ES2276096T3 - Material de nucleo. - Google Patents
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Abstract
Material de núcleo, apropiado para su utilización en un sistema de molde cerrado, una aplicación de pulverización y/o de moldeo manual, siendo dicho material de núcleo adaptable, cuyo material de núcleo se basa en al menos un elemento laminar fibroso que contiene una estructura de forma esponjosa dentro del elemento laminar, estando dicha estructura de forma esponjosa formada por un grupo de elementos, cuyos elementos están separados unos de otros por medio de canales que son permeables a la resina, caracterizado porque los elementos tienen un diámetro medio -tal como se define por el diámetro del círculo envolvente, en el plano del material- de menos de 1, 5 mm y donde los canales tienen un diámetro medio de menos de 0, 75 mm.
Description
Material de núcleo.
La invención se refiere a un material de núcleo
para su uso en la producción de materiales plásticos reforzados de
fibra, más en particular apropiado para su aplicación en sistemas de
molde cerrado, aplicaciones de pulverización y/o aplicaciones de
moldeo manual.
Los plásticos reforzados con laminares fibrosos,
son frecuentemente utilizados para fabricar artículos modelados tal
como piezas de automóvil o industriales, por ejemplo depósitos,
bañeras, señales de carretera, paneles de revestimiento,
embarcaciones, caravanas, etc.
Los elementos laminares fibrosos son apropiados
como refuerzo para todo tipo de materiales plásticos sintéticos
curados, tal como resina poliéster o resina epoxídica. Generalmente,
la incorporación de un elemento laminar fibroso en un material de
resina resulta en un aumento de resistencia, rigidez, vida útil,
resistencia a la rotura, resistencia medioambiental, mayor
estabilidad de temperatura, peso reducido y coste de fabricación
reducido de dicho material de resina.
El uso de materiales de núcleo en plásticos
reforzados con fibras es conocido desde hace décadas. El objetivo
del mismo es, por un lado, disminuir la cantidad de resina
requerida, resultando en ahorros de coste y peso y, por otro lado,
mejorar algunas de las características mecánicas del material, más
particularmente su rigidez al doblado o
flexión.
flexión.
El documento
US-A-3.676.288 se refiere a
microesferas no expandidas que son aplicadas o incorporadas en un
elemento laminar fibroso por medio de un producto de unión, por
ejemplo, un látex de poliacrilonitrilo. Al ser secado y reticulado
el producto de unión, las esferas se enlazan al elemento laminar
fibroso y se expanden.
El documento
EP-A-0 190 788 está dirigido al uso
del elemento laminar fibroso, incorporando microesferas, para la
fabricación de objetos reforzados con dicho elemento laminar
fibroso. De acuerdo con dicha solicitud de patente, las
microesferas están fundamentalmente contenidas en el elemento
laminar y dispuestas según un modelo o dibujo en el que áreas del
elemento laminar, que contienen microesferas, están separadas unas
de otras por áreas que no contienen, virtualmente,
microesferas.
En la producción de materiales plásticos
reforzados con fibras se dispone de dos métodos destacados, uno
basado en la impregnación manual de los materiales de fibra (moldeo
manual; pulverización) y otro basado en el uso de moldes cerrados.
En este último sistema, que está normalmente automatizado, el
material de refuerzo de fibra se coloca en un molde, que se cierra
y posteriormente se llena con resina. Una ventaja importante de
estos sistemas de molde cerrado reside, entre otros, en la
reproducibilidad de las propiedades del producto (mejores
tolerancias), en consideraciones medioambientales, en propiedades
superficiales y propiedades mecánicas mejoradas. También es posible
aplicar fracciones de volumen de fibra más altas.
El uso de los materiales de núcleo arriba
mencionados en sistemas de molde cerrado ha dado lugar durante mucho
tiempo a dificultades en compatibilizar los varios requisitos que
han de ser satisfechos por los materiales de núcleo para ser usados
en dichos sistemas. Estas propiedades son, entre otras:
- -
- buena resistencia a la compresión,
- -
- flujo rápido de la resina a través del material de núcleo en todas las direcciones,
- -
- baja absorción de resina,
- -
- disminución de la contracción (es decir, compensar la contracción de la resina), y
- -
- buena capacidad de adaptación (es decir, baja rigidez al doblado).
En particular los dos primeros requisitos han
sido muy difíciles de compatibilizar durante mucho tiempo. Está
claro que la estructura abierta, que es necesaria para obtener un
buen flujo de resina en el plano del material de núcleo, tiende a
estar a expensas de la resistencia a la compresión. Además, una baja
absorción de resina, que puede ser obtenida mediante un gran
volumen de espuma en el elemento laminar, puede ser incompatible con
el flujo satisfactorio de resina. Tampoco las características de
adaptación son fácilmente compatibles con la resistencia a la
compresión y la baja absorción de resina. Para tratar estos
requisitos, se ha desarrollado un material de núcleo tal como se da
a conocer en el documento EP 1 010 793 y en el preámbulo de la
reivindicación 1. En una realización preferente de esta
publicación, el material de núcleo contiene microesferas
distribuidas sobre el material de núcleo con un modelo
constante.
De todos modos se ha descubierto que la calidad
superficial de estos materiales de técnicas anteriores, tal como el
material dado a conocer en EP 1 010 793, no es siempre
satisfactoria, en particular con respecto al aspecto visual de la
superficie (en particular con respecto a la aparición del efecto de
impresión pasante, es decir, que atraviesa el soporte) o el acabado
superficial. Dicho aspecto visual o acabado superficial puede, por
ejemplo, ser importante en elementos modelados tal como paneles para
coches, camiones, etc. Los métodos para evaluar el aspecto visual
incluyen pruebas de paneles.
También es posible evaluar una indicación
cuantitativa del acabado superficial por medición de la difracción
de la superficie. El valor de la "piel de naranja" de la
superficie es, por ejemplo, un parámetro válido para este
propósito. Instrumentos para medir el valor de la "piel de
naranja" son conocidos en la técnica y están comercialmente
disponibles, por ejemplo instrumentos que usan la técnica
D-Sight, desarrollada por Diffracto Ltd (Canadá).
