ES2908779T3 - Hoja preimpregnada - Google Patents

Abstract

Una hoja preimpregnada, que es un producto intermedio de artículos moldeados, que comprende una tela no tejida que comprende fibras de carbono y fibras de resina termoplástica, donde, la hoja preimpregnada tiene una tasa de expansión del espesor de 250% o menos después de ser calentada durante 90 segundos a una temperatura del punto de fusión de las fibras de resina termoplástica hasta el punto de fusión + 100°C, donde la hoja preimpregnada tiene una densidad de marcas realizadas mediante punzonado con aguja de 3 perforaciones/cm2 o menos, donde la densidad de las marcas se determina de acuerdo con el método indicado en la descripción, donde la hoja preimpregnada tiene un gramaje de 100 a 1500 g/m2 y un espesor de 0,5 a 6,0 mm, y donde las fibras de carbono tienen una longitud promedio de fibra de 15 a 100 mm, y las fibras de resina termoplástica tienen una longitud promedio de fibra de 25 a 100 mm.

Description

DESCRIPCIÓN

Hoja preimpregnada

La presente invención se refiere a una hoja preimpregnada, que es un producto intermedio de artículos moldeados, que comprende una tela no tejida que comprende fibras de carbono y fibras de resina termoplástica.

Las fibras de carbono, generalmente realizadas a partir de fibras acrílicas o brea (subproductos de aceite de petróleo, carbón, alquitrán de hulla y similares) carbonizadas a altas temperaturas, se obtienen al calentar y carbonizar precursores de fibras orgánicas, y se definen como las fibras compuestas de carbono en una proporción de 90% o más de acuerdo con las Normas Industriales Japonesas (JIS). Debido a que las fibras de carbono tienen menor capacidad de dispersión que otras fibras y cada fibra de las fibras de carbono se entrelaza entre sí de forma débil, apenas se usan para formar telas no tejidas como único material, pero generalmente se usan como material compuesto con fibras de resina tal como resina sintética.

Por ejemplo, el Documento de patente 1 describe un método, en el que se mezclan fibras de carbono de 20 a 70% en peso y fibras aglutinantes de 30 a 80% en peso para formar telas no tejidas, y seguidamente, las telas no tejidas se carbonizan para eliminar las fibras aglutinantes para obtener fibras no tejidas compuestas por fibras de carbono.

También se conoce otro método, que consiste en producir telas no tejidas aumentando los entrelazados de fibras de carbono con fibras de resina termoplástica, en el que fibras cortas en forma de fibras discontinuas de las fibras de carbono y las fibras de resina termoplástica se mezclan para formar una hoja, y la hoja se lamina, y luego las fibras de carbono y las fibras de resina termoplástica se entrelazan mediante un método de punzonado con aguja (por ejemplo, véanse EJEMPLOS del Documento de Patente 2).

El documento JP 2014-051555 A describe un sustrato de moldeo de plástico reforzado con fibra. El documento JP 2002-212311 A describe una hoja estampable reforzada con fibra de carbono, un método para producir la misma y un producto moldeado de la misma. El documento JP H01-118655 A describe la producción de un material compuesto reforzado con fibra de carbono. El documento JP 2014-065831 A describe un plástico reforzado con fibra y un método de producción del mismo.

Documento de patente 1: JP-A-10-314519

Documento de patente 2: JP-A-2008-081872

Las telas no tejidas que consisten en fibras de carbono se obtienen mediante el método descrito en el documento de patente 1, sin embargo, las telas no tejidas tienen la debilidad de que son fáciles de deshilachar debido a su débil fuerza de entrelazado, y las fibras de carbono, que se rompen y se acortan durante el procesamiento, son fáciles de desprender.

Las telas no tejidas obtenidas por entrelazado de fibras de carbono y fibras de resina termoplástica tienen otra debilidad. En el método, después de dispersar haces de fibra de carbono y mezclar las fibras de carbono extendidas y las fibras de resina termoplástica, y luego laminarlas, las fibras de carbono y las fibras de resina termoplástica se entrelazan mediante punzonado con agujas para obtener telas no tejidas. Cuando las telas no tejidas se calientan y prensan para obtener artículos moldeados, las fibras de resina termoplástica en las telas no tejidas se funden y tienden a dispersarse. Además, una hoja preimpregnada obtenida mediante calentamiento y prensado de las telas no tejidas tiende a expandirse en la dirección del espesor debido a la fuerza de las fibras de carbono para volver a su lugar original antes de dispersarse.

