ES2915845T3

ES2915845T3 - Métodos de producción de estructura

Info

Publication number: ES2915845T3
Application number: ES16878425T
Authority: ES
Inventors: Takashi Fujioka; Yoshiki Takebe; Masato Honma
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2015-12-25
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2022-06-27
Anticipated expiration: 2036-12-09
Also published as: US10882224B2; CN108472840B; JPWO2017110533A1; CN108472840A; KR102117241B1; TWI697398B; US20190299495A1; KR20180084955A; EP3395530A4; JP6197968B1; WO2017110533A1; EP3395530B1; EP3395530A1; TW201726360A

Abstract

Un método de fabricación de un material de estructura que comprende una resina termoplástica, fibras reforzadas y vacíos, comprendiendo el método: un primer proceso para disponer un precursor de estructura (2), que es una estera que comprende fibras reforzadas y una resina de matriz que comprende la resina termoplástica, en donde la estera que comprende fibras reforzadas se impregna con la resina de antemano, en un molde (3) con una temperatura superficial de 80 °C o menos; un segundo proceso para elevar la temperatura superficial del molde (3) hasta una temperatura a la que un módulo elástico de almacenamiento (G') del precursor de estructura (2) es inferior a 1,2 × 108 Pa; un tercer proceso para reducir la temperatura superficial del molde (3) hasta una temperatura a la que el módulo elástico de almacenamiento (G') del precursor de estructura (2) es 1,2 × 108 Pa o más; y un cuarto proceso para extraer el material de estructura obtenido después del final del tercer proceso del molde (3), en donde el módulo elástico de almacenamiento (G') se mide por análisis de viscoelasticidad dinámica en una muestra de 0,5 mm de espesor y 10 mm de ancho en condiciones de una tasa de aumento de la temperatura de 5 °C/minuto, una frecuencia de vibración de torsión de 0,5 Hz y una cantidad de deformación del 0,1 %.

Description

DESCRIPCIÓN

Métodos de producción de estructura

La presente invención se refiere a un método de fabricación de un material de estructura que incluye una resina, fibras reforzadas y vacíos.

Antecedentes

En los últimos años, las demandas del mercado de mejorar la rigidez y la ligereza están aumentando año tras año para los productos industriales, tales como los automóviles, los aviones y los productos deportivos. Para cumplir estas demandas, se usan mucho los plásticos reforzados con fibra de excelente rigidez y ligereza para diversos tipos de aplicaciones industriales. Entre ellos, para cumplir la ligereza, se estudian materiales de estructura que tienen vacíos y métodos para la fabricación de los mismos. Para hacer que los vacíos estén contenidos en un material de estructura, se está estudiando un método que usa un material de espumación y un método que logra la espumación usando un aparato a gran escala, por ejemplo (véase la Literatura de patentes 1, 2 y 3). Además, se conocen el moldeo a presión interna y el moldeo a presión externa como métodos de fabricación de un material de estructura con forma hueca (véase la Literatura de patentes 4). La Literatura de patentes 5 es un método de fabricación de una pieza de plástico que tiene una estructura de sándwich con un inserto de espuma que forma un núcleo estructural. Se disponen dos hojas de plástico reforzadas con fibra en un molde con un inserto de espuma entre ellas. Se cierra el molde, se aplica presión y temperatura para polimerizar el plástico y la pieza así obtenida se saca del molde. La presión puede ser inferior a 30 MPa cuando la densidad de la espuma es inferior a 0,2 g/cm3, o superior a 40 MPa para una densidad de espuma superior a 0,4 g/cm3. En la Literatura de patentes 6, el material de base reforzado con fibra (una tela textil de ligamento sarga impregnado con resina epoxi) se dispone en ambas superficies de un molde espumado en una cavidad del molde y se calienta hasta 145 °C durante 10 minutos. Después del enfriamiento, el cuerpo moldeado de espuma reforzada con fibra se saca del molde.

Literatura de patentes 1: JP H10-296772A; Literatura de patentes 2: JP 2012-136592A; Literatura de patentes 3: JP H06-134876A; Literatura de patentes 4: JP H06-105932A; Literatura de patentes 5: WO 2015/097403; y Literatura de patentes 6: JP 2015-030755A.

Problema técnico

Sin embargo, los materiales de estructura no contienen preferentemente material de espumación en vista del aumento de las características mecánicas y el uso de un aparato a gran escala aumenta los costes, por lo que no se prefiere. Mientras tanto, el moldeo a presión interna y el moldeo a presión externa requieren tiempo para su realización y también requieren una gran cantidad de materiales auxiliares, por lo que no se prefiere en vista de la productividad.

La presente invención se ha hecho en vista de los problemas anteriores, y un objetivo de la misma es proporcionar un método de fabricación de un material de estructura que pueda formar fácilmente una forma complicada y pueda fabricar un material de estructura de excelente ligereza y características mecánicas. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un método de fabricación de un material de estructura que pueda fabricar un material de estructura sin requerir altos costes.

Solución al problema

Un método de fabricación de un material de estructura según una primera realización de la presente invención es un método de fabricación de un material de estructura que incluye una resina termoplástica, fibras reforzadas y vacíos como se define en la reivindicación 1. El método incluye: un primer proceso para disponer un precursor de estructura que comprende la resina termoplástica y las fibras reforzadas en un molde con una temperatura superficial de 80 °C o menos; un segundo proceso para elevar la temperatura superficial del molde hasta una temperatura a la que un módulo elástico de almacenamiento (G') del precursor de estructura es inferior a 1,2 * 108 Pa; un tercer proceso para reducir la temperatura superficial del molde hasta una temperatura a la que el módulo elástico de almacenamiento (G') del precursor de estructura es 1,2 * 108 Pa o más; y un cuarto proceso para extraer el material de estructura obtenido después del final del tercer proceso del molde.

Un método de fabricación de un material de estructura según una segunda realización de la presente invención es un método de fabricación de un material de estructura que incluye una resina termoestable, fibras reforzadas y vacíos como se define en la reivindicación 2. El método incluye: un primer proceso para disponer un precursor de estructura que comprende la resina termoestable antes del endurecimiento y las fibras reforzadas en un molde con una temperatura superficial de 80 °C o menos; un segundo proceso para elevar la temperatura superficial del molde hasta una temperatura a la que un grado de curado del precursor de estructura es 10 % o más y 90 % o menos; un tercer proceso para mantener una forma hasta que el grado de curado del precursor de estructura sea superior al 90 %; y un cuarto proceso para extraer el material de estructura obtenido después del final del tercer proceso del molde. En el método de fabricación del material de estructura según la presente invención, el precursor de estructura comprende una estera que comprende fibras reforzadas y una resina de matriz que comprende o una resina termoestable o una resina termoplástica, y la estera que comprende fibras reforzadas se impregna con la resina de antemano. Las realizaciones de la invención pueden implicar las siguientes:

En el material de estructura según el primer modo de la presente invención, la tasa de llenado del precursor de estructura en el molde está dentro de un intervalo del 10 % o más y 80 % o menos de una cavidad del molde.

En el método según la presente invención, la fuerza de presurización al molde en el segundo proceso y el tercer proceso está dentro de un intervalo de 0 MPa o más y 5 MPa o menos.

En el método según la presente invención, el tamaño de la cavidad del molde no cambia antes ni después del moldeo.

En el método de fabricación del material de estructura según la presente invención, al menos uno de una composición de resina termoestable que contiene una resina termoestable y una composición de resina termoplástica que contiene una resina termoplástica está dispuesta sobre la superficie del material de estructura.

En el método de fabricación del material de estructura según la presente invención, el peso del molde es 30 kg o menos.

En el método de fabricación del material de estructura según la presente invención, el precursor de estructura contiene un agente de espumación.

En el método de fabricación del material de estructura según la presente invención, la estera que comprende las fibras reforzadas tiene una forma de tipo tela no tejida fabricada por cualquiera de un método de fabricación de papel en húmedo, un método de fabricación de papel en seco, un método de tendido al aire y un método de tejeduría.

En el método de fabricación del material de estructura según la presente invención, la resina de matriz en el precursor de estructura se suministra en cualquier forma de película, partículas, fibras y líquido.

En el método de fabricación del material de estructura según la presente invención, el primer proceso incluye un proceso para disponer el precursor de estructura fabricado en un cuerpo rectangular o enrollado en el molde.

En el método de fabricación del material de estructura según la presente invención, una forma del molde es columnar cilíndrica, columnar poligonal, tubular cilíndrica o tubular poligonal.

En el método de fabricación del material de estructura según la presente invención, una fuerza de presurización al molde en el segundo proceso y el tercer proceso es 0 MPa.

Efectos ventajosos de la invención

La presente invención puede proporcionar un método de fabricación de un material de estructura que puede fabricar un material de estructura de excelente ligereza y características mecánicas sin requerir altos costes. Además, la presente invención puede proporcionar un método que puede fabricar un material de estructura sin requerir altos costes.

Breve descripción de los dibujos

La FIG. 1 es un diagrama esquemático de un ejemplo de un estado de dispersión de fibras reforzadas en una estera reforzada con fibras usada en la presente invención.

La FIG. 2 es un diagrama esquemático de un ejemplo de un aparato para la fabricación de una estera reforzada con fibras.

La FIG. 3 es un diagrama esquemático para ilustrar un método de fabricación de un primer ejemplo.

La FIG. 4 es un diagrama esquemático para ilustrar un método de fabricación de un segundo ejemplo (A).

La FIG. 5 es un diagrama esquemático para ilustrar un método de fabricación de un tercer ejemplo (A). La FIG. 6 es un diagrama esquemático para ilustrar un método de fabricación de un cuarto ejemplo (A). La FIG. 7 es un diagrama esquemático para ilustrar un método de fabricación de un sexto ejemplo (A). La FIG. 8 es un diagrama esquemático para ilustrar un método de fabricación de un

séptimo ejemplo (A). La FIG. 9 es un diagrama esquemático para ilustrar un método de fabricación de un noveno ejemplo (A). La FIG. 10 es un diagrama esquemático para ilustrar un método de fabricación de un tercer ejemplo comparativo.

Descripción de realizaciones

Lo siguiente describe un método de fabricación de un material de estructura según la presente invención.

Un método de fabricación de un material de estructura según una primera realización de la presente invención es un método de fabricación de un material de estructura que incluye una resina termoplástica, fibras reforzadas y vacíos e incluye un primer proceso para disponer un precursor de estructura que incluye la resina termoplástica y las fibras reforzadas en un molde con una temperatura superficial de 80 °C o menos, un segundo proceso para elevar la temperatura superficial del molde hasta una temperatura a la que un módulo elástico de almacenamiento (G') del precursor de estructura es inferior a 1,2 * 108 Pa, un tercer proceso para reducir la temperatura superficial del molde hasta una temperatura a la que el módulo elástico de almacenamiento (G') del precursor de estructura es 1,2 * 108 Pa o más, y un cuarto proceso para extraer un material de estructura obtenido después del final del tercer proceso del molde.

