ES2625129T3

ES2625129T3 - Laminado

Info

Publication number: ES2625129T3
Application number: ES07724187.5T
Authority: ES
Inventors: Roelof Marissen; Dietrich Wienke
Original assignee: DSM IP Assets BV
Current assignee: DSM IP Assets BV
Priority date: 2006-04-12
Filing date: 2007-04-12
Publication date: 2017-07-18
Anticipated expiration: 2027-04-12
Also published as: JP5196272B2; JP2009533245A; EP2086758A1; KR20080109082A; EA200802127A1; BRPI0709828A2; EP2086758B1; KR101381444B1; CN101421103A; WO2007115833A1; US8158228B2; US20100159168A1; EA013586B1

Abstract

Laminado que contiene una primera capa y una segunda capa unida a la primera capa, comprendiendo dicha segunda capa hilos de alta tenacidad y estando hecha dicha primera capa de un material seleccionado del grupo que consiste en un metal, una madera contrachapada, un polímero termoplástico o termoendurecible, y un material compuesto que contiene fibras de carbono y/o fibras de vidrio, en el que los hilos de alta tenacidad tienen una tenacidad de al menos 0,5 GPa y están colocados en una estructura de rejilla, en el que en la estructura de rejilla la distancia entre las líneas centrales de hilos adyacentes en la rejilla es al menos 1,5 veces el diámetro de un hilo, caracterizado por que la segunda capa contiene entre 200 y 2000 gramos de hilos de alta tenacidad por metro cuadrado.

Description

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DESCRIPCION

Laminado

La invencion se refiere a un laminado que contiene una primera capa y una segunda capa unida a la primera capa, comprendiendo dicha segunda capa hilos de alta tenacidad.

Un laminado tal se conoce del documento US-5.180.190. En esta patente se describe un contenedor para el transporte de fluidos. La pared del contenedor tiene una estructura de laminado, que contiene una primera capa, que forma basicamente la pared del contenedor. Encima de la primera capa esta unida una segunda capa que contiene una tela de hilos de alta tenacidad y una matriz. La matriz se adhiere a los hilos y a la primera capa.

El objetivo de la segunda capa es mejorar la resistencia al dano del contenedor.

El laminado conocido tiene la desventaja de que tiene una resistencia al dano no satisfactoria. Especialmente si el laminado se golpea con un objeto romo grande, el dano es grave, debido al rasgado de la tela durante largas distancias, tambien denominado dano en cascada. El dano de este tipo se produce frecuentemente. Por ejemplo, puede producirse que mientras que se manipula el contenedor, la pared del contenedor sea golpeada por una carretilla elevadora. Golpeando la pared del contenedor, la horquilla rompe los hilos individuales secuencialmente, tanto en la direccion de urdimbre y de trama como en las posteriores capas, si estan presentes.

El documento US6004891 A desvela una tela de material compuesto que comprende un capa tejida decorativa externa, una capa de rejilla intermedia y una capa flexible interna. La capa de rejilla comprende hebras de trama y urdimbre hechas de poliester o aramida, por lo que las fibras de aramida presentan una alta tenacidad de al menos 200 centiNewton/tex. De las figuras, parece que la distancia entre las lmeas centrales de hilos adyacentes en la rejilla es mayor que el diametro del hilo.

El objetivo de la invencion es proporcionar un laminado que tenga resistencia al dano mejorada.

Sorprendentemente, este objetivo se obtiene proporcionando un laminado que contiene una primera capa y una segunda capa unida a la primera capa segun la reivindicacion 1

El laminado segun la invencion es muy resistente al dano. El laminado segun la invencion es especialmente resistente contra el dano en cascada.

Otra ventaja del laminado segun la invencion es que tiene un peso bajo, de manera que es muy adecuado para su uso en la construccion de construcciones moviles de peso ligero, por ejemplo, contenedores de carga aerea.

Se encontro ademas sorprendentemente que el laminado de la invencion, cuando se compara con laminados conocidos, tiene una absorcion de energfa mas alta cuando es impactado por objetos que se mueven rapido, es decir, objetos que se mueven con una velocidad superior a 40 m/s que son debidos a, por ejemplo, una explosion o estallido que se produce en la proximidad del laminado.

Ademas, el laminado puede producirse en diversos disenos, para satisfacer todo tipo de demandas, determinadas por su uso previsto.

