ES2252082T3 - Tela reforzada. - Google Patents

Tela reforzada.

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ES2252082T3
ES2252082T3 ES00983335T ES00983335T ES2252082T3 ES 2252082 T3 ES2252082 T3 ES 2252082T3 ES 00983335 T ES00983335 T ES 00983335T ES 00983335 T ES00983335 T ES 00983335T ES 2252082 T3 ES2252082 T3 ES 2252082T3
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ES
Spain
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fabric
metal
cords
thermoplastic material
thermoplastic
Prior art date
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ES00983335T
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English (en)
Inventor
Elsie De Clercq
Frans Van Giel
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Bekaert NV SA
Original Assignee
Bekaert NV SA
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Publication date
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Abstract

Una tela (10) que comprende elementos alargados (12) de metal y material termoplástico (14), estando dicho material termoplástico (14) presente en un volumen de al menos el 40% del volumen total de dicho tela (10), caracterizada porque al menos parte de sus elementos alargados (12) de metal son cordones de metal, que tienen una elongación de más del 0, 3% comparada con la longitud inicial del cordón de metal cuando se aplica una fuerza del 10% de la fuerza total de ruptura de dicho cordón de metal.

Description

Tela reforzada.
Campo de la invención
La invención se refiere a una tela que comprende cordones de metal y material termoplástico.
Antecedentes de la invención
A pesar de que se han realizado muchos esfuerzos para reforzar plásticos, existe una considerable necesidad de artículos reforzados que combinen las características de tener una alta resistencia y un peso ligero. Además, para ciertas aplicaciones puede ser deseable que el polímero reforzado pueda ser flexionado o doblado para darle forma.
Se han intentado varios métodos para reforzar materiales termoplásticos con metal, incluyendo el uso de varillas de metal o chapas de metal. El documento WO99/10174 describe un artículo termoplástico en la forma de un material laminar, obtenido aplicando calor y presión a una pieza laminada que comprende una lámina superior de un material de copoliester, alambre metálico, varillas o barras y una lámina inferior de un material de copoliester.
El documento US 5212010 describe una tela que comprende fibras recubiertas de resina, tejidas entre sí, tales como fibras metálicas.
El documento EP-A-0758693 describe una tela de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
Sumario de la invención
Es un objeto de la presente invención proporcionar una tela que comprende cordones alargados de metal y un material termoplástico. Esta tela puede ser utilizada para fabricar artículos reforzados.
Es un objeto adicional formar artículos reforzados con metal caracterizados por una alta relación resistencia a peso.
También es un objeto alcanzar una buena adhesión entre el metal y el material termoplástico.
Además, es un objeto proporcionar un método para la fabricación de artículos reforzados.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención se proporciona una tela que comprende elementos alargados de metal y un material termoplástico. Al menos parte de los elementos alargados de metal son cordones de metal.
El material termoplástico funciona como elemento de relleno. Después de aplicar calor y/o presión a la tela, el material termoplástico rellena los intersticios entre los cordones de metal. Esto significa que el material termoplástico deber estar presente en un volumen suficiente para rellenar estos intersticios. Por consiguiente, el material termoplástico está presente en un volumen de al menos el 40% del volumen total de la tela. Más preferiblemente, el volumen del material termoplástico es el 50% del volumen total de la tela. El volumen total de la tela tiene que considerarse como el volumen de los cordones de metal y el volumen del material termoplástico del cual está hecha la tela.
Cualquier material termoplástico puede ser considerado como elemento de relleno. Por material termoplástico se quiere decir cualquier termoplástico y cualquier elastómero termoplástico.
Ejemplos de materiales termoplásticos adecuados son: polietileno (PE), polipropileno (PP), poliestireno (PS), poli(tereftalato de etileno) (PET), poli(naftalato de etileno) (PEN), poli(tereftalato de buteno) (PBT), poli(cloruro de vinilo) (PVC), poliéster, poliamida (PA), polimida (PI), policarbonato (PC), acrilonitrilo de estireno (SAN), acrilonitril–butadieno-estireno (ABS), poliuretano termoplástico (TPU), poliolefinas termoplásticas (TPO), copoliésteres termoplásticos, copolímeros de estos polímeros o materiales similares.
El material polímero puede estar presente en la tela como filamentos. Alternativamente, el material termoplástico puede estar presente como un recubrimiento sobre los cordones de metal o sobre cierto número de cordones de metal formando tiras. El volumen total de material termoplástico presente como filamento y/o recubrimiento alcanza al menos el 40% del volumen total de la tela. Además del material termoplástico presente en la tela, también se puede aplicar material termoplástico sobre la tela.
