ES2267163T3 - Metodo para preparar un tejido que consiste sustancialmente en fibras de carbono. - Google Patents
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO DE PREPARACION DE UN TEJIDO FORMADO FUNDAMENTALMENTE POR FIBRAS DE CARBONO, PARA SU IMPREGNACION CON UN PLASTICO TERMOPLASTICO, QUE CONSISTE EN: A) PROPORCIONAR UN TEJIDO FORMADO FUNDAMENTALMENTE POR FIBRAS DE CARBONO CON UN REVESTIMIENTO DE UN MATERIAL EPOXIDICO SIN AGENTE ENDURECEDOR; Y B) PONER DICHO TEJIDO A UNA TEMPERATURA DETERMINADA Y MANTENERLO A DICHA TEMPERATURA DURANTE UN PERIODO DE TIEMPO, DE FORMA QUE LAS FIBRAS DE CARBONO PERMANECEN INALTERADAS Y EL MATERIAL EPOXIDICO SE ENDURECE O NEUTRALIZA Y PIERDE SU CARACTER PEGAJOSO.
Description
Método para preparar un tejido que consiste
sustancialmente en fibras de carbono.
Antes de que las fibras de vidrio sean
conformadas en un tejido, se aplica a las fibras un revestimiento
protector. Este revestimiento se elimina después de la tejedura
sometiendo la fibra de vidrio a una alta temperatura durante un
tiempo bastante largo. Un ciclo típico comprende una temperatura de
alrededor de 400ºC durante un periodo de 70 horas. El
revestimiento, denominado generalmente "capa fuerte", consiste
normalmente en PVA (poli(alcohol vinílico)) o almidón.
Durante el proceso de calentamiento, el revestimiento protector se
quema completamente, lo cual se puede comprobar fácilmente
determinando el peso del tejido antes y después del tratamiento de
calentamiento relevante. Con el fin de preparar el tejido de vidrio
para la impregnación después del tratamiento térmico, se añade un
revestimiento más apropiado al material de fibra de vidrio para la
adhesión a sistemas plásticos. Los materiales típicos para
revestimientos son complejos de cromo (III) y siloxano.
Los materiales compuestos de poco peso para
aplicaciones estructurales se fabrican combinando fibras de carbono
con una matriz de plástico. Para aplicaciones de viajes espaciales,
aviación e industriales, el plástico se añade a las fibras mediante
un proceso de impregnación. Si el proceso de impregnación se lleva a
cabo sobre un sistema de fibras en el que todas las fibras
discurren sustancialmente paralelas entre sí, el producto en
cuestión se denomina cinta unidireccional.
Las fibras de carbono se dañan fácilmente por
fuerzas de fricción. Sin embargo, no es necesaria protección para
las fibras de carbono para el proceso de impregnación para la cinta
unidireccional porque no se producen fuerzas de fricción entre las
fibras individuales.
Si, no obstante, las fibras se combinan en un
tejido, se produce fricción entre las fibras durante la inserción de
las fibras de trama perpendicularmente a las fibras de urdimbre.
Como resultado de estas fuerzas de fricción, las fibras de carbono
se dañan fácilmente durante el proceso de tejedura.
Con el fin de facilitar el proceso de tejedura,
los hilos de carbono son provistos por adelantado por el
suministrador de un apresto estándar, que consiste, por ejemplo, en
0,5-1% de material epoxídico insaturado. Este
apresto no tiene que ser eliminado si el tejido es posteriormente
impregnado con un sistema plástico que cura. El apresto basado en
epóxido es compatible con la mayoría de los sistemas plásticos
termoendurecibles. No obstante, para impregnación con una matriz
termoplástica, el apresto epoxídico tiene un efecto negativo sobre
la adhesión entre la fibra y el plástico.
Por estas razones, el material impregnado con un
termoplástico sólo se ha hecho comercialmente disponible en forma de
cinta unidireccional. El procedimiento de fabricación de dichas
cintas unidireccionales usa fibras que no están provistas de un
revestimiento o apresto. Para hacer posible la tejedura y, sin
embargo, asegurar suficiente adhesión entre las fibras y el
plástico, el apresto epoxídico tiene que ser neutralizado después
del proceso de tejedura.