La funcion de la primera capa frecuentemente es proporcionar rigidez al laminado. Por tanto, el modulo de flexion de la primera capa es preferentemente al menos 10 GPa, mas preferentemente al menos 30 GPa, incluso mas preferentemente al menos 50 GPa, lo mas preferentemente al menos 70 GPa. La primera capa puede ser de un metal, por ejemplo aluminio, una aleacion que comprende magnesio, etc. La primera capa puede ser de madera contrachapada, preferentemente madera contrachapada de abedul. Tambien es posible que la primera capa sea de una estructura en sandwich o una estructura en panal de abeja.

Preferentemente, la primera capa contiene un polfmero termoplastico o uno termoendurecible. Asf, se obtienen buenos resultados si la primera capa es de polipropileno, de policarbonato o de un poliester termoplastico. Incluso mas preferentemente, la primera capa es de un material compuesto, que contiene fibras de carbono y/o fibras de vidrio y un polfmero termoendurecible. Buenos ejemplos de tales polfmeros termoendurecibles son resina epoxi, resina de poliuretano, resina de poliester insaturado, resina de ester vimlico. Lo mas preferentemente, la primera capa es de un material compuesto que comprende fibras de carbono y una resina epoxi o una resina de ester vimlico. El experto sabe como elegir el espesor, la rigidez y parametros adicionales de la primera capa para adaptarlos a su uso previsto.

Ejemplos de los hilos de alta tenacidad en la segunda capa son hilos que contienen filamentos de aramida, filamentos de vidrio S, filamentos de poliester de alta tenacidad e hilos que comprenden filamentos de polietileno de peso molecular ultra-alto.

Los hilos que comprenden filamentos de aramida se comercializan, por ejemplo, con el nombre comercial Kevlar™ y Twaron™. Los hilos que comprenden filamentos de poliester de alta tenacidad se comercializan, por ejemplo, con el

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nombre comercial Vectran™, los hilos que comprenden filamentos de polietileno de peso molecular ultra-alto se comercializan, por ejemplo, con el nombre comercial Dyneema™ y Spectra™.

Preferentemente, los hilos que comprenden filamentos de polietileno de peso molecular ultra-alto se usan en la segunda capa como los hilos de alta tenacidad que estan colocados en la estructura de rejilla. Tales hilos se producen preferentemente segun el denominado proceso de hilado en gel como se describe, por ejemplo, en los documentos EP 0205960 A, EP 0213208 A1, US 4413110, GB 2042414 A, EP 0200547 B1, EP 0472114 B1, documento WO 01/73173 A1, y Advanced Fiber Spinning Technology, Ed. T. Nakajima, Woodhead Publ. Ltd (1994), ISBN 1-855-73182-7, y referencias citadas en su interior. Se entiende que el hilado en gel incluye al menos las etapas de hilar al menos un filamento de una disolucion de polietileno de peso molecular ultra-alto en un disolvente de hilado; refrigerar el filamento obtenido para formar un filamento de gel; eliminar al menos parcialmente el disolvente de hilado del filamento de gel; y extraer el filamento en al menos una etapa de extraccion antes, durante o despues de eliminar el disolvente de hilado. Disolventes de hilado adecuados incluyen, por ejemplo, parafinas, aceite mineral, queroseno o decalina. El disolvente de hilado puede eliminarse mediante evaporacion, por extraccion, o por una combinacion de vfas de evaporacion y de extraccion.

El polietileno lineal de peso molecular ultra-alto usado para la preparacion de los filamentos puede tener un peso molecular promedio en peso de al menos 400.000 g/mol.

Los hilos de alta tenacidad tienen preferentemente una tenacidad de al menos 1 GPa, todavfa mas preferentemente al menos 1,5 GPa, lo mas preferentemente al menos 2 GPa.

En la estructura de rejilla la distancia entre las lmeas centrales de hilos adyacentes en la rejilla es mayor que el diametro de un hilo. Esto significa que siempre hay una cierta distancia entre las superficies de dos hilos adyacentes en la rejilla. La distancia entre las lmeas centrales de dos hilos adyacentes en una matriz es igual o mayor de 1,5 veces el diametro de un hilo, mas preferentemente mayor de 2 veces el diametro de un hilo, lo mas preferentemente mayor de 2,5 veces el diametro de un hilo. Debido a esto, se obtiene un laminado que tiene una resistencia al dano muy alta.

Los hilos pueden estar colocados en la estructura de rejilla de diversas formas. Por ejemplo, es posible hacer una tela abierta, que tiene la estructura de rejilla, y aplicar la tela en el laminado. Otra posibilidad es hacer una red.

