ES2252082T3 - Tela reforzada. - Google Patents
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Abstract
Una tela (10) que comprende elementos alargados (12) de metal y material termoplástico (14), estando dicho material termoplástico (14) presente en un volumen de al menos el 40% del volumen total de dicho tela (10), caracterizada porque al menos parte de sus elementos alargados (12) de metal son cordones de metal, que tienen una elongación de más del 0, 3% comparada con la longitud inicial del cordón de metal cuando se aplica una fuerza del 10% de la fuerza total de ruptura de dicho cordón de metal.
Description
Tela reforzada.
La invención se refiere a una tela que comprende
cordones de metal y material termoplástico.
A pesar de que se han realizado muchos esfuerzos
para reforzar plásticos, existe una considerable necesidad de
artículos reforzados que combinen las características de tener una
alta resistencia y un peso ligero. Además, para ciertas aplicaciones
puede ser deseable que el polímero reforzado pueda ser flexionado o
doblado para darle forma.
Se han intentado varios métodos para reforzar
materiales termoplásticos con metal, incluyendo el uso de varillas
de metal o chapas de metal. El documento WO99/10174 describe un
artículo termoplástico en la forma de un material laminar, obtenido
aplicando calor y presión a una pieza laminada que comprende una
lámina superior de un material de copoliester, alambre metálico,
varillas o barras y una lámina inferior de un material de
copoliester.
El documento US 5212010 describe una tela que
comprende fibras recubiertas de resina, tejidas entre sí, tales como
fibras metálicas.
El documento
EP-A-0758693 describe una tela de
acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
Es un objeto de la presente invención
proporcionar una tela que comprende cordones alargados de metal y un
material termoplástico. Esta tela puede ser utilizada para fabricar
artículos reforzados.
Es un objeto adicional formar artículos
reforzados con metal caracterizados por una alta relación
resistencia a peso.
También es un objeto alcanzar una buena adhesión
entre el metal y el material termoplástico.
Además, es un objeto proporcionar un método para
la fabricación de artículos reforzados.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente
invención se proporciona una tela que comprende elementos alargados
de metal y un material termoplástico. Al menos parte de los
elementos alargados de metal son cordones de metal.
El material termoplástico funciona como elemento
de relleno. Después de aplicar calor y/o presión a la tela, el
material termoplástico rellena los intersticios entre los cordones
de metal. Esto significa que el material termoplástico deber estar
presente en un volumen suficiente para rellenar estos intersticios.
Por consiguiente, el material termoplástico está presente en un
volumen de al menos el 40% del volumen total de la tela. Más
preferiblemente, el volumen del material termoplástico es el 50% del
volumen total de la tela. El volumen total de la tela tiene que
considerarse como el volumen de los cordones de metal y el volumen
del material termoplástico del cual está hecha la tela.
Cualquier material termoplástico puede ser
considerado como elemento de relleno. Por material termoplástico se
quiere decir 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), poliéster, poliamida (PA),
polimida (PI), policarbonato (PC), acrilonitrilo de estireno (SAN),
acrilonitril–butadieno-estireno (ABS), poliuretano
termoplástico (TPU), poliolefinas termoplásticas (TPO),
copoliésteres termoplásticos, copolímeros de estos polímeros o
materiales similares.
El material polímero puede estar presente en la
tela como filamentos. Alternativamente, el material termoplástico
puede estar presente como un recubrimiento sobre los cordones de
metal o sobre cierto número de cordones de metal formando tiras. El
volumen total de material termoplástico presente como filamento y/o
recubrimiento alcanza al menos el 40% del volumen total de la tela.
Además del material termoplástico presente en la tela, también se
puede aplicar material termoplástico sobre la tela.
Filamentos adecuados son por ejemplo filamentos
de poliamida, filamentos de polietileno, filamentos de polipropileno
o filamentos de poliéster.
Para el propósito de esta solicitud, un filamento
tiene que entenderse como un elemento alargado de un material
termoplástico. Este puede tener distintas secciones transversales,
tales como circular, ovalada, rectangular. Las tiras hechas a partir
de un material termoplástico son también adecuadas.
Pueden tejerse entre sí diferentes filamentos
para formar una hebra de filamentos.
Una tela puede entenderse como una estructura
tejida, hecha de punto o galoneada.
Puede utilizarse cualquier metal para
proporcionar los elementos alargados de metal. Preferiblemente, se
utilizan aleaciones tal como acero con alto contenido en carbono o
aleaciones de acero inoxidable.
Al menos parte de los elementos alargados de
metal son cordones de metal, tales como cordones de acero.
