MXPA04008335A

MXPA04008335A - Malla producida de fibras naturales y de vidrio.

Info

Publication number: MXPA04008335A
Application number: MXPA04008335A
Authority: MX
Inventors: Vinet Francois
Original assignee: Saint Gobain Vetrotex
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-11-26
Also published as: CA2477184A1; AU2003229843A1; JP2005526188A; EP1478797A1; BR0307885A; FR2836490A1; CN1639404A; WO2003072867A1; ZA200407636B; FR2836490B1; US20050250403A1

Abstract

La presente invencion se refiere a una malla que comprende fibras naturales discontinuas y fibras de vidrio discontinuas y las estructuras fibrosas que se pueden generar utilizando tal malla, las estructuras estan destinadas para reforzar los materiales compuestos. La presencia de fibras naturales en la malla le otorga la propiedad de ser facil de manipular y particularmente eliminando la tendencia inconveniente de una malla producida exclusivamente de fibra de vidrio para doblarse de manera descontrolada. Ademas, las propiedades mecanicas del material compuesto final son notables en particular con respecto al modulo de traccion y de flexion.

Description

MALLA PRODUCIDA DE FIBRAS NATURALES Y DE VIDRIO La invención se refiere a una malla que comprende fibras naturales discontinuas y fibras de vidrio discontinuas, y a las estructuras fibrosas que se pueden producir utilizando tal malla. La producción de un material compuesto reforzado con fibras comprende la formación, en un molde, de una estructura fibrosa tal como una malla y posteriormente la inyección de una resina basada en polímero con el fin de impregnar la estructura. La resina se solidifica en seguida por reticulación (en el caso de resinas termoendurecibles ) o por enfriamiento (en el caso de resinas termoplásticas ) . La estructura fibrosa consecuentemente debe tener un conjunto de propiedades. En particular, antes de la impregnación, debe tener buena capacidad de manejo como paño, es decir debe dejarse conformar fácilmente y por lo tanto deformarse fácilmente a mano, sin ninguna tendencia a arrugarse. También es deseable que la estructura muestre memoria de forma, es decir que retenga la forma que se le ha dado, por ejemplo a mano, deformándose lo menos posible bajo el efecto de su propio peso. Para una masa dada por área unitaria, también debe ser lo más permeable posible a la impregnación de resina y por lo tanto debe reforzar el material final tanto como sea posible. En particular, para algunas aplicaciones tales como, por ejemplo, una repisa de ventana posterior de un vehículo de motor, el objetivo es que el material compuesto final tenga un módulo de flexión alto y un módulo de tracción alto. Preferentemente, el material final es lo más ligero posible y por lo tanto tiene una baja densidad. Ventajosamente, el material final es lo más homogéneo posible (simetría de las propiedades), lo que depende directamente de la homogeneidad de la estructura fibrosa inicial . Se ha propuesto el uso de fibras de polipropileno, rizadas, en los documentos EP-0, 745, 716, EP 0,659,922 y EP 0,395,548 para constituir estructuras fibrosas de reforzamiento. Sin embargo, para numerosas aplicaciones, la fibra de polipropileno, que es relativamente cara, no tiene suficientes propiedades de reforzamiento y también no permite que sea fácilmente humectada e impregnada por las resinas termoendurecibles tales como poliésteres. El uso de otras fibras que tengan propiedades mecánicas superiores y/o que permitan por sí mismas ser impregnadas mejor por lo tanto es deseable. Además, también es deseable poder utilizar fibras sin rizado, por el hecho de que el rizado representa una etapa adicional y también porque no siempre es posible producir un rizado sobre una fibra, especi lmente una fibra de vidrio. Como otros documentos de la técnica anterior, también se puede hacer mención de los documentos WO 96/27039, WO 96/13627, y EP 0,694,643. En el contexto de la presente invención, el término "malla" se refiere a una unión no tejida. Tal malla tiene cohesión suficiente para permitirle ser manipulada manualmente sin perder su estructura. Posee esta cohesión debido a que está unida, generalmente por medios químicos (utilizando un aglutinante químico) o por medios mecánicos, tales como tejido de punto con agujas o costura . De acuerdo a la invención, las fibras naturales discontinuas y las fibras de vidrio discontinuas se combinan en la misma malla. La malla de acuerdo a la invención (que puede ' ser denominada como una malla "híbrida") puede, por ejemplo, ser de modo tal que las fibras de las que está compuesta comprendan desde 10 hasta 90%, y más particularmente desde 30 hasta 70%, en peso de fibras naturales. La malla de acuerdo a la invención puede, por ejemplo, ser tal que las fibras de las que está compuesta comprendan desde 10 hasta 90%, y más particularmente desde 30 hasta 70%, en peso de de las fibras de vidrio. La malla de acuerdó a la invención puede ser tal que las fibras de las que está compuesta sean exclusivamente una mezcla de fibras naturales y fibras de vidrio. En particular, la malla no debe contener elementos incompatibles con la resina con la que se impregnará. De este modo, si la malla tiene que ser impregnada con una resina termoendurecable, es preferible que la malla no contenga una poliolefina . Dentro de la malla de acuerdo a la invención, los dos tipos de fibras se distribuyen homogéneamente, lo que significa que no se observa gradiente en uno de los tipos de fibra en el espesor de la malla. Las fibras naturales pueden, por ejemplo, ser fibras de lino o de cáñamo o de sisal o de yute. Éstas son naturalmente discontinuas y generalmente tienen longitudes que oscilan desde 10 hasta 150 cm antes de la conversión por el proceso de acuerdo a la invención. El proceso de acuerdo a la invención, cuando las fibras se unen por medios mecánicos, tiende a acortar las fibras ligeramente. Este es el porqué, en la malla de acuerdo a la invención, las fibras