MXPA04010852A - Mecha a base de fibra de vidrio. - Google Patents

Abstract

La invencion ser refiere a una mecha (1) a base de fibra de vidrio que presentan una relacion (/(2 superior a 9, o donde ( es el titulo de la mecha en tex y ( es el diametro de los filamentos que constituyen la mecha, en (m.

Description

1 MECHA A BASE DE FIBRA DE VIDRIO DESCRIPCION DE LA INVENCION La invención se refiere a una mecha constituida de una pluralidad de filamentos a base de fibra de vidrio. La mecha puede prenderse bajo la forma de una bobina denominada roving (por su acepción en inglés) o estratifilo (hilo estratificado) . Las mechas tienen diversos estilos. Respecto a los materiales compuestos, las mechas constituyen el refuerzo de materiales plásticos. Los procedimientos de realización de las mechas en fibra de vidrio son muy variados. Entre estos procedimientos, se pueden citar: A La tejedura y. otros procedimientos que utilizan máquinas textiles, que conducen a refuerzos planos tejidos o no. Los tejidos y otros refuerzos pesados a base de mechas (aproximadamente o mayor de 1000 g/m2) son sobre todo utilizados para la fabricación de piezas de material compuesto que pueden ser sometidas a esfuerzos mecánicos. Estos encuentran una aplicación en las piezas utilizadas de manera estática, tales como los paneles de cajones isotérmicos para camiones frigoríficos, o bien las piezas 2 utilizadas de manera dinámica tales como las aspas de molinos que sufren fuertes oscilaciones vibratorias. B La extrusión por estiramiento que consiste en impregnar de resina un refuerzo de hilos continuos y luego en formarla por tracción a través de un molde (hilera) calentada que polimeriza la estructura perfilada realizada de este modo. Este procedimiento permite fabricar productos de refuerzo oblongos, tales como los juncos o elementos para elaborar enrejados. C La extrusión termoplástica que consiste en fabricar gránulos de material termoplástico que incluyen fibras denominadas largas, las fibras continuas son introducidas en un extrusor y recubiertas por el material plástico a la salida del extrusor, para ser recortadas en gránulos. Este procedimiento permite obtener piezas reforzadas para la construcción de automóviles. D El enrollamiento filamentar consistente en enrollar bajo tensión constante un refuerzo de fibras continuas impregnadas de resina, sobre un mandril giratorio, de forma apropiada para obtener, después de la polimerización, un cuerpo de revolución hueco tal como un tubo . La invención se refiere más particularmente a las mechas con miras a una fabricación de refuerzos a partir de mechas donde actualmente el título de la mecha alcanza 1200 3 tex p más con un diámetro filamentar de 12 µ?? o mayor. Referiremos que el título de un hilo o de una mecha corresponde a su masa lineal (1 tex = 1 g/km) . El título de la mecha varía proporcionalmente al cuadrado del diámetro de los filamentos y proporcionalmente al número de filamentos que los constituyen. El título de una mecha constituye un factor de su resistencia mecánica, en tanto que el diámetro de los filamentos influye sobre la aptitud a la curvatura del hilo o de la mecha, y por consecuencia sobre la flexibilidad del tejido que puede ser obtenido. Entre más elevado es el título, más resistente es el hilo, y entre más se eleva el diámetro de los filamentos, más difícil será su aptitud a la curvatura . Las mechas son obtenidas ya sea a partir de los filamentos provenientes de una hilera y reunidos bajo ésta en una sola mecha bobinada (se les llama mechas directas) , o bien indirectamente a partir de hilos que son provenientes de bobinas primarias denominadas tortas y que son ensambladas para constituir una mecha final del título deseado (se les llama mechas ensambladas) . El número máximo de filamentos que constituyen una mecha del roving directo está limitado por el número de revoluciones de la hilera de donde se escurren los trozos de vidrio que forman, después del estiramiento mecánico, 4 dichos filamentos. El número de filamentos es estrictamente igual al número de revoluciones de la hilera. Este número de revoluciones no sobrepasa hoy en día aproximadamente 4000, incluso 4500, lo que permite obtener 5 mechas directas, por ejemplo de 1200 tex/12 µ??, 2400 tex/17 µta, ó 4800 tex/24 µ?t?, o incluso 9600 tex/33 µp?. Es convencional expresar el diámetro de los filamentos y el número de filamentos de acuerdo a números enteros. En efecto, por simplificación del lenguaje, se M enuncia el número de revoluciones hilera así como el número de filamentos de la mecha de acuerdo a una cifra redonda de centenas (por ejemplo una mecha de 4024 filamentos será denominada 4000 filamentos) . La cifra redonda puede diferir en algunas decenas del número exacto. G5 En cuanto al diámetro de los filamentos, éste es un valor nominal , expresado convencionalmente por un número entero de micrómetros . Este difiere en general de menos de 0.5 µt? del valor medio del diámetro de todos los filamentos que constituyen la mecha. 