ES2247831T3 - Materiales de moldeo. - Google Patents
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Abstract
Un material multicapa de moldeo que forma una preimpregnación preformada adaptado para su uso en múltiples capas, comprendiendo dicho material multicapa de moldeo una capa de material de resina, caracterizado porque la capa de material de resina comprende una primera capa fibrosa unida a la superficie superior del mismo y una segunda capa fibrosa unida a la superficie inferior del mismo poniendo en contacto la capa de resina y las respectivas capas fibrosas, con lo cual las superficies exteriores del material de moldeo están libres de resina y secas al tacto para permitir que el aire atrapado salga de dicho material multicapa de moldeo durante el tratamiento de dicho material.
Description
Materiales de moldeo.
La presente invención se refiere a materiales de
moldeo. Más particularmente, se refiere a materiales compuestos de
moldeo, los cuales incluyen fibras en su estructura, las cuales
proporcionarán un refuerzo al producto moldeado.
Históricamente, las piezas de moldeo se formaban
a partir de resina bien sola o bien reforzada con fibras. Sin
embargo, aunque en principio los productos eran satisfactorios,
cuando las fibras se encontraban presentes, era difícil controlar la
proporción de resina respecto de las fibras de refuerzo y de este
modo la calidad de los productos producidos no era consistente. El
procedimiento, por lo tanto se refinó de manera que el proveedor de
la resina proporcionó al productor del artículo moldeado un refuerzo
preimpregnado conocido como "preimpregnación". El moldeador
puede entonces producir el artículo moldeado a partir del material
preimpregnado confiando en que la proporción de resina respecto de
la fibra es correcta. De este modo, la presente invención se dirige
particularmente a preimpregnaciones preformadas.
Se entenderá que convencionalmente las
"preimpregnaciones" son materiales fibrosos compuestos que
comprenden fibras insertadas en una matriz de resina y que están
provistas en forma de, por ejemplo, láminas, tiras o rollos
continuos, que se pueden entonces poner en contacto con un molde
antes de que la resina se haya endurecido para formar el producto
moldeado. Una preimpregnación puede comprender fibras
unidireccionales o las fibras pueden ser multidireccionales. En
uso, se pueden laminar diversas capas de preimpregnación antes de
endurecer para formar un producto laminado.
La forma más básica de preimpregnación es una
cinta o banda preimpregnada. Estas cintas o bandas comprenden fibras
no-tejidas unidireccionales mantenidas juntas por
resina. Estas bandas son atractivas ya que las fibras rectas
proporcionan a la pieza de moldeo acabado buenas propiedades
mecánicas. Además, el buen envasado de las fibras reduce la cantidad
de resina requerida en el producto laminado. Sin embargo, puesto que
estas bandas tienen una pequeña porosidad a través de su espesor,
cuando se usan juntas múltiples capas, las cintas o bandas atrapan
considerables volúmenes de aire, los cuales conducirán a huecos en
el producto laminado endurecido.
Para el propósito de esta solicitud, el término
preimpregnación se usará para referirse no solamente a materiales
compuestos en los que las fibras están insertadas en la resina sino
también a aquellos en los que están en contacto con ésta.
Una vez formadas, cuando las preimpregnaciones
están laminadas para producir un producto laminado espeso, se pueden
producir ciertos inconvenientes y desventajas. Se entiende que un
producto laminado espeso tiene un espesor superior a 2 mm y es
preferiblemente superior a 4 mm y se puede extender hasta 40 mm.
Una desventaja particular de tales productos
espesos es que se puede quedar atrapado aire, bien dentro de una
capa del material de moldeo o bien entre capas adyacentes. La
presencia de aire intra-, inter- o intra- e inter.-laminar puede
conducir a huecos formados en el producto endurecido acabado. Tales
huecos pueden dar como resultado que el producto laminado tenga
propiedades mecánicas reducidas y pueden conducir a un fallo
prematuro el material compuesto.
Se han sugerido muchas técnicas para reducir la
formación de tales huecos. Una de tales técnicas es la del
apelmazado frecuente al vacío en la que se depositan unas pocas
capas en el molde y se consolidan usando el vacío antes de que otras
capas de material de moldeo sean depositadas sobre el laminado
formado en la primera etapa. Sin embargo, aunque esta técnica puede
de alguna manera solucionar el problema de la formación de huecos,
una proporción de huecos del 2 al 5% seguirá comúnmente presente.
Además, la técnica de apelmazado al vacío, aunque eficaz en alguna
medida, requiere mucha mano de obra y por lo tanto es costosa y, por
consiguiente, no deseable.
El problema de la formación de huecos está
particularmente exacerbado cuando se usa material pesado, por
ejemplo 1.200 g/m^{2} de cinta unidireccional de fibra de vidrio,
en la producción de la pieza de moldeo. Se entenderá que es deseable
utilizar materiales pesados en la producción de piezas de moldeo
puesto que su uso favorece la producción del producto acabado a
partir de menos capas con lo cual se reducen los costes tanto de
mano de obra como de materiales. Sin embargo, cuando se usan
materiales pesados de este tipo, la formación de huecos es
particularmente dominante puesto que tales materiales son
generalmente impermeables al movimiento del aire a través de su
espesor.
