ES2928659T3

ES2928659T3 - Procedimiento para producir un componente compuesto reforzado con fibra

Info

Publication number: ES2928659T3
Application number: ES14002957T
Authority: ES
Inventors: Stefan Herrmann; Harald Oertel
Original assignee: Sandler AG
Current assignee: Sandler AG
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2022-11-21
Anticipated expiration: 2034-08-26
Also published as: EP2842727B1; DE102013014411A1; EP2842727A1

Abstract

La presente invención se refiere a un componente compuesto reforzado con fibra (1) que tiene al menos tres capas, que comprende al menos una capa central (8) hecha de material textil y al menos una capa de cubierta superior y al menos una inferior (2, 3) de plástico reforzado con fibra de carbono (4), la capa central (8) está unida a las capas de cubierta (2, 3) por medio de una resina (6). El objeto de la presente invención es proporcionar un componente compuesto reforzado con fibra que se pueda producir de forma económica y que sea más ligero que los componentes compuestos de plástico convencionales, así como un mejor comportamiento a la fractura y un buen efecto aislante acústico y de absorción del ruido transmitido por la estructura. El objeto se logra porque la capa central (8) consta de un velo comprimido (7) hecho de fibras naturales o sintéticas o una mezcla de ambas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para producir un componente compuesto reforzado con fibra

La presente invención se refiere a un procedimiento para producir un componente compuesto reforzado con fibra de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Los plásticos reforzados con fibra han sido parte del estado de la técnica durante mucho tiempo. También es ya conocido introducir una capa adicional entre dos estratos de fibras. Dichos materiales compuestos de fibra se utilizan como las denominadas planchas orgánicas, sobre todo en la construcción de automóviles y vehículos.

El documento DE7727940 describe un material compuesto en una construcción tipo sándwich, que consta esencialmente de dos capas de cubierta delgadas y resistentes y al menos una capa intermedia impregnada de resina sintética. A este respecto la capa intermedia consta de al menos una capa absorbente de fieltro o vellón con una estructura de tipo red o celosía o escotaduras a modo de agujeros, en donde esta capa inclusive la red o las escotaduras está impregnada o rellena de una masa de resina sintética endurecible pastosa y sustancias de relleno adecuadas dado el caso de baja densidad. Las escotaduras a modo de agujeros se perforan a este respecto en la tela no tejida, lo que da como resultado mayores costos de producción y más desechos.

El documento DE202007003209 desvela un material laminado multicapa para paneles y molduras hechas de plástico reforzado con fibra con al menos una capa de fibra y al menos una capa adicional que consiste en un género de punto sustancialmente uniforme. El laminado multicapa desvelado está destinado a impedir que el género de punto se astille en caso de rotura y a mantener unidas las partes rotas. Sin embargo, la desventaja es que un género de punto tiene altos costos de producción debido a su trenzado tridimensional. Para variar el espesor, se propone una estructura alterna de estratos de fibra y género de punto, por lo que los costos de producción aumentan innecesariamente debido a las capas de fibra insertadas en función del espesor del componente deseado.

El documento DE3934555 desvela un plástico reforzado con fibra para partes de carrocería en vehículos de motor, con una estructura con un espesor máximo de 2 mm, una capa central de refuerzo continuo de fibra plástica en forma de tejidos, no tejidos de fibras paralelas, vellón, fieltro y/o género de punto y al menos dos capas de soporte dispuestas en la parte superior e inferior de la capa intermedia están hechas de refuerzo de fibra de carbono, en donde opcionalmente en cada caso está prevista una capa adicional entre la capa central y las capas de soporte de lámina de metal o un vellón, tejido, género de punto, género de malla, no tejido de fibras paralelas de fibras metálicas, y en cada caso vellón, tejido fino, género de punto, género de malla, no tejido de fibras paralelas o trenzado superficial en el exterior de las capas de soporte. El ejemplo de realización describe que los estratos dispuestos unos encima de otros se insertan en un molde a una temperatura de 80 °C durante 30 minutos sin prensar, mientras se inyecta la resina. El ejemplo de realización describe además un no tejido de fibras paralelas configurado especialmente como capa intermedia, que configura cavidades que se rellenan con esferas huecas hechas de resina fenólica para reducir aún más el peso. En este ejemplo de realización, el componente acabado no muestra un buen comportamiento de rotura, ya que la capa intermedia no puede adherirse lo suficiente a las capas de soporte para evitar que se astille.

