MX2012006065A - Procedimiento para la producción continua disposiciones textiles de fibras cortas en capas de fibras de refuerzo de longitud finita con orientación de fibras dirigida. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método para la producción continua de telas de fibras con orientación de fibras alineada, en el método las telas son producidas mediante el trenzado de la malla de fibra en ángulos definidos en una cinta de transporte sincronizada (1), en donde la máquina de cardadura y los medios de trenzado dispuestos corriente arriba del mismo están dispuestos en ángulos agudos con respecto a la dirección de avance de la cinta transportadora. Dichas telas de fibra continua son usadas para producir composiciones plásticas de fibra reforzada de alta resistencia, que son usadas en plantas de energía, construcción de aeronaves y en la industria automotriz. En particular, en la dirección de carga, dichas composiciones tienen altas resistencia y rigidez, para lo cual se requiere una orientación de fibras definida. Además de una orientación definida de las fibras finitas, las telas también tienen una masa específica por unida de área.

Description

PROCEDIMIENTO PARA LA PRODUCCIÓN CONTINUA DISPOSICIONES TEXTILES DE FIBRAS CORTAS EN CAPAS DE FIBRAS DE REFUERZO DE LONGITUD FINITA CON ORIENTACIÓN DE FIBRAS DIRIGIDA CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un procedimiento para la producción continua de disposiciones textiles de fibras cortas en capas con orientación de fibras dirigida, en el que las disposiciones textiles se generan mediante empilado continuo de velo de fibras cardado con ángulos de colocación definidos.

Las disposiciones textiles de fibras cortas producidas de acuerdo con un procedimiento de este tipo se usan, por ejemplo, para la producción de combinados de plásticos reforzados con fibras de alta resistencia, tales como los que se usan en turbinas eólicas, en la construcción de aviones y en la industria automovilística. Particularmente en dirección de esfuerzo, estos combinados presentan altas resistencias y rigideces de combinado, para lo que se requiere una orientación de fibras definida. Además de una orientación definida de las fibras finitas, los tejidos no ondulados tienen también un peso por metro cuadrado definido.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En el campo de la técnica de combinados de fibras en los últimos años se han llevado a la práctica con una serie de aplicaciones muchos nuevos desarrollos en turbinas eólicas, la construcción de aviones y la industria automovilística. En relación con el uso reforzado de combinados de fibras, también el establecimiento de procedimientos de procesamiento económicos adquiere una gran importancia. Esto se cumple particularmente para la fabricación de los productos semiacabados de combinados de fibras (producción de tejidos, telas no tejidas y disposiciones textiles de fibras en capas orientadas).

Las disposiciones textiles de fibras orientadas en capas tienen una importancia muy grande en la producción de materiales combinados de fibras además de los productos semiacabados textiles conocidos, tales como mechas (roving), tejidos y no tejidos. Mediante la capa de fibras extendida y altamente orientada pueden conseguirse con disposiciones textiles de fibras en capa UD y disposiciones textiles de fibras en capa multiaxiales resistencias y rigideces muy altas con un bajo peso de las piezas de construcción. Las disposiciones textiles de fibras en capa se producen actualmente a partir de múltiples mechas sin fin con ayuda de las denominadas instalaciones de empilado. Un procedimiento de este tipo está descrito, por ejemplo, en la patente EP2028307. Con las instalaciones de empilado ya conocidas se pueden ajustar las orientaciones de las fibras de forma exacta dependiendo del caso requerido. Por norma general, los combinados se producen con una estructura total simétrica de diferentes capas individuales, que se colocaron con diferentes ángulos (0o, 90°, +45°, -45°). De forma correspondiente se realiza también la estructura de capas de las disposiciones textiles de fibras en capa multiaxiales. El uso de fibras de refuerzo de longitud infinita es característico de la estructura de estas disposiciones textiles clásica. En las instalaciones de empilado usadas actualmente se requiere una alta resistencia a la tracción de las mechas, ya que para la realización de una capa de fibras extendida tienen que aplicarse altas tensiones de hilo. Un suministro continuo de fibras de longitud finita o productos semiacabados de fibras de longitud finita con escasa resistencia a la tracción no se puede llevar a cabo con las instalaciones de empilado convencionales.

