ES2938228T3 - Material flexible transparente con hilos de refuerzo - Google Patents

Abstract

Una lámina flexible compuesta translúcida o transparente que comprende: - al menos una capa de refuerzo 2 que comprende hilos de alta tenacidad 4; y - una película fluoropolimérica 1 que es translúcida o transparente a la luz visible y es integral con dicha capa de refuerzo 2; caracterizándose dicha lámina flexible porque la capa de refuerzo 2 es un tejido que tiene una transmitancia luminosa superior al 40%, y que comprende hilos 4 de alta tenacidad a base de un bloque de poliéster aromático con un módulo de Young superior a 50 GPa, teniendo dichos hilos una funda 40 de material que bloquea los rayos ultravioleta. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Material flexible transparente con hilos de refuerzo

Campo técnico de la invención

La presente invención se refiere a un material compuesto que permite el paso de la luz. En particular, la presente invención se refiere al campo de los materiales de construcción flexibles, en el sentido de que puede, por ejemplo, utilizarse para formar un tejado o un elemento de fachada, o para hacer un refugio efímero.

Por razones mecánicas y estéticas, estos materiales flexibles se estiran preferentemente. Más concretamente, la presente invención tiene especial interés en la realización de elementos de cubierta o fachada que permitan el paso de la luz natural.

Antecedentes tecnológicos

En el contexto de la invención, el término “cubierta” se refiere a los tejados de un edificio como, por ejemplo, una casa, un cobertizo, un estadio, o cualquier superficie de un objeto cuya finalidad sea aislar un espacio interior de las precipitaciones, como la cubierta de una tienda de campaña, la cubierta de un invernadero o el capó de un vehículo de motor.

El uso de materiales flexibles para formar un techo es bien conocido en la técnica anterior. De hecho, en comparación con un tejado de tejas rígidas, estos materiales flexibles permiten obtener un tejado estéticamente despejado a la vez que ofrecen estanqueidad frente a precipitaciones como la lluvia.

En general, se sabe que se trata de un material flexible con características de transparencia, que permite la entrada de luz natural en el espacio protegido por la cubierta.

Por ejemplo, la solicitud de patente estadounidense US 4 013 812 describe una membrana para fabricar tejados, consistente en una rejilla de fibras de vidrio recubiertas de un material plástico y una película de material plástico transparente.

Del mismo modo, la solicitud de patente US 3.623.937 describe un material compuesto formado por una película de material plástico transparente combinada con una red tejida de fibras de vidrio, recubierta de cloruro de polivinilo.

Estos materiales, aunque transparentes, incluyen fibras de vidrio en su estructura, lo que impone limitaciones específicas de manipulación, instalación y uso.

Esto se debe a que las fibras de vidrio tienen una baja resistencia a la flexión, debido a las características mecánicas del vidrio. Por ello, para mantener su integridad y sus prestaciones mecánicas, el uso de este material se limita a estructuras definitivamente planas o con muy poca curvatura. Naturalmente, esto excluye las aplicaciones en las que el material deba someterse a tensiones mecánicas repetidas o incluso cíclicas, por ejemplo al pasar de una posición plegada a otra desplegada, o de una posición enrollada a otra desenrollada. Esto también impone limitaciones relacionadas con el transporte de estos materiales entre el lugar de producción y el de instalación, limitaciones que son tanto mayores cuanto mayores son las dimensiones de las estructuras.

El documento US 4452 848 divulga una membrana de cubierta flexible, translúcida o transparente que comprende, en el siguiente orden: una capa de refuerzo interior que comprende un compuesto fibroso de Tedlar/poliéster; una capa aislante translúcida intermedia; y una capa exterior translúcida e impermeable a los líquidos.

Descripción de la invención

El problema técnico que pretende resolver la invención es, por lo tanto, proponer un material flexible transparente, provisto de hilos mecánicos de refuerzo, que tenga unas características mecánicas que lo hagan apto para su uso en aplicaciones en las que vaya a estar sometido a esfuerzos mecánicos de flexión, ya sean puntuales o múltiples, o incluso cíclicos.