Filamentos adecuados son por ejemplo filamentos de poliamida, filamentos de polietileno, filamentos de polipropileno o filamentos de poliéster.
Para el propósito de esta solicitud, un filamento tiene que entenderse como un elemento alargado de un material termoplástico. Este puede tener distintas secciones transversales, tales como circular, ovalada, rectangular. Las tiras hechas a partir de un material termoplástico son también adecuadas.
Pueden tejerse entre sí diferentes filamentos para formar una hebra de filamentos.
Una tela puede entenderse como una estructura tejida, hecha de punto o galoneada.
Puede utilizarse cualquier metal para proporcionar los elementos alargados de metal. Preferiblemente, se utilizan aleaciones tal como acero con alto contenido en carbono o aleaciones de acero inoxidable.
Al menos parte de los elementos alargados de metal son cordones de metal, tales como cordones de acero.
Se da preferencia a los cordones de acero con una superficie grande y áspera de manera que se aumente el anclado mecánico en la matriz. Ejemplos son cordones 3x3 ó 7x3.
Los cordones de múltiples hilos son preferidos a los cordones de un único hilo.
Cordones adecuados son cordones de alta elongación y cordones de alto impacto.
Además de los cordones metálicos, en la tela pueden estar presentes alambres metálicos. Los alambres pueden tener varias secciones transversales y geometrías, pueden ser por ejemplo circulares, ovalados o planos.
La resistencia a la tracción de los elementos metálicos es preferiblemente mayor que 1.500 N/mm^{2}. El rango de resistencia a la tracción es por ejemplo entre 1.500 N/mm^{2} a 3000 N/mm^{2} o incluso más.
Puede desearse utilizar cordones de metal que tienen una elongación estructural. Los cordones de metal preferidos tienen una elongación de más del 0,3%, por ejemplo 1%, comparada con la longitud inicial del cordón de metal sobre el que se aplica una fuerza de al menos el 10% de la fuerza total de ruptura de estos elementos. La elongación de estos cordones de metal es debida a la deformación estructural de los cordones de metal.
El uso de este tipo de cordones de metal proporciona la ventaja de que se mejoran las proporciones de doblado de la tela. Cuando una tela que comprende cordones de metal que tienen una deformación estructural es sometida a un proceso de formación, la fuerza necesaria para formar la tela en un artículo reforzado conformado es parcialmente utilizada para alargar el cordón de metal. La fuerza aplicada alargará el cordón de metal eliminando parcialmente la deformación estructural. Una deformación estructural puede ser una ondulación, bien uni o multidireccional. Otra deformación puede ser obtenida utilizando un cordón de metal que tiene una forma en espiral.
Pueden considerarse diferentes realizaciones de una tela de acuerdo con la presente invención.
Un primer grupo consiste en telas que comprenden cordones de metal y filamentos de polímero de un material termoplástico.
La tela puede ser, por ejemplo, una estructura tejida, galoneada o hecha de punto.
Algunos ejemplos de estructuras tejidas son:
-
Una tela en la cual cordones de metal forman la urdimbre, mientras que los filamentos de polímero forman la trama, o viceversa, filamentos de polímero forman la urdimbre y cordones de metal forman la trama.
-
Una tela en la cual la trama y/o la urdimbre están formadas mediante una combinación de cordones de metal y filamentos de polímero.
Por ejemplo, los filamentos de urdimbre comprenden a su vez un cordón de metal y un filamento de polímero.
El número de cordones de metal o filamentos de polímero de la urdimbre y la trama pueden variarse.
Un segundo grupo de telas comprende telas hechos a partir de cordones de metal recubiertos con un material termoplástico.
El recubrimiento de un cordón de metal puede ser aplicado mediante cualquier medio convencional.
Un posible método de recubrimiento es la extrusión.
Para el propósito de la invención un cordón de metal recubierto tiene que entenderse como un elemento sustancialmente rodeado por al menos una capa de un material termoplástico.
Esto significa que puede realizarse también enrollando hilos o filamentos termoplásticos alrededor de un cordón de metal.
Puede ser deseable que los cordones de metal estén recubiertos con un número de capas consecutivas de un material termoplástico. El material más próximo a la superficie de metal tiene un módulo elástico que se aproxima al módulo del cordón de metal, mientras que la capa exterior de material termoplástico tiene un módulo que se aproxima al módulo del material en el que está(n) embebido(s) el cordón o cordones. En este caso, hay capas de un material termoplástico presentes entre la capa más interna y más externa, los módulos de estas capas cambian gradualmente. Mediante este número consecutivo de capas presentes alrededor del cordón de metal, se evita la deslaminación.
