ES2902759T3

ES2902759T3 - Tela no tejida colocada unidireccional y su utilización

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Publication number: ES2902759T3
Application number: ES18811199T
Authority: ES
Inventors: Dietmar Möcke; Steven Bakker; Christoph Engeler
Original assignee: Saertex GmbH and Co KG
Current assignee: Saertex GmbH and Co KG
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2018-11-23
Publication date: 2022-03-29
Anticipated expiration: 2038-11-23
Also published as: RU2020116364A3; BR112020010101A2; CN111373083B; PL3714091T3; CN111373083A; DE102017127868A1; HUE057633T2; EP3714091B1; EP3714091A1; WO2019101975A1; US20200291557A1; KR20200088448A; LT3714091T; MX2020005343A; DK3714091T3; PT3714091T; RU2020116364A; SI3714091T1; KR102597683B1; CA3080917A1

Abstract

Tela no tejida colocada unidireccional para la fabricación de materiales compuestos de fibras con una primera capa de estabilización (504, 604, 704, 1304) sobre su lado inferior y una segunda capa de estabilización (506, 606, 706, 1206) sobre su lado superior, caracterizada por que están cosidas entre sí por medio de costura de flecos (508, 608, 708, 804, 806, 1204, 1308).

Description

DESCRIPCIÓN

Tela no tejida colocada unidireccional y su utilización

La presente invención se refiere a una tela no tejida colocada unidireccional de mechas de fibras de vidrio para la fabricación de materiales compuestos de fibras con una primera capa de estabilización sobre su lado inferior y una segunda capa de estabilización sobre su lado superior, así como a su utilización.

Para la fabricación de materiales compuestos de fibras se pueden emplear textiles o bien disposiciones de fibras, que están impregnadas ya con resina de la matriz de acuerdo con el plástico que debe reforzarse, llamados también Prepreg, y se pueden procesar tal vez en el procedimiento de autoclave a presión y temperatura en componentes de plásticos reforzados con fibras. También está muy extendida la utilización de disposiciones textiles no impregnadas con resina o bien secas, que son procesadas por medio de procedimientos de inyección de resina, especialmente procedimientos asistidos con vacío, para obtener componentes de plásticos reforzados con fibras. Éstos se pueden drapear mucho más fácilmente que las disposiciones textiles ya impregnadas. Especialmente en el caso de componentes más complejos, puede ser ventajoso para el procesamiento posterior por medio de procedimientos de inyección de resina, drapear la disposición textil, llamada entonces también preforma o forma bruta, al menos ya en cierto modo en la forma deseada y, dado el caso, fijarla en esta forma, por ejemplo, a través de la adición de pequeñas cantidades de aglutinante y actuación ligera de calor y/o de presión.

En las disposiciones textiles se puede tratar de velos, esteras, tejido, trenzado, género de punto, cañamazo y especialmente tela no tejida. La tela no tejida puede estar formada de una, dos o más capas de fibras paralelas entre sí, respectivamente. En el caso de una tela no tejida, en la que todas las capas presentan esencialmente la misma orientación de las fibras, es decir, que en cada capa, la parte muy predominante de las fibras, por ejemplo el 95% de las fibras o más, presenta la misma orientación, de habla de una tela no tejida colocada unidireccional. Cuando presenta capas con dos orientaciones diferentes de las fibras, se trata de una tela no tejida biaxial. Cuando presenta capas con más de dos orientaciones diferentes de las fibras, se trata de una tela no tejida multiaxial. En general, una tela no tejida colocada unidireccional presenta una capa de fibras, una tela no tejida biaxial presenta dos capas de fibras y una tela no tejida multiaxial presenta tres o más capas de fibras.

En las fibras se puede tratar de filamentos, hilos, es decir, haces de filamentos retorcidos y/o entrelazados, o de mechas, es decir, haces no retorcidos de filamentos sin fin agrupados aproximadamente en paralelo. Las mechas, a través de la utilización de filamentos colocados en paralelo, tienen la ventaja de propiedades de refuerzo especialmente buenas y alto porcentaje de volumen de fibras. Especialmente en telas no tejidas, se pueden extender las mechas para la obtención de una disposición textil plana fina. Dentro de una tela no tejida colocada unidireccional, se pueden disponer las mechas individuales más o menos distanciadas entre sí o también parcial o totalmente solapadas. En este caso, se pueden extender pocas, algunas, muchas, la parte predominante o todas las mechas.

Las fibras pueden ser, por ejemplo, de carbono o de vidrio, presentando las fibras de carbono una resistencia a la tracción claramente más alta que las fibras de vidrio. En el procesamiento siguiente en disposiciones textiles, especialmente en forma de telas no tejidas, las fibras de vidrio son más complicadas en la manipulación, puesto que presentan superficies claramente más lisas que las fibras de carbono y, por lo tanto, se deslizan más bien una de las otras. En particular, las fibras pueden resbalar o deslizarse durante la alimentación de capas unidireccionales en máquinas tricotosas hasta el lugar de la costura. En cambio, las fibras de carbono se pueden enganchar entre sí debido a su superficie más rugosa y, por lo tanto, se retienen mutuamente más bien en una posición determinada. Sin embargo, las fibras de vidrio son claramente más económicas que las fibras de carbono.

