ES2960529T3

ES2960529T3 - Desenrollado de materiales

Info

Publication number: ES2960529T3
Application number: ES18792393T
Authority: ES
Inventors: John Ellis; Anthony Loccisano
Original assignee: Hexcel Composites Ltd; Hexcel Corp
Current assignee: Hexcel Composites Ltd; Hexcel Corp
Priority date: 2017-10-23
Filing date: 2018-10-18
Publication date: 2024-03-05
Anticipated expiration: 2038-10-18
Also published as: EP3700848B1; GB201719981D0; EP3700848A1; JP7209707B2; EP3700848B8; CN111164034B; US20200255254A1; CN111164034A; US11358828B2; JP2021500280A; WO2019081347A1; GB2567701A

Abstract

Se proporciona un proceso para desenrollar material de un carrete (2) en el que el ángulo (Θ) de salida en el primer punto de contacto (4) para el desenrollado está siempre en el rango de 0 ± 20°, y en el que el primer punto de contacto (4) para el desenrollado no esté a más de 600 mm del eje (3) de rotación del carrete (2). También se proporciona un aparato para desenrollar material de un carrete (2) que comprende un eje (3) sobre el cual se puede montar de forma giratoria un carrete (2) y un primer punto de contacto estático (4) para el material desenrollado situado no más a más de 600 mm del centro del eje (3), donde el ángulo (Θ) de despegue en el primer punto de contacto (4) para el desenrollado está siempre en el rango de 0 ± 20°. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Desenrollado de materiales

La presente invención se refiere al desenrollado de materiales de núcleos tales como bobinas. En particular, se refiere al desenrollado de materiales que son colocados después del desenrollado, especialmente materiales que se impregnan con resina y son colocados en un molde y se curan en el molde.

La invención es particularmente útil con respecto al desenrollado de fibras, cintas y haces multifilamento, tales como haces multifilamento de fibras de carbono o de vidrio que se utilizan posteriormente en la producción de compuestos reforzados con fibras. Tales haces multifilamento se suministran a menudo enrollados en una bobina y, para su uso, se desenrollan y después se impregnan con una composición de resina, ya sea termoendurecible o termoplástica, y posteriormente se someten a una operación de moldeo y curado para producir un artículo reforzado con fibra.

Se pueden utilizar haces multifilamento para formar artículos compuestos. Los haces se pueden impregnar con una composición de resina termoendurecible, en forma no curada o parcialmente curada, o impregnarse con una composición termoplástica. Las capas de fibras, tales como por ejemplo haces multifilamento, impregnadas de esta manera, se conocen como preimpregnados. Los preimpregnados, normalmente como una pluralidad de capas de preimpregnados, se pueden disponer en un molde y curarse en el mismo para formar un artículo compuesto. Alternativamente, se pueden colocar haces multifilamento en un molde dentro de un recipiente, tal como una bolsa, y se puede inyectar resina termoendurecible líquida en la bolsa, tal vez al vacío, de modo que impregne los haces multifilamento, y después se puede curar la resina para producir el artículo compuesto terminado.

En tales procedimientos, las fibras o haces multifilamento se obtienen convenientemente a partir de bobinas en donde se han enrollado previamente. Estas fibras y haces enrollados después se pueden desenrollarse de las bobinas, a menudo como parte de un proceso continuo de impregnación, disposición y moldeado, para producir el artículo compuesto.

Las fibras, ya sean haces multifilamento o fibras individuales, normalmente se enrollan en un núcleo o bobina giratoria para su transporte. Generalmente se enrollan de extremo a extremo de la bobina para proporcionar una distribución uniforme o sustancialmente uniforme de la fibra o haz multifilamento a lo largo de la bobina, y también dentro de la masa de la fibra o multifilamento a medida que se acumula en capas cuando se deposita a lo largo de la bobina.

En consecuencia, la acción de desenrollado se debe realizar recíprocamente a través dela bobina para igualar el patrón de enrollado. Sin embargo, este desenrollado tradicional da como resultado una variación en el ángulo con el que se retira el material de la bobina a lo largo de la longitud de la bobina. Por ejemplo, cuando el desenrollado se realiza desde una posición central, el ángulo de extracción de la bobina será de aproximadamente 90°, pero cuando el material se desenrolla lejos del centro de la bobina, el ángulo disminuirá hasta ser considerablemente menor que 90° en los extremos de la bobina. El ángulo con el que se retira el material a medida que se mueve a lo largo de la bobina variará y dependerá de la longitud de la bobina y de la distancia del punto de retirada desde la superficie de la bobina. En consecuencia, el ángulo y, por tanto, la tensión en el material, varía a medida que se desenrolla el material.

