ES2311844T3 - Hilo de fibras de carbono cableado. - Google Patents
Hilo de fibras de carbono cableado. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2311844T3 ES2311844T3 ES04765445T ES04765445T ES2311844T3 ES 2311844 T3 ES2311844 T3 ES 2311844T3 ES 04765445 T ES04765445 T ES 04765445T ES 04765445 T ES04765445 T ES 04765445T ES 2311844 T3 ES2311844 T3 ES 2311844T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- thread
- strands
- threads
- eyelet
- convergence
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 title claims abstract description 38
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 title claims abstract description 38
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 11
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 32
- 238000009958 sewing Methods 0.000 claims description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 16
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 7
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 7
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 5
- 239000004567 concrete Substances 0.000 claims description 4
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 claims description 3
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 claims description 3
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims 1
- -1 duromers Polymers 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 13
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 4
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 4
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 2
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 2
- VSSAADCISISCOY-UHFFFAOYSA-N 1-(4-furo[3,4-c]pyridin-1-ylphenyl)furo[3,4-c]pyridine Chemical class C1=CN=CC2=COC(C=3C=CC(=CC=3)C3=C4C=CN=CC4=CO3)=C21 VSSAADCISISCOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 description 1
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 1
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 150000002118 epoxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229920001643 poly(ether ketone) Polymers 0.000 description 1
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920002577 polybenzoxazole Polymers 0.000 description 1
- 229920006149 polyester-amide block copolymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 1
- 229920005649 polyetherethersulfone Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
- D02G—CRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
- D02G3/00—Yarns or threads, e.g. fancy yarns; Processes or apparatus for the production thereof, not otherwise provided for
- D02G3/44—Yarns or threads characterised by the purpose for which they are designed
- D02G3/46—Sewing-cottons or the like
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
- D02G—CRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
- D02G3/00—Yarns or threads, e.g. fancy yarns; Processes or apparatus for the production thereof, not otherwise provided for
- D02G3/22—Yarns or threads characterised by constructional features, e.g. blending, filament/fibre
- D02G3/26—Yarns or threads characterised by constructional features, e.g. blending, filament/fibre with characteristics dependent on the amount or direction of twist
- D02G3/28—Doubled, plied, or cabled threads
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
- Ropes Or Cables (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
Hilo de como mínimo dos hebras retorcidas una con otra, compuesto de fibras de carbono continuas, caracterizado porque las fibras de carbono de las hebras se dispusieron como mínimo prácticamente paralelas al sentido de orientación de hilo.
Description
Hilo de fibras de carbono cableado.
El objeto de la invención es un hilo de como
mínimo dos hebras retorcidas una con otra de fibras de carbono
continuas, un procedimiento para la fabricación y el uso de tales
hilos.
Para el creciente volumen de fabricación y la
aplicación de las denominadas preformas textiles, por ejemplo, para
aplicaciones técnicas, como ser materiales compuestos de fibras,
medios filtrantes, se requieren, además, hilos de coser adecuados.
Estos hilos cumplen la función de fijar la preforma, pero además
también refuerzan la estructura, incluso también en el caso de
temperaturas muy altas, como se requieren por ejemplo en la
fabricación de cerámicas de fibra o en la aplicación de medios
filtrantes en procesos de altas exigencias químicas y/o
térmicas.
Las propiedades mecánicas, como también la
estabilidad química y térmica de fibras de carbono, convierten este
material en especialmente adecuado como hilos de coser, en especial
para los usos antes mencionados.
Debido a los muchos y ante todo fuertes desvíos
del hilo durante el proceso de costura, se daña el hilo de coser y,
por lo general, en el conjunto no logra sus valores originarios de
resistencia mecánica. Ante todo, las frágiles fibras de carbono
sólo permiten la costura en ciertas condiciones. Las propiedades
mecánicas teóricamente factibles de las fibras ya no logran en el
componente después de realizada la costura.
Anteriormente, existía en el mercado un producto
denominado Torayca T900 de la empresa Toray, con el cual en
determinadas condiciones era posible realizar costuras. Este hilo se
fabrica con 1000 filamentos o de dos componentes con 1000
filamentos cada uno o de tres componentes con 1000 filamentos en
cada caso. El retorcido del hilo de los distintos componentes
asciende a aproximadamente S222-224 t/m. Cuando dos
o tres componentes se unen entre sí para conformar hebras, estas
hebras están retorcidas entre sí con aproximadamente
Z162-Z164 t/m. La fabricación de este hilo en un
proceso de hilado normal con muchas desviaciones de efecto abrasivo,
probablemente sólo es posible con filamentos delgados que por lo
tanto son de fácil doblado, en casos de un diámetro de
aproximadamente 5,5 \mum o menor. Pero la fabricación de fibras de
carbono con un diámetro menor que 6 \mum muy complicado, de modo
que este tipo de hilos es de muy alto costo.
