ES2343178T3

ES2343178T3 - Uso de un material de construccion de bajo magnetismo, baja conductividad que tiene un factor de transmision de ondas electromagneticas mejorado.

Info

Publication number: ES2343178T3
Application number: ES03816063T
Authority: ES
Inventors: Kazuhiko Kosuge; Atsushi Sumida; Sumiyuki Matsubara; Kazumasa Kosugi
Original assignee: Du Pont Toray Co Ltd; Fibex Co Ltd
Current assignee: Du Pont Toray Co Ltd; Fibex Co Ltd
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2010-07-26
Anticipated expiration: 2023-02-27
Also published as: EP1598497A1; ATE467008T1; DE60332497D1; AU2003211429A1; EP1598497B1; DK1598497T3; EP1598497A4; WO2004076766A1

Abstract

El uso de un material estructural de bajo magnetismo y de baja conductividad que tiene una permeabilidad electromagnética mejorada para la construcción de un edificio, que comprende un plástico reforzado con fibra recta o doblada, en el que se refuerzan las trenzas fabricadas de fibra continua con un plástico, caracterizado porque (1)el referido material estructural es resistente a los alcalinos con una retención de la resistencia a la tracción no inferior al 90% durante 1.500 horas, medida según JSCE-E538-1995, (2)el referido material estructural es resistente al calor con una retención de la resistencia a la tracción no inferior al 90% después de llevar a cabo un tratamiento térmico a 220ºC durante 1 hora, medida según JSCE-E531-1995, (3)el referido material estructural tiene una resistividad volumétrica con una resistividad eléctrica no inferior a 1013 Ω-cm, medida según JIS C 6481, (4)el referido material estructural tiene una permeabilidad electromagnética de sustancialmente el 100%, medida según el procedimiento Advantest, como se expone en la página 1059 de The Collection of Synopsis del Congreso de 1996 de Conferencias Académicas del Instituto Arquitectónico de Japón, (5)el referido material estructural tiene un esfuerzo de adherencia de 980,67 a 1.471 N/cm2 al hormigón cuando la cantidad de deslizamiento en el lado libre es de 2 mm, medida según JSCE-E539-1995, (6)el referido material estructural tiene una resistencia a la tracción no inferior a 1,0 kN/mm2, medida según JSCE-E531-1995, y un módulo en tracción no inferior a 60 kN/mm2, medido según JSCE-E531-1995, y (7)el referido material estructural tiene una susceptibilidad magnética de sustancialmente 0 H/m, medida según JIS C 2501.

Description

Uso de un material de construcción de bajo magnetismo, baja conductividad que tiene un factor de transmisión de ondas electromagnéticas mejorado.

Campo técnico

La presente invención versa acerca del uso de un material estructural de bajo magnetismo y de baja conductividad, y en particular acerca de un material estructural de bajo magnetismo y de baja conductividad con una permeabilidad electromagnética mejorada.

Técnica antecedente

Las arquitecturas convencionales de estructura de hormigón emplean barras de armadura y estructuras de acero para mejorar las resistencias a la tracción de las mismas. Se emplean dichos materiales en grandes cantidades dado que son de bajo coste y exhiben una gran resistencia mecánica. Sin embargo, las barras de armadura son cuerpos magnéticos y son conductoras eléctricamente. Además, dado que las instalaciones conductoras de rayos de dichos edificios están conectados generalmente con barras de armadura, se transmiten voltajes elevados y grandes corrientes en una amplia distancia a través de las barras de armadura cuando se les aplica una descarga eléctrica debido a una tormenta eléctrica, provocando problemas de ese modo de averías o daños de aparatos eléctricos y electrónicos provocados por medio de la generación de una inducción electromagnética intensa en la periferia de los mismos.

Cuando se instala un cuadro de distribución, tal como un cuadro de distribución soportado por la barra de armadura por medio de procedimientos como soldadura, y debido a un campo eléctrico que ha sido introducido en la barra de armadura por un campo eléctrico generado a partir del cuadro de distribución aunque el cuadro de distribución está conectado a cables de conexión a tierra, se hace que fluya corriente no deseada a través de la barra de armadura. Incluso en el caso en el que se dé un cuidado especial para el aislamiento de la barra de armadura para separar el cuadro de distribución, la inducción electromagnética está provocada por la corriente que fluye a través del cuadro de distribución, lo que tiene como resultado la generación de corriente también en barras de armadura ubicadas de forma adyacente. Además de esto, también se transmite ruido eléctrico inducido procedente de otros equipos dentro del edificio a través de la barra de armadura para generar una corriente inducida.

Se denomina a la corriente que fluye a través de la barra de armadura provocada por aquellos factores dentro y fuera del edificio como corriente parásita, en la que dicha corriente parásita se introduce en equipos de precisión tal como ordenadores tras ser transmitida a través de la barra de armadura al igual que por los cables de conexión a tierra conectados a la barra de armadura, provocando de ese modo inconvenientes tales como averías o daños en los equipos de precisión.

Además, en las estructuras de construcción de hormigón, se generan remanencias magnéticas en las barras de armadura por medio de un electroimán que se utiliza cuando se transportan las barras de armadura o por medio de una corriente utilizada para llevar a cabo la soldadura en los sitios de construcción, de forma que el magnetismo restante después de la finalización de la construcción puede afectar de forma negativa, por ejemplo, a los equipos electrónicos dentro o en torno a estas estructuras. Además, en instalaciones que emplean una fuerza magnética intensa, tales como instalaciones de fusión nuclear y instalaciones superconductoras de almacenamiento de energía, se hace que la corriente inducida fluya a través de la barra de acera de refuerzo por medio de una fuerza magnética para interrumpir los campos magnéticos dentro de las anteriores instalaciones, de forma que las fuentes de fuerza magnética y los aparatos electrónicos dentro de esas instalaciones se ven afectados de forma negativa.