Una posibilidad adicional de generar orientaciones de fibras definidas es el procedimiento de devanado. El uso de esta tecnología para la producción de tejidos no ondulados multiaxiales se describe en la patente DE102006057633. El procedimiento conocido previamente está caracterizado porque el plano de devanado y el depósito de la disposición textil monoaxial rotan uno alrededor del otro para generar una disposición textil con una orientación de fibras definida. El ángulo de la orientación de las fibras se ajusta mediante el ángulo del eje longitudinal del plano de devanado con respecto a la dirección de la gravedad. Sin embargo, en este principio se usan también mechas sin fin o disposiciones textiles de fibras monoaxiales sin fin. A este respecto se aplican altas fuerzas de tracción sobre el material a devanar. Un suministro y colocación de fibras finitas no es posible en este procedimiento.

Además del uso de fibras sin fin, para la producción de materiales compuestos, sin embargo, también es interesante el uso de fibras con longitudes de fibras limitadas (fibras cortas). Por este motivo, en el pasado se dieron a conocer algunos desarrollos con respecto a este tema.

Una variante del procesamiento de materiales de fibras de longitud finita es la puesta de cintas, donde también se pueden generar disposiciones textiles de secciones de fibras y es posible la colocación sin tensión de materiales de refuerzo.

Para esto existe una serie de soluciones técnicas conocidas, tal como están descritas, por ejemplo, en las patentes DE10301646, DE102006035847. Sin embargo, en este caso se describe solamente la colocación discontinua de piezas de disposición textil de fibras orientadas en capas. Una colocación sin tensión continua de fibras de longitud finita no es posible en este procedimiento. También es conocida la combinación de procedimientos de empilado de telas no tejidas y la producción de tejidos no ondulados clásica. En la patente GB2012671 se describe un procedimiento en el que se combinan fibras de carbono de longitud finita con fibras sin fin. Sin embargo, con este procedimiento no se puede conseguir una orientación definida de las fibras de longitud finita.

Por la industria textil se conoce la colocación continua de fibras de longitud finita mediante empiladoras. La producción de telas no tejidas de fibras con orientación transversal y telas no tejidas de capas cruzadas se describe, por ejemplo, en Joachim Lünenschloss y col.: Vliesstoffe. Georg Thieme Verlag, 1982, págs. 94-104 ISBN: 3-13-609401-8. De este modo se hace referencia a las explicaciones y las figuras de ese documento así como a la definición de los términos técnicos para la comprensión general de la presente invención. En estos procedimientos, el velo de fibras generado por una máquina de cardado se pone varias veces de forma superpuesta para generar un modelo definido con respecto al peso por metro cuadrado y la anchura de empilado para la producción de la tela no tejida. Un principio aplicado muy frecuentemente es el empilado transversal de velo de fibras. A este respecto, el velo generado por la cardadora se coloca sobre una cinta transportadora que avanza de forma continua, que está dispuesta en un ángulo de 90° con respecto a la dirección de producción de la cardadora. La velocidad de la colocación sobre la cinta, la anchura de empilado y la velocidad de la cinta transportadora determinan el peso por metro cuadrado de la disposición textil que se genera sobre la cinta. Durante la colocación del velo sobre la cinta transportadora se ajusta dependiendo de las distintas velocidades y la anchura de empilado un determinado ángulo de la orientación de las fibras dentro de la disposición textil. Debido al tipo de construcción de las empiladoras y las velocidades habituales durante la producción del velo pueden realizarse distintos ángulos. Sin embargo, los ángulos siempre son claramente menores de 45°. Es característico del empilado de velo de fibras sobre todo que mediante la colocación continua sobre la cinta transportadora que avanza se genera una orientación preferente en 2 direcciones (ángulo indefinido). De esta manera, este principio no es posible para la generación de disposiciones textitles con una orientación de fibras definida (por ejemplo, exactamente con los ángulos +45° o -45°).