Se da preferencia a los cordones de acero con una
superficie grande y áspera de manera que se aumente el anclado
mecánico en la matriz. Ejemplos son cordones 3x3 ó 7x3.
Los cordones de múltiples hilos son preferidos a
los cordones de un único hilo.
Cordones adecuados son cordones de alta
elongación y cordones de alto impacto.
Además de los cordones metálicos, en la tela
pueden estar presentes alambres metálicos. Los alambres pueden tener
varias secciones transversales y geometrías, pueden ser por ejemplo
circulares, ovalados o planos.
La resistencia a la tracción de los elementos
metálicos es preferiblemente mayor que 1.500 N/mm^{2}. El rango de
resistencia a la tracción es por ejemplo entre 1.500 N/mm^{2} a
3000 N/mm^{2} o incluso más.
Puede desearse utilizar cordones de metal que
tienen una elongación estructural. Los cordones de metal preferidos
tienen una elongación de más del 0,3%, por ejemplo 1%, comparada con
la longitud inicial del cordón de metal sobre el que se aplica una
fuerza de al menos el 10% de la fuerza total de ruptura de estos
elementos. La elongación de estos cordones de metal es debida a la
deformación estructural de los cordones de metal.
El uso de este tipo de cordones de metal
proporciona la ventaja de que se mejoran las proporciones de doblado
de la tela. Cuando una tela que comprende cordones de metal que
tienen una deformación estructural es sometida a un proceso de
formación, la fuerza necesaria para formar la tela en un artículo
reforzado conformado es parcialmente utilizada para alargar el
cordón de metal. La fuerza aplicada alargará el cordón de metal
eliminando parcialmente la deformación estructural. Una deformación
estructural puede ser una ondulación, bien uni o multidireccional.
Otra deformación puede ser obtenida utilizando un cordón de metal
que tiene una forma en espiral.
Pueden considerarse diferentes realizaciones de
una tela de acuerdo con la presente invención.
Un primer grupo consiste en telas que comprenden
cordones de metal y filamentos de polímero de un material
termoplástico.
La tela puede ser, por ejemplo, una estructura
tejida, galoneada o hecha de punto.
Algunos ejemplos de estructuras tejidas son:
- -
- Una tela en la cual cordones de metal forman la urdimbre, mientras que los filamentos de polímero forman la trama, o viceversa, filamentos de polímero forman la urdimbre y cordones de metal forman la trama.
- -
- Una tela en la cual la trama y/o la urdimbre están formadas mediante una combinación de cordones de metal y filamentos de polímero.
Por ejemplo, los filamentos de urdimbre
comprenden a su vez un cordón de metal y un filamento de
polímero.
El número de cordones de metal o filamentos de
polímero de la urdimbre y la trama pueden variarse.
Un segundo grupo de telas comprende telas hechos
a partir de cordones de metal recubiertos con un material
termoplástico.
El recubrimiento de un cordón de metal puede ser
aplicado mediante cualquier medio convencional.
Un posible método de recubrimiento es la
extrusión.
Para el propósito de la invención un cordón de
metal recubierto tiene que entenderse como un elemento
sustancialmente rodeado por al menos una capa de un material
termoplástico.
Esto significa que puede realizarse también
enrollando hilos o filamentos termoplásticos alrededor de un cordón
de metal.
Puede ser deseable que los cordones de metal
estén recubiertos con un número de capas consecutivas de un material
termoplástico. El material más próximo a la superficie de metal
tiene un módulo elástico que se aproxima al módulo del cordón de
metal, mientras que la capa exterior de material termoplástico tiene
un módulo que se aproxima al módulo del material en el que está(n)
embebido(s) el cordón o cordones. En este caso, hay capas de
un material termoplástico presentes entre la capa más interna y más
externa, los módulos de estas capas cambian gradualmente. Mediante
este número consecutivo de capas presentes alrededor del cordón de
metal, se evita la deslaminación.
La tela puede ser una estructura tejida,
galoneada o hecha de punto.
Ejemplos de estructuras tejidas son:
- -
- Una tela en la cual la urdimbre y/o la trama están formadas por cordones de metal recubiertos.
- -
- Telas en las cuales la urdimbre y/o la trama son una combinación de cordones de metal y cordones de metal recubiertos o una combinación de filamentos de polímero y cordones de metal recubiertos.
Un tercer grupo comprende telas hechas de
tiras.
Una tira comprende dos o más cordones de metal
embebidos en una matriz de un material termoplástico. Los cordones
de metal están preferiblemente situados paralelamente en el plano de
la tira. Un posible método de fabricación de tal tira es mediante
coestrusión.