El documento DE 10 2014 222 144 A1 publica un método para la estabilización de telas no tejidas colocadas unidireccionales utilizando costuras que se extienden en una dirección longitudinal.

El documento WO 2009/087192 A1 publica la utilización de una tela no tejida colocada unidireccional de fibras de vidrio para la fabricación de estructuras de construcción ligera en palas de rotor para turbinas eólicas.

Un cometido de la presente invención es proponer telas no tejidas colocadas unidireccionales alternativas de mechas de fibras de vidrio.

Este cometido se soluciona por medio de una tela no tejida colocada unidireccional de mechas de fibras de vidrio para la fabricación de materiales compuestos de fibras con una primera capa de estabilización sobre su lado inferior y una segunda capa de estabilización sobre su lado superior, de manera que se cosen entre sí por medio de costura de flecos.

Por medio de la previsión de dos capas de estabilización y de la costura de flecos, se puede mejorar la manipulación de la tela no tejida colocada unidireccional de mechas de fibras de vidrio, puesto que de esta manera se puede impedir mejor un deslizamiento de las mechas y se puede mejorar el drapeado de la tela no tejida. Esto es especialmente característico en telas no tejidas colocadas unidireccionales de una sola capa de mechas de fibras de vidrio.

La costura debe entenderse aquí en el sentido de unión mecánica por medio de un proceso de formación de mallas. Esto se puede realizar, por ejemplo, en una máquina tejedora por urdimbre o en una máquina de coser. El hilo utilizado en este caso se puede llamar hilo de tejer o hilo de coser. La costura de flecos tiene, frente a otros tipos de formación de mallas, como por ejemplo cañamazo, tejido de tendido y tejido de punto, etc., la ventaja de que hilos de mallas formados durante la formación de las mallas no tienen ninguna unión lateral. Se ha comprobado que de esta manera no sólo se eleva claramente la capacidad de drapeado de la tela no tejida. Preferiblemente, las mechas de fibras de vidrio se extienden en la dirección longitudinal de la tela no tejida colocada unidireccional.

De manera preferida, la costura de flecos se extiende esencialmente paralela a las mechas de fibras de vidrio. De esta manera, se puede elevar adicionalmente el efecto descrito de buena capacidad de drapeado y de impregnación. Además, de esta manera se puede conseguir que la tela no tejida solamente presente poca o incluso ninguna ondulación y, por lo tanto, se pueda drapear especialmente bien. Este efecto es particularmente importante cuando se cose correctamente.

De manera más ventajosa, la costura de flecos tiene una finura de costura entre 5 hilos/pulgada y 12 hilos/pulgada. De esta manera, se puede conseguir una buena estabilización de la tela no tejida con buena capacidad de drapeado simultánea sin ondulación y buenas propiedades de impregnación.

En formas de realización preferidas, paralelamente a la alineación de la tela no tejida está presente al menos un elemento de estabilización. Puede estar presente en forma sin fin o con dimensión longitudinal finita. De esta manera, se puede simplificar una colocación extendida y recta de la tela no tejida en una forma para el procesamiento posterior en un componente de material compuesto reforzado con fibras.

De manera más ventajosa, en este caso el al menos un elemento de estabilización está configurado en forma de barrita. De este modo, se pueden mejorar las propiedades mecánicas de la tela no tejida colocada unidireccional con respecto a las propiedades de refuerzo en componentes de material compuesto reforzado con fibras.

Preferiblemente, a tal fin, el al menos un elemento de estabilización está configurado de fibra de vidrio y resina. En el método de pultrusión, llamado también método de extrusión, se trata de un método de fabricación continua para la fabricación de perfiles de plástico reforzados con fibras, los pultrusionados. Éstos se pueden emplear, por su parte, debido a sus buenas propiedades mecánicas como refuerzo en la fabricación de materiales compuestos de fibras. De manera más ventajosa, se adapta en este caso la resina del pultrusionado a la resina de la matriz del material compuesto de fibras definitivo.

Preferiblemente, la primera y/o la segunda capas de estabilización están configuradas como capa de hilos transversales y/o como velo y/o como estera. Las esteras son estructuras superficiales no tejidas (también llamadas no tejidos), que se pueden fabricar de hilos de hilatura o fibras cortas o sin fin, la mayoría de las veces depositados de forma aleatoria. Los velos son igualmente estructuras superficiales no tejidas (igualmente llamadas no tejidos) de fibras sin fin estadísticamente enredadas, que se pueden hilar igualmente. Por capas de hilos transversales se entienden capas de filamentos, hilos o mechas individuales, dispuestos muy distanciados entre sí, cuya alineación es, además, distinta que la de la tela no tejida colocada unidireccional. Como muy distanciada se considera una distancia de al menos la mitad de la anchura de las mechas de fibras de vidrio de la tela no tejida. Si las mechas de fibras de vidrio tienen diferentes anchuras, se parte del valor medio de las anchuras.