La tela puede ser una estructura tejida, galoneada o hecha de punto.
Ejemplos de estructuras tejidas son:
-
Una tela en la cual la urdimbre y/o la trama están formadas por cordones de metal recubiertos.
-
Telas en las cuales la urdimbre y/o la trama son una combinación de cordones de metal y cordones de metal recubiertos o una combinación de filamentos de polímero y cordones de metal recubiertos.
Un tercer grupo comprende telas hechas de tiras.
Una tira comprende dos o más cordones de metal embebidos en una matriz de un material termoplástico. Los cordones de metal están preferiblemente situados paralelamente en el plano de la tira. Un posible método de fabricación de tal tira es mediante coestrusión.
Además del material termoplástico presente en la tela, también puede aplicarse material termoplástico en la tela, bien una tela del grupo uno, dos o tres.
Variando el número de filamentos de polímero en la tela, puede influirse en el diámetro de los filamentos de polímero y/o grosor del recubrimiento, y la cantidad de material termoplástico. Según se describió anteriormente el volumen total de material termoplástico presente en la tela es al menos el 40% del volumen total de la tela.
En el caso de una tela tejida, la cantidad de material termoplástico puede verse influida adicionalmente variando la estructura de tejido o el factor de tejido, bien de la urdimbre o de la trama o de ambas, o variando el número de filamentos o cordones de metal por unidad de longitud de la tela en la dirección de trama o urdimbre.
El factor de tejido se define como la relación de la longitud de filamentos a la longitud de estructura tejida.
Las telas pueden comprender adicionalmente fibras de vidrio, fibras orgánicas tales como fibras de carbono y/o fibras de vidrio o fibras orgánicas recubiertas con un material termoplástico.
Para mejorar la resistencia a la corrosión de los cordones de metal, los cordones de metal pueden estar recubiertos con una capa metálica de recubrimiento tal como zinc o una aleación de zinc tal como latón. Otra aleación adecuada es una aleación que comprende de 2 a 10% de aluminio y 0,1 a 0,4% de un elemento de tierra rara tal como La y/o Ce.
Con objeto de asegurar una buena adhesión entre el metal y el material termoplástico, puede aplicarse un promotor de la adhesión en el cordón de metal.
Posibles promotores de la adhesión son agentes bifuncionales de acoplamiento tales como compuestos de silano. Un grupo funcional de estos agentes de acoplamiento es responsable del aglutinamiento con el metal u óxidos de metal; el otro grupo funcional reacciona con el polímero.
Más detalles acerca de estos agentes de acoplamiento pueden encontrarse en la solicitud PCT WO-A-99/20682.
Otros promotores de adhesión adecuados son los aluminatos, zirconatos o titanatos.
El uso eventual de una tela de acuerdo con la invención es para fabricar artículos reforzados.
Con objeto de fabricar una lámina reforzada o un artículo reforzado, una tela que comprende los cordones de metal y el material termoplástico es sometido a una temperatura y/o presión suficiente para provocar que el material polímero fluya y rellene los intersticios entre los filamentos de metal. Esto puede hacerse en una etapa o puede requerir etapas sucesivas.
Alternativamente, una estructura estratificada, que comprende un número de telas de acuerdo con la invención llevados a entrar en contacto entre sí, es sometida a un tratamiento de calor y/o presión.
La tela o estructura estratificada es calentada hasta una temperatura que permite que el material termoplástico se suavice y fluya. La temperatura permanece por ello más baja que el punto de fusión de los cordones de metal. El calor y/o presión pueden ser aplicados, por ejemplo, alimentando la tela a través de cilindros de presión.
Puesto que los cordones de metal tienen una alta conductividad térmica y eléctrica, los propios cordones de metal pueden ser también utilizados para calentar y suavizar el material termoplástico. Esta última forma de calentar puede ser considerada como muy eficiente puesto que reduce el tiempo para suavizar el material termoplástico.
Después de aplicar calor y/o presión a la tela o a la estructura estatificada, el material termoplástico ha rellenado preferiblemente los intersticios entre los cordones de metal y más preferiblemente los cordones de metal están completamente embebidos en el material termoplástico.
Durante la fabricación de un artículo reforzado, una tela de acuerdo con esta invención tiene la ventaja de que puede ser flexionada o doblada hasta darle forma.
Esto puede ser realizado por ejemplo colocando una tela o posiblemente una estructura estratificada que comprende cierto número de telas, en una prensa, posiblemente en una prensa calentada.
Alternativamente, un artículo reforzado dotado de forma puede ser fabricado en dos etapas sucesivas. En una primera etapa puede obtenerse una lámina reforzada aplicando calor y/o presión a una tela de acuerdo con la invención y en una segunda etapa, esta lámina reforzada puede ser reforzada para obtener un artículo reforzado.