Se ha sugerido que intercalando capas secas de
refuerzo entre las capas de la preimpregnación de las cuales está
compuesto el laminado se puede reducir el problema de la formación
de huecos. Sin embargo, aunque está técnica va de alguna manera
encaminada a solucionar el problema de la formación de huecos, la
presencia de las capas secas de refuerzo reduce el contenido
relativo de resina del producto acabado, lo cual puede tener un
efecto perjudicial sobre la resistencia del producto acabado. Aunque
es posible compensar la pérdida de resina de la preimpregnación
respecto de las capas secas de refuerzo proporcionando resina
adicional a la preimpregnación, tales materiales con mayor contenido
de resina son difíciles de manejar a causa de su pegajosidad y su
bajo recubrimiento. También es importante subrayar que hay una
total coincidencia de la preimpregnación rica en resina y de las
capas secas a través de todo el laminado o de las áreas resultantes
ricas en resina o pobres en resina.
Un montaje similar al laminado intercalado
descrito anteriormente se presenta en el documento
US-A-4 311 661. Este documento
describe un procedimiento para producir un artículo compuesto de
resina y fibras con un contenido relativamente bajo de huecos. El
procedimiento comprende la etapa de formación de un montaje sobre la
superficie de un molde, el montaje comprende capas individuales que
consisten en una película de resina, capas fibrosas de refuerzo, una
película porosa de intercalación y una capa de purga, que se
depositan individualmente.
El documento
DE-A-35 36 272 se refiere a un
procedimiento de fabricación de una parte compuesta de un material
preformado de moldeo en un molde.
Los inventores han descubierto que los problemas
anteriormente mencionados se pueden solucionar mediante la
provisión de un material de molde multicapa que comprende una capa
de material de resina y unida a al menos una superficie del mismo
una capa fibrosa.
De este modo, de acuerdo con un primer aspecto de
la presente invención, se proporciona un material de moldeo
multicapa de preforma de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones anexas.
En particular, se proporciona un material
multicapa de moldeo que forma una preimpregnación preformada
adaptada para su uso en múltiples capas, comprendiendo dicho
material multicapa de moldeo una capa de material de resina,
caracterizado porque la capa de material de resina comprende una
primera capa fibrosa unida a la superficie superior del mismo y una
segunda capa fibrosa unida a la superficie inferior del mismo
poniendo en contacto la capa de resina y las respectivas capas
fibrosas, con lo cual las superficies exteriores del material de
moldeo están libres de resina y secas al tacto para permitir que el
aire atrapado salga de dicho material multicapa de moldeo durante el
tratamiento de dicho material.
La primera y la segunda capa fibrosa se pueden
formar a partir del los mismos o diferentes materiales.
Típicamente, la capa fibrosa está parcialmente
impregnada de resina. La capa fibrosa puede ser continua o
discontinua. Además, la capa fibrosa se puede fabricar a partir de
fibras de vidrio, fibras de carbono, fibras de polietileno, fibras
de aramida, fibras naturales o fibras naturales modificadas. La capa
fibrosa es preferiblemente una preimpregnación.
Las fibras de la capa o las capas fibrosas se
eligen preferiblemente por ser unidireccionales. Cuando el material
de moldeo de la presente invención comprende dos capas fibrosas
unidas a las capas opuestas de la capa de resina, las capas fibrosas
pueden estar orientadas en la misma dirección o en diferentes
direcciones. En particular, la orientación de las fibras de los
recubrimientos del material de sándwich puede ser 0º, 90º, 0º/90º,
+/-45º o casi isótropa o 0º/+45º/-45º.
Se puede aplicar un agente de pegajosidad y/o
aglomerante a una o ambas superficies de al menos una capa
fibrosa.
Se puede usar cualquier material apropiado como
aglomerante/agente de pegajosidad. Los materiales particularmente
apropiados incluyen resinas de peso molecular elevado. Estas resinas
se pueden usar solas o en combinación con aditivos que incluyen
agentes de endurecimiento y agentes de curado. El agente de
pegajosidad/aglomerante se aplica preferiblemente en forma de un
ligero recubrimiento. Típicamente, el agente de
pegajosidad/aglomerante se puede aplicar en una cantidad del 0,5% al
7% del peso de la fibra.
El agente de pegajosidad/aglomerante se puede
aplicar al material por cualquier medio apropiado incluyendo la
pulverización usando técnicas de solvente portado,
termoimpregnación, o aplicaciones de polvo seco. En una disposición
particularmente preferida, el agente de pegajosidad/aglomerante
forma partículas discretas sobre la superficie de las fibras en
lugar de un revestimiento uniforme. El agente de
pegajosidad/aglomerante se puede aplicar al material en cualquier
momento apropiado durante su fabricación.
El material de resina comprende un polímero
termoendurecedor. Se puede usar cualquier resina apropiada de
termoendurecimiento en la producción del material de moldeo de la
presente invención. Particularmente, los sistemas apropiados de
moldeo incluyen los sistemas epoxídicos, de poliéster, éster de
vinilo, poliimida, éster de cianato, fenólico y bismaleimida. Las
resinas epoxídicas apropiadas incluyen diglicidil éteres de bisfenol
A, diglicil éteres de bisfenol F, resinas epoxídicas de novolac, y
éteres de N-glicidilo, ésteres de glicidilo, éteres
de glicidilo alifáticos y cicloalifáticos, glicidil éteres de
aminofenoles, glicidil éteres de cualquier fenol sustituido,
monómeros que contienen grupo metacrilato (tal como metacrilatos de
glicidilo, acrilatos epoxídicos e hidroxiacrilatos) y las mezclas de
los mismos. Igualmente se incluyen las mezclas modificadas de los
polímeros de termoendurecimiento arriba mencionados. Estos polímeros
se modifican típicamente por adición de goma o de termoplástico.
