ES2284766T3 - Pieza moldeada de material compuesto de fibra y procedimiento para la produccion de una pieza moldeada de material compuesto de fibra. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la producción de una pieza moldeada de material compuesto de fibra de al menos una capa de un material de refuerzo de fibras (1) naturales y un biopolímero (3) endurecido, en el que la capa de material de refuerzo cortada formada a partir de material textil tejido, material textil no tejido, malla, papel, material textil trenzado o tejido de punto de trama se impregna con el biopolímero (3) en forma líquida y posteriormente se moldea mediante prensado y se endurece, caracterizado porque se aplica sobre la capa del material de refuerzo antes de la impregnación con el biopolímero (3) un líquido (2) ligante químico, de tal modo que tras el secado del líquido (2) ligante se forma una capa no adhesiva y resistente al cizallamiento según el tipo de un producto preimpregnado y porque el porcentaje del agente ligante químico en la matriz de agente ligante total se encuentra por debajo del 20%.
Description
Pieza moldeada de material compuesto de fibra y
procedimiento para la producción de una pieza moldeada de material
compuesto de fibra.
La invención se refiere a un procedimiento para
la producción de una pieza moldeada de material compuesto de fibra
de al menos una capa de un material de refuerzo de fibras naturales
y un biopolímero endurecido, en el que la capa de material de
refuerzo cortada formada a partir de material textil tejido,
material textil no tejido, malla, papel, material textil trenzado o
tejido de punto de trama se impregna con el biopolímero en forma
líquida y posteriormente se moldea mediante prensado y se
endurece.
La invención se refiere además a una pieza
moldeada de material compuesto de fibra, compuesta por al menos una
capa formada a partir de material textil tejido, material textil no
tejido, malla, papel, material textil trenzado o tejido de punto de
trama, de un material de refuerzo de fibras naturales y un
biopolímero endurecido.
Los materiales de material compuesto de fibra se
usan especialmente cuando deben conseguirse altas resistencias y
rigideces con un peso reducido. Las propiedades ventajosas de los
materiales de material compuesto de fibra se obtienen a partir de
las densidades reducidas de la resina de matriz usada, tales como
por ejemplo poliésteres insaturados, resinas fenólicas, resinas
epoxídicas, y las fibras de alta resistencia y alta rigidez que se
incluyen allí dentro (por ejemplo fibras de vidrio, de aramida, de
carbono). Para la creación del material compuesto entre estos
materiales se han desarrollado las tecnologías de producción más
diversas, entre otras, la técnica de prensado. Sin embargo, los
materiales de material compuesto de fibra clásicos plantean a menudo
problemas considerables con respecto a su aprovechamiento tras el
transcurso de su vida útil. La combinación de estos materiales a
partir de matrices y fibras de diferentes tipos y por regla general
muy resistentes resulta un gran obstáculo para el reciclado. Cada
vez más se prohíbe una simple deposición ante la problemática
creciente del medioambiente.
Un planteamiento de solución conocido ofrecen
los biopolímeros reforzados con fibras naturales. Si las fibras
vegetales, tales como por ejemplo de lino, de cáñamo, de ramio, de
yute, se incluyen en matrices de biopolímeros, por ejemplo
plásticos termoendurecibles basados en aceites vegetales o derivados
de goma laca, de ácido láctico, de almidón, de celulosa, entonces
puede producirse materiales compuestos de fibra que pueden
eliminarse de manera compatible con el medioambiente mediante la
combustión neutra con CO_{2}, reciclado de materia prima y
posiblemente mediante el compostaje. Además, mediante el uso de
materias primas renovables se evita el problema del aprovechamiento
intenso de los recursos limitados.
La producción de los materiales de material
compuesto de fibra habituales con sistemas de matriz basados en
petróleo tiene lugar con ayuda de la técnica de prensado mediante
esencialmente dos procedimientos, el prensado en húmedo y el
procedimiento de producto preimpregnado.
En el caso del prensado en húmedo el producto
semiacabado de fibra se impregna con una resina y el producto
semiacabado todavía húmedo se introduce en la herramienta de moldeo
caliente. Tras el prensado puede retirarse la pieza acabada y
conducirse al procesamiento posterior.
En el caso del procedimiento de producto
preimpregnado el producto semiacabado de fibra se impregna con una
resina y posteriormente se seca. En este estado puede transportarse,
almacenarse y procesarse, por ejemplo cortarse. Para la producción
de la pieza moldeada de material compuesto de fibra se introduce el
producto preimpregnado en la herramienta de moldeo y se prensa en
caliente, mediante lo cual se reticula la resina de plástico
termoendurecible. Tras el tiempo de prensado predeterminado puede
retirarse la pieza acabada y conducirse al procesamiento
posterior.
