ES2237489T3

ES2237489T3 - Estructura reforzante para articulos de materiales compuestos.

Info

Publication number: ES2237489T3
Application number: ES00989982T
Authority: ES
Inventors: Peter Boesman; Elsie De Clercq; Frans Van Giel
Original assignee: Bekaert NV SA
Current assignee: Bekaert NV SA
Priority date: 1999-12-15
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2005-08-01
Anticipated expiration: 2020-12-13
Also published as: JP4184664B2; AU2673901A; EP1238128A1; AU3012201A; ATE291530T1; DK1238129T3; JP4007537B2; EP1237710A1; DE60007662D1; ES2214343T3; ES2218274T3; ATE257524T1; DK1238128T3; DE60009951T2; JP2003517110A; EP1237711B1; DE60024485T2; JP2003517106A; DE60007662T2; JP4323127B2

Abstract

Una estructura reforzante, que comprende una o más capas reforzantes, al menos una de dichas capas reforzantes comprende elementos metálicos (41, 71, 72, 92), siendo dicho elemento metálico alambres, haces de alambres, hebras metálicas o cuerdas metálicas, todos los citados elementos metálicos de dicha capa reforzante son esencialmente paralelos entre sí, dichos elementos metálicos tienen una deformación estructural, caracterizada porque dichos elementos metálicos tienen más de una ondulación.

Description

Estructura reforzante para artículos de materiales compuestos.

Campo de la invención

La invención se refiere a una estructura reforzante, que comprende elementos metálicos, y al uso de tal estructura reforzante para reforzar artículos de materiales compuestos rígidos. La invención se refiere adicionalmente a artículos de materiales compuestos rígidos y a un método para proporcionar artículos de materiales compuestos rígidos.

Antecedentes de la invención

Se sabe que la estructura reforzante refuerza artículos poliméricos. A menudo, se usan fibras de vidrio o fibras C para reforzar matrices poliméricas, proporcionando conjuntamente un artículo reforzado, eventualmente conformado. Durante el proceso de formación, las propiedades de flexión de la matriz polimérica están influidas negativamente, puesto que las estructuras reforzantes son difíciles de alargar.

A menudo se integran filamentos o fibras metálicos en materiales compuestos a fin de obtener un material que está protegido de las EMI (interferencias electromagnéticas). Como resultado de los requisitos electromagnéticos, se usan filamentos o fibras metálicos con diámetros finos de 100 \mum o menos. Un ejemplo de esto se puede encontrar en el documento US 5.089.326. Se sabe en la técnica que la adición de fibras o filamentos metálicos finos, habitualmente menores que 100 \mum, no aumenta la resistencia del material compuesto.

También se conocen, como estructuras reforzantes, los alambres metálicos o entramados textiles de alambre metálico, por ejemplo a partir de los documentos EP-A-0109505, FR1290278, EP234463A1, EP546962A1 o EP392904A1. Para mejorar la capacidad de deformación del material compuesto, los alambres metálicos se proporcionan preferiblemente como entramados tejidos.

En la figura 4 del documento EP-A-0109505 se proporciona una malla de alambre metálico tejida, de alambres metálicos esencialmente paralelos. Estos alambres metálicos tienen todos una sola deformación estructural debido a su presencia en esta malla de alambre metálico tejida.

Sumario de la invención

La presente invención se refiere a una estructura reforzante que comprende elementos metálicos. La estructura reforzante se puede usar para fabricar artículos de materiales compuestos rígidos, que comprenden adicionalmente una matriz polimérica.

Es un objeto de la presente invención proporcionar una estructura reforzante que comprende elementos metálicos, estando todos los elementos metálicos esencialmente paralelos entre sí, que tiene mejores propiedades de flexión comparadas con los alambres o mallas de alambre conocidos, y que proporciona una alternativa a las estructuras de alambre tejidas.

Una estructura reforzante, como objeto de la invención, comprende elementos metálicos, que están esencialmente paralelos entre sí en la estructura reforzante, y cada uno de los elementos metálicos está deformado estructuralmente. Con "esencialmente paralelos" se quiere decir que, debido a la naturaleza de los elementos metálicos, la distancia entre los elementos metálicos adyacentes puede variar sólo ligeramente.

En el alcance de la presente invención, los elementos metálicos se han de entender como alambres metálicos, por ejemplo alambres metálicos estirados, un haz de alambres metálicos, hebras metálicas o cuerdas.