El sistema de resinas puede también incluir
aditivos importantes para la producción de la pieza de moldeo tal
como endurecedores. Se pueden incluir otros aditivos para efectuar
la pieza de moldeo acabada tal como pigmentos, aditivos de
estabilización a la radiación ultravioleta, aditivos resistentes a
la humedad, antifúngicos y retardadores del fuego. Cualquiera que
sean los aditivos añadidos, es importante garantizar que la
viscosidad de la resina es suficientemente baja durante la etapa de
endurecimiento y consolidación. En caso contrario, no empapara las
capas secas.
La capa o las capas de fibras se pueden formar a
partir de cualquier fibra apropiadas. Las fibras apropiadas
incluyen fibras de vidrio, fibras de carbono y fibras poliméricas
tales como fibras de polietileno y fibras de aramida. Las fibras de
vidrio apropiadas incluyen las fabricadas a partir de vidrio E,
vidrio S, vidrio C, vidrio T o vidrio R. Las fibras de aramida
incluyen las vendidas bajo las marcas comerciales KEVLAR y TWARON
HM. Las fibras de aramida de grado balístico se pueden utilizar
cuando se requiere esta característica debido al uso deseado del
producto acabado. Las fibras orgánicas y las fibras orgánicas
modificadas tales como el yute o el cáñamo también se pueden
usar.
La capa fibrosa puede comprender fibras de sólo
un tipo o se pueden combinar diferentes tipos de fibra en la capa
fibrosa.
Las fibras se pueden usar solas o en combinación.
Las fibras se pueden usar en forma de tejido, fieltro de vidrio,
fieltro continuo, telas tejidas, telas cosidas, o simples mechas. Se
puede usar cualquier tamaño apropiado de fibra. Se prefieren
particularmente los hilos de vidrio E que tienen un diámetro de
filamento de 5 a 13 \mum y 11 a 136 tex o mechas de vidrio E con
un diámetro de filamento de 10 a 16 \mum y 600 a 2400 tex. El
material fibroso se puede preformar antes de depositarse sobre la
capa de resina o alternativamente, las fibras sueltas se pueden
simplemente depositar sobre la capa de resina.
Típicamente dichas capas fibrosas se mantienen en
dicha capa de resina mediante la pegajosidad inherente de las capas
adyacentes de la capa de resina.
La capa fibrosa unida a una superficie es
típicamente un material tejido y la capa unida a la superficie
opuesta es preferiblemente no tejido.
De acuerdo con un segundo aspecto de la presente
invención se proporciona un procedimiento para formar un material
multicapa tal como se ha descrito en el primer aspecto poniendo la
capa fibrosa en contacto con la capa de resina.
El material de la presente invención se puede
fabricar por cualquier procedimiento apropiado. Sin embargo, se
prefieren particularmente las técnicas de termoimpregnación.
Preferiblemente el procedimiento incluye la etapa
de procesar al vacío dichos materiales multicapa de manera que se
permita que el aire atrapado salga del material.
Típicamente la resina se mezcla con un
catalizador y uno o más aditivos, y se reviste sobre un soporte
antes de entrar en contacto con la capa fibrosa.
En un procedimiento, la resina mezclada con el
catalizador y cualesquiera aditivos está preferiblemente revestida
sobre un soporte, tal como sustrato de papel siliconado, antes de
entrar en contacto con la capa fibrosa. La resina está
preferiblemente revestida sobre el sustrato usando un material de
carga convencional. El revestimiento se deposita preferiblemente
sobre el sustrato a una temperatura elevada. La temperatura
seleccionada dependerá de la resina usada, aunque habrá una
temperatura apropia en los alrededores de los 60ºC.
Se puede usar cualquier catalizador apropiado. El
catalizador se seleccionará para corresponder a la resina usada. Un
catalizador apropiado para su uso con una resina epoxídica es un
agente endurecedor de diciandiamida. El catalizador se puede
acelerar. Cuando se usa un catalizador de diciandiamida, se puede
usar una urea sustituida en forma de un acelerador. Los aceleradores
apropiados incluyen Diuron, Monuron, Fenuron, Clortoluron, bisurea
de toluenodiisocianato y otros homólogos sustituidos. El agente
endurecedor epoxídico se puede seleccionar entre Dapsona, (DDS),
diamino-difenil-metano (DDM),
complejo de BF3-amina, imidazoles sustituidos,
anhídridos acelerados, metafenilenodiamina, diamino difeniléter,
polieteraminas aromáticas, productos de adición de aminas
alifáticas, sales de aminas alifáticas, productos de adición de
aminas aromáticas y sales de aminas aromáticas. Igualmente
apropiados para los sistemas que contienen una funcionalidad
acrilato, son los fotoiniciadores de radiación ultravioleta tales
como los que liberan un ácido de Lewis o Bronstead al ser
irradiados. Los ejemplos incluyen sales de triarilsulfonio que
poseen aniones tales como tetrafluoroborato o hexafluoroborato.
De acuerdo con un tercer aspecto de la presente
invención se proporciona un artículo de fabricación producido a
partir del material de moldeo del primer aspecto o fabricado según
el procedimiento del segundo aspecto. Preferiblemente, el artículo
tiene un contenido de huecos inferior al 2%. Más preferiblemente, el
contenido de huecos del artículo es inferior al 0,5%.