En el documento US 5.476.703 se describe un procedimiento en el que se coloca un velo de fibras mediante una empiladora de forma continua en varias capas de forma superpuesta, siendo en primer lugar la orientación de los capas individuales de 75° a 90° con respecto a la extensión longitudinal de la tela no tejida y estirándose después la tela no tejida con ayuda de un campo de extensión de aguja para modificar el ángulo de la alineación de las fibras en el tejido no tejido. Sin embargo, con este procedimiento no es posible una orientación de fibras definida exactamente en ángulos predefinidos, sino solamente una equiparación de las propiedades del tejido no tejido en dirección longitudinal y transversal. La orientación de las fibras no se puede ajusfar de forma definida en este procedimiento y puede ser localmente diferente en la tela no tejida debido a grados de estiramiento diferentes.

En el documento DE 32 42 539 A 1 está descrito un procedimiento para la producción de bandas de velo y tela no tejida, cuya anchura supera la anchura de trabajo de las propias máquinas de formación de tela no tejida. A este respecto se desvían dos bandas de velo respectivamente 90° con respecto a la dirección de trabajo de la máquina formadora de tela no tejida, estando dispuestas las desviaciones en una separación entre sí que se corresponde con la anchura de una de las bandas de velo, de tal manera que las dos bandas de velo después de la desviación se encuentran de forma adyacente y se produce una cinta de velo con doble anchura. En este caso se trata de la ampliación de la anchura del género textil que se puede generar. Una colocación alineada de fibras cortas con ángulos definidos no es posible con este procedimiento conocido.

En el documento DE 103 45 953 A1 está descrito un procedimiento para la producción continua de disposiciones textiles de fibras orientadas en capas de fibras cortas con orientación de fibras alineada del género que se ha descrito al principio. En este procedimiento se produce mediante una empiladora transversal una tela no tejida, suministrándose sin embargo a la empiladora transversal una combinación de un velo de filamentos y un velo de fibras, de tal manera que en el tejido no tejido se encuentran de forma alterna de modo superpuesto capas de fibras finitas y sin fin y, por tanto, no se trata de disposición textil de fibras orientadas en capa no ondulada de fibras cortas puro. En este caso no se generan orientaciones de fibras alineadas. La empiladora transversal está orientada, tal como habitualmente, en un ángulo de 90° con respecto a la dirección de avance de la cinta transportadora y la última tiene un avance continuo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Por tanto, la presente invención se basa en el objetivo de posibilitar la producción continua de disposiciones textiles de fibras orientadas en capas de fibras cortas a partir de fibras de refuerzo de longitud finita con orientación de fibras alineada. Estas disposiciones textiles de fibras orientadas en capas de fibras cortas se usan para la producción de combinados de plástico reforzados con fibras de alta resistencia, tal como se usan en turbinas eólicas, en la construcción de aviones y en la industria automovilística. A este respecto es importante que particularmente en dirección de esfuerzo estos combinados presenten altas resistencias de rigideces y combinado, para lo que se requiere una orientación de fibras definida. Además de una orientación definida, las disposiciones textiles de fibras orientadas en capas onduladas deben poseer también un peso por metro cuadrado definido.

De acuerdo con la invención se resuelve el objetivo realizando la colocación del velo de fibras sobre una cinta transportadora sincronizada que durante la colocación de fibras continua está detenida con el ángulo predefinido y solamente después de la colocación de la anchura de empilado prevista se mueve una distancia definida (desplazamiento de empilado). De esta manera, la orientación de las fibras es constante dentro de la anchura de empilado predefinida. La colocación del velo de fibras se realiza por tanto en un ángulo definido de forma exacta.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Fig. 1 muestra la alineación de la cardadora y de la empiladora en un ángulo predefinido con respecto a la cinta transportadora DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La orientación deseada se consigue mediante la alineación de la cardadora y de la empiladora en un ángulo predefinido con respecto a la cinta transportadora (figura 1 ).