De modo alternativo, se desarrollaron hilos de
coser que presentan un núcleo de fibras de carbono y adicionalmente
son recubiertos con un hilo adicional (ver, por ejemplo, los
documentos JP-A 2133632 o JP-A
1061527). Este recubrimiento puede efectuarse por medio de
diferentes procedimientos, por ejemplo mediante enrollado o
enganchado alrededor. Dado que el recubrimiento constituye una
fuerte exigencia para el material del hilo, se utilizan para ello,
por ejemplo, fibras de poliéster o de poliamida. Aunque estos hilos
presentan una reducida adherencia en el conjunto respecto de la
matriz de material sintético y reducen la proporción volumétrica de
las fibras de carbono en un material compuesto de fibras, debido a
la proporción del hilo de envoltura. Además, los materiales del
núcleo de los hilos de coser no pueden aproximarse lo suficiente al
material de costura, dado que lo impide el recubrimiento
voluminoso.
voluminoso.
En el documento
EP-A-0 303 381, se describe un hilo
compuesto de dos hebras retorcidas entre sí de fibras de carbono
continuas de aproximadamente 50 t/m.
Paralelamente también se utilizan hilos de
fibras de vidrio, fibras de aramida o las denominadas fibras PBO
para realizar costuras, dado que poseen una mayor resistencia
transversal que las fibras de carbono y de ese modo soportan con
menor daño el proceso abrasivo de costura. Aunque sus propiedades de
presión o sus propiedades mecánicas son notoriamente menores en
conjunto con una matriz, por ejemplo de material sintético, que en
el caso de fibras de carbono, de modo que no puede lograrse un real
refuerzo estructural.
Por lo general, los filamentos de las fibras de
hilos de filamentos después de la fabricación se presentan en
orientación paralela en el hilo y por lo tanto no brindan demasiado
sostén para conformar una estructura cerrada del hilo. Pero en
especial para hilos de coser es importante que presenten una
estructura cerrada de hilo, dado que sólo entonces puede asegurarse
que se forme una costura perfecta.
A los efectos de lograr una estructura cerrada
de hilos, se realizan torsiones en los hilos de filamentos. Este
paso de fabricación que, por lo general, es un paso adicional,
implica un primer daño de los filamentos, el que luego en el
proceso siguiente de cosido constituye la causa de daños ulteriores
de los filamentos que pueden llegar hasta la rotura del hilo.
Por lo tanto, es objeto de la presente invención
poner a disposición hilos de fibras de carbono continuas, en los
que las desventajas que se describieron previamente están al menos
reducidas. En especial, los hilos deben ser más adecuados como
hilos de costura que los disponibles hasta ahora en el mercado.
El objeto de la invención se soluciona al
presentar el hilo como mínimo dos hebras retorcidas una con otra de
fibras de carbono continuas, donde las fibras de carbono de las
hebras se dispusieron como mínimo prácticamente paralelas al
sentido de orientación del hilo.
Se entienden por fibras de carbono en el sentido
de la presente invención, las fibras de carbono continuas (fibras
de carbono - filamentos). Debido a que se eligió para la fibra de
carbono una disposición prácticamente paralela respecto del eje del
hilo en un solo paso de procesamiento, se logra que, en
contraposición a la pérdida de resistencia producida por el
torsionado de las hebras en el proceso de retorcido realizado en dos
pasos, a causa de la rotura de los filamentos durante la
fabricación en dos pasos o la ubicación oblicua, en esos casos
inevitable, de los filamentos en el hilo, esta merma resulte
notoriamente menor en un proceso de retorcido efectuado en un solo
paso.
\global\parskip0.900000\baselineskip
Los hilos de la invención pueden fabricarse por
medio del cableado directo de como mínimo dos hebras de fibras de
carbono. Este cableado directo hasta el momento se utilizó solamente
para la fabricación de telas para cubiertas (ver, por ejemplo, el
documento WO 02/103097). Sin embargo, es necesario modificar las
máquinas de cableado directo disponibles en la actualidad en el
mercado, a efectos de producir los hilos de acuerdo con la
invención. En especial, es necesario que el ojal de convergencia,
mediante el cual las hebras utilizadas para la fabricación del hilo
de acuerdo con la invención se retuercen una con otra, presente en
el área, en el que se produce el contacto con las hebras, un radio
de como mínimo 4 mm, de preferencia de 4 a 40 mm, de preferencia
especial de como mínimo de 6 a 12 mm. También resultó especialmente
ventajoso que cada uno de los elementos guía-hilos
utilizados en una máquina cableadora directa, presente en el área,
en el que se produce el contacto con una o varias de las hebras o
con el hilo terminado, presenta un radio de como mínimo 4 mm, de
preferencia de 4 a 40 mm, de preferencia especial de 6 a 12 mm. Al
cumplir con esta medida, se puede fabricar el hilo objeto de la
invención al aplicar los conocimientos técnicos normales requeridos
para el cableado directo.