Esta técnica se describe en "Theory and applications of a surface
inspection technique using double-pass
retroreflection" ("Teoría y aplicaciones de una técnica de
inspección superficial utilizando retrorreflexión de doble
pasada") de Reynolds y otros, Optical Engineering, Vol 32, No 9,
pp. 2122-2129, 1993, y en "D-Sight
Technique for Rapid Impact Damage Detection on Composite Aircraft
Structures" ("Técnica D-Sight para Detección
Rápida de Daños de Impactos en Estructuras Compuestas para
Aeronaves") de J.H. Heida y A.J.A. Bruinsma, presentado en la
Séptima Conferencia Europea sobre Análisis
No-Destructivo en Copenhague, 26-28
de mayo de 1998; disponible en NDT.net - junio de 1999, Vol.4 Núm.
6, US-A 4.863.268, US-A
5.075.661.
Por consiguiente, es un objetivo de la presente
invención dar a conocer un nuevo material de núcleo, el cual puede
ser utilizado como alternativa a materiales de núcleo conocidos, en
particular para la fabricación de objetos modelados en los que el
aspecto visual de la superficie es relevante. Más particularmente es
un objetivo dar a conocer tal material de núcleo en el cual el
material es apropiado para su uso en sistemas de molde cerrado,
aplicaciones de pulverizado y/o aplicaciones de moldeo manual.
En un aspecto particular, un objetivo de la
invención es dar a conocer un material de núcleo que pueda ser
utilizado en la fabricación de un artículo modelado, típicamente
implicando la impregnación del material de núcleo con una resina,
con un valor de "piel de naranja" mejorado.
Más particularmente, es un objetivo dar a
conocer un material de núcleo que sea apropiado para ser utilizado
en la fabricación de un artículo modelado para obtener un artículo
modelado que tenga un valor de "piel de naranja" inferior a 30
tal como el definido en esta invención.
Se ha descubierto que uno o más de estos objetos
pueden realizarse con un material de núcleo -el cual es en general
adaptable y tiene preferentemente una alta resistencia a la
compresión- el cual contiene elementos de material relativamente
densos y canales que están abiertos. Concretamente, de acuerdo con
la invención, los elementos y canales tienen dimensión específica,
es decir, tienen elementos y canales relativamente pequeños.
De acuerdo con ello, la presente invención se
refiere a un material de núcleo, en particular un material de
núcleo apropiado para el uso en sistemas de molde cerrado,
aplicaciones de pulverización y/o aplicaciones de moldeo manual,
siendo generalmente adaptable dicho material de núcleo, y teniendo
preferentemente una resistencia a la compresión de más del 30% a
una presión de 1 bar, en el cual el material de núcleo se basa en al
menos un elemento laminar fibroso que contiene una estructura de
forma esponjosa dentro del elemento laminar, estando formada dicha
estructura de forma esponjosa por un conjunto de elementos, los
cuales están separados unos de otros por canales que son permeables
a la resina, en los cuales los elementos tienen un diámetro medio,
como se define por el diámetro del círculo envolvente en el plano
del material, menor de 1,5 mm, preferentemente de
0,2-1 mm, y en el cual los canales tienen un
diámetro medio de menos de 0,75 mm, preferentemente de
0,3-0,5 mm.
Se ha descubierto que un material de núcleo de
este tipo es muy apropiado para mejorar la calidad superficial y/o
mejorar el aspecto visual, preferentemente con respecto a reducir el
efecto de impresión pasante, en laminados. Más en particular, se ha
hallado que dicho material de núcleo es muy apropiado para
proporcionar un artículo modelado que tenga un valor de "piel de
naranja" inferior a 30.
Por cuestiones prácticas, el diámetro medio de
los elementos será típicamente de 0,5 mm como mínimo.
Los elementos y canales pueden estar
distribuidos de manera más o menos regular, por ejemplo con una
repetición del dibujo de menos de 1 cm, más en particular de menos
de 0,5 cm, o de manera irregular tal como se define más
adelante.
Para los otros parámetros, en particular la
permeabilidad, la naturaleza de los materiales de los cuales se
compone el material de núcleo, la forma de los elementos, el volumen
libre del elemento laminar, se aplican las condiciones tal como se
describen a continuación.
Preferentemente, los elementos en el material de
núcleo se distribuyen irregularmente dentro o sobre el elemento
laminar.
Se ha descubierto que el material de núcleo de
la invención es muy apropiado para mejorar la calidad superficial
y/o mejorar el aspecto visual, preferentemente con respecto a
reducir el efecto de impresión pasante, en laminado. Más en
particular, se ha hallado que tal material de núcleo es muy
apropiado para proporcionar un artículo modelado que tenga un valor
de "piel de naranja" inferior a 30.
Para los otros parámetros, en particular la
permeabilidad, naturaleza de los materiales de los cuales se compone
el material de núcleo, la forma de los elementos, volumen libre del
elemento laminar, se aplican las condiciones tal como se describen
a continuación.
Se ha descubierto que un material de núcleo
según la invención mantiene una muy buena capacidad de adaptación,
resistencia a la compresión y una permeabilidad apropiadas, incluso
en el caso de una distribución irregular de elementos, mientras que
la calidad superficial, en particular con respecto al aspecto
visual, se mejora en comparación con materiales conocidos, por
ejemplo un material de núcleo con un modelo regular de hexágonos,
tal como el Soric®, en el cual un efecto de impresión pasante, en
las áreas entre los elementos(es decir, hexágonos), puede
ser claramente visible, después de su impregnación con resina y su
secado. Se ha descubierto que dicha impresión pasante no ocurre, o
al menos en menor grado, con un material de núcleo como el de la
presente invención.
Además, se ha descubierto que el material de
núcleo de acuerdo con la presente invención tiene una capacidad de
adaptación y/o permeabilidad mejoradas en comparación con los
materiales de núcleo comercialmente disponibles.
Las figuras 1 y 2 muestran ejemplos de cómo los
elementos (las áreas claras) pueden distribuirse sobre el material
de núcleo. Las áreas oscuras representan los canales. Estos canales
proporcionan y aumentan la permeabilidad en un material de núcleo
representado por las figuras 1 ó 2.
La figura 3 muestra un ejemplo esquemático de un
material de núcleo que contiene un conjunto de elementos
diferentemente modelados.