Según este método de fabricación, en el primer proceso, un operario puede realizar fácilmente a mano el preformado sobre el molde a una baja temperatura, que puede hacer una forma complicada, y así se puede fabricar un material de estructura de excelente ligereza y características mecánicas. La temperatura superficial es más preferentemente 50 °C o menos. Cuando la temperatura superficial es 50 °C o menos, durante un proceso de fabricación, el primer proceso se puede realizar solo con un simple protector, y el precursor de estructura se puede preformar en una forma más fina, que es así deseable. En otras palabras, la eficiencia de trabajo aumenta espectacularmente. Esto también se prefiere en vista de reducir la posibilidad de que el operario pueda tener una quemadura a temperatura moderada o similares incluso si se prolonga el tiempo durante el que el precursor de estructura está dispuesto en el primer proceso.

En el segundo proceso, se requiere aumentar la temperatura superficial del molde hasta la temperatura a la que el módulo elástico de almacenamiento (G') del precursor de estructura sea inferior a 1,2 * 108 Pa. Específicamente, una temperatura de la temperatura de transición vítrea o la temperatura de cristalización del precursor de estructura o más puede estar dentro del intervalo anterior; el intervalo se puede lograr dando una temperatura que es superior al punto de fusión o el punto de reblandecimiento de precursor de estructura en 10 °C o más y es la temperatura de descomposición térmica del precursor de estructura o menos. Además, cuando el módulo elástico de almacenamiento (G') del precursor de estructura es 1,2 * 108 Pa o más en el segundo proceso, puede ser difícil el moldeo (formación de forma) en el molde.

En el tercer proceso, se requiere que la temperatura superficial del molde se reduzca hasta la temperatura a la que el módulo elástico de almacenamiento (G') del precursor de estructura sea 1,2 * 108 Pa o más. En vista de extraer el material de estructura del molde en el cuarto proceso después del tercer proceso, el módulo elástico de almacenamiento del precursor de estructura es preferentemente más alto; específicamente, la temperatura es preferentemente inferior al punto de fusión o el punto de reblandecimiento del precursor de estructura en 30 °C o más y preferentemente inferior a ella en 50 °C o más en vista de reducir un ciclo de moldeo.

Un método de fabricación de un material de estructura según un segundo realización de la presente invención es un método de fabricación de un material de estructura que incluye una resina termoestable, fibras reforzadas y vacíos, y es un método de fabricación de un material de estructura que incluye un primer proceso para disponer el precursor de estructura que incluye la resina termoestable antes del endurecimiento y las fibras reforzadas en un molde con una temperatura superficial de 80 °C o menos, un segundo proceso para elevar la temperatura superficial del molde hasta una temperatura a la que un grado de curado del precursor de estructura es del 10 % o más y del 90 % o menos, un tercer proceso para mantener una forma hasta que el grado de curado del precursor de estructura sea superior al 90 %, y un cuarto proceso para extraer un material de estructura obtenido después del final del tercer proceso del molde.

En el segundo proceso, se requiere que el grado de curado del precursor de estructura esté dentro de un intervalo del 10 % o más y del 90 % o menos. El grado de curado del precursor de estructura en el segundo proceso es preferentemente del 30 % o más y más preferentemente del 60 % o más en vista de la calidad superficial del material de estructura después de ser moldeado y las características mecánicas a obtener. Cuando el grado de curado supera el 90 %, el seguimiento de la forma puede ser escaso. Un método para medir el grado de curado del precursor de estructura se mide por un método que lo determina a partir de una temperatura de transición vítrea (en lo sucesivo, abreviada Tg). Específicamente, se mide una Tg más baja a partir de una Tg saturada de antemano, y se representa la diferencia de la Tg más baja de la Tg saturada como porcentaje. A continuación, la resina termoestable antes del endurecimiento se calienta para obtener una correlación entre la temperatura de calentamiento, el tiempo de calentamiento y Tg, y Tg puede ser interpolada de las condiciones de moldeo.

Además, se puede ejemplificar un método que determina un estado curado de un valor calorífico medido por DSC en el precursor de estructura. El valor calorífico del precursor de estructura se mide de antemano, y se puede determinar una tasa de reacción residual de la tasa del valor calorífico del precursor de estructura después de ser calentado, por ejemplo. Tg se puede medir por un calorímetro diferencial de barrido (DSC) conocido. El grado de curado del precursor de estructura en el tercer proceso también se puede medir de una manera similar.

Una tasa de llenado del precursor de estructura dentro del molde está deseablemente dentro de un intervalo del 10 % o más y del 80 % o menos de una cavidad del molde. En particular, la tasa de llenado es más deseablemente del 20 % o más y del 70 % o menos y además deseablemente del 30 % o más y del 60 % o menos. Cuando la tasa de llenado es inferior al 10 %, ocurre una desviación cuando está dispuesto el precursor de estructura, y es difícil obtener una forma deseada, que, por lo tanto, no es deseable. A diferencia, no es deseable una tasa de llenado superior al 80 % en vista de la ligereza, aunque se puede fabricar un material de estructura.

Una fuerza de presurización al molde en el segundo proceso y el tercer proceso está deseablemente dentro de un intervalo de 0 MPa o más y 5 MPa o menos. En particular, la fuerza de presurización es más deseablemente 3 MPa o menos. Cuando la fuerza de presurización es superior a 5 MPa, se requiere equipo a gran escala, tal como una máquina de compresión, y se requieren altos costes, que es, por lo tanto, no deseable. La fuerza de presurización al molde en el segundo proceso y el tercer proceso es particularmente deseablemente 0 MPa, por lo que se permite una eficiente producción a bajos costes. Los ejemplos de un método para hacer la fuerza de presurización 0 MPa incluyen un método que realiza el moldeo usando un molde continuo en el que se forma una cavidad por un método de corte de un nudo de metal o similares. Los ejemplos de los mismos incluyen un método que usa un molde que se puede dividir en dos o más para realizar el moldeo usando el molde fijado de antemano por pernos o similares en vista de facilitar la retirada en el cuarto proceso.

El tamaño de la cavidad del molde no cambia deseablemente antes ni después del moldeo. Que el tamaño de la cavidad del molde cambie antes y después del moldeo requiere un mecanismo que hace funcionar el molde y así requiere altos costes, que es, por lo tanto, no deseable. Para que el molde en el que el tamaño de la cavidad del molde no cambie antes ni después del moldeo, se usa preferentemente un molde continuo en el que se forma una cavidad por un método de corte de un nudo de metal o similares. En vista de facilitar la retirada en el cuarto proceso, se puede usar un molde que se puede dividir en dos o más; también se puede usar un molde que se puede fijar por pernos o similares.

Al menos cualquiera de una composición de resina termoestable que contiene una resina termoestable o una composición de resina termoplástica que contiene una resina termoplástica se dispone deseablemente sobre una superficie del material de estructura. Cuando está dispuesta sobre la superficie una composición de resina unidireccionalmente reforzada en la que las fibras reforzadas están dispuestas unidireccionalmente, se pueden mejorar las características mecánicas del material de estructura, por ejemplo. Mientras tanto, cuando una hoja de resina que incluye una composición de resina a la que se añaden pigmentos o partículas está dispuesta sobre la superficie, se puede mejorar la calidad visual o la textura del material de estructura.

El peso del molde es deseablemente 30 kg o menos. Cuando el peso del molde es superior a 30 kg, es difícil llevarlo a mano, que es, por lo tanto, no deseable. El peso del molde es más deseablemente 25 kg o menos y aún más deseablemente 20 kg o menos. Se prefiere usar un molde tan ligero ya que, cuando se mueve del primer proceso al segundo proceso y cuando se mueve del segundo proceso al tercer proceso, no se necesita maquinaria automatizada, tal como un robot o trabajo por una pluralidad de operarios, que puedan así cambiar fácilmente los sitios. El límite inferior del peso del molde no está limitado a un valor particular; en el método de fabricación de un material de estructura según la presente invención, no se prefiere un molde en vista de la productividad, que cambia su forma cuando el precursor de estructura está dispuesto en el primer proceso, por un cambio de temperatura del segundo proceso al tercer proceso, o en el trabajo de retirada en el cuarto proceso y se vuelve incapaz de obtener una forma objetivo a través de algunas veces de fabricación.

El precursor de estructura contiene deseablemente un agente de espumación. El material de estructura puede ser así espumado más fácilmente, que es, por lo tanto, deseable en vista de la reducción de peso. Además, se puede expresar la propiedad de alto moldeo para una forma de molde más fina. El agente de espumación incluye un agente de espumación físico que logra la espumación a través de la exposición del gas comprimido o un cambio físico de gas o similares y un agente de espumación químico que produce gas a través de la descomposición térmica o una reacción química. Entre ellos, el agente de espumación químico que produce gas nitrógeno o ácido carbónico gaseoso a través de la descomposición térmica se denomina un agente de espumación químico de tipo descomposición térmica. El agente de espumación químico de tipo descomposición térmica es un compuesto que es líquido o sólido a temperatura normal y es un compuesto que descompone o se gasifica cuando se calienta. El agente de espumación químico de tipo descomposición térmica no interfiere deseablemente sustancialmente con un proceso para la fabricación del precursor de estructura usado en el método de fabricación de un material de estructura según la presente invención; la temperatura de descomposición del agente de espumación químico de tipo descomposición térmica está preferentemente dentro de un intervalo de 180 °C a 250 °C. Los ejemplos de dicho agente de espumación de tipo descomposición térmica incluyen azodicarbonamida, azodicarboxilatos metálicos, dinitrosopentametilentetramina, N,N-dinitrosopentametilentetramina, 4,4-oxibis, bistetrazol diamonio.

El precursor de estructura incluye una estera que incluye fibras reforzadas y una resina de matriz que incluye o una resina termoestable o una resina termoplástica, y la estera que incluye fibras reforzadas se impregna con la resina de antemano. El uso de dicho precursor de estructura permite que se disponga fácilmente en el molde y permite el fácil preformado incluso para una forma complicada en el primer proceso. La estera que incluye fibras reforzadas tiene deseablemente una forma de tipo tela no tejida fabricada por cualquiera de un método de fabricación de papel en húmedo, un método de fabricación de papel en seco, un método de tendido al aire y un método de tejeduría. Las fibras reforzadas tienen deseablemente la forma de tipo tela no tejida en vista de la facilidad de impregnación de la resina en las fibras reforzadas. Además, las fibras reforzadas tienen la forma de tipo tela no tejida, por lo que además de la facilidad de manejabilidad de la tela no tejida en sí, la impregnación se puede facilitar incluso en el caso de resinas termoplásticas que, en general, tienen alta viscosidad, que es, por lo tanto, deseable. Además, el uso de dicho precursor de estructura que incluye las fibras reforzadas de tipo tela no tejida puede obtener fácilmente un material de estructura ligera y de excelentes características mecánicas. En la presente invención, la resina termoestable y la resina termoplástica se pueden combinar entre sí; en ese caso, un componente con una cantidad que supera el 50 % en masa de los componentes contenidos en la resina es el nombre de la resina.

