ES2954755T3

ES2954755T3 - Método para la fabricación de materiales compuestos poliméricos con funcionalidades incrustadas

Info

Publication number: ES2954755T3
Application number: ES20382664T
Authority: ES
Inventors: Martinez De Zuazo Izaskun Bustero; Moralejo Celina Vaquero; Alba Leire Bilbao; Puentedura Jon Maudes; Escudero Olatz Ollo; Vilallonga Isabel Obieta
Original assignee: Fundacion Tecnalia Research and Innovation
Current assignee: Fundacion Tecnalia Research and Innovation
Priority date: 2020-07-24
Filing date: 2020-07-24
Publication date: 2023-11-24
Anticipated expiration: 2040-07-24
Also published as: BR112023001320A2; EP3943281A1; CA3187090A1; EP3943281B1; WO2022018111A1; EP3943281C0; US20230294374A1; CN116157250A; MX2023001013A

Abstract

1. Un método para fabricar un compuesto polimérico que tiene una funcionalidad incorporada, comprendiendo el método: proporcionar un tejido de fibra no conductor seco (11) que tiene un peso nominal de 25 - 600 g/m2; seleccionar una pasta que tenga una viscosidad inferior a 600 Pa-s, siendo la pasta una pasta conductora, una pasta dieléctrica y/o una pasta sensora; aplicar la pasta seleccionada sobre el tejido de fibra no conductora seca (11) mediante serigrafía o microdispensación, generando así una funcionalidad impresa; formar un laminado que comprende la tela tejida de fibra no conductora seca (11) que tiene la funcionalidad impresa y al menos una tela o núcleo adicional; obtener un compuesto polimérico a partir de dicho laminado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método para la fabricación de materiales compuestos poliméricos con funcionalidades incrustadas

Campo técnico

La presente invención se refiere al campo de las piezas compuestas, en particular, materiales compuestos poliméricos (materiales compuestos cuya matriz está hecha de resina polimérica). La resina polimérica está reforzada con tejidos de fibra, tales como los tejidos de fibra de vidrio, de aramida, natural o de carbono. En particular, la invención se refiere a métodos para obtener materiales compuestos poliméricos o piezas compuestas multifuncionales, que tienen funcionalidades incrustadas impresas. La presente invención puede aplicarse, por ejemplo, en los sectores del transporte y la energía (automoción, ferrocarril, aeronáutica, energía solar o eólica).

Estado de la técnica

Los materiales compuestos multifuncionales son materiales con propiedades clásicas, tales como alta resistencia y rigidez, que además demuestran algunas otras funcionalidades, tales como la detección, el accionamiento, la captación de energía, autohibridación, control sanitario y estructura de transformación. El uso de materiales compuestos multifuncionales puede ofrecer un importante ahorro de peso y volumen del producto final o del sistema en el que se integra, p. ej., aviones y naves espaciales, eliminando cables y chasis voluminosos. Los compuestos multifuncionales también pueden contribuir a prevenir posibles fallos catastróficos y la pérdida de vida de una pieza al añadir funcionalidades de detección capaces de prever posibles fallos de estructuras primarias.

En muchos campos de la tecnología, y por distintas razones, la electrónica y los productos relacionados suelen estar integrados en diferentes sustratos. Varios ejemplos del motivo de dicha integración pueden ser el ahorro de volumen y/o peso y la integración eficiente de los componentes. Los campos ilustrativos de la tecnología que apuntan a la integración de la electrónica en diferentes sustratos son la industria del transporte, incluyendo automoción, industria ferroviaria y aeronáutica, envasado de productos, carcasas de productos, dispositivos electrónicos personales, electrónica portátil, pantallas, juguetes y electrodomésticos.

Existen diferentes técnicas para proporcionar funcionalidades, tales como componentes electrónicos, circuitos integrados y conductores, sobre un elemento de sustrato. La impresión funcional o los componentes electrónicos impresos es el uso de materiales activos eléctricamente impresos en diferentes sustratos, para realizar tareas que combinan funcionalidades mecánicas y eléctricas/electrónicas, incluyendo los elementos integrados como sensores, elementos de iluminación o fotovoltaicos. Los componentes electrónicos impresos engloban la serigrafía, flexografía e impresión de chorro de tinta, entre otras, a través de un proceso de impresión aditiva. Las actividades de impresión funcional generalmente se realizan en un sustrato plano (2D), ya sea flexible o no. Algunos ejemplos de sustratos usados normalmente son PET, PC, materiales textiles y papel.

El diseño de materiales y estructuras multifuncionales se puede implementar mediante la integración dentro de un material estructural de dispositivos funcionales (es decir, dispositivos que presentan una función adicional). Se han publicado muchas investigaciones sobre partes funcionales, tales como las celdas solares, baterías de película delgada y láminas de cobre, incrustadas en estructuras compuestas. Las piezas funcionales se pueden incrustar durante el proceso de laminado y curarse junto con laminados de fibra. Otros componentes, tales como fibras ópticas y alambres de cobre, se pueden introducir en preformas de fibra seca durante el tejido de la fibra seca, para servir como sensores y antenas. Estos y otros métodos convencionales son expuestos, por ejemplo, por Jagath Narayana et al. en Materials Today. Proceedings 5 (2018) 5580-5590.

Actualmente, las piezas compuestas pueden tener funcionalidades o estructuras que se hayan incrustado en ellas durante el proceso de fabricación de la pieza compuesta. Por ejemplo, se integró un sensor de aceleración automotriz actual en piezas de polímero reforzado con fibra para aligerar las piezas de la carrocería (Klein Linda, "Sensor Systems for FRP Lightweight Structures. Automotive Features Based on Serial Sensor Products", Sensors (2019), 19, 3088). Se incrustaron sensores de humedad para detectar la humedad en materiales compuestos, ya que la humedad afecta al funcionamiento y la durabilidad de las piezas laminadas (Ebert F. et al. "Integration of humidity sensors into fibrereinforced thermoplastic composites", Procedia Technology 2 (2016) 207-213). Se han incrustado sensores piezoeléctricos y circuitos impresos en estructuras laminadas de materiales compuestos para el control de la salud estructural (Yang S. M. et al. "Design and fabrication of a smart layer module in composite laminated structures", Smart Mater. Struct. 14 (2005) 315-320; Lin M. et al, "The manufacture of composite structures with a built-in network of piezoceramics", Composites Science and Technology 62 (2002) 919-939).

En todos los casos mencionados anteriormente, la integridad estructural, especialmente la resistencia a la cizalla interlaminar, se socava en gran medida y puede producir la delaminación de las estructuras. Asimismo, los objetos incrustados pueden actuar como bloqueadores durante el proceso de infiltración de resina, lo que generará puntos secos. La adición de las funciones deseadas, tales como sensores y circuitos impresos, dentro de la estructura compuesta no puede ser a costa de sacrificar la integridad mecánica, especialmente su resistencia a la cizalla interlaminar (RCIL). Esto es de especial relevancia en determinados sectores, tales como el sector aeronáutico. Por tanto, el objetivo final de los materiales compuestos multifuncionales es crear de manera asequible y eficiente múltiples funcionalidades sofisticadas e inteligentes que se conviertan en una parte inherente de la estructura en la que se integran, sin comportarse como un parásito, de modo que su impacto sobre la integridad mecánica de la estructura compuesta sea casi nulo.

Un intento de integrar funcionalidades dentro de una estructura compuesta se describe, por ejemplo, en el documento US8932905B1, que se refiere a la impresión de un circuito semiconductor orgánico en la superficie de una estructura compuesta. Otro intento se divulga, por ejemplo, en el documento US2017/0150602A1, en donde un sustrato polimérico plano que tiene un circuito formado encima se integra con otro polímero a través de un proceso de fabricación aditiva. Sin embargo, la estructura obtenida sufre delaminación y otros fallos. Otro intento se describe en el documento EP3220064A1, que se refiere a un método para fabricar un panel compuesto, en el que se aplican diferentes componentes sobre una primera capa no conductora de la electricidad. Se acopla una segunda capa no conductora de la electricidad a la primera capa no conductora de la electricidad. Sin embargo, el acoplamiento de las dos capas requiere la aplicación de cierta temperatura y presión que pueden dañar los componentes integrados. Se divulga otro intento más en el documento EP3148299A1, que se refiere a un artículo textil moldeado por inyección de múltiples capas hecho de un producto textil laminado exterior al que se fija una lámina laminada. La lámina laminada tiene una capa sobre la que se imprime un circuito eléctrico y una capa de encapsulación. Sin embargo, la lámina laminada provoca daños en la estructura.

Pa Peter et al. ("High frequency characterization of conductive inks embedded within a structural composite", Smart Materials and Structures, 24 (2015) 065010), han informado sobre la aplicación de tinta de plata mediante serigrafía sobre un preimpregnado (una combinación de matriz (o resina) y refuerzo de fibra). Para reducir los problemas mecánicos, la resina debe ser curada de antemano. A pesar de la etapa de curado previo, se ha observado desplazamiento en las pistas de tinta aplicada. El documento US 2014/262047 divulga un método para fabricar un material compuesto polimérico que tiene una funcionalidad incrustada, comprendiendo el método proporcionar un material de impresión de tejido de fibra seco no conductor sobre el tejido de fibra seco no conductor creando así una funcionalidad impresa; formar un laminado que comprenda el tejido de fibra seco no conductor que tiene la funcionalidad impresa y al menos un tejido o núcleo adicional y obtener un material compuesto polimérico a partir de dicho laminado.

Por tanto, existe la necesidad de obtener materiales compuestos poliméricos que tengan funcionalidades incrustadas sin los inconvenientes de los intentos convencionales de incrustación de funcionalidades en los materiales compuestos.