Posibles procesos de formación son formación por prensado, moldeo de fluidos, termodoblado y formación de membranas.
En una operación de formación por prensado (estampado) una tela o una lámina reforzada es calentada hasta la temperatura de proceso y estampada para darle forma en una herramienta de dos piezas bajo presión.
En una operación de moldeo de fluidos (moldeo) una tela o una lámina reforzada es calentada hasta la temperatura de proceso, colocada en una herramienta de dos piezas y entonces la cavidad del molde es rellenada bajo presión con una matriz de polímero que fluye entre cada rebaje del molde.
En una operación de termodoblado, una tela o lámina reforzada es calentada localmente y doblada.
En una operación de formación de membrana un autoclave a presión es utilizado para drapear la tela precalentada o lámina reforzada con una herramienta.
El artículo reforzado puede estar adicionalmente embebido en una matriz de material termoplástico bien antes o después del proceso de formación. Un método posible para realizar esto es llevando a la tela a entrar en contacto con una lámina termoplástica bien en un lado o bien en el lado superior y el lado inferior de una tela. De este modo se forma una estructura laminada.
Las láminas termoplásticas son ligadas a la tela, por ejemplo, presionando la estructura laminada a través de cilindros calentados.
Un método alternativo para embeber la tela en una matriz de un material termoplástico es la sobreinyección o sobreextrusión.
Breve descripción de los dibujos
La invención será ahora descrita más en detalle con referencia a los dibujos que se acompañan en los cuales:
las figuras 1 a 5 muestran diferentes realizaciones de telas que comprenden cordones de metal y filamentos de un material termoplástico;
la figura 6 muestra un cordón de metal recubierto;
la figura 7 es una ilustración de una tela tejida que comprende cordones de metal recubiertos;
la figura 8 muestra una tira, que comprende cierto número de miembros alargados de metal embebidos en una matriz de material termoplástico;
la figura 9 ilustra una tela tejida que comprende tiras.
Descripción de las realizaciones preferidas de la invención
Las figuras 1 a 5 son ilustraciones de telas de acuerdo con el primer grupo de telas, que comprenden cordones de metal y filamentos de polímeros de un material termoplástico.
La figura 1a muestra una tela tejida 10. Cordones 12 de metal forman la urdimbre, mientras filamentos 14 de polímero tales como filamentos de poliamida forman la trama. Los cordones de metal son por ejemplo cordones de acero de tipo 7x7x0,15. El volumen total de polímero alcanza el 50% del volumen total de tela.
La figura 1b muestra la sección transversal de una tela tejida 10.
Las figuras 2 y 3 muestran dos realizaciones de telas tejidas 20 y 30, en las cuales la trama comprende cordones 22 y 32 de metal y la urdimbre comprende filamentos 24 y 34 de poliamida.
Los cordones de acero son del tipo 7x3x0,15.
Puede aumentarse el número de filamentos de polímero con objeto de aumentar la cantidad total de polímero presente en la tela.
En la figura 3 los cordones de metal que forman la urdimbre están ampliamente espaciados y están entrelazados por un haz o grupo 36 de filamentos 34 de polímero.
Los filamentos de polímero podrían estar, por ello, entrelazados.
La figura 4 muestra una estructura tejida 40 en la cual los filamentos de trama y urdimbre son una combinación de cordones de metal y filamentos de polímero. Los filamentos de trama y urdimbre comprenden a su vez un filamento 42 de acero y un filamento 44 de polímero.
Podría variarse, por ello, el número de cordones de metal y el número de filamentos de polímero, bien en la trama o en la urdimbre.
La figura 5 ilustra una estructura 50 hecha de punto. Los filamentos 52 de polímero y los cordones 54 se unen haciendo punto.
Con objeto de aumentar el volumen de material termoplástico, el material termoplástico se puede aplicar en la tela.
La figura 6 muestra un cordón 64 de acero en el que se aplica un recubrimiento de un material termoplástico 66.
La figura 7 es una realización del segundo grupo de telas.
Tanto la trama como la urdimbre de la tela tejida 70 comprenden cordones coextruidos 72 de acero.
La figura 8 muestra una tira 80, que comprende cierto número de cordones alargados 82 de metal embebidos en una matriz de un material termoplástico 84.
La figura 9 es una ilustración de realizaciones del tercer grupo de telas. Muestra una estructura tejida 90 que comprende tiras coextruidas 92 de acero.
La adhesión entre el cordón de metal y el material termoplástico podría determinarse llevando a cabo un ensayo de adherencia.