La figura 4a muestra una fotografía de un
material de núcleo comercialmente disponible (Soric®, con hexágonos
de 6 mm) usado en el ejemplo de comparación.
La figura 4b muestra una fotografía de un
material de núcleo de acuerdo con la invención usada en el ejemplo
1.
La figura 4c muestra otro material de núcleo de
acuerdo con la invención.
La figura 5 muestra dos fotografías que comparan
un compuesto que comprende un material de núcleo de acuerdo con la
invención y un compuesto que comprende un material de núcleo Soric®
(cada fotografía muestra los mismos dos compuestos, pero las
fotografías están tomadas desde un ángulo diferente). El material de
acuerdo con la invención tiene claramente un aspecto visual más
uniforme. Esto está más acentuado por la barra clara en la sección
principal del plato, la cual es el reflejo de la luz de un tubo de
fluorescencia común. La forma distorsionada de la reflexión en el
material de la técnica anterior comparada con la del material de
acuerdo con la invención, es una ilustración sorprendente de la
mejora visual, debido al uso del nuevo material de núcleo.
La figura 6 es un compuesto de acuerdo con la
invención, en el que un material de núcleo es utilizado con una
permeabilidad de 1,5 x 10^{-9} m^{2}. No hay, en absoluto,
efecto de impresión pasante visible, haciendo que este compuesto
sea altamente apreciado visualmente.
La figura 7 muestra el modelo de difracción
obtenido con un sistema D-Sight de un compuesto
basado en un material de núcleo Soric® formado por hexágonos de 6
mm. El rectángulo insertado en la sección central inferior de la
figura muestra una representación de mayor resolución.
La figura 8 muestra el modelo de difracción
obtenido por un sistema D-Sight de un compuesto
basado en un material de núcleo Soric® formado por hexágonos de 3,5
mm.
La figura 9 muestra el modelo de difracción
obtenido por un sistema D-Sight de un compuesto
basado en un material de núcleo de acuerdo con la invención (el
material de núcleo con un modelo tal como el mostrado en la figura
1, con escala 1:1).
Una distribución irregular tal como la utilizada
en esta invención puede estar definida por su repetición del
modelo. La repetición del modelo puede representarse por la longitud
(cuando está determinada en una dirección) o área formando un
modelo que se repite en una parte diferente del material. Se han
obtenido resultados satisfactorios con una distribución irregular,
caracterizada en que en al menos en una dirección de la
dirección-x y la dirección-y, y
preferentemente en ambas dirección-x y
dirección-y, la repetición del modelo de elementos
es al menos 0,5 cm, preferentemente al menos 1 cm. El límite
superior no es crítico. Por motivos prácticos, el límite superior
puede determinarse basándose en la técnica por la cual el material
de núcleo está hecho. Por ejemplo, impresión por estarcido es una
técnica muy apropiada para hacer un material de núcleo. El límite
superior de la repetición del modelo, estará en general determinado
por la circunferencia y/o ancho de la pantalla. Por ejemplo,
pantallas con una circunferencia de hasta 92,5 cm son comúnmente
usadas. En la práctica el límite superior será generalmente de
unos
140 cm.
140 cm.
También es posible determinar la repetición del
modelo basándose en el número de elementos que forman un modelo de
repetición. Se han obtenido resultados satisfactorios con una
distribución irregular, en la que al menos en una dirección de la
dirección-x y la dirección-y no
tienen lugar repeticiones en ningún modelo formado por al menos 10
elementos adyacentes y preferentemente en ningún modelo formado por
al menos 25 elementos adyacentes. Más preferentemente ninguna
repetición es visible en ningún modelo de elementos en un área
formada por al menos 100 elementos adyacentes.
La distribución irregular es preferentemente
principalmente una distribución aleatoria, es decir, una
distribución en la que no tiene lugar ninguna repetición del modelo
de los elementos en el plano del material de núcleo. Se ha
descubierto que un material de núcleo con una distribución aleatoria
es muy apropiado para fabricar un artículo modelado con una calidad
superficial muy alta, en particular con respecto al aspecto
visual.
El valor de la "piel de naranja" o índice
D-Sight como se define en esta invención se puede
medir por medio de la técnica D-Sight (por ejemplo
en un sistema D-Sight, proporcionado por Diffracto
Ltd., Canadá), ver también lo antes expuesto. Condiciones
apropiadas se especifican en los ejemplos, en los que el material de
núcleo dotado de un fieltro de fibra de vidrio (tal como una placa
o esterilla de fibra de vidrio troceada, CSM 450 g/m^{2}
suministrada por Owens-Corning) a ambos lados y un
acabado superficial Gelcoat^{TM} (suministrado por De IJssel,
Holanda). A efectos comparativos se hace notar que un material
completamente de vidrio consistente en tres capas de fieltro de
fibra de vidrio da lugar en esta metodología a un valor de "piel
de naranja" de 25 más o menos, y el uso de un material de núcleo
convencional (Soric®) a un valor de aproximadamente 55.
Dependiendo del uso para el que está destinado,
en particular con respecto a la necesidad de una resina para ser
capaz de penetrar en el material de núcleo en un lapso de tiempo
determinado, la permeabilidad para resina de un material de núcleo
de acuerdo con la invención puede ser elegida entre una gran
variedad. Particularmente se han obtenido resultados satisfactorios
han sido obtenidos con un material de núcleo que tiene una
permeabilidad en el plano del material para resina de al menos 1 x
10^{-9} m^{2}. En un material de este tipo las propiedades de
flujo de la resina han resultado ser muy satisfactorias. Para tener
propiedades de flujo incluso mejores, la permeabilidad es
preferentemente de 1,5 x 10^{-9} m^{2}, como mínimo más
preferentemente de más de 5 x 10^{-9} m^{2}, como mínimo.
La permeabilidad está, en gran parte,
proporcionada por los canales, formados por las áreas que no
contienen elementos. La permeabilidad (k) se define en esta
invención de acuerdo con la ley de Darcy para flujo estático como,
q = \frac{k \cdot A}{\eta}\cdot\frac{\Delta p}{\Delta x} donde
q es el flujo de resina en m^{3}/s, A es la superficie total de la
sección transversal a través de la cual fluye la resina en m^{2},
\eta es la viscosidad de la resina en Ns/m^{2}, \Deltap es la
diferencia de presión en N/m^{2} y \Deltax es la distancia
sobre la cual la diferencia de presión existe y la resina fluye, en
m. La permeabilidad está definida en el plano del material, que no
es perpendicular al material, sino que es paralelo a la superficie
superior e inferior del mismo.