Un componente compuesto producido mediante un procedimiento de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 se describe, por ejemplo, en los documentos US 6.204.209 B1 y US 2005/217932 A1.

El objetivo de la presente invención es producir un componente compuesto reforzado con fibra que pueda producirse de manera rentable y a este respecto sea más liviano que los componentes compuestos de plástico convencionales y muestre un mejor comportamiento de rotura y un buen efecto aislante acústico y de absorción de ruido estructural. El objetivo se resuelve mediante las características de la reivindicación 1.

Un procedimiento de acuerdo con la invención para la producción de un componente compuesto reforzado con fibra se presenta si, para la producción de este componente, que presenta al menos tres capas, que comprende al menos una capa central de material textil y al menos una capa de cubierta superior y al menos una inferior, en donde la capa central es un vellón de fibras naturales o sintéticas o una mezcla de ambas, la capa de cubierta superior e inferior y la capa central están dispuestas de tal manera que la capa central se encuentra entre las dos capas de cubierta. Antes del prensado la resina se introduce entre las capas individuales.

La estructura de capa terminada ahora se prensa y la capa central se comprime, lo que significa una reducción en el grosor del vellón que va más allá de la contracción del vellón cuando se introduce la resina. Durante el prensado, la resina penetra en la capa superior y la capa central y crea una conexión óptima entre las capas de cubierta y la capa central.

De acuerdo con la invención, la capa de cubierta superior y la capa de cubierta inferior se componen de plástico reforzado con fibra de carbono, en donde la capa de cubierta superior y/o la capa de cubierta inferior se componen de varios estratos que están unidos entre sí con resina. Esto permite que las propiedades mecánicas del componente se adapten a los requisitos respectivos.

También de acuerdo con la invención, el vellón se comprime durante el prensado de tal manera que su espesor en el componente compuesto asciende a entre el 5% y el 50%, de forma especialmente preferente entre el 5% y el 20% del espesor antes del prensado. En este área, los efectos de aislamiento acústicos y de absorción del sonido estructural del vellón se mantienen con un espesor lo más pequeño posible de todo el componente compuesto. Las configuraciones ventajosas de la presente invención son objeto de las reivindicaciones dependientes.

En una forma de realización preferida, la temperatura durante el prensado se encuentra en el intervalo de 180 °C a 220 °C y la presión de prensado en el intervalo de 100 bar a 120 bar.

En una forma de realización preferida adicional, los plásticos reforzados con fibra de carbono están presentes como un miembro del grupo que comprende tejidos, no tejidos de fibras paralelas, género de punto y vellón.

En una forma de realización particularmente preferida, los plásticos reforzados con fibra de carbono están presentes como un tejido con un peso por unidad de superficie de 90 g/m2 a 200 g/m2 y un espesor de 0,08 mm a 0,30 mm. En otra forma de realización preferida, el vellón se compone de PET y está antes del procesamiento se presenta como estera con un peso por unidad de superficie de 350 g/m2 a 1000 g/m2, un espesor entre 5 mm y 20 mm y una porosidad de más del 90 %. Con estos parámetros, con la resina puede producirse una unión particularmente estable entre la capa de cubierta y el vellón.

En otra forma de realización preferida, la capa de cubierta superior y/o inferior está construida de una pluralidad de estratos al disponerse los estratos individuales unos encima de otros e introducirse la resina entre los estratos. En otra forma de realización preferida, la disposición de las capas individuales, la introducción de la resina y el prensado se realizan en un solo paso de trabajo. Los estratos que forman el componente se unen entre sí en un paso de trabajo para formar el componente terminado, lo que reduce el tiempo de producción.

En otra forma de realización preferida, el vellón se impregna con resina antes del prensado y se forma un denominado preimpregnado, que luego se prensa con las capas de cubierta. Esto simplifica el procesamiento y la cantidad de resina se puede controlar fácilmente.