Preferiblemente, al menos una capa de estabilización presenta una capa de hilos transversales en donde la capa de hilos transversales está dispuesta bajo un ángulo en el intervalo de 65° a 110°, preferiblemente de 80° a 100° con respecto a la alineación de la tela no tejida, en donde la alineación de la tela no tejida se define por la orientación de las mechas de fibras de vidrio de la capa o capas de tela no tejida colocada unidireccional. De esta manera, se puede conseguir la mejor acción de estabilización posible en la capa de estabilización a través de una buena retención en dirección transversal a la alineación de la tela no tejida. De manera especialmente preferida, a tal fin, ambas capas de estabilización presentan una capa de hilos transversales, que están dispuestos esencialmente en el mismo ángulo con respecto a la alineación de la tela no tejida. De manera muy especialmente preferida, una o incluso ambas capas de estabilización están constituidas por una capa de hilos transversales de este tipo.

Para el caso de que al menos una capa de estabilización presente una capa de hilos transversales, esta capa de hilos transversales es preferiblemente de material de fibras de vidrio. Esto tiene la ventaja de que la selección de la resina para la fabricación de un material compuesto de fibras no se limita adicionalmente a través del tipo del hilo transversal. De manera más ventajosa, la al menos una capa de hilos transversales está constituida de mechas de fibras de vidrio con un peso entre 34 tex y 300 tex, preferiblemente 40 tex a 150 tex, especialmente preferido 40 tex a 80 tex para poder conseguir la mejor acción de estabilización posible con material reducido en la capa de estabilización.

Para el caso de que ambas capas de estabilización presenten una capa de hilos transversales, de manera más ventajosa, las capas de hilos transversales están cosidas correctamente. De esta manera, se puede conseguir que la estructura de la tela no tejida esté configurada más regular o bien más homogénea. Además, las mechas de fibras de vidrio están especialmente planas, de manera que, en el caso de un procesamiento posterior, en el que se tienden eventualmente dos o más de las telas no tejidas colocadas unidireccionales superpuestas, sus capas de mechas de fibras de vidrio presentan una distancia más reducida entre sí. En general, la unión de costura correcta de las capas de hilos transversales repercute positivamente sobre las propiedades mecánicas de los componentes resultantes de material compuesto reforzado con fibras.

Preferiblemente, se emplea la tela no tejida colocada unidireccional propuesta de mechas de fibras de vidrio para la fabricación de componentes de instalaciones de turbinas eólicas, preferiblemente de componentes de palas de rotor, especialmente preferido de cinturones de palas de rotor. Las telas no tejidas colocadas unidireccionales propuestas aquí permiten la fabricación de materiales compuestos de fibras con propiedades de resistencia muy buenas, como se requieren, por ejemplo, en componentes de turbinas eólicas, especialmente en componentes de palas de rotor y muy especialmente en cinturones de palas de rotor.

La presente invención se explica en detalle con referencia a un ejemplo de realización preferido. A tal fin:

La figura 1 muestra esquemáticamente la estructura de una pala de rotor de una turbina eólica.

La figura 2 muestra esquemáticamente la estructura de una pala de rotor de una turbina eólica en la sección.

La figura 3 muestra esquemáticamente la estructura de un cinturón de pala de rotor.

La figura 4 muestra esquemáticamente la estructura de una mecha de fibras de vidrio.

La figura 5 muestra esquemáticamente la estructura de una tela no tejida colocada unidireccional con dos capas de estabilización de velo.

La figura 6 muestra esquemáticamente la estructura de una tela no tejida colocada unidireccional con dos capas de estabilización, que están configuradas como esteras.

La figura 7 muestra esquemáticamente la estructura de una tela no tejida colocada unidireccional con dos capas de estabilización, que están configuradas como capas de hilos transversales.

La figura 8 muestra esquemáticamente una costura de flecos desde delante y desde atrás.

La figura 9 muestra esquemáticamente una costura de flecos de tejido de punto de urdimbre desde delante y desde atrás.

La figura 10 muestra esquemáticamente una costura de tejido de punto de urdimbre desde delante y desde atrás. La figura 11 muestra esquemáticamente una vista en planta superior sobre una tela no tejida colocada unidireccional con costura de flecos de tejido de punto de urdimbre.

La figura 12 muestra esquemáticamente una vista en planta superior sobre una tela no tejida colocada unidireccional con costura de flecos; y

La figura 13 muestra esquemáticamente la estructura de una tela no tejida colocada unidireccional con dos capas de estabilización de velo y elemento de estabilización en la capa de tela no tejida.