Preferentemente, al menos una máquina de cardado que genera el velo de fibras y la empiladora pospuesta a la misma, mediante la cual se realiza la colocación de fibras sobre la cinta transportadora, están dispuestas en un ángulo agudo con respecto a la dirección de avance de la cinta transportadora sincronizada. Son particularmente preferentes ángulos de la orientación en el intervalo entre aproximadamente 30° y aproximadamente 60° con respecto a la dirección de avance de la cinta transportadora, son muy particularmente preferentes ángulos en el orden de magnitudes en el intervalo de aproximadamente 40° a aproximadamente 50°, es decir, ángulos alrededor de 45° +/- algunos grados angulares. Con las empiladoras convencionales que trabajan con la cinta transportadora movida de forma continua no se puede conseguir por norma general estos ángulos.

De acuerdo con la invención se puede trabajar con una cardadora y una empiladora pospuesta, sin embargo, también es posible usar varias máquinas de cardado con empiladoras pospuestas que están dispuestas en los ángulos deseados con respecto a la cinta transportadora. De esta manera puede aumentarse el peso por metro cuadrado de las disposiciones textiles de fibras orientadas en capas a generar. Además, de este modo pueden generarse al mismo tiempo varios ángulos de empilado. Esto posibilita un procedimiento de empilado muy económico. Por tanto, preferentemente al menos una primera máquina de cardado está dispuesta con una primera empiladora pospuesta a la misma con un primer ángulo agudo previsto para la colocación de fibras con respecto a la cinta transportadora y al menos una segunda máquina de cardado está dispuesta con una segunda empiladora pospuesta a la misma en un segundo ángulo agudo previsto para la colocación de fibras con respecto a la cinta transportadora, estando orientado este segundo ángulo en ángulo recto con respecto al primer ángulo.

Preferentemente, el procedimiento de acuerdo con la invención trabaja de tal manera que respectivamente en un movimiento de ida de la empiladora se coloca el velo de fibras sobre la cinta transportadora, después se mueve la cinta transportadora una distancia definida (desplazamiento de empilado) y después en un movimiento de vuelta de la empiladora se realiza a su vez con cinta trasportadora detenida de nuevo una colocación del velo de fibras.

Se puede prever, por ejemplo, que la o las empiladoras antes de una inversión del movimiento se desplace más allá del borde de la cinta transportadora, por ejemplo, en el momento de esta inversión del movimiento la cinta transportadora se mueva la distancia definida en dirección de avance y después de la colocación del velo de fibras se recorte la zona del borde longitudinal de las disposiciones textiles de fibras orientadas en capas. Esto tiene la ventaja de que una posible deformación producida por el corto movimiento de avance de la cinta transportadora de las disposiciones textiles de fibras orientadas en capas en la zona del borde se retira por ello.

De acuerdo con un perfeccionamiento de la invención se puede usar como material de partida al menos un velo de fibras o una mezcla de fibras cortas con diferente composición y/o diferentes propiedades, que comprenda particularmente fibras de refuerzo finitas y/o fibras de unión o se pueden colocar al menos dos velos de fibras con diferente composición y/o diferentes propiedades que comprendan particularmente fibras de refuerzo finitas y/o fibras de unión cuando, por ejemplo, se trabaje con dos máquinas de cardado y respectivamente empiladora pospuesta.

El velo de fibras está compuesto preferentemente de fibras de longitud finita con una longitud en el intervalo de 25 a 150 mm. El velo de fibras puede proveerse particularmente después de la solidificación posterior de aglutinantes o estar compuesto también de una mezcla de fibras cortas con diferente composición o propiedades (por ejemplo, fibras de refuerzo y fibras de unión). Mediante el uso preferido de aglutinantes o fibras de unión termoplásticas se posibilita una solidificación térmica posterior de las disposiciones textiles de fibras orientadas en capas. Las fibras de refuerzo pueden ser, por ejemplo, fibras naturales o fibras de alta resistencia, tales como fibras de aramida, vidrio, basalto o carbono. En este procedimiento, por ejemplo, también es posible usar fibras de refuerzo de longitud finita de procedimientos de reciclaje para la producción de disposiciones textiles de fibras orientadas en capas con orientación de fibras y peso por metro cuadrado definidos.

