, con aproximadamente 0,5-5% en peso de fibras 11 (en la forma de haz 10) en el lodo 16 (véase Figura 3), sin la necesidad de cualquier aditivo de mejora de la viscosidad o de reducción de la formación de burbujas.

Por consiguiente, se constatará que, según la presente invención, se obtienen compuestos de productos y procedimientos muy ventajosos. La invención tiene numerosas ventajas sobre la técnica anterior relacionada y no obstante, puede practicarse de una manera sencilla y rentable. Aunque se ha ilustrado y descrito la realización más práctica y preferida de la invención, ha de entenderse que pueden realizarse muchas modificaciones dentro del ámbito de la invención, cuya amplitud estará en consonancia con la más amplia interpretación de las reivindicaciones adjuntas, de modo que se puedan abarcar todos los procedimientos, matrices y compuestos equivalentes.

Claims

1. Procedimiento para obtener una matriz de cordones troceados no tejida, comprendiendo:

(a) obtener un lodo de fibras en una espuma en el que por lo menos un 20% de las fibras en el lodo de espuma estén en haces de fibras, en el que las fibras están sujetas en los haces por un apresto prácticamente insoluble en agua;

(b) formar una banda continua no tejida a partir del lodo de espuma sobre un elemento foraminoso y

(c) retirar espuma desde el lodo de espuma sobre el elemento foraminoso para poder formar una matriz no tejida.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa (b) se practica a una velocidad mínima de 60 m/min.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa (a) se practica para obtener un lodo de espuma en el que por lo menos un 50% de las fibras están en haces de fibras de entre 5-450 fibras con la longitud de los haces prácticamente la misma que la longitud de las fibras que constituyen los haces y por lo menos un 85% de las fibras en los haces tiene por lo menos un diámetro comprendido entre 7 y 500 micrones.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que la etapa (a) se practica utilizando por lo menos un 10% de fibras de refuerzo en los haces de fibras, siendo las fibras de refuerzo seleccionadas a partir del grupo constituido esencialmente por fibras de vidrio, material acrílico, aramida, carbono, polipropileno y PET y sus combinaciones.

5. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que las etapas (a)-(c) se practican de tal modo que se obtenga una matriz que tenga una densidad prácticamente uniforme entre 50 y 150 g/m^{2} aproximadamente.

6. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que las etapas (b) y (c) se practican a una velocidad de por lo menos 80 m/min.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende, además, obtener una segunda matriz a partir de por lo menos un segundo lodo de espuma que tiene una densidad o composición de fibra diferente que el lodo de espuma obtenido a partir de la etapa (a) y depositando por lo menos un segundo lodo de espuma de una manera prácticamente sin mezclar sobre el lodo de espuma obtenido en la etapa (a) para obtener una matriz compuesta que tiene por lo menos dos capas esencialmente distintas con un mínimo de diferentes densidades o composiciones de fibras.

8. Procedimiento según la reivindicación 1, comprendiendo, además, una etapa (d) que proporciona por lo menos una capa superficial sobre la matriz y fijando por lo menos una capa superficial a la matriz con un aglutinante.

9. Procedimiento según la reivindicación 8 que comprende, además, el curado del aglutinante de la etapa (d) y el secado de la banda continua en una estufa de secado.

10. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que las etapas (a)-(c) se practican utilizando una banda continua móvil de tejido, que forma parte integrante de la matriz obtenida, con un elemento foraminoso.

11. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa (a) se practica utilizando polvo aglutinante termoactivado o fibras en el lodo de espuma.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, en el que la etapa (a) se practica para obtener un lodo de espuma que tenga entre un 0,5 y un 5% en peso de fibras.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que la etapa (a) se practica para obtener un lodo de espuma en el que por lo menos un 50% de las fibras están en haces de fibras de entre 5 y 450 fibras con la longitud de los haces prácticamente la misma que la longitud de las fibras que constituyen los haces y por lo menos un 85% de las fibras en los haces tiene un diámetro comprendido entre 7 y 500 micrones y en el que la etapa (a) se practica utilizando por lo menos un 10% de fibras de refuerzo en los haces de fibra, siendo las fibras de refuerzo seleccionadas a partir del grupo constituido esencialmente por fibras de vidrio, material acrílico, aramida, carbono, polipropileno y PET y sus combinaciones.

14. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa (a) se practica para obtener un lodo de espuma que tiene entre 10 y 450 fibras/haz y una longitud prácticamente la misma que la longitud de dicho haz de fibras, cuya longitud está comprendida entre 5 y 100 mm para por lo menos un 85% de las fibras en haces y un diámetro de las fibras en los haces comprendido entre 7 y 500 micrones.

15. Procedimiento según la reivindicación 14, en el que por lo menos un 10% de las fibras, en los haces de fibras, comprenden fibras de refuerzo seleccionadas a partir del grupo constituido esencialmente por fibras de vidrio, aramida, carbono, polipropileno, material acrílico y PET y sus combinaciones.

16. Procedimiento según la reivindicación 14, en el que las etapas (b) y (c) son practicadas a una velocidad mínima de 80 m/min. y en el que la etapa (a) se practica para obtener un lodo de espuma que tiene entre 0,5 y 5% en peso de fibras y sin aditivos de mejora de la viscosidad.