Como objeto de la invención, las propiedades de flexión de la estructura reforzante se mejora integrando elementos metálicos en la estructura reforzante, que tiene un alargamiento en la ruptura de más de 3% comparado con la longitud inicial. Este alargamiento puede ser incluso mayor que 5% o mayor que 7%, por ejemplo mayor que 10% y lo más preferente mayor que 15% en la ruptura.

Según la invención, este alargamiento se obtiene mediante el uso de un elemento metálico que tiene deformaciones estructurales. Tal deformación estructural puede tener una forma irregular, ondulada con una longitud de onda y/o amplitud, que varía a lo largo de la longitud del elemento metálico. Preferiblemente, sin embargo, el elemento metálico se ondula de forma regular, con parámetros constantes a lo largo de toda la longitud del elemento metálico.

Las deformaciones estructurales son ondulaciones. El elemento metálico, que es un alambre, hebra o cuerda, se le da una forma que es una longitud de onda y una amplitud. Este elemento metálico ondulado está comprendido esencialmente en un plano, paralelo al eje del elemento metálico.

En el caso de que el elemento metálico esté ondulado, siendo esta ondulación la deformación estructural, la eliminación de la deformación estructural del elemento metálico conducirá a un alargamiento elástico, a un alargamiento plástico, o a una combinación de ambos, del elemento metálico durante el proceso de formación, dependiendo principalmente de la longitud de onda de la ondulación.

En el caso en que se use una pequeña longitud de onda, por ejemplo menor que 3 mm, será necesaria una fuerza más elevada para alargar al elemento metálico, eliminando así la deformación estructural, próxima al alargamiento elástico y plástico del elemento metálico bajo carga como si no hubiese deformación estructural. La eliminación de esta deformación estructural conduce a un alargamiento principalmente plástico del elemento metálico. Cuando el elemento metálico se libera, el elemento metálico no volverá a su forma ondulada original, sino que permanecerá alargado en cierto grado.

En el caso de que se aplique una mayor longitud de onda, por ejemplo mayor que 3 mm o incluso mayor que 4,5 mm, es suficiente una menor fuerza para estirar al elemento metálico, eliminando así en cierto grado la deformación estructural. Esto conduce a un alargamiento principalmente elástico del elemento metálico, que es adicional al alargamiento elástico del elemento metálico sometido a una fuerza baja como si no hubiera deformación estructural. Cuando se libera el elemento metálico, el elemento metálico retornará a aproximadamente su forma ondulada original. Cuando se aplican mayores fuerzas, se encuentra un alargamiento plástico del propio elemento metálico, próximo a la eliminación de la deformación estructural que queda.

El alargamiento de los elementos metálicos que están ondulados con una gran longitud de onda puede ser mayor que 0,3%, por ejemplo mayor que 0,4% o incluso mayor que 0,5%, preferiblemente mayor que 1% o más, aplicando una fuerza de 10% de la fuerza en la ruptura del elemento metálico.

Se entiende que el alargamiento debido a una eliminación de la deformación estructural puede ser elástico, o plástico, o una combinación de un alargamiento plástico y de un alargamiento elástico, dependiendo de la longitud de onda o de la longitud aplicada para obtener una revolución de 360º.

Los elementos metálicos, que forman parte de una estructura reforzante como objeto de la invención, pueden tener más de una deformación estructural, que son ondulaciones superpuestas entre sí.

Cuando un elemento metálico que tiene dos deformaciones estructurales, que son dos ondulaciones de las cuales una tiene una longitud de onda grande y la segunda tiene una longitud de onda corta, se somete a una fuerza F de alargamiento, se obtiene una curva de esfuerzo frente a tensión que comprende zonas sucesivas diferentes, limitadas por fuerzas F1, F2, F3 y F4 (F1<F2<F3<F4).

Para una fuerza F aplicada menor que F1, se obtiene un alargamiento elástico. Cuando se aplica una fuerza F mayor que F1, pero menor que F2, se añade un alargamiento esencialmente plástico adicional. Estos alargamientos se pueden explicar eliminando principalmente la deformación estructural con gran longitud de onda.