Además, en los casos en los que la hoja preimpregnada que tiende a expandirse en la dirección del espesor se usa para producir artículos moldeados, es difícil insertar la hoja preimpregnada en un molde, lo que conduce a la imposibilidad de obtener artículos moldeados deseables.

La presente invención se ha realizado centrándose en los problemas de la técnica relacionada, y un objeto de la misma es proporcionar una hoja preimpregnada que permita artículos moldeados deseables al suprimir la expansión en la dirección del espesor incluso después de calentarla de modo que pueda insertarse suavemente en un molde.

La hoja preimpregnada que puede resolver el problema citado anteriormente es un producto intermedio de artículos moldeados y comprende una tela no tejida que comprende fibras de carbono y fibras de resina termoplástica, donde la hoja preimpregnada tiene una proporción de expansión del espesor de 250% o menos después de ser calentada durante 90 segundos a una temperatura del punto de fusión de la fibra de resina termoplástica hasta el punto de fusión 100°C, donde la hoja preimpregnada tiene una densidad de marcas realizadas mediante punzonado con aguja de 3 perforaciones/cm2 o menos, donde la hoja preimpregnada tiene un gramaje de 100 a 1500 g/m2 y un espesor de 0,5 a 6,0 mm, y donde las fibras de carbono tienen una longitud media de fibra de 15 a 100 mm, y las fibras de resina termoplástica tienen una longitud media de fibra de 25 a 100 mm.

La hoja preimpregnada tiene preferiblemente un gramaje de 250 a 1200 g/m2 y un espesor de 1,0 a 5,0 mm.

La hoja preimpregnada preferiblemente tiene una densidad de fibras de carbono que tiene un valor de desplazamiento de 1 mm o más de 100 hilos/cm2 o menos en una sección transversal de la hoja preimpregnada, donde el valor de desplazamiento es un espacio en la dirección del espesor entre una parte y otra parte de una fibra de carbono seleccionada de una de las fibras de carbono.

En la hoja preimpregnada, las fibras de resina termoplástica se pueden seleccionar de fibras de polipropileno, fibras de poliamida, fibras de policarbonato, fibras de poli(sulfuro de fenileno) y fibras de polieterimida.

En la hoja preimpregnada, las fibras de carbono y las fibras de resina termoplástica se mezclan preferiblemente en la proporción en masa de 20:80 a 80:20.

Debido a que una hoja preimpregnada de la presente invención tiene una tasa de expansión del espesor de 250% o menos después del tratamiento térmico que se aplica después de la formación del preimpregnado y antes del moldeo (en adelante, denominado "tratamiento de premoldeo"), la hoja preimpregnada puede controlar la expansión en la dirección del espesor que se produce si se usa una hoja preimpregnada convencional. En una hoja preimpregnada convencional, las fibras de resina termoplástica entrelazadas se funden en el tratamiento térmico y luego se dispersan y vuelven a su lugar original antes de entrelazarse, y la hoja se expande en la dirección del espesor.

La Fig. 1 es una ilustración esquemática que muestra un ejemplo del proceso de producción de una hoja preimpregnada y artículos moldeados a partir de la hoja preimpregnada de acuerdo con una forma de realización de la presente invención.

La Fig. 2 es un diagrama de flujo que muestra un ejemplo del proceso de producción de una hoja preimpregnada y artículos moldeados a partir de la hoja preimpregnada de acuerdo con una forma de realización de la presente invención.

La Fig. 3 son fotografías en sección transversal de una hoja preimpregnada de acuerdo con una forma de realización de la presente invención. (a) es una fotografía en sección transversal tomada antes del tratamiento de premoldeo. (b) es una fotografía en sección transversal tomada después del tratamiento de premoldeo.

La Fig. 4 son fotografías en sección transversal de una hoja preimpregnada procesada mediante un método convencional de punzonado con agujas. (a) es una fotografía en sección transversal tomada antes del tratamiento de premoldeo. (b) es una fotografía en sección transversal tomada después del tratamiento de premoldeo.

La Fig. 5 es una fotografía en sección transversal ampliada de una hoja preimpregnada de acuerdo con una forma de realización de la presente invención después del tratamiento de premoldeo.