Además, en vista de la construcción del edificio, la corrosión de la barra de armadura es propensa a ocurrir por corrosión eléctrica debida a corriente parásita para dar lugar a inconvenientes en el sentido de que se degrada la resistencia del edificio tras la reducción de las áreas de la sección de las barras de armadura.

La armadura también exhibe propiedades de reflejo de ondas electromagnéticas. Por medio de la reflexión de las ondas electromagnéticas por la barra de armadura, se causan problemas de interferencia de ondas electromagnéticas, fenómenos de espectro secundario y también averías y daños de aparatos eléctricos y electrónicos, resultantes de las mismas. Un fenómeno de espectro secundario es un fenómeno en el que aparente una imagen reflejada distinta de la imagen normal en una posición desplazada de la imagen normal en una forma doble o múltiple, por ejemplo, en una pantalla de un receptor de TV. Esto se produce cuando las ondas electromagnéticas que llegan directamente desde una antena de transmisión hasta un punto de recepción y las ondas electromagnéticas que han sido reflejadas por un edificio que incluye barras de armadura llegan con una diferencia de tiempo.

Como se ha descrito anteriormente, una gran variedad de problemas se provocan debido a propiedades de reflejo magnético, conductor y electromagnético de las barras de armadura.

Por otra parte, son cada vez más las ondas electromagnéticas que se generan y se irradian acompañando el aumento del uso de aplicaciones inalámbricas tales como equipos digitales y teléfonos móviles, y se espera que la contaminación medioambiental electromagnética empeore aún más. Además, se están llevando a cabo desarrollos extraordinarios para conseguir reducir el tamaño y una estructura de bajo voltaje en aparatos eléctricos y electrónicos, de forma que la resistencia de tales aparatos eléctricos y electrónicos a las ondas electromagnéticas está volviéndose actualmente extremadamente vulnerable, y el número de casos en los que se provocan los daños electromagnéticos también está creciendo anualmente.

Como se ha explicado hasta ahora, en la actualidad el caso es que la barra de armadura incluye un gran número de problemas relacionados con las ondas electromagnéticas y con la corriente, y que la contaminación medioambiental electromagnética está aumentando, de forma que es necesario desarrollar infraestructuras medioambientales electromagnéticas que se adecuen a la sociedad de la tecnología de la información. En consecuencia, se desea la aparición de un material estructural que sustituya la barra de armadura, y en particular de un material estructural con un magnetismo bajo y una conductividad baja, una excelente permeabilidad electromagnética, y una resistencia equivalente a la de la barra de armadura.

El documento JP 2002 326285 da a conocer un material estructural de magnetismo bajo y de conductividad baja que tiene una permeabilidad electromagnética mejorada, que comprende un plástico reforzado con fibra recta o doblada, en el que las trenzas fabricadas de fibra continua están reforzadas con un plástico.

Revelación de la invención

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un material estructural novedoso que tiene una conductividad y un magnetismo extremadamente bajos y que tiene una propiedad física (tal como resistencia) equivalente a la de la barra de armadura, o que supera a la misma.

Los inventores de la presente invención han estudiado de forma intensiva cómo solucionar los anteriores problemas, y como resultado, han tenido éxito al crear un material estructural que está fabricado de plástico reforzado con fibra en el que las trenzas de fibra continua están reforzadas con plástico y exhibe una propiedad física particular de valores particulares, y han descubierto, además, que este material es capaz de solucionar totalmente los anteriores
problemas.

Más en particular, como resultado de diversos estudios, los inventores de la presente invención han descubierto que es particularmente preferente un plástico reforzado obtenido al reforzar una fibra de para-aramida con una resina epoxi, y que al utilizar este material, se puede proporcionar un material estructural de bajo magnetismo y de baja conductividad que tiene una resistencia equivalente o superior a la de la barra de armadura, y que tiene funciones y propiedades físicas que son ampliamente superiores y con una permeabilidad electromagnética mejorada.

Se han llevado a cabo estudios adicionales para completar la presente invención.

En otras palabras, la presente invención versa acerca del uso de:

1): un material estructural de bajo magnetismo y baja conductividad que tiene una permeabilidad electromagnética mejorada, que comprende un plástico reforzado con fibra recta o doblada en el que las trenzas fabricados de fibra continua se refuerzan con un plástico, caracterizado porque

(1): el referido material estructural es resistente a los alcalinos con una retención de la resistencia a la tracción no inferior al 90% durante 1.500 horas, medida según JSCE-E538-1995,

(2): el referido material estructura es resistente al calor con una retención de la resistencia a la tracción no inferior al 90% después de llevar a cabo un tratamiento térmico a 220ºC durante 1 hora, medida según JSCE-E531-1995,

(3): el referido material estructural tiene una resistividad volumétrica con una resistividad eléctrica no inferior a 10^{13} \Omega\cdotcm, medida según JIS C 6481,

(4): el referido material estructural tiene una permeabilidad electromagnética de sustancialmente el 100%, medida según el procedimiento Advantest como se expone en la página 1059 de Summaries of Annual Meeting de 1996 del Instituto Arquitectónico de Japón,

(5): el referido material estructural tiene un esfuerzo de adherencia de 980,67 a 1.471 N/cm^{2} al hormigón cuando la cantidad de deslizamiento en el lado libre es de 2 mm, medido según JSCE-E539-1995,

(6): el referido material estructural tiene una resistencia a la tracción no inferior a 1,0 kN/mm^{2}, medida según JSCE-E531-1995, y un módulo en tracción no inferior a 60 kN/mm^{2}, medido según JSCE-E531-1995, y

(7): el referido material estructural tiene una susceptibilidad magnética de sustancialmente 0 H/m, medida según JIS C 2501.

