ES2300541T3

ES2300541T3 - Material de moldeo.

Info

Publication number: ES2300541T3
Application number: ES03251394T
Authority: ES
Inventors: Jeremy Dolby
Original assignee: Gurit UK Ltd
Current assignee: Gurit UK Ltd
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2008-06-16
Anticipated expiration: 2023-03-07
Also published as: US20110111169A1; DE60323279D1; EP1880819A2; SI1880819T1; ATE406247T1; GB0305259D0; GB2388069B; EP1880819B1; PT1342544E; DK1342544T3; EP1880819A3; PT1880819E; EP1342544A1; US7964052B2; US20030175489A1; GB2388069A; DE60319617D1; US8088470B2; SI1342544T1; EP1342544B1

Abstract

Un procedimiento de fabricación de un material (12) de moldeo de preforma que comprende múltiples capas de un material de refuerzo impregnado con resina, comprendiendo el procedimiento: a) la provisión de capas individuales de un material de refuerzo fibroso (14, 16), b) la provisión de un material de refuerzo de resina, c) la provisión de unos medios de unión (18) para unir las capas, y d) la unión entre sí de las capas individuales todavía no unidas de material de refuerzo, caracterizado porque las capas de refuerzo fibrosas (14, 16) no están impregnadas; y el procedimiento comprende así mismo e) en una única etapa situar las capas de refuerzo todavía no unidas (14, 16) en contacto unas con otras impregnando simultáneamente las capas de refuerzo individuales con el material de resina con el fin de unir las capas y formar dicho material (12) de moldeo de preforma.

Description

Material de moldeo.

La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de un material de moldeo, particularmente pero no exclusivamente, a un procedimiento de fabricación para fabricar un material de moldeo (parcial o completamente) preimpregnado.

Históricamente, los artículos moldeados o moldeos se constituyeron a partir de un material de resina o a partir de un material de resina reforzado con un material de refuerzo fibroso. Aunque los productos moldeados constituidos de la forma indicada eran satisfactorios, era difícil garantizar la calidad de los productos moldeados debido a las dificultades de controlar la relación resina-refuerzo. El procedimiento fue en consecuencia perfeccionado de forma que el proveedor de la resina suministraba al productor de los productos moldeados un material de refuerzo preimpregnado preformado, conocido como material de premoldeo o "prepreg" que estaba listo para ser aplicado en el molde y que tenía la relación óptima resina/refuerzo para una particular aplicación.

Los materiales de refuerzo fibrosos han estado disponibles en diversas formas, como por ejemplo filamentos continuos, y en formato de mecha tejida. El filamento continuo es un filamento continuo único utilizado en aplicaciones de empaquetado. Los filamentos continuos pueden ser también aplicados en formato de tela, en el que una pluralidad de hilos o fibras estructurales unidireccionales paralelos son unidos entre sí por puntos de hilvanado o tricotado que discurre en perpendicular al eje geométrico de los hilos estructurales.

Un material compuesto que comprende un material de refuerzo continuo o uniaxial tiene propiedades de resistencia compresora y tensora en una dirección. Los materiales de refuerzo unidireccionales generalmente tienen sus fibras primarias en la dirección 0 grados con respecto al eje geométrico longitudinal del rodillo a partir del cual puede suministrarse el material. En ese caso, las fibras son perpendiculares a la dirección en sentido longitudinal de la tela, o en otras palabras, las fibras están orientadas en una dirección a lo largo del rollo, esto se llama una trama unidireccional (UD). La orientación de las fibras puede también situarse en un ángulo de 90 grados con respecto a la longitud del rodillo o en paralelo a la longitud de la tela y entonces el material se llama una trama UD.

El refuerzo de mecha tejida se utiliza en laminados de alta resistencia que requieren un grosor mínimo. La mecha tejida comprende una pluralidad de filamentos continuos que discurren en dos direcciones relativas entre sí, y que se mantienen unidos mediante la tejedura de un conjunto de filamentos con el otro. Los filamentos individuales no son únicamente en la tela de mecha tejida.

Muchas más aplicaciones de compuestos son posibles mediante la orientación de las direcciones de las fibras en direcciones diferentes de las direcciones de 0 grados y de 90 grados con respecto a la línea central longitudinal o a la dirección en sentido longitudinal de la tela. Adicionalmente algunas aplicaciones exigen una elevada resistencia en más de una dirección, aunque no en todas las direcciones. Por tanto se ha extendido la necesidad de un material de refuerzo que tenga características de resistencia direccional múltiples o variables.