Esta variación en el ángulo de extracción crea variaciones en las fuerzas que actúan sobre el haz de fibra o multifilamento a medida que se retira de la bobina, creando variaciones dentro del haz de fibra o multifilamento; específicamente, la tensión aumentará cuando el haz de fibra se mueve desde el centro hacia cualquiera de los extremos del núcleo del que se está desenrollando, siendo la tensión máxima en el extremo. Cuando el haz de fibra cambia de dirección para moverse hacia el otro extremo del núcleo de desenrollado, esta tensión creada por el ángulo agudo de desenrollado actúa sobre el haz para producir un ambiente tal que el haz de fibra pueda rodar sobre sí mismo y crear una torsión en el haz de fibras, a veces conocido como giros falsos. Cuando se emplean haces multifilamento, los filamentos dentro de un haz son generalmente paralelos entre sí, y una propiedad importante del haz es que la distribución de las fibras dentro del haz es tal que se puede alcanzar el grado deseado de impregnación de las fibras con una resina. Sin embargo, la variación en las fuerzas a las que está sometida la fibra o el haz multifilamento durante el desenrollado, como se analizó anteriormente, conduce a falsas torsiones que pueden distorsionar la distribución de la fibra o fibras y/o restringir la capacidad de extensión del haz de modo que no se extiende tan uniformemente como la mayor parte del haz, lo que da como resultado una impregnación y distribución desigual de la resina y, en última instancia, espacios en el preimpregnado y defectos en el producto compuesto producido a partir del preimpregnado.

En otro proceso de desenrollado, el primer punto de contacto para el material desenrollado se mueve lateralmente hacia atrás y hacia adelante a lo largo de la bobina, de manera que el material se desenrolla en un ángulo de sustancialmente 90° en todas partes a lo largo de la bobina. Sin embargo, en cada extremo del recorrido es necesario invertir la dirección en donde se produce el desenrollado y aquí nuevamente, en el punto de cambio de dirección se aplican diferentes fuerzas a la fibra o haces multifilamento, alterando de nuevo las fibras o la distribución de las fibras dentro del haz, lo que da lugar a los mismos problemas, tales como impartir torsiones falsas.

Se han realizado intentos para reducir estos problemas reduciendo el ángulo máximo en el que se retira la fibra de la bobina, tal como en los sistemas de desenrollado disponibles de McCoy Machinery Co Inc., en los que la bobina se mueve mecánicamente en movimiento alterno con respecto al primer punto de contacto y el ángulo de despegue es sustancialmente 0°. Sin embargo, para que esto se pueda conseguir ha sido necesario aumentar la distancia entre la superficie de la bobina y el primer punto de contacto del desenrollado; y esto ha resultado poco práctico porque requiere más espacio para el equipo de desenrollado del que está fácilmente o económicamente disponible. Además, este enfoque requiere una gran distancia entre la superficie de la bobina y el primer punto de contacto, aumentando el riesgo de daño y/o rotura de la fibra o haz entre la bobina y el primer punto de contacto. Además, estas técnicas requieren la provisión de un accionamiento motorizado para hacer oscilar la bobina, lo cual es complejo y costoso. Además, no se ha reconocido el valor de tales sistemas para superar la falsa torsión con haces multifilamento en operaciones de colocación continua de fibras.

El documento DE102007012609 describe un dispositivo de colocación que está configurado para colocar piezas de fibra que tienen una superficie flexible que aplica y presiona las piezas de fibra contra una superficie de preforma. También se refiere a un sistema de desenrollado en donde la bobina oscila mecánicamente con respecto al primer punto de contacto y el ángulo de salida es sustancialmente de 0°.

El documento JPH03239420 describe un aparato en el cual, cuando se extrae un electrodo de alambre del extremo izquierdo de una bobina, la bobina se mueve hacia el lado derecho a lo largo de un eje giratorio y cuando el electrodo de alambre se extrae del lado del extremo derecho de la bobina, la bobina se mueve a lo largo del eje giratorio hacia la izquierda, de modo que el electrodo de alambre es arrastrado en todo momento en una dirección aproximadamente constante por una polea guía.

El documento DE3343285 describe un dispositivo para desenrollar material enrollado mecánicamente sensible, tal como fibras ópticas de vidrio de cuarzo, de una bobina de transporte y/o suministro en donde se consigue un desenrollado relativamente suave a altas velocidades de desenrollado manteniendo constantemente un ángulo de desenrollado de preferiblemente 90° durante el desenrollado.

El documento US4830298 describe una máquina de enrollado en donde poleas antifricción, o conjuntos de poleas, están montadas en una placa de soporte para formar una guía de filamentos, en donde cada uno de los conjuntos de poleas comprende un disco de soporte montado en la placa de soporte para movimiento giratorio alrededor de un eje perpendicular a la placa de soporte, y una rueda de polea montada en el disco de rodamiento y que pasa a través de él.

La presente invención tiene como objetivo abordar este problema y/o proporcionar mejoras en general.

Según la invención, se proporciona un proceso y un aparato como está definido en cualquiera de las reivindicaciones adjuntas.

La presente invención proporciona un proceso para desenrollar material seleccionado entre fibras, cintas y haces multifilamento de una bobina en donde el ángulo de despegue en el primer punto de contacto para el desenrollado está siempre en el rango de 0 ± 20°, el primer punto de contacto para el desenrollado no está a más de 600 mm del eje de rotación de la bobina, la bobina oscila transversalmente con respecto al primer punto de contacto para el desenrollado y el movimiento alterno transversal de la bobina es un movimiento libre accionado por el desenrollado del material; además, en donde la bobina está montada fijamente en un mandril que está montado de forma giratoria en un cilindro interior, el cilindro interior está provisto de dos ranuras en espiral que intersectan y el mandril está provisto de una chaveta que está situada en las ranuras en espiral de manera que el mandril queda libre para moverse hacia delante y hacia atrás a lo largo del cilindro interior para producir un movimiento lateral alterno del mandril sobre el cilindro interior cuando la bobina gira, de modo que el mandril junto con la bobina se mueve transversal y recíprocamente con respecto al primer punto de contacto para el desenrollado.