Es incluso posible producir la estructura de rejilla de los hilos de alta tenacidad produciendo una tela que comprende matrices de los hilos de alta tenacidad, estando las aberturas en la rejilla entre los hilos de alta tenacidad llenas de otros hilos.

Es preferible extender los hilos en una estructura de rejilla, inmediatamente en su sitio encima de la primera capa.

Preferentemente, la estructura de rejilla esta formada por dos o mas matrices de hilos paralelos, siendo el angulo entre los hilos de las matrices mayor de 0°, preferentemente mayor de 45°, mas preferentemente mayor de 60°, mas preferentemente mayor de 89°, lo mas preferentemente el angulo es 90°. Lo mas preferentemente, la estructura de rejilla esta formada por dos o mas matrices de hilos paralelos. El experto sabe como producir y poner en su sitio tales matrices.

El hilo puede tener un tftulo de entre 800 y 35000 dtex.

Si se usan hilos que comprenden filamentos de polietileno de peso molecular ultra-alto, los hilos tienen preferentemente un tftulo de entre 1000 y 18000 dtex, mas preferentemente entre 5000 y 15000 dtex, lo mas preferentemente entre 8000 y 12000 dtex. De esta forma se obtiene un buen equilibrio entre la resistencia al dano y el peso del laminado.

La segunda capa contiene entre 200 y 2000 gramos de los hilos de alta tenacidad por metro cuadrado, estando los hilos colocados en una estructura de rejilla. Preferentemente, la segunda capa contiene entre 200 y 1000 gramos de los hilos de alta tenacidad por metro cuadrado, mas preferentemente entre 300 y 600 gramos por metro cuadrado.

Se obtienen buenos resultados si el espesor de la segunda capa es mas pequeno de 3 veces el diametro de un hilo. Preferentemente, el espesor es inferior a 2 veces el diametro de un hilo. De esta forma, se obtiene un laminado que tiene una resistencia al dano muy alta y ademas un peso bajo.

La segunda capa que comprende los hilos de alta tenacidad puede unirse a la primera capa en varias formas. Por ejemplo, puede clavarse o pegarse a la primera capa. Preferentemente, la segunda capa contiene una matriz que se adhiere a los hilos y a la primera capa. Ejemplos de materiales adecuados para constituir la matriz incluyen resina epoxi, resina de ester vimlico o copolfmero de etileno-acetato de vinilo (EVA).

Un laminado muy bueno segun la invencion, que tiene un peso muy ligero, que es muy ngido y que tiene una resistencia al dano muy alta, contiene una primera capa que comprende fibras de carbono y un polfmero termoendurecible y contiene una segunda capa que contiene hilos que contienen filamentos de polietileno de peso molecular ultra-alto y un polfmero termoendurecible.

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Las fibras de carbono en la primera capa forman preferentemente una tela. Sin embargo, las fibras de carbono tambien pueden disponerse en otras configuraciones como, por ejemplo, una estructura de rejilla, un fieltro o como fibras de carbono cortadas.

Preferentemente, la primera capa y la segunda capa comprenden el mismo poUmero.

La invencion tambien se refiere a una construccion que contiene el laminado segun la invencion.

Buenos ejemplos de aplicaciones para el laminado incluyen una cupula de radar, tanques para el transporte de fluidos, especialmente para el transporte de fluidos peligrosos como, por ejemplo, gasolina.

Un ejemplo preferido es un dispositivo para el transporte aereo que comprende el laminado segun la invencion. Buenos ejemplos son un contenedor de carga aerea y el revestimiento de bodega en la bodega de un avion. Tales revestimientos protegen que la pared interna del avion sea danada, por ejemplo, cuando el avion se carga con carga, debido a impactos por colision de piezas de carga contra la pared interna.

Se encontro sorprendentemente que un contenedor de carga aerea que comprende el laminado de la invencion presenta una elevada resistencia al estallido, es decir, una elevada resistencia al dano a una explosion o estallido que se produce dentro o fuera de dicho contenedor.

Otra ventaja del contenedor de carga aerea de la invencion es que para la misma resistencia al estallido que los contenedores conocidos, es de peso mucho mas ligero. Todavfa otra ventaja del contenedor de carga aerea de la invencion es que puede ser facilmente moldeado para adaptarse al interior del avion de carga. Adicionalmente, dicho contenedor es mas barato de producir y mantener que los contenedores conocidos que proporcionan la misma resistencia al estallido.