La capacidad de adaptación se define en esta
invención como la capacidad del material de núcleo para conformarse
como una superficie de contorno, en particular un molde. En
particular, un material de núcleo se define en esta invención como
adaptable, si puede ser curvado alrededor de una curva con un radio
de 10 mm o menos, sin deformación irreversible importante del
material de núcleo. Esto permite al material adaptarse de manera
satisfactoria al molde, permitiendo así la producción de productos
suavemente modelados.
A pesar de que la capacidad de adaptación antes
mencionada es en general suficiente para el uso en sistemas
cerrados, es una ventaja que la presente invención dé a conocer un
material de núcleo con mucha mejor capacidad de adaptación, tal
como una capacidad de adaptación que permite el curvado alrededor de
una curva con un radio de 5 mm o menos.
La resistencia a la compresión se define en esta
invención como la capacidad de resistir una fuerza que tiende a
aplastar o torcer. Se mide determinando la altura del material antes
de aplicar una presión y durante la aplicación de una presión de 1
bar perpendicular al plano del material. La resistencia a la
compresión se calcula como 100%x (altura del material a 1 bar de
presión)/altura del material a presión nula).
La resistencia a la compresión puede ser elegida
entre una gran variedad, dependiendo del tipo de aplicación y de
las propiedades deseadas. Se han obtenido resultados satisfactorios,
entre otros, con un material de núcleo con una resistencia a la
compresión de al menos el 40% a 1 bar de presión. Especialmente en
el caso de que el material de núcleo haya de ser apropiado para un
sistema de molde cerrado, es altamente preferente que la
resistencia a la compresión sea al menos del 60% a 1 bar de presión,
incluso más preferentemente sobre el 70% o más a 1 bar de presión.
Tal resistencia a la compresión ha resultado ser altamente ventajosa
debido a una tendencia muy baja de los canales a presionarse entre
ellos, comprometiendo así la entrada de resina en los canales
cuando son procesados en un molde cerrado. De acuerdo con ello, un
material de núcleo que tenga una resistencia a la compresión de
respectivamente más del 75%, al menos el 80%, al menos el 90% o al
menos el 95% a 1 bar de presión, es altamente
preferente.
preferente.
No obstante, bajo algunas circunstancias se
puede optar por un material de núcleo que tenga una resistencia a
la compresión relativamente baja, por ejemplo de un 50% o menos.
En particular en caso de un material de núcleo
apropiado para un sistema de moldeo manual o de pulverización, una
resistencia a la compresión relativamente baja es en principio
suficiente, en particular una resistencia a la compresión del 30% a
1 bar o más.
La presente invención combina la cuidadosa
compensación de las propiedades de los diversos componentes, fibras,
producto de unión, estructura esponjosa y similares para obtener un
equilibrio apropiado entre propiedades tal como resistencia a la
compresión, capacidad de adaptación y permeabilidad en el material
de núcleo, por un lado, y para obtener una alta calidad superficial
en un artículo modelado formado con tal material de núcleo, por
otro lado. Las condiciones adecuadas pueden ser determinadas por un
profesional especializado mediante consideraciones rutinarias y
sobre la información expuesta en esta invención y en las citadas
referencias.
Si es importante una buena calidad superficial
pero también se desea limitar el uso de resina y/o el peso del
compuesto final, uno puede elegir usar un material para los
elementos con un material relativamente ligero, por ejemplo una
estructura esponjosa en microesfera; un material con elementos
relativamente grandes, por ejemplo en el rango de
1-3 mm; un material con canales relativamente
estrechos entre los elementos, por ejemplo de menos de 1 mm; y/o un
volumen libre relativamente bajo, por ejemplo en el rango del
40-60% del volumen.
Si la calidad superficial es de suma importancia
y el ahorro en peso o coste son de menos importancia, uno puede
elegir usar un material de núcleo con elementos relativamente
pequeños, por ejemplo en el rango de 0,5-2 mm (en
caso de un material de núcleo en el cual el modelo no es irregular:
0,5-1,5 mm), un alto grado de irregularidad del
modelo de elemento y/o una resina con una baja tendencia a
contraerse tras ser curada, por ejemplo una resina epoxídica.
Si la capacidad de adaptación y la calidad
superficial deben ser relativamente altas, uno puede elegir usar
canales relativamente anchos, por ejemplo con un diámetro medio de
0,5-2 mm (en caso de un material de núcleo en el
que el modelo no es irregular: 0,5-0,75 mm), en
combinación con elementos relativamente pequeños, por ejemplo con
un diámetro medio de menos de 1 mm, un alto grado de irregularidad
y/o un material de fibra relativamente flexible, comprendiendo por
ejemplo fibras de poliéster y producto de unión acrilato.
Los elementos forman "islas" dentro o sobre
el elemento laminar, cuyos elementos son al menos en gran parte
rodeados por canales, a través de los cuales puede fluir la resina
de los canales. Los canales están en gran parte libres de material
del elemento laminar o de fibras, a pesar de que parte del material
de fibras puede estar presente para proporcionar consistencia
suficiente al material de núcleo. Como regla, el material contenido
en los canales debe ser suficientemente bajo para permitir una
permeabilidad suficiente que permita una penetración suficiente de
resina, preferentemente debería permitir una permeabilidad de al
menos 1 x 10^{-9} m^{2}.
Los elementos están típicamente hechos de una
estructura esponjosa de celda cerrada, por ejemplo de un material
que se usa como material producto de unión tal como se expone en
esta invención. Los elementos pueden comprender también
microesferas o estar formados por las mismas. Estas microesferas
serán tratadas más adelante.
Los elementos contribuyen en gran parte a la
resistencia a la compresión del material de núcleo y son, en
general, sustancialmente impenetrables por la resina. Los elementos
no tienen en ningún caso una permeabilidad sustancialmente inferior
a 1 x 10^{-9} m^{2}.