La invención proporciona además un aparato para desenrollar material seleccionado entre fibras, cintas y haces multifilamento de una bobina que comprende un eje sobre el cual se puede montar la bobina de manera giratoria y un primer punto de contacto estático para el material desenrollado situado a no más de 600 mm del eje, en donde el ángulo de despegue en el primer punto de contacto para el desenrollado está siempre en el rango de 0 ± 20°; y en donde la bobina está montada en un mandril en donde el mandril está montado de forma giratoria en un cilindro interior que está provisto de dos ranuras en espiral que intersectan y el mandril está provisto de una chaveta en su superficie interior que está situada en las ranuras en espiral, de manera que el mandril es libre de moverse hacia delante y hacia atrás con respecto al cilindro interior y el primer punto de contacto para el desenrollado para producir un movimiento lateral alterno del mandril en el cilindro interior cuando la bobina se desenrolla, de modo que la bobina oscila transversalmente con respecto al primer punto de contacto para el desenrollado y el movimiento alterno transversal de la bobina es el movimiento libre accionado por el desenrollado del material.

En esta aplicación, el primer punto de contacto para el desenrollado se refiere a la ubicación en donde el material desenrollado hace contacto por primera vez con una superficie, tal como rodillos estáticos o accionados, un ojal o un peine, para proporcionar la ubicación y dirección deseadas del material desenrollado. Cuando el material pasa desde la bobina al primer punto de contacto para el desenrollado, de modo que el material es retirado de la bobina en un ángulo de 90° con respecto al eje de la bobina (es decir, de modo que la distancia entre la posición desde la que se desenrolla el material y el primer punto de contacto es lo más corta posible), el ángulo de despegue en el primer punto de contacto para el desenrollado está definido como 0°. Así, el ángulo de salida en el primer punto de contacto es el ángulo con el que el material desenrollado alcanza el primer punto de contacto medido con respecto a una línea perpendicular entre el primer punto de contacto y el eje de la bobina del que se desenrolla el material. A este ángulo se le asigna nominalmente un valor positivo en un extremo de la bobina y un valor negativo en el otro extremo de la bobina.

Hemos descubierto que, siempre que el ángulo de desenrollado esté en el rango de 0 ± 20°, el proceso y aparato de esta invención permite desenrollar fibras, cintas y haces multifilamento de una bobina a velocidades de hasta 50 metros por minuto con una reducción significativa de la deformación de las fibras, las cintas y los haces y los filamentos dentro de un haz, incluida la reducción o eliminación de las falsas torsiones. Hemos descubierto que esto se puede conseguir particularmente si la bobina se mueve lateralmente hacia delante y hacia atrás con respecto al primer punto de extracción para el desenrollado y, en una realización preferida, el primer punto de extracción está fijo. Por consiguiente, en el proceso y aparato de la invención, la bobina está montado de manera que se puede mover transversal y de forma alterna con respecto al primer punto de contacto para el desenrollado. El movimiento alterno transversal de la bobina es un movimiento libre y el movimiento alterno transversal es accionado debido a las fuerzas del desenrollado del material. Esto es particularmente ventajoso porque, cuando el movimiento alterno transversal de la bobina es accionado por el desenrollado del material de la bobina, el movimiento de la bobina se ajusta automáticamente para tener en cuenta cualquier irregularidad en el enrollado del material. Por ejemplo, si el material enrollado no siempre llega al final de la bobina antes de que se invierta la dirección del enrollado, el movimiento transversal de la bobina cambiará cuando cambie la dirección del bobinado, en lugar de continuar hasta la posición normal en donde cambia la dirección de bobinado, y por lo tanto el movimiento transversal de la bobina siempre permanece en sincronía con la dirección en la que se enrolló originalmente el material desenrollado.

Preferiblemente, el movimiento alterno transversal de la bobina solo es accionado por el desenrollado del material.

En algunas realizaciones de esta invención, el primer punto de contacto para el desenrollado no está a más de 400 mm del eje de rotación de la bobina. Por razones prácticas, en la mayoría de los casos la distancia mínima entre el primer punto de contacto para el desenrollado y el eje de rotación será de al menos 100 mm.

En algunas realizaciones de esta invención, el ángulo de despegue en el primer punto de contacto para el desenrollado está siempre en el rango de 0 ± 10°.

En realizaciones preferidas de la presente invención, el primer punto de contacto para el desenrollado no se mueve transversalmente con respecto al eje de rotación de la bobina, es decir, el primer punto de contacto no se mueve de un lado a otro. También se prefiere que el primer punto de contacto para el desenrollado no se acerque ni se aleje del eje de rotación de la bobina. Aunque en algunas realizaciones de la invención el primer punto de contacto para el desenrollado se puede mover verticalmente, se prefiere particularmente que la distancia entre el primer punto de contacto para el desenrollado y el eje de rotación de la bobina no cambie. En realizaciones especialmente preferidas de la invención, la posición del primer punto de contacto para el desenrollado es estática.