Descripción de la invención

El método de obtención de materiales compuestos o piezas compuestas, tales como materiales compuestos poliméricos, que tienen funcionalidades incrustadas, y los materiales compuestos o piezas compuestas que tienen funcionalidades incrustadas, descrito en la presente invención, pretende resolver las deficiencias de los métodos de la técnica anterior de los mismos y los productos que se pueden obtener. Así pues, se obtienen materiales compuestos multifuncionales. En el contexto de la presente invención, las funcionalidades incrustadas se refieren preferentemente a conjuntos electrónicos, tales como pistas o circuitos conductores de la electricidad, caminos de contacto eléctrico, elementos conductores de la electricidad, circuitos integrados y componentes integrados, por ejemplo, componentes de iluminación (p. ej., LED), componentes fotovoltaicos, cojines de contacto eléctrico, sensores y botones de encendido/apagado. Los conjuntos electrónicos también pueden incluir protección dieléctrica aplicada en caminos conductores, circuitos o componentes.

El método propuesto se basa en la integración de una funcionalidad incrustada (tal como pistas o circuitos conductores de la electricidad, circuitos integrados y/o sensores) mediante impresión, por ejemplo, serigrafía o microdispensación, sobre un sustrato flexible, con el que posteriormente se fabrica una pieza compuesta o material compuesto. El sustrato flexible es una capa de tejido de fibra seco no conductor.

Es una capa estructural (es decir, cumple el fin de mejorar la estructura del material compuesto). En otras palabras, la funcionalidad incrustada se integra en la capa de tejido no conductor durante un proceso de fabricación de un material compuesto o pieza compuesta. El proceso de fabricación del material compuesto incluye apilar la capa de tejido de fibra no conductor estructural que tiene la funcionalidad impresa con una o más capas de tejido adicionales, formando un laminado, o con un núcleo. La capa de tejido no conductor sobre la que se imprime una funcionalidad incrustada está preferentemente tejida. En realizaciones de la invención, la capa de tejido no conductor sobre la que se imprime una funcionalidad incrustada es un tejido de fibra de vidrio. Como alternativa, puede ser una capa de tejido de fibra hecha de un material no conductor, tal como aramida, fibra natural, polipropileno, poliéster o poliamida, entre otros. El laminado puede formarse manualmente (estratificación manual) o automáticamente (ATL, etc.). Las capas que forman el laminado pueden comprender diferentes tejidos. Pueden comprender capas de tejido de fibra de vidrio, una combinación de capas de tejido de fibra de vidrio y capas de tejido de fibra de carbono, o cualquier otra combinación de tejidos, tales como capas de vidrio, carbono, tejido natural y/o aramida. Estos laminados pueden ser una parte monolítica o una parte de un material compuesto de tipo sándwich (núcleo de espuma, núcleo de panal, etc.). Para completar el material compuesto, se puede introducir una matriz compuesta termoestable siguiendo técnicas convencionales, tales como el uso de un preimpregnado, mediante una película de resina o por infiltración de resinas líquidas en función de diferentes métodos (moldeo de transferencia de resina, infusión, estratificación manual, bobinado de filamentos, etc.). Como alternativa, se puede introducir una matriz compuesta termoplástica siguiendo un proceso de polimerización in situ. Al imprimir la funcionalidad en el sustrato de producto textil tejido flexible, con el que posteriormente se fabrica el material compuesto o la pieza compuesta, la funcionalidad se integra/incrusta completamente dentro del material compuesto, de forma mínimamente invasiva. Por lo tanto, la estructura y el material compuesto final no se dañan.

La funcionalidad incrustada puede incluir no solo elementos/circuitos impresos, sino también componentes híbridos, tales como LED o conectores, no impresos en la capa de tejido de fibra de vidrio. En su lugar, dichos componentes no impresos están acoplados, fijados, unidos o conectados sobre el sustrato flexible. Solo los elementos que, por su naturaleza y técnica de desarrollo, no se pueden imprimir mediante serigrafía o microdispensación, se fijan al sustrato flexible mediante otros medios más invasivos. Algunos ejemplos de estos elementos son los LED o los conectores. Al minimizar la cantidad de tales elementos, que suelen ocupar una superficie mínima no superior a unos cuantos centímetros cuadrados, se maximiza la integridad de la estructura y del material compuesto final.

Se divulga un proceso optimizado de impresión de diferentes elementos (pistas conductoras, botones y sensores, entre otros) sobre una variedad de tejidos no conductores mediante diferentes técnicas, tales como la serigrafía o la microdispensación. Para imprimir estos elementos, se requieren diferentes tipos de fluidos. Por ejemplo, se pueden usar pastas conductoras o semiconductoras (tales como pastas a base de metales, pastas a base de carbono y pastas poliméricas), pastas dieléctricas y adhesivos.

Se han impreso con pastas conductoras tejidos de fibra no conductores, tales como productos textiles de fibra de vidrio, preferentemente tejidos, con pesos nominales en el intervalo de 25 a 600 g/m2 (gramos por metro cuadrado), pastas dieléctricas y/o adhesivos por serigrafía y/o microdispensación. Una vez que las pistas conductoras impresas y/u otros elementos, tales como sensores (por ejemplo, sensores táctiles capacitivos o sensores piezorresistivos) se han aplicado al tejido, se colocan y unen otros componentes. Por ejemplo, se colocan y unen los conectores y/u otros componentes rígidos. Se pueden utilizar cabezales Pick&Place para colocar dispositivos no impresos, tales como los LED (mediante técnicas tales como SMD, etc.) o conectores (por ejemplo, conectores de cables planos flexibles (FFC, Flexible Flat Cables) o conectores Clincher). Se pueden usar diferentes técnicas para unir y/o conectar componentes no impresos. Los ejemplos no limitativos de estas técnicas utilizan pastas adhesivas conductoras isotrópicas y adhesivos de película conductora anisotrópica.

Por ejemplo, para imprimir un conjunto electrónico que comprenda un dispositivo de iluminación con un botón de encendido/apagado basado en un sensor capacitivo, en una pieza compuesta, se llevarán a cabo las siguientes etapas. En primer lugar, se debe diseñar un prototipo, incluido el diseño de un circuito eléctrico dibujado, por ejemplo, en CAD. Después, se deben imprimir los caminos eléctricos y un botón capacitivo con una pasta conductora sobre un tejido de fibra no conductor, tal como un tejido de fibra de vidrio. También se pueden imprimir sensores en el tejido de fibra, mediante una pasta a base de carbono o una pasta a base de polímero. A continuación, se debe curar la pasta conductora, generalmente mediante un proceso térmico o un proceso UV. Se pueden colocar componentes, tales como los LED y el conector, por ejemplo, unirse con una tinta adhesiva conductora.

Para incrustar la capa funcional, y así obtener la pieza compuesta (pieza compuesta monolítica o pieza compuesta de tipo sándwich), se pueden utilizar diferentes procesos de fabricación de materiales compuestos, dependiendo del material termoestable/termoplástico de interés para aplicaciones específicas. Entre los posibles procesos de laminación, se pueden utilizar los siguientes procesos automáticos y manuales: ATL (Automated Tape Layer, capa de cinta automatizada), AFP (Automatic Fiber Placement, colocación automática de fibra), estratificación manual, etc. Entre los posibles procesos para infiltrar una resina, se pueden utilizar los siguientes procesos: Polimerización in situ de monómeros termoplásticos para obtener, por ejemplo, materiales compuestos de poliamida (PA) (polimerizando directamente en un molde 3D u obteniendo el material compuesto en moldes planos seguido de termoformado a altas presiones); procesos de fibras preimpregnadas (preimpregnados), en los que un tejido de fibra ya está impregnado con resinas fenólicas o epoxi; procesos de infusión al vacío o RTM (Resin Transfer Moulding, moldeo por transferencia de resina) con epoxi, resinas fenólicas u otras resinas termoestables.

Mientras que el proceso de impresión se aplica al tejido de fibra no conductor seca bidimensional, se pueden obtener piezas tridimensionales, por ejemplo, utilizando moldes que tengan cierta curvatura.

Resumiendo, el método propuesto permite obtener piezas compuestas monolíticas o de tipo sándwich, incluyendo piezas tridimensionales, que tienen incorporadas funcionalidades, como detección o cableado, incrustadas en la pieza compuesta.

El método de la presente invención encuentra especiales ventajas en el sector industrial del transporte, incluyendo el sector de la automoción, ferroviario y aeroespacial, porque en estos sectores es realmente deseable fabricar piezas compuestas que tengan estructuras eléctricas incrustadas en ellas, mientras se realiza la integración de la estructura eléctrica durante el proceso de fabricación de la pieza compuesta.

Un primer aspecto de la invención se refiere a un método para fabricar un material compuesto polimérico que tiene una funcionalidad incrustada, comprendiendo el método: proporcionar un tejido de fibra seco no conductor que tiene un peso nominal de 25-600 g/m2; seleccionar una pasta que tenga una viscosidad inferior a 600 Pa-s, siendo la pasta una pasta conductora, una pasta dieléctrica y/o una pasta de detección; aplicar la pasta seleccionada sobre el tejido de fibra seco no conductor mediante serigrafía o microdispensación, creando así una funcionalidad impresa; formar un laminado que comprenda el tejido de fibra seco no conductor que tiene la funcionalidad impresa y al menos un tejido adicional o un núcleo; obtener un material compuesto polimérico a partir de dicho laminado.

En el contexto de la presente invención, la viscosidad de una pasta de impresión se refiere, a menos que se indique otra cosa, a un valor de viscosidad medido con un reómetro a una temperatura de 25 °C y 1/s de velocidad de cizalla.

En realizaciones de la invención, la capa de fibra seca no conductora está hecha de hilos de fibra, comprendiendo cada hilo de fibra entre 50 y 1650 filamentos, siendo el diámetro de cada filamento de entre 4 y 24 μm.

En realizaciones de la invención, el tejido de fibra seco no conductor está tejido.

En realizaciones de la invención, el tejido de fibra seco no conductor está tejido definiendo un patrón de tejido liso y tiene un peso nominal inferior a 200 g/m2.

En realizaciones de la invención, el tejido de fibra seco no conductor está tejido definiendo un patrón de tejido de satén o sarga y tiene un peso nominal superior a 200 g/m2. La viscosidad de la pasta puede ser inferior a 100 Pa-s.