Los elementos pueden tener cualquier forma. Se
han obtenido resultados satisfactorios con un material de núcleo en
el cual al menos la mayoría de los elementos se seleccionan del
grupo compuesto por elementos de sección transversal circular,
elipsoidal y poligonal, paralelos al plano del material. Por
supuesto, combinaciones de los mismos pueden ser empleadas.
Elementos preferentes con sección transversal poligonal son los
elementos con sección transversal triangular, tetragonal,
pentagonal, hexagonal, heptagonal u octagonal.
La distribución irregular puede obtenerse usando
elementos más o menos uniformemente modelados, con la misma o
diferentes dimensiones. Se han obtenido resultados satisfactorios,
por ejemplo, con un material de núcleo en el que al menos la
mayoría y preferentemente sustancialmente todos los elementos tienen
una sección transversal circular o elipsoidal paralela al plano del
material.
La distribución irregular puede obtenerse usando
una variedad de elementos modelados de forma diferente. Se han
obtenido resultados satisfactorios con un material de núcleo en el
que al menos la mayoría y preferentemente sustancialmente todos los
elementos tienen una sección transversal poligonal paralela al plano
del material. Los elementos diferentemente modelados en dicho
material de núcleo son preferentemente seleccionados de un grupo de
triángulos, tetrágonos, pentágonos y hexágonos.
Se ha descubierto que se obtienen resultados
particularmente satisfactorios con respecto a la calidad superficial
con un material de núcleo que tenga un modelo irregular en el que
al menos la mayoría y preferentemente sustancialmente todos los
elementos tengan un diámetro, tal como se define mediante el
diámetro del círculo envolvente, en el plano del material, de menos
de 1,5 mm. Se han obtenido resultados muy satisfactorios con un
material de núcleo en el que al menos la mayoría de los elementos
tiene un diámetro de 0,2-1 mm.
El límite inferior del diámetro de los elementos
no es particularmente crítico. Para aplicaciones típicas, al menos
la mayoría de los elementos tendrán un diámetro mínimo de al menos
unos 0,2 mm. Por motivos prácticos, el diámetro será generalmente
de al menos 0,5 mm. Factores, a parte de la calidad superficial,
para los cuales el diámetro de los elementos puede ser relevante,
es la medida en la cual se quiere restringir el uso de resina en un
sistema de molde cerrado.
Preferentemente al menos la mayoría de los
canales entre elementos tiene un diámetro medio de menos de 2 mm
(en caso de un modelo irregular), más preferentemente de menos de 1
mm (en caso de un modelo irregular), incluso más preferentemente de
menos de 0,5 mm. El límite inferior de los canales no es
particularmente crítico, siempre que la permeabilidad permanezca
suficientemente alta, tal como se define en esta invención. Un
límite inferior apropiado puede ser determinado de modo rutinario
por el profesional especializado, dependiendo de la resina y de las
condiciones del modelado. Típicamente la mayoría de los canales
tendrán un diámetro medio mínimo de al menos 0,3 mm. Las ventajas
de usar un diámetro relativamente alto, por ejemplo de 0,5 a 2 mm
(de 0,5-0,75 en caso de que el material de núcleo
no tenga un modelo irregular) pueden ser un rápido flujo de la
resina a través del material y una capacidad de adaptación
relativamente alta. Las ventajas de un diámetro relativamente bajo,
por ejemplo en el rango de 0,3 a 0,5 mm, pueden incluir una
absorción de resina relativamente baja y una calidad
superficial
superior.
superior.
El grosor del material de núcleo puede variar
dentro de un amplio rango, por ejemplo entre 1 y 4 mm,
preferentemente entre 1,5 y 3 mm, aunque se pueden hacer materiales
de núcleo más gruesos o más delgados de acuerdo con la invención.
Los elementos ocupan, al menos normalmente, la mayoría del grosor
del material.
Preferentemente el elemento laminar fibroso que
contiene una estructura esponjosa tiene un volumen libre de menos
del 80% del volumen, más preferentemente del 50-70%
del volumen. En este sentido se entiende que el volumen libre
representa el volumen de material al que puede acceder la resina. El
resto del volumen estará formado por los elementos (y algunas
fibras).
Un elemento laminar preferente comprende al
menos un 20% en peso de fibras, y hasta un 80% en peso de material
producto de unión, el cual es, opcionalmente, esponjoso. La
estructura esponjosa de celda cerrada que forma los elementos puede
prepararse con microesferas (opcionalmente dilatables) que se
introducen en el elemento laminar usando un material producto de
unión opcionalmente de forma esponjosa.
Se han obtenido resultados satisfactorios con un
material de núcleo que contiene microesferas que tienen una
temperatura de activación de al menos 120ºC, en el que el volumen
libre en el elemento laminar es como máximo del 80% del volumen. El
elemento laminar se puede enlazar mecánica, física o
químicamente.
Se prefiere un material de núcleo que comprenda
al menos un 30% en peso de fibras, y hasta un 70% en peso de
material producto de unión, que también contiene opcionalmente
microesferas dilatables. En la práctica, la cantidad de
microesferas dilatables será generalmente inferior al 15% en peso,
preferentemente 1-10% en peso en base al peso total
del material de núcleo.
Preferentemente las microesferas son dilatables
y más preferentemente tienen una temperatura de activación de al
menos 120ºC.
Se han obtenido resultados muy buenos con un
material de núcleo en el que las microesferas termoplásticas
dilatables, por ejemplo de un polímero termoplástico basado en un
alquilometacrilato, tal como por ejemplo metacrilato metílico,
acetonitrilo (tal como por ejemplo poliacetonitrilo (PAN)), cloruro
de vinilideno o una combinación de los mismos, están presentes en
el elemento laminar, teniendo dichas microesferas una temperatura
de expansión inicial inferior a la temperatura de curado del
producto de unión. Las microesferas están disponibles
comercialmente, por ejemplo Expancel™ de
AZKO-NOBEL.
El material de núcleo de la invención puede
prepararse utilizando técnicas conocidas para producir los
materiales de núcleo de la técnica anterior para la producción
manual de materiales plásticos reforzados con fibras. La
preparación puede basarse, por ejemplo, en la metodología tal como
se describe en EP 1 010 793. Preferentemente el material se hace
mediante impresión por estarcido rotativa.