En la presente invención, la bobina está montada fijamente sobre un mandril y el mandril junto con la bobina se puede mover transversal y de forma alterna con respecto al primer punto de contacto para el desenrollado.

En la presente invención, la bobina está montada en un mandril que está montado de manera giratoria en un cilindro interior, de manera que el mandril se puede mover libremente hacia delante y hacia atrás a lo largo del cilindro interior. El mandril es hueco y está situado alrededor de un cilindro interior, y están dispuestos medios para el movimiento alterno del mandril axialmente a lo largo del cilindro cuando el material se desenrolla de la bobina. En este caso, el eje de la bobina es el eje del cilindro. Los medios para realizar el movimiento alterno del mandril comprenden dos ranuras que están dispuestas en espiral alrededor de la superficie del cilindro, por lo que una chaveta proporcionada en la superficie interior del mandril se puede situar dentro de las ranuras. En consecuencia, cuando la fibra, cinta o haz se desenrolla de la bobina, la tensión en la fibra, cinta o haz ejercerá una fuerza sobre el mandril, de manera que la fuerza se transfiere a la chaveta, haciendo que se mueva dentro de las ranuras en espiral, lo que a su vez hace que el mandril se mueva axialmente hacia delante y hacia atrás a lo largo del exterior del cilindro. Están dispuestas dos ranuras en espiral en la superficie del cilindro, de modo que la primera ranura hace que el mandril se mueva en una dirección a lo largo del eje del cilindro y la segunda ranura hace que el mandril se mueva en la dirección opuesta a lo largo del eje del cilindro. Por lo tanto, se hace que la bobina sobre el mandril se mueva con respecto al cilindro interior debido a la fuerza del desenrollado del material. Cuando la bobina gira, acciona el movimiento de la bobina en su mandril hacia delante y hacia atrás, todo controlado por la chaveta en la ranura en espiral del cilindro interior, de modo que el desenrollado coincide con el patrón de enrollado del material fibroso y, como tal, el control de la tensión del material fibroso cuando se desenrolla es proporcionado por el control de las fuerzas de fricción del chavetero.

En la presente invención, la chaveta está dispuesta en la superficie interior del mandril, y el mandril está diseñado de manera que se puede fijar una bobina alrededor del exterior del mandril. De esta manera, se puede utilizar un mandril para desenrollar muchas bobinas sin necesidad de una construcción especial de cada bobina. Además, esto permite que la invención se realice utilizando bobinas de materiales típicos más débiles, tales como cartón.

La elección de los materiales para utilizar en esta invención debe ser tal que la chaveta quede retenida dentro de las ranuras en espiral y se pueda mover libremente dentro de las ranuras sin causar daños ni a la chaveta ni al cilindro, ni a las ranuras formadas en el cilindro.

La presente invención permite que el punto de desenrollado de la bobina se mantenga sustancialmente alineado con el punto de primer contacto del material desenrollado independientemente de la posición en la bobina desde el que se desenrolla el material; y esto a su vez reduce o elimina la aparición de falsas torsiones en el material desenrollado o que se está desenrollando.

En realizaciones preferidas de la invención, la velocidad de movimiento alterno de la bobina, la velocidad de rotación de la bobina durante el desenrollado y la velocidad de movimiento del material desenrollado en el primer punto de contacto del desenrollado están sincronizadas para garantizar que haya una tensión adecuada en el material que se está desenrollando para permitir un desenrollado uniforme sin dañar el material. Dicha sincronización se puede controlar por ordenador y/o, cuando sea apropiado, se puede controlar desde el paso del chavetero en espiral del cilindro interior. Las velocidades apropiadas dependerán de la naturaleza del material y, cuando el desenrollado sea parte de un proceso de fabricación continuo, las velocidades son preferiblemente acordes con las requeridas en el proceso de fabricación posterior.

El proceso de esta invención se puede controlar por ordenador y el aparato de la invención puede estar provisto de sensores para seguir la trayectoria de la bobina durante el proceso de desenrollado para mantener la bobina estable durante su recorrido.

En la invención, se proporcionan medios para desenrollar el material de la bobina a la velocidad deseada, y estos pueden estar situados en el primer punto de contacto para el propio desenrollado o estar situados aguas abajo del primer punto de contacto. Se puede utilizar cualquier medio adecuado para desenrollar el material de la bobina, tal como una punto de apriete o un rodillo accionado. Así, el primer punto de contacto para el desenrollado puede ser una superficie giratoria, tal como un punto de apriete o un rodillo accionado, o una superficie estática, tal como un cilindro fijo, un ojal o un peine.