En realizaciones de la invención, la pasta es una pasta conductora que comprende: partículas metálicas, un aglutinante y un disolvente orgánico; siendo la cantidad de partículas metálicas de entre el 60 y el 85 % en peso, teniendo las partículas metálicas un tamaño promedio de entre 400 nm y 2 μm.

En realizaciones de la invención, la pasta es una pasta de detección, siendo la pasta de detección una de las siguientes: una pasta a base de carbono, una pasta polimérica que tiene un polímero conductor o una pasta a base de magnetita. Cuando se selecciona una pasta a base de carbono, preferentemente se imprime una pasta dieléctrica sobre la pasta a base de carbono.

En realizaciones de la invención, el método comprende además, después de aplicar la pasta seleccionada sobre el tejido de fibra seco no conductor, curar la funcionalidad impresa siguiendo un proceso térmico o UV.

En realizaciones de la invención, el método comprende además fijar al menos un componente electrónico al tejido de fibra seco no conductor.

En realizaciones de la invención, el tejido de fibra seco no conductor es un tejido de fibra de vidrio.

En realizaciones de la invención, el laminado es una pila de tejidos de fibra secos que comprende el tejido de fibra seco no conductor impreso.

En realizaciones de la invención, la fase de obtención de un material compuesto polimérico a partir de dicho laminado se realiza siguiendo un proceso de polimerización in situ o un proceso de infiltración.

En realizaciones de la invención, el laminado es una pila formada por el tejido de fibra seco no conductor impreso más al menos un preimpregnado, en donde la fase de obtención de un material compuesto polimérico a partir de dicho laminado se realiza aplicando vacío a la pila y curando.

El método propuesto puede funcionar con una gran variedad de pastas, lo que permite obtener una gran variedad de conjuntos electrónicos sobre una gran variedad de geometrías.

Con respecto a los métodos convencionales de integración de funcionalidades en piezas compuestas, en los que la integración de funcionalidades provoca daño y delaminación a la pieza compuesta, el método propuesto supera estos inconvenientes imprimiendo sobre un tejido seco (tejido de fibra no conductor), que posteriormente se puede apilar con otras capas de tejido o núcleo, y formar un material compuesto siguiendo diferentes técnicas.

El método propuesto y las piezas compuestas que se pueden obtener se pueden aplicar, por ejemplo, en los sectores del transporte y la energía (automoción, ferrocarril, aeronáutica, energía solar o eólica) mediante la incrustación de funcionalidades, tales como sensores, elementos de iluminación y calefacción, en las piezas compuestas sin modificar el proceso de fabricación y sin introducir deslaminación u otros defectos en la pieza.

Las ventajas y características adicionales de la invención se harán evidentes a partir de la descripción detallada que se presenta a continuación y se señalarán particularmente en las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripción de los dibujos

Para completar la descripción y para proporcionar una mejor comprensión de la invención, se proporciona un conjunto de dibujos. Dichos dibujos forman parte integral de la descripción e ilustran una realización de la invención, que no debe interpretarse como limitativo del alcance de la invención, sino solo como un ejemplo de cómo se puede realizar la invención. Los dibujos comprenden las siguientes figuras:

La figura 1 muestra esquemáticamente una pila de tejidos de fibra para la fabricación de un material compuesto reforzado con fibra, de acuerdo con una realización de la invención.

La figura 2 muestra un ejemplo de diferentes pastas impresas sobre un producto textil de fibra seco tejido no conductor, de acuerdo con la invención.

La figura 3 muestra una pieza compuesta de poliamida termoplástica fabricada siguiendo el método de la invención.

La figura 4 muestra un tejido de fibra de vidrio sobre el que se ha impreso un conjunto electrónico siguiendo el método de la invención.

Las figuras 5A y 5B muestran dos piezas compuestas de resinas epoxi fabricadas con el tejido de fibra de vidrio de la figura 4.

La figura 6 muestra una pieza de material compuesto fenólico preimpregnado que tiene caminos conductores incrustados, fabricada siguiendo el método de la invención.

La figura 7 muestra un material compuesto híbrido de aramida/fibra de carbono que tiene caminos conductores integrados, fabricado siguiendo el método de la invención

La figura 8 muestra un tejido de fibra de vidrio en el que se han impreso sensores de temperatura, siguiendo el método de la invención.

La figura 9 muestra una pieza compuesta de resinas epoxi fabricada con el tejido de fibra de vidrio de la figura 8.

Descripción de una forma de realizar la invención

A continuación, se divulgan diferentes realizaciones para obtener diferentes materiales compuestos que tienen funcionalidades incrustadas (también denominadas piezas compuestas que tienen funcionalidades incrustadas). En particular, se obtienen materiales compuestos poliméricos, es decir, materiales compuestos cuya matriz está hecha de resina polimérica. La resina polimérica está reforzada con tejidos de fibra, tales como capas de tejido no conductor, por ejemplo, tejidos de fibra de vidrio, tejidos de fibra de aramida y tejidos de fibra natural, o una combinación de capas de tejido conductor (como capas de tejido de carbono) y capas de tejido no conductor. Los materiales compuestos poliméricos obtenidos mediante el método de la presente invención son, por lo tanto, compuestos reforzados con fibra. En el contexto de la presente invención, un material compuesto reforzado con fibra tejida es un material en el que las fibras (tales como fibras de vidrio, carbono, aramida o naturales), que forman tejidas un tejido, refuerzan una matriz plástica. Por ejemplo, un material compuesto reforzado con fibra de vidrio es un material en el que las fibras de vidrio, que forman tejidas un tejido, refuerzan una matriz plástica. Además, un compuesto reforzado con fibra de carbono es un material en el que las fibras de carbono, que forman tejidas un tejido, refuerzan una matriz plástica. Un compuesto reforzado con fibra de carbono puede incluir una pequeña cantidad de otros tejidos (pequeña en comparación con la cantidad de tejidos de fibra de carbono), tales como un tejido de fibra de vidrio. El material compuesto también puede ser híbrido, lo que significa que comprende capas de tejido de diferentes materiales en cantidades bastante similares. La matriz (es decir, la matriz plástica) del material compuesto puede ser una matriz de polímero termoendurecible (la mayoría de las veces a base de un polímero termoendurecible tal como el epoxi, poliéster, viniléster, resinas fenólicas, etc.); o una matriz de polímero termoplástico, por ejemplo, a base de poliamida.

Un material compuesto que tiene una funcionalidad incrustada se obtiene de la siguiente manera: En primer lugar, se proporciona un producto textil de fibra no conductor, preferentemente tejido. Después, se selecciona una pasta de impresión, también conocida como pasta funcional. La pasta de impresión puede ser una pasta conductora, tal como una pasta que comprende Ag, Cu y/o Al; una pasta de detección, tal como una pasta a base de carbono, una pasta polimérica y una pasta a base de magnetita; una pasta dieléctrica o una pasta adhesiva. La selección de la pasta que se va a utilizar se hará en función del tipo de elemento que se vaya a imprimir o aplicar. Por ejemplo, cuando se necesita imprimir una pista conductora, se puede utilizar una pasta conductora; cuando se necesita imprimir un sensor, se puede utilizar una pasta de detección, tal como una pasta a base de carbono, una pasta polimérica o una pasta a base de magnetita. Cuando se necesita unir un componente, tal como un LED o conector, se puede utilizar una pasta adhesiva. Se puede usar una pasta dieléctrica para proteger las impresiones hechas de una pasta a base de carbono (es decir, para evitar que la resina del material compuesto se filtre a través de la pasta a base de carbono y que finalmente la modifique). A continuación, se aplica la pasta de impresión sobre el tejido de fibra no conductora seco, de manera que se obtiene un camino conductor, que incluye opcionalmente uno o más sensores (más cualquier otro elemento conectado a los mismos), integrado dentro (impreso en) el tejido de fibra seco no conductor.

Preferentemente, la pasta de impresión se deposita o se aplica sobre el tejido de fibra no conductora siguiendo un método de serigrafía o un método de microdispensación. Opcionalmente, se puede fijar (por ejemplo, unir) al menos un componente electrónico sobre el camino conductor. El producto textil tejido de fibra no conductora que incluye el camino conductor integrado y los sensores y componentes opcionales se apila con una o más capas (o núcleos) formando un laminado. Finalmente, se incrusta el laminado en el polímero (matriz). La incrustación del tejido de fibra no conductora en el polímero se puede realizar de diferentes maneras, como se divulgará más adelante en diferentes realizaciones de la invención.

La Figura 1 muestra esquemáticamente una pila de tejidos de fibra (o una pila de capas de tejido de fibra) 1 para fabricar un material compuesto reforzado con fibra de acuerdo con una realización de la invención. En particular, la figura 1 muestra una capa impresa seca 11 dispuesta entre las capas no impresas 12-15, formando una pila. La capa impresa 11 es una capa de tejido de fibra seco no conductor, tal como una capa de tejido de fibra de vidrio. También puede ser una capa de tejido de fibra de aramida, fibra natural, polipropileno, poliéster, poliamida, entre otros. La capa 11 tiene una funcionalidad impresa. Rodeando la capa impresa 11 de tejido de fibra no conductora, puede haber una pluralidad de capas de tejido de fibra seco adicionales (12-15 en la figura 1), que pueden ser capas de tejido de fibra de vidrio, capas de tejido de fibra de carbono u otras capas de tejido. Como alternativa, puede haber al menos un tejido preimpregnado.

La capa seca de fibra no conductora sobre la que se va a aplicar una funcionalidad impresa (capa 11 en la Figura 1) está hecha de hilos de fibra. Los hilos de fibra se forman combinando filamentos extremadamente finos en hebras. En realizaciones de la invención, el número de filamentos en un hilo puede ser de entre 50 y 1650 filamentos. El diámetro de cada filamento puede ser de entre 4 y 24 μm. Las fibras (hilos) se pueden cubrir con una cubierta, también denominada acabado.