Debido a sus valores de resistencia, los materiales compuestos de fibras, que se fabrican utilizando la tela no tejido colocada unidireccional propuesta de mechas de fibras de vidrio, son especialmente adecuados para la fabricación de componentes de turbinas eólicas. En la figura 1 se representa esquemáticamente la estructura de principio de una pala de rotor 100 de una turbina eólica. A continuación del segmento de la raíz 102, la pala del rotor 100 está fijada en el eje de giro de una turbina eólica. Debajo de la cáscara 110 se extiende en el lado superior y en el lado inferior un cinturón 104 sobre nervaduras de empuje 106, solamente una de las cuales se representa en la figura 1. En este caso, los cinturones 104 se extienden más cerca del canto delantero 114 que del canto trasero 116. En la figura 2 se representa esquemáticamente en la sección una pala de rotor 200 con cinturones 204 y nervaduras de empuje 202, en donde se indica también la posición respectiva del canto trasero 208 y del canto delantero 206. Los cinturones 204 se extienden desde el segmento de la raíz hasta la punta de la pala a través de la pala del rotor.

Los cinturones 104 absorben la carga principal de las fuerzas, que, con viento, actúan sobre la pala del rotor 100 y las transmiten sobre el cubo axial a una carcasa de la turbina de instalación de generación eólica, para generar energía eléctrica a partir de la energía eólica cinética. Por lo tanto, en los cinturones 104, la rigidez a la torsión en dilatación longitudinal de la pala de rotor debe ser especialmente alta, por lo que un material compuesto de fibras sobre la base de una tela no tejida colocada unidireccional es especialmente adecuado. También para la zona del canto delantero y del canto trasero se puede emplear tela no tejida colocada unidireccional. Debido a los diferentes requerimientos mecánicos se pueden emplear para otros componentes de la pala del rotor como la cáscara 110, los refuerzos de la nervadura de empuje 108, la zona del núcleo 112 y el segmento de la raíz 102 también una tela no tejida bi, tri o multiaxial.

En la figura 3 se representa esquemáticamente la estructura de principio de un cinturón de pala de rotor 300. Una pluralidad de telas no tejidas 304 fueron estratificadas de acuerdo con la forma del cinturón 300 que debe fabricarse, provistas con resina 302 y se endureció esta estructura general con contenido de resina. Esto se puede realizar con los más diferentes métodos conocidos por el experto en la técnica. En el método-RTM (Moldeo por T ransferencia de Resina), por ejemplo, se inyecta resina 302 en un molde cerrado, en el que se ha colocado previamente la tela no tejida 304. En el método de infusión de vacío, se coloca, por ejemplo, la tela no tejida 304 en un molde y se cubre con una lámina de plástico hermética a fluido. La resina 302 se extiende con la ayuda de vacío en la tela no tejida 304 entre molde y lámina. Cuando la resina 302 está endurecida, se retira la lámina de plástico y se extrae el cinturón 300 fuera del molde. Resinas y parámetros adecuados del método se conocen por el experto en la técnica.

En la figura 4 se representa esquemáticamente una mecha de fibras de vidrio 400 de una pluralidad de filamentos de fibras de vidrio 402. Normalmente, las mechas de fibras de vidrio tienen un diámetro entre aproximadamente 12 gm y aproximadamente 24 gm. Especialmente para la fabricación de cinturones de palas de rotor, pueden ser adecuadas mechas de fibras de vidrio 400 con un diámetro entre aproximadamente 17 gm y 24 gm. Títulos típicos son aproximadamente de 1000 tex a 9600 tex, preferiblemente de 2400 a 4800 tex.

En las figuras 5 a 7 y 13 se representa esquemáticamente la estructura de diferentes telas no tejidas 500, 600, 700, 1300 colocadas unidireccionalmente de mechas de fibras de vidrio 502, 602, 702, 1302 para la fabricación de materiales compuestos de fibras, que presentan una primera capa de estabilización 504, 604, 704, 1304 sobre su lado inferior y una segunda capa de estabilización 506, 606, 706, 1306 sobre su lado superior, que se cosen entre sí con un hilo de tejer 508, 608, 708, 1308. Para poder reconocer mejor los detalles del dibujo, en las telas no tejidas 500, 600, 700, 1300 colocadas unidireccionalmente representadas en el presente tejido se trata de variantes divididas exactamente y cosidas esencialmente paralelas a las mechas de fibras de vidrio 502, 602, 702, 1302. Las mechas de fibras de vidrio 502, 602, 702, 1302 forman una capa no solidificada, extendida libremente, de manera que, para mayor claridad, las mechas de fibras de vidrio 502, 602, 702, 1302 se representan claramente distanciadas y un poco extendidas. En otras variantes, la costura puede estar también no dividida exactamente y/o paralela a las mechas de fibras de vidrio 502, 602, 702, 1302. Tanto la costura dividida exactamente como también la costura paralela conducen a telas no tejidas estructuradas especialmente regulares sin daños para las fibras y con tendencia reducida a la ondulación. Esto repercute positivamente sobre las propiedades mecánicas de los componentes resultantes de material compuesto reforzado con fibras. Además, la distancia de las mechas de fibras de vidrio 502, 602, 702, 1302 o bien su solape o su grado de extensión pueden variar.