La invención se puede aplicar al desenrollado de fibras o cintas; sin embargo, es particularmente útil para desenrollar haces multifilamento, especialmente haces de fibra de carbono, vidrio o aramida. Los haces multifilamento comprenden un haz que puede estar formado por varios miles de fibras muy pequeñas dispuestas sustancialmente paralelas entre sí dentro del haz. Normalmente, el número de filamentos en un haz puede oscilar entre 1.000, 12.000 y 50.000 o más. Hexcel ofrece haces de aproximadamente 12.000 filamentos de carbono, Toray ofrece haces de aproximadamente 24.000 filamentos de carbono y Zoltek ofrece haces de aproximadamente 50.000 filamentos de carbono. Las cintas que se pueden desenrollar en la invención incluyen cualquier material de anchura relativamente estrecha (es decir, material que se puede enrollar alrededor de una bobina en diferentes posiciones a lo largo de la bobina), tal como fibras impregnadas, por ejemplo haz impregnado o cinta ranurada.

La invención es particularmente útil cuando los haces de fibras se van a utilizar para la producción de productos de bajo peso que requieren hasta un 90 % en peso de fibras unidireccionales, ya que en muchos procesos para su producción las fibras dentro del haz se deben separar antes de la impregnación de resina, y la falsa torsión o deformación de la fibra que se produce al utilizar procesos de desenrollado previos dificulta, y en ocasiones imposibilita, el extendido y la impregnación. Además, las falsas torsiones pueden provocar imperfecciones en el producto final elaborado a partir de la fibra o los haces. Así, el proceso de la presente invención incluye preferiblemente una etapa en donde el material desenrollado es impregnado con una resina termoplástica o termoestable, y aún más preferiblemente la impregnación es continua con el desenrollado. En realizaciones preferidas de la invención, el material impregnado se moldea para formar un artículo compuesto, e incluso más preferiblemente la introducción del material impregnado en un molde es continua con la impregnación.

Otra aplicación en donde la invención es particularmente útil es cuando la fibra o los haces se van a utilizar en productos tejidos, donde las falsas torsiones pueden perjudicar el proceso de tejido y también pueden dar lugar a imperfecciones en el producto tejido acabado.

Otra aplicación más en donde se ha encontrado útil la invención es en las tecnologías de procesamiento continuo tales como las diversas formas de colocación automática de cintas, tales como máquinas de colocación automática de fibras, donde los haces o cintas se toman de la bobina y se suministran de forma continua a la superficie de colocación, y se impregnan con resina antes o después de la colocación y finalmente se curan. Entre otras aplicaciones, estos procesos se utilizan en la fabricación de componentes de automoción y aeroespaciales, y en la fabricación de palas de turbinas eólicas.

Las fibras preferidas son fibras de carbono y de vidrio. También se pueden considerar sistemas híbridos o mixtos de fibras. El uso de fibras agrietadas (es decir, rotas por estiramiento) o selectivamente discontinuas puede ser ventajoso para facilitar la colocación del producto en los procesos continuos de fabricación de artículos. La masa de superficie de las fibras dentro del refuerzo fibroso típico de bajo peso de área de fibra es generalmente de 10 a 80 g/m.2 y en preimpregnados más convencionales es generalmente de 80 a 600 g/m2, y en preimpregnados de tipo industrial de mayor peso es de 300 a 4000 g/m2. Preferiblemente, para preimpregnados de bajo peso de área de fibra y preimpregnados convencionales de 10 a 70 g/m2 y de 100 a 600 g/m2 respectivamente, y de manera especialmente preferida con pesos de superficie de fibra bajos y preimpregnados convencionales de 10 a 35 g/m2 y de 100 a 300 g/m2. El número de filamentos de carbono por haz puede variar de 1.000 a 320.000, de nuevo preferiblemente de 3.000 a 160.000 y lo más preferiblemente de 6.000 a 48.000. Para refuerzos de fibra de vidrio, son particularmente útiles fibras de 600-2400 tex.

Los haces fibrosos unidireccionales a modo de ejemplo con los que es útil esta invención están hechos de fibras de carbono HexTow®, que están disponibles en Hexcel Corporation. Las fibras de carbono HexTow® adecuadas para utilizar en la fabricación de haces de fibra unidireccionales incluyen: fibras de carbono IM7, que están disponibles como haces que contienen 6.000 o 12.000 filamentos y pesan 0,223 g/m y 0,446 g/m respectivamente; fibras de carbono IM8-IM10, que están disponibles en forma de haces que contienen 12.000 filamentos y pesan entre 0,446 g/m y 0,324 g/m; y fibras de carbono AS7, que están disponibles en haces que contienen 12.000 filamentos y pesan 0,800 g/m, haces que contienen hasta 80.000 o 50.000 (50K). Los haces normalmente tienen una anchura de 3 a 7 mm que pueden desenrollarse de las bobinas utilizando el proceso y aparato de esta invención y después ser suministrados para impregnación típicamente en equipos que emplean peines para sujetar los haces y mantenerlos paralelos y unidireccionales.