20 De este modo, en lo subsiguiente del texto, conviene considerar los números enteros como valores redondos . Para ciertas aplicaciones, se piensa por ejemplo en aspas de generadores eólicos que sufren con el tiempo un 25 fenómeno de fatiga debido a los esfuerzos casi continuos 5 engendrados por el viento, sería deseable que el título de la mecha actualmente de 2400 tex sea incluso más elevado, de manera, por una parte, para simplificar el procedimiento de fabricación de las aspas, y por otra parte para permitir fabricar aspas de muy grandes dimensiones (40 metros y más) que hoy en día necesitan no obstante un gran número de capas de refuerzo. Se puede aumentar el título de la mecha de roving aumentando el diámetro de los filamentos y/o su número. El aumento del diámetro es más evidente para realizar pero no es siempre deseable por razones de más mala aptitud para la curvatura de la mecha, lo que engendra un tejido más difícil y conduce a productos de menor calidad. El tejido es frecuentemente interrumpido por filamentos que se rompen, el tejido es frecuentemente defectuoso tomando en cuenta las exigencias de planeidad y regularidad de las aplicaciones dinámicas principalmente. Además, la superficie del vidrio ofrecida al contacto de la resina de impregnación es menor, la adhesión vidrio-resina es pues menos buena y los funcionamientos mecánicos del compuesto son menos elevados. Por estas razones, ciertas profesiones han establecido normas que limitan el diámetro de los filamentos admisibles a 17 µt?. En el caso de la extrusión por estiramiento, las mechas tienen hoy en día títulos que van hasta 4800 tex; 6 por razones de productividad y de dimensiones de las piezas, se desea así aumentar el título, pero el aumento del diámetro de los filamentos provoca una molestia en el empleo de tales mechas, rompiéndose los filamentos y formando tipos de espinas, que por una parte pican y dañan a los operadores y por otra parte ensucian la resina que impregna el refuerzo. Por esta razón, los transformadores exigen en este caso que el diámetro de los filamentos no sobrepase 24 µt?, algunos exigen incluso que este diámetro no sobrepase 19 Se prefiere pues aumentar el título aumentando el número de los filamentos. El aumento del número de . filamentos es realizado ya sea por la asociación de varias mechas provenientes de una pluralidad de tortas, lo que no simplifica la fabricación y participa más bien en un aumento de los costos, o bien por la asociación de varias mechas de filamentos que provienen de varias hileras, y reagrupadas sobre un mismo bobinador, lo que no sucede sin engendrar una preocupación de rendimiento en virtud de la elevación estática del número de roturas de la mecha global por la dependencia de una pluralidad de hileras. Además, los inventores han puesto en evidencia que la asociación de una pluralidad de mechas presentaría inconvenientes que podrían ser prohibitivos en cuanto a la 7 calidad de la bobina vendida y del producto fabricado a partir de la bobina. De este modo, para la asociación de varias mechas de tortas, la bobina obtenida presenta bucles sobre su longitud, lo que no es conveniente en términos de calidad de presentación para la venta, y estos bucles arriesgan el provocar un enredijo de la mecha en el devanado al momento del te ido, por ejemplo. Con la asociación de filamentos provenientes de una pluralidad de hileras, incluso si la bobina obtenida no presenta fallas aparentes, en el devanado las mechas de filamentos tienen la tendencia a separarse, una será entonces estirada más que la otra (o las otras) al momento de la tejedura por ejemplo. Esta desigualdad de tensión dañará la planeidad del tejido que se combará, el tejido no podrá ser, entre otras cosas, impregnado convenientemente de resina y dará como resultado propiedades mecánicas deficientes para el material compuesto. La invención tiene pues por objetivo proporcionar una mecha a base de fibra de vidrio que presente un título más elevado o idéntico que aquellos existentes en el mercado, sin estar acompañado de un aumento del diámetro de los filamentos, conservando siempre una calidad al menos equivalente (en particular al momento de su puesta en operación) , y conservando una simplicidad en su fabricación . 8 De acuerdo a la invención, la mecha está caracterizada por la relación que es superior a 9, donde M i es el título de la mecha en tex y µ es el diámetro de los filamentos que constituyen la mecha en µp?. De acuerdo a una característica, la mecha es proveniente de una única hilera. Ventajosamente, la mecha se presenta bajo la forma de una mecha bobinada directamente bajo la hilera. De acuerdo a otra característica, la mecha incluye al menos 6000 filamentos, siendo su título superior a 1200 tex, y el diámetro de cada filamento es superior a 11 µp?. Por ejemplo, la mecha incluye aproximadamente 8000 filamentos de cada uno, de aproximadamente 17 µ?p de diámetro y presenta un título de 4800 tex. Este tipo de mecha conviene particularmente para la fabricación