ES2334129T3

ES2334129T3 - Material compuesto para construcciones ligeras y metodo para su fabricion.

Info

Publication number: ES2334129T3
Application number: ES04024769T
Authority: ES
Inventors: Oliver Bottler; Patrick Freres
Original assignee: Euro Composites SA
Current assignee: Euro Composites SA
Priority date: 2003-10-17
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2010-03-05
Anticipated expiration: 2024-10-18
Also published as: ATE451229T1; DE502004010480D1; DE10358295A1; DE10358295B4

Abstract

Material compuesto para construcciones ligeras formado por un material soporte para construcciones ligeras (12) y una capa de acabado (34) aplicada sobre al menos una superficie del material soporte (12), de modo que entre la superficie del material soporte (12) y la capa de acabado (34) hay una capa separadora (16) impermeable a la resina, y capa de acabado (34) está formada por un material fibroso o alveolar (20) embebido en un material resinoso (32) endurecido sobre la capa separadora (16), caracterizado porque en el material soporte (12) y/o en la capa separadora (16) y/o en el material fibroso o alveolar (20) de la capa de acabado (34) en formación se han practicado canales de flujo (F) y/u orificios (L) para distribuir uniformemente el material resinoso (32) fluido antes del endurecimiento.

Description

Material compuesto para construcciones ligeras y método para su fabricación.

La presente invención se refiere a un material compuesto para construcciones ligeras según el concepto general de la reivindicación 1. La presente invención se refiere además a un método, según el concepto general de la reivindicación 27, para la fabricación de un material compuesto de tal tipo destinado a construcciones ligeras.

Los materiales compuestos planos para construcciones ligeras citados al principio son conocidos y se usan en varios sectores, por ejemplo en la industria aeronáutica y astronáutica, en la construcción naval o automovilística.

Como soporte o núcleo de los materiales compuestos conocidos, también llamados estratificados o multicapas, se usan preferentemente materiales de construcción ligeros premoldeados o moldeables, por ejemplo de espuma, de maderas de baja densidad, o materiales con estructuras alveolares. Para poder usar estos materiales de construcción ligera en la fabricación de paneles sándwich el material soporte suele revestirse de una capa de acabado por al menos una de sus caras. De este modo se incrementa la resistencia del material compuesto y al mismo tiempo se mantiene su bajo peso, con lo cual se pueden aprovechar las ventajas de una estructura sándwich (relación estructura/peso). Como capas de acabado se usan, por ejemplo, láminas o capas de composites fibrosos, que posteriormente se fijan sobre la superficie del material soporte, por ejemplo con un adhesivo.

Los materiales compuestos conocidos para construcciones ligeras y sus métodos de fabricación tienen el inconveniente de que los composites fibrosos, formados por fibras embebidas en resina, solo pueden aplicarse directamente sobre el material soporte de manera muy limitada, cuando éste tiene una estructura de espuma abierta o de tipo alveolar.

De hecho los composites fibrosos deben elaborarse antes, aparte del material soporte, por ejemplo como los denominados "Prepregs", es decir en forma de tejidos o napas preimpregnadas, y solo después pueden fijarse al material soporte en una etapa posterior del proceso, lo cual es especialmente difícil cuando la superficie del material soporte no es plana, sino tridimensional, como por ejemplo en el caso de los cascos de embarcaciones.

Como métodos para este sector de aplicación se conocen la infusión al vacío, la inyección al vacío, el proceso RTM (RTM = Resin Transfer Moulding [moldeo por transferencia de resina]) y variaciones de los mismos, que tienen en común el aporte de resina fluida mediante el empleo de presión, es decir vacío o sobrepresión, a un material fibroso o de napa previamente depositado sobre el material soporte que hay que recubrir con la capa de acabado. Hasta la fecha estos métodos conocidos de elaboración de materiales compuestos se emplean cuando el soporte o núcleo cuya superficie debe recubrirse con la capa de acabado no presenta una estructura abierta o cuando hay que fabricar laminados macizos sin materiales de soporte. Sin embargo en el estado técnico también se conocen aplicaciones que consisten en recubrir materiales soporte o centrales, de estructura abierta, mediante el método RTM o el método de inyección al vacío, para manufacturar materiales compuestos con una capa de acabado de material fibroso o de napa embebido en resina.