Las telas no tejidas 500, 600, 700 de acuerdo con las figuras 5, 6 y 7 se diferencian por que las capas de estabilización 504, 604, 704, 1304, 506, 606, 706, 1306 están configuradas diferentes en cada caso. En los presentes ejemplos, ambas capas de estabilización 504, 506, 604, 606, 704, 706 están configuradas, respectivamente, de la misma manera. En el ejemplo representado en la figura 5 se trata de un velo, en ambas capas de estabilización 504, 506, en el ejemplo representado en la figura 6, en ambas capas de estabilización 604, 606 se trata de una estera y en el ejemplo representado en la figura 7, en las dos capas de estabilización 704, 706 se trata de una capa de hilos transversales. En variantes no representadas, ambas capas de estabilización pueden estar configuradas, respectivamente, también diferentes, así como de varias capas. En el caso de la variante con capas de estabilización con capa de hilos transversales, como se representa en la figura 7, la capa de hilos transversales o bien al menos una de las dos capas de hilos transversales puede presentar también hilos transversales dispuestos menos regularmente, que pueden estar dispuestos, dado el caso, menos paralelos.

Hay que indicar que, en los ejemplos representados aquí, las telas no tejidas 500, 600, 700 presentan exactamente tres capas, a saber, dos capas de estabilización a ambos lados de una capa de mechas de fibras de vidrio. Las telas no tejidas pueden presentar, en variantes no representadas, también tres, cuatro, cinco o más capas de estabilización y dos, tres, cuatro o más capas de mechas de fibras de vidrio colocadas unidireccionales. También pueden presentar otras capas no especificadas. Todas las capas previstas, respectivamente, pueden estar dispuestas en secuencia discrecional, adaptada a la aplicación deseada. De manera más ventajosa, las dos capas colocadas más externas son capas de estabilización.

La tela no tejida colocada unidireccional 1300, de acuerdo con el ejemplo representado en la figura 13, presenta, como la tela no tejida representada en la figura 5, respectivamente, un velo como primera o bien segunda capa de estabilización 1304, 1306. Se diferencia de los ejemplos según las figuras 5, 6, 7 especialmente por que presenta paralelamente a la alineación de la tela no tejida, al menos un elemento de estabilización 1312. En el ejemplo representado en la figura 13, se representa una tela no tejida 1300 con cuatro mechas de fibras de vidrio 1302 y un elemento de estabilización 1312. En variantes, en lugar de cada quinta mecha de fibras de vidrio 1302, se pueden sustituir también más o menos mechas de fibras de vidrio 1302 por un elemento de estabilización 1312. En este caso, los elementos de estabilización se pueden disponer a distancias regulares o irregulares. En el ejemplo representado en la figura 13, el elemento de estabilización 1312 está configurado en forma de barrita y como pultrusionado de fibra de vidrio y resina. En variantes, se puede tratar también de pultrusionados de otras fibras que fibras de vidrio o la resina puede estar no endurecida o sólo parcialmente endurecida. Preferiblemente, la resina pultrusionada está adaptada a la resina de la matriz del material compuesto de fibras a fabricar.

En el ejemplo representado en la figura 7 con capas de hilos transversales como capas de estabilización 704, 706, las capas de hilos transversales están realizadas de mechas de fibras de vidrio con un peso entre 34 tex y 300 tex, preferiblemente 40 tex a 150 tex, especialmente preferido 40 tex a 80 tex. En este caso, ambas capas de estabilización 704, 706 están dispuestas esencialmente en el mismo ángulo con respecto a la alineación de la tela no tejida, a saber, aproximadamente 90°. En variantes, la capa de hilos transversales puede estar dispuesta bajo un ángulo en el intervalo de 65° a 110°. Preferiblemente de 80° a 100° con respecto a la alineación de la tela no tejida. En el presente ejemplo, los hilos transversales individuales tienen una distancia entre sí de un poco más que la anchura de una mecha 702 y están unidos correctamente por medio de la costura con las mechas de fibras de vidrio 702 por medios de hilos de tejer 708.

Hay que indicar que el material de las capas de estabilización, así como también el hilo de tejer para la costura se adaptan a la resina utilizada en el procesamiento posterior en un componente de plástico reforzado con fibras, En particular, se pueden utilizar fibras híbridas. También existe la posibilidad de proveer la tela no tejida con aglutinante, para fijarla como preforma en un contorno o forma deseados.