Los sistemas de matriz de biopolímeros que están
a disposición permiten una producción de piezas moldeadas de
material compuesto de fibra sólo en el procedimiento en húmedo. A
consecuencia de eso a la etapa de trabajo de "impregnación del
producto semiacabado de fibra" debe suceder inmediatamente la
etapa de acabado de "prensado". Un pretratamiento del material
de refuerzo de fibra textil suministrado regularmente, por ejemplo
el corte para un determinado caso de aplicación, debe llevarse a
cabo de manera relativamente complicada en el material de refuerzo
no resistente de forma. Además, es difícil el manejo del material de
refuerzo con fines de transporte, de almacenamiento, etc.
Mediante el documento EP 0 859 031 A2 se conoce
una pieza moldeada de plástico reforzada con fibra de fibras
naturales como material de refuerzo. A este respecto se considera
como inconveniente que la pieza moldeada de plástico sea
susceptible a un desgaste biológico. Por tanto se prevé producir la
matriz de plástico a partir de dos polímeros unidos entre sí, de
los que uno es un biopolímero y el segundo es un polímero resistente
frente al desgaste biológico. El tratamiento de la mezcla de
polímeros tiene lugar en el procedimiento de prensado en húmedo. En
este caso las fibras de refuerzo se introducen de manera aleatoria
en la mezcla de polímeros.
Mediante el documento DE 198 35 983 A1 se conoce
mejorar la adherencia de fibras de celulosa durante la introducción
en una matriz termoplástica debido a que las fibras se recubren con
un plástico termoendurecible de tipo resina, que se endurece sobre
las fibras. Por consiguiente, el plástico endurecible de tipo resina
forma un revestimiento de las fibras o de los hilos formados con
las fibras, con los que se produce el material de refuerzo. Debido
al revestimiento de las fibras o de los hilos se obtiene una buena
integración del material de refuerzo en la matriz
termoplástica.
Por consiguiente, la presente invención parte
del enfoque de posibilitar la producción de una pieza moldeada de
material compuesto de fibra con biopolímeros compatibles con el
medioambiente, sin tener que aceptar los inconvenientes del manejo
mencionados.
Partiendo de este enfoque, un procedimiento
según la invención del tipo mencionado al principio se caracteriza
porque se aplica sobre la capa del material de refuerzo antes de la
impregnación con el biopolímero un líquido ligante químico, de tal
modo que tras el secado del líquido ligante se forma una capa no
adhesiva y resistente al cizallamiento según el tipo de un producto
preimpregnado y porque el porcentaje del agente ligante químico en
la matriz de agente ligante total se encuentra por debajo del 20%,
preferiblemente por debajo del 5%.
Una pieza moldeada de material compuesto de
fibra del tipo mencionado al principio se caracteriza según la
invención porque la capa del material de refuerzo está recubierta
con una lámina de un agente ligante químico que fija las fibras del
material de refuerzo en la capa entre sí y porque el porcentaje del
agente ligante químico en la matriz de agente ligante total se
encuentra por debajo del 20%, preferiblemente por debajo del
5%.
Por consiguiente, con la presente invención se
aprovecha el conocimiento de que para la mejora del manejo del
material de refuerzo antes de la propia producción de la pieza
moldeada de material compuesto de fibra sólo es necesaria una
cantidad muy reducida de un agente ligante químico, para hacer que
el material de refuerzo sea más manejable y procesable mediante una
conformación no adhesiva y resistente al cizallamiento y de que una
cantidad reducida de este tipo del agente ligante químico no afecta
a la eliminación compatible con el medioambiente de la pieza
moldeada de material compuesto de fibra tras el transcurso de su
vida útil.
La mejora del manejo se obtiene para el
transporte, el almacenamiento y procesamiento, especialmente para
el corte del material de refuerzo mediante troquelado.
El material de refuerzo conformado de manera no
adhesiva y resistente al cizallamiento se apila regularmente en
varias capas antes del prensado, dado que las piezas moldeadas de
material compuesto de fibra se forman regularmente con numerosas
capas de un material de refuerzo.
La aplicación fina según la invención del
líquido ligante permite también un cierto moldeo previo del material
de refuerzo durante el secado del líquido ligante. La aplicación
del líquido ligante sobre el material de refuerzo puede tener lugar
según cada procedimiento conocido, o sea por medio de aplicación de
baño de impregnación, de calandria, de rodillos o por
pulverización, prefiriéndose la aplicación mediante un baño de
impregnación.
Aunque el material de refuerzo recubierto según
la invención no es un producto preimpregnado en el sentido
habitual, dado que la propia matriz de la pieza moldeada de material
compuesto de fibra se forma mediante el biopolímero que se
introduce más tarde, el material de refuerzo conformado de manera no
adhesiva y resistente al cizallamiento según la invención puede
tratarse de manera similar a un producto preimpregnado habitual.