Cuando los materiales desenrollados derivados de esta invención son impregnados posteriormente con una resina, la resina utilizada es típicamente una resina curable termoendurecible. Ejemplos de resinas adecuadas son resinas epoxi, resinas de poliéster y resinas de bismaleimida. Se prefieren resinas que tengan baja viscosidad a las temperaturas del proceso. Las resinas preferidas son resinas epoxi termofusibles y la impregnación tiene lugar a la temperatura óptima que proporciona la resina de la viscosidad deseada. Las resinas suelen contener un activador que acelera el proceso de curado y el activador se utiliza frecuentemente junto con un acelerante. La diciandiamida es un activador típico que se puede utilizar junto con un acelerante con base de urea. La cantidad relativa de activador y resina epoxi que se debe utilizar dependerá de la reactividad de la resina y de la naturaleza y cantidad del refuerzo fibroso. Normalmente se utiliza de 0,5 a 10% en peso del agente de curado con base de urea o derivado de urea basado en el peso de resina epoxi.

En un proceso continuo en donde el material desenrollado se impregna de forma continua con resina, la velocidad de desenrollado que se debe utilizar cuando se utiliza esta invención se puede determinar mediante la temperatura del proceso utilizada y la viscosidad de la composición de resina que se utiliza para la impregnación a la temperatura así como otras condiciones empleadas para la impregnación del material por la composición de resina de modo que el flujo de la resina dé como resultado el grado deseado de impregnación del material desenrollado. Las resinas preferidas tienen una viscosidad de 0,1 Pa.s a 100 Pa.s, preferiblemente de 6 a 100 Pa.s, más preferiblemente de 18 a 80 Pa.s e incluso más preferiblemente de 20 a 50 Pa.s. Se prefiere que el contenido de resina sea tal que después de curar y moldear el artículo compuesto contenga de 20 a 50% en peso, más preferiblemente de 21 a 47% en peso, incluso más preferiblemente de 22 a 45% en peso, y lo más preferiblemente de 30 a 40% en peso de la resina.

La velocidad de desenrollado empleada en esta invención se puede adaptar según estos requisitos.

Cuando la resina utilizada para la impregnación es un componente de material de resina epoxi o resina epoxi, se puede seleccionar a partir de cualquiera de los diglicidiléteres de bisfenol-A disponibles comercialmente, solos o en combinación; los materiales típicos de esta clase incluyen GY-6010 (Huntsman Advanced Materials, Duxford, Reino Unido), Epon 828 (Resolution Performance Products, Pernis, Países Bajos) y DER 331 (Dow Chemical, Midland, Michigan).

El componente de resina epoxi de bisfenol-A constituye preferiblemente del 30 al 50% p/p de la matriz de resina total y el resto puede ser un material componente de resina termoendurecible diferente y/o un material termoplástico y/o cualquier otro componente de matriz de resina conocido, tal como como agentes endurecedores, por ejemplo materiales de caucho.

Las resinas epoxi preferidas tienen un peso equivalente de epoxi (EEW) en el intervalo de 150 a 1500, preferiblemente una alta reactividad tal como un EEW en el intervalo de 200 a 500. Las resinas epoxi adecuadas pueden comprender mezclas de dos o más resinas epoxi seleccionadas de resinas epoxi monofuncionales, difuncionales, trifuncionales y/o tetrafuncionales.

La invención se ilustra con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

las Figuras 1a a 1c muestran la secuencia de desenrollado en un método de la técnica anterior donde el desenrollado atraviesa la superficie de la bobina;

la Figura 2 es una ilustración esquemática que muestra el ángulo y la distancia de desenrollado a los que se refiere la presente invención;

la Figura 3 es una ilustración esquemática de la invención;

la Figura 4 muestra una realización de la invención que emplea ranuras en espiral que intersectan en un cilindro interior para dirigir el movimiento de una bobina durante el desenrollado;

la Figura 5 muestra cómo se puede emplear una chaveta con el sistema de la Figura 4 para accionar el movimiento de la bobina;

la Figura 6 muestra la estructura de la chaveta que se puede utilizar en la disposición de la Figura 5;

las Figuras 7 y 8 muestran el funcionamiento del sistema de las figuras 4 y 5; y

las Figuras 9a, 9b y 9c muestran la posición de desenrollado controlada por las ranuras en espiral que se muestran en las Figuras 4 a 8.

La Figura 1 muestra un proceso de la técnica anterior para desenrollar una fibra (1) de una bobina (2), girando alrededor de su eje (3), la fibra es retirada a través de un ojal o peine (4) que es el primer punto de contacto del desenrollo. La Figura 1a muestra la fibra que es retirada en ángulo recto con la superficie en el punto medio de la bobina. En esta posición el ángulo de salida en el primer punto de contacto de la fibra desenrollada es de 0°. La Figura 1b muestra cómo a medida que la fibra se desenrolla de la bobina, se mueve a lo largo de la superficie de la bobina, cambiando así el ángulo (a) con el que es retirada de la bobina. En la Figura 1b el ángulo de despegue en el primer punto de contacto de la fibra desenrollada es (90-a)°, por lo que se puede observar que a medida que la posición desde la cual se retira la fibra se mueve a lo largo de la bobina, el ángulo de despegue en el primer punto de contacto aumenta. Para distinguir la extracción de un extremo de la bobina de la extracción del otro extremo, a este ángulo se le asigna un valor positivo en un extremo de la bobina y un valor negativo correspondiente en el otro extremo de la bobina. Por ejemplo, si el ángulo a en la Figura 1b es de 60° (de modo que el ángulo de despegue en el primer punto de contacto de la fibra es de 30°), el ángulo de despegue en este punto se denomina 30° y el ángulo de salida en la posición correspondiente en el otro extremo de la bobina se denomina -30°. Debido a estos cambios en el ángulo de despegue, la fibra queda expuesta a fuerzas locales, así como a esfuerzos de tracción. Para facilitar la comprensión, se ilustra que la fibra tiene dos hebras, aunque podría ser un haz multifilamento con multitud de fibras. La Figura 1c muestra que a medida que las fibras cambian de dirección de viaje, las fibras individuales se pueden retorcer entre sí, formando lo que se conoce como una falsa torsión, lo cual no es deseable.

