ES2255966T3

ES2255966T3 - Elemento compuesto de construccion de capas multiples, asi como procedimiento para su produccion.

Info

Publication number: ES2255966T3
Application number: ES00890111T
Authority: ES
Inventors: Klaus Krenn
Original assignee: Isosport Verbundbauteile GmbH
Current assignee: Isosport Verbundbauteile GmbH
Priority date: 1999-04-13
Filing date: 2000-04-10
Publication date: 2006-07-16
Anticipated expiration: 2020-04-10
Also published as: EP1044796A2; EP1044796B1; DE50012049D1; EP1044796A3; AT409946B; ATA64699A

Abstract

Elemento compuesto de construcción de capas múltiples, que consiste en por lo menos una capa de soporte (1), que tiene por lo menos parcialmente un material con una deformación de rotura elástica y plástica, así como un material con una resistencia a la tracción de por lo menos aproximadamente 50 N/mm2 (capa del primer tipo), por lo menos una capa de relleno (3a) con una porosidad más alta (capa del segundo tipo) y por lo menos una capa de unión (3a) que une a éstas, caracterizado porque la capa de unión (3a) tiene una porosidad que va disminuyendo desde la capa de relleno (2a) en dirección hacia la capa de soporte (1) (Figuras 2, 3).

Description

Elemento compuesto de construcción de capas múltiples, así como procedimiento para su producción.

Campo técnico

El invento se refiere a un elemento compuesto de construcción de acuerdo con el concepto precaracterizante de la reivindicación 1, así como a un procedimiento para su producción de acuerdo con el concepto precaracterizante de la reivindicación 3.

Estado de la técnica

Un elemento compuesto de construcción de acuerdo con el concepto precaracterizante de la reivindicación 1 es conocido a partir del documento de solicitud de patente alemana DE 197.24.361 A1. Según éste, unas capas de soporte consistentes p. ej. en una chapa metálica, en particular una chapa de aluminio, son pegadas superficialmente con una capa de relleno en forma de un núcleo de material espumado. A partir de los documentos de solicitud de patente alemana DE 33.39.454 A, de solicitud de patente francesa FR-A 2.351.784, de solicitud de patente británica GB-A-2.066.156 y de patente de los EE.UU. US-A 4.463.043, se conocen asimismo elementos compuestos de construcción de múltiples capas del mismo tipo, así como procedimientos para su producción. En unas condiciones de empleo, en las que el elemento de construcción está sometido a elevadas fuerzas de empuje y respectivamente a altas tensiones térmicas, sin embargo, se desea o se necesita una resistencia de unión entre las capas de los tipos primeros y segundo, que no se puede conseguir sin más con las habituales capas de unión.

Es misión del invento, por lo tanto, proporcionar un elemento compuesto de construcción, que se distinga por una mejorada resistencia de unión, al mismo tiempo que por un modo de producción más sencillo y más racional.

Exposición del invento

La solución conforme al invento del problema planteado por esta misión es determinada por la totalidad de las características de la reivindicación 1 en lo que se refiere al elemento compuesto de construcción, y por la totalidad de las características de la reivindicación 3 en lo que se refiere al procedimiento de producción.

La disposición de una capa de unión con una porosidad que va disminuyendo desde la capa del segundo tipo (capa de relleno) en dirección hacia la capa del primer tipo (capa de soporte), hace posible la mejoría pretendida de la resistencia de unión, entre otras cosas por una disminución de los gradientes de tensión y de deformación en la zona de transición entre las capas. Para las combinaciones, frecuentemente preferidas, de capas metálicas con capas a base de un material espumado polimérico tal como una espuma dura, una mejoría según la misión establecida se establece, por una parte, mediante un microensamble dentado, es decir una unión con continuidad de forma entre el polímero de la capa de unión, es decir la capa del tercer tipo, y el material eventualmente poroso de la capa del segundo tipo, es decir la capa de relleno, y por otra parte mediante una superficie esencialmente ininterrumpida con el substrato compacto junto a la capa de unión para la unión con continuidad de material, por ejemplo mediante adhesión por pegamiento, con la capa muy resistente y muy rígida del primer tipo, es decir la capa de soporte. Además, una capa de unión dimensionada de forma relativamente gruesa permite una rigidización eventualmente necesaria de una contigua capa de soporte de chapa, como se podría conseguir ésta mediante mayores grosores de chapa solamente con un mayor peso. Además, una compacta capa de unión polimérica, a causa de la elasticidad que aquí está disponible sin más, ofrece la ventaja de una estanqueización de la capa de relleno en el caso de la perforación de la capa de soporte por clavado, que p. ej. es usual para planchas de encofrado. A este respecto, se han manifestado universalmente como óptimos, dependiendo del grosor de la capa de relleno, unos intervalos del grosor de las capas de unión que están determinados para las capas de unión poliméricas que se prevén conforme al invento, a saber unos grosores de las capas de unión de por lo menos aproximadamente 5% y, en el caso de más altos requisitos de resistencia mecánica y estanqueidad, preferiblemente de por lo menos aproximadamente 10% del grosor de capa de relleno.