En un método preferente para producir un
material de núcleo, se introducen microesferas dilatables en un
elemento laminar fibroso, utilizando un material producto de unión,
seguido de la dilatación de las microesferas y el curado del
producto de unión. En un método mucho más preferente, las
microesferas empiezan a dilatarse a una temperatura inferior a la
temperatura de curado del material producto de unión.
El material de núcleo puede prepararse de modo
apropiado en un método en el que un material no tejido se imprime
con una espuma o un producto de unión de espuma, que también
contiene microesferas dilatables, tal como por ejemplo microesferas
poliméricas, de vidrio o cerámicas.
En el caso de utilizar microesferas dilatables,
se prefiere la utilización del siguiente proceso. Primero se
prepara una dispersión de microesferas dilatables en un material
producto de unión, siendo dicha dispersión opcionalmente de forma
esponjosa. La temperatura de dilatación inicial de las microesferas
está preferentemente por debajo de la temperatura de curado del
material producto de unión. Posteriormente, el material no tejido,
que tiene un grosor inferior al grosor final requerido, se imprime
por estarcido con la dispersión. A continuación, el material se
seca y se calienta a la temperatura de dilatación de las
microesferas. Bajo dilatación la temperatura además se eleva,
resultando en el curado del material producto de unión y en la
fijación de las microesferas en el elemento laminar. De este modo
se puede preparar un material de núcleo según la invención.
La temperatura inicial de expansión de las
microesferas está preferentemente entre 120 y 190ºC. La temperatura
de curado del producto de unión es preferentemente superior a
170ºC.
El elemento laminar fibroso que se usa según la
invención será normalmente un material no tejido, que puede
reforzarse, basado en fibras convencionales. La fabricación de
materiales no tejidos apropiados ha sido descrita, por ejemplo, en
"Textilien auf Vliesbasis" ("Textiles de fieltro"),
(D.V.R. Fachbuch, P.Kepper Verlag), por el Dr. H. Jörder. También
es posible utilizar una combinación de un elemento laminar fibroso
no tejido con un tejido de refuerzo, uno dentro o encima del
otro.
Las fibras del elemento laminar se seleccionan
preferentemente del grupo de fibras naturales, fibras de vidrio,
fibras metálicas, fibras cerámicas o fibras sintéticas, tal como por
ejemplo fibras acrílicas, de polietileno, polipropileno, poliéster,
poliamida (aramida), carbono o polipropileno, y combinaciones de
éstas. Más preferentemente las fibras se seleccionan del grupo de
fibras de vidrio, fibras de poliéster, fibras bicomponentes de
poliéster-polietileno y combinaciones de éstas. Se
han obtenido resultados muy buenos con fibras de poliéster. Se ha
descubierto que las fibras de poliéster tienen una muy buena
adherencia con la resina y tienden a tener un contenido de humedad
favorablemente bajo.
Según un método muy conveniente, el material no
tejido se basa en una combinación de fibras de poliéster y fibras
bicomponentes de polietileno-poliéster (u otras
fibras o polvos de baja temperatura de fusión). Estos tipos de
elementos laminares han sido aglutinados térmicamente por las fibras
bicomponentes. Calentando el elemento laminar a la temperatura
inicial de expansión de las microesferas, que está por encima del
punto de fusión del enlace de polietileno, el elemento laminar se
libera y se expande fácilmente. Después de la expansión y el
curado, el material final tiene de nuevo su buen enlace, que resulta
en la ventajosa combinación de las propiedades de la invención. Al
mismo tiempo el elemento laminar es muy fácil de manejar en las
etapas iniciales del proceso, gracias al enlace térmico.
Las microesferas, que pueden disponerse en un
elemento laminar fibroso según la invención, consisten
preferentemente al menos de un material de resina sintético
termoplástico que es sólido a temperatura ambiente. Ejemplos de
resinas apropiadas incluyen poliestireno, copolímeros de estireno,
cloruro de polivinilo, copolímeros de cloruro de vinilo,
copolímeros de cloruro de vinilideno, etc.
En las microesferas expansibles, se incorpora
normalmente un agente hinchante. La presencia de este agente
hinchante es responsable de una expansión de las microesferas cuando
un elemento laminar fibroso, que comprende las microesferas, es
curado. De este modo, las microesferas entran por presión en el
elemento laminar fibroso en una forma no expandida, por ejemplo,
por medio de una pasta, tal como una pasta de espuma. El agente
hinchante puede ser un agente hinchante químico o físico, tal como
azodicarbonamida, isobutano, isopentano, pentano, freón,
iso-octano etc.
De una manera ventajosa las microesferas tienen
un diámetro de 4,20 \mum, en estado de no expansión, y
preferentemente un diámetro de 10-100 \mum en
estado expandido. Después de la expansión de las microesferas, la
cantidad de las mismas en el elemento laminar es en general de 10 a
60% del volumen. Esta cantidad depende de la cantidad de
microesferas utilizadas y el grado de expansión de las mismas.
Productos de unión apropiados en este aspecto
son por ejemplo el polímero de alquiloacrilato inferior, el caucho
estireno-butadieno, polímero de acrilonitrilo,
poliuretano, resinas epoxídicas, polivinil cloruro, poliviniliden
cloruro y copolímeros de cloruro de vinilideno con otros monómeros,
acetato de polivinilo, acetato de polivinilo parcialmente
hidrolizado, alcohol de polivinilo, polivinil pirrolidona, resinas
de poliéster, etc. Opcionalmente estos productos de unión pueden
mostrarse con grupos ácidos, por ejemplo al carboxilar los
productos de unión. Un agente carboxilador apropiado es, por
ejemplo, el anhídrido maléico. Además, el producto de unión,
compuesto similar a la pasta contiene opcionalmente agua,
surfactantes, estabilizadores de espuma, rellenos y/o espesantes,
tal como se ha descrito en EP-A-0
190 788.
La presente invención se refiere además a un
laminado que consiste al menos en un material de núcleo según la
invención, laminado con al menos un fieltro de fibra. El laminado
puede estar formado de cualquier manera, y preferentemente cosiendo
o pegando, al menos un fieltro a uno o a ambos lados del material de
núcleo. Se conocen en la técnica métodos apropiados para formar el
laminado.