Telas multiaxiales con orientaciones de hilo que puede variar entre 0 grados y 90 grados con respecto a la dirección longitudinal de la tela son fabricadas mediante una maquinaria que se ha desarrollado específicamente para esta finalidad. Estas máquinas comprenden unos telares de tejedura y unos cabezales de hilvanado para montar la tela a partir de capas de material unidireccional con fibras en direcciones genéricamente diferentes de las direcciones de 0 grados y de 90 grados. Otra maquinaria para fabricar telas multiaxiales es vulgarmente conocida como "máquinas multiaxiales de inserción de trama".

Como ejemplo, el documento US 4,567,738 divulga una tela mutiaxial estructural y un procedimiento para fabricar dicha tela. La tela estructural comprende una pluralidad de hilos estructurales uniaxiales estructuralmente paralelos y un hilo secundario o hilo o banda de soporte para sujetar en posición los hilos primarios estructurales. Los hilos estructurales están orientados en ángulo oblicuo tanto desde la línea central de la tela como de una línea perpendicular a la línea central de la tela. Una tela de doble sesgo o tela biaxial es fabricada cosiendo o hilvanando dos telas oblicuas junto con el hilo de soporte secundario. De esta forma, también pueden fabricarse telas multiaxiales hilvanando entre sí capas de material de refuerzo con orientaciones de fibras diferentes. El hilvanado o el cosido mantiene unidas entre sí las capas de hilo estructural y mantiene las fibras en la orientación preseleccionada deseada. Esto es necesario para impedir que la tela multiaxial se deforme durante su transporte y manipulación.

Dicha tela multiaxial puede ser utilizada como material de refuerzo, y la tela multiaxial es a continuación impregnada con resina, por ejemplo en una máquina de "prepreg" después del hilvanado para fabricar un "prepreg" multiaxial. La máquina "prepreg" aplica la resina a uno o ambos lados del material de refuerzo de la tela multiaxial, y el material es a continuación comprimido y calentado para dejar que la resina impregne la tela.

Hacemos hincapié en la presente memoria de que durante un periodo de al menos veinte años, en la producción de "prepregs" multiaxiales, ha sido práctica común preparar telas multiaxiales mediante el hilvanado de capas individuales de material de refuerzo o mediante la utilización de máquinas de inserción de tramas multiaxiales, seguido de la impregnación de la tela hilvanada en una máquina de "prepreg".

De hecho, dentro de la industria de los materiales compuestos, debido a los elevados costes asociados con la preparación de las telas multiaxiales y a las complejidades de la fabricación de las telas, los fabricantes de telas se han especializado únicamente en la producción de estas telas.

Dado que la impregnación de estas telas multiaxiales convencionales es también relativamente compleja, los fabricantes de telas han ofrecido unas telas hilvanadas no impregnadas a los fabricantes de resina y materiales de moldeo que a continuación han impregnado y ofrecido a los usuarios finales materiales consistentes en "prepregs" multiaxiales.

La relativamente larga cadena de suministro de "prepregs" multiaxiales determina que el coste final de un material de "prepreg" multiaxial sea relativamente alto. Hasta ahora, la aplicación de "prepregs" multiaxiales se ha efectuado por consiguiente a una escala relativamente pequeña.

Así mismo, las telas multiaxiales conocidas tienen diversos inconvenientes importantes que han limitado todavía más su aplicación hasta el presente. La presencia del hilvanado o de ligadores afecta las propiedades mecánicas de la tela de refuerzo multiaxial, en cuanto las fibras o los hilos pueden ser dañados o desplazados por el proceso de hilvanado. Así mismo, el taladrado o maquinado de estructuras compuestas con cosidos incorporados ha sido problemático debido a la relación de los hilvanados. Generalmente se utiliza una fibra de poliéster relativamente blanda para el hilvanado, la cual en combinación con un material de refuerzo que no es un material de poliéster, puede afectar a la calidad de las propiedades mecánicas del material curado.

Así mismo, las velocidades de impregnación de las telas producidas en las máquinas de inserción de tramas multiaxiales tienden a ser bajas. Ello es debido a la prieta ligadura de los hilos como resultado de la operación de hilvanado. Esto incrementa también el coste de los "prepregs" multiaxiales. Finalmente, el hilvanado y la ligadura prieta de las fibras hacen que los materiales sean inherentemente rígidos lo que puede afectar al drapeado del material. Esto a su vez puede hacer que el apilado del material en complejos moldes sea más difícil.