Además del material termoplástico presente en la
tela, también puede aplicarse material termoplástico en la tela,
bien una tela del grupo uno, dos o tres.
Variando el número de filamentos de polímero en
la tela, puede influirse en el diámetro de los filamentos de
polímero y/o grosor del recubrimiento, y la cantidad de material
termoplástico. Según se describió anteriormente el volumen total de
material termoplástico presente en la tela es al menos el 40% del
volumen total de la tela.
En el caso de una tela tejida, la cantidad de
material termoplástico puede verse influida adicionalmente variando
la estructura de tejido o el factor de tejido, bien de la urdimbre o
de la trama o de ambas, o variando el número de filamentos o
cordones de metal por unidad de longitud de la tela en la dirección
de trama o urdimbre.
El factor de tejido se define como la relación de
la longitud de filamentos a la longitud de estructura tejida.
Las telas pueden comprender adicionalmente fibras
de vidrio, fibras orgánicas tales como fibras de carbono y/o fibras
de vidrio o fibras orgánicas recubiertas con un material
termoplástico.
Para mejorar la resistencia a la corrosión de los
cordones de metal, los cordones de metal pueden estar recubiertos
con una capa metálica de recubrimiento tal como zinc o una aleación
de zinc tal como latón. Otra aleación adecuada es una aleación que
comprende de 2 a 10% de aluminio y 0,1 a 0,4% de un elemento de
tierra rara tal como La y/o Ce.
Con objeto de asegurar una buena adhesión entre
el metal y el material termoplástico, puede aplicarse un promotor de
la adhesión en el cordón de metal.
Posibles promotores de la adhesión son agentes
bifuncionales de acoplamiento tales como compuestos de silano. Un
grupo funcional de estos agentes de acoplamiento es responsable del
aglutinamiento con el metal u óxidos de metal; el otro grupo
funcional reacciona con el polímero.
Más detalles acerca de estos agentes de
acoplamiento pueden encontrarse en la solicitud PCT
WO-A-99/20682.
Otros promotores de adhesión adecuados son los
aluminatos, zirconatos o titanatos.
El uso eventual de una tela de acuerdo con la
invención es para fabricar artículos reforzados.
Con objeto de fabricar una lámina reforzada o un
artículo reforzado, una tela que comprende los cordones de metal y
el material termoplástico es sometido a una temperatura y/o presión
suficiente para provocar que el material polímero fluya y rellene
los intersticios entre los filamentos de metal. Esto puede hacerse
en una etapa o puede requerir etapas sucesivas.
Alternativamente, una estructura estratificada,
que comprende un número de telas de acuerdo con la invención
llevados a entrar en contacto entre sí, es sometida a un tratamiento
de calor y/o presión.
La tela o estructura estratificada es calentada
hasta una temperatura que permite que el material termoplástico se
suavice y fluya. La temperatura permanece por ello más baja que el
punto de fusión de los cordones de metal. El calor y/o presión
pueden ser aplicados, por ejemplo, alimentando la tela a través de
cilindros de presión.
Puesto que los cordones de metal tienen una alta
conductividad térmica y eléctrica, los propios cordones de metal
pueden ser también utilizados para calentar y suavizar el material
termoplástico. Esta última forma de calentar puede ser considerada
como muy eficiente puesto que reduce el tiempo para suavizar el
material termoplástico.
Después de aplicar calor y/o presión a la tela o
a la estructura estatificada, el material termoplástico ha rellenado
preferiblemente los intersticios entre los cordones de metal y más
preferiblemente los cordones de metal están completamente embebidos
en el material termoplástico.
Durante la fabricación de un artículo reforzado,
una tela de acuerdo con esta invención tiene la ventaja de que puede
ser flexionada o doblada hasta darle forma.
Esto puede ser realizado por ejemplo colocando
una tela o posiblemente una estructura estratificada que comprende
cierto número de telas, en una prensa, posiblemente en una prensa
calentada.
Alternativamente, un artículo reforzado dotado de
forma puede ser fabricado en dos etapas sucesivas. En una primera
etapa puede obtenerse una lámina reforzada aplicando calor y/o
presión a una tela de acuerdo con la invención y en una segunda
etapa, esta lámina reforzada puede ser reforzada para obtener un
artículo reforzado.
Posibles procesos de formación son formación por
prensado, moldeo de fluidos, termodoblado y formación de
membranas.
En una operación de formación por prensado
(estampado) una tela o una lámina reforzada es calentada hasta la
temperatura de proceso y estampada para darle forma en una
herramienta de dos piezas bajo presión.