La capa del tercer tipo (capa de unión) puede consistir por lo menos parcialmente en un material polimérico termoplástico. Esto facilita sobre todo la aplicación de tecnologías más eficaces de extrusión y conformación. Además, en combinación con unas capas de relleno consistentes en un material espumado polimérico y en el caso de una presentarse una apropiada estructura de poros, se establece una unión de las capas entre ellas, que es especialmente confiable, a saber con micro-continuidad de forma, en particular que transmite fuerzas de cizalladura.

Formas especiales de realización del invento con ventajas esenciales, se refieren a la estructura de las capas de soporte, es decir de las capas del primer tipo. En lugar de las capas de soporte de chapa, que en sí son usuales en elementos compuestos de construcción, pueden entrar en consideración capas estructuradas en particular como elementos de materiales compuestos, que tienen una masa de base consistente por lo menos parcialmente en un material polimérico, así como una armadura de fibras o alambres, que está empotrada en ésta, con más alta resistencia a la tracción y más alto módulo de elasticidad. También para estas masas de base se prefieren materiales poliméricos termoplásticos. En particular, en un amplio sector de aplicaciones se han acreditado unas capas de soporte que consisten por lo menos parcialmente en un polímero o en un material compuesto polimérico con una deformación de rotura elástica y plástica así como una resistencia a la tracción de por lo menos 50 N/mm^{2} y un módulo de elasticidad en tracción de por lo menos aproximadamente 3 kN/mm^{2}.

La elección del material para las armaduras de fibras ofrece asimismo unas destacadas posibilidades de optimización. En el caso de armaduras de fibras de vidrio se han de preferir además unos valores de la resistencia a la tracción de por lo menos aproximadamente 2.000 N/mm^{2}, preferiblemente de por lo menos aproximadamente 3.200 N/mm^{2}, así como unos valores para el módulo de elasticidad en tracción de por lo menos aproximadamente 50 kN/mm^{2}, ventajosamente de por lo menos aproximadamente 70 kN/mm^{2}. Para solicitaciones más altas, entran en consideración unas armaduras que consisten por lo menos parcialmente en fibras de carbono, y en el caso de una necesidad de una mayor tenacidad y de una mayor insensibilidad frente a los pliegues, también a base de fibras de aramida. Con estos últimos y otros materiales poliméricos muy valiosos, se pueden realizar y conseguir unas armaduras de fibras con una resistencia a la tracción de por lo menos aproximadamente 1.500 N/mm^{2}, preferiblemente de por lo menos aproximadamente 2.600 N/mm^{2}, y con un módulo de elasticidad en tracción de por lo menos aproximadamente 50 kN/mm^{2}, de modo preferido de por lo menos aproximadamente 110 kN/mm^{2}.

Fundamentalmente, sobre todo en el caso de menores requisitos de resistencia mecánica, pero más elevados requisitos de tenacidad, entran en consideración también armaduras a base de fibras metálicas o alambres metálicos, estables frente a la corrosión o que se han revestido de una manera correspondiente. Sin embargo, la resistencia a la tracción debería presentar por lo general unos valores de por lo menos aproximadamente 420 N/mm^{2}, preferiblemente de por lo menos aproximadamente 950 N/mm^{2}, y el módulo de elasticidad en tracción debería presentar unos valores de por lo menos aproximadamente 70 kN/mm^{2}, preferiblemente de por lo menos aproximadamente 200 kN/mm^{2}.