El documento US 5766534 divulga un procedimiento para preparar un compuesto de resina matricial que comprende las etapas de preparar una preforma que contiene múltiples capas de material de refuerzo y un medio glutinador susceptible de aplicación reticular y de ponerlo en contacto con la resina matricial.

El documento WO 01/68341 divulga un procedimiento para formar una guata de material fibroso modificado por combustión de fuego en el cual unas primera y segunda bandas de fibras no tejidas y de poliacrilonitrilo oxidadas son colocadas en capas para formar un bloque de material fibroso. A continuación se aplica a esta guata una resina. A continuación la guata con la resina aplicada es aplastada para aplastar la resina para formar el bloque fibroso. A continuación la resina es curada.

El documento US 6096669 divulga una preforma apropiada para su uso en un procedimiento de moldeo de transferencia de resina que comprende una o más capas de un material aleatorio no tejido y una o más capas de una serie de haces de fibras unidireccionales mantenidas unidas mediante una rejilla de película de resina polimérica curable. La resina de película polimérica está constituida por una rejilla, de forma que solo una fracción de la superficie de la fibra contacta con la película de resina.

Es por consiguiente deseable contar con un procedimiento mejorado de fabricación de un material de "prepreg" multiaxial para de esta forma dar respuesta a los problemas anteriormente descritos y/o a los que ofrecen mejoras en términos generales.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un procedimiento de fabricación de un material de moldeo de acuerdo con lo definido en la reivindicación 1.

De esta forma se consigue que las capas de refuerzo estén unidas por la resina lo que evita la necesidad del hilvanado o de otras formas de unión de las capas de refuerzo antes de la impregnación con resina. Esto mejora en gran medida la eficiencia de la producción de materiales de moldeo de preforma y reduce considerablemente el coste de estos materiales, particularmente de "prepregs" multiaxiales.

Así mismo, dado que la unión tiene lugar en una sola etapa, de forma que no se necesita componer o conjuntar las capas de refuerzo antes de que la resina sea aplicada, la eficiencia del procedimiento de fabricación se incrementa en mayor medida y la complejidad del procedimiento se reduce considerablemente.

Finalmente, las etapas simultáneas de situar en contacto entre sí las capas todavía no unidas de material de refuerzo y la impregnación de las capas de refuerzo individuales impide la deformación de las capas de material de refuerzo y, lo que es más importante, la deformación de la orientación de las fibras deseada o seleccionada del material de refuerzo durante la formación del material de moldeo de preforma.

El material de resina tiene fundamentalmente dos funciones. Une las capas de refuerzo individuales para constituir el material de moldeo de preforma y retiene la orientación de las fibras de refuerzo de cada capa de refuerzo individual.

Particularmente las "telas claras", como se describen más abajo, como por ejemplo las telas de refuerzo unidireccionales, resultan fácilmente deformadas durante su manipulación, transporte, hilvanado e impregnación con lo cual los haces de fibras individuales resultan desplazados. Esto se traduce en unas prestaciones mecánicas disminuidas del producto de "prepreg" curado que incorpora estas telas. La etapa simultánea de conjunción e impregnación de las capas para unir las capas con la resina resuelve este importante problema.

La impregnación de las capas de refuerzo puede comprender las etapas de presionar la resina haciendo que penetre en el material de tela de refuerzo por medio de lo cual la resina puede ser calentada en mayor medida. Esto promueve el flujo de la resina por el interior de las fibras, en cuanto la viscosidad de la resina se reduce con un incremento de la temperatura.

Dentro del contexto de la solicitud el término "capas individuales" se refiere a la propiedad de las capas en el sentido de que las capas están separadas y que antes de la impregnación de las capas, las capas no están interconectadas o unidas de cualquier forma y permanecen separadas.

En una forma de realización de la invención, el material de resina es aplicado a al menos una de las capas adyacentes del material de refuerzo fibroso para formar un material de moldeo de preforma preimpregnado. En esta forma de realización, la resina es aplicada sobre una superficie interna del material de refuerzo. Un material de resina suficiente puede ser aplicado a la superficie interna del material de refuerzo para impregnar completamente este material.