La presencia de dos capas de estabilización en las telas no tejidas de mechas de fibras colocadas unidireccionales propuestas permite la costura de las tres capas, capa de estabilización, capa de colocación y segunda capa de estabilización por medio de costura de flecos. La estructura de la puntada de flecos se representa esquemáticamente en la figura 8 para un primero y un segundo hilos 804, 806 sobre el lado delantero 800 y el lado trasero 802. Para la comparación, se representa de manera similar en la figura 9 la costura de flecos de tejido de punto y en la figura 10 la costura de tejido de punto y, en concreto, respectivamente, para un primero y un segundo hilos 904, 906 y 1004, 1006 sobre el lado delantero 900 y 1000 y sobre el lado trasero 902 y 1002, respectivamente. En el caso de la costura de tejido de punto y de la costura de flecos de tejido de punto, que se pueden emplear, a diferencia de la costura de flecos, también en telas no tejidas de mechas de vidrio colocadas unidireccionales con una única capa de estabilización, se conduce el hilo de tejer siempre o al menos en parte sobre las mechas, aunque la costura se realice paralelamente a las mechas. Esto conduce a que, durante la inserción de la tela no tejida colocada unidireccional, en el caso de deformación en dirección lateral, se pueden producir distorsiones, que repercuten como ondulación de la tela no tejida.

Esto se representa esquemáticamente en la figura 11 para una tela no tejida 1100 colocada unidireccional formada de mechas de fibras de vidrio 1102 y de hilos de tejer 1104, que están cosidos en la costura de flecos de tejido de punto. En el caso de una costura de tejido de punto, la formación de la ondulación se manifiesta de forma todavía más marcada. La ondulación puede conducir, después de la fabricación del material compuesto en el componente resultante, a resistencias y rigideces más reducidas que las deseadas y puede representar una falta de calidad. Además, a través de la costura de flecos de tejido de punto o bien a través de una costura de tejido de punto se puede reducir la capacidad de drapeado de la tela no tejida colocada unidireccional en dirección lateral, lo que puede conducir, al colocarla en el molde para procesamiento posterior, a la formación de pliegues y/o de ondas y, como consecuencia, a reducciones de la resistencia. Además, la conducción del hilo de tejer 1104 sobre las mechas 1102 puede conducir, según el espesor del hilo de tejer, a un espesamiento no deseado de la tela no tejida. Además, en función del espesor del hilo de tejer y de la tensión de urdimbre de costura, precisamente en el caso de la costura no dividida correctamente en las zonas de las puntadas, se puede producir un desplazamiento del material, que puede conducir a ondulaciones y constricciones de las mechas de vidrio 1102. Esto puede tener la consecuencia de que en los espacios huecos que se forman en las puntadas se configuren defectos o bien los llamados “ojos de pez”, en los que se acumula resina durante la infusión de resina. Puesto que las resinas endurecidas son a menudo frágiles y el hilo de tejer se conecta, en la mayoría de las resinas, solamente con condiciones con la matriz de resina, pueden aparecer microgrietas en la zona límite entre el hilo de tejer y la matriz de resina bajo carga dinámica, que pueden conducir a un daño posterior a través de fatiga precoz del material.

En el caso de una costura de flecos, como se representa esquemáticamente en la figura 12, los hilos de tejer 1204 se extienden paralelos a las mechas rectas 1202 inalteradas. La costura de flecos permite un comportamiento de deformación más mejorado en dirección lateral que en el caso de una costura de tejido de punto o costura de flecos de tejido de punto, de manera que se puede evitar la formación de ondas y de pliegues durante la introducción en un molde antes de la inyección de la resina. La capacidad de drapeado con la costura de flecos es también claramente mejor que con costura de tejido de punto o costura de flecos de tejido de punto. Además, las telas no tejidas se pueden depositar más planas sin dispersión. En particular, la costura de flecos se puede alinear también de tal manera que las mechas de fibras de vidrio no son perforadas y no se configuran islas de resina no deseadas durante el procesamiento siguiente. Cuanto mayor es la porción de hilo de tejer con respecto a la tela no tejida colocada unidireccional propuesta aquí tanto mejores son sus propiedades de impregnación. No obstante, una porción de hilo de tejer demasiado alta repercute negativamente sobre la capacidad de drapeado, de manera que con ello se aumenta la rigidez de la tela no tejida. Especialmente para la fabricación de cinturones de palas de rotor, se ha revelado que es adecuada una finura de la costura entre 5 hilos / pulgada y 12 hilos / pulgada con respecto a una buena capacidad de drapeado con buenas propiedades simultáneas de impregnación. Para elevar la velocidad de impregnación, se pueden prever hilos de tejer más gruesos y/o distancias más reducidas de los hilos de tejer entre sí.

Pero, en general, la tela no tejida propuesta aquí con costura de flecos, por lo demás con los mismos parámetros, presenta propiedades de penetración para resina como la tela no tejida correspondiente con otras uniones formadoras de mallas, como, entre otras, tejido de punto o flecos de tejido de punto. Hay que indicar que la mejora del drapeado en la costura de flecos, comparada con otros tipos de costura, se puede observar también en una costura con otro ángulo distinto al paralelo a las mechas.