La presente invención propone, por lo tanto, resolver este problema técnico mediante una lámina flexible compuesta translúcida o transparente, que comprende al menos una capa de refuerzo que comprende hilos de alta tenacidad y una película polimérica translúcida o transparente a la luz visible, integral con dicha capa de refuerzo, presentando dicha lámina flexible una reducción de su resistencia a la tracción inferior al 10% tras ser sometida a un ensayo de plegado según la norma ASTM D4851.

Más concretamente, esta lámina flexible se caracteriza porque la capa de refuerzo es un textil que tiene un índice de transmisión de la luz superior al 10%, preferentemente al 30%, o incluso al 40% y muy preferentemente al 45%, y que comprende hilos de alta tenacidad a base de un bloque aromático de poliéster que tiene un módulo de Young superior a 50 GPa, en donde dichos hilos tienen una funda de material que bloquea los rayos ultravioleta.

Por “bloqueo ultravioleta” se entiende que el índice de transmisión de la funda con respecto a los rayos ultravioleta es inferior al 50%.

Ventajosamente, dicho textil puede ser una malla o un tejido.

Ventajosamente, la membrana es impermeable al agua líquida, gracias al uso de una película continua. Así, el material flexible de la invención puede utilizarse en la realización de tejados, o en general para realizar estructuras impermeables.

La funda que protege los hilos de refuerzo de los rayos ultravioleta puede fabricarse de varias maneras. Así, según una primera forma de realización de la invención, la funda envuelve el hilo de alta tenacidad de manera continua. Esta funda está formada por un material recubierto sobre el hilo de refuerzo. En otras palabras, el material recubierto forma una funda continua que cubre completamente el hilo de refuerzo. Esta funda puede producirse por extrusión sobre el hilo de refuerzo, posiblemente después de la impregnación para aumentar la adherencia del material de la funda al hilo. También es posible depositar el material de revestimiento sobre el hilo por impregnación, en particular mediante pasadas múltiples.

En una forma de realización particular, la funda puede comprender varias capas superpuestas obtenidas, por ejemplo, por extrusiones sucesivas, o incluso por coextrusión. La capa interior, en contacto con el hilo de refuerzo, garantiza la protección de este último e incluye, por ejemplo, rellenos bloqueadores de la radiación ultravioleta. La capa exterior puede incorporar pigmentos para enmascarar la capa interior de la funda, sobre todo cuando esta última es de color negro u oscuro. Esta capa exterior de la funda es compatible con la película translúcida o transparente a la que está unida la capa de hilo de refuerzo. En particular, puede preverse que la capa exterior tenga un punto de reblandecimiento inferior al de la capa interior, con el fin de mantener la coherencia de esta última durante las operaciones de ensamblaje de la lámina y de la película, que requieren el reblandecimiento de la capa exterior de la funda. Por supuesto, la invención también abarca soluciones en las que la funda consta de más de dos capas distintas.

En otra forma de realización, la película transparente o translúcida puede tener varias capas superpuestas, incluida una capa en contacto con la banda de hilo que tiene una temperatura de reblandecimiento inferior a la de la(s) otra(s) capa(s). De este modo, cuando la lámina se calienta durante su ensamblaje con la lámina de hilos, sólo se ablanda una parte del grosor de la lámina, y el resto de la lámina no se deforma o se deforma muy poco durante el ensamblaje.

En un caso particular, puede utilizarse una combinación de un hilo con una cubierta multicapa y una película multicapa, cuyas respectivas capas enfrentadas están hechas de materiales que se ablandan durante el ensamblaje de la lámina de hilo y la película, mientras que las otras capas no se ablandan y conservan sus propiedades dimensionales iniciales.

Se pueden prever otras técnicas para cubrir el hilo de refuerzo con una funda que lo proteja de la luz exterior. Por ejemplo, según una segunda forma de realización de la invención, dicha funda se compone de un elemento largo (hilo o cinta) que cubre el hilo de refuerzo formando una hélice sobre el mismo por recubrimiento. En un modo más sofisticado, la funda puede estar compuesta por dos bobinados, cada uno con una dirección de bobinado diferente del otro.

También es posible cubrir el hilo con una operación de trenzado.