Así, de la patente EP 0 786 330 A2 se conoce un material compuesto formado por un material soporte alveolar, una capa separadora impermeable a resinas, aplicada y fijada sobre la cara plana del material soporte con una capa de adhesivo, y una capa de acabado endurecida sobre la capa separadora, que consta de una napa o de un material fibroso embebido en una resina. Para elaborar el material compuesto primero se aplica un film de adhesivo sobre la capa separadora. A continuación la capa separadora provista del film adhesivo se pega sobre la cara plana del material soporte con la capa adhesiva, de manera que los alveolos abiertos hacia la cara plana del material soporte queden lo más cerrados posible. Sobre la capa separadora se coloca la napa o el material fibroso, el conjunto se deposita en un molde y la napa o el material fibroso se impregna con resina mediante el método RTM, con lo cual la capa separadora impide la penetración de la resina en la estructura alveolar del material soporte.

La patente EP 1 281 505 A1 revela un material compuesto y un método para su fabricación. Según este conocido método, sobre un material soporte se depositan dos capas de adhesivo que sirven de separación, una primera capa adhesiva de resina de elevada viscosidad y sobre ella una segunda capa adhesiva impermeable. Sobre ambas capas adhesivas se deposita luego una napa o un material fibroso. El conjunto formado por el material soporte, las capas adhesivas y la napa o el material fibroso se somete a un primer tratamiento térmico dentro de un molde cerrado para que reaccionen las resinas de las capas adhesivas, uniéndose firmemente la primera capa adhesiva con el material soporte y la segunda capa adhesiva y ésta con la cara inferior de la napa o del material fibroso. A continuación se hace el vacío en el molde y la napa o el material fibroso se impregna con una resina que se inyecta en el molde a una presión de 2 a 3 bar.

En la patente DE 695 29 396 T2 se describe un método consistente en aplicar mediante el proceso RTM una capa de acabado de napa o material fibroso embebido en resina sobre un material soporte alveolar, para elaborar un material compuesto. A tal fin, en una primera etapa se aplica una primera capa de un film endurecible sobre el material soporte y se cura dentro del molde. A continuación, sobre la capa separadora endurecida se aplica una capa intermedia en forma de un material preimpregnado, que también se endurece en el molde. Luego, sobre esta capa intermedia se deposita una preforma de material fibroso, que se impregna con resina en el molde mediante el proceso
RTM.

La patente DE 36 25 534 A1 revela una placa de construcción tipo sándwich, difícilmente inflamable, que presenta un material soporte alveolar sobre cuyas caras planas está aplicada respectivamente una capa intermedia de material fibroso y una capa externa formada asimismo por un material fibroso. La capa intermedia está impregnada con una resina de base epoxídica y la capa externa con una resina de base fenólica. Además, entre la capa intermedia y la capa externa hay una hoja de aluminio intercalada que sirve de aislante térmico de la capa intermedia en caso de incendio.

La patente EP 1 162 058 A1 revela un material compuesto bicapa para construcciones ligeras que consta de un material central recubierto con una capa de acabado impregnada con resina, en que el material central dispone de canales de flujo para la distribución de la resina. La capa de acabado está aplicada directamente sobre el material central y por tanto la resina debe atravesar totalmente la capa de acabado para llegar a la zona de los canales de flujo. Aunque la resina se reparte por el material central a través de los canales de flujo, la distribución de la resina sobre la capa de acabado no es uniforme.

La presente intención tiene por objeto especificar un material compuesto para construcciones ligeras y un método de elaboración del mismo, en o por el cual se obtenga una mejor distribución de la resina en la napa o el material fibroso, en comparación con el estado técnico.

La presente intención resuelve este objetivo mediante un material compuesto para construcciones ligeras con las características según la reivindicación 1.

Una idea esencial de la presente intención consiste en hacer practicables procesos, especialmente procesos de elaboración industrial, que permitan aplicar directamente sobre el material soporte o central una capa de acabado formada por un material fibroso o alveolar impregnado con resina, empleando una capa separadora intermedia impermeable a la resina intercalada entre el material soporte y la capa de acabado, para materiales soporte de poro abierto tales como las estructuras alveolares o las espumas de poro abierto.

Con la capa separadora impermeable a la resina intercalada entre el propio material soporte y la capa de acabado se consigue que al elaborar el material compuesto de la presente invención la resina fluida no pueda penetrar en el material soporte y rellenarlo, al menos en parte, durante la preparación de la capa de acabado. De hecho la resina que impregna el material fibroso o alveolar puede endurecerse enseguida sobre el material soporte, lo cual también permite aplicar de forma sencilla y elegante una capa de acabado formada como material adhesivo sobre los soportes de superficie no plana. También cabe la posibilidad de que el material separador, de por sí impermeable, tenga perforaciones por las que la resina pueda penetrar en puntos escogidos para anclarse en el material soporte.