La resina de matriz en el precursor de estructura se suministra deseablemente en cualquier forma de película, partículas, fibras y líquido. Con esta forma, la estera que incluye fibras reforzadas puede ser fácilmente impregnada con la resina.

El primer proceso incluye deseablemente un proceso para disponer el precursor de estructura transformado en un cuerpo rectangular o enrollado en el molde. El precursor de estructura se transforma en un cuerpo rectangular, por lo que el precursor de estructura puede ser fácilmente dispuesto incluso en un molde con una forma fina. El precursor de estructura se transforma en un cuerpo enrollado, por lo que se puede aumentar la isotropía del material de estructura.

La forma del molde es deseablemente columnar cilíndrica, columnar poligonal, tubular cilíndrica o tubular poligonal. Con esta forma, se pueden formar fácilmente formas que han requerido tiempo para el preformado y que también han requerido muchos materiales auxiliares.

El precursor de estructura del material de estructura usado en el método de fabricación según la presente invención incluye resina y fibras reforzadas. En un modo de la presente invención, la resina contiene deseablemente al menos una resina termoplástica. Los ejemplos de la resina termoplástica incluyen resinas termoplásticas seleccionadas de plásticos cristalinos, tales como "poliésteres tales como poli(tereftalato de etileno) (PET), poli(tereftalato de butileno) (PBT), poli(tereftalato de trimetileno) (PTT), poli(naftalato de etileno) (PEN) y poliésteres de cristal líquido; poliolefinas, tales como polietileno (PE), polipropileno (PP) y polibutileno; polioximetileno (POM), poliamida (PA) y poli(sulfuros de arileno), tales como poli(sulfuro de fenileno) (PPS); policetona (PK), poliéter cetona (PEK), poliéter éter cetona (PEEK), poliéter cetona (PEKK), poliéter nitrilo (PEN) y resinas basadas en flúor, tales como politetrafluoroetileno; y polímeros de cristal líquido (LCP)", plásticos amorfos, tales como "resinas basadas en estireno, policarbonato (PC), poli(metacrilato de metilo) (PMMA), poli(cloruro de vinilo) (PVC), éter de polifenileno (PPE), poliimida (PI), poliamidaimida (PAI), poliéterimida (PEI), polisulfona (PSU), poliéter sulfona y poliarilato (PAR)", resinas basadas en fenol, resinas fenoxi, resinas basadas en poliestireno, basadas en poliolefina, basadas en poliuretano, basadas en poliéster, basadas en poliamida, basadas en polibutadieno, basadas en poliisopreno y basadas en flúor, elastómeros basados en acrilonitrilo y otros termoplásticos, y copolímeros y modificadas de estos. Entre ellos, se usa deseablemente la poliolefina en vista de la ligereza de un material de estructura obtenido, se usa deseablemente la poliamida en vista de la resistencia de la misma, se usan deseablemente plásticos amorfos, tales como resinas basada en policarbonato y en estireno, en vista del aspecto superficial del mismo, se usan deseablemente poli(sulfuros de arileno) en vista de la resistencia al calor, se usa deseablemente poliéter éter cetona en vista de la temperatura de uso continua de la misma, y se usan deseablemente resinas basadas en flúor en vista de la resistencia a productos químicos de las mismas.

En un modo de la presente invención, la resina contiene deseablemente al menos una resina termoestable. Los ejemplos de la resina termoestable incluyen poliésteres insaturados, ésteres vinílicos, resinas epoxi, resinas de fenol, resinas de urea, resinas de melamina, poliimidas termoestables, copolímeros y modificados de estos, y resinas obtenidas mezclando al menos dos de estos. En el material de estructura o el precursor de estructura según la presente invención, la resina puede contener mejoradores de la resistencia al impacto, tales como componentes de elastómero y de caucho, y otras cargas y aditivos hasta el punto que los objetos de la presente invención no se alteren. Los ejemplos de cargas y aditivos incluyen cargas inorgánicas, retardantes de la llama, agentes que confieren conductividad, nucleadores, absorbentes de ultravioleta, antioxidantes, materiales amortiguadores, agentes antibacterianos, repelentes de insectos, desodorantes, agentes anticolorantes, estabilizadores térmicos, agentes de desmoldeo, agentes antiestáticos, plastificantes, lubricantes, colorantes, pigmentos, tintes, agentes de espumación, antiespumantes y agentes de acoplamiento.

Los ejemplos de las fibras reforzadas incluyen fibras metálicas formadas de aluminio, latón, acero inoxidable y similares, fibras de carbono basadas en poliacrilonitrilo (PAN), basadas en rayón, basadas en lignina y basadas en alquitrán, fibras de grafito, fibras aislantes formadas de vidrio y similares, fibras orgánicas formadas de aramida, fenilenbenzobisoxazol (PBO), poli(sulfuro de fenileno), poliéster, acrílico, nailon, polietileno y similares, y fibras inorgánicas formadas de carburo de silicio, nitruro de silicio y similares. El tratamiento superficial se puede aplicar a estas fibras. Los ejemplos de tratamiento superficial incluyen tratamiento de recubrimiento con metal como conductor, tratamiento con agentes de acoplamiento, tratamiento con agentes de encolado, tratamiento con aglutinantes y tratamiento de adherencia para aditivos. Una de estas fibras se puede usar sola, o dos o más de ellas se pueden usar en combinación. Entre ellas, las fibras de carbono basadas en PAN, basadas en alquitrán y basadas en rayón, que son excelentes en resistencia específica y rigidez específica, se usan deseablemente en vista de un efecto de reducción de peso. Se usan deseablemente fibras de vidrio en vista del aumento de la economía del material de estructura obtenido; se usan deseablemente las fibras de carbono y las fibras de vidrio en combinación en vista de un equilibrio entre las características mecánicas y la economía en particular. Además, se usan deseablemente las fibras de aramida en vista de aumentar la absorción del impacto y la propiedad de moldeo del material de estructura obtenido; se usan deseablemente fibras de carbono y fibras de aramida en combinación en vista de un equilibrio entre características mecánicas y absorción del impacto en particular. Las fibras reforzadas recubiertas con metal, tales como níquel, cobre o iterbio, también se pueden usar en vista de aumentar la conductividad del material de estructura obtenido. Entre ellas, se usan más deseablemente las fibras de carbono basadas en PAN, que son excelentes en resistencia y características mecánicas, tales como el módulo.

Las fibras reforzadas son deseablemente discontinuas y están dispersadas en una forma de casi monofilamento y en un modo aleatorio. Las fibras reforzadas se preparan de tal forma que cuando un precursor de estructura o material de estructura en forma de hoja se moldee aplicando fuerza externa, se facilita el moldeo en una forma compleja. Además, las fibras reforzadas se preparan de tal forma que los vacíos formados por las fibras reforzadas se vuelvan finos, y se puedan minimizar partes débiles en los extremos del haz de fibras de las fibras reforzadas en el material de estructura, y así se proporciona isotropía, además de excelente eficiencia de refuerzo y fiabilidad. El casi monofilamento indica que un único hilo de fibra reforzada está presente como menos de 500 hebras de denier fino. Las fibras reforzadas están más deseablemente dispersadas en una forma de monofilamento.

Estando dispersas en una forma de casi monofilamento o forma de monofilamento indica que, para una fibra reforzada libremente seleccionada en el material de estructura, la tasa de filamentos individuales que tienen un ángulo de contacto bidimensional de 1° o más (en lo sucesivo, también denominado una tasa de dispersión de fibras) es del 80 % o más o, en otras palabras, que un haz en el que dos o más filamentos individuales en el material de estructura están en contacto entre sí para ser paralelos entre sí es inferior al 20 %. Por consiguiente, la fracción másica de un haz de fibras con un número de filamentos de 100 o menos al menos en las fibras reforzadas corresponde particularmente preferentemente al 100 %.

El ángulo de contacto bidimensional se refiere a un ángulo formado por un filamento individual y un filamento individual que está en contacto con este filamento individual en el caso de fibras reforzadas discontinuas y se define como un ángulo en un lado de ángulo agudo dentro de un intervalo de 0° o más y 90° o menos de ángulos formados por los filamentos individuales que están en contacto entre sí. Lo siguiente describe aún más este ángulo de contacto bidimensional con referencia a un dibujo. La FIG. 1 es un diagrama esquemático de un ejemplo de un estado de dispersión de las fibras reforzadas en una estera reforzada con fibras cuando se observa en una dirección plana (FIG. 1(a)) y una dirección de espesor (FIG. 1(b)). Con referencia a un filamento individual 1a, el filamento individual 1a se observa que cruza filamentos individuales 1b a 1f en la FIG. 1(a), mientras que el filamento individual 1a no está en contacto con los filamentos individuales 1e y 1f en la FIG. 1(b). En este caso, los filamentos individuales 1b a 1d son objetos para los que el ángulo de contacto bidimensional se evalúa para el filamento individual 1a como referencia; el ángulo de contacto bidimensional es un ángulo A en el lado del ángulo agudo dentro de un intervalo de 0° o más y 90° o menos de los dos ángulos formados por los dos filamentos individuales que están en contacto entre sí.

Un método de medición del ángulo de contacto bidimensional no se limita a un método particular; por ejemplo, se puede ejemplificar un método que observa la orientación de las fibras reforzadas desde una superficie del material de estructura. En este caso, la superficie del material de estructura se pule para exponer las fibras reforzadas, por lo que las fibras reforzadas son más fáciles de observar. Otro ejemplo que se puede ejemplificar es un método que realiza una observación por transmisión por tomografía computerizada (TC) de rayos X para tomar una imagen de orientación de las fibras reforzadas. Para las fibras reforzadas que tienen alta transmisividad de rayos X, se mezclan las fibras para una trazador en las fibras reforzadas, o se aplica un producto químico para un trazador a las fibras reforzadas, por lo que las fibras reforzadas son más fáciles de observar, que es, por lo tanto, deseable. Cuando la medición es difícil por los métodos, se puede ejemplificar un método que pone el material de estructura en un entorno de alta temperatura, tal como una estufa para quemar un componente de resina y luego observar la orientación de las fibras reforzadas de las fibras reforzadas que han sido sacadas usando un microscopio óptico o un microscopio electrónico.