En este ensayo, se determina la fuerza necesaria para empujar fuera de la matriz un cordón de metal, que está embebido por un extremo en una matriz de material termoplástico sobre una longitud corta y bien controlada. La longitud del cordón de metal sumergida en el material termoplástico fue 12,7 mm.
Se embeben dos tipos de cordones de acero, más particularmente del tipo 7x3x0,15 y 2x0,3 en diferentes matrices. Los materiales termoplásticos considerados en el ensayo son poliamida (PA), policarbonato (PC), poli(tereftalato de etileno) (PET), polietileno (PE), polipropileno (PP) y poliuretano termoplástico.
Para el cordón del tipo 7x3x0,15 embebido en una matriz de PA, PC o PET, se obtuvo una buena adhesión. La fuerza de extracción equivale a la resistencia de tracción del cordón de 7x3x0,15. El 100% de los cordones de acero se rompieron mientras se extraían.
Si el cordón está recubierto con latón o zinc, la adhesión del material termoplástico puede mejorarse adicionalmente.
Para el cordón de tipo 2x0,3, la mejor adhesión se obtuvo con PET como matriz.
Si se comparan los resultados de los dos tipos de cordones de acero ensayados, el cordón del tipo 7x3x0,15 proporciona la mejor adhesión.
Parece que un cordón con una gran superficie específica proporciona un mejor anclaje en la matriz y como consecuencia tal cordón proporciona una buena adhesión.

Claims (14)

1. Una tela (10) que comprende elementos alargados (12) de metal y material termoplástico (14), estando dicho material termoplástico (14) presente en un volumen de al menos el 40% del volumen total de dicho tela (10), caracterizada porque al menos parte de sus elementos alargados (12) de metal son cordones de metal, que tienen una elongación de más del 0,3% comparada con la longitud inicial del cordón de metal cuando se aplica una fuerza del 10% de la fuerza total de ruptura de dicho cordón de metal.
2. Una tela de acuerdo con la reivindicación 1, en la cual dicha tela es una estructura tejida, hecha de punto o galoneada.
3. Una tela de acuerdo con la reivindicaciones 1 ó 2, en la cual dichos cordones de metal son cordones (12) de acero.
4. Una tela de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la cual dicho material termoplástico se selecciona del grupo que consiste en polietileno (PE), polipropileno (PP), poliestileno (PS), o poli(tereftalato de etileno) (PET), poli(nafatalato de etileno) (PEN), poli(tereftalato de butileno) (PBT), poli(cloruro de vinilo) (PVC), poliéster, poliamida (PA), polimida (PI), policarbonato (PC), acronitilo de estileno (SAN), acronitril-butadieno-estireno (ABS), poliuretano termoplástico (TPU), poliolefinas termoplásticas (TPO), copoliesteres termoplásticos o copolímeros de estos polímeros.
5. Una tela de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la cual dicha tela comprende cordones (12) de metal y filamentos (14) de polímero, estando dichos filamentos (14) de polímero hechos de un material termoplástico.
6. Una tela de acuerdo con la reivindicación 5, en la cual dicha tela es una estructura tejida (40), que comprende una trama y una urdimbre, comprendiendo al menos una de la urdimbre o trama dichos filamentos de polímero (44).
7. Una tela de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en la cual dicha tela comprende cordones (64) de metal recubiertos con material termoplástico (66).
8. Una tela de acuerdo con la reivindicación 7, en la cual dicho tela es una estructura tejida, que comprende una urdimbre y una trama, comprendiendo al menos una de la urdimbre o trama cordones de metal recubiertos con material termoplástico.
9. Una tela de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la cual dicha tela comprende tiras (80), comprendiendo dichas tiras (80) al menos dos cordones alargados (82) de metal embebidos en una matriz de material termoplástico (84).
10. Una tela de acuerdo con la reivindicación 9, en la cual dicha tela es una estructura tejida que comprende una urdimbre y una trama, comprendiendo al menos una de la urdimbre o la trama dichas tiras (80).
11. Una tela de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en la cual se aplica un material termoplástico sobre la tela.
12. El uso de una tela de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, para la fabricación de un artículo reforzado.
13. Un método para fabricar un artículo reforzado que comprende las etapas de:
-
proporcionar una tela de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 o proporcionar una estructura estratificada que comprende al menos dos capas, comprendiendo cada capa una tela de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11;
-
aplicar calor y/o presión a dicha tela o dicha estructura estratificada para formar dicho artículo reforzado.
14. Un artículo reforzado obtenido aplicando calor y/o presión a una tela de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 o a una estructura estratificada que comprende un cierto número de telas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.
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