\newpage

para la construcción de un edificio

2): el material estructural como se ha descrito en el anterior 1), en el que la fibra continua es una fibra de para-aramida,

3): el material estructural como se ha descrito en el anterior 2), en el que la fibra de para-aramida tiene un módulo en tracción no inferior a 90 kN/mm^{2}, medido según JSCE-E531-1995,

4): el material estructural como se ha descrito en el anterior 1), en el que el plástico es una resina epoxi,

5): el material estructural como se ha descrito en el anterior 4), en el que la resina epoxi tiene una resistencia a la radiación no inferior a 90 MGy, y

6): el material estructural como se ha descrito en el anterior 1), en el que el edificio es un edificio de tecnología de la información (IT).

Mejor modo para llevar a cabo la invención

El material estructural de bajo magnetismo y baja conductividad utilizado según la presente invención es un plástico reforzado con fibra que tiene una propiedad física de los valores específicos expuestos anteriormente, que comprende trenzas que están fabricadas de fibras continuas y están reforzadas con plásticos. Los ingredientes constituyentes de tales materiales estructurales incluyen fibra continua y plástico.

La fibra continua incluye, por ejemplo, fibras orgánicas como fibra de aramida, fibra de poliéster, fibra de poliolefina de gran resistencia, fibra resistente de poliamida y fibra resistente de alcohol de polivinilo, y fibras inorgánicas tales como fibra de carbono, fibra de vidrio y fibra de cerámica, y estas pueden emplearse solas o en combinación. Entre estas, la fibra de aramida es particularmente preferente. La fibra de aramida puede estar clasificada aproximadamente en fibra de para-aramida y fibra de meta-aramida. La fibra de para-aramida incluye específicamente la fibra de tereftalamida de poliparafenileno (fabricada por Du-Pont-Toray Co., Ltd., nombre del producto: KEVLAR^{TM}) y fibra de tereftalamida de copoliparafenileno-3,4'-difeniléter (fabricada por Teijin Limited, nombre del producto: TECHNORA^{TM}) mientras que la fibra de meta-aramida incluye, por ejemplo, fibra de isoftalamida de polimetafenileno (fabricada por E. I. DuPont de Nemours and Company, nombre del producto: NOMEX^{TM}). En la presente invención, se utilizan favorablemente las fibras de para-aramida, y entre ellas, se emplea favorablemente en particular la fibra de tereftalamida de poliparafenileno (fabricada por E. I. DuPont de Nemours and Company, nombre del producto: KEVLAR^{TM}). Entre las anteriores fibras de para-aramida, es particularmente preferente emplear una fibra de aramida que tiene un módulo de elasticidad a la tracción no inferior a 90 kN/mm^{2}. Se explicará el módulo de elasticidad a la tracción a continua-
ción.

Mientras que la anterior fibra sea una fibra continua como se ha expuesto anteriormente, el grosor de dicha fibra no está limitado en particular. Será aceptable cualquier grosor capaz de exhibir suficientemente funciones como material estructural.

En cuanto a los plásticos que se utilizan para reforzar la anterior fibra continua, es posible utilizar un adhesivo orgánico tal como resina de endurecimiento térmico o a temperatura normal de tipo epoxi, de tipo poliéster, de tipo éster de vinilo, de tipo fenol o de tipo poliimida; un adhesivo inorgánico de tipo endurecimiento térmico o a temperatura normal tal como los de tipo silicato de metal alcalino, de tipo sílice coloidal, de tipo fosfato, y de tipo de cemento; o un material compuesto orgánico/inorgánico de tipo endurecimiento térmico o a temperatura normal. La resina epoxi es particularmente preferente entre estos. Además, una resina particularmente preferente entre esas resinas epoxi es una resina epoxi que tiene una resistencia a la radiación no inferior a 90 MGy. Más adelante se explicará una prueba para medir la resistencia a la radiación.

El material estructural utilizado conforme a la presente invención toma forma de una trenza. Se puede emplear un medio conocido convencionalmente como el procedimiento para fabricar dicha trenza, en el que normalmente se utiliza una máquina para trenzar (trenzadora) para componer una forma arbitraria de trenza tal como una trenza redonda, una trenza cuadrada y una trenza plana. Por ejemplo, se preparan cuatro hilos en los que las fibras en el lado de la derecha o en el lado de la izquierda se disponen de forma alternativa en el centro para su formación. El número de hilos utilizado para la fabricación de la trenza no está limitado a 4, sino que es posible utilizar un número deseado tal como 8, 12 o 16, etc.

La forma del material estructural utilizado según la presente invención puede ser bien recta o bien doblada, y estará seleccionada de forma discrecional. La forma doblada puede estar colocada bien con forma de U, bien con forma de L, bien con forma de U o bien con forma espiral y también poligonal, tal como triangular, rectangular, pentagonal y hexagonal. Sin embargo, la forma no está limitada a esas, sino que es posible emplear aquellas que han sido dobladas en diversas formas en casos individuales.

El material estructura utilizado según la presente invención puede estar dispuesto, de forma discrecional, en el sentido de que los materiales granulares tales como arena o sílice pueden adherirse a la superficie del mismo para mejorar la resistencia a la adherencia al hormigón después de impregnar un plástico en una fibra continua trenzada. Aunque el tamaño del grano de dichos materiales granulares es arbitrario, a no ser que no se perjudique el propósito de la presente invención, se encuentra preferentemente en el intervalo de aproximadamente 0,1 hasta 5 mm.

Aunque las etapas de fabricación de los materiales estructurales utilizados según la presente invención pueden llevarse a cabo por medio de procedimientos conocidos per se, serán explicadas en detalle más adelante. El procedimiento de fabricación puede estar dividido en (1) una etapa de fabricar hilos a partir de una fibra continua y trenzar los hilos, (2) una etapa de impregnación de una resina en los hilos trenzados resultantes, (3) una etapa de endurecimiento de la resina impregnada, y (4) una etapa de cortar la trenza impregnada con resina resultante. Cuando se desee, también es posible incluir una etapa de adherir materiales granulares sólidos, tales como arena, etc. a la trenza impregnada con resina. Dado que hay algunas diferencias entre las etapas de fabricación de productos con forma recta y doblada, se proporcionarán ahora explicaciones.