A continuación se describen un componente compuesto reforzado con fibra y varios ejemplos de realización del componente compuesto que se han producido utilizando un procedimiento como el descrito anteriormente.

La capa central de vellón reduce el peso del componente en comparación con los componentes compuestos de fibra convencionales. Además, los costes de producción pueden reducirse considerablemente, sobre todo para los componentes más gruesos, ya que los plásticos reforzados con fibra de carbono de mayor calidad y más caros solo se requieren para las capas de cubierta. La unión de la capa central de vellón con las capas de cubierta también mejora el comportamiento de rotura, ya que las capas de cubierta ya no se astillan con bordes afilados, sino que solo se rompen sin filo. Además, un componente de acuerdo con la invención presenta un buen efecto aislante acústico y de absorción del ruido estructural, de modo que no es necesario aplicar una capa aislante separada en el proceso de fabricación posterior. Como resultado, pueden ahorrarse costes de producción adicionales.

A este respecto la capa de cubierta superior y la capa de cubierta inferior se componen de plástico reforzado con fibra de carbono, en donde la capa de cubierta superior y/o la capa de cubierta inferior se componen de varios estratos que están unidos entre sí con resina.

El vellón se compone preferiblemente de poliéster. Tales vellones pueden producirse de forma muy económica. Preferentemente el vellón se compone de tereftalato de polietileno (PET), ya que dicho vellón puede procesarse y deformarse fácilmente.

La tela no tejida comprimida tiene preferentemente una porosidad de entre el 50% y el 95%, lo que da como resultado un buen efecto aislante acústico y de absorción del ruido estructural.

La porosidad es una medida de la relación entre el volumen vacío y el volumen total de una sustancia o mezcla de sustancias y se calcula a partir del peso por unidad de superficie FG, el espesor d y la densidad del vellón de acuerdo con:

Preferiblemente, la resina es una resina del grupo que comprende resina epoxi, resina de poliéster insaturada y resina de éster de vinilo. Estas resinas son especialmente adecuadas para unir las capas individuales.

De manera más preferente, el componente compuesto reforzado con fibra tiene un contenido de resina de entre 20% y 60%, de manera particularmente preferida entre 25% y 55%, con lo que se puede lograr un comportamiento de rotura particularmente bueno.

Para explicar la presente invención con más detalle, se describe a continuación un ejemplo de realización con referencia a los dibujos adjuntos. Muestran:

Fig. 1: representación esquemática de la estructura de capas de un componente compuesto reforzado con fibra producido de acuerdo con la invención antes del prensado, y

Fig. 2: representación esquemática de un componente compuesto reforzado con fibra producido de acuerdo con la invención.

Para las siguientes realizaciones se aplica que las mismas partes se designan con las mismas referencias. Si un dibujo contiene referencias que no se analizan con más detalle en la descripción asociada de las figuras, se hace referencia a las descripciones anteriores o posteriores de las figuras.

La estructura de capas representada en la Fig. 1 antes del prensado para formar el componente compuesto (1) comprende una capa de cubierta superior (2) y una capa de cubierta inferior (3), que en la forma de realización representada constan de dos estratos de plástico (4) reforzado con fibra de carbono y un vellón (5) de PET como capa central (8). Entre los estratos se introduce una resina epoxi (6) que une las capas individuales entre sí.

En el ejemplo de realización se utilizó un vellón (5) de la empresa Sandler AG con la denominación Sawaform 3077. Posee un peso por unidad de superficie de 600 g/m2, un espesor (A) de 9,5 mm y una porosidad antes del prensado del 95%.

Los estratos empleados de plástico (4) reforzado con fibra de carbono de la empresa Lange und Ritter con la denominación Style 469 poseen en cada caso un peso por unidad de superficie de 93 g/m2 y un espesor (C) de 0,15 mm.

En el ejemplo de realización, la resina epoxi EPIKOTE Resin MGS LR285 de Lange und Ritter se utilizó como resina (6) junto con el endurecedor epoxi LARIT 285 - azul de Lange und Ritter en una proporción de mezcla de resina a endurecedor de 100 a 40.