La tasa de dispersión de fibras se mide por el siguiente procedimiento basado en el método de observación descrito anteriormente. Específicamente, el ángulo de contacto bidimensional se mide para todos los filamentos individuales (los filamentos individuales 1b a 1d en la FIG. 1) que están en contacto con un filamento individual seleccionado al azar (el filamento señal 1a en la FIG. 1). Esta medición se realiza para 100 filamentos individuales, y se calcula una tasa a partir de la relación entre el número de filamentos señal que tienen un ángulo de contacto bidimensional de 1° o más y el número total de todos los filamentos individuales para los que se mide el ángulo de contacto bidimensional.

Además, las fibras reforzadas se dispersan particularmente deseablemente en un modo al azar. Fibras reforzadas que se dispersan en un modo al azar se refiere al hecho de que la media aritmética de un ángulo orientado bidimensional de una fibra reforzada libremente seleccionada en el material de estructura está dentro de un intervalo de 30° o más y 60° o menos. El ángulo orientado bidimensional se refiere a un ángulo formado por un filamento individual de la fibra reforzada y un filamento individual que cruza este filamento individual y se define como un ángulo sobre un lado de ángulo agudo dentro de un intervalo de 0° o más y 90° o menos de ángulos formados por los filamentos individuales que se cruzan entre sí.

Lo siguiente describe aún más este ángulo orientado bidimensional con referencia a un dibujo. En la FIG. 1(a) y (b), con referencia al filamento individual 1a, el filamento individual 1a cruza los otros filamentos individuales 1b a 1f. El cruce significa un estado en el que un filamento individual como referencia se observa que cruza otros filamentos individuales en un plano bidimensional observado, no requiere necesariamente que el filamento individual 1a y los filamentos individuales 1b a 1f estén en contacto entre sí, y no excluye un estado en el que el filamento individual 1a se observa que cruza los filamentos individuales 1b a 1f cuando se observa en un modo proyectado. En otras palabras, centrándose en el filamento individual 1a como referencia, todos los filamentos individuales 1b a 1f son objetos para los que se evalúa el ángulo orientado bidimensional; en la FIG. 1(a), el ángulo orientado bidimensional es el ángulo A en el lado de ángulo agudo dentro de un intervalo de 0° o más y 90° o menos de los dos ángulos formados por los dos filamentos individuales que se cruzan.

Un método para medir el ángulo orientado bidimensional no se limita a un método particular; se puede ejemplificar un método que observa la orientación de las fibras reforzadas desde una superficie del elemento de estructura, por ejemplo, para el que se puede emplear medios similares al método para medir el ángulo de contacto bidimensional descrito anteriormente. La media del ángulo orientado bidimensional se mide por el siguiente procedimiento. Específicamente, la media del ángulo orientado bidimensional se mide para todos los filamentos individuales (los filamentos individuales 1b a 1f en la FIG. 1) que cruzan un filamento individual seleccionado al azar (el filamento señal 1a en la FIG. 1). Cuando hay un gran número de otros filamentos individuales que cruzan un filamento individual, por ejemplo, se puede sustituir una media aritmética medida seleccionando otros 20 filamentos individuales que se cruzan al azar. Esta medición se repite un total de cinco veces con referencia a otros filamentos individuales, y su media aritmética se calcula como la media aritmética del ángulo orientado bidimensional.

Las fibras reforzadas se dispersan en una forma de casi monofilamento y en un modo al azar, por lo que el rendimiento proporcionado por las fibras reforzadas dispersadas en una forma de casi monofilamento descrita anteriormente se puede aumentar al máximo. Además, se puede conferir isotropía a las características mecánicas del material de estructura. En vista de lo anterior, la tasa de dispersión de fibras de las fibras reforzadas es deseablemente del 90% o más y más deseablemente más próxima al 100%. La media aritmética del ángulo orientado bidimensional de las fibras reforzadas está deseablemente dentro de un intervalo de 40° o más y 50° o menos y más deseablemente más próximo a 45°, que es un ángulo ideal.

Los ejemplos de las fibras reforzadas que no tienen una forma de tela no tejida incluyen un sustrato de hoja, un sustrato de tela tejida y un sustrato no corrugado en el que las fibras reforzadas están dispuestas en una dirección. Estas formas disponen las fibras reforzadas regularmente y de forma densa, y así existen pocos vacíos en el material de estructura, que dificulta extremadamente la impregnación de la resina y puede formar una parte no impregnada, o restringe significativamente alternativas sobre medios de impregnación y/o tipo de resina.

La forma de las fibras reforzadas puede ser cualquiera de una fibra reforzada continua que tiene una longitud similar a la del material de estructura y una fibra reforzada discontinua con una longitud finita cortada en una cierta longitud; es deseablemente una fibra reforzada discontinua en vista de impregnar fácilmente las fibras reforzadas con la resina o de ser capaz de ajustar fácilmente la cantidad de la resina.

Lo más largo de la longitud de fibra media másica de las fibras reforzadas está deseablemente dentro de un intervalo de 1 mm o más y 15 mm o menos. Con esta longitud, la eficiencia de refuerzo de las fibras reforzadas se puede aumentar, y así se pueden conferir excelentes características mecánicas al material de estructura. Cuando lo más largo de la longitud de fibra media másica de las fibras reforzadas es inferior a 1 mm, los vacíos dentro del material de estructura son incapaces de formarse eficientemente, y la gravedad específica puede aumentar; en otras palabras, es difícil obtener el material de estructura con un espesor deseado incluso con la misma masa, que es, por lo tanto, no deseable. A diferencia, cuando lo más largo de la longitud de fibra media másica de las fibras reforzadas es más largo de 15 mm, es probable que las fibras reforzadas se doblen por su propio peso dentro del material de estructura haciendo que se impida la expresión de características mecánicas, que es, por lo tanto, no deseable. El componente de resina del material de estructura se retira por un método, tal como combustión o eluyendo, se seleccionan 400 fibras reforzadas restantes al azar y se miden sus longitudes hasta 10 pm; lo más largo de la longitud de fibra media másica se puede calcular como la longitud media de la misma. El contenido de volumen de las fibras reforzadas en el precursor de estructura está deseablemente dentro de un intervalo del 5 % en volumen o más y del 90 % en volumen o menos y está más deseablemente dentro de un intervalo del 10 % en volumen o más y del 80 % en volumen o menos. El método de fabricación según la presente invención puede obtener el material de estructura que tiene altas características mecánicas y que tiene excelente ligereza usando el precursor de estructura que incluye dicha composición.

Los vacíos en la presente invención indican cada uno un espacio formado por las fibras reforzadas recubiertas con la resina que sirve de soportes columnares y que se solapan entre sí o se cruzan entre sí. Cuando un precursor de estructura, en el que las fibras reforzadas se impregnan con la resina de antemano, se calienta hasta obtener un material de estructura, por ejemplo, la fusión o el reblandecimiento de la resina junto con el calentamiento eleva las fibras reforzadas para formar los vacíos. Este fenómeno se basa en la propiedad de que las fibras reforzadas en el interior del precursor de estructura en un estado comprimido por presurización se elevan por una fuerza de ascenso del aire causada por su módulo. El contenido de los vacíos en el material de estructura está dentro de un intervalo del 10 % en volumen o más y del 99 % en volumen o menos. Cuando el contenido de los vacíos es inferior al 10 % en volumen, la gravedad específica del material de estructura es alta, y la ligereza no se satisface, que es, por lo tanto, no deseable. A diferencia, cuando el contenido de los vacíos es superior al 99 % en volumen o, en otras palabras, el espesor de la resina recubierta alrededor de las fibras reforzadas es pequeño, y el refuerzo de las fibras reforzadas en el material de estructura no se realiza suficientemente para reducir las características mecánicas, que es, por lo tanto, no deseable. El límite superior del contenido de vacíos es deseablemente del 97 % en volumen. En la presente invención, como contenido de volumen, la suma de los contenidos de volumen respectivos de la resina, las fibras reforzadas y los vacíos incluidos en el material de estructura se define como el 100 % en volumen.

El módulo de flexión específico del material de estructura representado como Ec1/3p-1 está dentro de un intervalo de 3 o más y 20 o menos, donde el módulo de flexión del material de estructura que se obtiene por el método de fabricación según la presente invención es Ec y la gravedad específica del material de estructura es p. Cuando el módulo de flexión específico del material de estructura es inferior a 3, aunque el módulo de flexión sea alto, la gravedad específica también es alta, y se es incapaz de obtener un efecto de reducción del peso deseado, que es, por lo tanto, no deseable. A diferencia, cuando el módulo de flexión específico del material de estructura es superior a 20, se indica que el módulo de flexión es bajo, aunque el efecto de reducción del peso sea suficiente; es difícil mantener una forma deseada, ya que el material de estructura, y el módulo de flexión del material de estructura en sí, es escaso, que es, por lo tanto, no deseable. El módulo de flexión específico de materiales de acero y aluminio es en general 1,5 o menos; se logra la región del módulo de flexión específico extremadamente excelente en comparación con estos materiales metálicos. Además, el módulo de flexión específico del material de estructura es 3 o más, superando 2,3, que es un módulo de flexión específico general de materiales compuestos de plástico reforzados con fibra de carbono que llaman la atención por su efecto de reducción del peso, y aún más deseable 5 o más.

El módulo de flexión Ec del material de estructura puede ser 3 GPa o más y deseablemente 6 GPa o más. Cuando el módulo de flexión Ec del material de estructura es inferior a 3 GPa, el intervalo de uso como el material de estructura está limitado, que es, por lo tanto, no deseable. Además, para facilitar el diseño del material de estructura, el módulo de flexión tiene deseablemente isotropía. El límite superior del módulo de flexión no está limitado; en un material de estructura formado en general de fibras reforzadas y una resina, un valor calculado de los módulos respectivos de las fibras reforzadas y la resina como sus componentes puede ser el límite superior. En el material de estructura según la presente invención, tanto cuando el material de estructura se usa solo como cuando se usa en combinación con otro miembro, se diseña un miembro usando el módulo de flexión del material de estructura en sí; 50 GPa es suficiente para uso práctico.

La gravedad específica p del material de estructura es deseablemente 0,9 g/cm3 o menos. Cuando la gravedad específica p del material de estructura es superior a 0,9 g/cm3, que significa que aumenta la masa como material de la estructura, da como resultado un aumento en la masa cuando se transforma en un producto, que es, por lo tanto, no deseable. El límite inferior de la gravedad específica no está limitado; en un material de estructura formado de fibras reforzadas y una resina en general, un valor calculado de las relaciones de volumen respectivas de las fibras reforzadas, la resina y los vacíos como sus componentes puede ser el límite inferior. En el material de estructura según la presente invención, tanto cuando el material de estructura se usa solo como cuando se usa en combinación con otro miembro, la gravedad específica del material de estructura en sí es deseablemente 0,03 g/cm3 o más en vista de mantener las características mecánicas del material de estructura, aunque varía dependiendo de las fibras reforzadas y la resina usada.