La Fig. 6 es una fotografía en sección transversal ampliada de una hoja preimpregnada, después del tratamiento de premoldeo, procesada mediante un método convencional de punzonado con agujas.

La Fig. 7 es un gráfico que muestra una relación entre la tasa de expansión del espesor y la densidad del punzonado con agujas.

La Fig. 8 es un gráfico que muestra una relación entre la tasa de expansión del espesor y el espesor de la hoja preimpregnada.

La Fig. 9 es un gráfico que muestra una relación entre la tasa de expansión del espesor de la hoja preimpregnada y la longitud de las fibras de carbono.

La Fig. 10 es un gráfico que muestra una relación entre la tasa de expansión del espesor de la hoja preimpregnada y el tipo de fibras de resina termoplástica.

La Fig. 11 es un gráfico que muestra la tasa de expansión del espesor de la hoja preimpregnada y la relación en masa de las fibras de carbono a las fibras de resina termoplástica.

A continuación, la hoja preimpregnada de la presente invención se describirá con más detalle con referencia a las figuras.

Después de examinar las condiciones en las que la hoja preimpregnada se expande durante el tratamiento de premoldeo para obtener artículos moldeados, los autores de la presente invención han conseguido obtener la hoja preimpregnada cuya tasa de expansión del espesor es 250% o menos después del tratamiento de premoldeo (específicamente, para 90 segundos a una temperatura en el intervalo del punto de fusión de las fibras de resina termoplástica hasta el punto de fusión 100°C). Esto hace posible controlar la expansión del espesor de la hoja preimpregnada después del tratamiento de premoldeo e insertar la hoja preimpregnada suavemente en un molde y obtener artículos moldeados deseables.

La hoja preimpregnada de la presente invención tiene 3 perforaciones/cm2 o menos realizadas por punzonado, que generalmente se usa para entrelazar fibras de carbono con fibras de resina termoplástica. Más preferiblemente, tiene 2 perforaciones/cm2 o menos. En los casos en que el número de marcas realizadas mediante punzonado con aguja es de 3 perforaciones/cm2 o menos, las fibras de carbono no se entrelazan bien con las fibras de resina termoplástica, lo que significa que la elasticidad de las fibras de carbono para extenderse es pequeña y, por lo tanto, la hoja preimpregnada no se expande en la dirección del espesor.

Además, en la sección transversal de la hoja preimpregnada de la presente invención, la densidad de las fibras de carbono que tienen un valor de desplazamiento de 1 mm o más es preferiblemente de 100 hilos/cm2 o menos, donde el valor de desplazamiento es un espacio en la dirección del espesor entre una porción y otra porción de una fibra de carbono seleccionada de una de las fibras de carbono, más preferiblemente 50 hilos/cm2 o menos, y aún más preferiblemente 20 hilos/cm2 o menos. En los casos en que la densidad de la fibra de carbono que tiene un valor de desplazamiento de 1 mm o más en la dirección del espesor es de 100 hilos/cm2 o menos, el número de fibras de carbono orientadas en la dirección del espesor de la hoja es pequeño y, como resultado, se suprime el entrelazamiento de las fibras de carbono con las fibras de resina termoplástica, lo que significa que se controla la expansión del espesor de la hoja preimpregnada.

El preimpregnado, que es un producto intermedio en forma de hoja parcialmente curada de artículos moldeados y generalmente se obtiene impregnando fibras de carbono con resina termoendurecible o resina termoplástica, es conocido por ser un buen material para moldeo que permite que los artículos moldeados tengan cualidades estables. Recientemente, desde el punto de vista de la producción en masa, la reducción del tiempo de moldeo y la reducción de los gastos de equipo, ha ido ganando atención la hoja preimpregnada obtenida mediante la mezcla de fibras de carbono con fibras de resina termoplástica, que se utiliza para la industria aeroespacial que requiere ahorro en el peso y alta eficiencia, la industria de piezas de automóvil y la industria del deporte.

Las fibras de carbono son generalmente fibras fabricadas mediante carbonización de fibras acrílicas o brea (subproductos del aceite de petróleo, carbón, alquitrán de hulla y similares) a altas temperaturas y de acuerdo con las Normas Industriales Japonesas (JIS), definidas como las fibras compuestas de carbono en la proporción de 90% o más que se obtienen al calentar y carbonizar un precursor de fibras orgánicas. Por clasificación, las fibras de carbono realizadas a partir de fibras acrílicas se denominan tipo poliacrilonitrilo (PAN) y las fibras de carbono fabricadas a partir de brea se denominan tipo PITCH.