Los procedimientos de fabricación de materiales estructurales rectos utilizados según la presente invención pueden llevarse a cabo, por ejemplo, por medio de (1) una etapa de fabricación de hilos a partir de una fibra continua y trenzar los hilos, (2) una etapa de impregnación de una resina en la trenza resultante, (3) una etapa de endurecimiento de la resina impregnada y adherir arena opcionalmente a la misma si se requiere y (4) una etapa de cortar la trenza impregnada con resina resultante.

Entonces, los procedimientos de fabricación de materiales estructurales doblados pueden llevarse a cabo, por ejemplo, por medio de (1) una etapa de fabricación de hilos a partir de una fibra continua y trenzar los hilos, (2) una etapa de impregnación de una resina en los hilos trenzados resultantes y adherir arena opcionalmente a los mismos, (3) una etapa de colocar los hilos trenzados en un bastidor de moldeo de forma doblada deseada, (4) una etapa de endurecimiento de la resina impregnada, y (5) una etapa de cortar los hilos trenzados impregnados con resina resultantes.

Se explicará ahora otro procedimiento preferente de fabricación de materiales estructurales rectos utilizado según la presente invención. Por ejemplo, hebras de 6.000 denier fabricadas de hilos constituidos por fibra de para-aramida de aproximadamente 10 denier componen una trenza redonda de 8 hilos para fabricar una trenza que tiene un diámetro de aproximadamente 2,5 mm. Se hace que pase la trenza resultante entre rodillos separadores para aplicar separaciones entre las hebras y los hilos respectivos, con lo cual se hace que pase la construcción de trenza separada a través de un depósito de impregnación que contiene en su interior un adhesivo tal como resina epoxi para impregnar el adhesivo en la construcción de la trenza.

Entonces, se elimina el exceso de adhesivo en la superficie de la trenza que ha sido impregnada con el adhesivo por medio de una escurridora para eliminar el exceso de adhesivo que se proporciona encima del depósito de impregnación, y entonces se hace que pase la trenza que ha sido impregnada entre una oruga de enrollamiento y una oruga de ajuste de la tensión mientras se controla la tensión a una deseada, para pasar a través de un primer horno de calentamiento en el que se fija la temperatura para que sea entre aproximadamente 80 y 120ºC para conseguir una reducción de la viscosidad del adhesivo, una desaireación y una despumación, de forma que se impregna el adhesivo lo suficiente entre los hilos respectivos que constituyen la trenza. A partir de entonces, se elimina el exceso de adhesivo en la superficie de la fibra trenzada por medio de una escurridora para eliminar el exceso de adhesivo que está proporcionado en un lado de salida del primer horno de calentamiento, y se adhieren materiales granulares tales como arena o gases de sílice que tienen un tamaño de grano de aproximadamente 0,1 a 5 mm sobre su superficie por medio de una caída y un suministro desde un dispositivo alimentador, y se hace que la trenza adherida a dichos materiales granulares pase a través de un segundo horno de calentamiento fijado a una temperatura de aproximadamente 120 a 250ºC para conseguir un endurecimiento principal. Entonces, se hace que la trenza pase a través de un horno de enfriado fijado a una temperatura no superior a aproximadamente 80ºC para enfriar la construcción a una temperatura normal, y se corta en una longitud deseada por medio de una cuchilla.

Cuando se fabrican materiales estructurales doblados utilizados según la presente invención, se separa un material de fibra trenzada, impregnada con una resina, y se coloca dentro de un bastidor de moldeo que tiene una forma deseada. Por ejemplo, cuando se va a fabricar un material estructural con forma de L, la resina se impregna en la fibra trenzada, y se adhiere arena a la misma de forma discrecional. Entonces, se coloca la fibra trenzada dentro de, por ejemplo, un bastidor de moldeo cuadrado, y se endurece la resina impregnada en el horno de calentamiento. Finalmente, al cortar, por ejemplo, los puntos medios de los lados respectivos de la trenza impregnada de resina que ha sido endurecida y moldeada en una forma cuadrada, es posible obtener un material estructural doblado según la presente
invención.

El material estructural utilizado según la presente invención exhibe una mayor resistencia a los alcalinos, resistencia térmica, resistividad eléctrica, permeabilidad electromagnética, esfuerzo de adherencia al hormigón, resistencia a la tracción, módulo de elasticidad a la tracción y susceptibilidad magnética de valores específicos. En cuanto a la fibra continua y al plástico que son un material de partida para los materiales estructurales de la presente invención, es posible emplear un material de partida que tiene propiedades físicas específicas de valores específicos para mejorar adicionalmente las propiedades del mismo. Por ejemplo, al regular el anterior módulo de elasticidad a la tracción en el caso de la fibra continua y de la resistencia a la radiación en el caso del plástico, se pueden esperar mejoras adicionales de sus propiedades físicas. La fabricación del material estructural de la presente invención se lleva a cabo según el anterior procedimiento de fabricación y, además, al establecer diversas condiciones de forma discrecional, de manera que se puedan conseguir materiales estructurales que tienen propiedades de valores específicos como se expone en el anterior (1). Se explicará dicho procedimiento específico de fabricación en detalle en los siguientes Ejemplos. Aunque se realizan calibraciones en la presente invención utilizando valores para las propiedades respectivas que han sido enumeradas anteriormente, también se describirán en detalle procedimientos para medir tales valores.

La resistencia a la tracción y el módulo de elasticidad a la tracción según la presente invención se obtienen según la prueba (tracción) de resistencia a la tracción para materiales con refuerzo de fibra continua en conformidad con JSCE-E531-1995 según está regulado por la Asociación Japonesa de Ingeniería Civil.