La porosidad de partes dentro del 30 % con respecto a la posición del punto central en la dirección del espesor desde las superficies del material de estructura está deseablemente dentro de un intervalo del 0 % en volumen o más e inferior al 10 % en volumen, y la porosidad de una parte residual está deseablemente dentro de un intervalo del 10 % en volumen o más y del 99 % en volumen o menos. Una porosidad más pequeña proporciona excelentes características mecánicas, mientras que una porosidad más grande proporciona excelente ligereza. En otras palabras, cuando el material de estructura se forma de un material de la misma composición, la porosidad de las partes dentro del 30 % con respecto a la posición del punto central en la dirección del espesor desde las superficies del material de estructura es del 0 % en volumen o más e inferior al 10 % en volumen, por lo que se garantizan las características mecánicas del material de estructura, y la porosidad de la parte residual está dentro de un intervalo del 10 % en volumen o más y del 99 % en volumen o menos, por lo que se cumple la ligereza, que es, por lo tanto, deseable.

El espesor del material de estructura en la presente invención se puede determinar por la distancia más corta que conecta un punto en una superficie y una superficie en la parte posterior de la misma para la que se desea determinar el espesor. El punto central en la dirección del espesor significa un punto intermedio en el espesor del material de estructura. Las partes dentro del 30 % con respecto a la posición del punto central en la dirección del espesor desde las superficies del material de estructura significa partes que contienen hasta el 30 % de distancia desde las superficies del material de estructura cuando la distancia desde las superficies del material de estructura a su punto central en la dirección del espesor es del 100 %. La parte residual significa una parte residual después de retirar una parte dentro del 30 % con respecto a la posición del punto central en la dirección del espesor desde una superficie del material de estructura y una parte dentro del 30 % con respecto a la posición del punto central en la dirección del espesor desde la otra superficie. Partes dentro del 30 % con respecto a la posición del punto central en la dirección del espesor desde las superficies del material de estructura y una parte residual pueden estar presentes en diferentes posiciones en la dirección del espesor del material de estructura o presentes en diferentes posiciones en la dirección plana del mismo.

Las fibras reforzadas en la presente invención tienen deseablemente una forma de tipo tela no tejida en vista de la facilidad de impregnación de la resina en las fibras reforzadas. Además, las fibras reforzadas tienen una forma de tipo tela no tejida, por lo que además de la fácil manejabilidad de la tela no tejida en sí, la impregnación se puede facilitar incluso en el caso de resinas termoplásticas, que, en general, tienen alta viscosidad, que es, por lo tanto, deseable. La forma de tipo tela no tejida indica una forma en la que hebras y/o monofilamentos de las fibras reforzadas se dispersan irregularmente en una forma plana; ejemplos de la cual incluyen una estera de hebras cortadas, una estera de hebras continuas, una estera de fabricación de papel, una estera de cardado y una estera tendida al aire (en lo sucesivo, denominada conjuntamente una estera reforzada con fibras).

Los ejemplos de un método de fabricación de la estera reforzada con fibras incluida en el material de estructura incluyen un método de fabricación de la estera reforzada con fibras dispersando las fibras reforzadas en una hebra y/o una forma de casi monofilamento de antemano. Los ejemplos del método de fabricación de la estera reforzada con fibras incluyen un proceso en seco, tal como un método de tendido al aire que dispersa las fibras reforzadas para formar una hoja con un flujo de aire y un método de cardado que forma las fibras reforzadas mientras que las carda mecánicamente para formar una hoja y un proceso en húmedo por el método de Radright que agita las fibras reforzadas en el agua para fabricar papel como técnicas conocidas. Los ejemplos de medios para la fabricación de fibras reforzadas más próximas a una forma de monofilamento incluyen en el proceso en seco un método que proporciona barras de apertura de fibras, un método que vibra las barras de apertura de fibras, un método que hace mallas de una carda más fina y un método que ajusta la velocidad de rotación de una carda. Los ejemplos de los mismos incluyen en el proceso en húmedo un método que ajusta la condición de agitación de las fibras reforzadas, un método que diluye una concentración de fibra reforzada de una dispersión, un método que ajusta la viscosidad de una dispersión y un método que inhibe un remolino cuando se transfiere una dispersión. En particular, la estera reforzada con fibras se fabrica deseablemente por el método en húmedo, y la concentración de fibras cargadas es elevada o el caudal (flujo) de una dispersión y la velocidad de una cinta transportadora de malla se ajustan, por lo que la tasa de las fibras reforzadas en la estera reforzada con fibras puede ser ajustada fácilmente. La velocidad de la cinta transportadora de malla disminuye con respecto al caudal de la dispersión, por lo que la orientación de fibras en una estera reforzada con fibras obtenida es difícil de ser dirigida a una dirección de entrada, y se puede fabricar, por ejemplo, una estera reforzada con fibras voluminosa. La estera reforzada con fibras se puede formar de las fibras reforzadas solas. Las fibras reforzadas se pueden mezclar con un componente de resina de matriz en una forma en polvo o una forma fibrosa. Las fibras reforzadas se pueden mezclar con compuestos orgánicos o compuestos inorgánicos. Las fibras reforzadas se pueden unir entre sí con un componente de resina.

Además, la estera reforzada con fibras se impregna con la resina de antemano para formar un precursor de estructura. En el caso de partículas y fibras, por ejemplo, la resina se mezcla simultáneamente con las fibras reforzadas cuando la estera que incluye fibras reforzadas se fabrica para permitir que se forme una forma de tipo tela no tejida. En el caso de líquido, la estera que incluye fibras reforzadas se sumerge en el líquido, o el líquido se vierte, por lo que las fibras reforzadas se pueden impregnar con la resina. En el caso de película, la estera que incluye fibras reforzadas es laminada sobre la película o se dispone de manera que la sujete desde ambos lados, por lo que se puede mejorar la manejabilidad. Para un método de fabricación del precursor de estructura según la presente invención, en vista de la facilidad de fabricación se usa deseablemente un método que aplica presión a la estera reforzada con fibras con la resina que está en un estado calentado a una temperatura que funde o que reblandece o más para impregnar la estera reforzada con fibras con la misma. Específicamente, se puede ejemplificar deseablemente un método que funde-impregna la estera reforzada con fibras con un laminado que dispone la resina desde ambos lados en la dirección del espesor.

Para el equipo para implementar los métodos, se puede usar adecuadamente una máquina de moldeo por compresión o una prensa de doble correa. La primera es para un tipo discontinuo; un sistema de prensa de tipo intermitente que dispone dos o más máquinas para calentar y enfriar en línea puede mejorar la productividad. La última es para un tipo continuo, que puede realizar fácilmente el procesamiento continuo y, por lo tanto, es excelente en productividad continua.

Los ejemplos de la estera reforzada con fibras que no tiene una forma de tela no tejida incluyen un sustrato de hoja, un sustrato de tela tejida y un sustrato no corrugado en el que las fibras reforzadas están dispuestas en una dirección. Estas formas disponen las fibras reforzadas regularmente y de forma densa, y, por lo tanto, hay pocos vacíos en la estera reforzada con fibras, y la resina termoplástica no forma una estructura de anclaje suficiente, y, por lo tanto, cuando se transforma en una capa formadora de núcleo, disminuye la capacidad de unión. Además, cuando la resina es una resina termoplástica, la impregnación es extremadamente difícil, que forma una parte no impregnada o restringe significativamente alternativas sobre los medios de impregnación o el tipo de resina.

En cuanto a la composición de resina termoestable que contiene una resina termoestable y la composición de resina termoplástica que contiene una resina termoplástica dispuesta sobre la superficie del material de estructura obtenido por el método de fabricación de la presente invención, los ejemplos de las funciones que se van a conferir al material de estructura incluyen calidad visual, tal como coloración, una sensación de perla y una sensación metálica, protección de ondas electromagnéticas, conductividad, retardo del fuego, alterabilidad a la intemperie y alta rigidez. Cuando la alta rigidez es un objetivo, por ejemplo, se puede disponer sobre la superficie un material de hoja intermedio en el que las fibras reforzadas en una forma continua se impregnan con la resina. Las fibras reforzadas en una forma continua son continuas con una longitud de 100 mm o más al menos en una dirección; muchas están dispuestas en una dirección para formar un agregado, o lo que se denomina un haz de fibras reforzadas, que es continuo a través de la longitud entera del material de estructura. Los ejemplos de la forma del material de hoja intermedio formado de las fibras reforzadas en una forma continua incluyen una tela tejida que incluye haces de fibras reforzadas formados de muchas fibras reforzadas en una forma continua, un haz de fibras reforzadas en el que muchas fibras reforzadas en una forma continua están dispuestos en una dirección (un haz de fibras unidireccionales) y una tela tejida unidireccional que incluye este haz de fibras unidireccionales. Las fibras reforzadas pueden incluir una pluralidad de haces de fibras de la misma forma o incluir una pluralidad de haces de fibra de diferentes formas. El número de las fibras reforzadas incluidas en un haz de fibras reforzadas es normalmente de 300 a 48.000; en vista de la fabricación de materiales preimpregnados y la fabricación de telas tejidas, el número es deseablemente de 300 a 24.000 y más deseablemente de 1.000 a 12.000.

Cuando se proporciona calidad visual, los ejemplos incluyen pigmentos, perlas de vidrio, o similares, como aditivos sólidos amasados en la resina. Los ejemplos de aditivos sólidos incluyen pigmentos orgánicos, tales como pigmentos azo y azul de ftalocianina, pigmentos metálicos que contienen polvo metálico de aluminio, latón y similares, y pigmentos inorgánicos, tales como óxido de cromo y azul de cobalto. Entre ellos, se prefieren los pigmentos metálicos y los pigmentos inorgánicos, en vista de la resistencia al calor. Cuando las fibras reforzadas son de color intenso, tales como las fibras de carbono y las fibras de aramida, se usan preferentemente pigmentos que tienen dos o más estructuras de capa diferentes en el índice de refracción; ejemplos de ellos incluyen mica natural, mica artificial, escamas de alúmina, escamas de sílice y escamas de vidrio recubiertas con óxido de titanio u óxido de hierro. Dicha estructura en capas puede desarrollar colores por fenómenos ópticos, tales como la interferencia, la difracción y la dispersión de luz en la región de luz visible. Cuando se usan fenómenos ópticos, tales como la interferencia, la difracción y la dispersión de la luz, se pueden desarrollar colores por la reflexión de la luz de longitudes de onda específicas, y, por lo tanto, se usan preferentemente cuando se usan las fibras reforzadas con colores intensos. Los ejemplos de los aditivos sólidos que proporcionan protección de ondas electromagnéticas y conductividad incluyen polvos metálicos de plata, cobre, níquel y similares, ferrita, y negro de carbón. Los ejemplos de aditivos sólidos que proporcionan retardo del fuego incluyen compuestos de fósforo, compuestos de antimonio, hidróxidos metálicos, compuestos de cinc y cianurato de melamina. Los ejemplos de aditivos sólidos que proporcionan alterabilidad a la intemperie incluyen absorbentes de ultravioleta y fotoestabilizadores basados en aminas impedidas.