Como se mencionó anteriormente, dado que las fibras de carbono tienen una capacidad de dispersión y una fuerza de entrelazado más débiles que cualquier otra fibra, rara vez se usan como el único material para formar telas no tejidas y generalmente se mezclan con fibras de resina, como resina sintética, para su uso como material compuesto. Las fibras de carbono que se utilizan para obtener la hoja preimpregnada en la presente invención también se utilizan como material compuesto con fibras de resina termoplástica.

En formas de realización de la presente invención, se puede usar tanto el tipo PAN como el tipo PITCH, sin embargo, el tipo PAN es más preferible desde el punto de vista de la dispersión de fibras de carbono con fibras de resina termoplástica.

La longitud media de las fibras de carbono varía de 15 a 100 mm, más preferiblemente de 20 a 80 mm e incluso más preferiblemente de 30 a 70 mm. En los casos en los que la longitud media de las fibras de carbono es 15 mm o más, la resistencia mecánica de una hoja preimpregnada realizada en telas no tejidas que comprenden las fibras de carbono y las fibras de resina termoplástica se mejora fácilmente. Además, en los casos en los que la longitud media de las fibras de carbono es 100 mm o menos, se mejora la dispersión de las fibras de carbono con fibras de resina termoplástica en las telas no tejidas, de modo que se obtienen fácilmente telas no tejidas homogéneas.

La fibra de resina termoplástica que se utiliza como fuente de fibra de resina no se designa de forma particular, siempre que sea elástica y sea menos probable que cambie de forma a temperaturas ordinarias y se ablande por calentamiento para formar artículos moldeados con una forma deseable. Específicamente, a partir de consideraciones de productividad y costo de las materias primas, se selecciona preferiblemente de polipropileno, poliamida, policarbonato, poli(sulfuro de fenileno) y polieterimida. Además, la longitud promedio de fibra de las fibras de resina termoplástica varía de 25 a 100 mm, más preferiblemente de 30 a 80 mm e incluso más preferiblemente de 40 a 70 mm. En los casos en los que la longitud promedio de las fibras de resina termoplástica es 25 mm o más, se mejora la resistencia mecánica de una hoja preimpregnada realizada en telas no tejidas que comprenden fibras de carbono y fibras termoplásticas. Además, en los casos en los que la longitud promedio de las fibras de resina termoplástica es 100 mm o menos, se mejora la dispersión de las fibras de resina termoplástica con fibras de carbono en las telas no tejidas, de modo que se obtienen fácilmente telas no tejidas homogéneas. En cuanto a la finura, es preferible la finura de 2,2 a 22 dtex, más preferiblemente de 2,2 a 20 dtex, e incluso más preferiblemente de 2,2 a 15 dtex. En los casos en los que la finura es 2,2 dtex o más y 22 dtex o menos, se obtienen fácilmente telas no tejidas homogéneas porque las fibras de carbono y las fibras de resina termoplástica en las telas no tejidas se dispersan bien.

La relación en masa de fibras de carbono a fibras de resina termoplástica es preferiblemente de 20:80 a 80:20. En los casos en los que la relación en masa de las fibras de carbono es 80% en masa o menos o 20% en masa o más, las fibras de resina termoplástica se funden lo suficiente durante el tratamiento con calor y presión después de formar telas no tejidas, de modo que la hoja preimpregnada mantiene fácilmente su forma.

En formas de realización de la presente invención, a partir de consideraciones de trabajabilidad en la producción de artículos moldeados tales como piezas de automóviles, el gramaje y el espesor de la hoja preimpregnada son 100 a 1500 g/m2 y 0,5 a 6,0 mm respectivamente, más preferiblemente 250 a 1200 g/m2 y 1,0 a 5,0 mm, e incluso más preferiblemente 500 a 1000 g/m2 y 2,0 a 4,5 mm.

A continuación, en relación con el proceso de producción de la hoja preimpregnada de la presente invención y el proceso de obtención de artículos moldeados elaborados a partir de la hoja preimpregnada, se describirá un ejemplo con referencia a la Fig. 1 y la Fig. 2.