Una ventaja del procedimiento es la posibilidad dé generar en un procedimiento continuo con alto rendimiento disposiciones textiles de fibras orientadas en capas de fibras cortas para materiales compuestos con ángulos de colocación constantes, elevada orientación de fibras y peso por metro cuadrado definido.

El velo de fibras formado por la cardadora presenta preferentemente una gran orientación longitudinal, de tal manera que en un material compuesto de plástico reforzado con fibras (FKV) puede conseguirse una anisotropía de las resistencias del combinado y/o rigideces del combinado, por ejemplo, en un intervalo de 1 :1 ,5 a 1:10.

La disposicioón textil de fibras orientada en capa producida de acuerdo con la invención puede combinarse con al menos una capa funcional o de soporte adicional y se puede adaptar por tanto para los más diversos ámbitos de aplicación.

Un perfeccionamiento preferente del procedimiento de acuerdo con la invención prevé que las capas adyacentes colocadas respectivamente en paralelo entre sí del velo de fibras se solapen en sus zonas de borde. En este caso ya puede ser ventajoso un ligero grado de solapamiento. De esta forma se consigue una mejor integrción de las capas individuales en la disposición textil de fibras orientada en capas de fibras cortas a producir.

También se puede usar un pisador para evitar una deformación del velo de fibras colocado en la zona del borde del tejido no ondulado.

La solución de acuerdo con la invención posibilita una colocación con ángulo exacto de capas adyacentes paralelas del velo de fibras con velocidades de colocación comparativamente altas. La máquina de cardado y la empiladora pospuesta a la misma predefinen debido a su orientación con respecto a la cinta transportadora un ángulo exacto de la orientación de las fibras. Si se colocan dos velos de fibras con dos máquinas de cardado y empiladoras que trabajan independientemente entre sí en un ángulo de 90° entre sí en dos posiciones y dos capas de forma superpuesta sobre la cinta transportadora, se puede conseguir una disposición textil de fibras orientada en capas de fibras cortas isótropo con alineación definida de las fibras.

Las características mencionadas en las reivindicaciones dependientes se refieren a perfeccionamientos preferentes de la solución del objetivo de acuerdo con la invención. Se obtienen otras ventajas del procedimiento de acuerdo con la invención a partir de la siguiente descripción detallada.

A continuación se describe la invención con más detalle mediante ejemplos de realización preferentes con referencia al dibujo adjunto.

Ejemplos Ejemplo de realización 1 : Se genera un velo de fibras con una elevada orientación longitudinal de fibras y un peso por metro cuadrado de 30 g/m2 mediante una máquina de cardado con anchura de trabajo 1 m. Este velo de fibras se coloca con una empiladora horizontal con una anchura de empilado de 2 m sobre una cinta transportadora sincronizada. A este respecto, la cardadora con la empiladora pospuesta está dispuesta en un ángulo de +45° con respecto a la dirección de retirada de la cinta transportadora. Durante la colocación de fibras, la cinta transportadora está detenida. Después de la colocación de la anchura prevista (movimiento de ida de la empiladora) se mueve hacia delante la cinta transportadora 0,7 m. Después se realiza a su vez la colocación del velo de fibras (movimiento de vuelta de la empiladora). De esta forma puede generarse una disposición textil de fibras orientada en capas con una orientación de fibras de +45° y un peso por metro cuadrado de 60 g/m2.