Según otra idea esencial de la presente invención, para lograr una mejor distribución de la resina durante el uso del método conocido se prevén canales de flujo y/u orificios en el material soporte y/o en la capa separadora y/o en el material fibroso o alveolar de la capa de acabado en formación. De esta manera la resina se puede repartir apropiadamente a través de los canales de flujo y/o de los orificios, con lo cual mejora la fluencia de la resina en la cara superior e inferior de la napa o del material fibroso. Además, siempre que se haya previsto, los orificios se llenan de resina, la cual, una vez endurecida, forma unos canales de resina que penetran eventualmente en el material central y proporcionan al material adhesivo una estabilidad y resistencia adicional.

En este caso los canales de flujo y/u orificios están dispuestos entre sí preferentemente, de modo que pueda ajustarse una fluencia predeterminada o un frente de flujo prefijado de la resina fluida en la napa o en el material fibroso y/o en el material soporte.

Otras ventajas de la presente invención se desprenden de la siguiente descripción, de las figuras y de las reivindicaciones secundarias.

Así pues, en una forma de ejecución especialmente preferida del material compuesto de la presente invención se propone un material fibroso o alveolar con los canales de flujo formados en al menos una de sus caras planas o el uso de una capa separadora con los canales de flujo formados en la cara plana adyacente al material fibroso o alveolar. Así se consigue que la resina fluida se reparta uniformemente entre las caras planas adyacentes de la capa separadora y el material fibroso o alveolar y que, tras su endurecimiento, la resina forme una unión especialmente buena entre el material fibroso o alveolar y la capa separadora.

Cuando se usa un material fibroso los canales de flujo están conformados preferiblemente en la cara plana correspondiente. Si por el contrario se usa un material alveolar para la capa de acabado, los canales de flujo están conformados en la cara plana del material alveolar.

Para garantizar una distribución lo más uniforme posible de la resina fluida, los canales de flujo discurren preferiblemente según una estructura alveolar, a través de la cual puede desviarse convenientemente la resina fluida. En este caso la estructura alveolar también puede discurrir irregularmente, si es preciso, según un patrón predeterminado que permita prefijar una fluidez específica de la resina.

Asimismo se propone que haya orificios definidos en la superficie del material soporte y/o de la capa separadora, preferiblemente en forma de perforaciones perpendiculares a la cara plana del material soporte o de la capa separadora. La resina puede penetrar en el material soporte a través de ellas, mejorando la fluencia de la resina en la cara superior e inferior del material fibroso o alveolar. Además los orificios se llenan de resina, la cual, una vez endurecida, forma canales de resina a través del material central, que aportan al compuesto final una mayor estabilidad y resistencia.

En otra forma de ejecución preferida del material compuesto de la presente invención se propone el uso de un material soporte plano cuyas dos caras planas se recubren como superficies, en el sentido de la presente invención, con una capa separadora y un capa de acabado. Así se consigue que el material soporte quede cerrado por ambas caras planas y se constituya como material sándwich. También cabe pensar en la posibilidad de recubrir solo una de ambas caras planas con el sistema de capas de la presente invención, mientras que la otra cara plana se sella del modo convencional, por ejemplo mediante el empleo de una lámina adherida.

La capa separadora está formada preferentemente por una lámina polimérica aplicada sobre la superficie del material soporte. Resulta especialmente apropiada una lámina termoplástica, porque es fácil de trabajar y se puede adaptar con esfuerzo relativamente pequeño a la forma de la superficie.

Para alcanzar una buena unión de la capa de acabado con la capa separadora, en una forma de ejecución especialmente preferida del material compuesto de la presente invención se propone el uso de un tejido, napa, malla, género de punto, tricot o velo, como capa separadora. En este caso el espesor de la capa separadora se ajusta de manera que, al producir la capa de acabado, la resina fluida penetre si es preciso en la capa separadora, pero sin llegar a través de ella al material soporte. De este modo la capa separadora queda unida con el material fibroso mediante la resina, tan pronto como ésta se endurece. Así se logra una unión especialmente buena entre la capa de acabado y la capa sepa-
radora.

El tejido, napa, malla, género de punto, tricot o velo es preferiblemente de un polímero termoplástico o de un material fibroso que tenga con preferencia, al menos aproximadamente, las mismas propiedades físicas en cuanto al módulo de elasticidad o al coeficiente de dilatación térmica que el material fibroso de la capa de acabado.

También cabe pensar en la posibilidad de formar la capa separadora a partir de un material que tras el endurecimiento de la resina se haya disuelto total o parcialmente.

Asimismo puede pensarse en hacer de plástico tanto la capa separadora en forma de lámina como la capa separadora en forma de tejido, napa, malla, género de punto, tricot o velo. El material adecuado para ello es todo polímero que se pueda transformar en láminas o en fibras. Los polímeros preferidos son poliéster, polietileno, poli(cloruro de vinilo), polipropileno, poliamida, policarbonato, poliacrilo, poliacrilo- nitrilo, politetrafluoretileno o mezclas de ellos.

