ES2958138T3 - Método de fabricación de preimpregnados y aparato de fabricación - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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Abstract
La presente invención aborda el problema de proporcionar un método de fabricación de preimpregnados y un aparato de fabricación que suprima la generación de pelusa, permita una producción continua sin obstrucciones por pelusa, asegure la aplicación uniforme de un líquido de recubrimiento a una lámina de fibra de refuerzo y una impregnación eficiente, y haga posible para aumentar la velocidad de producción. El objetivo principal de la presente invención es el aparato de fabricación de preimpregnados que aplica un líquido de recubrimiento a una lámina de fibra de refuerzo, y que comprende: una unidad de recubrimiento que incluye una porción de depósito de líquido en la que se almacena el líquido de recubrimiento y que tiene una porción con una cruz -área de sección que disminuye continuamente hacia abajo en dirección vertical, y una sección estrecha que tiene una salida en forma de hendidura que comunica con el extremo inferior de la porción de depósito de líquido; un mecanismo de desplazamiento que hace que la lámina de fibra de refuerzo se desplace verticalmente hacia abajo y carga la lámina de fibra de refuerzo en la unidad de revestimiento; un mecanismo de extracción que tira de la lámina de fibra de refuerzo hacia abajo desde la unidad de revestimiento; un miembro de superficie de pared que forma una sección estrecha orientada hacia la dirección del espesor de la lámina de fibra de refuerzo; y un mecanismo de aplicación de fuerza externa que aplica una fuerza externa en la dirección del espesor de la lámina de fibra de refuerzo al miembro de superficie de pared. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Método de fabricación de preimpregnados y aparato de fabricación
Campo técnico
La presente invención se refiere a un método y a un aparato para producir un preimpregnado, y en particular se refiere a un método y a un aparato para proporcionar e impregnar una lámina de fibra de refuerzo con un líquido de recubrimiento de manera uniforme.
Antecedentes de la invención
Los materiales compuestos reforzados con fibra (FRP) en los que una resina de matriz que contiene una resina termoplástica o una resina termoestable se refuerza con una fibra de refuerzo se utilizan en diversos campos tales como materiales aeroespaciales, materiales para automóviles, materiales industriales, recipientes a presión, materiales de construcción, carcasas, aplicaciones médicas y aplicaciones deportivas. Los materiales reforzados con fibra de carbono (CFRP) se utilizan amplia y adecuadamente, especialmente en los casos en los que se requieren altas propiedades mecánicas y ligereza. Por otro lado, en algunos de los casos en los que el coste prima sobre una propiedad mecánica y la ligereza, se utilizan materiales compuestos reforzados con fibra de vidrio (GFRP). El FRP se obtiene impregnando un haz de fibras de refuerzo con una resina de matriz para obtener un material base intermedio, que se lamina y se forma, y además se cura térmicamente si se usa una resina termoendurecible, y luego se producen elementos compuestos de FRP. En las aplicaciones mencionadas anteriormente, a menudo se usan objetos planos u objetos formados por objetos planos plegables, y los objetos bidimensionales similares a láminas se usan más ampliamente como materiales base intermedios de FRP que las hebras unidimensionales y los objetos similares a mechas, desde el punto de vista de la eficiencia de laminación y la moldeabilidad lograda al producir tales elementos.
Además, un intento de mejorar la eficiencia de producción de elementos compuestos de FRP ha promovido recientemente la mecanización y automatización de la laminación de materiales base intermedios en forma de láminas, y aquí se utilizan adecuadamente materiales base intermedios en forma de cintas estrechas. Los materiales base intermedios en forma de cinta estrecha se pueden obtener cortando materiales base intermedios en forma de lámina ancha en cintas que tengan una anchura deseada o impregnando una lámina de fibra de refuerzo estrecha directamente con resinas de matriz.