Para llevar a cabo una prueba de tracción, se fabrican en primer lugar las muestras. Por ejemplo, se trenzan hebras de, por ejemplo, 10.000 denier fabricadas de una fibra de para-aramida de, por ejemplo, 10 denier, por ejemplo, en una trenza redonda de 16 líneas, y son impregnadas con una resina epoxi, seguido de llevar a cabo las anteriores etapas para obtener un material estructural según la presente invención. En este momento, se mide el área de la sección del material estructural. Por ejemplo, se preparan 5 muestras de longitud uniforme a partir de los materiales estructurales obtenidos. El material estructural se monta en una máquina para pruebas de tracción de tipo AG-250KNI fabricado por Shimadzu Corporation, y se llevan a cabo pruebas de tracción con una velocidad de carga de, por ejemplo, 300 N/mm^{2} por minuto en las que se midieron y se registraron tensiones y cargas a intervalos idénticos hasta que se provocó la rotura por tracción. La carga de tracción mostrada en el momento de la rotura de la muestra está definida como la máxima carga de tracción.

Se dibuja una curva de carga-tensión en base a las cargas y tensiones medidas para las 5 muestras medidas.

Se da la resistencia a la tracción por medio de la siguiente ecuación:

1

en la que fu denota la resistencia a la tracción (N/mm^{2}), Fu denota la máxima carga de tracción (N) y A denota el área de la sección de la muestra (mm^{2}).

Al utilizar la anterior ecuación, se calcula la resistencia a la tracción de las 5 muestras. Cuando el valor medio de las resistencias a la tracción de las 5 muestras no es menor de 1,0 kN/mm^{2}, se considera que dichas muestras son un producto aceptable.

Se da el módulo en tracción por medio de la siguiente ecuación basada en la curva obtenida de carga-tensión utilizando valores correspondientes al 20% y al 60% de la máxima carga de tracción:

2

en la que E es un módulo en tracción (N/mm^{2}), \DeltaF es una diferencia de carga entre dos puntos correspondientes al 20% y al 60% de la máxima carga de tracción (N), \Delta\varepsilon es una diferencia de tensión ente dos puntos correspondientes al 20% y al 60% de la máxima carga de tracción, y A es el área de la sección de la muestra (mm^{2}).

Se obtiene el módulo en tracción de las 5 muestras a partir de la anterior ecuación. Cuando el valor medio del módulo en tracción de las 5 muestras satisface un valor de referencia, es decir, no inferior a 60 kN/mm^{2}, se considera que dichas muestras son un producto aceptable.

La resistencia a los alcalinos se mide según la prueba de resistencia a los alcalinos para materiales reforzados con fibra continua (tracción) según JSCE-E538-1995 según regula la Asociación Japonesa de Ingeniería Civil. En la prueba de resistencia a los alcalinos, se sumerge una muestra en una solución alcalina durante un tiempo especificado, y se lleva a cabo la prueba de tracción para medir la resistencia a la tracción, y luego se lleva a cabo una comparación de las resistencias a la tracción antes y después de la inmersión en la solución alcalina. La prueba de tracción se lleva a cabo según el procedimiento de pruebas de tracción para materiales reforzados con fibra continua (tracción) JSCE-E531-1995.

Más en particular, para llevar a cabo la prueba de resistencia a los alcalinos, se fabrican las muestras de forma similar a como se ha explicado anteriormente. Por ejemplo, se trenza una hebra, por ejemplo, de 10.000 denier fabricada de fibra de para-aramida, por ejemplo, de 10 denier en, por ejemplo, una trenza redonda de 16 líneas y se impregna con una resina epoxi, seguido de llevar a cabo las etapas para obtener un material estructural según la presente invención. En este punto, se mide un área de la sección de dicho material estructural. Por ejemplo, se preparan 5 muestras de longitud uniforme a partir de los materiales estructurales obtenidos. Entonces, se montan estas muestras en un dispositivo de inmersión en alcalinos. En un punto arbitrario en el tiempo durante el periodo de inmersión, se llevan a cabo pruebas de tracción para las muestras respectivas. La prueba de tracción se lleva a cabo según el anterior "procedimiento de pruebas de tracción para materiales reforzados con fibra continua (tracción)". Es decir, se monta el material estructural en una máquina para pruebas de tracción de tipo AG-250KNI fabricado por Shimadzu Corporation, y se llevan a cabo pruebas de tracción a una velocidad de la carga de, por ejemplo, 300 N/mm^{2} por minuto en las que se midieron y registraron tensiones y velocidades de la carga a intervalos idénticos hasta que se provocó una rotura por tracción. Se define la carga de tracción mostrada en el momento de la rotura de la muestra como la máxima carga de tracción.

La solución alcalina que se utiliza en la prueba de resistencia a los alcalinos es una solución alcalina que se corresponde con la composición de una solución porosa contenida en el hormigón, en la que la presente invención emplea una solución alcalina que es una solución obtenida al disolver hidróxido de calcio en una solución acuosa que contiene un 3% de cloruro sódico en peso hasta que se satura y tiene un pH de 13. Aunque la cantidad saturada de hidróxido de calcio cambia dependiendo de la temperatura de la solución saturada de hidróxido de calcio, se prepara cada solución saturada de diversas temperaturas. La medición se lleva a cabo en la presente invención para las cuatro temperaturas de medición de temperatura ambiente, 40ºC, 60ºC y 80ºC.

Se da la resistencia a la tracción por medio de la siguiente ecuación:

3

en la que fu denota la resistencia a la tracción (N/mm^{2}), Fu denota la máxima carga de tracción (N), y A denota el área de la sección de la muestra (mm^{2}).