Se ha dedicado mucha atención a este problema y
la técnica anterior está aún buscando un método para eliminar o
neutralizar el apresto epoxídico sobre las fibras de carbono después
del proceso de tejedura y se está buscando encontrar un método para
mejorar la adhesión entre el carbono y el plástico termoplástico y,
por lo tanto, proporcionar una base para un material compuesto
viable para aplicaciones estructurales.
Con miras a lo anterior, la invención crea un
método para preparar un tejido que consiste sustancialmente en
fibras de carbono para impregnación con un plástico termoplástico,
el cual método comprende las siguientes etapas de:
(a) crear un tejido que consiste sustancialmente
en fibras de carbono con un revestimiento de un material epoxídico
sin agente de curado; y
(b) mantener el tejido primero durante (15 \pm
5) minutos a una temperatura de (450 \pm 70)ºC y posteriormente
durante (240 \pm 60) minutos a una temperatura de (220 \pm
30)ºC, de forma que las fibras de carbono permanezcan sin afectar y
el material epoxídico se envejezca o neutralice y pierda su carácter
pegajoso.
Otro método en esta invención puede consistir en
que la etapa (b) sea llevada a cabo manteniendo el tejido durante
(180 \pm 60) minutos a una temperatura de (380 \pm 50)ºC.
En contraste con la fibra de vidrio, no se añade
apresto adicional al material de fibra después del tratamiento
térmico descrito. El apresto epoxídico está todavía presente después
del tratamiento térmico, lo cual se puede determinar mediante una
comparación de peso.
Aunque el revestimiento epoxídico esté todavía
presente, la naturaleza del revestimiento cambia debido a este
procedimiento de envejecimiento térmico artificial. La capa pierde
la reactividad y pegajosidad y forma una base neutra para la
adhesión a un plástico termoplástico.
Después de que las fibras de carbono hayan sido
conformadas en un tejido, este tejido se lleva a una temperatura
aumentada. Esta temperatura debe ser suficientemente alta para
neutralizar la resina epoxídica pegajosa y también suficientemente
baja para asegurar que las propiedades mecánicas de las fibras de
carbono no son afectadas negativamente.
Un método en el que el revestimiento asciende
más o menos a 0,3-2% en peso del tejido proporciona
un compromiso muy bueno entre la realización de los efectos deseados
y el uso de relativamente poco material epoxídico.
La invención también se refiere a un tejido
preparado obtenido aplicando uno u otro de los métodos anteriormente
descritos. Este tejido consiste sustancialmente en fibras de carbono
con un revestimiento de material epoxídico envejecido o
neutralizado.
La invención se refiere además a un método para
fabricar un estratificado que comprende varias capas, que consiste
alternativamente en un tejido preparado según la especificación dada
en el párrafo previo y una capa de plástico termoplástico, el cual
estratificado se forma impregnando a temperatura aumentada cada capa
de tejido preparado con el material de la capa de plástico
termoplástico, la cual impregnación tiene lugar a temperatura
aumentada y, opcionalmente, bajo presión aumentada, en el que la
capa de plástico termoplástico puede consistir en una hoja
prefabricada, una capa similar a polvo o granular o se forma por
coextrusión.
Un método específico en esta invención consiste
en que el plástico termoplástico sea semicristalino.
En una realización determinada, el método se
lleva a cabo de forma que el plástico termoplástico es PPS
(poli(sulfuro de fenileno)).
Una realización preferida del método para
fabricar un estratificado tiene la característica especial de que el
plástico termoplástico es PPS (poli(sulfuro de
fenileno)).
Una viscosidad grandemente reducida facilita el
proceso de impregnación.
El último método descrito puede tener
ventajosamente la característica especial de que dicha temperatura
asciende hasta (310 \pm 30)ºC.