En otra forma de realización de la invención, el material de resina es aplicado a la superficie o superficies externas de la capa o capas de refuerzo externas, y el material de refuerzo es impregnado haciendo que penetre el material de resina para unir las capas de material de refuerzo para de esta forma constituir el material de moldeo. Las capas de material de refuerzo pueden ser de esta forma total o parcialmente impregnadas.

En una forma de realización, el medio de unión puede comprender una máquina de "prepreg" y las capas individuales pueden ser aplicadas a la máquina de "prepreg" para constituir el material de moldeo impregnado con resina. En el contexto de esta solicitud, cualquier máquina de preimpregnación, como por ejemplo las máquinas tradicionalmente utilizadas en la fabricación de materiales de moldeo preimpregnadas, es apropiado para constituir el material de moldeo sin necesidad del hilvanado de las capas de la tela de refuerzo o de cualquier medio de unión alternativo antes de que la impregnación tenga lugar.

En otra forma de realización de la invención, el material de resina puede ser aplicado a cada capa de refuerzo. El material de refuerzo puede comprender un material fibroso que comprenda fibras unidireccionales. Pueden disponerse medios apropiados para orientar la dirección de las fibras o hilos antes de aplicar el material de resina al material de refuerzo.

Mediante la aplicación de alguna forma de tensión o fuerza a la tela, las fibras o hilos de la tela de refuerzo pueden ser desplazados en una dirección deseada o en un ángulo deseado con respecto a la dirección en sentido longitudinal de la tela o al eje geométrico longitudinal del medio de unión. Esto a menudo se designa con el término de oblicuación. Los medios de orientación pueden comprender unos medios para oblicuar el material de refuerzo antes de la aplicación del material de resina.

En una forma de realización, el material de refuerzo puede comprender un material de refuerzo fibroso unidireccional que comprenda una urdimbre y una trama. La trama puede estar formada por las fibras estructurales que pueden estar orientadas en perpendicular a la dirección de la urdimbre. La urdimbre o banda de soporte puede extenderse en la dirección longitudinal de la tela de refuerzo. El material de refuerzo puede ser aplicado hasta el medio de unión en una dirección aproximadamente paralela a la urdimbre. Alternativamente, con el fin de oblicuar u orientar la dirección de la trama, el material puede ser aplicado hasta el medio de unión en un ángulo seleccionado con respecto al medio de unión.

En la invención, la viscosidad inherente del material de resina mantiene en posición el material de refuerzo, constituyendo con ello el material de moldeo.

En otra forma de realización de la invención, el material de refuerzo es parcialmente impregnado con el material de resina. Esto permite la salida de los gases inter e intralaminares del material de moldeo durante el procesamiento del material de moldeo.

El aparato para la fabricación de un material de moldeo de preforma, que comprende un material de refuerzo y un material de resina comprende unos medios para unir entre sí las capas de refuerzo mediante la impregnación del material de resina haciendo que penetre en el material de refuerzo para constituir el material de moldeo, evitando con ello la necesidad de que cualquier medio de unión adicional junte las capas de refuerzo individuales antes de la impregnación.

El aparato puede comprender unos medios de suministro (como por ejemplo rodillos o carros) para suministrar el material de refuerzo fibroso, estando los medios de suministro situados a una distancia apropiada de los medios de unión para evitar la necesidad de que los medios de unión (como por ejemplo el hilvanado) mantengan las capas de refuerzo individuales en posición unas respecto de otras y/o mantengan en posición las fibras de una capa de refuerzo. De acuerdo con lo expuesto anteriormente en la presente memoria, mediante la reducción de la manipulación y transporte del material de refuerzo, puede constituirse un material de moldeo en el cual la matriz de resina una y mantenga las capas de tela individuales y retenga la orientación de las fibras de cada capa. Así, mediante el emplazamiento de los medios de suministro en relativa íntima proximidad con el medio de unión, la manipulación, soporte y transporte de la tela de refuerzo de reduce al mínimo, de forma que no se produce la deformación de la tela. La distancia entre los medios de suministro y el medio de unión es tal que se impide la deformación del material de refuerzo. Preferentemente, el material de refuerzo es aplicado directamente dentro del medio de unión.

