ES2247831T3 - Materiales de moldeo. - Google Patents

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.

Ejemplo 1

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.

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.

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.