Las armaduras pueden estar estructuradas en forma de un tejido, cañamazo o trenzado con fibras y respectivamente alambres que se han dispuesto, por lo menos por segmentos, formando un ángulo entre sí, preferiblemente por lo menos aproximadamente un ángulo recto. Además, entran en consideración unas armaduras en forma de una estructura de fibras enmarañadas.

Para la capa de relleno, es decir la capa del segundo tipo, se emplea preferiblemente un material espumado polimérico, entrando en consideración predominantemente un material espumado polimérico termoplástico, pero para requisitos especiales también termoestable. Para determinadas optimizaciones, en particular en lo que se refiere a la resistencia mecánica y al peso, y respectivamente en lo que se refiere a la relación entre estos parámetros, se puede prever por lo menos una capa de relleno, que tiene, por lo menos por segmentos, una estructura con un gradiente preestablecido de porosidad.

Breve descripción de los dibujos y una vía para la realización del invento

En la representación gráfica de acuerdo con la Figura 1, la sección transversal de un elemento compuesto de construcción en forma de plancha se representa de una manera esquemática y simplificada. Aquí, junto a las dos superficies de una capa del segundo tipo (2), que está estructurada como capa de relleno de material espumado central, se conforma con continuidad de forma y de material en cada caso una capa del tercer tipo (3) a base de un material polimérico termoplástico. Éstas últimas capas sirven como capas de unión, en cada caso con una capa del primer tipo (1), es decir una denominada capa de soporte, por ejemplo una chapa a base de una apropiada aleación de aluminio tal como por ejemplo Peraluman®, con continuidad de forma y material. De esta manera se establece una plancha de encofrado muy resistente y apta para clavarse, con una considerable rigidez de forma. Las superficies exteriores del elemento compuesto de construcción están provistas de una capa de cubierta (4) estable frente a la corrosión, preferiblemente a base de un material polimérico termoplástico o termoestable.

La Figura 2 muestra una sección transversal de plancha esquemática conforme al invento con una capa del segundo tipo, que tiene por lo menos por segmentos una porosidad p que va disminuyendo desde el centro de la sección transversal en dirección hacia las capas del primer tipo (1) situadas en el exterior, que actúan como capas de soporte, tal como se señala en el diagrama según la Figura 3 a lo largo del grosor x de la sección transversal. Se establecen por consiguiente dos capas, a saber la capa de relleno porosa (2) así como la capa del tercer tipo (3a), que tiene una porosidad casi ínfima con relación a la capa de relleno (2a).

Para la producción de elementos compuestos de construcción se puede emplear una instalación tal como se representa esquemáticamente según la Figura 4.

Para elementos compuestos de construcción, tal como se representan en la Figura 1, en cada caso dos capas del primer tipo (1), en forma de capas de soporte, se aproximan a las superficies exteriores de una estructura de material compuesto, que consiste en la capa del segundo tipo (2) y en las capas del tercer tipo (3), que sirven como capas de unión. Las capas de soporte (1) consisten por ejemplo en bandas de aluminio, tejidos fibrosos o esterillas fibrosas, y se almacenan en los rollos de reserva (7). Las capas (2) y (3), consistentes en un material polimérico termoplástico tal como un polipropileno o copolímeros de polipropileno, y calentadas a un estado apropiadamente plástico, se producen en una instalación de coextrusión (8) de por si usual y se reúnen con las bandas de capas de soporte (1) en una zona de reunión a la entrada de una prensa de doble cinta transportadora (DBP). Antes de la entrada en la prensa de doble cinta transportadora (6), las caras exteriores de las capas de soporte (1) pueden ser provistas adicionalmente de un material polimérico (4). La aplicación se efectúa mediante instalaciones de revestimiento con boquillas (5). En el caso de la utilización de una armadura de fibras, por ejemplo en forma de esterillas de fibras de vidrio, éstas se empotran a continuación (cosa que no se representa) en la capa de material polimérico (4), de manera tal que éstas desempeñan la función de un material de matriz de una estructura de material compuesto. En la prensa de doble cinta transportadora (6), a continuación, todas las capas se transforman mediante carga con presión en una dirección perpendicular a las superficies, en un cuerpo de material compuesto laminar con una unión con continuidad de forma y/o de material entre todas las bandas continuas de las capas. El cuerpo de material compuesto, formado de esta manera, se consolida dentro de la prensa de doble cinta transportadora y respectivamente a continuación de ésta, eventualmente mediando conformación del grosor y/o de la anchura y respectivamente de las aristas, para formar un elemento compuesto de construcción o una pieza en bruto para un elemento compuesto de construcción.