Cuando se aumenta la fuerza F hasta un nivel entre F2 y F3, el alargamiento adicional nuevamente es principalmente elástico. Cuando F aumenta hasta un nivel entre F3 y F4, el alargamiento en esta zona se hace principalmente plástico, hasta que ocurre la ruptura en F4. Estos dos últimos alargamientos se explican principalmente por la eliminación de la deformación estructural con longitud de onda corta, y la deformación plástica del elemento metálico sin deformación estructural hasta la ruptura.

Las fuerzas F1, F2 y F3, cuando el alargamiento cambia de elástico a plástico, o viceversa, se pueden ajustar mediante la longitud de onda y la amplitud de las ondulaciones junto con otros parámetros del elemento metálico, tales como el diámetro de los alambres, la historia de la aleación y del estiramiento y eventualmente la construcción de las hebras y cuerdas.

En caso de que se superpongan más de 2 deformaciones estructurales entre sí, se puede obtener un comportamiento similar del elemento metálico bajo carga.

En el caso de que las deformaciones estructurales sean ondulaciones, el elemento metálico puede estar ondulado en un plano paralelo al eje del elemento metálico, o se pueden proporcionar ondulaciones en diferentes planos, todos paralelos al eje del elemento metálico.

Se encuentran las mismas características para los elementos metálicos en el caso de que una o más deformaciones estructurales sean deformaciones estructurales con forma de espiral.

La estructura reforzante puede comprender una o más capas, denominadas en lo sucesivo como capas reforzantes. Según la presente invención, los elementos metálicos están presentes en al menos una de las capas reforzantes, estando todos los elementos metálicos de esta capa reforzante esencialmente paralelos entre sí. En el caso de que la estructura reforzante comprenda más de una capa reforzante, de las cuales al menos dos capas reforzantes comprenden elementos metálicos, la dirección de los elementos metálicos de una capa puede ser diferente de la dirección de la otra
capa.

La estructura reforzante se ha de entender que son todos los elementos que se usan para proporcionar el artículo de material compuesto rígido, próximo a la matriz polimérica. La persona experta en la técnica comprende que también se pueden usar otros materiales para proporcionar elementos de la estructura reforzante, por ejemplo fibra de vidrio, fibra C o fieltros o entramados tejidos fuera de tales materiales, además de los elementos metálicos.

Un objeto de la invención es mejorar las propiedades de flexión y el comportamiento de las estructuras reforzantes que comprenden elementos metálicos durante un proceso de formación de un artículo de material compuesto rígido, que comprende esta estructura reforzante y una matriz polimérica. Durante este proceso, la estructura reforzante y la matriz polimérica se someten a calor y/o a presión a fin de obtener un artículo de material compuesto rígido. La formación se puede realizar en una etapa, o puede requerir etapas subsiguientes.

Se encontró que cuando se somete a una estructura reforzante, que comprende elementos metálicos que tienen una deformación estructural, a un proceso de formación, la fuerza necesaria para formar el artículo de material compuesto rígido se usa parcialmente para alargar el elemento metálico. La fuerza aplicada alargará el elemento metálico eliminando parcialmente las deformaciones estructurales. Esto se puede obtener debido al alargamiento en la ruptura de los elementos metálicos según se indica anteriormente.

Una estructura reforzante objeto de la invención se puede someter a un proceso de formación, junto con la matriz polimérica. Este proceso comprende una acción de calentamiento para reblandecer la matriz polimérica, una acción de conformación para formar la matriz reblandecida y la estructura reforzante en una forma deseada, y una acción de enfriamiento para hacer nuevamente rígida a la matriz.

Cuando se usa un elemento metálico que tiene más de una deformación estructural, como parte de la estructura reforzante de un artículo de material compuesto rígido, se proporcionan beneficios a las propiedades de flexión durante el proceso de formación, por un lado, y por otro lado al artículo de material compuesto rígido. En el caso de que la fuerza F, usada para proporcionar un artículo de material compuesto rígido que comprende la estructura reforzante, sea aproximadamente F2, las propiedades de flexión de la estructura reforzante se mejoran mediante el alargamiento elástico y plástico proporcionado por las zonas de alargamiento por debajo de F2. Sin embargo, cuando el artículo de material compuesto rígido se somete a una fuerza de impacto, por ejemplo a una fuerza entre F2 y F3, el artículo de material compuesto rígido será capaz de absorber la energía de impacto en un cambio reversible de su forma. Esto es debido principalmente a que la estructura reforzante se estirará bajo un alargamiento esencialmente elástico.

