ES2275623T3 - Tejidos no acreponados. - Google Patents

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ES2275623T3 ES01273311T ES01273311T ES2275623T3 ES 2275623 T3 ES2275623 T3 ES 2275623T3 ES 01273311 T ES01273311 T ES 01273311T ES 01273311 T ES01273311 T ES 01273311T ES 2275623 T3 ES2275623 T3 ES 2275623T3
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Abstract

Un método de revestir un tejido no acresponado (10) sobre una herramienta de conformación, incluyendo el método las etapas de: - proporcionar un tejido no acresponado (10) que comprende una pila de capas (14a-14c) cosidas usando un hilo (18) del que por lo menos una parte es fusible, - colocar el tejido no acresponado (10) sobre la herramienta de conformación, y - calentar el tejido no acresponado (10) lo suficiente para por lo menos reblandecer el hilo fusible (18), caracterizado porque el tejido no acresponado (10) se recubre sobre la herramienta con lo que se reduce la restricción al revestimiento causada por el cosido.

Description

Tejidos no acresponados.
La invención se refiere a tejidos no acresponados y particularmente a tejidos con mejores características de revestimiento.
Es conocida la producción de tejidos depositando varias capas de fibras para formar una pila del espesor requerido. Los tejidos pueden ser del tipo no acresponado o tejido por urdimbre. Los tejidos pueden ser unidireccionales (las fibras están orientadas en una sola dirección) o más típicamente multiaxiales. El término "multiaxial" significa que se pueden formar pilas alternas orientadas en varias direcciones diferentes para producir un tejido con resistencia y rigidez óptimas en las direcciones requeridas. Las direcciones comúnmente usadas son 0, +45, -45 y 90 grados. Normalmente, y para los fines de esta invención, las pilas orientadas 0º están orientadas en la dirección de la urdimbre y las pilas orientadas 90º lo están en la dirección de la trama, aunque otras capas pueden contener fibras orientadas a ángulos diferentes, típicamente 45 ó -45 grados. El término "no acresponado" se refiere a tejidos en los que se han depositado una o varias capas de fibras una sobre otra y se han transformado en un tejido por cosido o aplicación de un aglutinante de modo que las fibras permanecen rectas y sin un acresponamiento sustancial. Además de ofrecer ventajas funcionales con respecto a materiales tejidos tradicionales, los tejidos no acresponados pueden ser más económicos de producir por unidad de masa y más rápidos de fabricar. Dichos materiales compuestos tienen uso potencial en la producción de fundas de alas, por ejemplo.
Sin embargo, cuando se incrementa el número de capas en una manta de tejido no acresponado, disminuye la aptitud de conformarse a cambios de forma (revestimiento) del componente del que está fabricada debido a las restricciones impuestas por el cosido. En consecuencia, las características de revestimiento de tejidos no acresponados unidireccionales y biaxiales son generalmente comparables a las de telas no tejidas, mientras que el revestimiento está cada vez más restringido en tejidos triaxiales, tetraaxiales, etc., limitando así sus posibles aplicaciones.
La presente solicitud se refiere a tejidos no acresponados que tienen mejores características de revestimiento.
El papel principal del cosido es mantener unidas, durante su manipulación, las capas del tejido no acresponado de una manera predominantemente no acresponada. Sin embargo, si la densidad de costuras es demasiado alta o si el cosido se ha realizado bajo demasiada tensión o demasiado denso, entonces puede ocurrir rotura y acresponamiento de las fibras.
También es conocido usar un polvo aglutinante para la fabricación de preformas usando tejidos no acresponados. Sin embargo, el uso de tales polvos finos puede ser peligroso porque el polvo puede ser inhalado o irritar la piel de los operarios.
De acuerdo con la invención se proporciona un método de producir un tejido no acresponado, que comprende proporcionar un estratificado de capas y coser las capas entre sí usando un hilo fusible. Dichos métodos se describen en las patentes FR-A-2.554.858, EP-A-0 361 796 y US-A-4.857.375.