La Fig. 1 es una ilustración esquemática que muestra un ejemplo del proceso de producción de una hoja preimpregnada y artículos moldeados elaborados a partir de la hoja preimpregnada de acuerdo con una forma de realización de la presente invención. La Fig. 2 es un diagrama de flujo que muestra un ejemplo del proceso en el que los haces de fibra de carbono se rompen para empezar, y las fibras de carbono y las fibras de resina termoplástica se mezclan y disponen en hojas, y a continuación, se lamina la hoja para obtener telas no tejidas, y seguidamente las telas no tejidas se tratan para formar una hoja preimpregnada, y finalmente se obtienen artículos moldeados a partir de la hoja preimpregnada.

La hoja 1 preimpregnada de la presente invención se obtiene mediante el proceso en el que las fibras 4 de resina termoplástica y las fibras 3 de carbono, que se obtienen rompiendo los haces de fibra 2 de carbono, se mezclan para formar una hoja en una proporción en masa deseada (por ejemplo, 40% en masa de fibras de carbono y 60% en masa de fibras de resinas termoplásticas), y laminando las mismas para obtener telas 5 no tejidas, y seguidamente aplicando tratamiento por calor y presión (por ejemplo, 240°C, 90 segundos, 1 MPa, en el caso de que se use polipropileno como fuente de fibra de resina termoplástica) a las telas 5 no tejidas. El proceso se controla para hacer que la hoja 1 preimpregnada tenga el gramaje y el espesor deseados (por ejemplo, 250 g/m2 y 0,5 a 6,0 mm, respectivamente). El tratamiento de premoldeo (por ejemplo, 240°C, 90 segundos en un caso en el que se usa polipropileno como fuente de fibra de resina termoplástica) se aplica a la hoja 1 preimpregnada para que se inserte suavemente en un molde en el siguiente proceso.

Como método para mezclar fibras 4 de resina termoplástica y fibras 3 de carbono que se obtienen rompiendo haces 2 de fibra de carbono, y disponiendo en hojas y laminando las mismas, se puede usar un método conocido convencionalmente. Por ejemplo, se pueden usar máquinas mezcladoras disponibles comercialmente para el mezclado, y la disposición en hojas y laminación se pueden realizar mediante un método de cardado con máquinas cardadoras disponibles comercialmente.

El método para calentar y prensar la tela 5 no tejida resultante no está especialmente limitado, y se pueden usar métodos conocidos en la técnica. Por ejemplo, desde el punto de vista de la operatividad y versatilidad, la tela no tejida se calienta y se prensa preferiblemente mediante una prensa 7 de cinta en el horno 6 de calentamiento por infrarrojos, pero también están disponibles otros métodos de calentamiento mediante hornos o sistemas de transferencia de calor disponibles comercialmente. La temperatura de calentamiento varía, teniendo en cuenta el punto de fusión de las fibras de resina termoplástica, preferiblemente desde el punto de fusión de las fibras de resina termoplástica hasta el punto de fusión 100°C, más preferiblemente desde el punto de fusión 20°C hasta el punto de fusión 100°C, incluso más preferiblemente desde el punto de fusión 40°C hasta el punto de fusión 100°C. El tiempo de calentamiento varía preferiblemente de 30 a 300 segundos, más preferiblemente de 60 a 240 segundos e incluso más preferiblemente de 60 a 180 segundos. La fuerza de prensado varía, teniendo en cuenta la uniformidad y la resistencia posterior al tratamiento de las fibras de carbono y las fibras de resina termoplástica, preferiblemente de 0,1 a 10 MPa, más preferiblemente de 0,5 a 10 MPa, e incluso más preferiblemente de 1 a 10 MPa.

Antes del moldeo, el tratamiento de premoldeo se aplica a la hoja 1 preimpregnada a temperaturas predeterminadas y durante segundos predeterminados en el horno 6 de calentamiento por infrarrojos. Específicamente, la temperatura de calentamiento varía preferiblemente desde el punto de fusión de las fibras de resina termoplástica hasta el punto de fusión 100°C, más preferiblemente desde el punto de fusión 20°C hasta el punto de fusión 100°C, incluso más preferiblemente desde el punto de fusión 40°C hasta el punto de fusión 100°C. El tiempo de calentamiento es preferiblemente de 90 segundos.