Como materiales base intermedios en forma de láminas bidimensionales, se utilizan ampliamente los preimpregnados obtenidos impregnando láminas de fibras de refuerzo con resinas de matriz. Los ejemplos de láminas de fibras de refuerzo a utilizar para preimpregnados incluyen: un material unidireccional (material base UD) en el que una pluralidad de fibras de refuerzo están dispuestas unidireccionalmente en forma plana; y un material textil de fibras de refuerzo formado disponiendo fibras de refuerzo de forma multiaxial o aleatoria en una lámina. Los materiales unidireccionales (materiales base UD) se suelen utilizar especialmente en los casos en los que la propiedad mecánica tiene prioridad.
Un procedimiento de fusión en caliente que es uno de los métodos para producir preimpregnados es un método en el que se funde una resina de matriz y luego se aplica sobre láminas de papel antiadherentes, se produce una estructura laminada en la que se intercala una lámina de fibra de refuerzo entre las láminas de resina de matriz en el lado superior y en el lado inferior de la lámina de fibra de refuerzo, y luego, el interior de la lámina de fibra de refuerzo se impregna con la resina de matriz mediante calor y presión. El problema es que este método tiene muchas etapas, no puede aumentar la velocidad de producción y es costoso.
Para una impregnación más eficaz, por ejemplo, el documento de patente 1 ha hecho una propuesta. Este es un método en el que se funde e hila fibra de vidrio, y se permite que el hilado resultante agrupado en forma de hebra o mecha pase a través de un baño de líquido lleno de una resina termoplástica y que tiene una trayectoria de flujo cónica.
Como método para producir un preimpregnado en forma de tira usando una resina termoplástica, se conoce un método de pultrusión de tipo horizontal en el que un haz de fibras de refuerzo en forma de tira se transporta en dirección horizontal (dirección transversal) y se le permite pasar a través de una matriz, donde el haz de fibras de refuerzo en forma de tira se proporciona y se impregna con una resina termoplástica (documento de patente 2 y documento de patente 3). Según el documento de patente 2, se permite que una fibra de refuerzo en forma de cinta pase a través de una cruceta (en la figura 2 en el documento de patente 2), y al haz de fibras de refuerzo en forma de cinta se le proporciona una resina inmediatamente antes de una matriz lineal en la cruceta. El documento de patente 3 explica que una pluralidad de haces de fibras de refuerzo en forma de tiras se introducen por separado en una matriz llena de resina termoplástica fundida, se abren, se impregnan y se laminan usando una guía fija (por ejemplo, una barra de compresión), y finalmente se retiran de la matriz como una lámina de preimpregnado.
El documento de patente 4 describe un dispositivo que provoca vibración ultrasónica en la salida de un colector en un método de pultrusión en el que el colector se llena de una resina termoplástica y un haz de fibras de refuerzo se somete a pultrusión longitudinalmente desde el colector. Además, la figura 2 en el documento de patente 4 describe un perno de ajuste que permite que el labio de la matriz sea móvil, permitiendo así ajustar el espacio de la salida (hendidura de la matriz).
El documento de patente 5 divulga un método para producir un preimpregnado, que comprende permitir que una lámina de fibra de refuerzo pase verticalmente hacia abajo a través de una sección de recubrimiento para aplicar un líquido de recubrimiento, en el que dicha sección de recubrimiento incluye: un depósito de líquido que almacena dicho líquido de recubrimiento y que tiene una porción cuya área en sección transversal disminuye continua y verticalmente hacia abajo, y una sección estrecha que tiene una salida en forma de hendidura en comunicación con el extremo inferior de dicho depósito de líquido; y en el que el líquido de recubrimiento se aplica con la ayuda de controlar la magnitud de una fuerza externa aplicada a los elementos constituyentes de la pared en la dirección del espesor de dicha lámina de fibra de refuerzo, y en el que dichos elementos constituyentes de la pared están opuestos entre sí en la dirección del espesor de dicha lámina de fibra de refuerzo para formar dicha sección estrechada.