Ventajosamente, el recubrimiento o trenzado puede realizarse con una tira de material que bloquee total o parcialmente los rayos ultravioleta.

Ventajosamente, la capa de refuerzo y la película polimérica están laminadas juntas.

Ventajosamente, dicha película polimérica se selecciona de los siguientes materiales: fluoruro de polivinilideno, también conocido por las siglas PVDF, o un polímero a base de tetrafluoroetileno, hexafluoropropileno y fluoruro de vinilideno, también conocido por las siglas THV, etileno propileno fluorado (FEP), perfluoroalcoxi (PFA) y, en general, muchos polímeros fluorados, así como acrílicos y metacrílicos fluorados, tomados solos o en mezcla.

Breve descripción de las figuras

La manera de llevar a cabo la invención, así como las ventajas que se derivan de la misma, quedarán claras a partir de la siguiente descripción de las diversas formas de realización, que se da a modo de ilustración pero no de limitación, en apoyo de las figuras adjuntas en las que:

Figura 1: vista en perspectiva de una lámina flexible consistente en una primera forma de realización de la invención; y

Figura 2: vista en sección transversal de una lámina flexible según la invención, consistente en una segunda forma de realización; y

Figura 3: vista superior de un tejido apropiado para la segunda forma de realización de la invención.

Descripción detallada de la invención

La invención se refiere al campo de los materiales compuestos flexibles. Más concretamente, la invención se refiere a una lámina compuesta flexible. Esta lámina compuesta flexible está formada, por una parte, por una película polimérica 1 y, por otra, por una capa textil de refuerzo 2 integrada en la película polimérica 1.

La película polimérica 1, que es principalmente plana, es ventajosamente translúcida o transparente. En efecto, su índice de transmisión luminosa es ventajosamente superior al 80%, y aún más ventajosamente superior al 90%. Está hecho de un material polimérico, ventajosamente fluorado, como PVDF o THV.

La película polimérica 1 tiene un espesor comprendido entre 50 y 500 pm, ventajosamente alrededor de 200 pm. Tiene una cara superior 10 configurada para resistir a la intemperie, en particular por ser impermeable al agua líquida, y una cara inferior 11.

De acuerdo con una primera forma de realización de la invención ilustrado por la Figura 1, dicha lámina compuesta está constituida por una película polimérica 1 fijada por su cara inferior 11 a una rejilla textil 2.

Esta rejilla textil 2 consiste en una superposición de dos láminas idénticas perpendiculares entre sí y formadas por hilos de refuerzo 4 paralelos entre sí. Los hilos de refuerzo 4 están dispuestos de manera que haya unos pocos hilos por centímetro en el plano transversal a cada capa. De este modo, la tasa de transmisión de luz natural a través de dicha lámina flexible es superior al 45%.

Cada hilo de refuerzo 4 es sustancialmente cilíndrico y comprende un núcleo 41 ventajosamente compuesto de un hilo Vectran® comercializado por la empresa KURARAY con un título de entre 400 y 3000 dtex, ventajosamente con un título de entre 1600 y 1700 dtex, y aún más ventajosamente con un título de 1670 dtex. Alternativamente, el núcleo puede fabricarse con un hilo Siveras® comercializado por la empresa TORAY.

En un ejemplo, la lámina de refuerzo 2 se fabrica con los hilos de refuerzo 4 a razón de 2,5 hilos/cm. Preferentemente, el módulo de Young del hilo Vectran® que compone el núcleo 41 es superior a 50 GPa.

Una funda 40 rodea cada hilo de refuerzo 4. En un ejemplo, está hecho de un copolímero de fluoruro de polivinilideno (PVDF) coloreado en negro por pigmentos de negro de humo. Ventajosamente, la funda 40 envuelve completamente cada hilo de refuerzo 4, con el fin de bloquear, o al menos limitar fuertemente la penetración de cualquier radiación luminosa, y en particular de los rayos ultravioletas. Se pueden utilizar otros agentes anti-UV o pigmentos de varios colores para asegurar el efecto de bloqueo de los rayos UV, y para proteger el hilo 4. Otros materiales satisfactorios para esta función son el óxido de zinc, el dióxido de titanio, el benzotriazol o la hidroxifeniltriazina.