Los ensayos han mostrado que, en comparación con telas no tejidas de mechas de vidrio colocadas unidireccionales, con una sola capa de estabilización y una costura de tejido de punto o bien de flecos de tejido de punto, por lo demás, con las mismas condiciones y parámetros del método, en las telas no tejidas de mechas de vidrio colocadas unidireccionales propuestas aquí con dos capas de estabilización y una costura de flecos, se puede conseguir un incremento de la resistencia a la tracción en un laminado reforzado con fibras de vidrio en el intervalo de aproximadamente 25 % a 40 %.

Si se considera como ejemplo un cinturón de pala de rotor, que debe presentar un espesor máximo de aproximadamente 100 mm, en el caso de telas no tejidas con una ocupación superficial de 1200 g/m2, se necesitan aproximadamente de 110 a 120 capas de una tela no tejida de mechas de vidrio colocada unidireccional con una sola capa de estabilización y una costura de tejido de punto o bien de flecos de tejido de punto, mientras que utilizando las telas no tejidas de mechas de vidrio colocadas unidireccionales propuestas aquí con dos capas de estabilización y una costura de flecos, se necesitan, por ejemplo, sólo todavía de 100 a 110 telas no tejidas colocadas unidireccionales para obtener un cinturón de pala de toro con resistencia y rigidez comparables. El número más reducido de telas no tejidas tiene la ventaja de que, durante la fabricación del cinturón, se necesitan tiempos de colocación más cortos y menos resina. El ahorro de peso resultante de ello en el cinturón y, por lo tanto, también en la pala de rotor puede conducir, además, a que se pueda reducir el peso de la góndola y de la torre de una turbina eólica.

Entre otras cosas, se han realizado ensayos de tracción según DIN EN ISO 527-5 en tres variantes de tela no tejida colocada unidireccional de mechas de fibras de vidrio. En todas las tres variantes ejemplares mostradas aquí se trataba de laminados endurecidos de resina epóxido, a saber, del sistema de resina, que se puede obtener en el mercado como HEXION RIMR135/RIMH137 sobre la base de dos telas no tejidas de mechas de vidrio colocadas unidireccionales superpuestas para obtener el espesor mínimo requerido por la norma. La muestra 1 presentaba dos telas no tejidas de mechas de vidrio de fibras de vidrio, que se pueden obtener como NEG Hybon 2002 con 2400 tex 0 bien con una ocupación superficial nominal de 944 g/m2, respectivamente, con una primera y una segunda capas de estabilización, que se pueden obtener como capas de hilos transversales de NEG Hybon 2002 con 68 tex o bien con una ocupación superficial nominal de 12 g/m2 y en un ángulo de aproximadamente 87° con respecto a la orientación de la tela no tejida así como con 1,8 hilos por cm en la sección. La costura con un hilo de tejer de 76 dtex de poliéster en la puntada de flecos con respecto a las capas de hilos transversales no se realizó correctamente con una finura de la costura de 10 hilos / pulgadas, esencialmente paralela a las mechas de fibras de vidrio. La muestra 2 se diferenciaba de la muestra 1 por que las dos telas no tejidas de mechas de vidrio de fibras de vidrio se podían obtener como 3B W2020 con 2400 tex o bien con una ocupación superficial nominal de 944 g/m2, es decir, fibras de vidrio de módulo alto. En la muestra 3 se trataba de una muestra de referencia, que se diferenciaba de la muestra 1 por que presentaba solamente una capa de estabilización, pero que estaba configurada, por lo demás, como en la muestra 1 o bien la muestra 2, y por que estaba realizada como puntada de tejido de punto, a diferencia de la muestra 1 y la muestra 2.

Los ensayos de tracción según DIN EN ISO 527-5 dieron como resultado para la muestra 1 una resistencia media a la tracción de 1166 MPa, para la muestra 2 de 1270 MPa y para la muestra de referencia 3 de 907 MPa. Puesto que, condicionado por la fabricación, se redujo el contenido del volumen de fibras en 53±2 % en volumen, se midió para cada muestra el contenido real y se convirtieron las resistencias medidas a la tracción linealmente a un contenido de fibras de 53 % en volumen.

Mediciones en muestras con otros sistemas de resina, otras mechas de fibras de vidrio, otras capas de estabilización, especialmente también con velos y esteras, pero también otras variantes de las capas de hilos transversales, especialmente con respecto a su título, distancia u orientación, así como costuras de mallas y/o divididas correctamente como también con costuras con otras finuras de costura dieron como resultado igualmente incrementos de la resistencia a la tracción.