A efectos de posibilitar un procesamiento de las
fibras de carbono que es de especial cuidado respecto de los
filamentos, se recubrió la superficie del ojal de convergencia con
una capa plasmática que se compone en 97% de Al_{2}O_{3} y en
3% de TiO_{2}, a la que posteriormente se proporciona un pulido
brilloso.
Al realizar el cableado directo se realiza en un
paso de trabajo la torsión de dos hebras entre sí, sin producir la
torsión de las hebras individuales. Debido a que los filamentos se
encuentran, en ese caso, prácticamente estirados y en orientación
paralela, justamente con fibras de carbono pueden alcanzarse valores
de resistencia de hilo muy elevados. Además, por medio del
regulador denominado Cord-Regulator es posible
regular con mucha exactitud las tensiones de hilo de las dos
hebras, de modo que como mínimo se unen entre sí hebras de
prácticamente la misma longitud. De esta manera, las dos hebras
compensan la exigencia general con la misma intensidad. Resulta
posible un aprovechamiento máximo de ambos componentes del hilo.
Otra ventaja del cableado directo durante el
procesamiento de una fibra de carbono, por lo general, frágil, es
la poca cantidad de elementos guía-hilos que son
necesarios en este proceso, los que empero deberían adaptarse a las
medidas que se indicaron previamente. Los filamentos en ese caso
sufren daños notoriamente menores que durante el retorcido que se
conoce hasta ahora.
En los ensayos, resultó que para la fabricación
de los hilos de acuerdo con la invención son especialmente
adecuados como material de partida las fibras de carbono con un
diámetro de filamento de 5 a 8 \mum y un número de filamentos de
100 a 2000, de preferencia de 500 a 1000 filamentos. Cuando para el
cableado directo la cantidad de revoluciones se regula en 50 a 1000
T/m, de preferencia de 150 a 250 T/m, resultan hilos especialmente
útiles que pueden usarse en especial como hilos de costura. Las
cantidades de revoluciones de 150 a 400 T/m, en especial de 160 a
290 T/m resultaron ser especialmente favorables en este caso.
También puede efectuarse el cableado directo del
precursor, es decir, de las fibras que son procesadas ulteriormente
por medio de oxidación y/o carbonización para obtener fibras de
carbono, después de lo cual se realiza la oxidación y/o
carbonización. También es factible retirar del proceso a todos los
productos intermedios utilizados durante la fabricación de las
fibras de carbono, efectuar el cableado directo y luego ingresarlos
nuevamente al proceso de fabricación de fibras de carbono en el
punto de extracción. En especial, son adecuados para ello los
productos intermedios previos a la carbonización.
El hilo de acuerdo con la invención se
caracteriza especialmente por una resistencia promedio al roce de 50
a 350, de preferencia de 175 a 300.
La resistencia al roce se mide aquí mediante el
siguiente proceso:
Para determinar la resistencia al roce del hilo,
se fija un hilo G en una pinza para hilo 7 y se hace pasar de
acuerdo con el recorrido del hilo indicado en la Figura 1 a través
de una aguja de coser 5, colocándose en el otro extremo libre una
pesa 6 de 10 g. Durante la prueba de roce, se realiza el movimiento
cíclico y horizontal de un travesaño 1 con la aguja de coser 5
alrededor de un recorrido de aprox. 75 mm. Para ello, el travesaño
1 se asentó por medio de un cojinete 4 en una guía 2. El recorrido
de aprox. 75 mm está limitado por los topes 3' y 3''. Por minuto se
realizan aproximadamente 60 movimientos de elevación.
Dado que un extremo del hilo está fijado en la
pinza para hilo, el hilo G -a causa de la distancia en constante
variación entre la pinza para hilo 7 y el ojal de la aguja 5- es
movido a través del ojal de la aguja 5 y, de esta manera, es
sometido a una exigencia de roce. Después de producirse la rotura de
un hilo, se registra la cantidad de los recorridos realizados hasta
ese momento. Esa medición se lleva a cabo en ocho diferentes
secciones de hilo. Para finalizar la prueba, se promedian los ocho
valores y se redondean a un número entero. Ese número entero se
indica como medida de la resistencia promedio al roce.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Dado que el hilo, en forma similar como en el
proceso de cosido, se hace pasar repetidas veces sometido a carga y
con gran curvatura a través de la aguja de coser, la medición de la
resistencia promedio al roce se presta por excelencia para evaluar
la aptitud del hilo analizado para su uso en la costura.
El hilo de la invención se caracteriza
especialmente porque cumple con las siguientes condiciones:
S = - 35 *
10-^{4} D^{2} + 2 D -
A,
donde
- S
- representa la resistencia promedio al roce y
- D
- representa las vueltas de las hebras por m, y
- A
- adopta valores entre 170 y -35.