En una forma de ejecución alternativa, como capa separadora sirve una capa o lámina de espuma. En este caso, análogamente a las láminas lisas, también existe la ventaja de que la capa o lámina de espuma puede adaptarse uniformemente a la superficie del material soporte. Otra ventaja es que la capa o lámina de espuma proporciona un mayor aislamiento térmico al material compuesto de la presente invención. El material espumado de dicha capa o lámina puede ser de poro cerrado o de poro abierto.

La capa o la lámina de espuma puede prepararse a partir de todos los materiales espumables. Preferentemente está elaborada con poliuretano, poli(cloruro de vinilo) lineal o reticulado, poliéterimida, polimetacrilimida, una resina fenólica, una resina epoxi o con una mezcla de al menos dos de dichos polímeros.

Asimismo, en otra forma de ejecución del material compuesto de la presente invención se propone el empleo de una lámina metálica como capa de separación, preferiblemente de aluminio, acero, bronce o cobre. Como capa separadora también sirve una lámina delgada de plomo. Con el uso de una lámina metálica como capa de separación se consigue que el material compuesto de la presente invención tenga un efecto de pantalla, por ejemplo frente a ondas electromagnéticas, de modo que la capa separadora cumple una doble función, es decir por una parte, conforme a la presente invención, evita la penetración de resina fluida en el material soporte y por otra hace efecto de
pantalla.

Para fijar la capa separadora al material soporte se propone una primera capa adhesiva entre la capa separadora y el material soporte. La capa adhesiva se aplica por ejemplo en forma de una lámina adhesiva sobre el material soporte. A continuación la capa separadora, por ejemplo un tejido separador, se deposita y se pega sobre la lámina adhesiva.

Además se propone el uso adicional o alternativo de una capa adhesiva entre la capa separadora y la capa de acabado. Con esta capa adhesiva, el material fibroso con el que debe formarse la capa de acabado puede mantenerse en una posición definida antes de aplicar la resina fluida sobre la capa de separación. Esta capa adhesiva también es otro medio de unión entre la capa separadora y la capa de acabado.

La capa o capas adhesivas son preferiblemente un film de adhesivo a base de una resina epoxi, una resina de poliéster, una resina fenólica, una resina de éster vinílico, una resina acrílica, un adhesivo de acrilato o un silano. Pero también se pueden usar filmes adhesivos basados en una mezcla de al menos dos de dichas resinas.

Para simplificar el proceso de elaboración se propone además que la capa separadora ya vaya previamente provista de de la capa o capas adhesivas, pues así no hace falta aplicar aparte las capas adhesivas de la capa separadora.

Por tanto se propone, por ejemplo, que como capa separadora se use una lámina de plástico o de metal provista previamente de un film adhesivo por la cara anterior y, dado el caso, por la cara posterior.

Como material fibroso para la capa de acabado sirve preferentemente un tejido, una napa, una malla, un género de punto, un tricot, un velo o un material híbrido, porque este tipo de material se puede impregnar uniformemente con resina líquida y, una vez endurecida la resina, confiere a la capa de acabado una gran resistencia mecánica y excelentes características de elasticidad, según el sistema empleado.

Para ajustar las características mecánicas del material fibroso se utilizan preferiblemente productos de este tipo que lleven fibras de vidrio, de carbono, de aramida, fibras cerámicas, metálicas y/o hilos de metal. Como alternativa también se usan materiales fibrosos basados en termoplásticos o elastómeros.

Como resina para impregnar el material fibroso se usa preferiblemente una resina epoxi, una resina de poliéster, una resina fenólica, una resina de éster vinílico, una resina acrílica, un silano o una mezcla de al menos dos de dichas resinas, porque son fáciles de trabajar y endurecen con relativa rapidez.

En una forma de ejecución especialmente preferida del material compuesto según la presente invención, el material soporte presenta una estructura alveolar, preferentemente uniforme, dado el caso también impregnada con resina. Gracias a la estructura alveolar uniforme se consigue una resistencia mecánica especialmente elevada, sobre todo en la dirección longitudinal de los alveolos, con un bajo peso específico. En este caso los alveolos discurren con su dirección longitudinal aproximadamente perpendicular a las capas de separación y de acabado.