Se miden las resistencias a la tracción antes y después de la inmersión en alcalinos para obtener la retención de la resistencia a la tracción por medio de la ecuación:

4

en la que R denota la retención de la resistencia a la tracción (%), fu_{0} denota la resistencia a la tracción (N/mm^{2}) antes de la inmersión en alcalinos, y fu_{1} denota la resistencia a la tracción (N/mm^{2}) después de la inmersión en alcalinos.

En cuanto a la retención de resistencia a la tracción obtenida de esta manera en la prueba de resistencia a los alcalinos, se obtuvieron las retenciones de resistencia a la tracción de las 5 muestras. Cuando el valor medio de las retenciones de resistencia a la tracción de las 5 muestras no es menor que un valor de referencia, es decir, la retención de la resistencia a la tracción no es menor del 90% durante 1.500 horas de periodo de inmersión en alcalinos, se considera que dichas muestras son un producto aceptable.

Se mide la resistencia térmica del material estructural utilizado según la presente invención según el procedimiento de pruebas de tracción para materiales reforzados con fibra continua (tracción) según JSCE-E531-1995 según regula la Asociación Japonesa de Ingeniería Civil. Se lleva a cabo la prueba de tracción después de llevar a cabo un tratamiento térmico durante 1 hora a 220ºC. Las operaciones son similares a las del procedimiento descrito anteriormente, y las pruebas se llevan a cabo tras preparar, por ejemplo, 5 muestras de longitud idéntica. En cuanto a la retención de la resistencia a la tracción obtenida de esta manera de la prueba de resistencia térmica, se obtuvieron las retenciones de la resistencia a la tracción de las 5 muestras. Cuando el valor medio de las retenciones de la resistencia a la tracción de las 5 muestras no es menor que un valor de referencia, es decir, la retención de la resistencia a la tracción no es menor del 90% después de llevar a cabo un tratamiento térmico durante 1 hora a 220ºC, se considera que dichas muestras son un producto aceptable.

La prueba de resistencia eléctrica del material estructural utilizado según la presente invención se lleva a cabo según JIS C 6481 "Method for testing copper-clad lamination for printed circuit boards", en el que se llevan a cabo pruebas tras tratar de forma preliminar las muestras. En el tratamiento preliminar, se mantienen las muestras a 20\pm2ºC durante 96 horas en una atmósfera de una humedad relativa del 60%. En la medición, se obtiene una media tras llevar a cabo pruebas, por ejemplo, para 5 muestras. La prueba de aislamiento eléctrico se lleva a cabo utilizando un dispositivo de tipo TR-42 fabricado por Takeda Riken. En cuanto a la resistividad eléctrica obtenida de esta manera, se obtuvieron las resistividades eléctricas de las 5 muestras. Cuando el valor medio de la resistividad eléctrica de las 5 muestras es un valor de referencia, es decir, una resistividad volumétrica no inferior a 10^{13} \Omega\cdotcm, se considera que dichas muestras son un producto aceptable.

La prueba de permeabilidad electromagnética del material estructural utilizado según la presente invención se lleva a cabo según el procedimiento Advantest como se expone en la página 1059 de Summaries of Annual Meeting de 1996 del Instituto Arquitectónico de Japón. La medición de blindaje se lleva a cabo utilizando un evaluador de material de blindaje de una habitación con blindaje contra ondas electromagnéticas de Hazama Technical Research Institute. Utilizando este dispositivo, se generan un campo magnético de baja impedancia hasta una frecuencia de 1.000 MHz y un campo eléctrico de alta impedancia, y efectos de blindaje con respecto a los campos magnéticos y se miden y se evalúan los campos eléctricos de los materiales de blindaje. Las pruebas se llevan a cabo tras preparar, por ejemplo, 5 muestras. En cuanto a la permeabilidad electromagnética obtenida de esta manera, se obtuvo la permeabilidad electromagnética de las 5 muestras. Cuando el valor medio de la permeabilidad electromagnética de las 5 muestras satisface un valor de referencia, es decir, cuando la permeabilidad electromagnética es sustancialmente el 100%, se considera que dichas muestras son un producto aceptable.

La prueba de esfuerzo de adherencia al hormigón del material estructural de la presente invención se lleva a cabo según el procedimiento de prueba de resistencia a la adherencia entre material reforzado con fibra continua y hormigón por medio de una prueba de tracción de JSCE-E539-1995 (tracción) según está regulado por la Asociación Japonesa de Ingeniería Civil. La prueba se lleva a cabo tras preparar, por ejemplo, 5 muestras. En cuanto al esfuerzo de adherencia al hormigón obtenido de esta manera, se obtuvieron los esfuerzos de adhesión al hormigón de las 5 muestras. Cuando el valor medio de los esfuerzos de adhesión al hormigón de las 5 muestras satisface un valor de referencia, es decir, cuando es de 980,67 a 1.471 N/cm^{2} cuando la cantidad de deslizamiento en el lado libre es de 2 mm, se considera que dichas muestras son un producto aceptable. En los resultados de la prueba de esfuerzo de adhesión al hormigón, el valor de esfuerzo de adherencia del material estructural de la presente invención es un valor que no es inferior a aproximadamente 10 veces el valor del esfuerzo de adhesión al hormigón de la barra de armadura. Esto indica un resultado
de que el material estructural de la presente invención tiene una elevada resistencia a la adherencia al hormigón.

Se lleva a cabo una prueba para la susceptibilidad magnética del material estructural de la presente invención según JIS C 2501. La prueba se lleva a cabo tras preparar, por ejemplo, 5 muestras. En cuanto a la susceptibilidad magnética obtenida de esta manera, se obtuvo la susceptibilidad magnética de las 5 muestras. Cuando el valor medio de la susceptibilidad magnética de las 5 muestras satisface un valor de referencia, es decir, cuando la susceptibilidad magnética es sustancialmente 0 H/m, es decir, se confirma la falta de imantación cuando se lleva a cabo una medición en el presente procedimiento de prueba, se considera que dichas muestras son un producto aceptable. En los resultados de las pruebas de la susceptibilidad magnética, la susceptibilidad magnética del material estructural de la presente invención es notablemente menor que la de la barra de armadura. Esto indica un resultado de que el material estructural de la presente invención tiene propiedades magnéticas reducidas.