Tales procedimientos de formación, en los que la estructura reforzante y la matriz polimérica se someten a calor y/o presión a fin de formar un artículo de material compuesto rígido, pueden comprender una o más etapas subsiguientes.

Primeramente, el material polimérico, a usar como matriz polimérica en el artículo de material compuesto rígido, se añade a la estructura reforzante. Por ejemplo, varios elementos metálicos esencialmente paralelos se laminan entre dos o más capas poliméricas. Eventualmente, se añaden otros elementos de la estructura reforzante antes o durante la laminación. Una alternativa es extruir el material polímero alrededor de la estructura reforzante, que comprende los elementos metálicos, que son esencialmente paralelos entre sí. Esta combinación de material polímero y de estructura reforzante que comprende elementos metálicos se somete a un proceso de conformado. Tal proceso de conformado puede ser, por ejemplo una conformación a presión, un moldeo por flujo, termoconformado o formado por membrana.

En una operación de conformación a presión (estampación), se calienta una estructura reforzante y la matriz polimérica a la temperatura de procesamiento y se estampa a la forma deseada, en una herramienta de dos partes, a presión, para proporcionar un artículo de material compuesto rígido.

En una operación de moldeo por flujo, la estructura reforzante y la matriz polimérica se colocan en una herramienta de dos partes y se calientan hasta la temperatura de fusión del material polimérico. Eventualmente se usa presión. La cavidad del molde se llena con la matriz polimérica que fluye en cada receso del molde, proporcionando así un artículo de material compuesto rígido.

En la operación de termoconformado, la estructura reforzante y la matriz polimérica se calientan localmente y se conforman para proporcionar un artículo de material compuesto rígido.

En una operación de conformación con membrana, se usa una presión en autoclave para cubrir la estructura reforzante precalentada y la matriz polimérica sobre una herramienta, proporcionando un artículo de material compuesto rígido.

Adicionalmente, la presencia de elementos metálicos en la matriz durante las operaciones de doblado mejora la distribución del calor en toda la matriz. Puesto que los elementos metálicos tienen una elevada conductividad térmica y eléctrica, esto conduce a tiempos de ciclo más cortos comparados con materiales compuestos con otras estructuras reforzantes, que no comprenden elementos metálicos, tales como fibra de vidrio o fibras de carbón.

También es obvio que, cuando se usan elementos metálicos en una sola dirección de la estructura reforzante, las deformaciones estructurales de los elementos metálicos conducirá a una mejora de las propiedades de flexión de la estructura reforzante sólo en la dirección paralela al eje del elemento metálico.

En el caso de que se usen elementos metálicos en más de una dirección, estando presente cada dirección en una capa reforzante diferente de la estructura reforzante, la deformación estructural de los elementos metálicos conducirá a una mejora de las propiedades de flexión en todas las direcciones paralelas a un eje de un elemento metálico.

Los elementos metálicos se pueden tejer o trenzar juntos con filamentos poliméricos, hilos o cintas poliméricas en uno y el mismo entramado textil. Los elementos metálicos se disponen en una sola dirección del entramado textil, en la dirección de la urdimbre o de la trama. El propio entramado textil forma parte de la estructura reforzante. Proporciona una vía alternativa para introducir a los elementos metálicos en la matriz polimérica. El material polimérico, a usar como la matriz polimérica del propio material compuesto rígido, se añade, por ejemplo se extruye, en uno o en ambos lados del entramado textil. Como alternativa, el entramado textil se puede laminar con una o más capas de material polimérico. Cuando tal combinación de un entramado textil, que comprende elementos metálicos y material polímero, se somete a un proceso de conformación, a fin de obtener un artículo de material compuesto rígido, los filamentos o hilos poliméricos ayudan a rellenar los espacios entre los elementos metálicos adyacentes, especialmente cuando los filamentos o hilos son de la misma naturaleza polimérica según se compara con la matriz polimérica.

Otra alternativa es proporcionar un revestimiento polimérico alrededor de los elementos metálicos, preferiblemente antes de que se les dé la deformación estructural. Por ejemplo, el material polimérico se extruye alrededor del elemento metálico. Tal revestimiento polimérico ayuda a mejorar la adhesión entre los elementos metálicos de la estructura reforzante y la matriz polimérica.