El aparato puede comprender unos medios para orientar la dirección de las fibras del material de refuerzo. Los medios de orientación pueden comprender un medio de oblicuación para oblicuar el material de refuerzo antes de la aplicación del material de resina. Los medios de orientación pueden comprender medios de selección para seleccionar medios de orientación del material de refuerzo antes de la impregnación. La orientación de las fibras de al menos una de las capas de refuerzo puede diferir de la de otra capa de refuerzo. De esta forma, las propiedades mecánicas del material de moldeo curado pueden ser adaptadas a la aplicación específica.

El aparato puede comprender unos medios de tensionado de la tela para tensionar la capa de refuerzo de la tela. La capa de refuerzo puede ser tensionada para posibilitar la oblicuación del material. La oblicuación puede conseguirse mediante la alineación de la fuente del material de refuerzo en un ángulo con respecto al eje geométrico longitudinal del medio de unión. De esta forma, las fibras de refuerzo pueden ser orientadas en una dirección deseada. El material puede ser tensionado u oblicuado por medio de rodillos y/o mediante el emplazamiento del medio de unión en un ángulo con respecto al eje geométrico longitudinal del medio de unión. Tras el tensionado del material mediante la aplicación del material dentro del medio de unión, el material es oblicuado y la trama es situada en un ángulo deseado con respecto a la dirección longitudinal del material de moldeo de preforma.

La orientación de las fibras puede variar en cualquier sentido entre un ángulo de -90 grados con respecto a la dirección longitudinal de la capa de refuerzo de la tela y un ángulo de +90 grados con respecto a la dirección longitudinal de la capa de refuerzo de la tela (en cualquier ángulo entre el ángulo paralelo al eje geométrico longitudinal de un rodillo a partir del cual puede ser suministrado el material y en un ángulo perpendicular al eje geométrico longitudinal de un rodillo a partir del cual puede ser suministrado el material). Preferentemente, la orientación de las fibras en una capa de refuerzo unidireccional del material de moldeo se sitúa en un ángulo de -45 grados y la orientación de la fibra se sitúa en un ángulo de +45 grados en otra capa unidireccional (esto es, las orientaciones mostradas en la Fig. 1).

Se proporciona así un procedimiento de fabricación de un material de moldeo, de un aparato de fabricación de un material de moldeo y de un material de moldeo de acuerdo con las formas de realización de la invención.

Los materiales multiaxiales multicapa de moldeo impregnado con resina que comprenden capas individuales de una capa de refuerzo son tradicionalmente fabricados mediante la impregnación de capas preunidas de telas de refuerzo. Las capas son preunidas o interconectadas mediante hilvanado u otros medios de unión. Dado que la producción de la tela multicapa es compleja, la producción de telas multiaxiales sobre la base de técnicas adicionales incrementa el coste de dichos "prepregs".

Hemos descubierto que los materiales multiaxiales multicapa de moldeo de preforma que comprenden capas individuales todavía no unidas o todavía no interconectadas pueden ser directamente impregnadas con un material de resina de forma que la resina una las capas de refuerzo de la tela. Esto evita la necesidad de técnicas de unión adicionales, como por ejemplo el hilvanado o los ligadores de resina. Hemos también encontrado que el material de resina tiene esencialmente dos funciones: une las capas de refuerzo individuales para formar el material de moldeo de preforma y mantiene la orientación de las fibras de refuerzo de cada capa de refuerzo individual.

Hemos encontrado también que si se reduce la manipulación y transporte de las telas de refuerzo individuales o de los precursores de trama, no hay necesidad de conexión (por ejemplo, mediante hilvanado) para unir las capas individuales antes de la impregnación, dado que la reducción de la manipulación impide que las telas se deformen.

En una forma de realización, el material de refuerzo que se incorpora en el material de moldeo resultante puede estar compuesto por dos o más telas uniaxiales sustancialmente paralelas que comprendan una banda o urdimbre de soporte y una trama. Estas telas son genéricamente designadas con el término de "precursores de trama", en cuanto que las fibras estructurales están genéricamente alineadas en un ángulo de 90 grados con respecto a la dirección de la banda. Los precursores de trama pueden ser fabricados fundamentalmente en telares de tejedura, pero también pueden ser fabricados en una máquina de inserción de tramas o en una máquina similar. De acuerdo con lo descrito más adelante, los telares de tejedura tienen ventaja respecto de las máquinas de inserción de tramas multiaxiales porque pueden utilizarse haces de fibras más grandes. Así mismo, los precursores de trama fabricados en telares de tejedura son en general de bajo coste.