naturales generalmente tienen una longitud menor de 150 cm. Las fibras naturales pueden haber sido pretratadas, posteriormente tratadas para mejorar su adhesión a la matriz del compuesto final. Estos tratamientos, que son por si mismos convencionales, son similares a los tratamientos de ensimaje en el caso de fibras de vidrio, pero con procesos y formulaciones que son específicos para las fibras naturales. También es posible que las fibras naturales no hayan sido tratadas (ni pretratadas, por supuesto) . Las fibras de vidrio pueden tener un diámetro en el intervalo de 5 a 25 ym y una longitud en el intervalo de 10 rom a 200 mm, por ejemplo aproximadamente 25 mm ó 50 mm ó 100 rom. Las fibras de vidrio discontinuas generalmente son cortadas a partir de fibras continuas ensambladas en hilos. Las fibras de vidrio pueden no ser ensimadas o pueden ser ensimadas, o pueden haber sido desensilladas . Se encontró que la presencia de fibras naturales en la malla dio a la malla la propiedad de ser fácilmente manejada, especialmente por la eliminación de la tendencia desagradable de mallas fabricadas exclusivamente de fibra de vidrio a arrugarse incontrolablemente a lo largo de líneas en el plano de la malla, que la atraviesan totalmente, como ocurre cuando se pliega el cartón. Este mejoramiento en el comportamiento se debe probablemente a la mezcla íntima de dos tipos de fibra en la misma capa (distribución homogénea en la malla) . Para un peso dado por área unitaria de malla, se encontró también que las propiedades mecánicas del material compuesto final fueron notables, particularmente con respecto al módulo de tracción y al módulo de flexión. La malla de acuerdo a la invención generalmente tiene un peso por área unitaria en el intervalo de 100 a 900 g/m2, por ejemplo aproximadamente 300 g/m2 o aproximadamente 450 g/m2 o aproximadamente 600 g/m2, Para producir la malla de acuerdo a la invención, las fibras se depositan por un proceso de vía seca del tipo bien conocido por aquellos expertos en la materia . La malla final tiene la propiedad de inflarse, es decir que puede ser comprimida fácilmente entre los dedos con un efecto de resorte (un velo no tiene del todo esta propiedad) . La malla de acuerdo a la invención puede ser unida por medios químicos o por medios mecánicos, tales como tejido de punto con agujas. La malla de acuerdo a la invención se obtiene utilizando técnicas convencionales de fabricación de mallas. Cuando la malla se une por medios mecánicos,- su proceso de fabricación utiliza técnicas convencionales de fabricación de fieltros. En particular, se puede llevar a cabo la siguiente sucesión de etapas: producción de una premezcla de fibras de vidrio/fibras naturales, que utiliza un abridor de fibras; posteriormente, producción de una mezcla homogénea de fibras de vidrio/fibras naturales, que utiliza un abridor de fibras; luego producción de una red, por cardado/formación de red; y luego consolidación de la red por tejido de punto con agujas, mecánico, sobre ambos lados de la última . El abridor de fibras puede ser especialmente del tipo Laroche No. 1. Las regulaciones para el tejido de punto con agujas, mecánico, pueden ser, por ejemplo: penetración de agujas: de 5 a 30 mm, por ejemplo 8 mm, densidad de agujas: de 10 a 100 cortes por cm2, por ejemplo de 50 a 70 cortes por cm2. El proceso para producir la malla utiliza preferentemente herramienta para separar las fibras en el compuesto final, incluso si los hilos que combinan una pluralidad de fibras se utilizan al inicio. El término "hilo" se entiende que significa un conjunto de fibras contiguas, que comprenden más particularmente desde 10 hasta 300 fibras. La función de un abridor es especialmente separar las fibras de un hilo. La invención se refiere especialmente a una malla cuyas fibras se separan, la malla pasa por una etapa de carda/formación de red seguida por el tejido de punto con agujas. La malla de acuerdo a la invención por si misma puede constituir la estructura fibrosa completa a ser impregnada. Sin embargo, la malla de acuerdo a la invención también puede ser utilizada para formar parte de una estructura fibrosa de la que constituye al menos una de las capas. De este modo, la invención también se refiere a una estructura fibrosa que comprende varias capas textiles, al menos una de las cuales es la malla de acuerdo a la invención. Al menos otra capa de la estructura fibrosa puede ser una malla de hilos continuos, por ejemplo del tipo vendido bajo la marca comercial Unifilo11, o una malla de hilos cortados. Las diversas capas de la estructura de acuerdo a la invención pueden ser enlazadas por al menos un medio mecánico y/o químico. El término "medio mecánico" se entiende que significa costura o tejido de punto con agujas. En general, el medio mecánico pasa a través de todas las capas superpuestas, de modo que todas las capas se unen conjuntamente en un etapa simple, por ejemplo una etapa de costura o una etapa de unión con agujas. El término "medio químico" se entiende que significa un aglutinante. El aglutinante puede unir conjuntamente las diversas capas textiles por pares/ es decir todos los pares de dos capas yuxtapuestas en la estructura. El aglutinante se puede utilizar en la forma de un polvo o en forma de liquido o en la forma de una película interpuesta entre las diversas capas de la estructura. La malla de acuerdo a la invención o la estructura fibrosa que comprende la malla de acuerdo a la invención se puede impregnar con una resina dentro del contexto de la fabricación de un material compuesto. La invención también se refiere a un material compuesto que comprende una malla o una estructura fibrosa, y una matriz que comprende un polímero, especialmente una resina termoendurecible tal como un poliéster. En los siguientes ejemplos, las propiedades mecánicas de los compuestos se caracterizan de acuerdo a los siguientes estándares: ¦ Flexión en tres puntos: ISO 141251; Tracción: ISO 527-2.