Lista de documentos citados
Bibliografía de Patentes
Documento de patente 1: WO2001/028951A1
Documento de patente 2: JP06-031821A
Documento de patente 3: WO2012/002417A1
Documento de patente 4: JP01-178412A
Documento de patente 5: WO2007/062516A1
Sumario de la invención
Problema técnico
Sin embargo, el método en el documento de patente 1 permite producir solo un objeto en forma de hebra o mecha, y no es aplicable para producir un preimpregnado en forma de lámina al que se dirige la presente invención. Además, el documento de patente 1 explica que, para mejorar la eficiencia de la impregnación, se permite que un fluido de resina termoplástica golpee contra un lado del haz de fibras de refuerzo en forma de hebra o mecha para generar activamente turbulencia en una trayectoria de flujo cónica. Se considera que esto tiene como objetivo perturbar parte de la disposición del haz de fibras de refuerzo para que la resina de matriz pueda fluir hacia adentro, pero aplicar esta idea a una lámina de fibras de refuerzo posiblemente provoque que se perturbe la disposición del haz de fibras de refuerzo, lo que resulta no solo en la degradación del grado del preimpregnado, sino que también disminuye la propiedad mecánica del FRP.
Según la tecnología del documento de patente 2, una fibra de refuerzo en forma de cinta pasa a través de un chip de guía en forma de hendidura sin resina en la parte anterior de una matriz en una cruceta y, en consecuencia, es más probable que la parte anterior se obstruya con pelusa y tampoco tiene función para eliminar la pelusa, posiblemente dificultando el funcionamiento continuo de la fibra de refuerzo en forma de cinta durante mucho tiempo. Esta tendencia se considera notable, especialmente con fibra de carbono, que es más probable que genere pelusa.
Además, el método del documento de patente 3 hace que sea más probable que la pelusa quede retenida en un depósito de líquido durante la producción continua y que la pelusa obstruya una porción de pultrusión. Existe un problema en el sentido de que, en particular, hacer desplazar un haz de fibras de refuerzo en forma de tira continuamente a alta velocidad provoca que la frecuencia de obstrucción con pelusa sea muy alta y, en consecuencia, permite que la producción se lleve a cabo solo a una velocidad muy baja y no logra aumentar la productividad. Además, un método de pultrusión de tipo horizontal hace necesario sellar herméticamente la matriz para evitar fugas de líquido y la hace insuficiente para recoger la pelusa durante la producción continua. Además, en el método de pultrusión de tipo horizontal, impregnar el interior de una lámina de fibras de refuerzo con un líquido de recubrimiento provoca que las burbujas que quedan en el haz de fibras de refuerzo en forma de tira se descarguen, mediante fuerza ascendente, en la dirección perpendicular a la dirección de orientación del haz de fibras de refuerzo (en la dirección del espesor del haz de fibras de refuerzo en forma de tira) y, en consecuencia, la descarga de las burbujas progresa de tal manera que las burbujas empujan el líquido de recubrimiento entrante para la impregnación. Debido a esto, existe el problema de que no solo se inhibe el movimiento de las burbujas por el líquido de recubrimiento, sino que también se inhibe la impregnación con el líquido de recubrimiento por las burbujas, dando como resultado una baja eficiencia de impregnación. A este respecto, el documento de patente 3 también propone expulsar las burbujas a través de un respiradero, pero la expulsión tiene lugar solo cerca de la salida de una matriz, y el efecto de la expulsión se considera limitativo.
En un método descrito en el documento de patente 4, se dispone una porción de boquilla llena sin resina en la porción encima de un colector. La boquilla se puede optimizar con una hebra o un objeto en forma de mecha, pero no se adapta fácilmente a una forma plana como la de una lámina de fibra de refuerzo. Al pasar a través de esta boquilla, una lámina de fibra de refuerzo genera pelusa, que posiblemente tenga más probabilidades de obstruir una matriz cuando se introduce en el colector.
Además, ninguno del documento de patente 2 a 4, en los que se recubre un material base en forma de lámina utilizando una matriz, tiene en cuenta la deformación de la matriz y la falta de uniformidad del recubrimiento que son causadas por una presión de líquido a la que se empuja un líquido de recubrimiento a través de la punta de la matriz.