Como matriz polimérica se puede usar cualquier material termoplástico. Un material termoplástico se ha de considerar como cualquier termoplástico y cualquier elastómero termoplástico.

Ejemplos de materiales termoplásticos adecuados son: polietileno (PE), polipropileno (PP), poliestireno (PS), poli(tereftalato de etileno) (PET), poli(naftalato de etileno) (PEN), poli(tereftalato de buteno) (PBT), poli(cloruro de vinilo) (PVC), poliamida (PA), poliéster (PES), poliimida (PI), policarbonato (PC), copolímero de estireno-acrilonitrilo (SAN), copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), poliuretano termoplástico (TPU), poliolefinas termoplásticas (TPO), copolieterésteres termoplásticos, copolímeros de estos polímeros o materiales similares.

Estas matrices poliméricas se podrían definir por un módulo de Young de más de 10^{7} Pa, preferiblemente entre 10^{8} Pa y 5*10^{9} Pa. El módulo de Young se mide en el origen de la curva de esfuerzo frente a deformación del polímero a temperatura ambiente.

Se puede obtener un artículo de material compuesto rígido similar usando polímeros termoendurecidos conformando la estructura reforzante sin matriz polimérica, y añadiendo la matriz termoendurecida, que es la matriz polimérica, a la estructura reforzante formada, por ejemplo, mediante moldeo por inyección.

En el caso de que se usen en la estructura reforzante elementos metálicos, que sean hebras o cuerdas, como tales o integrados en un entramado textil tejido o trenzado junto con filamentos, hilos o cintas poliméricos, se dará preferencia a aquellas hebras o cuerdas que tengan una superficie grande y rugosa, para aumentar el anclamiento mecánico en la matriz. Los ejemplos son cuerdas de 3x3 y 7x3, preferidas frente a cuerdas de una sola hebra.

Para mejorar la resistencia a la corrosión de los elementos metálicos, éstos se pueden revestir con una capa de revestimiento metálico tal como cinc o una aleación de cinc, tal como latón. Una aleación de cinc adecuada es una aleación que comprende 2 a 10% de Al y 0,1 a 0,4% de un elemento de tierras raras tal como La y/o Ce.

A fin de asegurar una buena adhesión entre el material termoplástico y el material metálico, se puede aplicar un promotor de la adhesión sobre el elemento metálico.

Los posibles promotores de la adhesión son agentes de acoplamiento bifuncionales tales como compuestos silánicos. Un grupo funcional de estos agentes de acoplamiento es el responsable de la unión con el metal u óxidos metálicos; el otro grupo funcional reacciona con el polímero.

En la solicitud PCT WO-A-99/20682 se pueden encontrar más detalles sobre estos agentes de acoplamiento.

Otros promotores de la adhesión adecuados son aluminatos, circonatos o titanatos.

Los alambres usados como elementos metálicos como tales o comprendidos en una hebra o cuerda pueden tener diversas secciones transversales y geometrías, por ejemplo, circular, oval o plana.

Dentro del intervalo de alambres, hebras y cuerdas, se puede usar una gran variedad de materiales, dependiendo de la resistencia mecánica requerida. Los alambres usados como tales o comprendidos en una hebra o cuerda pueden tener un diámetro de 0,04 mm a 1,0 mm, preferiblemente entre 0,1 mm y 0,4 mm, por ejemplo 0,15 mm, 0,175 mm o 0,3 mm.

También se pueden usar alambres que tienen deformaciones estructurales, para proporcionar una hebra o cuerda. Estas hebras o cuerdas pueden formar parte de la estructura reforzante.

Se puede usar cualquier metal para proporcionar los elementos metálicos. Preferiblemente, se usan aleaciones tales como aleaciones de acero ricas en carbón, o aleaciones de acero inoxidable.

Cuando se usa alambre de acero, la resistencia a la tracción de los alambres de acero oscila de 1500 N/mm^{2} a 3000 N/mm^{2} e incluso más, y depende principalmente de la composición del acero y del diámetro.

También se pueden escoger otros parámetros de una hebra o cuerda, tal como la construcción de la hebra o cuerda, el número de alambres y los diámetros de cada alambre comprendidos en una hebra o cuerda, la fuerza en la ruptura de cada alambre comprendido en la hebra o cuerda, para proporcionar las propiedades mecánicas requeridas tales como la resistencia y el alargamiento en la ruptura.