de refuerzos unidireccionales o multiaxiales, utilizados principalmente para las aspas de generadores eólicos. En efecto, el diámetro de los filamentos queda idéntico a aquel existente en el mercado de 17 µt? para las aspas de generadores eólicos; la tejedura no es de este modo hecha más difícil. Y el título es ventajosamente más elevado que aquel existente, de 2400 tex para un diámetro de 17 µ??, conduciendo a un refuerzo más pesado. De acuerdo a otro ejemplo más, la mecha incluye 8000 filamentos de cada uno de aproximadamente 24 µp? de 9 diámetro, y presenta un título de 9600 tex. Una mecha de este tipo es apreciada para la fabricación de piezas perfiladas de gran longitud y de sección reducida por el procedimiento de extrusión por estiramiento. Como otro ejemplo más, la mecha incluye aproximadamente 8000 filamentos de cada uno de aproximadamente 12 µ?t? de diámetro, y presenta un título de 2400 tex para la fabricación de juncos mediante el procedimiento de extrusión por estiramiento fino. De este modo, la mecha de la invención puede ser utilizada en la fabricación de materiales compuestos por medio de procedimientos de tejedura, o extrusión por estiramiento o extrusión, o enrollamiento filamentario, y una aplicación particular es por ejemplo aquella de las aspas de generadores eólicos. Finalmente, la mecha puede estar constituida completamente de filamentos de vidrio o puede estar compuesta y constituida por ejemplo de filamentos de vidrio y de material termoplástico . Tales mechas son entonces obtenidas aumentando el número de filamentos estirados desde la hilera, lo que obliga a colocar las hileras de número mucho más elevado que en la técnica anterior. Hasta ahora, las bobinas con un número tan grande de filamentos que pueden por ejemplo alcanzar el número de 10 8000, como aquí en la invención, y provenientes de una sola hilera no existían en el mercado porque las instalaciones de evaluación de fibras de vidrio actuales son concebidas para recibir fondos de hileras de dimensiones establecidas y provistas de aproximadamente a lo más 4500 orificios. Para aumentar todavía el número de orificios, sería necesario, para una misma superficie de fondo de hilera, colocar los orificios de manera todavía más cerrada unos con relación a otros, lo que aproximaría entre ellos los filamentos que se escurren. El riesgo sería entonces el de ver reunirse y encolarse entre ellos los filamentos, impidiendo pues el procedimiento de formación de fibras. Ahora bien, no se había hasta ahora estudiado sobre la eventualidad de fabricar nuevas hileras donde el fondo estuviera provisto de un gran número de orificios, hasta duplicar aquellos existentes, aumentando la superficie del fondo de la hilera perforada de dichos orificios pudiendo siempre integrarse en una instalación de formación de fibras, existente. También, de acuerdo a la invención, el dispositivo de fabricación de la mecha de la invención incluye una hilera donde el fondo consiste en una placa provista de más de 4500 orificios, en particular 8000, y de superficie superior a aquella de una placa existente actualmente provista a lo más de 4500 orificios. 11 Otras, ventajas y características de la invención aparecerán a la lectura de la descripción siguiente, con respecto a los dibujos anexos en los cuales: la Figura 1 ilustra esquemáticamente el dispositivo de fabricación de una mecha de acuerdo a la presente invención; la Figura 2 ilustra las curvas representativas, de acuerdo al título de una mecha, del número de filamentos de la mecha en función del diámetro de los filamentos . La mecha de fibras de vidrio 1 de la invención está constituida de más de 4000 filamentos provenientes de una única hilera 13, tal como es visible en la Figura 1. La mecha 1 es bobinada para constituir una mecha directa R. La composición de vidrio es por ejemplo aquella del vidrio E . La hilera 13 está provista en el fondo de una placa 14 que está provista de una pluralidad de orificios 15, tales como los tetones, desde los cuales escurre el vidrio fundido para ser estirado en una pluralidad de filamentos 16. El número de orificios es superior a 4500, de preferencia es superior a 6000 y puede alcanzar por ejemplo 8000, e incluso sobrepasar este número de 8000. Los filamentos son reunidos en una sola capa 17 que entra en contacto con un dispositivo de aprestamiento 12 20 destinado a revestir cada filamento de un aprestamiento de tipo acuoso o anhidro. El dispositivo 20 puede estar constituido de un recipiente alimentado en permanencia por un baño de aprestamiento y de un rodillo en rotación donde la parte inferior está constantemente sumergida en el baño. Este rodillo se recubre en permanencia de una película de aprestamiento que es tomada al paso por los filamentos 16 que se deslizan sobre su superficie. La capa 17 converge enseguida hacia un dispositivo de ensambladora 21 donde los diferentes filamentos son reunidos para dar surgimiento a la mecha 1. El dispositivo de ensambladura 21 puede estar constituido por