El tejido de fibra no conductora 11 debe estar seco para garantizar una correcta impresión sobre el mismo. Para una correcta impresión, la pasta debe fijarse al sustrato (en este caso, tejido de fibra), lo que solo se puede lograr si el sustrato está seco. Si el sustrato estuviera impregnado, por ejemplo, con resina, el flujo de resina arrastraría la pasta aplicada.

Entre los diferentes parámetros que definen un tejido de fibra 11, tal como el peso del hilo, el número de hilos, patrón de tejido y acabado de tejido, en cuanto a la aplicación de una impresión, se ha observado que el patrón de tejido es un parámetro muy relevante, porque define la estabilidad del tejido y lo plano que es este. Algunos ejemplos no limitativos de patrones de tejido de un tejido de fibra no conductor son tejido liso, tejido de satén y tejido de sarga. La estabilidad de un tejido de fibra no conductor depende del patrón de tejido. Un patrón de tejido liso es más estable que un patrón de tejido de satén o un patrón de tejido de sarga. El tejido de fibra seco 11 puede tener un peso nominal inferior a 1500 g/m2.

En realizaciones de la invención, se selecciona un tejido de fibra seco 11 que tiene un tejido liso. Los tejidos de fibra que tienen un patrón de tejido liso son más estables y planos que los tejidos de fibra que tienen otros patrones de tejido, en particular cuando su peso nominal es inferior a 200 g/m2, tal como de entre 25 y 200 g/m2. Por ejemplo, se puede seleccionar un tejido de fibra de vidrio que tenga tejido liso. Para imprimir una funcionalidad, se puede utilizar una pasta con una viscosidad inferior a 600 Pa-s medida con un reómetro a una temperatura de 25 °C y una velocidad de cizalla de 1/s. Por ejemplo, se puede utilizar una pasta que tenga una viscosidad entre 0,01 y 600 Pa-s, tal como de entre 0,1 y 600 Pa-s, o entre 1 y 600 Pa-s, o entre 10 y 600 Pa-s. Cuando se usa un tejido de fibra que tiene un patrón de tejido liso, preferentemente con un peso nominal inferior a 200 g/m2, y una pasta que tiene una viscosidad inferior a 600 Pa-s, pueden obtenerse pistas conductoras que tengan un ancho mínimo de 300 μm. En realizaciones de la invención, el tejido de fibra seco 11 tiene un espesor de al menos 20 μm, tal como de al menos 40 μm o al menos 80 μm.

En realizaciones de la invención, se selecciona un tejido de fibra seco 11 que tiene un patrón de tejido diferente de un patrón de tejido liso, tal como un patrón de tejido de satén o un patrón de tejido de sarga. En este caso, el peso nominal del tejido de fibra de vidrio es preferentemente superior a 200 g/m2, tal como de entre 200 y 1500 g/m2, por ejemplo, de entre 200 y 800 g/m2. Para imprimir una funcionalidad, se puede utilizar una pasta que tenga una viscosidad inferior a 600 Pa-s, tal como de entre 0,01 y 600 Pa-s, o entre 0,1 y 600 Pa-s, o entre 1 y 600 Pa-s, o entre 10 y 600 Pa-s. Cuando se utilizan un tejido de fibra que no tiene un patrón de tejido liso, tal como un patrón de tejido de satén o sarga, preferentemente con un peso nominal superior a 200 g/m2 (tal como de entre 200 y 1500 g/m2, por ejemplo, de entre 200 y 800 g/m2), y una pasta que tiene una viscosidad inferior a 600 Pa-s, pueden obtenerse pistas conductoras que tengan una anchura mínima de 1 mm.

El sustrato (producto textil de fibra tejido seco no conductor) debe empaparse con la pasta impresa, de manera que las fibras se impregnen de pasta (tal como pasta conductora). Esto es especialmente importante en los tejidos que tienen un alto peso nominal. Esto significa que, para los productos textiles tejidos de fibra, tales como tejidos de fibra de vidrio, que tienen bajo peso nominal, se pueden lograr caminos conductores incluso con pastas con poca capacidad para empapar las fibras (es decir, con pastas que tengan una alta viscosidad), de modo que se deposite una pasta conductora sustancialmente sobre la superficie del tejido.

Cuanto menor sea la viscosidad de la pasta de impresión, mejor es la unión entre el tejido y la pasta, porque parte de la pasta impregna las fibras del tejido; además de crear una capa de pasta sobre el tejido. La impregnación de la pasta también se conoce como humectabilidad. Cuanto mayor sea la viscosidad de una pasta de impresión, menos impregna las fibras (y la pasta, tal como la pasta conductora, se deposita sobre el tejido). En estas circunstancias, los tejidos que tienen poca estabilidad, tales como los que tienen un patrón de tejido de satén o sarga, tienden a provocar grietas en la capa de pasta depositada. Por tanto, para los productos textiles tejidos que tienen un patrón de tejido de estabilidad relativamente baja, tal como un patrón de tejido de satén o un patrón de tejido de sarga, la viscosidad de la pasta de impresión se convierte en un parámetro clave. Por tanto, especialmente para los productos textiles tejidos que tienen un patrón de tejido de satén o un patrón de tejido de sarga, se utiliza preferentemente una pasta con una viscosidad inferior a 100 Pa-s, tal como de entre 0,01 y 100 Pa-s, o entre 0,1 y 100 Pa-s, o entre 1 y 100 Pa-s, o entre 10 y 100 Pa-s.

Se obtiene un material compuesto de calidad optimizada cuando se utiliza un producto textil tejido 11, tal como un tejido de fibra de vidrio, con un patrón de tejido liso y un peso nominal inferior a 200 g/m2, y cuando se utiliza una pasta de impresión que tiene una viscosidad inferior a 100 Pa-s.

La humectabilidad de la pasta es especialmente relevante cuando las piezas de compuestas que se han de fabricar son piezas tridimensionales, porque si la pasta de impresión no impregna las fibras de las que está hecho el tejido de fibra impreso, sino que permanece en la superficie del tejido, cuando el tejido se curva (para lograr la forma tridimensional deseada), la pasta tiende a desprenderse del tejido. Por tanto, para la fabricación de piezas compuestas tridimensionales, se utiliza preferentemente una pasta de impresión que tiene una viscosidad inferior a 200 Pa-s; más preferentemente se utiliza una pasta de impresión que tiene una viscosidad inferior a 100 Pa-s.

A modo de ejemplo, las figuras 2A-2C muestran esquemáticamente un tejido de fibra seco no conductor 11 sobre el que se han aplicado diferentes pastas, formando una funcionalidad impresa. En particular, la funcionalidad impresa de ejemplo es un sensor de temperatura. En primer lugar, como se muestra en la figura 2A, se aplica una pasta dieléctrica 5 sobre el tejido 11. La pasta dieléctrica es necesaria cuando se va a utilizar una pasta de carbono, pues las pastas de carbono deben aislarse adecuadamente con una pasta dieléctrica intercalada. Después, como se muestra en la figura 2B, se imprime una pasta de carbono 4 en la pasta dieléctrica 5. Asimismo, se imprimen pistas conductoras 3 de pasta conductora, tales como pasta de plata, en el tejido 11; y se aplica la pasta polimérica 6 sobre el tejido 11. El orden de aplicación de la pasta de carbono 4, la pasta conductora para la creación de pistas conductoras 3 y la pasta polimérica 6 son irrelevantes. Finalmente, como se muestra en la figura 2C, sobre la pasta de carbono 4, se aplica otra capa o porción de pasta dieléctrica 5' de modo que, junto con la pasta dieléctrica 5 que se muestra en la figura 2A, la pasta de carbono 4 queda encapsulada (intercalada). La porción de pasta dieléctrica 5 dispuesta más cerca del tejido 11 se puede aplicar sobre la superficie del tejido 11 sobre la que se van a aplicar las otras pastas (pasta de carbono 4, pasta conductora 3, pasta polimérica 6), o sobre la superficie opuesta del tejido 11, siempre que la pasta de carbono 4 quede completamente intercalada entre las pastas dieléctricas 5, 5'. Las dos porciones 5, 5' de pasta dieléctrica se aplican preferentemente sobre la misma superficie del tejido 11, es decir, sobre la superficie sobre la que se van a imprimir las demás pastas.

Se utiliza una pasta conductora (también conocida como tinta conductora) para imprimir una pista o camino conductor 3 en el tejido de fibra 11. Una conductividad correcta de los caminos conductores impresos en el tejido de fibra 11 depende del peso nominal del tejido de fibra, de la viscosidad y cantidad de partículas conductoras de la pasta conductora y del tipo de método de impresión (serigrafía o microdispensación). Se logra una buena conductividad cuando el peso nominal del producto textil tejido de fibra seco 11 es de entre 25 y 1500 g/m2. En particular, cuando el tejido de fibra seco 11 tiene un patrón de tejido liso, se consigue una buena conductividad al menos cuando su peso nominal es de entre 25 y 200 g/m2 y se usa una pasta conductora que tenga una viscosidad inferior a 600 Pa-s. Cuando el tejido de fibra seco 11 tiene un patrón de tejido diferente de un patrón de tejido liso, tal como un patrón de tejido de satén o un patrón de tejido de sarga, se consigue una buena conductividad al menos cuando su peso nominal es de entre 200 y 1500 g/m2 y se usa una pasta conductora que tenga una viscosidad inferior a 600 Pa-s.

La pasta conductora comprende partículas metálicas, un aglutinante y un disolvente orgánico. La pasta conductora seleccionada tiene una cantidad de partículas metálicas (partículas sólidas) del 60-85 % en peso (% en peso). La cantidad (% en peso) de aglutinante, disolvente orgánico y otros aditivos finales opcionales en la pasta conductora se completa adecuadamente. La cantidad de partículas metálicas debe estar en el intervalo mencionado para garantizar una buena conductividad del camino conductor impreso en el tejido de fibra 11. Las partículas metálicas tienen un tamaño promedio en el intervalo de 400 nm a 2 μm. En realizaciones en las que las partículas metálicas son sustancialmente esféricas, el tamaño promedio se refiere al diámetro promedio de las partículas. Las partículas metálicas pueden estar hechas de plata, cobre, aluminio u otros metales, o una combinación de ellos, tal como una combinación de plata y cobre. Se puede utilizar cualquier aglutinante adecuado, tal como un aglutinante orgánico disolvente, y cualquier disolvente orgánico adecuado.