Para la producción de elementos compuestos de construcción conformes al invento del tipo mostrado en la Figura 2, desviándose de lo que antecede, se aportan continuamente a la zona de reunión p. ej. una capa del primer tipo (1) y una capa del segundo tipo, que contiene un material polimérico formador de espuma. Dentro de la sección transversal de la capa del segundo tipo, la activación y/o la dopadura del material polimérico formador de espuma se ajustan de modo decreciente desde el interior de esta capa en dirección hacia la superficie exterior, contigua en cada caso a una capa del primer tipo (1), de manera tal que, por una parte, la capa porosa (2a) y, por otra parte, la capa del tercer tipo (3) se forman con una porosidad casi ínfima en dirección hacia la capa de soporte (1). El ajuste de la porosidad decreciente se efectúa mediante la instalación de coextrusión (8), de tal manera que para la producción de la capa de relleno (2) se emplea una cantidad del material formador de espuma que es alta en comparación con la producción de la capa casi no porosa (3a). La porosidad de la capa (3a) es, distribuida a lo largo de la sección transversal total, como máximo de 10%, en comparación con la capa totalmente no porosa y por consiguiente compacta (3) de la Figura 1.

Por el contrario, la porosidad de la capa de relleno (2a) es por lo menos de aproximadamente 60% en comparación con el material compacto. En la zona de reunión y en la prensa de doble cinta transportadora (6), que sigue a continuación, las capas son transformadas de nuevo, mediando carga con presión, en un cuerpo de material compuesto laminar con una unión con continuidad de forma o bien de material. Adicionalmente, el cuerpo de material compuesto puede ser provisto asimismo de un revestimiento polimérico (4), en el cual, para la formación de una estructura de matriz, se ha colocado una armadura, por ejemplo en forma de esterillas de fibras de vidrio.

A causa de la capa del tercer tipo (3, 3a) los elementos compuestos de construcción, producidos a modo de ejemplo, muestran una mejorada resistencia de unión en comparación con los elementos conocidos, y por lo tanto se pueden someter también a altas fuerzas de empuje y a altas tensiones térmicas, tal como aparecen usualmente en el sector de la construcción.

Aplicabilidad industrial

El elemento compuesto de construcción de múltiples capas, conforme al invento, se distingue, con respecto a los conocidos elementos, por una mejorada resistencia de unión al mismo tiempo que por un modo de producción más sencillo y más racional. Por consiguiente, es apropiado para numerosas aplicaciones, preferiblemente para estructuras de vehículos, construcciones de fachadas y para la construcción de embarcaciones (botes).

Claims

1. Elemento compuesto de construcción de capas múltiples, que consiste en por lo menos una capa de soporte (1), que tiene por lo menos parcialmente un material con una deformación de rotura elástica y plástica, así como un material con una resistencia a la tracción de por lo menos aproximadamente 50 N/mm^{2} (capa del primer tipo), por lo menos una capa de relleno (3a) con una porosidad más alta (capa del segundo tipo) y por lo menos una capa de unión (3a) que une a éstas, caracterizado porque la capa de unión (3a) tiene una porosidad que va disminuyendo desde la capa de relleno (2a) en dirección hacia la capa de soporte (1) (Figuras 2, 3).

2. Elemento compuesto de construcción de múltiples capas de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la capa de unión (3a) está estructurada como zona de superficie exterior de capa de relleno (2a).

3. Procedimiento para la producción de un elemento compuesto de construcción de múltiples capas de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, según el cual unas bandas continuas de capas individuales se aportan a una zona de reunión y en ésta se unen mediante aplicación de presión y/o temperatura, caracterizado porque a la zona de reunión se aportan por lo menos una capa de soporte (1) y por lo menos una capa de relleno (2a) que consiste en un material polimérico termoplástico, añadiéndose a la capa de relleno (2a) un material polimérico formador de espuma que se hace
eficaz como muy tarde en la zona de reunión, que junto a por lo menos una de sus zonas de superficies exteriores forma una capa de unión (3a) con una porosidad que va disminuyendo desde la capa de relleno (2a) en dirección hacia la capa de soporte (1) (Figura 4).