Ejemplo de realización 2: Con ayuda de 2 máquinas de cardado se generan 2 velos de fibras con elevada orientación longitudinal de fibras con respectivamente 1 m de anchura de trabajo. Los velos de fibras se colocan con empiladoras horizontales en una anchura de empilado de 3 m sobre una cinta transportadora sincronizada. A este respecto, las máquinas de cardado están dispuestas con las empiladoras pospuestas en un ángulo de + 45° con respecto a la dirección de retirada de la cinta transportadora. Durante la colocación de las fibras, la cinta transportadora está detenida. Después de la colocación de la anchura prevista (movimiento de ¡da de la empiladora) se mueve hacia delante la cinta transportadora 0,7 m. Después se realiza a su vez la colocación del velo de fibras (movimiento de vuelta de la empiladora). De esta forma puede generarse una disposición textil de fibras orientada en capas con una orientación de fibras de + 45° y un peso por metro cuadrado de 120 g/m2.

Lista de referencias 1 Cinta transportadora 2 Cardadora 1 3 Empiladora 1 4 Cardadora 2 5 Empiladora 2

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1 . Un procedimiento para la producción continua de disposiciones textiles de fibras orientadas de fibras cortas en capas con orientación de fibras dirigida, en el que las disposiciones textiles se generan mediante empilado continuo de velo de fibras cardado con ángulos de colocación definidos, dicho procedimiento caracterizado porque: la colocación del velo de fibras se realiza sobre una cinta transportadora sincronizada que durante la colocación de fibras continua con el ángulo predefinido está detenida y solamente después de la colocación de la anchura de empilado prevista se mueve una distancia definida (desplazamiento de empilado).

2. El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque al menos una máquina de cardado (2, 4) que genera el velo de fibras y la empiladora (3, 5) pospuesta a la misma mediante la cual se realiza la colocación de fibras sobre la cinta transportadora (1 ) están dispuestas en un ángulo agudo con respecto a la dirección de avance de la cinta transportadora sincronizada.

3. El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 y 2, caracterizado porque al menos una primera máquina de cardado (2) con una primera empiladora (3) pospuesta a la misma están dispuestas con un primer ángulo agudo previsto para la colocación de fibras con respecto a la cinta transportadora (1 ) y al menos una segunda máquina de cardado (4) con una segunda empiladora (2) pospuesta a la misma están dispuestas en un segundo ángulo agudo previsto para la colocación de fibras con respecto a la cinta transportadora, estando orientado este segundo ángulo en ángulo recto con respecto al primer ángulo.

4. El procedimiento de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque respectivamente en un movimiento de ida de la empiladora (3, 5) se coloca el velo de fibras sobre la cinta transportadora (1), después se mueve la cinta transportadora una distancia definida (desplazamiento de empilado) y después en un movimiento de vuelta de la empiladora a su vez con cinta transportadora detenida se realiza de nuevo una colocación del velo de fibras.

5. El procedimiento de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la o las empiladoras (3, 5) antes de una inversión del movimiento se desplaza más allá del borde de la cinta transportadora, aproximadamente en el momento de esta inversión del movimiento la cinta transportadora (1) se mueve la distancia definida en dirección de avance y después de la colocación del velo de fibras se recorta la zona del borde longitudinal de las disposiciones textiles de fibras orientadas en capas.

6. El procedimiento de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque como material de partida se usa al menos un velo de fibras de una mezcla de fibras cortas con diferente composición y/o diferentes propiedades, que comprende particularmente fibras de refuerzo finitas y/o fibras de unión o porque se colocan al menos dos velos de fibras con diferente composición y/o diferentes propiedades, que comprenden particularmente fibras de refuerzo finitas y/o fibras de unión.

7. El procedimiento de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque las fibras de refuerzo presentan una longitud de 25 a 150 mm.

8. El procedimiento de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el velo de fibras se trata posteriormente con aglutinantes.

9. El procedimiento de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque se usa un velo de fibras de una mezcla definida de fibras de refuerzo y fibras de unión con elevada orientación longitudinal de fibras.

10. El procedimiento de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la disposición textil de fibras orientada en capas se solidifica posteriormente de forma térmica.

11. El procedimiento de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la disposición textil de fibras orientada en capas generada de este modo se combina con al menos otra capa funcional o de soporte.

12. El procedimiento de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque las capas adyacentes colocadas respectivamente en paralelo entre sí del velo de fibras se solapan en sus zonas de borde.