El contenido de volumen de la resina en el material de estructura que se obtiene por el método de fabricación según la presente invención está dentro de un intervalo del 2,5% en volumen o más y del 85% en volumen o menos. Cuando el contenido de volumen de la resina es inferior al 2,5 % en volumen, es incapaz de unir juntas las fibras reforzadas dentro del material de estructura para hacer suficiente el efecto de refuerzo de las fibras reforzadas y para cumplir las características mecánicas, especialmente las propiedades de flexión del material de estructura, que es, por lo tanto, no deseable. A diferencia, cuando el contenido de volumen de la resina es superior al 85 % en volumen, la cantidad de resina es demasiado grande, y es difícil tener una estructura de vacíos, que es, por lo tanto, no deseable.

En el material de estructura que se obtiene por el método de fabricación según la presente invención, el contenido en volumen de las fibras reforzadas está deseablemente dentro de un intervalo del 0,5 % en volumen o más y del 55 % en volumen o menos. Cuando el contenido en volumen de las fibras reforzadas es inferior al 0,5 % en volumen, el efecto de refuerzo causado por las fibras reforzadas es incapaz de ser suficiente, que es, por lo tanto, no deseable. A diferencia, cuando el contenido en volumen de las fibras reforzadas es superior al 55 % en volumen, el contenido de volumen de la resina con respecto a las fibras reforzadas es relativamente bajo, y es incapaz de unir juntas las fibras reforzadas dentro del material de estructura para hacer suficiente el efecto de refuerzo de las fibras reforzadas y para cumplir las características mecánicas, especialmente las propiedades de flexión del material de estructura, que es, por lo tanto, no deseable.

Las fibras reforzadas se recubren con la resina, en las que el espesor de la resina está preferentemente dentro de un intervalo de 1 pm o más y 15 pm o menos. En cuanto al estado recubierto de las fibras reforzadas recubiertas con la resina, el recubrir al menos los puntos de intersección de los filamentos individuales de las fibras reforzadas contenidas en el material de estructura es suficiente en vista de la estabilidad dimensional del material de estructura y la facilidad y el grado de libertad en el control del espesor; como un modo más deseable, la resina se recubre deseablemente alrededor de las fibras reforzadas con el espesor anterior. Este estado significa que la superficie de las fibras reforzadas no se expone debido a la resina o, en otras palabras, que las fibras reforzadas forman un recubrimiento en forma de hilo eléctrico por la resina. Esta formación adicional hace que el material de estructura tenga estabilidad dimensional y haga suficiente su expresión de características mecánicas. Además, no se requiere que el estado recubierto de las fibras reforzadas recubiertas con la resina se recubra a través de todas las fibras reforzadas y puede estar dentro de un intervalo en el que no se alteran la estabilidad dimensional, el módulo de flexión y la resistencia a la flexión del material de estructura según la presente invención.

Los ejemplos del material de estructura que se obtiene por el método de fabricación según la presente invención incluyen partes de dispositivos eléctricos y electrónicos, tales como "carcasas, bandejas, chasis, miembros interiores y carcasas de ordenadores personales, pantallas, dispositivos de automatización de oficinas (OA), teléfonos móviles, terminales de información móvil, agendas electrónicas de bolsillo (PDA) (terminales de información móvil, tales como cuadernos electrónicos), cámaras de vídeo, dispositivos ópticos, dispositivos de audio, aires acondicionados, dispositivos de iluminación, bienes de entretenimiento, artículos de juguete y otros electrodomésticos"; "diversos tipos de miembros, diversos tipos de marcos, diversos tipos de bisagras, diversos tipos de brazos, diversos tipos de ejes de ruedas, diversos tipos de rodamientos para ruedas y diversos tipos de vigas"; "placas exteriores y partes de la carrocería, tales como capós, techos, puertas, guardabarros, tapas de maletero, paneles laterales, paneles traseros, carrocerías delanteras, bajos de carrocería, diversos tipos de pilares, diversos tipos de miembros, diversos tipos de marcos, diversos tipos de vigas, diversos tipos de soportes, diversos tipos de rieles y diversos tipos de bisagras"; "piezas exteriores, tales como parachoques, vigas de parachoques, molduras, cubiertas inferiores, cubiertas de motor, placas de corriente, alerones, rejillas del capó y piezas aerodinámicas"; "piezas interiores, tales como paneles de instrumentos, marcos de asientos, revestimientos de puertas, revestimientos de pilares, volantes y diversos tipos de módulos"; piezas de estructura para automóviles y vehículos de dos ruedas, tales como "piezas de motor, depósitos de gas natural comprimido (GNC) y depósitos de gasolina"; piezas para automóviles y vehículos de dos ruedas, tales como "bandejas de baterías, soportes de faros, carcasas de pedales, protectores, reflectores de lámparas, carcasas de lámparas, protectores acústicos y cubiertas de ruedas de repuesto"; materiales de construcción, tales como "elementos de pared como paredes de aislamiento acústico y paredes de insonorización"; y piezas para aviones como "módulos de tren de aterrizaje, dispositivos de punta alar, alerones, bordes, timones, elevadores, carenados, nervios y asientos". En vista de las características mecánicas, el material de estructura se usa deseablemente para el interior y el exterior de automóviles, carcasas de dispositivos eléctricos y electrónicos, bicicletas, materiales de estructura para artículos deportivos, materiales para el interior de aviones, cajas para el transporte y materiales de construcción. Entre ellos, el material de estructura es adecuado para miembros de módulos que incluyen una pluralidad de partes en particular. Un material de estructura cilíndrica columnar, poligonal columnar, cilíndrica tubular o poligonal tubular obtenido por el método de fabricación de la presente invención se puede usar para pilares de automóviles, bastidores de bicicletas, marcos de raquetas y ejes para diversos tipos de competiciones deportivas, columnas y vigas de edificios, por ejemplo.

[Ejemplos]

Lo siguiente describe la presente invención específicamente con referencia a los ejemplos. Sin embargo, la presente invención no se limita a los siguientes ejemplos.

<Métodos de evaluación y medición>

(1) Gravedad específica p de material de estructura

Se corto un espécimen de prueba de un material de estructura y se midió la gravedad específica aparente del material de estructura con referencia a JIS K7222 (2005). El espécimen de prueba se cortó para tener 100 mm de largo y 100 mm de ancho. Se midieron la longitud, la anchura y el espesor del espécimen de prueba con un micrómetro, y se calculó un volumen V de los especímenes de prueba a partir de los valores obtenidos. Se midió una masa M del espécimen de prueba cortado con una balanza electrónica. Se calculó la gravedad específica aparente p por la masa M observada y el volumen V y la siguiente expresión.2

(2) Prueba de flexión

Se preparó una placa plana con una composición similar a cada uno de los materiales de estructura obtenidos en los ejemplos y ejemplos comparativos de manera que tuviera un espesor descrito en ISO 178 Method (1993) como espécimen de prueba. Se cortaron especímenes de prueba de la placa plana preparada, y se midió el módulo de flexión del mismo según ISO 178 Method (1993). En cuanto a los especímenes de prueba, se prepararon especímenes de prueba cortados en cuatro direcciones que incluían una dirección a 0° libremente establecida y direcciones de 45°, -45° y 90°. Se estableció el número de medición n = 5 para cada una de las direcciones, y se definió su media aritmética como un módulo de flexión Ec. En cuanto al aparato de medición, se usó el sistema de prueba de materiales universal "INSTRON (marca registrada)" modelo 5565 (fabricado por INSTRON JAPAN Co., Ltd.). A partir del resultado obtenido, se calculó el módulo de flexión específico de un artículo moldeado por la siguiente expresión.

Módulo de flexión específico = Ec1/3/p

(3) Módulo elástico de almacenamiento (G') del precursor de estructura

Para una muestra de medición (0,5 mm de espesor y 10 mm de ancho) de un precursor de estructura, por análisis de viscoelasticidad dinámica (DMA), la temperatura se aumentó en condiciones de una tasa de aumento de temperatura de 5 °C/minuto, una frecuencia de vibración de torsión de 0,5 Hz y una cantidad de deformación del 0,1 %, y la evaluación se realizó por DMA. En esta condición de evaluación, se determinó un módulo elástico de almacenamiento (G') a una temperatura máxima del precursor de estructura en cada condición de moldeo. Se usó un producto de ARES fabricado porTA Instruments como aparato de medición.

(4) Temperatura de transición vítrea (Tg) del precursor de estructura

Basándose en el método descrito en JIS K7121 (1987), usando Pyris 1 DSC (un calorímetro diferencial de barrido fabricado por PerkinElmer, Inc.), la medición se realizó con una tasa de aumento de la temperatura de 10 °C/minuto. Se determinó un punto intermedio de una parte en la que una curva de DSC obtenida mostró un cambio escalonado que era una temperatura de transición vítrea. En esta medición, se obtuvo un indicador del grado de curado de una temperatura de transición vítrea (Tg) inicial de la composición de resina obtenida y una temperatura de transición vítrea saturada (Tg). A continuación, se moldeó un precursor de estructura de antemano en las condiciones de temperatura de calentamiento y tiempo de calentamiento realizadas en los ejemplos, y se midió una temperatura de transición vítrea para un artículo moldeado obtenido. A partir del intervalo de temperatura de transición vítrea obtenido y la temperatura de transición vítrea como indicador, se determinó el grado de curado del precursor de estructura.

Lo siguiente muestra los materiales usados para la evaluación.

[Material 1]

Se sometió un copolímero con poliacrilonitrilo como componente principal a procesamiento por centrifugación, procesamiento por calcinado y procesamiento por tratamiento de oxidación superficial para obtener una fibra de carbono continua con un número total de hilos individuales de 12.000. Las características de esta fibra de carbono continua 1 fueron las siguientes.