El material fibroso de refuerzo fibroso puede comprender fibras en forma de poliéster, vidrio, carbono, aramida y otros materiales poliméricos incluyendo combinaciones de éstos. El material fibroso puede también comprender materiales fibrosos naturales, como por ejemplo yute que puede ser o no combinado con materiales sintéticos.

El material de refuerzo no impregnado o libre de resina puede ser suministrado sobre un carro o rodillo. El refuerzo fibroso puede comprender fibras en una dirección perpendicular al eje geométrico perpendicular al eje geométrico central del carro o rodillo sobre el cual es suministrado el material.

En una forma de realización, puede ser utilizada una fibra de urdimbre de peso ligero para proporcionar integridad al precursor de trama. Esta urdimbre, cuando está tejida, puede ser lisa asargada u otro estilo de tejedura. La fibra incorporada como urdimbre puede ser preferentemente del mismo material que la trama. Para algunas aplicaciones, la fibra de urdimbre utilizada puede tener un peso areal similar (masa de tela por área de superficie [kg/m^{2}]) o ser de mayor peso areal que la trama. Las fibras de urdimbre situadas dentro del precursor de trama proporcionan una resistencia y rigidez tensora para posibilitar que la tela sea procesada mediante un procedimiento de impregnación, como por ejemplo a través de una máquina de "prepreg" convencional.

En una forma de realización de la invención, la matriz de material de resina que une las capas de refuerzo individuales puede ser de material polimérico termoendurecible o termoplástico, como por ejemplo un epoxi, viniléster, poliéster, fenólico, BMI, acrílico, poliamida o similar. Las fibras pueden ser completamente, parcialmente o de ninguna forma impregnadas después del tratamiento. Una amplia gama de orientaciones de las fibras (que típicamente oscila de +20 grados a +90 grados y de -90 grados a -20 grados con respecto a la dirección longitudinal o el rodillo) resulta posible mediante la modificación de los ángulos de los carros. Pueden emplearse más de dos carros para fabricar materiales con dos o tres ejes. Hilos adicionales suministrados a partir de un enjullo, bastidor o fileta pueden ser aplicados simultáneamente en el procedimiento de oblicuación e impregnación ("prepreg") para proporcionar un refuerzo de 0 grados al material.

En una forma de realización adicional, cada capa de refuerzo individual puede comprender así mismo múltiples capas de refuerzo de la tela que pueden unirse mediante cualquier medio apropiado incluyendo el hilvanado y/o la impregnación de las capas adicionales mediante un procedimiento y/o un aparato como los descritos anteriormente en la presente memoria. Ello posibilita la fabricación de grandes montajes de materiales de moldeo de preforma mediante la subsecuente impregnación.

En general, el material de refuerzo unidireccional (UD) del precursor de trama puede ser oblicuado antes de unirse a otras capas de refuerzo. Hay diversas formas de conseguir esto. Las estaciones de descarga o las estaciones de suministro que proporcionan el precursor UD de trama pueden situarse en un ángulo con respecto al eje geométrico principal de la máquina de "prepreg". Como otra alternativa, conjuntos de rodillos u otros medios apropiados pueden aplicar diferentes tensiones a uno u otro lado del material de UD que haga que el material se oblicúe.

El procedimiento y el proceso tal como se ha anteriormente descrito tiene diversas importantes ventajas respecto de los procedimientos convencionales para fabricar materiales multicapa de moldeo de preforma.

Una importante ventaja es que el coste de fabricación de los materiales de moldeo de preforma multicapa o de los "prepregs" multicapa se reduce de manera considerable puesto que el procedimiento anteriormente descrito en la presente memoria evita la necesidad de unir entre sí las capas antes de que tenga lugar la impregnación. En una forma de realización de la invención, la fusión de las fibras tiene lugar simultáneamente con la impregnación o el proceso de "prepreg".

Una ventaja adicional es que pueden utilizarse relaciones de peso por kilómetro de hilo mayores para producir un precursor de trama tejida que los haces de fibra que habitualmente se incorporan para producir una tela de peso areal similar en una máquina de inserción de tramas multiaxiales (la unidad "tex" habitualmente se utiliza para indicar la masa del hilo en gramos por cada 1000 m). Hemos encontrado que no existe límite al peso areal de la tela que puede constituirse utilizando el procedimiento de acuerdo con lo descrito en la presente memoria. En un precursor de trama tejida, las características de fibras planas y bien extendidas producen una cobertura satisfactoria sin espacios libres. La máquina de inserción de tramas multiaxiales utiliza una fibra con una relación de peso en gramos por kilómetro inferior, más cara, para obtener el mismo grado de cobertura de las fibras. Así mismo, los telares de tejedura operan con un coste genéricamente inferior en la producción de percusores de trama que las máquinas de inserción de tramas multiaxiales.