Preferentemente, la rejilla esta localizada en el lado de impacto de la estructura. Para un contenedor esto es sobre el exterior. Para un revestimiento de una bodega esto es el lado dirigido al interior del avion.

La invencion se explica ademas en la figura. La Fig. 1 muestra una fotograffa de hilos que comprenden filamentos de polietileno de peso molecular ultra-alto (Dyneema ™ SK75 de 14080 dtex), estando el hilo colocado en una estructura de rejilla. La estructura de rejilla se obtiene produciendo una tela abierta de ligamento tafetan con 2,5 hilos por cm en tanto la direccion de urdimbre como de trama. El angulo entre las matrices paralelas de hilos es 90°.

Ejemplo 1

Se dispone una doble disposicion de fibra Dyneema ® SK75 de 5280 dtex en una rejilla lisa simetrica rectangular de 2,5 haces por centfmetro en ambas direcciones. La distancia en la rejilla entre las lmeas centrales de dos hilos adyacentes es aproximadamente 2 veces el diametro de un hilo, de manera que las aberturas en la rejilla tienen un tamano de aproximadamente igual al diametro de un hilo. La rejilla se combina con una tela de fibra de carbono en una disposicion de placa de panel plano usando una resina basada en ester vimlico estandar. La resina basada en ester vimlico se aplica como la matriz para tanto la tela de fibra de carbono como la rejilla. Despues de curar la resina basada en ester vimlico se obtiene un laminado ngido, delgado y resistente al impacto de aproximadamente 3 mm de espesor que tienen un patron superficial similar a rejilla. Este laminado tiene un peso de aproximadamente 1 kg por metro cuadrado. Se corta un panel del laminado y se monta en un marco de contenedor de carga aerea. El contenedor se llena con 600 kg de masa normalmente procedente de bloques metalicos que simulan la carga aerea. Se conduce una carretilla de dos horquillas de tamano medio electrica desde varias distancias que oscilan de 0,0 metros hasta 2,5 metros con aceleracion plena contra el panel. El panel resiste al menos un golpe de 1,5 metros de distancia.

Una vez se perfora un orificio en el panel, la carretilla elevadora no sera capaz de rasgar un orificio mas grande levantando el contenedor entero cargado con 600 kg.

Experimento comparativo A

Se repitio el Ejemplo 1, sin embargo en lugar de una rejilla de disposicion doble de la fibra Dyneema® SK75 se uso una tela densamente tejida de fibra SK75, que tiene una densidad de area de, que es igual a la cantidad de Dyneema® SK75 por unidad de superficie usada en el Ejemplo 1.

Ya golpeado por la carretilla de dos horquillas desde una distancia de 1 metro resulto un dano considerable. Ademas, tras levantar el contenedor se obtuvo una cantidad considerable de dano en cascada.

Experimento comparativo B

Se repitio el Ejemplo 1, sin embargo en lugar del laminado se uso un panel de aluminio de 0,7 mm de espesor y un peso de 1,9 kg por metro cuadrado. El panel no resistio incluso a un golpe por la carretilla de dos horquillas desde una distancia de 0,5 m.

Ejemplo 2

Se determinaron la velocidad a la que existe una probabilidad del 50 % de que una bala perfore el laminado (V50) y la absorcion de energfa espedfica (SEA) del laminado del Ejemplo 1 a 21 °C con procedimientos de prueba segun STANAG 2920, usando proyectiles que simulan fragmentos de acero (FSP) de 1,1 gramos. Despues de acondicionar a aproximadamente 21 °C y aproximadamente 65 % de humedad relativa durante aproximadamente 24 5 horas, el laminado se fijo usando tiras flexibles sobre un soporte relleno de material de fijacion Roma Plastilina, que se preacondiciono a 35 °C. La densidad de area (AD) del laminado fue 1,3 g/m2

Se encontro que V50 era 170 m/s a una SEA de 12,23 J.m2/kg.

Experimento comparativo C

Se sometio una placa de aluminio de calidad F220 (espesor 0,8 mm) con una AD de 2,1 g/m2 al mismo 10 procedimiento de prueba que en el Ejemplo 2.

Se encontro que V50 de la placa de aluminio era 110 m/s a una SEA de 3,17 J.m2/kg.