Por tanto, aún no se ha establecido un método eficaz para aplicar un líquido de recubrimiento a una lámina de fibra de refuerzo, en particular un método eficaz para producir un preimpregnado en forma de lámina que esté uniformemente impregnado hasta el interior de la misma con un líquido de recubrimiento.
Un objeto de la presente invención se refiere a un método para producir un preimpregnado, y se trata de proporcionar un método y un aparato para producir un preimpregnado, en el que se suprime la generación de pelusa, es posible la producción continua sin obstrucción con pelusa, una lámina de fibra de refuerzo se proporciona uniformemente y se impregna eficientemente con un líquido de recubrimiento, y la velocidad de producción puede aumentarse.
Solución al problema
Un aparato para producir un preimpregnado según la presente invención para resolver los problemas mencionados anteriormente es un aparato para producir un preimpregnado, para aplicar un líquido de recubrimiento a una lámina de fibra de refuerzo, caracterizado por incluir:
una sección de recubrimiento que incluye:
un depósito de líquido que almacena el líquido de recubrimiento y que tiene una porción cuya área en sección transversal disminuye continua y verticalmente hacia abajo, y
una sección estrechada que tiene una salida en forma de hendidura en comunicación con el extremo inferior del depósito de líquido;
un mecanismo de desplazamiento para permitir que la lámina de fibra de refuerzo se desplace verticalmente hacia abajo y se introduzca en la sección de recubrimiento; y
un mecanismo de recogida para recoger la lámina de fibra de refuerzo hacia abajo desde la sección de recubrimiento;
en el que la sección estrechada está formada con elementos constituyentes de la pared opuestos entre sí en la dirección del espesor de la lámina de fibra de refuerzo, y
en el que el aparato tiene además un mecanismo de aplicación de fuerza externa para aplicar una fuerza externa a los elementos constituyentes de la pared en la dirección del espesor de la lámina de fibra de refuerzo, caracterizado porque el aparato satisface las siguientes condiciones i) o ii):
i) el aparato comprende además dispositivos de medición que miden el espesor o la masa del preimpregnado aguas abajo de la sección de recubrimiento y la magnitud de dicha fuerza externa se controla basándose en la masa o el espesor del preimpregnado medido por dichos dispositivos de medición,
ii) el aparato comprende además dispositivos de medición para medir la cantidad de deformación de los elementos constituyentes de la pared y la magnitud de dicha fuerza externa se controla basándose en la cantidad de deformación de los elementos constituyentes de la pared medida por dichos dispositivos de medición.
Además, un método para producir un preimpregnado según la presente invención es un método para producir un preimpregnado para aplicar un líquido de recubrimiento a una lámina de fibra de refuerzo, caracterizado porque incluye permitir que una lámina de fibra de refuerzo pase verticalmente hacia abajo a través de una sección de recubrimiento para aplicar un líquido de recubrimiento,
en el que la sección de recubrimiento incluye:
un depósito de líquido que almacena el líquido de recubrimiento y que tiene una porción cuya área en sección transversal disminuye continua y verticalmente hacia abajo, y
una sección estrechada que tiene una salida en forma de hendidura en comunicación con el extremo inferior del depósito de líquido; y
en el que el líquido de recubrimiento se aplica con la ayuda de controlar la magnitud de una fuerza externa aplicada a los elementos constituyentes de la pared en la dirección del espesor de la lámina de fibra de refuerzo, en el que la magnitud se controla basándose en la masa o el espesor del preimpregnado aguas abajo de la sección de recubrimiento, y
en el que los elementos constituyentes de la pared están opuestos entre sí en la dirección del espesor de la lámina de fibra de refuerzo para formar la sección estrechada.