En efecto, Vectran® es un material cuyas prestaciones mecánicas y resistencia a lo largo del tiempo se degradan cuando se expone a los rayos ultravioleta, por ejemplo, del sol.

Esta funda 40 se obtiene, ventajosamente, directamente por un proceso de extrusión alrededor del núcleo 41. De este modo, se integra mecánicamente en el núcleo 41 y lo recubre uniformemente en toda su circunferencia. Una impregnación previa del hilo de núcleo, por ejemplo con emulsión de poliuretano o PVDF, puede ser útil para garantizar que el material de revestimiento se sujete bien al hilo de núcleo.

La funda 40 también puede estar formada por al menos un recubrimiento de una cinta de PVDF o similar, preferentemente coloreada de negro con pigmentos de negro de humo, enrollada helicoidalmente alrededor de la funda 40. Este recubrimiento cubre toda la superficie del núcleo 41.

Por último, el diámetro total de cada hilo de refuerzo 4 está comprendido entre 0,8 y 1 mm, y ventajosamente se sitúa en torno a 0,9 mm. Cada hilo de refuerzo 4 tiene un título de entre 9500 y 10 000 dtex, ventajosamente próximo a 9900 dtex. Los hilos de refuerzo 4, al ser puestos en tensión, permiten tensar dicha lámina compuesta, y producir así cubiertas impermeables al agua líquida y a cualquier otra forma de precipitación.

La malla textil 2 está unida a la película polimérica 1 a través de la funda 40, que está fusionada localmente a la cara inferior 11 de la película polimérica 10. La rejilla textil 2 se une así mecánicamente a la lámina polimérica 1, lo que permite ventajosamente reforzar la resistencia mecánica de la lámina compuesta.

Según una segunda forma de realización de la invención, ilustrada por la Figura 2, la capa de refuerzo textil adopta ventajosamente la forma de un tejido 3 compuesto de hilos de alta tenacidad 4 idénticos a los presentes en la primera forma de realización de la invención.

Esta tela tejida 3 puede ser de diferentes tipos. Por ejemplo, como se ilustra en la Figura 3, los hilos de alta tenacidad 4 forman un tejido calado, en el que los hilos de urdimbre y de trama se agrupan en subconjuntos, formando así haces de hilos de urdimbre 42 y haces de hilos de trama 43. Cada uno de los haces 42, 43 está compuesto por tres hilos de alta tenacidad 4 distribuidos en el plano de dicha lámina flexible, a razón de 2,5 hilos/cm.

De este modo, el textil tejido 3 presenta zonas caladas 44 formadas por las intersecciones entre los haces de hilos de urdimbre 42 y los haces de hilos de urdimbre 43, permitiendo ventajosamente el paso de la luz natural a través de dicha tela tejida 3, y limitando así el impacto de la estructura textil sobre la velocidad de transmisión de la luz a través de dicha lámina flexible.

En la forma ilustrada en la Figura 3, los hilos de alta tenacidad 4 que forman los haces de hilos de urdimbre 42 y los haces de hilos de trama 43 están entrelazados formando un tejido liso.

En una variante no mostrada, puede ser ventajoso que los hilos de alta tenacidad contenidos en los haces de hilos de urdimbre y los haces de hilos de trama formen un tejido de gasa de vuelta. Este tipo de tejido limita o incluso bloquea el desplazamiento de los hilos de alta tenacidad dentro de los haces de hilos, lo que ofrece estabilidad al textil tejido y le confiere una mayor resistencia a diversas manipulaciones, en particular antes del ensamblaje con la película.

El uso de hilos Vectran®, o más generalmente de bloques de poliéster aromático, garantiza la resistencia mecánica duradera de la membrana cuando se somete a tensiones de uso, como ciclos de enrollado/desenrollado o de plegado/desplegado.