De acuerdo con un cuarto aspecto de la presente
invención se proporciona un procedimiento para formar el artículo de
fabricación del tercer aspecto en el cual el material de moldeo se
pone en contacto con un molde y se permite que endurezca.
La invención se va a describir ahora a título de
ejemplo con referencia a los dibujos de ejemplo anexos en los
cuales:
La figura 1 es un diagrama esquemático de un
material de moldeo de tres capas según la presente invención;
La figura 2 es un diagrama esquemático del
aparato usado en la producción de artículos de moldeo usando el
material de moldeo de la presente invención; y
La figura 3 es un diagrama esquemático de un
aparato alternativo.
Tal como se representa en la figura 1, el
material de moldeo de la presente invención 1, comprende una
película central de resina 2 que tiene capas fibrosas 3 y 4 situadas
en caras opuestas del mismo.
En uso, este material 1 se deposita sobre la
superficie de la herramienta 4. El material se puede laminar con
otros materiales de la presente invención o con preimpregnaciones
convencionales. En la disposición representada en la figura 2, se
intercalan dos capas de material de moldeo de acuerdo con la
presente invención con capas de preimpregnación convencional 5.
Esta pila está preferiblemente envuelta por una película no
perforada 6, un transpirable 7 y una película de vacío 8. La
película de vacío 8 se sella en el mecanizado mediante una cinta
adhesiva 9 y el aire es evacuado durante el procedimiento de
endurecimiento a través de la línea de vacío 10-.
El endurecimiento se efectúa preferiblemente a
temperatura superiores a la temperatura ambiente.
Las mechas de vidrio 11 se pueden utilizar para
ayudar a purgar el aire perimetral. Las mechas de vidrio son
particularmente ventajosas cuando se usa un modo de purga cero de
procesamiento. Las mechas de vidrio se ponen a través de la película
no perforada para ayudar a la evacuación del aire de la pila de
laminados. Además, para ayudar a la eliminación del aire, las
mechas de vidrio se pueden poner a través de la película no
perforada en el centro del panel. Estos permiten que el aire sea
purgado desde el centro del panel e igualmente conecta juntos los
materiales de moldeo de la presente invención en el laminado en el
eje Z, con lo cual se ayuda, además, a la evacuación del aire.
Cuando se fabrican laminados en sándwich en una
operación es beneficioso tener agujeros para la purga del aire. En
el núcleo. Estos permiten que el aire se escape del laminado
subyacente previniendo de este modo cualquier atasco del material
bajo el bloque de espuma. Se pueden usar cortes de sierra en la cara
inferior del núcleo alrededor del perímetro para eliminar cualquier
efecto de atasco del borde del núcleo. Los cortes de sierra son
típicamente de una profundidad de 12 mm por un ancho de 1 mm y 8 cm
de largo con una separación entre cada uno de 8 cm.
El aparato representado en la figura 3 es muy
similar al de la figura 2 pero es apropiado para su uso con una gran
pila de laminados.
Un programa de endurecimiento apropiado implica
mantener la temperatura en un punto en el cual la viscosidad de la
resina es baja, por ejemplo, 1 Pa (10 poise) a 10 Pas (100 poise)
durante un periodo de 4 horas, y permanece baja durante un tiempo
suficiente para que la resina empape las fibras de la capa o las
capas fibrosas. Un programa de endurecimiento típico sería elevar de
25º a 70ºC, un intervalo a 70ºC durante cuatro horas, elevar a 85ºC
y a continuación mantener a 85ºC durante 10 horas. En este programa
una viscosidad de resina típica caería a 4 Pas (40 poise) y al
final del intervalo de cuatro horas se eleva solamente a 10 Pas (100
poise). Las velocidades de elevación a 70ºC o 85ºC no son críticas.
Sin embargo, serán normalmente en el intervalo de 0,1 a
10ºC/min.
Una preimpregnación de acuerdo con la presente
invención se formó depositando un refuerzo tejido unidireccional de
vidrio E de 500 g/m^{2} sobres los lados opuestos de una capa de
430 g/m^{2} de resina. Esta preimpregnación se intercaló con
capas de cinta de preimpregnación convencional de vidrio E 1200 con
un contenido de resina del 30% en peso. En ambos tipos de
preimpregnación la resina usada fue la SP Systems SE90 disponible en
SP Systems of Structural Polymer (Holdings) Limited of Isle of
Wight. La resina es una preimpregnación epoxídica no endurecida, con
endurecimiento entre 85 y 120ºC, de flujo elevado, endurecida por un
agente endurecedor de diciandiamida. La preimpregnación SE90 es una
preimpregnación epoxídica.
La pila de laminados se cubrió entonces con una
cubierta provisional de nylon y una película de liberación
microperforada, una capa de 150 g de material de transpiración no
tejido y una bolsa de vacío de nylon impermeable.
Un vacío del 90% se aplicó y el conjunto se
calentó desde la temperatura ambiente hasta 70ºC a una velocidad de
0,3ºC/min. La temperatura se mantuvo entonces a 70ºC durante 4
horas. La temperatura se elevó hasta 120ºC y a continuación se
mantuvo durante una hora. El laminado se enfrió entonces hasta la
temperatura ambiente y el laminado se desmoldeó y se examinó.