El hilo de la invención se caracteriza
especialmente porque cumple con las siguientes condiciones:
K = - 105 *
10-^{4} D^{2} + 590 D -
B
donde
- K
- representa la estabilidad promedio de los nudos en MPa y
- D
- representa las vueltas de las hebras por m, y
- B
- adopta valores entre 250 y 450.
La medición de la estabilidad de los nudos se
realiza según DIN 53842, aunque los extremos del hilo se sujetan
con cartones adhesivos antes de ser fijados en la máquina de ensayo
de tracción. Por lo demás, debido a la fragilidad del material no
se ajusta una fuerza de tensión previa.
Además, el hilo de acuerdo con la invención se
caracteriza porque las fibras de carbono en las hebras presentan un
diámetro de 3 a 10 \mum, en especial de 6 a 10 \mum.
La invención se explica en mayor detalle
mediante los ejemplos siguientes.
Dos hebras de fibras de carbonos, Tenax HTA 5641
67tex f1000 Z15, un hilo ofrecido en el mercado por la solicitante,
con en cada caso 1000 filamentos de fibras de carbono fueron
cableadas en un proceso de cableado directo, realizándose el
cableado de las hebras con torsiones diferentes. La apertura de
sección transversal del ojal de convergencia presenta un recorrido
curvo en el área, en el que los hilos se contactan con el ojal de
convergencia, donde el menor radio del recorrido curvado es de
aprox. 15 mm. Las áreas de entrada y salida del hilo del ojal de
convergencia se redondearon con radios menores en el área de 1 a 3
mm. Los posteriores guía-hilos a su vez presentan
un recorrido curvado en la sección transversal, donde el radio menor
es de aproximadamente 8 mm.
La resistencia al roce y la estabilidad de los
nudos que presentan los hilos fabricados de este modo, se
representan en la Tabla 1.
\vskip1.000000\baselineskip
En la Tabla, puede reconocerse que los hilos B y
C proveen los mejores resultados respecto de la resistencia al
cizallamiento y la estabilidad de los nudos. Por lo tanto también
son perfectamente adecuados como hilos de coser.
Además de la aptitud propiamente dicha de un
hilo para su uso en la costura, la unión de la fibra a la matriz
para el refuerzo tridimensional de material compuesto de fibras,
ante todo en el área de una costura, es especialmente importante
para el rendimiento mecánico del material. A fin de comprobar la
unión de la fibra con la matriz sin factores de interferencia (como
por ejemplo el proceso de costura), se preparó un Prepreg del hilo B
y C en conjunto con una película de resina, y se midió la
resistencia a la presión según EN 2850-B2 y la
aparente resistencia interlaminar al cizallamiento conforme con EN
2563.
Para realizar el ensayo son necesarios los
siguientes pasos: en un cuerpo metálico de bobinado, que presenta
en la sección transversal una forma octogonal con una longitud de
100 mm de cada lado, se aplica en primera instancia una película
Prepreg (película Prepreg HexPly 6376 de la empresa Hexcel
Composite, Dagneux (Francia)) con un peso de superficie de 72
g/m^{2}. Utilizando un sistema de bobinado de laboratorio el hilo
se enrolla sobre esta película perpendicularmente al eje de
bobinado con una tensión de hilo de 500 cN y una velocidad de
bobinado de 23,1 mm/s de modo tal que se produzca una estructura UD.
Sobre las capas se enrolla nuevamente una película Prepreg con un
peso de superficie de 72 g/m^{2}.
Esta estructura UD completa y el núcleo metálico
son calentados durante 20 minutos en un horno -girando
constantemente- a 80ºC, se mantiene 20 minutos a 80ºC y se deja
enfriar nuevamente a temperatura ambiente en un plazo de 60
minutos. E cuerpo UD formado es cortado en los ocho bordes, de modo
que se obtienen 8 piezas de material Preprep en forma de pequeñas
plaquetas. Esos materiales Prepreg son procesados de acuerdo con las
normas EN 2850-B2 y EN 2563 en un autoclave y en un
sistema usual de vacío para obtener laminados de varias capas, y
son verificados en un clima normalizado.
A efectos comparativos, se prepararon otros
laminados de varias capas del mismo modo, donde como hilos se
fabrican
- -
- un hilo de fibra de carbono E (Tenax HTA 5131 400tex f6000 tO, un hilo que puede adquirirse en la empresa de la solicitante),
- -
- fibras de carbono F (PES 84 dtex f12) y fibras de carbono F (Tenax HTA 5641 67tex flOOO Z15) recubiertas con tejido de fibras de poliéster y
- -
- fibras G PBO de poli(p-fenileno-2,6-benzobisoxazoles, nombre comercial PBO Fiber Zylon de la empresa Toyobo, Osaka Japón
Los resultados de los ensayos de la aparente
resistencia interlaminar al cizallamiento (ILSF) de acuerdo con EN
2563 y los resultados del ensayo de resistencia a la presión según
EN 2850-B2 se indican en la Tabla 2.