17. Procedimiento según la reivindicación 7, que comprende la formación, entre dichas dos capas, de una capa interior de por lo menos una de fibras de bajo coste, fibras de desecho, fibras de vidrio de desecho, fibras de plástico y material de densidad bastante más baja que dichas capas exteriores.

18. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende, además, obtener una segunda matriz a partir de por lo menos prácticamente el mismo lodo de espuma que el lodo de espuma de la etapa (a), formando entre dichas matrices una capa interior de por lo menos una de fibras de bajo coste, fibras de desecho, fibras de vidrio de desecho, fibras de plástico y material de densidad notablemente más baja que la de las capas exteriores para obtener una matriz compuesta que tenga por lo menos dos capas esencialmente distintas con por lo menos una de diferentes densidades o composiciones de fibras.

19. Procedimiento según la reivindicación 7 ó 18, en el que se forma un producto compuesto constituido por capas exteriores hechas de matrices curadas e impregnadas de resina.

20. Procedimiento según la reivindicación 7 ó 18, en el que una banda continua compuesta de fibras no tejidas se fabrica utilizando un proceso con base de espuma y usando una caja de cabeza multicapa o caja de cabeza dividida, comprendiendo la banda continua compuesta por lo menos dos capas, o parte de capas, que tienen propiedades bastante distintas, incluyendo por lo menos una de diferente densidad, diferente material, diferentes hilos de refuerzo y diferentes bandas continuas de refuerzo formadas.

21. Matriz compuesta no tejida de cordones troceados y fabricada según la reivindicación 7, comprendiendo:

por lo menos dos capas sustancialmente distintas con por lo menos una de diferentes densidades o composiciones de fibras;

estando una de dichas capas definida por una pluralidad de fibras dispuestas en una configuración no tejida;

por lo menos un 20% de dichas fibras en haces de fibras teniendo entre 5-450 fibras por haz y la longitud de dichos haces siendo prácticamente la misma que las longitudes de las fibras que forman dichos haces y en el que por lo menos un 85% de dichas fibras de los haces de fibras tienen un diámetro comprendido entre 7 y 500 micrones y

otra de dichas capas teniendo propiedades bastante distintas que dicha capa, incluyendo propiedades por lo menos de diferente material, diferente hilo de refuerzo, diferentes bandas continuas de refuerzo, diferente composición de fibras y diferente densidad.

22. Matriz compuesta no tejida según la reivindicación 21, en la que por lo menos un 85% de dichas fibras en dichos haces tienen una longitud comprendida entre 5 y 100 mm.

23. Matriz compuesta no tejida según la reivindicación 22, en la que por lo menos un 85% de dichas fibras en dichos haces tienen un diámetro comprendido entre 7 y 35 micrones.

24. Matriz compuesta no tejida según la reivindicación 21, en la que por lo menos un 10% de las fibras en dichos haces de fibras comprenden fibras de refuerzo seleccionadas a partir del grupo constituido esencialmente por fibras de vidrio, aramida, carbono, polipropileno, material acrílico y PET y sus combinaciones.

25. Matriz compuesta no tejida según la reivindicación 21, en la que por lo menos un 50% de las fibras en dichos haces comprenden fibras de vidrio.

26. Matriz compuesta no tejida según la reivindicación 21, en la que por lo menos un 85% de dichas fibras en dichos haces tienen una longitud comprendida entre 5 y 100 mm y en la que por lo menos un 85% de dichas fibras en dichos haces tienen un diámetro comprendido entre 7 y 35 micrones.

27. Matriz compuesta no tejida según la reivindicación 24, en la que por lo menos un 85% de dichas fibras en dichos haces de fibras se selecciona a partir de dicho grupo.

28. Matriz compuesta no tejida según la reivindicación 21, en la que por lo menos un 85% de dichas fibras en dichos haces de fibras tienen una longitud comprendida entre 7 y 50 mm.

29. Matriz compuesta no tejida según la reivindicación 21, en la que dicha capa tiene una densidad comprendida entre 50 y 900 g/m^{2}.

30. Matriz compuesta no tejida según la reivindicación 21, en la que por lo menos un 85% de dichas fibras en dichos haces de fibras tienen entre 10 y 450 fibras/haz y una longitud prácticamente la misma que la longitud de dicho haz de fibras y un diámetro comprendido entre 7 y 35 micrones y en la que el apresto es resina epoxídica o PVOH.

31. Matriz compuesta no tejida según la reivindicación 21, en la que por lo menos un 60% de dichos haces de fibras tienen entre 10 y 200 fibras por haz y en la que prácticamente todas las fibras en los haces son esencialmente rectas.

32. Matriz compuesta no tejida según la reivindicación 21, en la que las fibras se sujetan en los haces mediante un apresto prácticamente insoluble en agua.

33. Matriz compuesta no tejida según la reivindicación 21, que comprende una capa interior de por lo menos una de fibras de bajo coste, fibras de desecho, fibras de vidrio de desechos, fibras de plástico y material de densidad bastante más baja que las capas exteriores.