La prueba de resistencia a la radiación de las resinas epoxi se lleva a cabo según un procedimiento conocido de prueba de la resistencia a la radiación. Dichos procedimientos pueden, por ejemplo, incluir un procedimiento para llevar a cabo una prueba de tracción tras irradiar haces de electrones o haces radiactivos, tal como rayos \gamma, y medir la resistencia a la tracción, o un procedimiento para llevar a cabo una prueba de cizalladura entre capas y medir una resistencia a la cizalladura, y se confirma por medio de dichas pruebas que no se ha reducido la resistencia de la muestra. Según la presente invención, cuando se mantiene no menos del 90% de la resistencia de la muestra también tras una irradiación de rayos radiactivos de no menos de 90 MGy sobre la muestra, se considera que dicha muestra es un producto aceptable. Cuando se impregna el material estructural de la presente invención con una resina epoxi que exhibe una gran resistencia a la radiación, será posible utilizar los materiales en lugares en los que estén expuestos a una gran cantidad de radiación, de forma que se aumenta adicionalmente su versatilidad. Los lugares en los que los materiales están expuestos a una gran cantidad de radiación incluyen, por ejemplo, reactores de fusión e instalaciones de energía nuclear.

Como se ha explicado hasta el momento, el material estructural utilizado según la presente invención exhibe muchas propiedades mejoradas, de forma que se puede utilizar en una gran variedad de campos. A diferencia de la barra de armadura, dicho material estructural es de peso reducido, de forma que su manipulación es sencilla, y la presente invención se emplea de forma adecuada no solo para la construcción de edificios sino también para puentes, carreteras o estructuras subterráneas.

Las estructuras que han sido establecidas utilizando el material estructural según la presente invención incluyen, por ejemplo, edificios de IT, hospitales, centros informáticos, centros de procesos de datos, centros de investigación, centros educativos, y viviendas en general, en los que la presente invención se emplea de forma particularmente adecuada para edificios de IT. IT significa tecnología de la información, y los edificios de IT son edificios en un entorno estable eléctricamente y magnéticamente en el que los aparatos electrónicos y los equipos electrónicos como los ordenadores, etc. pueden instalarse de forma estable y segura.

Cuando se deben blindar las ondas electromagnéticas desde el exterior en los anteriores edificios, los edificios se construirán utilizando el material estructural de la presente invención y materiales que reflejan las ondas electromagnéticas. Cuando se construye un edificio utilizando el material estructural de la presente invención en vez de la armadura y cuando las paredes más externas están formadas de materiales que blindan contra las ondas electromagnéticas, se produce un blindaje contra las ondas electromagnéticas del exterior. Además, las ondas electromagnéticas que se generan dentro del edificio no tendrán fugas al exterior, y dado que la estructura está formada utilizando el material estructural de la presente invención, no es ni magnético ni conductor, y no se provocará la corrosión eléctrica causada por las ondas electromagnéticas dentro del edificio. Tampoco se provocarán averías ni daños a los aparatos eléctricos y electrónicos.

Cuando se construye un edificio utilizando un material permeable electromagnético para únicamente una superficie lateral del edificio mientras que las superficies laterales restantes están formadas utilizando materiales que blindan contra las ondas electromagnéticas, se permite que las ondas electromagnéticas entren únicamente desde la superficie que está formada utilizando el material permeable electromagnético, de forma que es posible recibir o emitir de forma selectiva ondas electromagnéticas a porciones particulares del edificio.

Cuando se utiliza exclusivamente el material estructural de la presente invención como el material para la construcción de un edificio (por ejemplo, materiales que sustituyen la armadura o materiales que constituyen las superficies de las paredes), es posible construir un edificio con unas funciones mejoradas de comunicación externa. Además, cuando se construyen edificios que están abiertos en términos de entornos electromagnéticos, los aparatos eléctricos y electrónicos periféricos no se ven afectados de forma negativa debido a que el material estructural de la presente invención no es ni magnético ni conductor.

Las estructuras que se construyen de la forma descrita anteriormente se constituyen utilizando el material estructural de la presente invención, de forma que no son conductoras. En consecuencia, tampoco se provoca ninguna inducción electromagnética tras la incidencia de rayos, de corriente de fuga o de corriente parásita, y por lo tanto no se provocan malas influencias tales como daños a los aparatos eléctricos y electrónicos. Las resistencias de las estructuras están garantizadas, debido a que no se produce una corrosión eléctrica.

Dado que el material estructural de la presente invención no se imanta, se emplea de forma adecuada para edificios en los que se proporcionan aparatos de elevada resonancia magnética-resonancia magnética nuclear o edificios en los que se proporcionan equipos que generan campos magnéticos. Al utilizar el material estructural de la presente invención en edificios dotados de superordenadores, en edificios sumamente altos (superrascacielos), en puentes flotantes, en vigas de puentes de vías de ferrocarril o en estructuras fuera de costa, será posible construir estructuras libres de peligro de corriente, de imantación y de corrosiones provocadas por las mismas.

Ejemplos

Se explicará la presente invención adicionalmente en detalle con referencia a los Ejemplos. Sin embargo, ni que decir tiene que la presente invención no está limitada a los mismos.

Ejemplo 1

Se fabricaron 8 hilos de 72.000 denier en los que se enhebraron 12 piezas de KEVLAR 49 (fabricado por Du Pont-Toray Co., Ltd.) de 6.000 denier y se enrollaron, respectivamente, en bobinas. Las 8 bobinas obtenidas de esta manera fueron colocadas en una máquina para trenzar para fabricar trenzas redondas, por lo que se obtuvo una trenza de un diámetro de aproximadamente 9 mm.