Una ventaja de proporcionar un laminado es la
facilidad de uso. Un laminado permite una disposición fácil de la
combinación del material de núcleo y los tejidos sintéticos en una
sola etapa. Así, el fabricante de un compuesto no tiene que grapar
diferentes capas (por ejemplo, respectivamente, fieltro inferior,
material de núcleo, fieltro superior) al interior del molde en
diferentes etapas.
En principio, se puede utilizar cualquier
fieltro de fibra adecuado para preparar un compuesto. Fieltros
preferentes incluyen fieltros de fibra de vidrio, de fibra de
carbono, de fibra de poliaramida e híbridos de los mismos, por
ejemplo, fieltros de fibra de carbono-vidrio, de
fibras de poliaramida-vidrio o de fibra de
poliaramida-carbono.
Se ha descubierto que un material de núcleo
según la invención es, entre otras cosas, muy apropiado para hacer
laminados delgados, al tiempo que obtener una superficie con un
aspecto suave altamente deseable. Por ejemplo, un laminado acorde
con la invención puede, muy convenientemente, tener un grosor total
de 2 a 10 mm, preferentemente de 3 a 6 mm. Se han obtenido
resultados satisfactorios, entre otros, con un laminado de un
material de núcleo con un grosor de 1-2 mm cubierto
por ambos lados con un fieltro, preferentemente un fieltro de
vidrio, con un grosor de aproximadamente 0,4-0,8
mm, por ejemplo un fieltro de vidrio de aproximadamente
225-600 g/m^{2}, típicamente de alrededor de 450
g/m^{2}. De esta manera puede obtenerse un laminado con un grosor
de aproximadamente de 2-3 mm, encontrándose que
este laminado tiene una muy buena calidad superficial después de ser
curado con una resina líquida, en especial con resina
epoxídica.
La invención también abarca un método para
fabricar un artículo modelado, en el que un elemento laminar fibroso
tal como el anteriormente descrito se impregna con una resina
líquida y un endurecedor para ello.
Resinas líquidas adecuadas para impregnar un
elemento laminar fibroso, según la invención, son cualquier material
de plástico sintético que pueda aplicarse de forma líquida y pueda
ser curado. Ejemplos son resinas de poliéster, resinas de
fenilester, resinas de poliuretano, resinas de fenol, resinas de
melamina formaldehído y resinas epoxídicas. Dados los requisitos
para la fabricación de un artículo modelado, un técnico en la
materia podrá seleccionar de manera adecuada una resina
apropiada.
Endurecedores adecuados para utilizar en un
método según la invención son cualquier endurecedor que pueda
utilizarse para curar la resina líquida elegida. Estos sistemas son
conocidos por el técnico. Pertenece al conocimiento estándar de un
técnico en la materia, ser capaz de combinar resina y endurecedor
para obtener resultados óptimos.
La presente invención se refiere además a un
artículo modelado basado en un material de núcleo según la
invención, en particular un artículo modelado obtenible mediante un
método según la invención, en el que un material de núcleo según la
invención se impregna de una resina y se cura. En particular, la
presente invención se refiere a un artículo modelado que tiene un
valor de "piel de naranja" o índice D-Sight
inferior a 30, preferentemente inferior a 25, más preferentemente
de 10-20, según se determina por la técnica
D-Sight (por ejemplo, en un sistema
D-Sight, suministrado por Diffracto Ltd. Canadá),
utilizando las condiciones tal como se especifica en los
ejemplos.
La invención será ahora aclarada con los
siguientes, ejemplos no limitativos.
Ejemplo
comparativo
Un material de núcleo Soric® (Lantor,
Veenendaal, los Holanda) tal como se muestra en la figura 4a con
elementos hexagonales con un diámetro aproximado de 6 mm y una
permeabilidad de 5 x 10^{-9} m^{2}, se intercaló entre dos
capas de fieltro de fibra (esterilla de fibra de vidrio troceada)
(peso del material: 450 g/m^{2}; suministrado por
Owens-Corning). Este laminado fue impregnado con
resina poliéster (Synolite 6811-N-1,
resinas DSM) en un sistema de molde cerrado por inyección de vacío
a una presión de 0,2 bar.
A un lado del molde se aplicó un acabado
superficial (Gelcoat^{TM} negro yt 701; de De IJssel) de unos 0,5
mm.
La figura 5 muestra el aspecto del compuesto
(marcado como "material de núcleo previo"). El valor de la
"piel de naranja"/índice D-Sight de la
superficie se determinó usando un sistema D-Sight
con la siguiente configuración de parámetros:
| Ángulo de cámara: | 30º, Altura de cámara: 570 | |
| Punto de aplicación: | línea "roja" | |
| Tamaño de fragmento: | esquina superior izquierda: x=115, y=271 | |
| esquina inferior derecha: x=385, y=386 | ||
| WDI 28X24 | ||
| Tamaño de bloque 10X5 |
El valor de la "piel de naranja" fue de
55,3. El gráfico que representa el compuesto tal como se observa
mediante el sistema D-Sight se muestra en la figura
7.
Un segundo ejemplo de comparación se llevó a
cabo del mismo modo, pero con un material de núcleo Soric® con
hexágonos con un diámetro de unos 3,5 mm y una permeabilidad de unos
5 x 10^{-9} m^{2}. El valor de "piel de naranja" fue de
33,7. Un gráfico que representa un compuesto tal como se observa
mediante el sistema D-Sight se muestra en la figura
8.
Un tercer ejemplo de comparación se llevó a cabo
del mismo modo, pero ahora con un laminado totalmente de vidrio
(tres capas del mismo fieltro de vidrio). El valor de "piel de
naranja" fue de 24,9 (no mostrado en las figuras).
Se preparó un elemento laminar consistente en un
80% en peso de fibras de poliéster y un 20% en peso de producto de
unión (acrilato).
Se hizo una mezcla de
aglutinante-microesfera mezclando 5 Kg. de
microesferas expansibles (Expancel^{TM}, AKZO NOBEL) en 95 Kg. de
dispersión de acrilato. El contenido sólido fue de un 52% en
peso.
La mezcla de
aglutinante-microesferas se aplicó a un elemento
laminar impreso mediante estarcido rotativo, en la que la mezcla se
introduce por presión en el elemento laminar. La pantalla contiene
agujeros redondos irregularmente distribuidos con un diámetro
aproximado de unos 0,6 mm, en una densidad de unos 40 agujeros por
cm^{2}.