En uso y de acuerdo con la invención, la función principal del cosido es mantener unidas las fibras durante la fabricación del tejido no acresponado y ayudar a la infusión de resina. Aunque el cosido restringe inicialmente el revestimiento, la fusión eventual del cosido supera esa restricción. En la presente solicitud, el término "fusible" significa que el hilo no sólo funde por sí mismo cuando se calienta sino que también puede disolverse en una resina durante el procesamiento a temperatura elevada. Por lo tanto, usando un hilo fusible, las capas cosidas se pueden calentar para reblandecer o fundir el hilo fusible y mejorar el revestimiento del tejido.
Preferiblemente, las capas son de urdimbre y trama dominantes. Ejemplos de capas de urdimbre y trama dominantes se describen en la patente EP-A-0826488 a la que el lector debe acudir para más detalles. Las fibras de cada capa usada en el material compuesto pueden estar dispuestas en varias direcciones diferentes. En la presente solicitud están preferiblemente a 0, +45, -45 y 90 grados aunque se pueden usar ángulos de \pm20 a 90 grados en la orientación de la trama.
El tejido no acresponado puede comprender 0,5 a 10% en masa de hilo fusible. Más preferiblemente, el tejido no acresponado comprende 1 a 3% en masa de hilo fusible.
El hilo fusible fundirá preferiblemente a una temperatura entre 40 y 150ºC, dependiendo de la aplicación y vía de procesamiento usada. El hilo fundido puede reaccionar con la resina de curado o permanecer como fase separada, causando preferiblemente una disminución mínima de las propiedades mecánicas y mejorando la tolerancia a daños. Preferiblemente, después del curado, el hilo fusible debe tener una temperatura de transición vítrea (T_{g}) mayor que 120ºC para aplicaciones aeroespaciales. Para equilibrar la temperatura de fusión y la temperatura de transición vítrea, es deseable algo de reacción entre el cosido fundido y la resina. Una temperatura de transición vítrea mayor que 120ºC mejorará el comportamiento en caliente y húmedo, especialmente en compresión. Una temperatura de transición vítrea menor que 120ºC puede ayudar a tolerancia a daños.
El hilo fusible puede ser de uno o más materiales diferentes. Cuando se usa una pluralidad de materiales, los hilos pueden fundir a temperaturas diferentes o contener materiales fusibles e infusibles. Si un material es infusible, las fibras son preferiblemente discontinuas permitiendo así su movimiento cuando funda el material fusible. Materiales de hilos infusibles a temperaturas normales de procesamiento incluyen: poliéster, polímeros de acrilamidas, por ejemplo, Kevlar®, carbono, polímeros de acrilonitrilos, por ejemplo, Panox®, o PBO. Materiales de hilos fusibles pueden incluir poliamidas, polímeros de peso molecular bajo de poli(éter sulfona), por ejemplo, Grilon K-110, de EMS CEIME AG, o mezclas de resinas epoxídicas.
El hilo fusible puede ser de dos o más materiales diferentes, cada uno con una temperatura de fusión diferente.
Preferiblemente, el cosido se realiza sustancialmente en la dirección transversal a través de las capas y sigue un modelo predeterminado. El modelo puede ser tricotado cerrado, cosido en forma de pilares abiertos, cosido en forma de pilares cerrados, cosido en forma de pilares-tricotado abierto, cosido en forma de pilares-tricotado cerrado o variantes de los
mismos.
El método incluye calentar las capas antes mencionadas para mejorar el revestimiento del tejido. En una realización, las capas se calientan a una temperatura no mayor que la temperatura de fusión del hilo. Sin embargo, en otra realización, las capas se calientan a una temperatura igual o mayor que la temperatura de fusión del hilo fusible para que éste funda y permita el movimiento del tejido. Cuando ocurra esto en ausencia de una resina matriz, enfriando a presión por debajo de la temperatura de fusión se mantiene sustancialmente la forma obtenida creando una preforma, debido a que el cosido fusible actúa como aglutinante in situ.