La estructura alveolar puede estar formada de metal, preferiblemente de aluminio. Para aquellas aplicaciones en que el peso del material compuesto tiene especial importancia se proponen estructuras alveolares de papel o de cartón como material soporte. Estas estructuras alveolares de papel o de cartón pueden estar reforzadas adicionalmente con fibras. En el material compuesto de la presente invención se usan preferentemente estructuras alveolares de papel o de cartón completado con fibras de aramida, sobre todo fibras de Nomex® o de Kevlar®, de poliéster, de PVC, poliacrílicas, de polipropileno o con una mezcla de al menos dos fibras de este tipo. Las estructuras alveolares pueden estar impregnadas adicionalmente con resina, si es preciso. La estructura alveolar también estar fabricada con un material polimérico. Además cabe la posibilidad de cargar la estructura alveolar con un material de relleno, por ejemplo microesferas.

Asimismo se propone usar como material soporte un material espumado, preferentemente de poro abierto, en vez de un material alveolar. El uso de material espumado como material soporte resulta especialmente ventajoso cuando el material compuesto debe tener un gran efecto de aislamiento térmico. Aquí el material espumado es preferentemente de poliuretano, poli (cloruro de vinilo) lineal o reticulado, poliéterimida, polimetacrilimida, resina fenólica, resina epoxi o mezclas de ellos. No obstante también cabe pensar en materiales espumados de metal.

También se propone un material compuesto para construcciones ligeras, según la presente invención, cuyo material soporte es de madera de balsa.

Según un segundo aspecto la presente invención se refiere a un método para preparar un material compuesto destinado a construcciones ligeras, sobre todo a un método para preparar un material compuesto destinado a construcciones ligeras, como el descrito anteriormente. Por lo tanto el material compuesto que debe elaborarse con el método de la presente invención constará de un material soporte para construcciones ligeras, una capa de acabado de material fibroso o alveolar embebido en un material resinoso, aplicada sobre al menos una de las superficies del material soporte, y una capa de separación impermeable a la resina intercalada entre el material soporte y la capa de aca-
bado.

Para preparar este material compuesto primero se aplica la capa separadora sobre la superficie del material soporte que debe recubrirse. A continuación se deposita sobre la capa separadora el material fibroso o alveolar de la capa de acabado. Luego el material fibroso o alveolar se impregna con una resina fluida que endurece sobre la capa separadora para formar la capa de acabado, de modo que los canales de flujo y/u orificios formados en el material fibroso o alveolar, en la capa separadora y/o en el material soporte producen una distribución uniforme de la resina.

En una variante de ejecución especialmente preferida, para impregnar el material fibroso con la resina fluida se emplea la disposición de material soporte, capa separadora y material fibroso obtenida en un espacio cerrado. En el espacio cerrado se introduce la resina fluida que penetra en el material fibroso aplicado sobre la capa separadora, la cual impide que la resina entre en el material soporte. El material compuesto puede extraerse del espacio cerrado tan pronto como la resina fluida se haya endurecido, al menos hasta el punto en que la capa de acabado de material fibroso o alveolar embebido en resina haya tomado una forma invariable.

Para acelerar la penetración de la resina fluida en el material fibroso, en una variante especialmente preferida del método de la presente invención se propone introducir la resina fluida a presión en el espacio cerrado. Para ello, la resina fluida se puede inyectar en el espacio cerrado con una presión comprendida entre 0,2 y 8 bar aproximadamente. Sin embargo la presión puede ser mayor cuando el molde resiste la presión de inyección.

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En una variante del método especial para la fabricación en masa de materiales compuestos el espacio cerrado consiste en un molde sólido formado por al menos dos partes, cuyo contorno interior corresponde luego al contorno exterior de la pieza acabada. El material soporte, la capa separadora y el material fibroso se introducen por orden en el molde abierto, a continuación se cierra el molde y la resina fluida se introduce a presión en el molde. Una vez endurecida la resina el contorno exterior del material compuesto corresponde a la forma determinada por el molde. Para endurecer la resina se calienta el molde, al menos por secciones.

Como alternativa también cabe la posibilidad de hacer vacío en el molde cerrado, con preferencia un vacío del 55 al 95 por ciento, aproximadamente. A continuación se introduce la resina líquida con una ligera sobrepresión en el molde cerrado.

En una variante alternativa del método de la presente invención el espacio cerrado lo forma una lámina bajo la cual se dispone el conjunto de capas. A continuación se aspira el aire del espacio cerrado bajo la lámina, donde se encuentra dicho conjunto, haciendo un vacío del 55 al 95 por ciento, aproximadamente. A continuación se introduce la resina bajo la lámina a presión atmosférica.

Como alternativa todo el conjunto de material soporte, capa separadora y material fibroso se puede sumergir en un baño de resina para impregnar el material fibroso con resina líquida, al menos por secciones, siempre que el material soporte, por ejemplo una estructura alveolar, esté cubierto por fuera con la capa separadora en aquellas partes que se sumergen en el baño de resina.