El carácter cristalino del PPS se puede ajustar
mediante un método según el cual el estratificado formado es guiado
con fines de enfriamiento sobre un rodillo enfriador. Es posible
determinar, a partir de la temperatura de este rodillo enfriador,
si el plástico termoplástico, en particular el PPS, es amorfo o
cristalino o un híbrido de ellos. A temperaturas por debajo de
160ºC, el plástico es predominantemente amorfo; por encima de 160ºC,
el plástico es predominantemente cristalino.
Finalmente, la invención se refiere a un
estratificado obtenido aplicando el método según cualquiera de las
reivindicaciones 6-11, y que comprende varias capas
que consisten alternativamente en un tejido preparado según la
reivindicación 5 y una capa de plástico termoplástico, la cual
última capa está impregnada dentro de dicho tejido preparado.
Claims (11)
1. Método para preparar un tejido que consiste
sustancialmente en fibras de carbono para impregnación con un
plástico termoplástico, el cual método comprende las siguientes
etapas de:
(a) crear un tejido que consiste sustancialmente
en fibras de carbono con un revestimiento de un material epoxídico
sin agente de curado; y
(b) mantener el tejido primero durante (15 \pm
5) minutos a una temperatura de (450 \pm 70)ºC y posteriormente
durante (240 \pm 60) minutos a una temperatura de (220 \pm
30)ºC, de forma que las fibras de carbono permanezcan sin afectar y
el material epoxídico se envejezca o neutralice y pierda su carácter
pegajoso.
2. Método para preparar un tejido que consiste
sustancialmente en fibras de carbono para impregnación con un
plástico termoplástico, el cual método comprende las siguientes
etapas de:
(a) crear un tejido que consiste sustancialmente
en fibras de carbono con un revestimiento de un material epoxídico
sin agente de curado; y
(b) mantener el tejido durante (180 \pm 60)
minutos a una temperatura de (380 \pm 50)ºC, de forma que las
fibras de carbono permanezcan sin afectar y el material epoxídico se
envejezca o neutralice y pierda su carácter pegajoso.
3. Método según la reivindicación 1 o 2, en el
que el revestimiento asciende a más o menos 0,3-2%
en peso del tejido.
4. Tejido preparado obtenido aplicando el
método según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, el cual
tejido consiste sustancialmente en fibras de carbono con un
revestimiento de material epoxídico envejecido o neutralizado.
5. Método para fabricar un estratificado que
comprende varias capas, que consiste alternativamente en un tejido
preparado según la reivindicación 3 y una capa de plástico
termoplástico, el cual estratificado se forma impregnando cada capa
de tejido preparado con el material de la capa de plástico
termoplástico, la cual impregnación tiene lugar a temperatura
aumentada y, opcionalmente, bajo presión aumentada, en el que la
capa de plástico termoplástico puede consistir en una hoja
prefabricada, una capa similar a polvo o granular o se forma por
coextrusión.
6. Método según la reivindicación 5, en el que
el plástico termoplástico es semicristalino.
7. Método según la reivindicación 5, en el que
el plástico termoplástico es PPS (poli(sulfuro de
fenileno)).
8. Método según las reivindicaciones 5 y 7, en
el que el estratificado se forma a una temperatura a la que el
material de PPS tiene una viscosidad grandemente reducida, por
ejemplo, una viscosidad comparable a la viscosidad del agua, por
ejemplo, con un valor en el intervalo de 75-210
Pa.s.
9. Método según la reivindicación 8, en el que
dicha temperatura asciende a (310 \pm 30)ºC.
10. Método según la reivindicación 8, en el que
el estratificado formado es guiado con fines de enfriamiento sobre
un rodillo enfriador.
11. Estratificado obtenido aplicando el método
según cualquiera de las reivindicaciones 5-10, y que
comprende varias capas que consisten alternativamente en un tejido
preparado según la reivindicación 4 y una capa de plástico
termoplástico, la cual última capa está impregnada dentro de dicho
tejido preparado.
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