Así mismo, las velocidades de impregnación se incrementan de forma considerable. Los hilos de las telas multicapa producidos en máquinas de inserción de trama multiaxiales tienden a formar haces prietos durante la operación de hilvanado. Esto ralentiza la velocidad de impregnación. Debido a la ausencia del hilvanado, en una forma de realización de la invención, el material de moldeo puede ser impregnado a una velocidad de producción mucho mayor. Esto reduce considerablemente los costes de producción de estos materiales. Así mismo, en comparación con el "prepreg" multicapa convencional, para velocidades de impregnación similares, el material multiaxial de la presente invención tiene una calidad superior. Una ventaja adicional es que se suprime todo hilvanado. Ello mejora considerablemente las propiedades mecánicas y de maquinado del material procesado.

La inclusión del hilvanado y en particular del hilo de hilvanado de poliéster en las máquinas de inserción de tramas multiaxiales es en general considerado como retardatario e indeseable. El taladrado y el maquinado de estructuras compuestas con hilvanado de poliéster incorporado ha sido problemático debido al reblandecimiento del hilvanado de poliéster. Así mismo, en el material multiaxial curado habitualmente se encuentran vacíos alrededor de los puntos de hilvanado. Esto afecta a las propiedades estructurales del material. Por otro lado, los vacíos vienen provocados por la aglutinación de las fibras por el hilvanado lo que se traduce en una capa fibrosa menos homogénea en comparación con el "prepreg" de acuerdo con una forma de realización de la invención.

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Los materiales producidos de acuerdo con el procedimiento la invención muestran propiedades superiores con respecto a la conformabilidad dentro de las curvaturas complejas del herramental en un procedimiento de moldeo. La ausencia de hilvanado y de otros ligadores posibilita que el material se adapte mejor a la forma de la curvatura de moldes complejos.

A continuación se describirá la invención solo a modo de ejemplo, y con referencia al dibujo que se acompaña, en el cual:

La Figura 1 presenta una vista esquemática de un aparato de fabricación de un material de moldeo de preforma biaxial.

El aparato 10 está adaptado para fabricar un material de moldeo de preforma biaxial que comprende un material de resina de refuerzo y dos capas 14, 16 de un material de refuerzo. El aparato 10 comprende un medio para unir las capas individuales 14, 16 en forma de una máquina de "prepreg" 18. La máquina de "prepreg" 18 dirige las etapas simultáneas de la puesta en contacto de las capas de refuerzo y del material de resina entre sí y de impregnación de las capas de refuerzo para de esta forma unir las capas de refuerzo y constituir el material de moldeo 12. La impregnación directa de las capas de refuerzo 14, 16 evita la necesidad de incorporar otros medios de unión adicionales, como por ejemplo ligadores o hilvanados antes de la etapa de impregnación.

Cada capa 14, 16 de tela de refuerzo está dispuesta sobre un rodillo o carro 20, 22 y comprende unas fibras uniaxiales sustancialmente paralelas. Las fibras están dispuestas en paralelo al eje geométrico longitudinal del rodillo o carro 20, 22 (trama UD) y perpendicular a la dirección longitudinal de la tela. Las fibras uniaxiales son soportadas por una banda en forma de fibras de urdimbre de peso ligero. Esta tela es a menudo descrita como "tela clara" en cuanto la dirección de las fibras o hilos puede ser fácilmente modificada aplicando presión sobre la tela.

Los rodillos 20, 22 están situados en unos ángulos respectivos de +45 grados y -45 grados con respecto al eje geométrico central 24 de la máquina 18. La introducción de la tela 14, 16 dentro de la máquina 18 tensiona la tela lo que provoca que la tela 14, 16 se oblicúe, de forma que la orientación de las fibras se sitúe en un ángulo de -/+ 45 grados con respecto al eje geométrico longitudinal 24 de la máquina 18. Si se requieren ángulos de fibra alternativos, los rodillos pueden estar orientados en ángulos diferentes con respecto a la alimentación de la máquina 18. Como otra alternativa, la tela puede ser oblicuada mediante la aplicación de medios de tensionado alternativos, como por ejemplo unos rodillos de guía en ángulo (no mostrados aquí). Esto evita la necesidad de situar los carros en ángulos específicos.