Durante el examen se observó que las capas secas
de refuerzo estaban completamente empapadas y el laminado está libre
de aire atrapado.
El contenido de huecos del laminado se determinó
midiendo la gravedad específica de la muestra pesándolo en el aire
y en el agua. El laminado se introdujo a continuación en un horno a
650ºC para quemar la resina. A partir de la pérdida de peso y de las
densidades de la resina y del vidrio, se calculó el contenido de
huecos. Las mediciones mostraron que el contenido de huecos era
inferior al 0,25%. La fracción final del volumen de fibras era del
56%.
Aunque el material de moldeo de la presente
invención tiene típicamente dos o tres capas, se entenderá que un
material de moldeo multicapa de acuerdo con la presente invención,
se puede suministrar al fabricante en una realización que comprende
más de tres capas debido a la combinación de diversas capas del
material de moldeo de la presente invención.
El material de moldeo multicapa comprende tres
capas, en el cual una capa central tiene una capa fibrosa unida a
uno de los dos lados.
En una realización alternativa, el material de
moldeo multicapa comprende cinco capas en las cuales las dos capas
exteriores son capas fibrosas secas fijadas por su superficie
interior a una capa de película de resina. Las capas de película de
resina están ellas mismas adheridas a otra capa fibrosa seca que
forma la capa central. Las capas de resina de este material
multicapa se pueden formar a partir de diferentes resinas.
Igualmente se pueden formar mayores estructuras
multicapa en las cuales las capas fibrosas secas están fijadas a una
capa de película de resina. De nuevo, las capas de película de
resina de este material multicapa se pueden formar a partir de
diferentes resinas.
De este modo, la superficie exterior del material
de moldeo está libre de resina y por lo tanto está seca al tacto
debido a la presencia de dos capas fibrosas y se puede, por lo
tanto, manejar con facilidad.
Sin desear adherirse a ninguna teoría, se cree
que cuando el material de la presente invención se usa solo,
laminado con otras capas del material de moldeo de la presente
invención o se lamina con capas de preimpregnación convencional, la
capa fibrosa del material de la presente invención se consigue de
una manera similar a las capas secas de refuerzo de los sistemas
convencionales, porque permite que el aire atrapado salga del
laminado.
Una ventaja particular de la realización de la
presente invención es que la cantidad de resina presente en el
material de moldeo multicapa se puede controlar de manera que cuando
el material se endurece, la cantidad correcta de resina fluirá
dentro de las capas fibrosas secas y no habrá reducción en el
contenido de resina endurecida.
El material de moldeo de la presente invención
ofrece sorprendentemente una serie de ventajas sobre los materiales
de moldeo convencionales. Una ventaja particular de la presente
invención es que el material de moldeo muestra características de
manejo mejoradas cuando se compara con las de los materiales
convencionales en que es más flexible, es decir, tiene un
recubrimiento mejorado y se puede, por lo tanto, usar en la
producción de materiales de moldeo más complejos. Se ha descubierto
que el material de moldeo de la presente invención que tiene un peso
de fibra de 3.500 g/m^{2} tiene un mejor recubrimiento que una
preimpregnación convencional comparable con un peso de fibra de
1.700 g/m^{2}.
Además, se ha descubierto que el material de
moldeo de la presente invención muestra una tendencia
considerablemente inferior a conectar detalles en un material de
moldeo. Sin ánimo de adherirse a ninguna teoría, se cree que esto es
debido a las capacidades de los pliegues a deslizarse los unos sobre
los otros durante las etapas de consolidación y endurecimiento.
Además, incluso si no se produce la conexión, el material de moldeo
de la presente invención tiende a rellenar cualquier área conectada
con resina en lugar de dejar un hueco en el laminado. De nuevo, sin
ánimo de adherirse a ninguna teoría, se cree que esto es debido al
hecho de que el hueco potencial ha sido evacuado por las excelentes
propiedades de transporte del aire del material de la invención y de
este modo la resina puede llenar el hueco potencial puesto que no
hay aire atrapado. Por este medio se puede obtener un producto
acabado de gran calidad.
Es en contraste con los materiales
convencionales, donde se pueden observar las imperfecciones en la
superficie del material de moldeo en áreas complejas de molde, tales
como las esquinas debido a la conexión de áreas del molde por el
material de moldeo. Por lo tanto, es posible usar el material de
moldeo de la presente invención en la producción de formas más
complejas de las que se han podido conseguir hasta ahora.
En las preimpregnaciones convencionales que se
han procesado bajo consolidación al vacío, es importante evitar las
áreas secas de las fibras de refuerzo puesto que generalmente no se
empapan completamente durante la producción de la preimpregnación lo
cual puede conducir a unas áreas de debilidad en los productos
acabados. Sin embargo, cuando se usan los materiales de moldeo de la
presente invención, la capa fibrosa no se empapa específicamente
durante la producción de la preimpregnación sino que se emparará
completamente durante el procesamiento.
Puesto que el material de moldeo mejorado de la
presente invención muestra estas características mejoradas, es
posible usar preimpregnaciones más pesadas que las que han sido
posibles utilizar usando tecnología convencional de preimpregnación.
Con la tecnología convencional, incluso cuando se producen pesos
pesados, son difíciles de manejar y por lo tanto no son deseables.
Sin embargo, puesto que los materiales de moldeo de la presente
invención muestran características de recubrimiento mejoradas,
incluso las preimpregnaciones más pesadas se pueden manejar con
facilidad.