El procedimiento descrito resulta de la estructura de capas que se muestra en la figura 1, el componente compuesto (1) reforzado con fibra de acuerdo con la invención representado en la Fig. 2. En el ejemplo de realización, el prensado se llevó a cabo a una temperatura de alrededor de 200 °C durante 3 minutos a una presión de 110 bares. El componente compuesto (1) representado comprende una capa de cubierta superior (2) y una capa de cubierta inferior (3), que en la forma de realización representada se componen en cada caso de dos estratos de plástico (4) reforzado con fibra de carbono y un vellón comprimido (7) de PET como capa central (8). La resina epoxi (6) une las capas individuales entre sí. En el estado impregnado, los estratos de plástico reforzado con fibra de carbono (4) tienen un espesor (D) de 0,10 mm. Después del prensado, el vellón de PET (7) comprimido tiene un espesor (B) de 1 mm, que corresponde al 10,5 % de su espesor original (A), y una porosidad del 56,2 %. El contenido de resina es del 25% al 55% en la forma de realización ilustrada.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para producir un componente compuesto (1) reforzado con fibra que presenta al menos tres capas, que comprende al menos una capa central (8) de material textil y al menos una capa de cubierta (2, 3) superior y al menos una inferior, en donde la capa central (8) es un vellón (5, 7) de fibras naturales o sintéticas o una mezcla de ambas, que comprende las etapas:

- disponer las capas de cubierta (2, 3) y la capa central (8) una encima de otra de modo que la capa central (8) quede entre las capas de cubierta (2, 3),

- introducir una resina (6) entre las capas individuales,

- prensar las capas a presión elevada y temperatura elevada y comprimir la capa central (8) para formar un vellón (7) comprimido

caracterizado por que las capas de cubierta (2, 3) se componen de plástico reforzado con fibra de carbono, en donde la capa de cubierta (2, 3) superior y/o inferior consta de varios estratos (4) que están unidos entre sí con resina (6) y por que la capa central (8) se comprime durante el prensado de las capas de tal manera que el espesor (B) del vellón comprimido (7) en el componente compuesto (1) reforzado con fibra se sitúa entre el 5 % y el 50 % del espesor (A) del vellón (5) antes del prensado.

2. Procedimiento para producir un componente compuesto (1) reforzado con fibra según la reivindicación 1, caracterizado por que la presión de prensado se sitúa entre 100 bar y 120 bar y la temperatura asciende entre 180 °C y 220 °C.

3. Procedimiento para producir un componente compuesto (1) reforzado con fibra según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por que el plástico (4) reforzado con fibra de carbono está presente antes del procesamiento como un miembro del grupo que comprende no tejido de fibras paralelas, tejidos, género de punto y vellón.

4. Procedimiento para producir un componente compuesto (1) reforzado con fibra según la reivindicación 3, caracterizado por que, el plástico (4) reforzado con fibra de carbono antes del procesamiento se presenta como tejido con un peso por unidad de superficie de 90 g/m2 a 200 g/m2 y un espesor (C) de 0,08 mm a 0,30 mm.

5. Procedimiento para producir un componente compuesto (1) reforzado con fibra según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el vellón (5, 7) se compone de tereftalato de polietileno y antes del procesamiento se presenta como estera con un peso por unidad de superficie de 350 g/m2 a 1000 g/m2, un espesor (A) entre 5 mm y 20 mm y una porosidad superior al 90%.

6. Procedimiento para producir un componente compuesto (1) reforzado con fibra según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la capa de cubierta superior y/o inferior (2, 3) constan de varios estratos (4) que se disponen unos sobre otros antes de que la resina (6) se introduzca entre los estratos (4).

7. Procedimiento para producir un componente compuesto (1) reforzado con fibra según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que la disposición de la capa central (8) entre la capa de cubierta superior e inferior (2, 3), la introducción de la resina (6) y el prensado se realizan en un solo paso de trabajo.

8. Procedimiento para producir un componente compuesto (1) reforzado con fibra según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que el vellón (5) se impregna con la resina (6) antes del prensado.