En uso, las capas de refuerzo 14, 16 de la tela son desenrrolladas mediante los respectivos rodillos 20, 22 y las capas 14, 16 son introducidas en la máquina de impregnación o de "prepreg" 18 por medio de los rodillos de presión primarios (no mostrados) de la máquina 18. La primera capa 14 es desenrollada en un ángulo de +45 grados con respecto al eje geométrico central de la máquina 18 y la segunda capa 16 es desenrollada en un ángulo de -45 grados con respecto al eje geométrico central 24 de la máquina 18. Cuando las telas 14, 16 abandonan sus respectivos carros, la fibras se oblicúan en un ángulo dictado por el ángulo del carro en relación al eje geométrico central 24 de la máquina 18. Las capas separadas 14, 16 se desplazan a continuación a través del procedimiento de impregnación en el ángulo deseado, por medio de lo cual la dirección de la fabricación del "prepreg" se indica mediante la flecha 26. Debido a la presión existente dentro del procedimiento de impregnación se mantiene la precisión de la orientación de las fibras. De esta forma se constituye el material de moldeo de preforma. La matriz de resina a continuación mantiene las fibras en los ángulos deseados hasta el uso final del material de moldeo de preforma, debido a la característica de alta viscosidad de la matriz del material de resina.

Claims

1. Un procedimiento de fabricación de un material (12) de moldeo de preforma que comprende múltiples capas de un material de refuerzo impregnado con resina, comprendiendo el procedimiento:

a): la provisión de capas individuales de un material de refuerzo fibroso (14, 16),

b): la provisión de un material de refuerzo de resina,

c): la provisión de unos medios de unión (18) para unir las capas, y

d): la unión entre sí de las capas individuales todavía no unidas de material de refuerzo, caracterizado porque

: las capas de refuerzo fibrosas (14, 16) no están impregnadas; y

: el procedimiento comprende así mismo

e): en una única etapa situar las capas de refuerzo todavía no unidas (14, 16) en contacto unas con otras impregnando simultáneamente las capas de refuerzo individuales con el material de resina con el fin de unir las capas y formar dicho material (12) de moldeo de preforma.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el material de resina es aplicado a al menos una de las superficies unidas de las capas de refuerzo fibrosas (14, 16) para constituir un material de moldeo de preforma parcialmente impregnado.

3. Un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en el que el material de resina es aplicado a la superficie o superficies externas de la capa o capas de refuerzo externas (14, 16), y el material de refuerzo (14, 16) es impregnado hacia el interior del material de resina para unir las capas de refuerzo (14, 16) y con ello constituir el material de moldeo de preforma.

4. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el material de resina es aplicado en forma de capa de resina individual, comprendiendo el procedimiento la etapa de poner en contacto las capas todavía no unidas de resina con las capas todavía no unidas de material de refuerzo (14, 16) para unir las capas y constituir el material de moldeo (12).

5. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que una o más capas de refuerzo (14, 16) comprende un material de refuerzo fibroso unidireccional.

6. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el material de resina mantiene la orientación de las fibras de refuerzo.

7. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el procedimiento comprende la etapa de proporcionar un medio de orientación de la dirección de las fibras, comprendiendo dicho procedimiento así mismo la etapa de orientar las fibras antes de unir las capas para formar el material (12) de moldeo.

8. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el medio de orientación comprende un medio de oblicuación para oblicuar el material de refuerzo (14, 16).

9. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las etapas simultáneas de situar las capas de refuerzo todavía no unidas (14, 16) en contacto unas con otras y de impregnar las capas de refuerzo individuales (14, 16) con el material de resina para constituir el material de moldeo (12) evita la deformación de las capas de material de refuerzo (14, 16).

10. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las capas de refuerzo todavía no unidas (14, 16) están dispuestas a una distancia de los medios de unión, distancia que evita la necesidad de que los medios de unión mantengan en posición las capas de refuerzo individuales (14, 16), unas con respecto a otras y/o para retener la orientación de las fibras en las capas de refuerzo individuales (14, 16).

11. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la sola etapa de unión evita la necesidad de cualquier medio de unión adicional para unir las capas de refuerzo individuales (14, 16) antes de la impregnación.