Después de la impresión el elemento laminar se
secó a una temperatura de 110ºC y posteriormente se expandió a un
grosor de unos 2 mm a 200ºC de temperatura. Simultáneamente se curó
el elemento laminar.
Un material de núcleo con un modelo irregular
tal como se muestra en la figura 1, en la que los elementos tienen
un diámetro medio de aproximadamente 1 mm, con una permeabilidad de
alrededor de 1,5 x 10^{-9} m^{2}, se dotó de las esterillas de
fibra de vidrio, tal como se mencionó antes. El laminado se impregnó
de acuerdo con el mismo procedimiento tal como el descrito en el
ejemplo de comparación.
La figura 5 muestra el aspecto del compuesto
(marcada como "material de núcleo mejorado").
La figura 5 demuestra claramente que el aspecto
del material de núcleo de acuerdo con la invención resulta en un
compuesto del cual la superficie tiene un aspecto mucho más suave,
resultando en un aspecto visual mejor.
Un gráfico que representa al compuesto tal como
se observa mediante el sistema D-Sight se muestra en
la figura 9. El valor de "piel de naranja" fue de 20,6.
La figura 6 muestra otro compuesto de acuerdo
con la invención, hecho de un material de núcleo tal como se
muestra en la figura 4c, lo que muestra también un aspecto muy
uniforme.
Claims (25)
1. Material de núcleo, apropiado para su
utilización en un sistema de molde cerrado, una aplicación de
pulverización y/o de moldeo manual, siendo dicho material de núcleo
adaptable, cuyo material de núcleo se basa en al menos un elemento
laminar fibroso que contiene una estructura de forma esponjosa
dentro del elemento laminar, estando dicha estructura de forma
esponjosa formada por un grupo de elementos, cuyos elementos están
separados unos de otros por medio de canales que son permeables a
la resina, caracterizado porque los elementos tienen un
diámetro medio -tal como se define por el diámetro del círculo
envolvente, en el plano del material- de menos de 1,5 mm y donde
los canales tienen un diámetro medio de menos de 0,75 mm.
2. Material de núcleo, según la reivindicación
1, en el que dichos elementos están distribuidos de manera
irregular dentro o sobre el elemento laminar, esto es, donde la
repetición del modelo en al menos una dirección de la
dirección-x y de la dirección-y es
al menos de 0,5 cm.
3. Material de núcleo, según la reivindicación
2, en el que al menos la mayoría de los elementos tienen un
diámetro, tal como se determina por el círculo envolvente que rodea
el elemento, en el plano del material, de menos de 3 mm,
preferentemente de menos de 2,5 mm.
4. Material de núcleo según la reivindicación 2
ó 3, en el que al menos la mayoría de los canales tienen un
diámetro medio de menos de 1 mm.
5. Material de núcleo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que los canales tienen un
diámetro medio de 0,3-0,5 mm.
6. Material de núcleo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que los elementos tienen un
diámetro medio de 0,2-1 mm.
7. Material de núcleo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la permeabilidad en el plano
del material para resina es al menos de 1 x 10^{-9} m^{2}.
8. Material de núcleo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que los elementos están
distribuidos aleatoriamente dentro o sobre el elemento laminar.
9. Material de núcleo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el material de núcleo
contiene una serie elementos modelados de forma diferente.
10. Material de núcleo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el volumen libre del
elemento laminar es del 40-80% del volumen,
preferentemente del 60 al 70% del volumen.
11. Material de núcleo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que las secciones transversales
paralelas al plano del material de al menos la mayoría de los
elementos están seleccionadas del grupo consistente en secciones
transversales circulares, elipsoidales y poligonales.
12. Material de núcleo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que al menos parte de los
elementos contienen microesferas.
13. Material de núcleo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que las fibras del elemento
laminar están seleccionados del grupo consistente en fibras
naturales, fibras de vidrio, fibras metálicas, fibras cerámicas,
fibras sintéticas y combinaciones de las mismas.
14. Material de núcleo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que tiene una resistencia a la
compresión a 1 bar de al menos 30%, preferentemente de al menos 60%,
más preferentemente de al menos 70%.
15. Laminado que al menos consiste en un
material de núcleo, según cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, laminado con al menos un fieltro de fibra.
16. Laminado, según la reivindicación 15, en el
que el laminado tiene un grosor total de 1 a 10 mm, preferentemente
de 2 a 5 mm.
17. Laminado, según la reivindicación 15 ó 16,
en el que al menos un fieltro de fibra se selecciona entre un grupo
consistente en al menos un tipo de fibra seleccionado entre el grupo
consistente en fibras de vidrio, fibras de carbón y fibras de
poliaramida.
18. Laminado, según cualquiera de las
reivindicaciones 15 a 17, en el que al menos un fieltro de fibra
está pegado o cosido al material de núcleo.
\newpage
19. Proceso para preparar un artículo modelado,
comprendiendo dicho proceso un material de núcleo, según cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 14, combinado de modo opcional con uno o
más fieltros no tejidos o un laminado, según cualquiera de las
reivindicaciones 15 a 18, en un molde cerrado, que introduce resina
líquida en el molde y cura la resina para producir el artículo.
20. Proceso, según la reivindicación 19, en el
que la resina es una resina de poliéster, una resina fenilester,
una resina epoxídica, una resina de poliuretano, una resina de
melamina formaldehído o una resina fenólica.
21. Artículo modelado obtenible por un método
según cualquiera de las reivindicaciones 19 ó 20.
22. Artículo modelado, basado en un material de
núcleo, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, o lámina,
según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17.
23. Artículo modelado, según la reivindicación
22, que tiene un índice de difracción tal como el que representa su
valor de "piel de naranja" de menos de 30, preferentemente de
menos de 25, más preferentemente de 10-20.
24. Proceso para producir material de núcleo,
según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, comprendiendo
dicho proceso el introducir un material de forma esponjosa o que
produce espuma en un elemento laminar usando al menos un material
producto de unión y fijando una espuma en el elemento laminar al
curar el material producto de unión.
25. Proceso, según la reivindicación 24, en el
que el material de forma esponjosa o que produce espuma se
introduce en el elemento laminar mediante una impresión por
estarcido rotativo.
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