El porcentaje del agente ligante químico en la
matriz del agente ligante total de la pieza moldeada de material
compuesto de fibra según la invención asciende a claramente menos
del 20% en peso.
El biopolímero usado según la invención es
preferiblemente un plástico termoendurecible, que se selecciona del
grupo de los plásticos termoendurecibles basados en aceites
vegetales o derivados de goma laca, de ácido láctico, de almidón,
de celulosa endurecidos.
El dibujo adjunto aclara el procedimiento de
producción de una pieza moldeada de material compuesto de fibra
según la invención en un ejemplo de realización. Muestran:
la figura 1 una vista en corte de las fibras de
un material de refuerzo de fibras tejido.
la figura 2 una vista en corte según la figura 1
tras la aplicación de un recubrimiento fino con un agente ligante
químico y
la figura 3 una vista en corte según la figura 2
de la pieza moldeada de material compuesto de fibra acabada tras el
endurecimiento de la resina biopolimérica.
La figura 1 ilustra las fibras 1, que se
representan como fibras de urdimbre y de trama de un material de
refuerzo tejido.
Mediante la figura 2 puede observarse que las
fibras 1 han obtenido un recubrimiento fino con un agente 2 ligante
químico, siendo el recubrimiento tan fino que el material de
refuerzo formado se ha hecho precisamente resistente al
cizallamiento y por consiguiente puede manejarse y procesarse
fácilmente, por ejemplo troquelarse. Por consiguiente, el agente 2
ligante químico lleva solamente a una cierta fijación de las
distintas fibras 1 entre sí, sin embargo no a una inclusión de las
fibras en una matriz polimérica.
Esta inclusión de las fibras 1 con su
recubrimiento 2 en una matriz de un biopolímero 3 se representa en
la figura 3. En esta representación está claro que el recubrimiento
2 con un agente ligante químico constituye sólo una pequeña
fracción de toda la inclusión de las fibras 1 en la pieza moldeada
de material compuesto de fibra y que prácticamente todo el volumen
de inclusión se ajusta mediante el biopolímero 3. La razón de la
cantidad del agente 2 ligante químico con respecto a la cantidad del
biopolímero se encuentra por debajo del 20% en peso,
preferiblemente por debajo del 5% en peso.
A continuación se describe a modo de ejemplo la
producción de una pieza moldeada de material compuesto de
fibra:
un producto semiacabado de fibras naturales, que
por ejemplo puede existir como material textil tejido, material
textil no tejido, malla, papel, material textil trenzado o tejido de
punto de trama de lino, de cáñamo, de yute, fibras basadas en
celulosa distribuidas bajo el nombre comercial de Lyocell o Newcell,
de sisal, de fibras de bromelia o de ramio, preferiblemente un
material 1 textil de lino (ligamento tafetán, hilo, número 3,6,
longitud de la fibra de 60 a 150 mm, de 17 a 28 \mum en
condiciones climáticas normales, peso superficial aproximadamente
250 g/m^{2} se mezcla con del 0,5 al 20% de un líquido ligante).
Las fibras basadas en celulosa mencionadas se producen por ejemplo
mediante la trituración de madera y formación de fibras a partir del
material
triturado.
triturado.
El líquido ligante puede estar formado a base de
vinilo (acrilato, acrilato de estireno, acrilato de vinilo, acetato
de vinilo, acetato de etilenvinilo, estireno butadieno,
poli(cloruro de vinilo), cloruro de etilenvinilo, alcohol
vinílico, acrilato de butadieno), de la clase de los elastómeros
(poliuretano, elastómero de silicona, caucho natural) o de la clase
de los plásticos termoendurecibles reticulados (resina fenólica,
resina de melamina, resina de urea, resina de formaldehído, resina
epoxídica, resina alquídica, resina de poliéster) o estar mezclado
con un comonómero (etileno, butadieno, acrilato de butilo, acrilato
de etilo, acetato de vinilo, cloruro de vinilo, metacrilato de
metilo, estireno, acrilonitrilo). Un líquido ligante preferido es
poli(alcohol vinílico) al 4%.
El recubrimiento del producto semiacabado de
fibras naturales con el líquido ligante puede tener lugar en forma
de una aplicación de calandria, baño de impregnación, de rodillos o
por pulverización, preferiblemente por medio de un baño de
impregnación.
Tras el secado está a disposición un material de
refuerzo no adhesivo y resistente al cizallamiento. Los materiales
de refuerzo que forman las capas de una pieza moldeada de material
compuesto de fibra se troquelan de manera correspondiente al patrón
de corte deseado.
Para la producción definitiva de la pieza
moldeada de material compuesto de fibra se apilan las capas
individuales de manera correspondiente a un patrón de capas, y se
introducen en una herramienta de moldeo que se encuentra en una
prensadora.