Diámetro de filamento individual: 7 pm

Masa por unidad de longitud: 1,6 g/m

Gravedad específica: 1,8

Resistencia a la tracción: 4.600 MPa

Módulo de tracción: 220 GPa

La fibra de carbono obtenida 1 se cortó en 6 mm con un cortador de hebras para obtener fibras de carbono cortadas. Se preparó una dispersión con una concentración del 0,1 % en masa que contenía agua y un tensioactivo (lauril éter de polioxietileno (nombre de producto) fabricado por nacalai tesque). Usando esta dispersión y las fibras de carbono cortadas, se fabricó una estera reforzada con fibras usando un aparato para la fabricación de una estera reforzada con fibras ilustrada en la FIG. 2. El aparato de fabricación incluye un recipiente cilíndrico con un diámetro de 1.000 mm que tiene una llave de paso de apertura en la parte inferior del recipiente como tanque de dispersión y una unidad de transporte lineal (un ángulo de inclinación de 30°) que conecta el tanque de dispersión y un tanque de fabricación de papel. Un agitador está unido a una abertura en la cara superior del tanque de dispersión. Las fibras de carbono cortadas y la dispersión (un medio de dispersión) se pueden cargar por la abertura. El tanque de fabricación de papel es un tanque que incluye una cinta transportadora de malla que incluye una cinta transportadora de malla que tiene una cara de fabricación de papel con una anchura de 500 mm sobre su parte inferior, y una cinta transportadora que puede transportar un sustrato de fibra de carbono (un sustrato de fabricación de papel) está conectada a la cinta transportadora de malla. La fabricación de papel se realizó con una concentración de fibra de carbono en la dispersión del 0,05 % en masa. El sustrato de fibra de carbono después de la fabricación de papel se secó durante 30 minutos en un horno de secado a 200 °C. La anchura del sustrato de fibra de carbono obtenido es 500 mm, la longitud del sustrato de fibra de carbono obtenido es 500 mm y el peso por unidad de área fue 100 g/m2.

Se preparó una hoja con un peso por unidad de área de 100 g/m2 formada de 80% en peso de una resina de polipropileno sin modificar ("Prime Polypro" J105G fabricada por PRIME POLYMER Co, Ltd.) y 20 % en peso de una resina de polipropileno modificada con ácido ("ADMER" QB510 fabricada por Mitsui Chemicals, Inc.) como resinas. Se laminaron el sustrato de fibra de carbono obtenido y la hoja de resina para formar hoja de resina/sustrato de fibra de carbono/hoja de resina para obtener un laminado. El laminado obtenido se puso entre dos placas metálicas y se sometió a presurización y calentamiento junto con las placas metálicas con una presión superficial de 3 MPa por una máquina de compresión con una temperatura de las placas de 230 °C. Cinco minutos después, se detuvo la presurización por la máquina de compresión, y se realizaron la presurización y el enfriamiento con una presión superficial de 3 MPa por una máquina de compresión con una temperatura de las placas de 100 °C. Cinco minutos después, se detuvo la presurización por la máquina de compresión para obtener un primer material listado en la Tabla 1 como precursor de estructura. El módulo elástico de almacenamiento (G') del precursor de estructura medido por el método de medición fue 1,5 * 106 Pa.

[Segundo material]

Se obtuvo una hoja de resina de un modo similar al primer material, excepto que el peso por unidad área de la resina fue 135 g/m2 Usando el sustrato de fibra de carbono obtenido y la hoja de resina, se realizó la laminación para formar la hoja de resina/sustrato de fibra de carbono/hoja de resina/sustrato de fibra de carbono/hoja de resina para obtener un laminado. Se obtuvo un segundo material listado en la Tabla 1 como precursor de estructura de un modo similar al primer material, excepto que se usó el laminado obtenido.

[Tercer material]

Se preparó la resina (b) usando 40 partes en masa de "jER" (marca registrada) 1007 (fabricad por Mitsubishi Chemical Corporation), 20 partes en masa de "jER" (marca registrada) 630 y 40 partes en masa de "EPICLON" (marca registrada) 830 (fabricada por DIC Corporation) como resinas, DICY 7 (fabricada por Mitsubishi Chemical Corporation) en una cantidad que dio 0,9 equivalentes de un grupo de hidrógeno activo con respecto a un grupo epoxi del componente de resina epoxi completo como agente de curado, y 2 partes en masa de DCMU 99 (fabricado por HODOGAYA CHEMICAL Co., Ltd.) como acelerador del curado. La resina preparada se aplicó a papel antiadherente usando una recubridora de rodillo inverso para preparar una resina en forma de película con una masa por unidad de área de 125 g/m2. Se laminaron la resina en forma de película obtenida y el sustrato de fibra de carbono para formar la película de resina/sustrato de fibra de carbono/película de resina y se calentaron durante 1,5 horas con presurización con una presión superficial de 0,1 MPa por una máquina de compresión de temperatura controlada a 70 °C para obtener un tercer material listado en la Tabla 1 como precursor de estructura. El grado de curado del precursor de estructura medido por el método de medición fue del 60 %.

[Cuarto material]

El material preimpregnado "TORAYCA" P3252S-12 fabricado por Toray Industries, Inc. se denominó el cuarto material (consultar la Tabla 1) .

[Quinto material]

Usando las fibras de carbono cortadas y la resina de polipropileno usada en el primer material, se fundió la resina de polipropileno y se amasó con una prensa extrusora biaxial con una temperatura del cilindro establecida en 230 °C; se cargaron las fibras de carbono cortadas de un alimentador lateral de la prensa extrusora, y se amasó aún más la resina de polipropileno. La resina amasada se sacó en forma de intestino, se enfrió, y luego se procesó en pellas con una longitud de 6 mm para obtener un quinto material listado en la Tabla 1 como un precursor de estructura. (Primer ejemplo)

Primer ejemplo (A):

Se cortó del primer material una hoja que tenía un cierto tamaño como precursor de estructura. El precursor de estructura cortado se transformó en un cuerpo enrollado que se iba a disponer en el molde como se ilustra en la FIG. 3. En la FIG. 3, el símbolo 2 indica el precursor de estructura, el símbolo 3 indica el molde y el símbolo 4 indica la cavidad. La Tabla 2 enumera el material y la tasa de llenado del precursor de estructura con respecto a la cavidad del molde en este proceso.

Primer ejemplo (B):

El molde en el que el precursor de estructura se dispuso se puso en una secadora de aire caliente cuya temperatura atmosférica se estableció en 230 °C para preparar el fundido de resina. La Tabla 2 lista el tiempo de moldeo y la temperatura del molde en este proceso.

Primer ejemplo (C):

Después de comprobar que la resina estaba en el estado fundido, se sacó el molde de la secadora y se enfrió. La Tabla 2 lista el tiempo de moldeo y la temperatura del molde en este proceso.

Primer ejemplo (D):

Después de comprobar que la resina había solidificado, se sacó un artículo moldeado del molde para obtener un primer material de estructura.

(Segundo ejemplo)

Segundo ejemplo (A):

Como se ilustra en la FIG. 4, la forma de la cavidad 4 del molde 3 se hizo rectangular, y se dispuso un precursor de estructura transformado en un cuerpo enrollado en este molde 3. La Tabla 2 lista el material y la tasa de llenado del precursor de estructura con respecto a la cavidad 4 del molde 3 en este proceso.

Segundo ejemplo (B) a segundo ejemplo (D):

Se obtuvo un segundo material de estructura de un modo similar al primer ejemplo, excepto que se emplearon la temperatura y el tiempo de moldeo listados en la Tabla 2.

(Tercer ejemplo)

Tercer ejemplo (A):

Se dispuso un precursor de estructura en el molde de un modo similar al primer ejemplo, y entonces se dispuso un material de núcleo 5 en una cavidad 4 como se ilustra en la FIG. 5. La Tabla 2 lista el material y la tasa de llenado del precursor de estructura con respecto a la cavidad del molde en este proceso.

Tercer ejemplo (B) a tercer ejemplo (D):

Se obtuvo un tercer material de estructura de un modo similar al primer ejemplo, excepto que se emplearon la temperatura y el tiempo de moldeo listados en la Tabla 2.

(Cuarto ejemplo)

Cuarto ejemplo (A):

Se dispuso un precursor de estructura en el molde de un modo similar al segundo ejemplo, y entonces se dispuso el material de núcleo 5 en la cavidad 4 como se ilustra en la FIG. 6. La Tabla 2 lista el material y la tasa de llenado del precursor de estructura con respecto a la cavidad del molde en este proceso.

Cuarto ejemplo (B) a cuarto ejemplo (D):

Se obtuvo un cuarto material de estructura de un modo similar al primer ejemplo, excepto que se emplearon la temperatura y el tiempo de moldeo listados en la Tabla 2.

(Quinto ejemplo)

Quinto ejemplo (A):

Se dispuso un precursor de estructura en el molde de un modo similar al tercer ejemplo, excepto que se usó el precursor de estructura listado en la Tabla 2. La Tabla 2 lista el material y la tasa de llenado del precursor de estructura con respecto a la cavidad del molde en este proceso.

Quinto ejemplo (B) a quinto ejemplo (D):

Se obtuvo un quinto material de estructura de un modo similar al tercer ejemplo, excepto que se emplearon la temperatura y el tiempo de moldeo listados en la Tabla 2.

(Sexto ejemplo)

Sexto ejemplo (A):

A partir del primer material, se prepararon 60 precursores de estructura rectangulares de 300 mm de largo y 10 mm de ancho. Estos precursores de estructura rectangulares se dispusieron en la cavidad 4 dentro del molde 3 como se ilustra en la FIG. 7. La Tabla 2 lista el material y la tasa de llenado del precursor de estructura con respecto a la cavidad del molde en este proceso.

Sexto ejemplo (B) a sexto ejemplo (D):

Se obtuvo un sexto material de estructura de un modo similar al tercer ejemplo, excepto que se emplearon la temperatura y el tiempo de moldeo listados en la Tabla 2.

(Séptimo ejemplo)

Séptimo ejemplo (A):

Se dispusieron precursores de estructura rectangulares en el molde de un modo similar al sexto ejemplo, excepto que se dispuso un precursor de estructura 2 como se ilustra en la FIG. 8 y que se usaron 75 precursores de estructura rectangulares de 10 mm de ancho. La Tabla 3 lista el material y la tasa de llenado del precursor de estructura con respecto a la cavidad del molde en este proceso.

Séptimo ejemplo (B) a séptimo ejemplo (D):

Se obtuvo un séptimo material de estructura de un modo similar al tercer ejemplo, excepto que se emplearon la temperatura y el tiempo de moldeo listados en la Tabla 3.

(Octavo ejemplo)

Octavo ejemplo (A):

A partir del segundo material, se prepararon100 precursores de estructura rectangulares de 300 mm de largo y 3 mm de ancho. Los precursores de estructura rectangulares se dispusieron en el molde de un modo similar al sexto ejemplo, excepto que se usaron estos precursores de estructura rectangulares. La Tabla 3 lista el material y la tasa de llenado del precursor de estructura con respecto a la cavidad del molde en este proceso.

Octavo ejemplo (B) a octavo ejemplo (D):

Se obtuvo un octavo material de estructura de un modo similar al tercer ejemplo, excepto que se emplearon la temperatura y el tiempo de moldeo listados en la Tabla 3.