La anchura mínima de los caminos conductores impresos en el tejido de fibra de vidrio puede ser de aproximadamente 300 μm. Las anchuras máximas típicas pueden ser de varios milímetros o incluso de centímetros, dependiendo de los requisitos de la aplicación específica de la pieza compuesta. El espesor del camino conductor impreso depositado sobre la superficie del tejido de fibra 11 puede ser de entre 10 y 300 μm. Como ya se ha explicado, dependiendo principalmente del patrón de tejido del tejido de fibra y de la viscosidad de la pasta, la pasta consigue impregnar el tejido en mayor o menor medida. Sin embargo, incluso cuando la pasta consigue impregnar en gran medida un tejido, se deposita una capa de pasta sobre el tejido, teniendo esta capa un espesor mínimo de aproximadamente 10 μm. Este espesor mínimo se obtiene, por ejemplo, cuando se utiliza una pasta de viscosidad inferior a 100 Pa-s. Por el contrario, por ejemplo, cuando se utiliza un tejido de fibra que tiene un patrón de tejido liso y bajo peso nominal (tal como 25-200 g/m2) y se aplica una pasta que tiene una viscosidad que varía entre aproximadamente 400-600 Pa-s, se puede lograr una capa depositada de pasta de aproximadamente 300 μm. Los caminos conductores impresos obtenidos no perturban el flujo de resina durante una fase posterior de infiltración de resina o aplicación de preimpregnado.

En cuanto a la aplicación de la pasta de impresión sobre el tejido de fibra no conductora seco 11, cuando se utiliza un método de serigrafía, se utiliza una escobilla de goma y una malla de serigrafía con el patrón deseado. La malla de serigrafía se dispone sobre el sustrato (tejido de fibra), de modo que la superficie de la malla corresponda sustancialmente a la superficie del tejido de fibra. La malla de serigrafía tiene poros, tales como microporos. En primer lugar, la pasta funcional se deposita sobre la superficie de malla de serigrafía. A continuación, se presiona la escobilla de goma sobre la malla de serigrafía y se aprieta la pasta dentro de los poros (es decir, microporos) de la malla en contacto con el sustrato, de modo que la pasta se deposita sobre el sustrato. En realizaciones de la invención, se puede utilizar una malla de serigrafía de aproximadamente 21 a 165 hilos/cm (hilos/centímetro), más preferentemente de 70 a 140 hilos/cm, para depositar las pastas funcionales. Se puede realizar más de una pasada de serigrafía para depositar una mayor cantidad de pasta de impresión sobre el sustrato, obteniendo así una impresión más homogénea.

A su vez, cuando se utiliza un método de microdispensación, se puede usar un robot o sistema robótico para imprimir diferentes tipos de pastas funcionales utilizando diferentes puntas dispensadoras (también conocidas como agujas o boquillas dispensadoras), a través de las cuales se aplica la pasta funcional. Un parámetro importante que se ha de tener en cuenta en la selección de la boquilla es su diámetro interior, ya que, junto con la viscosidad de la pasta y la presión que se va a aplicar a la misma, condiciona el patrón (anchura y/o profundidad) del camino (es decir, camino conductor) que se va a aplicar sobre el tejido de fibra seco 11. Algunos ejemplos no limitativos de diámetros internos que puede tener la punta dispensadora (boquilla) son 0,1 mm, 0,15 mm, 0,20 mm, 0,25 mm, 0,33 mm, 0,41 mm, 0,51 mm, 0,61 mm, 0,84 mm, 1,2 mm, 1,36 mm, 1,54 mm, 2,2 mm, 2,7 mm, 3,4 mm y 3,8 mm. El diámetro interno de la punta puede seleccionarse de acuerdo al menos con las dimensiones del camino de la pasta que se va a trazar sobre el tejido 11. En realizaciones de la invención, la anchura de la línea impresa (camino conductor) es al menos al menos varios micrómetros más grande que el diámetro interior de la boquilla seleccionada. Por este motivo, preferentemente, el diámetro interior de la boquilla se selecciona para que corresponda sustancialmente a la anchura del camino conductor que se va a imprimir. El diámetro interior de la boquilla se selecciona preferentemente para que esté lo más cerca posible de la anchura del camino conductor que se va a imprimir, siempre que el diámetro interior de la boquilla sea igual o inferior a la anchura del camino conductor que se va a imprimir. Las puntas dispensadoras se seleccionan preferentemente para que tengan diámetros interiores de entre 0,41 y 1,6 mm. En particular, para anchuras de camino conductor dentro del intervalo de 0,41 y 0,8 mm, se selecciona preferentemente una boquilla que tenga un diámetro interior dentro del intervalo de 0,41 y 0,61 mm; y para anchuras de camino conductor dentro del intervalo de 0,8 y 2 mm, se selecciona preferentemente una boquilla que tenga un diámetro interior dentro del intervalo de 0,84 y 1,6 mm. Dependiendo del diámetro interior de la boquilla y de la viscosidad de la pasta seleccionada, se debe aplicar una presión mayor o menor para aplicar correctamente la impresión.

Una vez que se aplica una capa de pasta conductora 3 sobre el tejido de fibra 11, y que, por lo tanto, se imprime el camino conductor, la pasta conductora aplicada se cura siguiendo, por ejemplo, un proceso térmico o un proceso UV, de modo que se elimine el material volátil del medio aglutinante. El aglutinante, tal como el aglutinante orgánico (por ejemplo, resina) se deja al menos parcialmente para unir las partículas conductoras, formando así las líneas conductoras de la electricidad. Esto se puede hacer de diferentes maneras. En una posible realización, el tejido de fibra seco 11 impreso se introduce en un horno a una temperatura de 100 °C-170 °C durante un tiempo determinado, tal como entre 20 y 90 minutos. En otra realización, en la que se utiliza un sistema robótico, la pasta conductora aplicada sobre el tejido 11 se cura con una lámpara, tal como una lámpara IR o una lámpara UV. Por ejemplo, aunque no de forma limitativa, se puede utilizar una lámpara de 200 W que tenga hasta 90 W/cm2 durante un tiempo determinado, tal como entre 30 s y 5 minutos. Es necesaria una buena humectación y adhesión del patrón conductor (camino) al tejido de fibra 11, en especial cuando se fabrican materiales compuestos no planos (tridimensionales). Una buena adherencia implica suficiente impregnación de la pasta conductora en las fibras del tejido 11. Una pasta conductora con mala humectabilidad se puede despegar del tejido de fibra 11 durante la fabricación del material compuesto en un molde tridimensional. En particular, se ha observado que los caminos conductores depositados sobre el tejido, en lugar de impregnar las fibras, tienden a agrietarse cuando se manipula el tejido. Por este motivo, cuando se utiliza una pasta conductora tiene una viscosidad relativamente alta (es decir, superior a 400 Pa-s), y por lo tanto apenas empapa las fibras, se emplea preferentemente un tejido de fibra que tiene patrón de tejido liso (tejido plano, estable).

La pasta conductora 3 se puede utilizar para imprimir, además de caminos o pistas conductores, botones de capacidad (tales como botones táctiles) en puntos específicos de los caminos conductores. Los botones de capacidad se imprimen preferentemente mediante un método de serigrafía. En realizaciones de la invención, se puede utilizar una malla de serigrafía de aproximadamente 61 a 165 hilos/cm, más preferentemente de 77 a 140 hilos/cm, para depositar la pasta funcional. Se puede realizar más de una pasada de serigrafía para depositar una mayor cantidad de pasta de impresión sobre el sustrato (tejido de fibra seco), obteniendo así una impresión más homogénea. Los botones de capacidad pueden tener un espesor de aproximadamente 25 a 300 μm. En un ejemplo particular, su espesor es de aproximadamente 50 μm. Los botones de capacidad aplicados se curan siguiendo un proceso térmico. En una posible realización, se curan en horno a una temperatura de 100°C-170°C durante cierto tiempo, tal como entre 20 y 90 minutos.

Además de caminos conductores y botones capacitivos opcionales (cuando sea necesario), también se pueden imprimir elementos de detección en el tejido de fibra seco 11. Los elementos de detección se pueden imprimir con una pasta de detección, tal como una pasta a base de carbono, una pasta polimérica o una pasta a base de magnetita. En la figura 8, se ilustra un ejemplo de pasta a base de carbono y pasta polimérica impresa en un tejido de fibra seco 11 (los dos rectángulos más oscuros están hechos de pasta a base de carbono y los dos rectángulos más claros están hechos de pasta polimérica). La pasta de detección debe estar en contacto con la pasta conductora para capturar una señal eléctrica. Los elementos de detección detectan eventos o cambios en su entorno y envían la información capturada a otros dispositivos electrónicos o de visualización. Los elementos de detección pueden imprimirse en el tejido seco de vidrio 11 e incrustarse para construir materiales compuestos funcionales. Por ejemplo, los sensores de temperatura detectan cambios en la temperatura ambiental. Las propiedades eléctricas (por ejemplo, la resistividad) de algunas pastas funcionales, tales como pastas a base de carbono o pastas poliméricas que tienen un polímero conductor, se ven afectadas por la temperatura. Por tanto, son sensibles a la temperatura y se pueden utilizar para construir elementos de detección. Para imprimir elementos de detección, se pueden usar diferentes pastas de detección, tales como pastas a base de carbono, pastas poliméricas y pastas a base de magnetita.