una simple polea de garganta o por una placa provista de una muesca. La mecha 1 que abandona el dispositivo de ensambladura 21 penetra en una guía-hilo 22, para ser bobinada alrededor de un soporte 23 de eje horizontal con relación a la llegada vertical del hilo hacia el guía-hilo. La mecha es- de este modo bobinada siendo directamente proveniente de la hilera para constituir la mecha directa R. La velocidad de estiramiento está de manera clásica comprendida entre 10 y 60 metros por segundo. La placa 14 del fondo de la hilera es por consecuencia concebida con más de 4500 orificios, aquí 8000, para formar 8000 filamentos. El aumento del número 13 de filamentos proporcionados de este modo con relación al número existente en el estado de la técnica que no sobrepasa 4500, presenta un interés real. Para ciertas aplicaciones, en vista de un título dado constante, es preferible aumentar el número de filamentos disminuyendo su diámetro antes que dejar constante el número de filamentos con un diámetro más grueso. De este modo, un tejido antes de ser impregnado de resina mostrará una mejor proporción en fatiga en su utilización dinámica cuando la superficie de contacto de la resina con los filamentos de vidrio, sea más importante. Ahora bien, esta intimidad de contacto, para un aprestamiento idéntico de una mecha de 4800 tex, es acrecentada con una constitución de 8000 filamentos de 17 µt? de diámetro en lugar de 4000 filamentos de 24 µt de diámetro. El factor multiplicador de intimidad de contacto es de aproximadamente 1.4, cuando.se pasa de 4000 a. 8000 filamentos . Una mecha de este tipo de 8000 filamentos de 17 µp? de diámetro, que presenta un título de 4800 tex, encontrará principalmente su aplicación en la fabricación de refuerzos unidireccionales y multiaxiales para el reforzamiento de aspas de generadores eólicos. Se recuerda que el número de filamentos, el título de la mecha y el diámetro de los filamentos son vinculados por la siguiente fórmula: 14 _ _ - _z_ 490 — 2 donde f es el número de filamentos, i el título y µ el diámetro en µt?, siendo 490 un factor multiplicador que integra la densidad del vidrio. De este modo, la mecha de la invención que comprende más de 4500 filamentos puede igualmente estar caracterizada por la relación -S que es superior en valor M entero a 9. Si no es facilitado el compatibilizar el número de filamentos de una mecha una vez el producto que está en el mercado, por el contrario, es más fácil de calcular la relación después de haber medido i y µ por µ los métodos normalizados ISO 1889 y respectivamente ISO 1888. . , , „ - — ~—- -¦ - -La Figura 2 ilustra una serie de curvas que expresan, de acuerdo al título de la mecha, el número de filamentos en función del diámetro de los filamentos. Ha sido trazada la línea recta de referencia -½ =9 que µ constituye el límite inferior al cual responde una mecha de la invención. Las hileras de a lo más 4500 orificios (exactamente 4410) permiten obtener una relación de -tT>9, µ en tanto que las hileras existentes de 4000 orificios o menos no cumplen está característica. 15 De este modo, se llega a aumentar el número de filamentos aumentando el título de la mecha sin por ello modificar el diámetro de filamentos. Para 17 µt?, el título no es más que de 2400 tex con una hilera de 4000 orificios, cuando ésta es de 4800 tex (el doble) para una hilera de 8000 orificios. Por otra parte, el aumento del número de filamentos permite, sin aumentar el título, disminuir el diámetro de los filamentos. Para 4800 tex, la mecha presenta filamentos de diámetro de 24 µp? con 4000 filamentos, mientras que el diámetro no es que más de 17 µp? para 8000 filamentos. Es igualmente posible realizar mechas con un título de 600 ó 900 tex por ejemplo donde el diámetro de filamentos no sobrepasa 8 De este modo, también, la invención. que consiste en proporcionar una mecha para la cual -½ >9 permite obtener nuevos productos con relación a aquellos existentes que presentan : a título idéntico, una disminución del diámetro de los filamentos, lo que permite a los filamentos guardar su flexibilidad y evitar de este modo que se rompan, y por consecuencia esto evita la acumulación de estos filamentos rotos bajo la forma de borra que perturba 16 el funcionamiento de las máquinas y daña la regularidad de impregnación; o bien a diámetro constante, aumentar el título, lo que permite obtener refuerzos más pesados para fabricar así como piezas de más grandes dimensiones que necesitan una mayor cantidad de refuerzo, esto sin aumentar el número de bobinas utilizadas, por lo tanto sin complicar la transformación y sin necesitar las nuevas instalaciones. Esto mejora la productividad tanto para el fabricante de fibras como para el transformador. En los dos casos, se trata pues de mejorar la relación calidad/precio. La tabla siguiente resume, para diversos tipos de aplicaciones, las características de las mechas existentes con miras a su transformación, y aquellas que"pueden ser obtenidas de acuerdo a la invención-.