Breve descripción de los dibujos

La invención se describirá ahora con más detalle haciendo referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:

- Las Figuras 1A y 1B muestran una vista esquemática de una estructura de material compuesto plana rígida como objeto de la invención.

- La Figura 2 muestra una vista lateral de un alambre ondulado.

- La Figura 3 muestra curvas de esfuerzo frente a deformación de alambres ondulados.

- La Figura 4 muestra un elemento metálico que tiene dos ondulaciones superpuestas entre sí.

- La Figura 5 muestra una curva de esfuerzo frente a deformación de un alambre ondulado, según se muestra en la Figura 4.

- Las Figuras 6, 7 y 8 muestran una vista esquemática de otra estructura de material compuesto plana rígida como objeto de la invención.

- La Figura 9 muestra una estructura reforzante que comprende un entramado textil tejido.

Descripción de las realizaciones preferidas de la invención

En las Figuras 1A y 1B se muestra una realización de un material compuesto plano rígido. El material compuesto plano rígido 11 comprende una matriz polimérica 12, por ejemplo una matriz de PES, y una estructura reforzante 13 que comprende una sola capa reforzante 14. En estas realizaciones, la capa reforzante 14 consta de un número de alambres ondulados 15 que están esencialmente paralelos entre sí en una capa reforzante (como se muestra en la Figura 1A), o de un número de alambres ondulados 16 que están esencialmente paralelos entre sí en una capa reforzante (como se muestra en la Figura 1B).

La Figura 2 muestra una vista lateral de un alambre ondulado 21. El alambre tiene su eje original 22, al que se ondula en un plano con una longitud de onda 23 y una amplitud 24. Para esta realización, se escoge un diámetro del alambre de 0,3 mm.

Se proporcionaron realizaciones diferentes de un alambre ondulado, que tienen las características como se muestran en la tabla a continuación.

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Todas las otras características son idénticas para las cuatro muestras. Las muestras A, B y C se proporcionaron usando el alambre de la muestra D.

La Figura 3 muestra las curvas de esfuerzo frente a deformación de las muestras A, B, C y D. En las abscisas, se muestra el alargamiento comparado con la longitud en el comienzo. La ordenada muestra la fuerza aplicada comparada con la fuerza total en la ruptura.

Comparado con la curva 30 del alambre deformado no estructural de la muestra D, está claro que introduciendo una deformación estructural se obtiene un alargamiento significativo mayor. Puesto que esta deformación estructural es la única diferencia entre las cuatro muestras, el diferente alargamiento ha de ser provocado por la deformación estructural.

Para la muestra A, la curva de esfuerzo frente a deformación 31 muestra que la mayor parte del alargamiento se encuentra en la zona 32 de deformación esencialmente elástica de la curva, mientras que sólo una parte más pequeña del alargamiento se encuentra en la zona 33 de deformación plástica.

Se puede hacer la misma observación a partir de la curva 34 de esfuerzo frente a deformación de la muestra B. Una parte principal del alargamiento se encuentra en la zona 35 de deformación elástica, comparado con el alargamiento proporcionado por la zona 36 de deformación plástica. Ambas muestras tienen una longitud de onda más bien grande, y se encontró que la eliminación de la deformación estructural se obtenía mediante un alargamiento esencialmente elástico.

Para la muestra C, la curva 37 de esfuerzo frente a deformación muestra que sólo se puede encontrar un pequeño alargamiento elástico en la zona 38 de deformación elástica, comparado con el gran alargamiento en la zona 39 de deformación plástica. La eliminación de la deformación estructural para estas longitudes de onda más bien cortas se obtiene esencialmente mediante un alargamiento plástico.

Se obtiene un alargamiento mayor que 4%, por ejemplo 5%, 9% o incluso 11%. A un 10% de la fuerza en la ruptura, ya se encuentra un gran alargamiento para el elemento metálico con deformación estructural, comparado con el alargamiento al 10% de fuerza en la ruptura de un alambre no deformado estructuralmente. Este alargamiento a bajas fuerzas se mejora usando longitudes de onda más grandes.