La Figura 2 es una ilustración de las dimensiones del proceso y aparato de desenrollado al que se refiere la invención. En la Figura 2, 1a indica una fibra que es desenrollada desde una primera posición directamente opuesta al primer punto de contacto para el desenrollado (4), 1b indica una fibra que se desenrolla desde una segunda posición a lo largo de la longitud de la bobina (2), y d es la distancia entre el eje de rotación de la bobina y el primer punto de contacto para el desenrollado. 0 es el ángulo de despegue en el primer punto de contacto para el desenrollado. Por lo tanto, cuando la fibra se desenrolla en la posición que se muestra en 1a, el ángulo de salida en el primer punto de contacto es 0, y cuando la fibra se desenrolla en la posición que se muestra en 1b, el ángulo de salida en la primera posición de contacto es 0, al que se le puede asignar un valor positivo o negativo (utilizando la cifra inversa para la posición equivalente hacia el otro extremo de la bobina). En la presente invención el ángulo 0 debe permanecer en el rango de 0 ± 20°.

Las Figuras 3a a 3d ilustran esquemáticamente un proceso y un aparato de desenrollado de esta invención. La bobina designada con el número 5 es la misma bobina en cada figura mostrada en una posición diferente. No se muestran los mecanismos de soporte, accionamiento y control de la bobina que serían parte de un aparato comercial. La Figura 3 muestra una bobina (5) sobre la que está enrollado un material fibroso (6). El material (6) se va desenrollando de la bobina (5) para pasar a un ojal o peine (7), que es el primer punto de contacto del desenrollado. La fibra será retirada mediante un dispositivo accionado más allá del ojal o peine que no se muestra. La Figura 3a muestra un desenrollado de un extremo (8) de la bobina (5), que gira en la dirección que muestra la flecha (9). La bobina se mueve desde la posición que se muestra en la Figura 3a en la dirección que muestra la flecha (10) que se muestra en las Figuras 3b y 3c, y en la dirección opuesta que muestra la flecha (11) en la Figura 3d. De esta manera, el material fibroso continúa retirándose de la bobina sustancialmente en el mismo ángulo, aunque desde diferentes posiciones a lo largo de la bobina, como se muestra en las Figuras 3b, 3c y 3d. El desenrollado continúa mediante el movimiento alterno continuo de la bobina, de modo que el desenrollado continúa a aproximadamente 90° con respecto a la superficie de la bobina y el ángulo de despegue en el primer punto de contacto para el desenrollado continúa siendo aproximadamente 0°.

La Figura 4 ilustra una realización en la que un haz fibroso (12) sobre una bobina de cartón (13) se ajusta alrededor de un mandril hueco (14) que puede estar situado de manera móvil en un cilindro (15) provisto de ranuras en espiral (16) y (17).

La Figura 5 muestra cómo puede estar presente una chaveta (18) en la superficie interior del mandril hueco (14) de la Figura 4 para encajar en las ranuras en espiral (16) y (17) formadas en el cilindro interior (15). La Figura 6 muestra una chaveta (18) con dientes que se pueden utilizar para introducir las ranuras en espiral.

Las Figuras 7 y 8 muestran cómo la retirada de la fibra (19) de la bobina (13) hace que el mandril (14) se mueva desde el extremo derecho (20) de la Figura 7 al extremo izquierdo (21) como se muestra en Figura 8, mientras que el ángulo de retirada de la fibra sigue siendo sustancialmente el mismo.

Las Figuras 9a, b y c muestran los patrones que se pueden utilizar para las ranuras en espiral (16 y 17) y el desenrollado de la fibra (19) en un ojal (22), que es el primer punto de contacto del desenrollado.