Ejemplos

A continuación, la presente invención se describirá con más detalle con referencia a los Ejemplos. La presente invención no está limitada por los siguientes ejemplos y, naturalmente, se puede poner en práctica con modificaciones adecuadas dentro del ámbito de las reivindicaciones adjuntas.

(Producción de telas no tejidas)

Se mezclaron con un mezclador disponible comercialmente un 40% en masa de fibras de carbono tipo PAN (fabricadas por Toray) que se obtienen al romper los haces de fibras de carbono y tienen una longitud promedio de fibra de 48 mm y un 60% en masa de polipropileno (fabricado por Daiwabo) que tienen una longitud promedio de fibra de 51 mm y un punto de fusión de 168°C, y luego las fibras mezcladas se dispusieron en hojas y laminaron por medio de una máquina de cardar disponible comercialmente para obtener una tela no tejida.

(Tratamiento por calor/presión)

La tela no tejida obtenida mediante el proceso mencionado anteriormente se alimentó a una máquina de prensado de cinta y se trató en un horno de calentamiento por infrarrojos disponible comercialmente para obtener una hoja preimpregnada. La hoja preimpregnada resultante es la presente invención. La hoja preimpregnada tenía un gramaje de 250 g/m2 y un espesor de 1,3 mm. El tratamiento se aplicó en condiciones en las que la temperatura de calentamiento fue de 240°C, el tiempo de calentamiento fue de 90 segundos y la presión fue de 1 MPa.

Para obtener un ejemplo comparativo, se entrelazó una tela no tejida preparada por el proceso mencionado anteriormente con una máquina punzonadora de agujas disponible comercialmente después de disposición en hojas y laminado, proceso en el cual la aguja perforaba en ambos lados de la hoja y la densidad de la aguja (el número de perforaciones con aguja por unidad de área de la tela no tejida) fue de 30 perforaciones/cm2. El método para obtener el ejemplo comparativo fue el mismo que el de la presente invención salvo por el proceso de punzonado con aguja.

(Tratamiento de premoldeo)

Se aplicó un tratamiento de premoldeo a las respectivas hojas preimpregnadas obtenidas mediante el proceso mencionado anteriormente mediante el tratamiento en un horno de calentamiento por infrarrojos disponible comercialmente en la condición en la que la temperatura de calentamiento fue de 240°C (igual al punto de fusión del polipropileno 72°C), y el tiempo de calentamiento fue de 90 segundos. A continuación, se contó a partir de la observación visual el número de marcas realizadas mediante punzonado con agujas por unidad de área en las hojas preimpregnadas tratadas. El número de marcas de la hoja preimpregnada de la presente invención y el ejemplo comparativo fueron 0 perforaciones/cm2 y 30 perforaciones/cm2 respectivamente.

(Observación de la hoja preimpregnada en una sección transversal antes/después del tratamiento de premoldeo)

Se observó una sección transversal de las hojas preimpregnadas obtenidas mediante el proceso mencionado anteriormente con un microscopio óptico (KEYENCE VHX-900), y se examinó el estado de entrelazamiento de las fibras de carbono con las fibras de resina termoplástica.

La Fig. 3 y la Fig. 4 son fotografías en sección transversal de la hoja preimpregnada de la presente invención y el ejemplo comparativo, respectivamente. (a) se tomó antes del tratamiento de premoldeo, y (b) se tomó después del tratamiento de premoldeo. La Fig. 5 es una fotografía en sección transversal ampliada de la hoja preimpregnada de la presente invención después del tratamiento de premoldeo (aumento de la lente: 30 veces, área de visión: 3 mm x 5 mm), mientras que la Fig. 6 es una fotografía en sección transversal ampliada de la hoja preimpregnada del ejemplo comparativo después del tratamiento de premoldeo (aumento de la lente: 30 veces, área de visión: 3 mm x 5 mm).

La Fig. 3 y la Fig. 5 muestran que las fibras en la sección transversal de la hoja preimpregnada de la presente invención no se entrelazaron en la dirección del espesor tanto antes como después del tratamiento de premoldeo. Por otro lado, la Fig. 4 y la Fig. 6 muestran que la hoja preimpregnada del ejemplo comparativo tenía fibras de carbono (ver flechas en la Fig. 6) que tenían un valor de desplazamiento de 1 mm o más en la sección transversal, donde el valor de desplazamiento era un espacio en la dirección del espesor entre una porción y otra porción de una fibra de carbono seleccionada de una de las fibras de carbono, lo que significaba que las fibras de carbono estaban entrelazadas con las fibras de resina termoplástica, y el entrelazado se mantenía después del tratamiento de premoldeo.