Se pueden usar pastas a base de carbono para imprimir elementos de detección en el circuito (por ejemplo, sensores de temperatura o presión), como se muestra, por ejemplo, en la Figura 2B con la referencia 4. También se pueden utilizar como pastas piezorresistivas para, junto con otras técnicas, tales como la detección de ultrasonidos, la detección de fallos o la deslaminación en piezas compuestas. La pasta a base de carbono comprende un material carbonoso, un aglutinante y un disolvente. El material carbonoso es preferentemente uno de los siguientes materiales: grafito, grafeno y nanotubos de carbono. Puede utilizarse cualquier aglutinante adecuado, tal como un aglutinante orgánico disolvente. El aglutinante puede ser un polímero orgánico disolvente. Puede utilizarse cualquier disolvente adecuado, tal como agua. La pasta a base de carbono comprende preferentemente una cantidad de material carbonoso (es decir, partículas carbonosas) de 30-55 % (% en peso de contenido sólido). Por ejemplo, se puede utilizar una pasta a base de carbono que tenga una cantidad de material sólido del 30-34 %. También se puede utilizar una pasta a base de carbono que tenga una cantidad de material sólido del 54-55 %. Las partículas pueden estar hechas de grafito, grafeno o nanotubos de carbono, o una combinación de los mismos. Los elementos de detección hechos de pastas a base de carbono se imprimen preferentemente mediante un método de serigrafía. En realizaciones de la invención, se puede utilizar una malla de serigrafía de aproximadamente 21 a 120 hilos/cm para depositar la pasta a base de carbono. Se puede realizar más de una pasada de serigrafía para depositar una mayor cantidad de pasta de impresión sobre el sustrato (tejido de fibra de vidrio), obteniendo así una impresión más homogénea. La pasta a base de carbono aplicada se cura preferentemente después de cada pasada de serigrafía. La pasta a base de carbono aplicada se cura, por ejemplo, siguiendo un proceso térmico o un proceso UV. En una posible realización, se cura después de cada pasada de serigrafía a una temperatura entre la temperatura ambiente y 130 °C durante un tiempo determinado, tal como 15 minutos.

Debido a que el valor de resistividad de la pasta a base de carbono 4 impresa en el tejido de fibra 11 puede cambiar durante la infusión y el curado de la resina en la fabricación posterior a la fabricación del material compuesto, la pasta a base de carbono 4 aplicada se aísla preferentemente con un encapsulado 5, 5'. El encapsulado 5, 5' puede ser una pasta encapsulante o una película de polímero, tal como una película de poliuretano. En una realización particular, la pasta a base de carbono 4 está rodeada por una pasta encapsulante 5, 5' que actúa como material dieléctrico. Así pues, durante la fabricación de la pieza compuesta, el polímero (es decir, la resina) del que está hecha la matriz plástica, no modifica el valor de resistencia de la pasta a base de carbono cuando el polímero (es decir, la resina) penetra dentro de los tejidos de fibra. Por tanto, se debe aplicar una pasta dieléctrica en las pistas o los caminos a base de carbono. Preferentemente, la pasta dieléctrica también se aplica en el otro lado (superficie) de la pasta a base de carbono 4, formando un camino dieléctrico que se superpone sustancialmente a la pasta a base de carbono. La pasta dieléctrica aplicada se cura, por ejemplo, siguiendo un proceso térmico o un proceso UV. Los dos caminos (porciones) de pasta dieléctrica 5, 5' evitan que la pasta a base de carbono 4 se modifique cuando se inyecte la resina (o en general, cuando la resina penetre dentro de los tejidos de fibra). Así pues, la pasta a base de carbono 4 se intercala entre dos porciones/caminos/capas dieléctricos 5, 5'. Se observa que las capas completas de material dieléctrico, tales como películas dieléctricas, por ejemplo, una película de poliuretano, depositadas sobre la superficie del tejido de fibra 11, son menos preferidas, para interferir lo menos posible con el flujo de resina durante la fabricación de la pieza compuesta. La pasta dieléctrica es preferentemente una pasta dieléctrica polimérica.

La pasta dieléctrica polimérica seleccionada es preferentemente una pasta 100 % sólida después del curado. Algunos ejemplos no limitativos de materiales dieléctricos poliméricos que pueden usarse como pasta dieléctrica son: poli(4-vinilfenol) (PVP), poli(metacrilato de metilo), tereftalato de polietileno, poliimida, alcohol polivinílico, poliestireno, poli(vinilpirrolidona), poli(cloruro de vinilo) y poliamidas. Cuando se utiliza pasta de encapsulación (pasta dieléctrica) como encapsulación 5, 5', se deposita preferentemente mediante un método de serigrafía. Cuando se utiliza una película polimérica como encapsulación, se une al tejido 11 mediante prensado térmico a una temperatura determinada, tal como alrededor de 120 °C, durante unos segundos.

Las pastas poliméricas que comprenden polímeros conductores también se pueden usar para imprimir elementos de detección en el circuito (por ejemplo, sensores de temperatura), como se muestra, por ejemplo, en la Figura 2B con la referencia 6. Las pastas poliméricas comprenden polímeros orgánicos que conducen la electricidad y un disolvente. El disolvente puede ser agua. Algunos ejemplos no limitativos de polímeros orgánicos que pueden estar comprendidos en la pasta polimérica son: poli(3,4-etilendioxitiofeno) (PEDOT), poli(sulfuro de p-fenileno) (PPS) y una combinación de ambos. Por ejemplo, se puede utilizar una pasta polimérica que tenga entre 0,01 y 5 % (% en peso) de contenido sólido (polímero orgánico) y entre 95 y 99,99 % de agua. Los elementos de detección hechos de pastas poliméricas se imprimen preferentemente mediante un método de serigrafía. En realizaciones de la invención, se puede utilizar una malla de serigrafía de alrededor de 77 a 180 hilos/cm, preferentemente de 130 a 150 hilos/cm, para depositar la pasta polimérica. Los sensores hechos de pasta polimérica pueden tener un espesor de alrededor de 25 a 80 μm. En un ejemplo particular, su espesor es de aproximadamente 40 μm. La pasta polimérica aplicada se cura siguiendo, por ejemplo, un proceso térmico o un proceso UV. En una posible realización, se curan en un horno de convección de aire a una temperatura de 80-200 °C durante un tiempo determinado, tal como entre 10 y 30 minutos.

La pasta de detección también puede ser una pasta a base de magnetita. Por ejemplo, se puede utilizar una pasta que comprenda magnetita, un aglutinante y un disolvente. La pasta a base de magnetita también puede comprender otros componentes. Por ejemplo, se puede utilizar una pasta que tenga al menos un 45 % de magnetita (% en peso), 15-35 % en peso (% en peso) de agua, 5-15 % en peso (% en peso) de copolímero de estireno-acrilato y <4 % (% en peso) de glicerol.

Además de la pista conductora 3 de pasta conductora impresa sobre el tejido de fibra seco 11, y de los posibles elementos de detección 4, 6 y el encapsulado 5, 5', se pueden unir otros componentes, tales como LED, conectores u otros, al circuito mediante un adhesivo, por ejemplo, un adhesivo conductor isotrópico o una película adhesiva conductora anisotrópica. Las películas adhesivas conductoras anisotrópicas pueden estar hechas de un adhesivo termoplástico o termoestable cargado aleatoriamente con partículas conductoras. Se utilizan preferentemente adhesivos conductores isotrópicos. El adhesivo se puede aplicar al componente utilizando un proceso de microdispensación. A continuación, el componente se une al circuito. Preferentemente, el componente unido y el adhesivo de unión se curan.

El orden de impresión de las diferentes pistas (caminos conductores, sensores, botones, etc.) se puede alterar.

Hasta ahora, se han explicado las fases de impresión de una funcionalidad, denominada en general circuito, tal como un montaje electrónico, en el tejido de fibra seco no conductor 11. Una vez impresa la funcionalidad en el tejido de fibra seco, el tejido seco 11 impreso se puede apilar con otros tejidos de fibra. Dependiendo de la flexibilidad/rigidez y del espesor de la pieza compuesta que se vaya a fabricar, el tejido seco 11 impreso puede ser el único tejido de fibra que refuerce la matriz de resina. En este caso, el tejido seco 11 impreso no se apila con otros tejidos de fibra. Sin embargo, normalmente hay al menos otro tejido formando una pila con el tejido impreso. Cuando se apilan varios tejidos de fibra uno encima del otro, uno de los tejidos de fibra apilados es el tejido 11 impreso. No se utiliza adhesivo ni ningún otro medio de unión. La cantidad de tejidos de fibra comprendidos en la pila puede depender del espesor deseado y de las propiedades estructurales a las que se dirige la pieza compuesta que se va a fabricar. Habitualmente, se apilan al menos dos tejidos de fibra, siendo uno de ellos el impreso. En realizaciones de la invención, puede haber hasta 20 tejidos, tal como hasta 15 tejidos o hasta 10 tejidos. Esto puede depender del peso nominal y de la permeabilidad de los tejidos, de las dimensiones de la pieza compuesta que se va a fabricar y del proceso aplicado para fabricar la pieza compuesta.

El uno o más tejidos o capas de tejido que se apilan con el tejido seco 11 impreso, formando una pila o un laminado, pueden ser tejidos secos (ya sean productos textiles tejidos o no tejidos), tejidos preimpregnados o una combinación de tejidos secos y preimpregnados. Un preimpregnado es un tejido impregnado de resina. Algunos ejemplos no limitativos de tejidos secos son los tejidos de fibra de vidrio, carbono, aramida o naturales. En realizaciones de la invención, la pila comprende únicamente tejidos de fibra de vidrio. En este caso, el material compuesto que se va a fabricar será un material compuesto reforzado con fibra de vidrio. En realizaciones de la invención, la pila comprende tejidos de un tipo diferente de fibra, tales como tejidos de aramida, tejidos de fibras naturales, tejidos de fibra de carbono u otros tejidos. En realizaciones de la invención, la pila comprende diferentes tejidos de fibra, tales como los tejidos de fibra de vidrio, tejidos de aramida, tejidos de fibras naturales, tejidos de fibra de carbono y/u otros tejidos. En este caso, el material compuesto que se va a fabricar se considera en general un material compuesto reforzado con fibras híbridas. La pila formada por el tejido 11 impreso y al menos un tejido adicional (tejido seco o tejido preimpregnado) puede estar preformada. Además de los tejidos secos y/o tejidos preimpregnados, apilados con el tejido 11 impreso, la pila de laminado también puede comprender núcleos de espuma o núcleos de panal, tales como polipropileno, aluminio, aramida, etc. Como alternativa, el tejido de fibra seco impreso se puede apilar con uno o más núcleos, tales como núcleos de espuma o núcleos de panal. En otras palabras, el laminado formado por una pila de tejidos puede ser una parte monolítica o parte de un material compuesto intercalado (núcleo de espuma, núcleo de panal, etc.).