EJEMPLOS Se produjeron tres mallas, que tenían todas una masa por área unitaria de 300 g/m2, una comprende 100% en peso de fibras de lino, otra comprende 100% en peso de fibras de vidrio y la última comprende 50% en peso de fibras de vidrio y 50% en peso de fibras de lino. La fibra de vidrio, ensimada, se cortó a 50 mm de un hilo con el número de referencia P243 vendido por Saint-Gobain Vetrotex. La fabricación de las mallas siguió las siguientes etapas: paso de las fibras hacia un abridor de fibras Laroche No. 1; posteriormente producción de una red por carda/formación de red; y luego consolidación de la red por tejido de punto con agujas, mecánico sobre ambos lados de la última . Estas mallas por lo tanto deben su propia consistencia solamente a las fibras que se enganchan mecánicamente, provocada por el tejido de punto con agujas (sin aglutinante "químico"). Para llevar a cabo la prueba de memoria de forma, se cortaron cuadros de 250 mm por lado, de cada malla obtenida. Se toman manualmente dos de los lados paralelos, para intentar formar un tubo de cada uno de los cuadros de malla. La malla posteriormente se libera y se observa su comportamiento. Se encontró que la malla con 100% de lino no tenía integridad, por lo tanto no tiene memoria de forma. Se encontró que la malla con 100% de vidrio mostró buena retención de la forma que se le habla dado , pero se le formaron arrugas incontroladas (ver figura la) . La malla híbrida 50/50 de fibras naturales/fibras de vidrio mostró excelente memoria de forma y también no tuvo tendencia para formar arrugas ( figura Ib ) , Posteriormente las tres mallas se impregnaron con una preparación de poliéster para producir especímenes idénticos, de modo que fuera posible medir las propiedades mecánicas. El proceso de impregnación fue del tipo moldeo por transferencia de resina (RTM) . La preparación de resina de poliéster comprendió: un poliéster de nombre comercial Norsodyne I 2984 V vendido Cray Valley; 1% en peso de catalizador del tipo peróxido de metiletilcetona de nombre comercial BUTANOX M50 vendido por Akzo Nobel; y 0,15% en peso de una solución de octoato de cobalto al 6%, vendido bajo el nombre comercial NL51P por Akzo Nobel, como acelerador. Se llevó a cabo la impregnación a 30 °C con una presión de inyección de 2 bar, seguida por post-curación durante 1 hora a 70°C.