(Medición de la tasa aparente de cambio de espesor antes/después del tratamiento de premoldeo)

El espesor aparente de la hoja preimpregnada de la presente invención y la hoja preimpregnada del ejemplo comparativo antes/después del tratamiento de premoldeo se midieron por medio de un calibre disponible comercialmente para determinar la tasa aparente de cambio de espesor (tasa de expansión del espesor). La Tabla 1 muestra el resultado.

Tabla 1

antes del tratamiento: antes del tratamiento de premoldeo

después del tratamiento: después del tratamiento de premoldeo

(Examen de la densidad de las agujas)

Las hojas preimpregnadas se produjeron siguiendo el proceso para producir las telas no tejidas de la presente invención mencionado anteriormente, salvo que se varió la densidad de las agujas de las telas dispuestas en hojas y laminadas con una máquina punzonadora de agujas disponible comercialmente. Al analizar estas muestras, se examinó el efecto de la densidad de las agujas sobre la tasa de expansión del espesor de la hoja preimpregnada. La densidad de las agujas se determinó mediante las siguientes etapas: cortar con una navaja un trozo de la hoja preimpregnada tratada mediante punzonado con aguja predeterminado; observar la pieza con un microscopio óptico al igual que la observación de una sección transversal antes / después del tratamiento de premoldeo mencionado anteriormente; a partir de los resultados de la observación, contar el número de hilos de fibras de carbono, que una porción y otra porción del mismo hilo, tenían un espacio de 1 mm o más en la dirección del espesor en una sección transversal de la hoja preimpregnada.

La Fig. 7 es el resultado de la tasa de expansión del espesor asociada con una densidad de agujas variable. La Fig. 7 muestra que cuando la densidad de las agujas que era el número de punzonadas de la aguja que atravesaban la hoja por unidad de área (1 cm2) era de 0 a aproximadamente 5, la tasa de expansión del espesor era del 250% o menos, lo que significaba que se podía controlar la expansión después del tratamiento de premoldeo. Por otro lado, si la densidad de las agujas era superior a 5, la tasa de expansión era superior al 250%, lo que significaba que la expansión después del tratamiento de premoldeo no podía controlarse. Estos resultados muestran que, si la densidad de las marcas hechas por punzonado con agujas era de 5 perforaciones/cm2 o menos, la tasa de expansión del espesor era 250% o menos y se controlaba la expansión de las hojas preimpregnadas después del tratamiento de premoldeo. Además, se confirma que una tasa de expansión del espesor de la hoja preimpregnada con premoldeo que tiene aproximadamente 100 hilos/cm2 de fibras de carbono cuya parte y otra parte del mismo hilo tenían un espacio de 1 mm o más en la dirección del espesor en una sección transversal es 250% o menos, y en otras palabras, la expansión después del premoldeo podía controlarse simplemente igual que en las de la presente invención.

(Examen de espesor)

Las hojas preimpregnadas se produjeron siguiendo el proceso para producir las telas no tejidas de la presente invención mencionado anteriormente, salvo que cambiando a un espesor de 1,3 mm (el gramaje es constante). Al analizar estas muestras, se examinó el efecto del espesor de las hojas preimpregnadas sobre la tasa de expansión del espesor. La Fig. 8 es el resultado. La Fig. 8 muestra que, si se variaba el espesor de 0,5 a 2,0 mm, la tasa de expansión del espesor tendía a disminuir, pero era del 250% o menos en todo el intervalo, lo que significaba que la expansión después del premoldeo podía controlarse igual que en las de la presente invención.

(Examen de la longitud de la fibra)

Las hojas preimpregnadas se produjeron siguiendo el proceso para producir las telas no tejidas de la presente invención mencionado anteriormente, salvo que se cambió la longitud promedio de fibra de las fibras de carbono de desde 48 mm. Al analizar estas muestras, se examinó el efecto de la longitud de la fibra de las fibras de carbono sobre la tasa de expansión del espesor. La Fig. 9 es el resultado. La Fig.9 muestra que en cualquier caso donde la longitud promedio de fibra de las fibras de carbono era de 24, 48 y 70 mm, la tasa de expansión del espesor era 250% o menos, lo que significaba que la expansión después del premoldeo podía controlarse igual que las de la presente invención.