Cuando la pila comprende únicamente tejidos de fibra de vidrio, el tejido de fibra impreso, tal como tejido de fibra de vidrio, puede ser cualquier tejido de la pila. En otras palabras, puede ser el de arriba, el de abajo, o cualquiera intermedio. Preferentemente, el tejido impreso tiene al menos un tejido en la parte superior. Cuando el tejido impreso incluye componentes, tales como LED, el tejido impreso solo tiene preferentemente un tejido en la parte superior. Cuando la pila comprende tejidos de fibra conductora (tales como los tejidos de fibra de carbono) y tejidos de fibra no conductora (como los tejidos de fibra de aramida), el tejido impreso está separado preferentemente del tejido de fibra conductora más cercano (es decir, el tejido de fibra de carbono) por al menos dos tejidos de fibra no conductora, para aislar eléctricamente el tejido impreso de la capa de tejido conductor. Esto se aplica tanto encima del tejido impreso como debajo del tejido impreso. En otras palabras, hay al menos dos tejidos de fibra no conductora entre el tejido impreso y un tejido de fibra conductor (tal como un tejido de fibra de carbono). Además, preferentemente, el tejido impreso tiene al menos un tejido encima, que debe ser un tejido de fibra no conductora cuando solo hay una o dos capas superiores.

El laminado formado por la pila de tejidos que incluye el tejido de fibra seco 11 impreso (o, en una realización particular, el tejido de fibra seco 11 impreso sin ningún otro tejido apilado), puede formarse manualmente (estratificación manual) o automáticamente (capa de cinta automatizada (ATL), colocación automática de fibras (AFP), etc.). El laminado se utiliza para reforzar una matriz de resina (matriz de resina plástica o polimérica) para fabricar un material compuesto estructural (pieza compuesta). La matriz de plástico puede ser una matriz de polímero termoendurecible, la mayoría de las veces a base de un polímero termoendurecible tal como epoxi, poliéster, viniléster, resinas fenólicas, etc.); o una matriz de polímero termoplástico, por ejemplo, a base de poliamida. En otras palabras, para completar el material compuesto, se puede introducir una matriz compuesta termoestable siguiendo técnicas convencionales, tal como preimpregnado (en cuyo caso la pila o el laminado necesita al menos una capa de preimpregnado), como una película de resina o por infiltración de resinas líquidas en base a diferentes métodos (moldeo de transferencia de resina, infusión). Como alternativa, se puede introducir una matriz termoplástica dentro de la pila de tejidos siguiendo un proceso de polimerización in situ del monómero. Así pues, la pila de tejidos de fibra se incrusta en resina polimérica para fabricar el material compuesto. La resina se puede proporcionar siguiendo diferentes técnicas de polimerización convencionales, tales como:

- En forma líquida, por ejemplo, mediante técnicas como la infusión al vacío o el moldeo por transferencia de resina (RTM) para materiales termoestables o mediante polimerización in situ de monómeros termoplásticos. Por ejemplo, se pueden obtener materiales compuestos de poliamida (PA) (polimerizando directamente en un molde tridimensional o la obtención del material compuesto en moldes planos);

- mediante el uso de fibra preimpregnada (preimpregnado), en el que se impregna un tejido de fibra de resina, tal como resinas fenólicas o epoxi; como ya se ha descrito, en este caso el preimpregnado ya está incluido en el laminado, pero todavía sin curar; o

- como una película de resina.

Cuando se utiliza un molde, el molde puede ser plano o curvado. Por tanto, se pueden obtener piezas compuestas bidimensionales o tridimensionales. Se han probado resinas o monómeros con viscosidades inferiores a 200 Pa-s, y ofrecen excelentes resultados. A continuación, se describen más detalladamente algunas de estas técnicas convencionales. No obstante, un experto en la materia comprenderá que puede seguirse cualquier otro proceso convencional para obtener un material compuesto polimérico, o puede modificarse cualquier etapa de un proceso convencional dentro de la experiencia bien establecida del experto en la materia.

En una realización particular, se sigue un proceso de polimerización in situ. En particular, se utiliza un proceso de polimerización in situ de un monómero termoplástico (tal como una lactama) para obtener materiales compuestos de poliamida. Por tanto, en este caso, la resina puede ser poliamida. La polimerización se realiza directamente en un molde. En primer lugar, el molde se calienta. Cuando alcanza cierta temperatura, tal como aproximadamente 165 °C, se puede preformar la pila de tejidos de fibra (incluido el impreso). Se inyectan un monómero, tal como caprolactama y un componente catalizador en el molde durante varios segundos y se realiza la polimerización. A continuación, se desmoldea la pieza compuesta. Una divulgación detallada de este proceso se proporciona, por ejemplo, en el documento US9290622-B2. Después de desmoldar, se puede realizar un proceso de termoformado.

En otra realización particular, se sigue una técnica de infusión (infiltración). La resina puede ser una resina epoxi. En primer lugar, la pila de tejidos de fibra (incluido el impreso) se coloca en un molde. A continuación, se prepara una bolsa de vacío. Luego se comprime. El vacío aplicado puede ser, por ejemplo, de 75-100 kPa (0,75-1 bar) entre 60 y 250 °C durante varios segundos o minutos. A continuación, se inyecta una resina (tal como epoxi) a temperatura ambiente en la bolsa de vacío comprimida. Después, se cura el ensamblaje, por ejemplo, en un calentador o en un horno, en donde tiene lugar la polimerización. A continuación, se desmoldea la pieza compuesta.

En otra realización particular, se utiliza fibra preimpregnada con resina (también conocida como preimpregnado). La resina puede ser una resina fenólica o una resina epoxi. En este proceso, el tejido de fibra de refuerzo ha sido preimpregnado con una matriz de resina en una cierta proporción. Cuando se utiliza esta técnica, el tejido seco impreso puede estar, por ejemplo, intercalado entre dos preimpregnados, o depositado sobre o debajo de un preimpregnado.

Opcionalmente se pueden añadir (apilar) uno o más tejidos secos. Preferentemente, la pila formada por el tejido impreso y al menos un preimpregnado se compacta para eliminar el aire, por ejemplo, usando un rodillo. A continuación, se crea una bolsa de vacío. El vacío aplicado puede ser de 75-100 kPa (0,75-1 bar). El montaje se cura, por ejemplo, en un calentador, para permitir que el flujo de resina impregne los tejidos de fibra. Por ejemplo, entre 45 min y 2 horas a una temperatura de 90-150 °C. A continuación, se desmoldea la pieza compuesta.

Ejemplos

Ejemplo 1: Caminos conductores incrustados en material compuesto termoplástico de poliamida (PA)

En la Figura 3, se muestra un material compuesto termoplástico de PA que tiene caminos conductores incrustados. Se ha fabricado de la siguiente manera. Se ha impreso un tejido de fibra de vidrio con un peso nominal de 600 g/m2 mediante serigrafía (utilizando una malla de serigrafía de 77 hilos/cm) con una pasta conductora de Ag/Cu que tiene un 75 % de contenido de sólidos (partículas de Ag/Cu) y una viscosidad de 400 Pa-s. Se han realizado varias pasadas de impresión (de una a cuatro pasadas) para homogeneizar camino impreso. La pasta conductora de Ag/Cu se cura en un horno a 130 °C durante 30 min. Se ha utilizado una técnica de procesamiento de materiales compuestos termoplásticos basada en el proceso descrito en el documento US9290622-B2. Se coloca una pila hecha de tejido de fibra de vidrio impreso y tres capas adicionales de tejidos de fibra de vidrio en un molde calentado a 165 °C, en el que se inyecta un monómero de caprolactama y un sistema de catálisis. La baja viscosidad del colado facilita la infiltración del monómero en el tejido. Después de la polimerización in situ de la poliamida (PA), se desmolda la muestra. Tras ello, se realiza un proceso de termoformado. La muestra se calienta en un horno IR a 250 °C durante 15 s. Más tarde, la muestra se termoconforma durante 20 s a 4000 kPa (40 bar) y 100 °C. El resultado se muestra en la Figura 3.

Ejemplo 2: LED y sensores táctiles incrustados en material compuesto de resinas epoxi

En las Figuras 5A y 5B, se muestran dos materiales compuestos de resinas epoxi que tienen LED y un sensor táctil incrustados. Se han fabricado de la siguiente manera. Se han utilizado tejidos de fibra de vidrio con pesos nominales de alrededor de 105-200 g/m2. Se han impreso caminos conductores en uno de los tejidos de fibra de vidrio mediante microdispensación con pasta conductora de plata o plata/cobre, que tiene un contenido de sólidos del 80 % y una viscosidad de 400 Pa-s. Se ha utilizado una punta dispensadora de 0,61 mm de diámetro interior. Se ha aplicado una presión de alrededor de 40-100 kPa (0,4-1 bar). La pasta conductora se cura en un horno a 120-130 °C durante 30 min. Una vez impresas las pistas conductoras sobre el tejido de fibra de vidrio, se imprimen los sensores táctiles capacitivos mediante un método de serigrafía (con una malla de serigrafía de 70-140 hilos/cm) utilizando pasta conductora de plata. Se realizan de una a cuatro pasadas de serigrafía para depositar más cantidad de pasta sobre el sustrato y conseguir una impresión más homogénea. Los botones táctiles impresos tienen un espesor en el intervalo de 40 a 80 |jm. La pasta conductora se cura en un horno a 120-130 °C durante 30 min. Los conectores se han unido con adhesivos conductores isotrópicos mediante un método de microdispensación (con puntas que tienen un diámetro interior de 0,41 mm y una presión aplicada de alrededor de 40-100 kPa (0,4-1 bar). Se colocan otros componentes rígidos (LED) y se unen con un robot con cabezales Pick&Place. El tejido de fibra de vidrio impreso se muestra en la Figura 4. Después, el tejido impreso se apila con varios tejidos de fibra de vidrio. Se fabrica una pieza compuesta a través de un proceso de infusión. Se infunde la pila de tejidos de fibra de vidrio (uno de los cuales ha sido impreso y con los componentes rígidos unidos) con resina epoxi utilizando un molde plano (Figura 5A) en condiciones de vacío 75-100 kPa (0,75-1 bar). En la Figura 5A, la pila está formada por siete capas adicionales de fibra de vidrio. Se infunde una pila de tejidos de fibra de vidrio (uno de los cuales ha sido impreso y con los componentes rígidos unidos) con resina epoxi utilizando un molde curvado (Figura 5B) en condiciones de vacío 75-100 kPa (0,75-1 bar). En la figura 5B, la pila está formada por diez capas adicionales de fibra de vidrio. Las muestras se curan en un horno a 90 °C durante 1,5 horas.