En una realización de la invención las
propiedades adhesivas de la capa de resina pueden ser suficientes
para retener la capa fibrosa como quiera que formada en posición.
En otra realización la capa fibrosa puede estar retenida contra la
capa de resina mediante un adhesivo. Se entenderá que el adhesivo no
previene el desplazamiento de la resina dentro de la capa fibrosa
durante la producción del producto.
La presencia del agente de
pegajosidad/aglo-
merante sirve para una serie de funciones. En primer lugar, puede proporcionar un grado de pegajosidad a las superficies del material, ayudando por lo tanto a las capas adyacentes de material a mantenerse juntas durante el procesamiento.
merante sirve para una serie de funciones. En primer lugar, puede proporcionar un grado de pegajosidad a las superficies del material, ayudando por lo tanto a las capas adyacentes de material a mantenerse juntas durante el procesamiento.
En segundo lugar, la presencia del agente de
pegajosidad/aglomerante sirve para estabilizar las capas fibrosas y
de este modo mejorar la integridad de la superficie de la
preimpregnación. Esto es particularmente importante cuando las capas
fibrosas sobre las caras de la impregnación mejorada están hechas a
partir de mechas o estopas puras de fibras en lugar de materiales
tejidos o cosidos. El material de esta realización puede tener
características mejoradas de manejo y puede ser menos probable que
sea dañado al ser manejado antes del moldeo.
Cuando está presente un agente de
pegajosidad/
aglomerante, también sirve de agente de endurecimiento entre pliegues.
aglomerante, también sirve de agente de endurecimiento entre pliegues.
La disposición de la estructura de las fibras en
la capa fibrosa o de la propia capa fibrosa se puede alterar
dependiendo de las propiedades requeridas que se van a mostrar en el
producto final acabado. Por ejemplo, cuando el producto ha de ser un
molde compuesto de compresión de gran rendimiento, es preferible
usar áreas discretas de refuerzo en lugar de longitudes continuas.
Convencionalmente, estas pequeñas áreas son de una dimensión
aproximada de 300 mm x 300 mm. Aunque el uso de materiales fibrosos
con áreas discretas de refuerzo ofrece una serie de ventajas, en el
pasado no han sido generalmente aceptados por los fabricantes puesto
que su uso requiere mucha mano de obra. Este es particularmente el
caso cuando la pieza de moldeo es de gran dimensión y comprende
diversas capas. A este respecto, se observará que en la fabricación
de, por ejemplo herramientas compuestas, la pieza de moldeo se
puede hacer con aproximadamente 20 capas y tener entre 20 y 50
m^{2} de superficie.
Los paneles discretos de material fibroso usados
para formar la capa fibrosa del material de moldeo de la presente
invención son preferiblemente cuadrados de 300 mm x 300 mm. Cuando
el material de moldeo comprende dos capas fibrosas situadas sobre
caras opuestas de la capa de resina, los paneles discretos se
disponen preferiblemente de manera que las uniones entre los paneles
sobre la capa superior estén escalonadas a partir de las que están
entre los paneles en la capa inferior. De este modo no se pone en
peligro la resistencia inherente del material.
Se entenderá que un material de moldeo de acuerdo
con la presente invención se puede formar fácilmente depositando
piezas de material fibroso, del tamaño deseado sobre la capa de
resina. De este modo de acuerdo con una realización alternativa
adicional de la presente invención se proporciona un material de
moldeo en el cual la o cada capa fibrosa comprende piezas discretas
de material fibroso.
La ventaja asociada a los materiales formados de
esta manera es que el fabricante puede aplanar simplemente el
material y se elimina la necesidad de fijar por separado, por
ejemplo, cuadrados de material fibroso. Como con los materiales
convencionales, los materiales con estas superficies discretas de
fibra se hunden para adaptarse al perfil de la herramienta y se
minimiza el riesgo de conectar áreas del molde que conducen a la
formación de huecos. La longitud reducida de las fibras presente en
un material de este tipo reduce también las tensiones que pueden
surgir en el laminado acabado. Estas tensiones son el resultado de
la contracción térmica o de endurecimiento y pueden dar como
resultado la delaminación o incluso el cambio de forma de la
herramienta.
En una realización alternativa se proporciona un
material de moldeo para su uso en la producción de una capa de
superficie que comprende una capa de resina con una capa fibrosa
unida a cada superficie de la misma. El material unido a una
superficie es preferiblemente un material tejido y la capa unida a
la superficie opuesta es preferiblemente un material no tejido, una
capa fibrosa ligera, típicamente de 20 g/m^{2}.
Los materiales de moldeo de la presente invención
se pueden formar fácilmente poniendo en contacto la capa de resina
con la o cada capa fibrosa.
El peso de la resina revestida sobre el soporte
dependerá de las propiedades requeridas de la preimpregnación
acabada. Sin embargo, el peso va generalmente de 20 a 1.200
g/m^{2}.
El sustrato revestido puede pasar sobre una placa
de enfriamiento a aproximadamente 50ºC para reducir la temperatura
de la resina.
Cuando se desea formar un material de moldeo con
capas fibrosas situadas sobre ambos lados de la capa de resina, hay
diversos procedimientos disponibles. En un procedimiento, se forman
dos preimpregnaciones tal como se ha descrito anteriormente, los
sustratos se retiran y las dos preimpregnaciones se combinan
entonces con los dos lados resinosos colocados juntos de tal manera
que los lados fibrosos están situados el uno aparte del otro para
que de este modo estén sobre las caras exteriores del sándwich
resultante. Cuando las dos capas de resina se unifican, el material
de moldeo resultante tiene una capa de resina central unida sobre
cada cara a una capa fibrosa.