Las propiedades mecánicas obtenidas se dan en la figura 2. Aunque la resistencia a la flexión se incrementa linealmente con el contenido de fibra de vidrio, lo que es normal dada la resistencia intrínseca superior de las fibras de vidrio, se puede observar que los módulos de tracción y de flexión son sorprendentemente altos en el caso del uso de mallas híbridas de fibras de vidrio/fibras naturales .

Claims

REIVINDICACIONES 1. Una malla -que consiste de una mezcla homogénea de fibras naturales discontinuas y fibras de vidrio discontinuas. 2. La malla según la reivindicación precedente, caracterizada porque las fibras comprenden de 10 a 90% en peso de fibras naturales. 3. La malla según la reivindicación precedente, caracterizada porque las fibras comprenden de 30 a 70% en peso de fibras naturales. 4. La malla según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque las fibras comprenden de 10 a 90% en peso de fibras de vidrio . 5. La malla según la reivindicación precedente, caracterizada porque las fibras comprenden de 30 a 70% en peso de fibras de vidrio. malla según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque las fibras son exclusivamente fibras de vidrio y fibras naturales . 7. La malla según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque las fibras naturales son fibras de lino. 8. La malla según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque las fibras naturales tienen una longitud menor de 150 cm. 9. La malla según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque las fibras de vidrio tienen una longitud en el intervalo de 10 a 200 mm. 10. La malla según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque las fibras se unen por medios mecánicos . 11. La malla según la reivindicación precedente, caracterizada porque las fibras se unen por tejido de punto con agujas. 12. La malla según la reivindicación precedente, caracterizada porque las fibras se separan, y porque pasan por una etapa de carda/formación de red antes del tejido de punto con agujas. 13. La malla según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque su masa por área unitaria oscila de 100 a 900 g/m2. 1 . Una estructura fibrosa que comprende varias capas textiles enlazadas conjuntamente por al menos un medio mecánico o químico, en donde al menos una de las capas es una malla según cualquiera de las reivindicaciones precedentes. 15. La estructura según la reivindicación precedente, caracterizada porque una de las capas es una malla de hilos continuos. 16. La estructura según la reivindicación 14, caracterizada porque una de las capas es una malla de hilos cortados. 17. Un material compuesto que comprende una malla, la malla comprende una mezcla homogénea de fibras de vidrio discontinuas y fibras naturales discontinuas, y una matriz que comprende una resina termoendurecible . 18. El material compuesto según la reivindicación precedente, caracterizado porque la resina es un poliéster. 19. El material compuesto según cualquiera de las dos reivindicaciones precedentes, caracterizado porque es uno según la reivindicación 1. 20. El material compuesto según la reivindicación precedente, caracterizado porque la malla comprende de 10 a 90% en peso de fibras naturales y de 90 a 10% en peso de fibras de vidrio. 21. El material compuesto según la reivindicación precedente, caracterizado porque la malla comprende de 30 a 70% en peso de fibras naturales y de 70 a 30% en peso de fibras de vidrio. 22. El material compuesto según cualquiera de las dos reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la malla constituye la única estructura fibrosa del material compuesto. 23. Un proceso para la fabricación de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones precedentes de material compuesto, que comprende la formación de malla en un molde, posteriormente la impregnación de la malla por una resina termoendurecible.