Aplicación Transformación Estado de la Mecha de la Ventajas técnica (4000 invención (8000 filamentos) filamentos) Aspas de Tejedura o 17 µp?, 2400 tex 17µGt?, 4800 tex productividad, generador eólico fabricación de facilidad de trabajo, no tejidos piezas grandes Perfilados, Extrusión por 34 µ??, 9600 tex 24 µ??, 9600 tex Flexibilidad, enrejados estiramiento supresión de espinas 17 La invención es descrita para una mecha de fibras de vidrio pero sería igualmente posible realizar una mecha del tipo TWINTEX® constituida en la base por los filamentos de vidrio distribuidos por la hilera, y en los cuales llegan a confluir los filamentos de material termoplástico .

Claims (12)

18 REIVINDICACIONES

1. Mecha a base de fibras de vidrio que presenta una relación -¾ superior a 9, donde i es el título µ 5 de la mecha en tex y µ es el diámetro de los filamentos constituyentes de la mecha, en µt .

2. Mecha según la reivindicación 1, caracterizada porque ésta es proveniente de una única 10 hilera.

3. Mecha según la reivindicación 2, caracterizada porque se presenta bajo la forma dé una mecha bobinada directamente sobre la hilera. 15 ' ~~

4. Mecha según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque incluye al menos 6000 filamentos, que su título es superior a 1200 tex, y el diámetro de cada filamento es superior a 11 µt? . 20

5. Mecha según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque incluye aproximadamente 8000 filamentos de cada uno de aproximadamente 12 µp? de diámetro y presenta un título de 25 2400 tex. 19

6. Mecha según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque incluye aproximadamente 8000 filamentos de cada uno de aproximadamente 17 µ?t? de diámetro y presenta un título de 5 4800 tex.

7. Mecha según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque incluye aproximadamente 8000 filamentos de cada uno de 0 aproximadamente 24 µp? de diámetro y presenta un título de 9600 tex.

8. Mecha según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque está -5 constituida completamente de filamentos de virio.

9. Mecha según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque ésta está compuesta y constituida por filamentos constituidos de 0 vidrio y de material termoplástico .

10. Uso de la mecha según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, para la fabricación de materiales compuestos. 20

11. Uso de la mecha según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en los procedimientos de tejedura, o de extrusión por estiramiento o extrusión o enrollamiento filamentario .

12. Uso de la mecha según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, para la fabricación de aspas de generadores eólicos.