En una disposición alternativa, un material de
moldeo que comprende una capa de resina y una única capa fibrosa
producida tal como se ha descrito anteriormente es girada de manera
que descansa sobre la capa fibrosa seca, se retira el soporte y
entonces se puede colocar una capa fibrosa sobre la superficie de
resina expuesta.
En un procedimiento alternativo para formar el
material de moldeo multicapa, se reviste una tela o un tejido
portador sobre ambos lados con una película de resina y se combinan
las capas fibrosas secas sobre cada cara de la película de
resina.
En un procedimiento alternativo adicional, se
deposita una capa fibrosa tal como un soporte y la capa de resina se
reviste entonces sobre el mismo. La segunda capa fibrosa se puede
entonces depositar fácilmente sobre la superficie expuesta.
El procedimiento se puede mecanizar y puede ser
un procedimiento por lotes o un procedimiento continuo.
Los resultados particularmente mejorados en el
procesamiento del material de la presente invención se pueden
obtener si se tiene cuidado de garantizar que las capas fibrosas
secas están en contacto con un sistema de vacío para garantizar que
el aire arrastrado puede ser totalmente evacuado. Un procedimiento
para obtener el contacto entre las capas fibrosas secas y el sistema
de vacío es cortar el material de moldeo de la presente invención
más grande de lo que es convencional y a continuación unirlo al
sistema de vacío a través de un medio que deja pasar el aire. Los
medios apropiados incluyen un material transpirable no tejido, un
material transpirable tejido o cordones o estopas fibrosos secos.
Los materiales transpirables apropiados no tejidos incluyen material
afieltrado de nylon de 150 g/m^{2}.
Las dos superficies tejidas se empapan
generalmente durante el procedimiento de consolidación. Se puede
usar cualquier material textil tejido apropiado. Sin embargo, en una
realización particularmente preferida se selecciona el material por
tener una buena estabilidad a la luz y por mejorar el aspecto del
producto acabado.
El material de moldeo de la presente invención se
puede almacenar fácilmente hasta que se necesite. La vida útil
dependerá del sistema de resina. Es preferible que el material se
almacene a temperaturas inferiores a cero (más preferiblemente -18ºC
a -4ºC). A temperatura ambiente, el producto tiene una vida útil de
entre 5 y 55 días, dependiendo del sistema de resina y del peso de
la fibra. Después de concluir el periodo de vida útil, el producto
todavía se puede usar pero tiene las características y las
propiedades de las preimpregnaciones convencionales.
Los materiales de moldeo de la presente invención
o fabricados según el segundo aspecto de la presente invención se
pueden usar solos, laminados con otras capas de material de moldeo
de la presente invención o laminados con materiales de
preimpregnación convencionales. Los materiales se pueden procesar
por cualquier procedimiento apropiado y se endurecen preferiblemente
mediante una técnica de procesamiento al vacío para formar laminados
de alta calidad.
Otra ventaja del material de moldeo de la
presente invención es que la sección gruesa, es decir, la que tiene
un espesor superior a 4 mm, preferiblemente aproximadamente 10 mm,
se puede producir en una única operación sin ningún requisito de
etapas intermedias de apelmazado de consolidación.
Cuando se va a revestir una superficie vertical
de molde, se usa preferiblemente una combinación del material de
moldeo de la presente invención con preimpregnaciones convencionales
puesto que la gran pegajosidad del material convencional ayudará a
mantener el material de la presente invención en su sitio.
Alternativamente, se puede usar un material de moldeo de la presente
invención revestido con agente de pegajosidad/aglomerante.
El material de moldeo de la presente invención es
particularmente apropiado para su uso en combinación con la cinta de
preimpregnación. La combinación del material de moldeo de la
presente invención y la cinta de preimpregnación es particularmente
ventajosa puesto que el material de la presente invención permite
que la cinta transpire de manera que reduce la formación de huecos o
incluso la elimina. Además, la realización permite incluso usar
cintas de baja calidad con fibras seca o parcialmente empapadas
puesto que al endurecerse las fibras se empaparan completamente para
de este modo formar un laminado de gran calidad.
En uso, una vez que las capas del lamina se han
depositado dentro del molde, la resina se endurece. Es deseable
seleccionar un programa de endurecimiento, con lo cual la
temperatura se mantiene en un punto en el cual la viscosidad de la
resina es baja. El programa de endurecimiento seleccionado dependerá
de la resina usada.
Si fuese necesario se puede aplicar un
revestimiento a la pieza de moldeo. El revestimiento puede
comprender un sistema convencional de revestimiento con gel. Los
sistemas apropiados de revestimiento de gel incluyen resina
epoxídica con la incorporación de una variedad de materiales de
carga y pigmentos. Los revestimientos de gel de poliéster o éster
de vinilo también se pueden usar.
Aunque estos revestimientos de gel, proporcionan
resultados satisfactorios, requieren mucha mano de obra. Se ha
descubierto actualmente que se puede obtener un revestimiento
mejorado mediante el uso de un material de moldeo modificado de la
presente invención, el cual e usa como la capa más cercana al molde.