La herramienta de moldeo se calienta hasta de 50
a 200ºC, preferiblemente hasta aproximadamente 150ºC. Posteriormente
se añade una cantidad pesada de manera exacta de un plástico
termoendurecible de materia prima creciente en la cavidad.
Plásticos termoendurecibles adecuados de este tipo están en el
comercio bajo las denominaciones PTP (empresa Preform), Tribest
(empresa Cognis), Elastoflex (empresa Elastogran/BASF). Estos
polímeros reaccionan como resinas epoxídicas, acrilatos, ésteres
vinílicos, poliuretanos o poliésteres insaturados. Pueden mezclarse
con aceleradores correspondientes, preferiblemente Tribest L 380
mezclado con comonómeros hasta el 49%, preferiblemente el 20% de
ácido metacrílico y el 10% de Photomer 3005 F así como del 1 al 5%
de un peróxido, preferiblemente el 3% de PK 295 V y del
0-10% de un acelerador C12 o CA12, aunque
preferiblemente sin acelerador. Se cierra la prensadora y tras de
0,25 a 5 minutos, preferiblemente tras 2 minutos, se abre de nuevo y
se desmolda la pieza acabada.
Las piezas moldeadas de material compuesto de
fibra según la invención pueden utilizarse en todos los campos de
aplicación habituales de las piezas moldeadas de material compuesto
de fibra, por ejemplo en la técnica electrónica, en la
construcción, en la construcción automovilística, en la navegación,
en la aviación, en la construcción de depósitos, en la fabricación
de equipos para artículos deportivos. Ofrecen la ventaja de un
reciclado sin problemas con un manejo y procesamiento sin problemas
del material de refuerzo para la preparación del propio
procedimiento de
producción.
producción.
Claims (13)
1. Procedimiento para la producción de una pieza
moldeada de material compuesto de fibra de al menos una capa de un
material de refuerzo de fibras (1) naturales y un biopolímero (3)
endurecido, en el que la capa de material de refuerzo cortada
formada a partir de material textil tejido, material textil no
tejido, malla, papel, material textil trenzado o tejido de punto de
trama se impregna con el biopolímero (3) en forma líquida y
posteriormente se moldea mediante prensado y se endurece,
caracterizado porque se aplica sobre la capa del material de
refuerzo antes de la impregnación con el biopolímero (3) un líquido
(2) ligante químico, de tal modo que tras el secado del líquido (2)
ligante se forma una capa no adhesiva y resistente al cizallamiento
según el tipo de un producto preimpregnado y porque el porcentaje
del agente ligante químico en la matriz de agente ligante total se
encuentra por debajo del 20%.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se apila en varias capas el material de
refuerzo conformado de manera no adhesiva y resistente al
cizallamiento antes del prensado.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque en primer lugar se corta el material de
refuerzo conformado de manera no adhesiva y resistente al
cizallamiento.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque el corte se lleva a cabo mediante
troquelado.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se moldea
previamente el material de refuerzo durante el secado del líquido
(2) ligante.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se aplica el
líquido (2) ligante por medio de un baño de impregnación.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el porcentaje
del agente ligante químico en la matriz de agente ligante total se
encuentra por debajo del 5%.
8. Pieza moldeada de material compuesto de
fibra, compuesta por al menos una capa formada a partir de material
textil tejido, material textil no tejido, malla, papel, material
textil trenzado o tejido de punto de trama, de un material de
refuerzo de fibras (1) naturales y un biopolímero (3) endurecido,
caracterizado porque la capa del material de refuerzo está
recubierta con una lámina de un agente (2) ligante químico que fija
las fibras (1) del material de refuerzo en la capa entre sí y
porque el porcentaje del agente ligante químico en la matriz de
agente ligante total se encuentra por debajo del 20%.
9. Pieza moldeada de material compuesto de fibra
según la reivindicación 8, caracterizada porque las fibras
(1) naturales están formadas por fibras de lino, de cáñamo, de
ramio, de yute o fibras basadas en celulosa.
10. Pieza moldeada de material compuesto de
fibra según la reivindicación 8 ó 9, caracterizada porque el
biopolímero (3) es plástico termoendurecible.
11. Pieza moldeada de material compuesto de
fibra según la reivindicación 10, caracterizada porque se
selecciona el biopolímero del grupo de plásticos termoendurecibles
basados en aceites vegetales y derivados de goma laca, de ácido
láctico, de almidón, de celulosa endurecidos.
12. Pieza moldeada de material compuesto de
fibra según una de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizada
por varias capas apiladas entre sí del material de refuerzo
recubierto con el agente (2) ligante químico.
13. Pieza moldeada de material compuesto de
fibra según una de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizada
porque el porcentaje del agente ligante químico en la matriz de
agente ligante total se encuentra por debajo del 5%.
Applications Claiming Priority (2)
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