Se hizo que las trenzas obtenidas pasasen entre rodillos para separar las trenzas, y luego fueron insertadas en un depósito de impregnación de resina lleno de una resina epoxi con una temperatura de la resina de 35 a 40ºC para impregnar la resina. El exceso de resina sobre la superficie de las trenzas impregnadas con la resina fue limpiada utilizando una escurridora para eliminar el exceso de resina, y se hizo que las trenzas impregnadas con resina epoxi pasasen entre una oruga de enrollamiento y una oruga de ajuste de la tensión para endurecer la resina. En este momento, la velocidad de la línea de producción estaba fijada a 4,5 m/minuto y a una tensión de endurecimiento para la oruga de ajuste de la tensión a 1961,33 N. El procedimiento de endurecimiento se llevó a cabo haciendo que las trenzas pasasen primero a través de seis hornos, en el que el primer horno estaba fijado a 90ºC, el segundo horno a 130ºC, y los hornos tercero a quinto a 140ºC mientras que el sexto horno era para enfriar. Se llevaron a cabo procedimientos de aplicación de arena entre los hornos segundo y tercero. Después de pasar por el sexto horno, se enrollaron las trenzas impregnadas con resina y se endurecieron por medio de un dispositivo de enrollado y se cortaron para tener una longitud de 8 m para obtener un material estructural recto.

Tras probar los materiales estructurales obtenidos de esta manera mediante las pruebas descritas anteriormente, todos los valores satisfacían los valores de referencia.

Ejemplo 2

Se fabricaron trenzas de forma similar al Ejemplo 1. Entonces, se fijaron cordones de introducción en los extremos de las puntas de dichas trenzas.

Se fijaron bastidores de moldeo rectangulares a una plataforma giratoria. Por otra parte, se hizo que las trenzas obtenidas de esta manera pasasen entre rodillos separadores para separar las trenzas, y entonces fueron insertadas dentro de un depósito de impregnación de resina lleno de una resina epoxi a una temperatura de resina de 35 a 40ºC para impregnar la resina. Se suministraron las trenzas impregnadas con resina a rodillos de mantenimiento de la tensión para aplicar arena a las mismas, y se fijaron los cordones de introducción fijados a los extremos de las puntas de las trenzas impregnadas con resina en las columnas de los bastidores de moldeo. Se giró la plataforma giratoria y se enrollaron las trenzas en torno a los bastidores de moldeo, con lo cual los extremos más atrasados de las trenzas se fijaron a las columnas de los bastidores de moldeo. Las trenzas enrolladas en torno a los bastidores de moldeo fueron introducidas dentro de un depósito de endurecimiento a 180ºC con el bastidor de moldeo completo, para hacer que se endurezcan durante 3 horas. Después del endurecimiento de la resina, se fijaron los bastidores de corte rectangulares a los bastidores de moldeo para llevar a cabo un corte en puntos medios respectivos de los rectángulos para obtener un material estructural con forma de L.

Tras probar los materiales estructurales obtenidos de esta manera mediante las diversas pruebas descritas anteriormente, todos los valores satisfacían los valores de referencia.

Aplicabilidad industrial

El material estructural de bajo magnetismo y baja conductividad de la presente invención que tiene una permeabilidad electromagnética mejorada exhibe muchas propiedades mejoradas, aparte de tener una conductividad y un magnetismo sumamente bajos, de forma que su disponibilidad es muy grande. Dado que el referido material estructural tiene un bajo magnetismo y una baja conductividad, es posible evitar averías o daños a los aparatos eléctricos y electrónicos provocados por la corriente de un rayo, una corriente de fuga, una corriente inducida, una corriente de Foucault o una corriente parásita que se origine en los mismos. Además, dado que no se provoca una corrosión eléctrica, es posible garantizar la resistencia del edificio, y dado que el material tiene un peso ligero, su manipulación es sencilla. Los edificios que emplean el material estructural de la presente invención serán estables en vista del entorno electromagnético debido a que apenas se producen diversos problemas tales como fenómenos de espectro secundario, etc., de forma que pueden ser utilizados para una variedad de fines.

Claims

1. El uso de un material estructural de bajo magnetismo y de baja conductividad que tiene una permeabilidad electromagnética mejorada para la construcción de un edificio, que comprende un plástico reforzado con fibra recta o doblada, en el que se refuerzan las trenzas fabricadas de fibra continua con un plástico, caracterizado porque

(2): el referido material estructural es resistente al calor con una retención de la resistencia a la tracción no inferior al 90% después de llevar a cabo un tratamiento térmico a 220ºC durante 1 hora, medida según JSCE-E531-1995,

(4): el referido material estructural tiene una permeabilidad electromagnética de sustancialmente el 100%, medida según el procedimiento Advantest, como se expone en la página 1059 de The Collection of Synopsis del Congreso de 1996 de Conferencias Académicas del Instituto Arquitectónico de Japón,

(5): el referido material estructural tiene un esfuerzo de adherencia de 980,67 a 1.471 N/cm^{2} al hormigón cuando la cantidad de deslizamiento en el lado libre es de 2 mm, medida según JSCE-E539-1995,

2. El uso de la reivindicación 1, en el que la fibra continua es una fibra de para-aramida.

3. El uso de la reivindicación 2, en el que la fibra de para-aramida tiene un módulo en tracción no inferior a
90 kN/mm^{2}, medido según JSCE-E531-1995.

4. El uso de la reivindicación 1, en el que el plástico es una resina epoxi.

5. El uso de la reivindicación 4, en el que la resina epoxi tiene una resistencia a la radiación no inferior a 90 MGy.

6. El uso de la reivindicación 1, en el que el edificio es un edificio de IT.