(Examen del tipo de fibra de resina termoplástica)

Se produjeron hojas preimpregnadas siguiendo el proceso para producir las telas no tejidas de la presente invención mencionado anteriormente, salvo que se cambió el tipo de fibra de resina termoplástica de polipropileno a poliamida. Al analizar estas muestras, se examinó el efecto del tipo de fibras de resina termoplástica sobre la tasa de expansión del espesor. La Fig. 10 es el resultado. La Fig. 10 muestra que cuando se usó poliamida, la tasa de expansión del espesor fue 250% o menos, casi la misma que cuando se usó polipropileno, lo que significaba que la expansión después del premoldeo podía controlarse igual que en las de la presente invención.

(Examen de la relación en masa de fibras de carbono y fibras de resina termoplástica)

Se produjeron hojas preimpregnadas siguiendo el proceso para producir las telas no tejidas de la presente invención mencionado anteriormente, salvo que variando la relación en masa de las fibras de carbono y las fibras de resina termoplástica. Al analizar estas muestras, se examinó el efecto de la relación en masa de las fibras de carbono y las fibras de resina termoplástica sobre la tasa de expansión del espesor. La Fig. 11 es el resultado. La Fig. 11 muestra que en el intervalo de relación en masa de 20:80 a 80:20 la tasa de expansión del espesor era 250% o menos, lo que significaba que la expansión después del premoldeo podía controlarse igual que en las de la presente invención.

Debido a que una hoja preimpregnada de la presente invención puede controlar su expansión en la dirección del espesor cuando se calienta en el proceso de producción, la hoja preimpregnada puede insertarse suavemente en un molde y dar los artículos moldeados deseados para la industria aeroespacial, la industria del automóvil, la industria del deporte y otros.

Explicación de los símbolos

1: hoja preimpregnada

2: haces de fibra de carbono

: fibras de carbono

: fibras de resina termoplástica

: tela no tejida

: horno de calentamiento por infrarrojos : prensa de cinta

Claims (5)

REIVINDICACIONES

1. Una hoja preimpregnada, que es un producto intermedio de artículos moldeados, que comprende una tela no tejida que comprende fibras de carbono y fibras de resina termoplástica, donde,

la hoja preimpregnada tiene una tasa de expansión del espesor de 250% o menos después de ser calentada durante 90 segundos a una temperatura del punto de fusión de las fibras de resina termoplástica hasta el punto de fusión 100°C,

donde la hoja preimpregnada tiene una densidad de marcas realizadas mediante punzonado con aguja de 3 perforaciones/cm2 o menos, donde la densidad de las marcas se determina de acuerdo con el método indicado en la descripción,

donde la hoja preimpregnada tiene un gramaje de 100 a 1500 g/m2 y un espesor de 0,5 a 6,0 mm, y donde las fibras de carbono tienen una longitud promedio de fibra de 15 a 100 mm, y las fibras de resina termoplástica tienen una longitud promedio de fibra de 25 a 100 mm.

2. La hoja preimpregnada de acuerdo con la reivindicación 1, donde la hoja preimpregnada tiene un gramaje de 250 a 1200 g/m2 y un espesor de 1,0 a 5,0 mm.

3. La hoja preimpregnada de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, donde la densidad de las fibras de carbono que tienen un valor de desplazamiento de 1 mm o más es de 100 hilos/cm2 o menos en una sección transversal de la hoja preimpregnada, donde el valor de desplazamiento es un espacio en la dirección del espesor entre una porción y otra porción de una fibra de carbono seleccionada de una de las fibras de carbono, y el valor de desplazamiento se determina de acuerdo con el método indicado en la descripción.

4. Hoja preimpregnada según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde las fibras de resina termoplástica están seleccionadas de fibras de polipropileno, fibras de poliamida, fibras de policarbonato, fibras de poli(sulfuro de fenileno) y fibras de polieterimida.

5. Hoja preimpregnada según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde las fibras de carbono y las fibras de resina termoplástica se mezclan en una relación en masa de 20:80 a 80:20.