El material de moldeo modificado comprende una capa de resina con un
material textil tejido ligero sobre una cara y una tela no tejida
sobre la otra cara. Este material aplicado a una herramienta con el
material textil tejido orientado hacia el molde y apoyado con un
material de moldeo convencional o un material de moldeo de acuerdo
con la presente invención proporciona una superficie de gran calidad
sustancialmente libre de poros o porosidad de superficie.
El material de moldeo de la presente invención se
puede usar solo o laminado con una o más capas de material de moldeo
de acuerdo con la presente invención o materiales de moldeo
convencionales.
Los materiales de moldeo de la presente invención
se pueden usar en la producción de una gran gama de productos. Los
ejemplos incluyen los productos usados en la industrial naval tal
como cascos, mástiles, piezas de repuestos para barcos; la
industria aerospacial tal como piezas de fuselaje; la industrial del
motor tal como piezas de la carrocería de coches, furgonetas o
camiones; la industria deportiva tal como tablas de surf, tablas de
winsurf, y otros equipamientos deportivos tales como bicicletas o
palos de hokey, y los usados en otras industrias tales como las
herramientas compuestas, los tubos compuestos y hojas de turbinas
tales como las usadas en los aerogeneradores.
Claims (23)
1. Un material multicapa de moldeo que forma una
preimpregnación preformada adaptado para su uso en múltiples capas,
comprendiendo dicho material multicapa de moldeo una capa de
material de resina,
caracterizado porque la capa de material
de resina comprende una primera capa fibrosa unida a la superficie
superior del mismo y una segunda capa fibrosa unida a la superficie
inferior del mismo poniendo en contacto la capa de resina y las
respectivas capas fibrosas, con lo cual las superficies exteriores
del material de moldeo están libres de resina y secas al tacto para
permitir que el aire atrapado salga de dicho material multicapa de
moldeo durante el tratamiento de dicho material.
2. Un material multicapa de moldeo de acuerdo con
la reivindicación 1, caracterizado porque la primera y la
segunda capa están formadas a partir del mismo material.
3. Un material multicapa de moldeo de acuerdo con
la reivindicación 1, caracterizado porque la primera y la
segunda capa están formadas a partir de diferentes materiales.
4. Un material multicapa de moldeo de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado
porque la o cada capa fibrosa está parcialmente impregnada de
resina.
5. Un material multicapa de moldeo de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado
porque se aplica un agente de pegajosidad/aglomerante a una o ambas
superficies exteriores de al menos una capa fibrosa.
6. Un material multicapa de moldeo de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado
porque la capa fibrosa es continua.
7. Un material multicapa de moldeo de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado
porque la capa fibrosa es discontinua.
8. Un material multicapa de moldeo de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado
porque el material de resina comprende un polímero de
termoendurecimiento.
9. Un material multicapa de moldeo de acuerdo con
la reivindicación 8, caracterizado porque el polímero de
termoendurecimiento se selecciona a partir de sistemas epoxídicos,
de poliéster, éster de vinilo, poliimida, éster de cianato,
fenólicos y bismaleimida, las modificaciones de los mismos y las
mezclas de los mismos.
10. Un material multicapa de moldeo de acuerdo
con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9,
caracterizado porque la o cada capa fibrosa está formada a
partir de fibras de vidrio, fibras de carbono, fibras de
polietileno, fibras de aramida, fibras naturales o fibras naturales
modificadas.
11. Un material multicapa de moldeo de acuerdo
con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10,
caracterizado porque las fibras de la capa o las capas
fibrosas son unidireccionales.
12. Un material multicapa de moldeo de acuerdo
con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11,
caracterizado porque las fibras de la capa o las capas
fibrosas son de material textil tejido.
13. Un material multicapa de moldeo de acuerdo
con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12,
caracterizado porque una o más capas fibrosas del material
son una preimpregnación.
14. Un material multicapa de moldeo de acuerdo
con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que
dichas capas fibrosas están sujetas a dicha capa de resina por la
pegajosidad inherente de las superficies adyacentes de la capa de
resina.
15. Un material multicapa de moldeo para su uso
en la producción de una capa de superficie que comprende un material
multicapa de moldeo de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 14.
16. Un material multicapa de moldeo para usar en
la producción de una capa de superficie de acuerdo con la
reivindicación 15 en el que una capa fibrosa tejida está unida a una
superficie y una capa fibrosa no-tejida está unida a
la superficie opuesta.
17. Un procedimiento para formar un material
multicapa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a
16, poniendo las capas fibrosas en contacto con la capa de
resina.
18. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 17, caracterizado porque se permite que el
aire atrapado salga de dicho material multicapa de moldeo durante el
procesamiento al vacío del material.
19. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 17 o la reivindicación 18, caracterizado
porque la resina mezclada con un catalizador y cualesquiera aditivos
está revestida sobre un soporte antes de entrar en contacto con la
capa fibrosa.
20. Un artículo de fabricación producido a partir
del material de moldeo de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 16 o fabricado de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 17-19.
21. Un artículo de acuerdo con la reivindicación
20, caracterizado porque el contenido de huecos del artículo
es inferior al 2%.
22. Un artículo de acuerdo con la reivindicación
21, caracterizado porque el contenido de huecos del artículo
es inferior al 0,5%.
23. Un procedimiento para formar el artículo de
fabricación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
20-22 en el que el material de moldeo se pone en
contacto con un molde y se permite que endurezca.
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