En una operación de moldeo de fluidos (moldeo)
una tela o una lámina reforzada es calentada hasta la temperatura de
proceso, colocada en una herramienta de dos piezas y entonces la
cavidad del molde es rellenada bajo presión con una matriz de
polímero que fluye entre cada rebaje del molde.
En una operación de termodoblado, una tela o
lámina reforzada es calentada localmente y doblada.
En una operación de formación de membrana un
autoclave a presión es utilizado para drapear la tela precalentada o
lámina reforzada con una herramienta.
El artículo reforzado puede estar adicionalmente
embebido en una matriz de material termoplástico bien antes o
después del proceso de formación. Un método posible para realizar
esto es llevando a la tela a entrar en contacto con una lámina
termoplástica bien en un lado o bien en el lado superior y el lado
inferior de una tela. De este modo se forma una estructura
laminada.
Las láminas termoplásticas son ligadas a la tela,
por ejemplo, presionando la estructura laminada a través de
cilindros calentados.
Un método alternativo para embeber la tela en una
matriz de un material termoplástico es la sobreinyección o
sobreextrusión.
La invención será ahora descrita más en detalle
con referencia a los dibujos que se acompañan en los cuales:
las figuras 1 a 5 muestran diferentes
realizaciones de telas que comprenden cordones de metal y filamentos
de un material termoplástico;
la figura 6 muestra un cordón de metal
recubierto;
la figura 7 es una ilustración de una tela tejida
que comprende cordones de metal recubiertos;
la figura 8 muestra una tira, que comprende
cierto número de miembros alargados de metal embebidos en una matriz
de material termoplástico;
la figura 9 ilustra una tela tejida que comprende
tiras.
Las figuras 1 a 5 son ilustraciones de telas de
acuerdo con el primer grupo de telas, que comprenden cordones de
metal y filamentos de polímeros de un material termoplástico.
La figura 1a muestra una tela tejida 10. Cordones
12 de metal forman la urdimbre, mientras filamentos 14 de polímero
tales como filamentos de poliamida forman la trama. Los cordones de
metal son por ejemplo cordones de acero de tipo 7x7x0,15. El volumen
total de polímero alcanza el 50% del volumen total de tela.
La figura 1b muestra la sección transversal de
una tela tejida 10.
Las figuras 2 y 3 muestran dos realizaciones de
telas tejidas 20 y 30, en las cuales la trama comprende cordones 22
y 32 de metal y la urdimbre comprende filamentos 24 y 34 de
poliamida.
Los cordones de acero son del tipo 7x3x0,15.
Puede aumentarse el número de filamentos de
polímero con objeto de aumentar la cantidad total de polímero
presente en la tela.
En la figura 3 los cordones de metal que forman
la urdimbre están ampliamente espaciados y están entrelazados por un
haz o grupo 36 de filamentos 34 de polímero.
Los filamentos de polímero podrían estar, por
ello, entrelazados.
La figura 4 muestra una estructura tejida 40 en
la cual los filamentos de trama y urdimbre son una combinación de
cordones de metal y filamentos de polímero. Los filamentos de trama
y urdimbre comprenden a su vez un filamento 42 de acero y un
filamento 44 de polímero.
Podría variarse, por ello, el número de cordones
de metal y el número de filamentos de polímero, bien en la trama o
en la urdimbre.
La figura 5 ilustra una estructura 50 hecha de
punto. Los filamentos 52 de polímero y los cordones 54 se unen
haciendo punto.
Con objeto de aumentar el volumen de material
termoplástico, el material termoplástico se puede aplicar en la
tela.
La figura 6 muestra un cordón 64 de acero en el
que se aplica un recubrimiento de un material termoplástico 66.
La figura 7 es una realización del segundo grupo
de telas.
Tanto la trama como la urdimbre de la tela tejida
70 comprenden cordones coextruidos 72 de acero.
La figura 8 muestra una tira 80, que comprende
cierto número de cordones alargados 82 de metal embebidos en una
matriz de un material termoplástico 84.
La figura 9 es una ilustración de realizaciones
del tercer grupo de telas. Muestra una estructura tejida 90 que
comprende tiras coextruidas 92 de acero.
La adhesión entre el cordón de metal y el
material termoplástico podría determinarse llevando a cabo un ensayo
de adherencia.
En este ensayo, se determina la fuerza necesaria
para empujar fuera de la matriz un cordón de metal, que está
embebido por un extremo en una matriz de material termoplástico
sobre una longitud corta y bien controlada. La longitud del cordón
de metal sumergida en el material termoplástico fue 12,7 mm.