Los valores de SEA para el laminado del Ejemplo 1 y la placa de aluminio muestran que la placa de aluminio tiene una resistencia al estallido casi 4 veces mas pequena que el laminado del Ejemplo 1.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Laminado que contiene una primera capa y una segunda capa unida a la primera capa, comprendiendo dicha segunda capa hilos de alta tenacidad y estando hecha dicha primera capa de un material seleccionado del grupo que consiste en un metal, una madera contrachapada, un poUmero termoplastico o termoendurecible, y un material compuesto que contiene fibras de carbono y/o fibras de vidrio, en el que los hilos de alta tenacidad tienen una tenacidad de al menos 0,5 GPa y estan colocados en una estructura de rejilla, en el que en la estructura de rejilla la distancia entre las lmeas centrales de hilos adyacentes en la rejilla es al menos 1,5 veces el diametro de un hilo, caracterizado por que la segunda capa contiene entre 200 y 2000 gramos de hilos de alta tenacidad por metro cuadrado.
2. Laminado segun la reivindicacion 1, en el que la primera capa tiene un modulo de flexion de al menos 10 GPa.
3. Laminado segun las reivindicaciones 1 o 2, en el que el espesor de la segunda capa es mas pequeno de 3 veces el diametro de un hilo.
4. Laminado segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 3, en el que la primera capa contiene una resina termoendurecible.
5. Laminado segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 4, en el que la estructura de rejilla es una tela abierta o una red.
6. Laminado segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 5, en el que la estructura de rejilla esta formada por dos o mas matrices de hilos paralelos, siendo el angulo entre los hilos de las matrices mayor de 0 °.
7. Laminado segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 6, en el que el hilo de alta tenacidad tiene un espesor de entre 800 y 35000 dtex.
8. Laminado segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 7, en el que los hilos de alta tenacidad contienen filamentos de aramida, filamentos de vidrio S, filamentos de poliester de alta tenacidad o filamentos de polietileno de peso molecular ultra-alto.
9. Laminado segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 8, en el que la primera capa comprende fibras de carbono y un polfmero termoendurecible y en el que la segunda capa contiene filamentos de polietileno de peso molecular ultra-alto y una resina termoendurecible.
10. Construccion para el transporte aereo, conteniendo la construccion un laminado, conteniendo dicho laminado una primera capa y una segunda capa unida a la primera capa, comprendiendo dicha segunda capa hilos de alta tenacidad, caracterizada por que la primera capa esta hecha de un material seleccionado del grupo que consiste en un metal, una madera contrachapada, un polfmero termoplastico o termoendurecible, y un material compuesto que contiene fibras de carbono y/o fibras de vidrio, y por que los hilos de alta tenacidad tienen una tenacidad de al menos 0,5 GPa y estan colocados en una estructura de rejilla en la que en la estructura de rejilla la distancia entre las lmeas centrales de hilos adyacentes en la rejilla es al menos 1,5 veces el diametro de un hilo.
11. Un contenedor de carga aerea que comprende un laminado, conteniendo dicho laminado una primera capa y una segunda capa unida a la primera capa, comprendiendo dicha segunda capa hilos de alta tenacidad, caracterizado por que la primera capa esta hecha de un material seleccionado del grupo que consiste en un metal, una madera contrachapada, un polfmero termoplastico o termoendurecible y un material compuesto que contiene fibras de carbono y/o fibras de vidrio, y por que los hilos de alta tenacidad tienen una tenacidad de al menos 0,5 GPa y estan colocados en una estructura de rejilla en la que en la estructura de rejilla la distancia entre las lmeas centrales de hilos adyacentes en la rejilla es al menos 1,5 veces el diametro de un hilo.
12. Un revestimiento de bodega que comprende un laminado, conteniendo dicho laminado una primera capa y una segunda capa unida a la primera capa, comprendiendo dicha segunda capa hilos de alta tenacidad, caracterizado por que la primera capa esta hecha de un material seleccionado del grupo que consiste en un metal, una madera contrachapada, un polfmero termoplastico o termoendurecible y un material compuesto que contiene fibras de carbono y/o fibras de vidrio, y por que los hilos de alta tenacidad tienen una tenacidad de al menos 0,5 GPa y estan colocados en una estructura de rejilla en la que en la estructura de rejilla la distancia entre las lmeas centrales de hilos adyacentes en la rejilla es al menos 1,5 veces el diametro de un hilo.
13. Una construccion que comprende el laminado de una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 9, estando elegida dicha construccion del grupo que consiste en una construccion para transporte aereo, una cupula de radar y tanques para el transporte de fluidos.
14. Una estructura segun una cualquiera de las reivindicaciones 10 - 13, en la que la rejilla en el laminado esta localizada en el lado del impacto de la estructura.