Ejemplo 3: Caminos conductores incrustados en materiales compuestos fenólicos preimpregnados

En la Figura 6, se muestra un material compuesto fenólico preimpregnado que tiene caminos conductores incrustados. Se ha fabricado de la siguiente manera. Se ha impreso un camino conductor en un tejido de fibra de vidrio con un peso nominal de 300 g/m2 mediante serigrafía (utilizando malla de serigrafía de 70 hilos/cm) con una pasta conductora de Ag que tiene un 66 % de sólidos y una viscosidad de 80 Pa-s. Se han realizado varias pasadas de impresión para homogeneizar el camino impreso, de una a cuatro pasadas. La pasta conductora se cura a 130 °C durante 30 min. Se prepara un laminado que comprende el tejido impreso y un preimpregnado comercializado por Gurit. El preimpregnado es PHG840-300-42 (producto textil tejido de hilo de filamento de vidrio E, 300 g/m2, 8H satinado, preimpregnado con 42 % de resina fenólica PH840). El laminado se coloca en una bolsa de infusión (vacío de aproximadamente 75 100 kPa [0,75-1 bar]) en un horno a 120 durante 1 h. El resultado se muestra en la Figura 6.

Ejemplo 4: Caminos conductores incrustados en un material compuesto de fibra híbrida de aramida/carbono con resina epoxi

En la Figura 7, se muestra un material compuesto de fibra híbrida de aramida/carbono que tiene caminos conductores incrustados. Se ha fabricado de la siguiente manera. Se han impreso pistas conductoras en un tejido de aramida que tiene un peso nominal de 170 g/m2, mediante una pasta conductora de Ag con un 60 % de contenido de sólidos y una viscosidad de 130 Pa-s. El tejido impreso se ha apilado junto con otros tejidos de fibra de aramida con un peso nominal de 170 g/m2 y con tejidos de fibra de carbono que tienen un peso nominal de 277 g/m2 Se ha utilizado una técnica de serigrafía, mediante una malla de serigrafía de 70-140 hilos/cm. Las pistas conductoras se han curado en un horno a 130 °C durante 30 min. El laminado cuasi-isotrópico es híbrido, formado con tejidos de fibra de aramida y carbono. Se infunde el laminado con resina epoxi y se cura a temperatura ambiente durante 24 h. El resultado se muestra en la Figura 7.

Ejemplo 5: Sensores de temperatura incrustados en materiales compuestos de resinas epoxi

En la Figura 9, se muestra un material compuesto de resina epoxi que tiene sensores de temperatura incrustados. Se ha fabricado de la siguiente manera. Se han utilizado tejidos de fibra de vidrio con peso nominal de 105-200 g/m2. En uno de los tejidos de fibra de vidrio, se depositaron capas de detección hechas de pasta a base de carbono y pasta de polímero conductor mediante serigrafía (usando una malla de serigrafía de 70-140 hilos/cm) y a continuación se curaron. La pasta de detección es una pasta a base de carbono que tiene un contenido de sólidos del 35 % y una viscosidad de 78 Pa-s. La pasta de polímero conductor es una combinación de poli(3,4-etilendioxitiofeno) (PEDOT), poli(sulfuro de p-fenileno) (PPS) y agua. Tiene menos del 5 % de contenido de sólidos y más del 95 % de agua. Su viscosidad es de entre 30 y 50 Pa-s. Las capas de detección a base de carbono (sensores) se encapsularon con una película dieléctrica de poliuretano. A continuación, se imprimieron pistas metálicas conductoras utilizando una pasta conductora de plata con un contenido de sólidos del 66 % y una viscosidad de 80 Pa-s, mediante un método de microdispensación, en el que se utilizaron puntas dosificadoras de diámetro interior de 0,61 mm y presión aplicada de alrededor de 40-100 kPa (0,4-1 bar). La pasta conductora impresa se cura en un horno a 120-130 °C durante 30 min. Se une un conector con un adhesivo conductor isotrópico mediante un método de microdispensación (utilizando puntas dosificadoras de un diámetro interior de 0,41 mm y una presión aplicada de alrededor de 40-100 kPa [0,4-1 bar]). El tejido impreso se muestra en la Figura 8 (los dos rectángulos más oscuros están hechos de pasta a base de carbono y los dos rectángulos más claros están hechos de pasta polimérica). Se forma un apila de tejidos de fibra de vidrio, uno de los cuales ha sido impreso y que tiene componentes rígidos adheridos. A continuación, se fabrica un material compuesto a través de un proceso de infusión. Se infunde la pila de los tejidos de fibra de vidrio con resina epoxi. La muestra se cura en un horno a 90 °C durante 1,5 horas. La pieza compuesta resultante se muestra en la Figura 9.

Resumiendo, el método propuesto permite obtener piezas compuestas que tienen estructuras conductoras de la electricidad impresas (tal como microdispensadas o serigrafiadas), incluidos elementos sensores y/u otros componentes, incrustados dentro de la pieza compuesta. Las piezas compuestas pueden ser bidimensionales o tridimensionales. Se han impreso caminos conductores, sensores de tensión/presión y de temperatura y otros elementos en un producto textil tejido de fibra seco no conductor que se puede incrustar de forma no intrusiva en un material compuesto siguiendo procesos de fabricación convencionales. Se ha demostrado que los caminos conductores impresos no perturban el flujo de resina cuando se infiltra o se realiza el preimpregnado posteriormente.

La invención, obviamente, no se limita a la realización o realizaciones específicas descritas en el presente documento, sino que también abarca cualquier variación que pueda ser considerada por cualquier experto en la materia (por ejemplo, con respecto a la elección de materiales, dimensiones, componentes, configuración, etc.), dentro del alcance general de la invención como se define en las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método de fabricación de un material compuesto polimérico que tiene una funcionalidad incrustada, comprendiendo el método:

proporcionar un tejido de fibra seco no conductor (11) que tiene un peso nominal de 25-600 g/m2; seleccionar una pasta que tenga una viscosidad inferior a 600 Pa-s, siendo la pasta una pasta conductora, una pasta dieléctrica y/o una pasta de detección;

aplicar la pasta seleccionada sobre el tejido de fibra seco no conductor (11) mediante serigrafía o microdispensación, creando así una funcionalidad impresa;

formar un laminado que comprende el tejido de fibra seco no conductor (11) que tiene la funcionalidad impresa y al menos un tejido o núcleo adicional;

obtener un material compuesto polimérico a partir de dicho laminado.

2. El método de la reivindicación 1, en donde la capa de fibra seca no conductora (11) está hecha de hilos de fibra, comprendiendo cada hilo de fibra entre 50 y 1650 filamentos, siendo el diámetro de cada filamento de entre 4 y 24 μm.

3. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en donde el tejido de fibra seco no conductor (11) está tejido.

4. El método de la reivindicación 3, en donde el tejido de fibra seco no conductor (11) está tejido de manera que define un patrón de tejido liso y tiene un peso nominal inferior a 200 g/m2.

5. El método de la reivindicación 3, en donde el tejido de fibra seco no conductor (11) está tejido de manera que define un patrón de tejido de satén o sarga y tiene un peso nominal superior a 200 g/m2.

6. El método de la reivindicación 5, en donde la viscosidad de la pasta es inferior a 100 Pa-s.

7. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en donde la pasta es una pasta conductora que comprende: partículas metálicas, un aglutinante y un disolvente orgánico; siendo la cantidad de partículas metálicas de entre el 60 y el 85 % en peso, teniendo las partículas metálicas un tamaño promedio de entre 400 nm y 2 μm.

8. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en donde la pasta es una pasta de detección, siendo la pasta de detección una de las siguientes: una pasta a base de carbono, una pasta polimérica que tiene un polímero conductor o una pasta a base de magnetita.

9. El método de la reivindicación 8, en donde, cuando se selecciona una pasta a base de carbono, comprende además imprimir una pasta dieléctrica sobre la pasta a base de carbono.

10. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, que comprende, además, después de aplicar la pasta seleccionada sobre el tejido de fibra seco no conductor (11), curar la funcionalidad impresa siguiendo un proceso térmico o UV.

11. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-10, que comprende, además, fijar al menos un componente electrónico sobre el tejido de fibra seco no conductor (11).

12. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en donde el tejido de fibra seco no conductor (11) es un tejido de fibra de vidrio.

13. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en donde el laminado es una pila de tejidos de fibra secos que comprende el tejido de fibra seco no conductor (11) impreso.

14. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en donde la fase de obtención de un material compuesto polimérico a partir de dicho laminado se realiza siguiendo un proceso de polimerización in situ o un proceso de infiltración.

15. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en donde el laminado es una pila formada por el tejido de fibra seco no conductor (11) impreso más al menos un preimpregnado, en donde la fase de obtención de un material compuesto polimérico a partir de dicho laminado se realiza aplicando vacío a la pila y curando.