Si la capa separadora no se adhiere suficientemente a la superficie del material soporte o no lleva ninguna capa adicional de adhesivo, también se propone aplicar una capa de adhesivo sobre la que luego se deposita la capa separadora, antes de aplicarla sobre la cara plana del material soporte.

De manera adecuada, en otra variante del método de la presente invención se propone aplicar una capa de adhesivo sobre la capa separadora, antes de aplicar sobre ella el material fibroso que constituye la capa de acabado. Luego se aplica el material fibroso sobre dicha capa de adhesivo.

Para endurecer la resina fluida del modo más uniforme y rápido posible, en una variante especialmente preferida del método de la presente invención el espacio cerrado se somete a vacío o sobrepresión. Por una parte, si se utiliza un molde cerrado, puede realizarse generando una sobrepresión adecuada en el molde, por ejemplo de unos 2 bar. En cambio, si se usa una lámina de vacío, éste se mantiene bajo la lámina durante un tiempo prefijado.

Para efectuar un postcurado de la resina ya endurecida se propone además someter el conjunto de material soporte, capa separadora y material fibroso a un tratamiento térmico tras el endurecimiento de la resina, que consiste en calentar el conjunto durante un tiempo prefijado a una temperatura comprendida aproximadamente entre 50ºC y 200ºC. De esta forma se acelera más el curado de la resina. Dependiendo del tipo de resina empleado, con el tratamiento térmico suplementario se puede conseguir una reticulación adicional de la resina que aumente la resistencia del compuesto de material fibroso que sirve de capa de acabado.

Para ajustar el postcurado de la resina correspondiente también se propone realizar el tratamiento térmico en dos etapas, según la combinación de materiales empleada. En la primera etapa del tratamiento térmico el conjunto se calienta durante un primer espacio de tiempo a una temperatura de unos 50ºC a 90ºC y en la segunda etapa del tratamiento térmico a una temperatura de unos 100ºC a 200ºC durante un segundo espacio de tiempo.

Seguidamente la presente invención se ilustra con mayor detalle mediante una variante del método, haciendo referencia a los esquemas adjuntos, que muestran:

Fig. 1 una primera etapa del método de la presente invención representada por un corte esquemático de un material soporte que lleva filmes adhesivos aplicados sobre ambas caras;

Fig. 2 una segunda etapa del método de la presente invención representada por un corte esquemático, donde hay una lámina separadora aplicada por ambas caras sobre los filmes adhesivos;

Fig. 3 una tercera etapa del método de la presente invención representada por un corte esquemático, donde hay un segundo film de adhesivo aplicado sobre cada lámina separadora;

Fig. 4 una vista inferior de un material fibroso en forma de un velo de poliéster en cuyo lado inferior se han formado canales de flujo alveolares;

Fig. 5 una cuarta etapa del método de la presente invención representada por un corte esquemático, donde el material fibroso está aplicado respectivamente sobre ambos filmes adhesivos;

Fig. 6 una quinta etapa del método de la presente invención representada por un corte esquemático, donde el conjunto de material soporte, capas adhesivas, láminas separadoras y material fibroso se deposita bajo una lámina de vacío y se llena con una resina fluida; y

Fig. 7 un corte del material compuesto acabado.

En las fig. 1 a 3, 5 y 6 se representan las diversas etapas del método de la presente invención para elaborar un material compuesto 10 según la presente invención.

En la primera etapa del método representada en la fig. 1 primero se deposita una capa de adhesivo 14 sobre ambas caras planas de un material soporte 12, en este caso una estructura alveolar reforzada con fibras de aramida, concretamente con fibras Nomex®, e impregnada con resina fenólica. La capa de adhesivo 14 es de resina epoxi y se aplica manualmente sobre la respectiva cara plana del material soporte 12. La capa de adhesivo 14 presenta orificios en varios puntos (no representados), cuya función se explica más adelante.

En una segunda etapa del método mostrada en la fig. 2, las dos capas de adhesivo 14 se calientan brevemente con un secador del cabello, hasta que la superficie se vuelve pegajosa. A continuación se deposita una capa separadora 16, cuya superficie ha sido previamente limpiada, sobre cada capa de adhesivo 14 y se pega. Como capa separadora 16 se usa en este caso una lámina de poliéster. En las capas separadoras 16 pueden haberse practicado varios orificios L dirigidos hacia los orificios formados en las capas de adhesivo 14, a fin de abrir una vía de flujo.

En una tercera etapa del método mostrada en la fig. 3, sobre cada una de ambas capas separadoras 16 se aplica otra capa de adhesivo 18, por ejemplo de resina epoxi, que se deposita manualmente sobre la respectiva capa separadora 16. Esta capa de adhesivo también tiene orificios (no representados) dirigidos hacia los orificios L de la capa separadora 16. A continuación las capas de adhesivo 18 también se calientan con un secador del cabello, hasta que su superficie se vuelve pegajosa.