Se pueden obtener otras realizaciones aplicando diferentes alambres ondulados, tales como alambres con otro diámetro, con otras formas de aleación, con otra longitud de onda, amplitud u ondulación. Incluso se han de comprender en el alcance de la invención cuerdas y hebras, que están onduladas, por ejemplo paralelas al eje de la hebra o de la cuerda.

Otra realización se obtiene usando elemento metálico con más de una deformación estructural superpuesta entre sí. En la Figura 4 se muestra un alambre 41, que tiene dos ondulaciones superpuestas entre sí. Las dos ondulaciones se proporcionan en el mismo plano.

Se superpone una primera ondulación, caracterizada por una gran longitud de onda 42 y una amplitud 43, comparada con el eje 44 del alambre como si no hubiese tal ondulación, a una ondulación con longitud de onda 45 corta y amplitud 46, comparada con el eje 47 del alambre como si no hubiese tal ondulación.

Se proporciona una realización con características como en la tabla a continuación:

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La Figura 5 muestra las curvas de esfuerzo frente a deformación de la muestra E. En abscisas, se muestra el alargamiento comparado con la longitud al comienzo. La ordenada muestra la fuerza aplicada comparada con la fuerza total en la ruptura.

Comparado con la curva 50 del alambre no deformado estructuralmente de la muestra D, está claro que introduciendo deformaciones estructurales se obtiene un alargamiento significativo más grande. Puesto que esta deformación estructural es la única diferencia entre la muestra E y la muestra D de alambre de referencia, el diferente alargamiento ha de estar provocado por la deformación estructural.

Para la muestra E, la curva 51 muestra 4 zonas. En la zona 52, el alargamiento obtenido es esencialmente elástico. La zona 53 proporciona un alargamiento adicional que es principalmente plástico, mientras que la zona 54 proporciona un alargamiento que es nuevamente más elástico. La zona 55 proporciona un alargamiento plástico hasta que ocurre la ruptura.

En la Figura 6 se muestra una estructura reforzante que tiene dos capas reforzantes. En la primera capa reforzante, los alambres ondulados 61 están esencialmente paralelos entre sí en una dirección. En la segunda capa reforzante, los alambres ondulados 62 están esencialmente paralelos entre sí en una dirección, que es diferente de la dirección de los alambres 61 de la primera capa reforzante.

Se puede obtener un artículo de material compuesto rígido cuando se proporciona una matriz polímera 63 a la estructura reforzante, por ejemplo laminando hojas de polímero en temperatura creciente a ambos lados de la estructura reforzante. Aplicando calor y/o presión, la matriz polimérica 63 se adhiere a la estructura reforzante. Posiblemente, al artículo de material compuesto rígido se le da su forma final al mismo tiempo. Como alternativa, se proporciona un artículo de material compuesto rígido plano, que se puede deformar hasta una conformación final más tarde en una operación separada aplicando calor y/o presión al artículo de material compuesto rígido plano.

En la Figura 7 se muestra otra estructura reforzante. Los alambres 71 y 72, que tienen cada uno dos ondulaciones superpuestas entre sí, están dispuestos en dos capas reforzantes. En cada capa reforzante, los alambres 71 y 72, respectivamente, están esencialmente paralelos entre sí. Las direcciones de los alambres 71 y 72 pueden ser diferentes. Adicionalmente se proporciona una matriz polimérica 73 y se adhiere vía calor y/o presión a la estructura reforzante, proporcionando así un artículo de material compuesto rígido plano.

En la Figura 8 se muestra otra estructura reforzante que tiene dos capas reforzantes. En la primera capa reforzante, los alambres 81 con forma de espiral están esencialmente paralelos entre sí en una dirección. En la segunda capa reforzante, los alambres 82 con forma de espiral están esencialmente paralelos entre sí en una dirección, que es diferente de la dirección de los alambres 81 de la primera capa reforzante. Adicionalmente se proporciona una matriz polimérica 83 y se adhiere vía calor y/o presión a la estructura reforzante, proporcionando así un artículo de material compuesto rígido plano.