Se embeben dos tipos de cordones de acero, más
particularmente del tipo 7x3x0,15 y 2x0,3 en diferentes matrices.
Los materiales termoplásticos considerados en el ensayo son
poliamida (PA), policarbonato (PC), poli(tereftalato de
etileno) (PET), polietileno (PE), polipropileno (PP) y poliuretano
termoplástico.
Para el cordón del tipo 7x3x0,15 embebido en una
matriz de PA, PC o PET, se obtuvo una buena adhesión. La fuerza de
extracción equivale a la resistencia de tracción del cordón de
7x3x0,15. El 100% de los cordones de acero se rompieron mientras se
extraían.
Si el cordón está recubierto con latón o zinc, la
adhesión del material termoplástico puede mejorarse
adicionalmente.
Para el cordón de tipo 2x0,3, la mejor adhesión
se obtuvo con PET como matriz.
Si se comparan los resultados de los dos tipos de
cordones de acero ensayados, el cordón del tipo 7x3x0,15 proporciona
la mejor adhesión.
Parece que un cordón con una gran superficie
específica proporciona un mejor anclaje en la matriz y como
consecuencia tal cordón proporciona una buena adhesión.
Claims (14)
1. Una tela (10) que comprende elementos
alargados (12) de metal y material termoplástico (14), estando dicho
material termoplástico (14) presente en un volumen de al menos el
40% del volumen total de dicho tela (10), caracterizada
porque al menos parte de sus elementos alargados (12) de metal son
cordones de metal, que tienen una elongación de más del 0,3%
comparada con la longitud inicial del cordón de metal cuando se
aplica una fuerza del 10% de la fuerza total de ruptura de dicho
cordón de metal.
2. Una tela de acuerdo con la reivindicación 1,
en la cual dicha tela es una estructura tejida, hecha de punto o
galoneada.
3. Una tela de acuerdo con la reivindicaciones 1
ó 2, en la cual dichos cordones de metal son cordones (12) de
acero.
4. Una tela de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en la cual dicho material termoplástico se
selecciona del grupo que consiste en polietileno (PE), polipropileno
(PP), poliestileno (PS), o poli(tereftalato de etileno)
(PET), poli(nafatalato de etileno) (PEN),
poli(tereftalato de butileno) (PBT), poli(cloruro de
vinilo) (PVC), poliéster, poliamida (PA), polimida (PI),
policarbonato (PC), acronitilo de estileno (SAN),
acronitril-butadieno-estireno (ABS),
poliuretano termoplástico (TPU), poliolefinas termoplásticas (TPO),
copoliesteres termoplásticos o copolímeros de estos polímeros.
5. Una tela de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en la cual dicha tela comprende cordones
(12) de metal y filamentos (14) de polímero, estando dichos
filamentos (14) de polímero hechos de un material termoplástico.
6. Una tela de acuerdo con la reivindicación 5,
en la cual dicha tela es una estructura tejida (40), que comprende
una trama y una urdimbre, comprendiendo al menos una de la urdimbre
o trama dichos filamentos de polímero (44).
7. Una tela de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 4, en la cual dicha tela comprende cordones
(64) de metal recubiertos con material termoplástico (66).
8. Una tela de acuerdo con la reivindicación 7,
en la cual dicho tela es una estructura tejida, que comprende una
urdimbre y una trama, comprendiendo al menos una de la urdimbre o
trama cordones de metal recubiertos con material termoplástico.
9. Una tela de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en la cual dicha tela comprende tiras (80),
comprendiendo dichas tiras (80) al menos dos cordones alargados (82)
de metal embebidos en una matriz de material termoplástico (84).
10. Una tela de acuerdo con la reivindicación 9,
en la cual dicha tela es una estructura tejida que comprende una
urdimbre y una trama, comprendiendo al menos una de la urdimbre o la
trama dichas tiras (80).
11. Una tela de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10, en la cual se aplica un material
termoplástico sobre la tela.
12. El uso de una tela de acuerdo con cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 11, para la fabricación de un artículo
reforzado.
13. Un método para fabricar un artículo reforzado
que comprende las etapas de:
- -
- proporcionar una tela de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 o proporcionar una estructura estratificada que comprende al menos dos capas, comprendiendo cada capa una tela de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11;
- -
- aplicar calor y/o presión a dicha tela o dicha estructura estratificada para formar dicho artículo reforzado.
14. Un artículo reforzado obtenido aplicando
calor y/o presión a una tela de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11 o a una estructura estratificada que
comprende un cierto número de telas de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11.
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