La tensión en el cosido no fundido tiende a crear canales en el tejido no acresponado, que normalmente no son deseables. Sin embargo, se ha encontrado que el método puede facilitar la infusión más fácil de la resina matriz en el tejido a través de los canales y el calentamiento del tejido a una temperatura superior a la temperatura de fusión del cosido con lo que el cosido funde y elimina la tensión. De esta manera, las fibras del tejido no acresponado, que han sido rizadas debido a la tensión del cosido, se moverán para minimizar el acresponamiento, reducir zonas ricas en resina y mejorar la inspección mediante ensayos no destructivos por ultrasonidos.
Cuando el método incluye infundir el tejido no acresponado con una resina matriz, preferiblemente el hilo fusible será compatible químicamente con la resina matriz y de un módulo similar.
El hilo fusible puede fundir y permanecer como fase separada de la resina matriz, disolverse en la resina matriz o precipitar más tarde cuando la matriz cure o se deje envejecer.
La matriz puede ser una resina.
El hilo fundido también puede actuar como fase de endurecimiento en el tejido no acresponado infundido con resina. Este beneficio secundario será normalmente a niveles de cosidos fusibles de 5-10% en masa del tejido.
En las capas se puede introducir un filamento velludo, como el descrito en la solicitud de patente del Reino Unido presentada simultáneamente con la presente solicitud y titulada "Materiales compuestos", para mejorar las propiedades de cizalladura entre las capas y mejorar la tolerancia a daños.
A continuación se describirá a modo de ejemplo un tejido no acresponado de acuerdo con la invención y con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 es una vista cortada de un tejido no acresponado cosido con un hilo fusible, y
la figura 2 es una tabla que muestra diferentes tipos de modelos de cosido.
Con referencia a la figura 1, un tejido no acresponado 10 está formado por un estratificado 12 de capas 14a-14c. Las capas son multiaxiales estando orientadas las fibras de las respectivas capas 14a a 14e a ángulos de 0, 90, +45, 90 y -45 grados, como se muestra en la figura 1.
Para facilitar el cosido de las capas 12 se usa un conjunto de agujas 16. Las agujas 16 se mueven transversalmente en sentido ascendente y descendente a través del estratificado 12 según un modelo predeterminado mientras el estratificado se mueve en la dirección indicada por la flecha "A". En la figura 2 se pueden ver ejemplos de modelos de cosido predeterminados usados.
En las agujas 16 se enhebra un hilo fusible 18, por ejemplo, de Grilon K-110®. Después se cose el hilo 18 en el estratificado 12 según el modelo predeterminado.
El tejido no acresponado 10 se puede usar después para producir componentes estructurales. El tejido 10 se recubre sobre una herramienta de conformación a copiar (no mostrada), cortándose el tejido para conformarse a aquélla. El tejido 10 se calienta a una temperatura igual o mayor que la temperatura de fusión del hilo para eliminar algo de tensión en el hilo con lo que se mejora el revestimiento del tejido.
En otra realización de la invención, en el tejido no acresponado 10 se infunde una resina (no mostrada). Durante el proceso de infusión la resina pasa a través de canales (no mostrados) resultantes de la tensión existente en el cosido. Después de la infusión, el tejido 10 se calienta a una temperatura mayor que la temperatura de fusión del hilo. Esto origina que el cosido funda con lo que se elimina la tensión. Como resultado, las fibras en el tejido no acresponado 10, que han sido rizadas debido a la tensión del cosido, se pueden mover minimizando el acresponamiento.
También en otra realización de la invención, se puede usar un "filamento velludo" (no mostrado). Las fibras de las capas 14 pueden ser sustituidas por hebras de filamentos velludos. Las hebras de los filamentos velludos presentes en una capa interaccionan con las de otra capa con lo que se mejoran las propiedades de resistencia a la cizalladura del tejido no acresponado 10, como se describe en la solicitud de patente del Reino Unido antes mencionada, a la que el lector debe acudir para más detalles.