En la Figura 9 se muestra otra estructura reforzante, que es un entramado 91 tejido textil, que comprende alambres ondulados como elemento metálico 92. Los elementos metálicos 92 están presentes en la dirección de urdimbre o de trama sobre el entramado tejido, mientras que la otra dirección del entramado tejido, siendo la trama respectivamente la urdimbre, se proporciona usando filamentos poliméricos 93. Estos filamentos se pueden obtener a partir del mismo polímero o de un polímero diferente de la matriz polimérica del artículo de material compuesto rígido. Como alternativa, el filamento polimérico se puede sustituir por cintas poliméricas, que tienen una anchura preferiblemente en el intervalo de 1 a 10 mm, y un grosor preferiblemente entre 20 y 300 \mum. Como alternativa, puede haber algo de material polimérico como revestimiento sobre los elementos metálicos o sobre un número de elementos metálicos para formar tiras. El volumen total del material termoplástico presente como filamento y/o como revestimiento puede ser incluso más de 40% del volumen total del entramado tejido.

Una estructura reforzante puede comprender una o más capas reforzantes, siendo cada capa un entramado textil como se describe anteriormente.

Para todas las realizaciones, se encontró que la adhesión entre el elemento metálico y la matriz polimérica se podía influir mediante un revestimiento del elemento metálico. Para las matrices de PA, un revestimiento de latón, de cinc o de aleación de cinc sobre el elemento metálico puede mejorar la adhesión entre la matriz polimérica y el elemento metálico. Una aleación de cinc posible es una aleación que comprende 2 a 10% de Al y 0,1 a 0,4% de un elemento de tierras raras tal como La y/o Ce.

Se puede obtener una mejora adicional para la adhesión aplicando promotores de la adhesión tales como compuestos silánicos, aluminatos, circonatos o titanatos.

Está claro que se obtienen otras realizaciones usando otras matrices poliméricas tales como PE, PP, PS, PET, PEN, PBT, PVC, PA, PI, PC, SAN, ABS, TPU, TPO, copolieterésteres termoplásticos, copolímeros de estos polímeros y materiales similares. Cada una de las realizaciones está influida de forma similar en lo que respecta a los revestimientos o al uso de promotores de la adhesión.

Una persona experta en la técnica comprende que, para todas las realizaciones, el tipo de aleación del metal usado, los diámetros, formas de sección y otras propiedades físicas de los alambres, hebras o cuerdas influirán en la resistencia del elemento metálico.

Está claro que todos los elementos metálicos tienen una estructura ondulada, o tienen una estructura rugosa, lo que mejora el anclamiento mecánico del material polimérico alrededor del elemento metálico.

Claims

1. Una estructura reforzante, que comprende una o más capas reforzantes, al menos una de dichas capas reforzantes comprende elementos metálicos (41, 71, 72, 92), siendo dicho elemento metálico alambres, haces de alambres, hebras metálicas o cuerdas metálicas, todos los citados elementos metálicos de dicha capa reforzante son esencialmente paralelos entre sí, dichos elementos metálicos tienen una deformación estructural, caracterizada porque dichos elementos metálicos tienen más de una ondulación.

2. Una estructura reforzante según la reivindicación 1, en la que dichas ondulaciones están comprendidas en un plano, paralelo al eje (44) de dicho elemento metálico (41).

3. Una estructura reforzante según la reivindicación 1, en la que dichas ondulaciones están comprendidas en planos diferentes, dichos planos son paralelos al eje (44) de dicho elemento metálico (41).

4. Una estructura reforzante según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que dicho elemento metálico (41, 71, 72, 92) comprende uno o más alambres metálicos, dichos alambres metálicos tienen un diámetro en el intervalo de 0,04 a 1 mm.

5. Una estructura reforzante según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que dicho elemento metálico (41, 71, 72, 92) es un alambre metálico.

6. Una estructura reforzante según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que dicho elemento metálico (41, 71, 72, 92) es una cuerda.

7. Una estructura reforzante según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que dicho elemento metálico (41, 71, 72, 92) tiene un alargamiento en la ruptura mayor que 3%.

8. Una estructura reforzante según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que dicho elemento metálico (41, 71, 72, 92) tiene un alargamiento mayor que 0,3% a una fuerza de 10% comparado con la fuerza en la ruptura de dicho elemento metálico (41, 71, 72, 92).

9. Una estructura reforzante según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, dicha capa reforzante que comprende a dichos elementos metálicos es un entramado tejido textil (91), que consiste en una urdimbre y un trenzado, dichos elementos metálicos (92) están presentes como una urdimbre o un trenzado.

10. Una estructura reforzante según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, dichos elementos metálicos (41, 71, 72, 92) tienen un revestimiento polimérico.