Puede verse claramente que los hilos B y C de
acuerdo con la invención presentan una aparente resistencia
interlaminar al cizallamiento y una resistencia a la presión de
valores elevados similares a un hilo convencional de fibras de
carbono E. Por medio del proceso de cableado de acuerdo con la
invención, los filamentos del hilo no son desviados esencialmente
de su orientación paralela al eje longitudinal del hilo, dado que
caso contrario hubieran descendido los valores característicos de
la presión.
En contraposición a ello, el hilo comparativo F
que presenta un núcleo de filamentos de fibras de carbono y un
recubrimiento tejido de hilo de poliéster, demuestra valores de
resistencia a la presión notoriamente peores. Los filamentos de las
fibras de carbono que son sometidos a carga, por lo tanto ya no se
presentan estirados a lo largo del eje longitudinal del hilo y, por
lo tanto, fracasan antes al ser sometidos a presión. Además, el
recubrimiento de poliéster dificulta la necesaria adherencia entre
la fibra de carbono que soporta la carga y el material de la
matriz.
El segundo hilo comparativo G, presenta una
excelente aptitud para la costura, debido a su alta resistencia
transversal y su comportamiento dúctil del material, pero posee
escasa resistencia al cizallamiento y a la presión, de modo que no
es esperable que se produzca un efecto de refuerzo en el caso de
material de conjuntos de fibras.
A fin de demostrar la ventaja de una costura de
materiales compuestos de fibras justamente en el caso de exigencias
de impacto, se preparan cuerpos de ensayo según la EN 6038 y se los
analiza. A diferencia de la EN 6038, el cuerpo de ensayo preparado
presenta un espesor de pared de 4 mm, mientras que el ensayo se
realizó con una amplitud de soporte de 15 mm. Para ello se cosen
cuatro capas de una disposición multiaxial cuasi isotrópicas
de cuatro capas (NCF, 267 g/m^{2} peso de superficie de fibra de
la ubicación individual de la disposición). La costura se realiza
con el hilo C antes mencionado con una longitud de puntada de 4 mm,
una distancia de costura de 3 mm e hilo inferior estirado en una
puntada doble de pespunte (también con hilo C).
La preforma textil realizada de este modo, con
una superficie base cuadrada de 315 mm^{2} y un espesor de pared
de 4 mm se embebe con resina RTM6 de la empresa Hexcel cumpliendo
las instrucciones del fabricante de modo tal, que se obtiene un
material de conjunto de fibras libre de poros y con una proporción
volumétrica de fibra de 60 \pm 4%. De esta placa, se cortan
cuerpos de ensayo por medio de sierra y se verifican según la norma
de ensayo EN 6038 (denominado en adelante "cosido según
NCF").
Se prepararon cuerpos de ensayo correspondiente
utilizando la disposición multiaxial (cuatro veces cuatro capas)
antes mencionado pero sin costura (denominado en adelante "cosido
según NCF") y
un laminado Prepreg de estructura análoga (16
capas con en cada caso 267 g/m^{2} de peso de superficie de fibra
de la capa individual de Prepreg, simétricamente en espejo respecto
del plano medio de una película de resina (HexPly 6376 de la
empresa Hexcel Composite, Dagneux (Francia)) y fibras de carbono
(Tenax HTS 5631 800tex f12000 to de la solicitante) (denominado en
adelante "Prepreg" ).
En la Tabla 3, se representaron los resultados
del ensayo (resistencia residual a presión según solicitación al
impacto según EN 6038 en [MPa]) con el hilo de acuerdo con la
invención (cosido según NCF) en comparación con una disposición
multiaxial no cosida (no cosido según NCF) y un laminado de
estructura análoga (Prepreg).
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Puede verse claramente que justamente en
energías de impacto más elevadas, la costura colabora con un
desarrollo prácticamente constante de la resistencia residual a la
presión. En cambio, los laminados convencionales sin costura
comparados presentan una elevada dependencia de la resistencia
residual de la presión de la energía de impacto antes aportada. De
modo correspondiente hasta ahora los componentes sin costura contra
ese caso de exigencia, debían concebirse de mayor tamaño para
cubrir las necesidades y con ello de mayor peso.
El hilo de acuerdo con la invención puede usarse
prácticamente en todas las matrices que se refuerzan por medio de
fibras. Como materiales de matriz pueden usarse polímeros, como ser
termoplásticos (por ejemplo,. polietilenimina, polietercetona,
polieteretercetona, sulfuro de polifenileno, polietersulfona,
polieteretersulfona, polisulfona), durómeros (por ejemplo,
epóxidos) y elástomeros, así como goma. También el uso en materiales
cerámicos (por ejemplo, carburo de silicio o nitruro de boro) o
materiales metálicos (por ejemplo, (aleaciones de) acero), titanio)
es posible debido a la excelente estabilidad térmica de las fibras
de carbono.