En la fig. 4 se muestra el lado inferior de un material fibroso 20 fabricado con velo de poliéster. En este caso el lado inferior del material fibroso 20 va provisto de canales de flujo F practicados por dicho lado, que discurren en una estructura alveolar.

La fig. 5 muestra una cuarta etapa del método, en la cual el material fibroso 20 se deposita sobre ambas capas de adhesivo 18 y se adhiere a ellas.

El conjunto 22 así formado de material soporte 12, capas adhesivas 14, capas separadoras 16, capas separadoras 18 y material fibroso 20 se tapa seguidamente con una lámina de vacío 24 - por ejemplo una lámina de silicona o de elastómero tal como está representado en la fig. 6 - bordeada por una junta 26 que la aísla del entorno. En lugar de la lámina de vacío 24 individual también se puede emplear una lámina o una cubierta de silicona reutilizable. A continuación se hace un vacío del 75 al 90 por ciento aproximadamente bajo la lámina de vacío 24, tal como indica la flecha 28. Cuando el vacío en el espacio cerrado 30 bajo la lámina de vacío 24 es suficiente, se introduce por debajo de ella una resina fluida, por ejemplo una resina epoxi 32, tal como indica la flecha.

La resina fluida 32 penetra en el material fibroso 20 fijado sobre las dos caras planas del material fibroso 20, fluye a lo largo de los canales de flujo F formados respectivamente en los lados inferiores del material fibroso 20 (ver fig. 4) e impregna el material fibroso 20. El recorrido de los canales de flujo F forma aquí un frente de flujo definido de la resina 32 dentro del material fibroso 20, impidiendo ambas capas separadoras 16 que la resina 32 penetre en las estructuras alveolares del material soporte 12. La resina fluida 32 solo puede penetrar en la estructura alveolar del material soporte 12 por aquellos puntos de la capa separadora donde están formados los orificios L, con lo cual después del endurecimiento quedan unos anclajes de resina definidos en el material soporte 12.

Al endurecerse la resina fluida 32 se mantiene bajo la lámina de vacío 24 un vacío de aproximadamente 75 a 95 por ciento a temperatura ambiente, para acelerar todavía más el endurecimiento de la resina 32. Este proceso se conoce como curado en frío.

Tras un tiempo prefijado, por ejemplo de 12 horas, el conjunto 22 se somete después del curado en frío a dos etapas de postcurado, calentándolo primero a unos 80ºC en un horno durante 2 horas. A continuación el conjunto 22 se cura a unos 120ºC durante aproximadamente 1 hora. No obstante debe señalarse que el tiempo de postcurado depende de la resina utilizada.

Una vez completado el endurecimiento se obtiene el material compuesto para construcciones ligeras 10, tal como se muestra en la fig. 7, en el cual el material fibroso 20 embebido en la resina endurecida 32 como aglomerante forma las respectivas capas de acabado 34 que se unen firmemente con el material soporte 12 mediante la capa de adhesivo 18, la capa separadora 16 y la capa de adhesivo 14.

En la siguiente tabla 1 figuran de nuevo los materiales empleados, incluyendo otra forma de ejecución.

TABLA 1 Dos ejemplos de ejecución elaborados conforme al método anteriormente descrito

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Los dos ejemplos de ejecución descritos solo representan dos variantes de un gran número de posibles combinaciones de los diversos materiales. Además puede distinguirse entre los diferentes métodos, es decir entre los procesos de infusión al vacío, inyección al vacío y RTM (RTM = Resin Transfer Moulding [moldeo por transferencia de resina]) que se pueden utilizar para elaborar el material compuesto de la presente invención.

En el proceso de infusión al vacío se utiliza la lámina de vacío 24 anteriormente descrita, bajo la cual se hace un vacío del 55 al 95 por ciento aproximadamente.

La resina fluida 32 se introduce bajo la lámina de vacío 24 y es atraída hacia el material fibroso 20 por efecto del vacío producido en el espacio cerrado 30 por debajo de la lámina de vacío 24.

En el proceso de inyección al vacío, en lugar de la lámina de vacío se usa un contramolde rígido que se cierra con un vacío de aproximadamente 55 a 95 por ciento. La resina fluida 32 se inyecta en el molde con una ligera sobrepresión.

El proceso RTM (Resin Transfer Moulding [moldeo por transferencia de resina]) permite elaborar materiales compuestos de gran calidad con una superficie muy lisa por ambos lados. En el proceso RTM el conjunto 22 se deposita entre un molde inferior rígido y un molde superior rígido y luego se cierran ambos.