Signos de referencia

100 Pala de rotor

102 Segmento de la raíz

104 Cinturón

106 Nervadura de empuje

108 Refuerzo de la nervadura de empuje

110 Cáscara

112 Zona del núcleo

114 Canto delantero

116 Canto trasero

200 Pala de rotor

202 Nervadura de empuje

204 Cinturón

206 Canto delantero

208 Canto trasero

300 Cinturón

302 Resina

304 Tela no tejida

400 Mecha

402 Filamento

500 Tela no tejida

502 Mecha de fibras de vidrio 504 Primera capa de estabilización 506 Segunda capa de estabilización 508 Hilo de tejer

600 Tela no tejida

602 Mecha de fibras de vidrio 604 Primera capa de estabilización 606 Segunda capa de estabilización 608 Hilo de tejer

700 Tela no tejida

702 Mecha de fibras de vidrio 704 Primera capa de estabilización 706 Segunda capa de estabilización 708 Hilo de tejer

800 Lado delantero

802 Lado trasero

804 Primer hilo

806 Segundo hilo

900 Lado delantero

902 Lado trasero

904 Primer hilo

906 Segundo hilo

1000 Lado delantero

1002 Lado trasero

1004 Primer hilo

1006 Segundo hilo

1100 Tela no tejida

1102 Mecha

1104 Hilo de tejer

1200 Tela no tejida

1202 Mecha

1204 Hilo de tejer

1300 Tela no tejida

1302 Mecha de fibras de vidrio 1304 Primera capa de estabilización 1306 Segunda capa de estabilización 1308 Hilo de tejer

1310 Capa de teja no tejida

1312 Elemento de estabilización

Claims

REIVINDICACIONES

1. Tela no tejida colocada unidireccional para la fabricación de materiales compuestos de fibras con una primera capa de estabilización (504, 604, 704, 1304) sobre su lado inferior y una segunda capa de estabilización (506, 606, 706, 1206) sobre su lado superior, caracterizada por que están cosidas entre sí por medio de costura de flecos (508, 608, 708, 804, 806, 1204, 1308).

2. Tela no tejida colocada unidireccional según la reivindicación 1, caracterizada por que la costura de flecos (508, 608, 708, 804, 806, 1204, 1308) se extiende esencialmente paralela a las mechas de fibras de vidrio (400, 502, 602, 702, 1202, 1302).

3. Tela no tejida colocada unidireccional según la reivindicación 1 o 2, caracterizada por que la costura de flecos (508, 608, 708, 804, 806, 1204, 1308) presenta una finura de costura entre 5 hilos / pulgada y 12 hilos / pulgada.

4. Tela no tejida colocada unidireccional según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que paralelamente a la alineación de la tela no tejida está presente un elemento de estabilización (1312).

5. Tela no tejida colocada unidireccional según la reivindicación 4, caracterizada por que el al menos un elemento de estabilización (1312) está en forma de barrita.

6. Tela no tejida colocada unidireccional según la reivindicación 5, caracterizada por que el al menos un elemento de estabilización (1312) está configurado de fibra de vidrio y resina.

7. Tela no tejida colocada unidireccional según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por que la primera y la segunda capas de estabilización (504, 506, 604, 606, 704, 706, 1304, 1306) están configuradas como capa de hilos transversales (704, 706) y/o como velo (504, 506, 1304, 1306) y/o como estera (604, 606).

8. Tela no tejida colocada unidireccional según la reivindicación 7, en la que al menos una capa de estabilización (504, 506, 604, 606, 704, 706, 1304, 1306) presenta una capa de hilos transversales (704, 706), caracterizada por que la capa de hilos transversales (704, 706) está dispuesta en un ángulo en el intervalo de 65° a 110°, preferiblemente de 80° a 100° con respecto a la alineación de la tela no tejida.

9. Tela no tejida colocada unidireccional según la reivindicación 8, caracterizada por que ambas capas de estabilización (504, 506, 604, 606, 704, 706, 1304, 1306) presentan una capa de hilos transversales (704, 706), que están dispuestos esencialmente en el mismo ángulo con respecto a la alineación de la tela no tejida.

10. Tela no tejida colocada unidireccional según una de las reivindicaciones 7 a 9, en la que al menos una capa de estabilización (504, 506, 604, 606, 704, 706, 1304, 1306) presenta una capa de hilos transversales (704, 706), caracterizada por que la capa de hilos transversales (704, 706) es de fibra de vidrio.

11. Tela no tejida colocada unidireccional según la reivindicación 10, caracterizada por que la capa de hilos transversales (704, 706) está constituida de mechas de fibras de vidrio (704, 706) con un peso entre 34 tex y 300 tex.

12. Tela no tejida colocada unidireccional según una de las reivindicaciones 7 a 11, en la que ambas capas de estabilización (504, 506, 604, 606, 704, 706, 1304, 1306) presentan una capa de hilos transversales (704, 706), caracterizada por que las capas de hilos transversales (704, 706) están unidas correctamente.

13. Utilización de la tela no tejida colocada unidireccional según una de las reivindicaciones 1 a 12 para la fabricación de componentes (100, 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 200, 202, 204, 300) de turbinas eólicas.

14. Utilización según la reivindicación 13, caracterizada por que se fabrican componentes de palas de rotor (102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 202, 204, 300).

15. Utilización según la reivindicación 13 o 14, caracterizada por que se fabrican cinturones de palas de rotor (104, 204, 300).