En consecuencia, como se muestra en las Figuras 4 a 9, las espirales (16, 17) se recortan en la superficie del cilindro interior (15) para que coincidan con el patrón de enrollado del material fibroso (12, 19) en la bobina (13) que se va a desenrollar. El mandril (14) tiene una chaveta (18) en su superficie interior que está situada en las ranuras en espiral (16, 17), de manera que las ranuras en espiral (16, 17) actúan como un chavetero. De esta manera, cuando el material fibroso (12, 19) se desenrolla y se aleja de la bobina (13), la bobina (13) gira y, cuando gira, acciona el movimiento de la bobina (13) sobre el mandril (14) hacia delante y hacia atrás. El movimiento está controlado por la interacción de la chaveta (18) y las ranuras en espiral (16, 17) en la superficie del cilindro interior (15). De esta manera, el desenrollado coincide con el patrón de enrollado del material fibroso (12, 19) y, como tal, hay control de la tensión del material cuando se desenrolla proporcionado por el control de las fuerzas de fricción del chavetero.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para desenrollar material (6, 12, 19) seleccionado entre fibras, cintas y haces multifilamento de una bobina (5, 13) en donde el ángulo de despegue en el primer punto de contacto para el desenrollado (7, 22) está siempre en el rango 0 ± 20°, el primer punto de contacto para el desenrollado (7, 22) no está a más de 600 mm del eje de rotación de la bobina (5, 13), la bobina (5, 13) se mueve de forma alterna transversalmente con respecto al primer punto de contacto para el desenrollado (7, 22) y el movimiento alterno transversal de la bobina (5, 13) es movimiento libre accionado por el desenrollado del material (6, 12, 19); además, en donde la bobina (5, 13) está montada fijamente en un mandril (14) que está montado de forma giratoria en un cilindro interior (15), el cilindro interior (15) está provisto de dos ranuras en espiral que intersectan (16, 17) y el mandril (14) está provisto de una chaveta (18) que está situada en las ranuras en espiral (16, 17), de manera que el mandril (14) queda libre para moverse hacia delante y hacia atrás a lo largo del cilindro interior (15) para producir un movimiento lateral alterno del mandril (14) en el cilindro interior (15) cuando la bobina (5, 13) gira, de modo que el mandril (14) junto con la bobina (5, 13) se mueve transversal y recíprocamente con respecto al primer punto de contacto para el desenrollado (7, 22).

2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el material (6, 12, 19) se desenrolla a velocidades de hasta 50 metros por minuto; y/o en donde el primer punto de contacto para el desenrollado (7, 22) no se mueve transversalmente con respecto al eje de rotación de la bobina (5, 13).

3. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la velocidad del movimiento alterno transversal de la bobina (5, 13), la velocidad de rotación de la bobina (5, 13) durante el desenrollado y la velocidad de movimiento del material desenrollado ( 6, 12, 19) en el primer punto de contacto para el desenrollado (7, 22) están sincronizadas para asegurar que haya una tensión adecuada en el material de desenrollado (6, 12, 19) para permitir un desenrollado uniforme sin dañar el material (6, 12, 19); preferiblemente en donde la sincronización está controlada por ordenador.

4. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2 en donde la velocidad del movimiento transversal alterno de la bobina (5, 13), la velocidad de rotación de la bobina (5, 13) durante el desenrollado y la velocidad de movimiento del material desenrollado (6, 12, 19) en el primer punto de contacto para el desenrollado (7, 22) están sincronizadas, y la sincronización se controla desde el paso de las ranuras en espiral (16, 17) en el cilindro interior (15).

5. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material desenrollado (6, 12, 19) se impregna con una resina termoplástica o termoendurecible, en donde preferiblemente la impregnación es continua con el desenrollado, y/o en donde el material impregnado es moldeado para formar un artículo compuesto, en donde preferiblemente la introducción del material impregnado en el molde es continua con la impregnación.

6. Un aparato para desenrollar material (6, 12, 19) seleccionado entre fibras, cintas y haces multifilamento de una bobina (5, 13) que comprende un eje sobre el cual la bobina (5, 13) puede estar montada de manera giratoria y un primer punto de contacto estático para el material desenrollado (7, 22) situado a no más de 600 mm del eje, en donde el ángulo de salida en el primer punto de contacto para el desenrollado (7, 22) está siempre en el rango de 0 ± 20°; y en donde la bobina (5, 13) está montada en un mandril (14), en donde el mandril (14) está montado de forma giratoria en un cilindro interior (15) que está provisto de dos ranuras en espiral (18, 17) que intersectan y el mandril (14) está provisto de una chaveta (18) en su superficie interior que está situada en las ranuras en espiral (16, 17) de manera que el mandril (14) queda libre para moverse hacia delante y hacia atrás con respecto al cilindro interior (15) y el primer punto de contacto para el desenrollado (7, 22) para producir un movimiento lateral alterno del mandril (14) en el cilindro interior (15) cuando la bobina (5, 13) se desenrolla, de modo que la bobina (5, 13) se mueve en movimiento alterno transversalmente con respecto al primer punto de contacto para el desenrollado (7, 22) y el movimiento alterno transversal de la bobina (5, 13) es movimiento libre accionado por el desenrollado del material (6, 12, 19).

7. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 6, en donde el material (6, 12, 19) se desenrolla a velocidades de hasta 50 metros por minuto, y/o en donde el primer punto de contacto para el desenrollado (7, 22) no se mueve transversalmente con respecto al eje de rotación de la bobina (5, 13).

8. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 6 o la reivindicación 7 en donde la velocidad del movimiento alterno transversal de la bobina (5, 13), la velocidad de rotación de la bobina (5, 13) durante el desenrollado y la velocidad del material desenrollado (6, 12, 19) en el primer punto de contacto para el desenrollado (7, 22) están sincronizadas para garantizar que haya una tensión adecuada en el material de desenrollado (6, 12, 19), preferiblemente donde la sincronización está controlada por ordenador.