Claims (24)

1. Un método de revestir un tejido no acresponado (10) sobre una herramienta de conformación, incluyendo el método las etapas de:
-
proporcionar un tejido no acresponado (10) que comprende una pila de capas (14a-14c) cosidas usando un hilo (18) del que por lo menos una parte es fusible,
-
colocar el tejido no acresponado (10) sobre la herramienta de conformación, y
-
calentar el tejido no acresponado (10) lo suficiente para por lo menos reblandecer el hilo fusible (18),
caracterizado porque el tejido no acresponado (10) se recubre sobre la herramienta con lo que se reduce la restricción al revestimiento causada por el cosi-
do.
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las capas (14a-14e) se calientan a una temperatura no mayor que la temperatura de fusión del hilo (18).
3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las capas (14a-14e) se calientan a una temperatura mayor que la temperatura de fusión del hilo (18).
4. Un método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que las capas (14a-14e) se enfrían a presión con lo que se crea una preforma con el hilo fundido (18) que actúa como aglutinante in situ en el tejido no acresponado (10).
5. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que incluye crear tensión en el cosido no fundido para crear canales de transferencia de resina en el tejido no acresponado (10).
6. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que la resina matriz se infunde a través de los canales formados en el tejido no acresponado (10).
7. Un método de acuerdo con las reivindicaciones 5 ó 6, que incluye seleccionar una resina matriz que sea compatible químicamente con el hilo fusible (18).
8. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, que incluye seleccionar una resina matriz y un hilo fusible (18) con un módulo similar.
9. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, en el que el hilo fusible (18) permanece como fase separada de la resina matriz, se disuelve en la resina matriz o precipita cuando la resina matriz cure o se deje envejecer.
10. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, en el que el cosido se selecciona para que el cosido fundido actúe como fase de endurecimiento en el tejido no acresponado (10) infundido con resina.
11. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que el tejido no acresponado (10) comprende 0,5 a 10% en masa de hilo fusible (18).
12. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que el tejido no acresponado (10) comprende 1 a 3% en masa de hilo fusible (18).
13. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que incluye fundir o disolver el hilo fusible (18) a una temperatura entre 40 y 250ºC.
14. Un método de acuerdo con la reivindicación 11, que incluye seleccionar un hilo fusible (18) con una temperatura de transición vítrea (T_{g}) mayor que 120ºC después del curado.
15. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que el hilo fusible (18) está formado de dos o más partes que comprenden materiales diferentes, cada uno con una temperatura de fusión diferente.
16. Un método de acuerdo con la reivindicación 15, en el que por lo menos uno de los materiales del que está formado el hilo fusible (18) es infusible.
17. Un método de acuerdo con la reivindicación 16, en el que la citada parte infusible del hilo (18) es discontinua.
18. Un método de acuerdo con la reivindicación 16 ó 17, en el que la citada parte infusible del hilo (18) es de poliéster.
19. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que el cosido se realiza sustancialmente en dirección transversal a través de las capas (14a-14e).
20. Un método de acuerdo con la reivindicación 19, en el que el cosido se realiza según un modelo predeterminado y se selecciona del grupo formado por tricotado cerrado, cosido en forma de pilares abiertos, cosido en forma de pilares cerrados, cosido en forma de pilares-tricotado abierto o cosido en forma de pilares-tricotado cerrado.
21. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que incluye proporcionar el citado tejido no acresponado (10) en el que las capas (14a-14e) son multiaxiales.
22. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que las fibras de cada capa (14a-14e) están colocadas en direcciones de 0, +45, -45 y 90 grados.
23. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que las fibras de cada capa (14a-14e) están colocadas en direcciones de \pm20 a 90 grados.
24. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que en las capas (14a-14e) se introduce un filamento velludo.
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