De hecho, estas tensiones de uso provocan una reducción de las propiedades mecánicas de las fibras. El solicitante ha observado que los hilos Vectran® muestran una caída mucho menor de sus propiedades mecánicas que los hilos de vidrio durante la prueba para medir el índice de fibras rotas tras la aplicación de una carga después del plegado, tal como se define en la norma ASTM D4851, por lo que se utiliza ventajosamente para fabricar el núcleo 41. En resumen, esta prueba consiste en hacer un bucle de una tira de 5 cm de ancho con el material que se va a probar. Esta tira se apoya en un rodillo de 90 mm de diámetro y 100 mm de ancho para que el bucle se aplane repetidamente, hasta 10 pasadas en 10 segundos. A continuación, se coloca la cinta en posición horizontal y se mide su resistencia a la tracción de la forma convencional. Las pruebas realizadas de este modo muestran una reducción de la resistencia prácticamente nula, en cualquier caso inferior al 5% o incluso al 10%, en comparación, por ejemplo, con una reducción del orden del 20% para un material análogo con hilos de refuerzo de vidrio.

Por supuesto, la invención también cubre variantes en las que los hilos de refuerzo están hechos de un material con alta resistencia a los ciclos de flexión, y alta resistencia a la tracción. Además, pueden utilizarse otros polímeros fluorados, tanto para la película como para el revestimiento de los hilos de refuerzo, eligiéndolos con una temperatura de reblandecimiento inferior a 300 °C, o incluso 320 °C, correspondiente a la temperatura de degradación de los hilos de refuerzo, que no debe superarse durante la operación de unión de la lámina de hilos y la película.

Esto tiene la ventaja de proporcionar una membrana con una tasa de transmisión de luz muy alta, debido al uso de hilos de refuerzo muy fuertes que, por lo tanto, pueden estar relativamente espaciados. Esta buena transmisión de la luz se combina con una excelente resistencia al plegado que permite fabricar piezas de gran tamaño que pueden transportarse fácilmente plegándolas, sin que se produzcan cambios significativos en las propiedades mecánicas y visuales después de desplegarlas. El uso de hilos de baja densidad (en torno a 1,4) permite que estas membranas se desplieguen tanto vertical como horizontalmente con un pandeo significativo. Por lo tanto, esta membrana es muy adecuada para la construcción de elementos estructurales arquitectónicos, cubiertas o fachadas, o incluso estructuras hinchables autoportantes.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Lámina de material compuesto flexible, translúcida o transparente, que presenta un índice de transmisión de la luz superior al 45%, que comprende:

- al menos una capa de refuerzo (2, 3) que comprende hilos de alta tenacidad (4); y

- una película polimérica (1) fluorada translúcida o transparente a la luz visible, integral con dicha capa de refuerzo (2, 3);

en donde dicha lámina flexible se caracteriza porque la capa de refuerzo (2, 3) es un textil que comprende hilos de alta tenacidad (4) a base de poliéster aromático en bloque que presenta un módulo de Young superior a 50 GPa, en donde dichos hilos presentan una funda (40) de material que bloquea los rayos ultravioleta, en donde dicha lámina flexible presenta una reducción de su resistencia a la ruptura bajo tracción inferior al 10% tras ser sometida a una prueba de plegado según la norma ASTM D4851.

2. Lámina flexible de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dicho textil es una rejilla.

3. Lámina flexible de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque es impermeable al agua líquida.

4. Lámina flexible de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque dicha funda (40) envuelve el hilo de alta tenacidad con un material continuo.

5. Lámina flexible de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada porque dicha funda está formada por al menos dos capas superpuestas.

6. Lámina flexible de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque dicha funda está compuesta por un recubrimiento.

7. Lámina flexible de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada porque dicha funda se compone de dos recubrimientos, cada uno de los cuales presenta una dirección de enrollado diferente de la otra.

8. Lámina flexible de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 6, caracterizada porque dicho recubrimiento es una tira de material bloqueador de rayos ultravioleta.

9. Hoja flexible de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque dicha al menos una capa de refuerzo (2, 3) y dicha película polimérica (1) están laminadas juntas.

10. Lámina flexible de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque dicha lámina polimérica (1) fluorada se selecciona de los siguientes materiales:

- fluoruro de polivinilideno (PVDF),

- un polímero a base de tetrafluoroetileno, hexafluoropropileno y fluoruro de vinilideno (THV).