(Noveno ejemplo)

Noveno ejemplo (A):

Se dispuso un precursor de estructura en el molde de un modo similar al tercer ejemplo, excepto que se formaron muescas 6 en un intervalo de 10 mm empezando en una posición separada 100 mm de un extremo del precursor de estructura 2 como se ilustra en la FIG. 9(a). La Tabla 3 lista el material y la tasa de llenado del precursor de estructura con respecto a la cavidad del molde en este proceso.

Noveno ejemplo (B) a noveno ejemplo (D):

Se obtuvo un noveno material de estructura de un modo similar al tercer ejemplo, excepto que se emplearon la temperatura y el tiempo de moldeo listados en la Tabla 3.

(Décimo ejemplo)

Décimo ejemplo (A):

Se dispuso un precursor de estructura en el molde de un modo similar al tercer ejemplo, excepto que se usaron el precursor de estructura y el molde listados en la Tabla 3. La Tabla 3 lista el material y la tasa de llenado del precursor de estructura con respecto a la cavidad del molde en este proceso.

Décimo ejemplo (B) a décimo ejemplo (D):

(Undécimo ejemplo)

Undécimo ejemplo (A):

Se dispuso un precursor de estructura en el molde de un modo similar al tercer ejemplo, excepto que se usó el quinto material listado en la Tabla 3. La Tabla 3 lista el material y la tasa de llenado del precursor de estructura con respecto a la cavidad del molde en este proceso.

Undécimo ejemplo (B) a undécimo ejemplo (D):

Se obtuvo un undécimo material de estructura de un modo similar al tercer ejemplo, excepto que se emplearon la temperatura y el tiempo de moldeo listados en la Tabla 3.

(Duodécimo ejemplo)

Se dispuso un precursor de estructura en el molde de un modo similar al tercer ejemplo, excepto que después de que se dispusiera el cuarto material como capa de refuerzo en el molde, el precursor de estructura se dispuso en el molde. La Tabla 3 lista el material y la tasa de llenado del precursor de estructura con respecto a la cavidad del molde en este proceso.

(Primer ejemplo comparativo)

Se prepararon un molde que tenía la misma forma que la del primer ejemplo y una máquina de moldeo por inyección. El moldeo por inyección se realizó con una temperatura del cilindro establecida en 230 °C y una temperatura del molde establecida en 60 °C para obtener un quincuagésimo primer material de estructura usando el quinto material. La fuerza de apriete del molde en este proceso fue 150 toneladas.

(Segundo ejemplo comparativo)

Se enrolló una película tubular que tenía elasticidad alrededor de un material de núcleo, y el tercer material se enrolló encima para preparar una preforma. Se ató una boca en un extremo de la película tubular para que no se fugara el aire, entonces se sacó el material de núcleo, la boca en el otro extremo se conectó a un aparato de suministro de aire comprimido, y la preforma se dispuso en un molde. El molde se dispuso en una máquina de compresión establecida de manera que tuviera una temperatura de las placas de 150 °C y se presurizó de manera que tuviera una presión superficial de 1,0 MPa. Entonces se suministró aire comprimido de 0,5 MPa para llenar el interior de la película tubular con el aire comprimido. Treinta minutos después, se detuvo el suministro de aire comprimido, y se sacó el molde de la máquina de compresión. Entonces se sacó un artículo moldeado del molde para obtener un quincuagésimo segundo material de estructura.

(Tercer ejemplo comparativo)

Se dispuso el primer material (un precursor de estructura) (el símbolo 8) con la resina transformada en un estado fundido por un aparato de calentamiento 7 en una máquina de compresión 9 fijando un molde ilustrado en la FIG. 10(a) y se presurizó de manera que tuviera una presión superficial de 5,0 MPa como se ilustra en la FIG. 10(b). La temperatura superficial del molde en este proceso fue 100 °C; la presurización se detuvo 5 minutos después, y se retiró un artículo moldeado para obtener un material de estructura 10a (consultar la FIG. 10(c)). Similarmente, también se obtuvo un material de estructura 10b. Se aplicó un adhesivo 11 a superficies unidas del material de estructura 10a obtenido y el material de estructura 10b, que se tendieron la una sobre la otra para obtener un material de estructura columnar cilíndrico 12 (consultar la FIG. 10(d)).

Tabla 1

Tabla 4

En el primer a duodécimo ejemplos, se pudieron obtener materiales de estructura que formaban fácilmente formas complicadas y eran de excelente ligereza y características mecánicas. No se usaron materiales auxiliares ni máquina de moldeo por compresión, y se pudieron obtener materiales de estructura sin requerir altos costes. En el tercer a duodécimo ejemplos, se pudieron obtener fácilmente formas tubulares de un modo similar a un cuerpo columnar. En el quinto ejemplo, se pudo obtener un material de estructura con ligereza mejorada. En el sexto a octavo ejemplos, se usaron precursores de estructura rectangulares, por lo que se pudo reducir el tiempo necesario para el preformado. En el noveno ejemplo, se formaron muescas en el precursor de estructura, por lo que se facilitó aún más la deformación del precursor de estructura, y se facilitó el preformado. En el décimo ejemplo, se pudo obtener un material de estructura con una forma de pequeño diámetro. En el undécimo ejemplo, se pudo obtener un material de estructura que contenía una resina termoestable como resina. En el duodécimo ejemplo, se formó un material de estructura en el que se pudo obtener una capa de refuerzo sobre la capa superficial del material de estructura, y se pudo obtener un material de estructura de más excelentes características mecánicas.

A diferencia, en el primer ejemplo comparativo, se requirió una máquina de moldeo por inyección, y también se requirió una alta fuerza de apriete, por lo que se requirieron altos costes, aunque se pudo formar una forma complicada. En el segunda ejemplo comparativo, se requirió mucho tiempo para el preformado, dando mala productividad. En el tercer ejemplo comparativo, se requirió una máquina de moldeo por compresión, y no se pudo obtener un tubo cilíndrico en un trozo del moldeo. Por consiguiente, se requiere unión con un adhesivo, el adhesivo aumenta el peso y la unión puede ser una parte débil, dando esto un material de estructura que no es de excelentes características mecánicas.

Aplicabilidad industrial

La presente invención es para proporcionar un método de fabricación de un material de estructura que pueda formar fácilmente una forma complicada y pueda fabricar un material de estructura de excelente ligereza y características mecánicas. Otro objetivo de la presente invención es permitir un método de fabricación de un material de estructura que pueda fabricar un material de estructura sin requerir que se proporcionen altos costes.

Lista de signos de referencia

1a a 1f Filamento individual

2 Precursor de estructura

3 Molde

4 Cavidad

5 Material de núcleo

6 Muesca

7 Aparato de calentamiento

8 Precursor de estructura

9 Máquina de compresión

10a, 10b, 12 Material de estructura

11 Adhesivo

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método de fabricación de un material de estructura que comprende una resina termoplástica, fibras reforzadas y vacíos, comprendiendo el método:

un primer proceso para disponer un precursor de estructura (2), que es una estera que comprende fibras reforzadas y una resina de matriz que comprende la resina termoplástica, en donde la estera que comprende fibras reforzadas se impregna con la resina de antemano, en un molde (3) con una temperatura superficial de 80 °C o menos;

un segundo proceso para elevar la temperatura superficial del molde (3) hasta una temperatura a la que un módulo elástico de almacenamiento (G') del precursor de estructura (2) es inferior a 1,2 * 108 Pa;

un tercer proceso para reducir la temperatura superficial del molde (3) hasta una temperatura a la que el módulo elástico de almacenamiento (G') del precursor de estructura (2) es 1,2 * 108 Pa o más; y

un cuarto proceso para extraer el material de estructura obtenido después del final del tercer proceso del molde (3), en donde el módulo elástico de almacenamiento (G') se mide por análisis de viscoelasticidad dinámica en una muestra de 0,5 mm de espesor y 10 mm de ancho en condiciones de una tasa de aumento de la temperatura de 5 °C/minuto, una frecuencia de vibración de torsión de 0,5 Hz y una cantidad de deformación del 0,1 %.

2. Un método de fabricación de un material de estructura que comprende una resina termoestable, fibras reforzadas y vacíos, comprendiendo el método:

un primer proceso para disponer antes del endurecimiento un precursor de estructura (2), que es una estera que comprende fibras de refuerzo y una resina de matriz que comprende la resina termoestable, en donde la estera que comprende las fibras reforzadas se impregna de antemano con la resina en un molde (3) con una temperatura superficial de 80 °C o menos;

un segundo proceso para elevar la temperatura superficial del molde (3) hasta una temperatura a la que un grado de curado del precursor de estructura (2), medido por el método de la descripción, es del 10 % o más y del 90 % o menos;

un tercer proceso para mantener la forma hasta que el grado de curado del precursor de estructura (2) sea superior al 90 %; y

un cuarto proceso para extraer el material de estructura obtenido después del final del tercer proceso del molde (3).

3. El método de fabricación del material de estructura según las reivindicaciones 1 o 2, en donde la tasa de llenado del precursor de estructura en el molde (3) está dentro de un intervalo del 10 % o más y del 80 % o menos de la cavidad (4) del molde (3) .

4. El método de fabricación del material de estructura según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la fuerza de presurización al molde (3) en el segundo proceso y el tercer proceso está dentro de un intervalo de 0 MPa o más y 5 MPa o menos.

5. El método de fabricación del material de estructura según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el tamaño de la cavidad (4) del molde (3) no cambia antes ni después del moldeo.

6. El método de fabricación del material de estructura según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende además un proceso para disponer al menos una de una composición de resina termoestable que, contiene una resina termoestable, y una composición de resina termoplástica, que contiene una resina termoplástica, sobre la superficie del precursor de estructura (2) o el material de estructura.

7. El método de fabricación del material de estructura según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el peso del molde (3) es de 30 kg o menos.

8. El método de fabricación del material de estructura según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el precursor de estructura (2) contiene un agente de espumación.

9. El método de fabricación del material de estructura según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde la estera que comprende las fibras reforzadas tiene una forma de tipo tela no tejida fabricada por cualquiera de un método de fabricación de papel en húmedo, un método de fabricación de papel en seco, un método de tendido al aire y un método de tejeduría.

10. El método de fabricación del material de estructura según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde la resina de matriz en el precursor de estructura (2) se proporciona en cualquier forma de película, partículas, fibras y líquido.

11. El método de fabricación del material de estructura según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde el primer proceso incluye un proceso para disponer el precursor de estructura (2) transformado en un cuerpo rectangular o enrollado en el molde (3).

12. El método de fabricación del material de estructura según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde la forma del molde (3) es columnar cilíndrica, columnar poligonal, tubular cilíndrica o tubular poligonal.

13. El método de fabricación del material de estructura según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en donde una fuerza de presurización al molde (3) en el segundo proceso y el tercer proceso es 0 MPa.