Los termoplásticos y durómetros son
especialmente adecuados, dado que la necesaria adherencia
fibra-matriz es especialmente buena entre estos
materiales poliméricos y las fibras de carbono.
Pero también es ventajoso el refuerzo de
elastómeros y goma con los hilos de acuerdo con la invención, dado
que habitualmente las fibras de carbono presenta una elevada
resistencia, pero no las propiedades de elasticidad usuales en este
tipo de materiales. Debido a la estructura del hilo de los hilos de
la invención es factible una mejorada capacidad de estiramiento y,
por lo tanto, un mejor efecto de refuerzo incluso en materiales
elastoméricos y de goma.
El cableado directo de fibras de carbono no sólo
puede utilizarse para la fabricación de hilos de coser, sino
también, por ejemplo, para la fabricación de hilos para los
refuerzos de hormigón. Si, por ejemplo, para el cableado directo se
seleccionan hebras, de las cuales una hebra presenta una mayor
fuerza de tracción del hilo que la otra hebra, al realizar el
cableado directo la o las hebras con la menor fuerza de tracción del
hilo se colocan alrededor de la o las hebras con la mayor fuerza de
tracción del hilo. De este modo, se produce un hilo con una especie
de nervaduras que también es presentada, por ejemplo, por los aceros
para hormigón para el refuerzo de hormigón armado. De esa manera,
resulta posible un anclaje mecánico el hilo en el hormigón.
Para esta estructura del hilo fueron
interesantes distintos componentes: Para el núcleo, que se compone
de una o varias hebras estiradas, son adecuadas las fibras de
carbono con un número de filamentos mayor que 6000 filamentos, de
preferencia mayor que 24.000 filamentos. En cambio, para la hebra
externa o bien las hebras externas son adecuadas hilos más delgados
que no necesariamente deben estar constituidos por fibras de
carbono. El valor de torsión debe ubicarse en el rango de muy pocas
torsiones por metro, de preferencia menor que 10 T/m.
Claims (19)
1. Hilo de como mínimo dos hebras retorcidas una
con otra, compuesto de fibras de carbono continuas,
caracterizado porque las fibras de carbono de las hebras se
dispusieron como mínimo prácticamente paralelas al sentido de
orientación de hilo.
2. Hilo de acuerdo con la reivindicación 1, que
puede fabricarse por medio de cableado directo.
3. Hilo de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque las hebras se retorcieron una con otra
con 150 a 400 vueltas por m.
4. Hilo de acuerdo con la reivindicación 3,
caracterizado porque las hebras se retorcieron una con otra
con 160 a 290 vueltas por m.
5. Hilo de acuerdo con la reivindicación 3 ó 4,
caracterizado porque presenta una resistencia promedio al
roce de 50 a 350.
6. Hilo de acuerdo con la reivindicación 5,
caracterizado porque presenta una resistencia promedio al
roce de 175 a 300.
7. Hilo de acuerdo con una o varias de las
reivindicaciones 3 a 6, caracterizado porque cumple con las
siguientes condiciones:
S = - 35 *
10-^{4} D^{2} + 2 D -
A,
donde
- S
- representa la resistencia promedio al roce y
- D
- representa las vueltas de las hebras por m, y
- A
- adopta valores entre 170 y -35.
\vskip1.000000\baselineskip
8. Hilo de acuerdo con una o varias de las
reivindicaciones 3 a 7, caracterizado porque cumple con las
siguientes condiciones:
K = - 105 *
10-^{4} D^{2} + 590 D -
B
donde
- K
- representa la estabilidad promedio de los nudos en MPa y
- D
- representa las vueltas de las hebras por m, y
- B
- adopta valores entre 250 y 450.
9. Hilo de acuerdo con una o varias de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque las fibras de
carbono en las hebras presentan un diámetro de 6 a 10 \mum.
10. Hilo de acuerdo con una o varias de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque es un hilo de
coser.
11. Procedimiento para la fabricación un hilo de
fibra de carbono de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones
1 a 10, caracterizado porque como mínimo dos hebras, que se
componen de fibras de carbono continuas, se retuercen entre sí por
medio de cableado directo, donde como ojal de convergencia se
utiliza un ojal que como mínimo en el área, en el cual las hebras
son puestas en contacto con el ojal de convergencia, presenta un
radio de como mínimo 4 mm.
12. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 11, caracterizado porque como ojal de
convergencia se utiliza un ojal que como mínimo en el área, en el
cual las hebras son puestas en contacto con el ojal de convergencia,
presenta un radio de 4 a 40 mm.
13. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 11, caracterizado porque como ojal de
convergencia se utiliza un ojal que como mínimo en el área, en el
cual las hebras son puestas en contacto con el ojal de convergencia,
presenta un radio de 6 a 12 mm.
14. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 11 a 13, caracterizado porque se utilizan
guía-hilos que como mínimo en el área, en el cual
las hebras son puestas en contacto con el guía-hilo,
presentan un radio de como mínimo 4 mm.
15. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 14, caracterizado porque se utilizan
guía-hilos que como mínimo en el área, en el cual
las hebras son puestas en contacto con el guía-hilo,
presentan un radio de como mínimo 4 a 40 mm.
16. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 14, caracterizado porque se utilizan
guía-hilos que como mínimo en el área, en el cual
las hebras son puestas en contacto con el guía-hilo,
presentan un radio de como mínimo 6 a 12 mm.
17. Uso de un hilo de acuerdo con una o varias
de las reivindicaciones 1 a 9 como hilo de coser.
18. Uso de un hilo de acuerdo con una o varias
de las reivindicaciones 1 a 9 en materiales compuestos de fibras,
como termoplásticos, durómeros, elastómeros, en especial goma o
materiales cerámicos.
19. Uso de un hilo de acuerdo con una o varias
de las reivindicaciones 1 a 9 para el refuerzo de hormigón.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102004038710 | 2004-08-10 | ||
| DE102004038710 | 2004-08-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2311844T3 true ES2311844T3 (es) | 2009-02-16 |
Family
ID=34958782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES04765445T Active ES2311844T3 (es) | 2004-08-10 | 2004-09-21 | Hilo de fibras de carbono cableado. |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7677023B2 (es) |
| EP (1) | EP1778905B1 (es) |
| JP (1) | JP4518429B2 (es) |
| CN (1) | CN101001986B (es) |
| AT (1) | ATE409767T1 (es) |
| DE (1) | DE502004008178D1 (es) |
| DK (1) | DK1778905T3 (es) |
| ES (1) | ES2311844T3 (es) |
| PL (1) | PL1778905T3 (es) |
| WO (1) | WO2006018036A1 (es) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2373640T3 (es) * | 2007-06-12 | 2012-02-07 | Hexcel Reinforcements | Procedimiento de fabricación de un material compuesto en el que al menos se coloca un hilo retorcido y el material compuesto que se obtiene de este modo. |
| WO2009027615A2 (fr) * | 2007-08-30 | 2009-03-05 | Ritm | Fil hybride et son procede de fabrication |
| FR2920787B1 (fr) * | 2007-09-12 | 2010-03-19 | Ritm | Procede de fabrication d'un fil hybride |
| DE102008039840A1 (de) * | 2008-08-27 | 2010-03-04 | Sgl Carbon Ag | Streckgerissene Carbonfasergarne für eine Heizvorrichtung |
| TW201802315A (zh) * | 2012-04-18 | 2018-01-16 | 三菱化學股份有限公司 | 碳纖維束 |
| WO2015011761A1 (ja) * | 2013-07-22 | 2015-01-29 | 村田機械株式会社 | 糸製造装置 |
| US10543646B2 (en) | 2018-01-12 | 2020-01-28 | Arevo, Inc. | Structural sewing and overmolding |
| WO2019172247A1 (ja) | 2018-03-06 | 2019-09-12 | 東レ株式会社 | 炭素繊維束およびその製造方法 |
| TW201938864A (zh) | 2018-03-06 | 2019-10-01 | 日商東麗股份有限公司 | 碳纖維及其製造方法 |
| DE102019212056A1 (de) * | 2019-08-12 | 2021-02-18 | Contitech Antriebssysteme Gmbh | Schrägverzahnter Antriebsriemen |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55771U (es) * | 1978-06-19 | 1980-01-07 | ||
| JPS5915531A (ja) * | 1982-07-17 | 1984-01-26 | 東邦レーヨン株式会社 | 活性炭素繊維紡績糸 |
| US4714642A (en) * | 1983-08-30 | 1987-12-22 | Basf Aktiengesellschaft | Carbon fiber multifilamentary tow which is particularly suited for weaving and/or resin impregnation |
| US6045906A (en) * | 1984-03-15 | 2000-04-04 | Cytec Technology Corp. | Continuous, linearly intermixed fiber tows and composite molded article thereform |
| JPS6445830A (en) * | 1987-08-13 | 1989-02-20 | Toray Industries | High performance carbon fiber cord |
| JPS6461527A (en) | 1987-08-26 | 1989-03-08 | Toyo Boseki | Covered yarn |
| JPH0726273B2 (ja) * | 1988-02-22 | 1995-03-22 | 東レ株式会社 | プリフォーム製造用縫糸およびその製造方法 |
| US5116681A (en) * | 1988-04-08 | 1992-05-26 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Anti-static yarns containing polystyrene |
| JP2764957B2 (ja) | 1988-11-10 | 1998-06-11 | 東レ株式会社 | 炭素繊維強化プラスチック |
| DE19932842B4 (de) * | 1999-07-14 | 2004-08-12 | Institut Für Verbundwerkstoffe Gmbh | Kohlenstoffasernähgarn für Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteile |
| DE19932849C2 (de) * | 1999-07-14 | 2003-07-03 | Herbert Amrhein | Kontaktiereinrichtung zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung |
| US6601378B1 (en) * | 1999-09-08 | 2003-08-05 | Honeywell International Inc. | Hybrid cabled cord and a method to make it |
| US6513314B2 (en) | 2001-06-15 | 2003-02-04 | Acordis Industrial Fibers, Inc. | Apparatus and method of manufacturing multi-filament cords |
-
2004
- 2004-09-21 ES ES04765445T patent/ES2311844T3/es active Active
- 2004-09-21 DK DK04765445T patent/DK1778905T3/da active
- 2004-09-21 WO PCT/EP2004/010569 patent/WO2006018036A1/de active IP Right Grant
- 2004-09-21 JP JP2007525179A patent/JP4518429B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2004-09-21 US US11/659,832 patent/US7677023B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2004-09-21 CN CN2004800437874A patent/CN101001986B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2004-09-21 AT AT04765445T patent/ATE409767T1/de active
- 2004-09-21 EP EP04765445A patent/EP1778905B1/de active Active
- 2004-09-21 PL PL04765445T patent/PL1778905T3/pl unknown
- 2004-09-21 DE DE502004008178T patent/DE502004008178D1/de active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2006018036A1 (de) | 2006-02-23 |
| JP4518429B2 (ja) | 2010-08-04 |
| CN101001986A (zh) | 2007-07-18 |
| JP2008509298A (ja) | 2008-03-27 |
| ATE409767T1 (de) | 2008-10-15 |
| DE502004008178D1 (de) | 2008-11-13 |
| US7677023B2 (en) | 2010-03-16 |
| EP1778905A1 (de) | 2007-05-02 |
| US20070193246A1 (en) | 2007-08-23 |
| EP1778905B1 (de) | 2008-10-01 |
| PL1778905T3 (pl) | 2009-02-27 |
| CN101001986B (zh) | 2010-06-16 |
| DK1778905T3 (da) | 2008-12-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2311844T3 (es) | Hilo de fibras de carbono cableado. | |
| ES2735146T3 (es) | Procedimiento de fabricación de piezas compuestas que presentan por lo menos una curva y piezas obtenidas mediante este procedimiento | |
| ES2250291T3 (es) | Tejido resistente al aplastamiento del alma y preimpregnacion para estructuras compuestas en sandwich reforzadas con fibra. | |
| JP6219900B2 (ja) | ハイブリッドコード及びその製造方法並びにそれを使用した高性能ラジアルタイヤ | |
| US9045589B2 (en) | Drawn polyethylene terephthalate fiber, pet tire cord, and tire comprising thereof | |
| ES2320264T3 (es) | Material compuesto reforzado con fibras y procedimiento para su produccion. | |
| ES2617781T3 (es) | Preforma de fibras de haces de fibras de refuerzo, que presenta haces de fibras unidireccionales y elemento de material compuesto | |
| ES2647862T3 (es) | Materiales compuestos reforzados con fibra de acero | |
| KR101576714B1 (ko) | 구조용 경편 시트 및 그의 적층체 | |
| US20110108178A1 (en) | Poly(ethyleneterephthalate) tire cord, and tire comprising the same | |
| EP2460917B1 (en) | Drawn polyethylene terephthalate (PET) fiber, and tire-cord comprising the same | |
| CN105829083B (zh) | 包括嵌入的双部件线绳的带和用于模制能量传送带的方法 | |
| JP6084262B2 (ja) | 混合繊維及びその製造方法 | |
| US9347154B2 (en) | Drawn poly(ethyleneterephthalate) fiber, poly(ethyleneterephthalate) tire-cord, their preparation method and tire comprising the same | |
| JP2007160587A (ja) | 多層基材、プリフォームおよびプリフォーム製造方法 | |
| JP5707734B2 (ja) | 繊維強化プラスチック用一方向性の強化繊維織編物及びその繊維基材と、同繊維基材の製造方法及び同繊維基材を使った繊維強化プラスチックの成形方法 | |
| ES2268573T3 (es) | Armadura textil de refuerzo unidireccional, apta para ser encintada sobre una estructura mecanica a reforzar. | |
| JP2016164320A (ja) | 耐熱性多軸ステッチ基材 | |
| ES2883929T3 (es) | Manguera de polímero con soporte textil de resistencia | |
| JPH01225538A (ja) | 複合材料用プリフォーム材 | |
| JP7129434B2 (ja) | 繊維状テープおよび該テープを含む複合材料 | |
| ES2902759T3 (es) | Tela no tejida colocada unidireccional y su utilización | |
| JP6652000B2 (ja) | 繊維強化複合材用プリフォーム及び繊維強化複合材 | |
| JP2008214792A (ja) | ベルト用補強繊維及びベルト | |
| BR112019020478A2 (pt) | laminado balístico compreendendo elementos têxteis nos quais fios balísticos cruzam fios não balísticos |