Seguidamente la resina fluida 32 se inyecta en el molde cerrado con una presión de 0,2 a 8 bar aproximadamente.

En la siguiente tabla 2 se enumeran de nuevo los diferentes parámetros de proceso que se ajustan en los distintos métodos de elaboración del material compuesto de la presente invención.

TABLA 2 Parámetros de proceso para los distintos métodos

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Los valores indicados son experimentales y dependen del tipo de pieza elaborada. En la tabla 3 se enumeran otras combinaciones de materiales para distintos materiales compuestos según la presente invención que han resultado especialmente ventajosos.

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Como se desprende de la tabla 3 se pueden usar las más diversas combinaciones de materiales, pues, dado el caso, la capa separadora 16 puede estar formada de manera que sirva al mismo tiempo tanto de capa separadora 16 como de capa adhesiva 14 al material soporte 12 y de capa adhesiva 18 al material fibroso 20 (véase el quinto ejemplo).

Gracias a las posibilidades de combinación pueden realizarse otras variantes. Por ejemplo, la capa separadora 16 también puede estar formada por una lámina metálica delgada.

Lista de referencias

10: Material compuesto

12: Material soporte

14: Capas adhesivas

16: Capas separadoras

L: Orificios

18: Capas adhesivas

20: Material fibroso

F: Canales de flujo

22: Conjunto de capas

24: Lámina de vacío

26: Junta

28: Vacío

30: Espacio cerrado

32: Resina

34: Capa de acabado

Claims

1. Material compuesto para construcciones ligeras formado por un material soporte para construcciones ligeras (12) y una capa de acabado (34) aplicada sobre al menos una superficie del material soporte (12), de modo que entre la superficie del material soporte (12) y la capa de acabado (34) hay una capa separadora (16) impermeable a la resina, y capa de acabado (34) está formada por un material fibroso o alveolar (20) embebido en un material resinoso (32) endurecido sobre la capa separadora (16),

caracterizado porque

en el material soporte (12) y/o en la capa separadora (16) y/o en el material fibroso o alveolar (20) de la capa de acabado (34) en formación se han practicado canales de flujo (F) y/u orificios (L) para distribuir uniformemente el material resinoso (32) fluido antes del endurecimiento.

2. Material compuesto para construcciones ligeras según la reivindicación 1, caracterizado porque los canales de flujo (F) están formados en al menos una de las caras planas del material fibroso o alveolar (20) o en la cara plana del material fibroso o alveolar (20) adyacente a la cara plana de la capa separadora (16).

3. Material compuesto para construcciones ligeras según la reivindicación 2, caracterizado porque los canales de flujo (F) están grabados en la cara plana (n) del material fibroso (20).

4. Material compuesto para construcciones ligeras según la reivindicación 2, caracterizado porque los canales de flujo (F) están formados en la cara plana o en las caras planas del material alveolar (20).

5. Material compuesto para construcciones ligeras según al menos una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los canales de flujo (F) discurren dentro de una estructura alveolar.

6. Material compuesto para construcciones ligeras según al menos una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los orificios (L) están hechos en la superficie del material soporte (12) y/o en la capa separadora (16), preferentemente en forma de perforaciones perpendiculares a la superficie.

7. Material compuesto para construcciones ligeras según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el material soporte (12) es plano y lleva la capa de separación (16) y la capa de acabado (34) en cada una de sus caras planas.

8. Material compuesto para construcciones ligeras según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque entre la capa separadora (16) y el material soporte (12) hay una primera capa de adhesivo (14).

9. Material compuesto para construcciones ligeras según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque entre la capa separadora (16) y la capa de acabado (34) hay una segunda capa de adhesivo (18).

10. Material compuesto para construcciones ligeras según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque como material fibroso (20) para la capa de acabado (34) sirve una tela, una napa, una malla, un género de punto, un tricot, un velo o un material híbrido.

11. Material compuesto para construcciones ligeras según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el material soporte (12) presenta preferentemente una estructura alveolar uniforme.

12. Material compuesto para construcciones ligeras según la reivindicación 11, caracterizado porque el material soporte (12) es una estructura alveolar de metal, preferentemente una estructura alveolar de aluminio, o una estructura alveolar de papel, de cartón o de plástico.

13. Material compuesto para construcciones ligeras según al menos una de las reivindicaciones 1 hasta 10, caracterizado porque el material soporte (12) es preferentemente un material espumado de poro abierto.

14. Material compuesto para construcciones ligeras según al menos una de las reivindicaciones 1 hasta 10, caracterizado porque el material soporte (12) está elaborado con madera de balsa.