Efectos ventajosos de la invención
El método y el aparato para producir un preimpregnado según la presente invención hacen posible suprimir y prevenir significativamente la obstrucción con pelusa. Además, el método y el aparato permiten que la lámina de fibra de refuerzo funcione continuamente a alta velocidad y mejoran la productividad de la lámina de fibra de refuerzo que tiene un líquido de recubrimiento aplicado a la misma. Además, el método y el aparato hacen posible aplicar un líquido de recubrimiento a una lámina de fibras de refuerzo de manera uniforme en la dirección transversal y en la dirección de desplazamiento de la lámina de fibras de refuerzo y obtener la lámina de fibras de refuerzo impregnada uniformemente hasta el interior de la misma con el líquido de recubrimiento.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama esquemático de un método y un aparato para producir un preimpregnado según una realización de la presente invención.
La figura 2 es un diagrama esquemático que representa un método para producir un preimpregnado según una realización de la presente invención distinta de la figura 1.
La figura 3 es una vista en sección transversal detallada ampliada de la porción de la sección de recubrimiento 20 de la figura 1.
La figura 4 es una vista inferior de la sección de recubrimiento 20 de la figura 1, vista en la dirección A de la figura 3. La figura 5 es una vista en sección transversal que representa la estructura del interior de la sección de recubrimiento 20 en la figura 1, vista en la dirección B en la figura 3.
La figura 6 es una vista esquemática en sección transversal que explica el flujo de la resina de matriz 4 en el espacio libre 26 de la figura 5.
La figura 7 es una vista que representa un ejemplo de una sección de recubrimiento (sección de recubrimiento 20a) que tiene un mecanismo de regulación de anchura utilizado en la misma.
La figura 8 es una vista en sección transversal detallada de la sección de recubrimiento 20b según una realización de la presente invención distinta de la figura 3.
La figura 9 es una vista en sección transversal detallada de la sección de recubrimiento 20c según una realización de la presente invención distinta de la figura 8.
La figura 10 es una vista en sección transversal detallada de la sección de recubrimiento 20d según una realización de la presente invención distinta de la figura 8.
La figura 11 es una vista en sección transversal detallada de la sección de recubrimiento 20e según una realización de la presente invención distinta de la figura 8.
La figura 12 es una vista en sección transversal detallada de la sección de recubrimiento 30 según una realización diferente de la presente invención.
La figura 13 es una vista inferior de una sección de recubrimiento distinta a la de la presente invención, en la que la sección de recubrimiento no tiene ningún mecanismo de aplicación de fuerza externa aplicado a la misma.
La figura 14 es una vista inferior de la sección de recubrimiento 20a en un ejemplo según una realización de la presente invención, en la que la sección de recubrimiento tiene un mecanismo de aplicación de fuerza externa aplicado a la misma.
La figura 15 es una vista en sección transversal de una sección de recubrimiento según una realización de la presente invención distinta de la figura 14, en la que la sección de recubrimiento tiene un mecanismo de aplicación de fuerza externa aplicado a la misma.
La figura 16 es una vista en sección transversal de una sección de recubrimiento según una realización de la presente invención distinta de la figura 15, en la que la sección de recubrimiento tiene un mecanismo de aplicación de fuerza externa aplicado a la misma.
La figura 17 es una vista inferior de una sección de recubrimiento según una realización de la presente invención distinta de la figura 14, en la que la sección de recubrimiento tiene un mecanismo de aplicación de fuerza externa aplicado a la misma.
La figura 18 es una vista inferior de una sección de recubrimiento utilizada en el Ejemplo 1 según la presente invención, en la que la sección de recubrimiento tenía un mecanismo de aplicación de fuerza externa aplicado a la misma.
La figura 19 es una vista detallada en sección transversal de un mecanismo de aplicación de fuerza externa de tipo de perno de ajuste.
La figura 20 es una vista detallada en sección transversal de un mecanismo de aplicación de fuerza externa 50' de tipo de perno térmico.
La figura 21 es un diagrama esquemático según un método para producir un preimpregnado en una realización distinta a la de la figura 1.
La figura 22 es un diagrama esquemático según un método para producir un preimpregnado en una realización distinta a la de la figura 1.
Descripción de realizaciones
A continuación, se describirán realizaciones preferidas de la presente invención. En este sentido, la siguiente descripción ilustra realizaciones de la presente invención, no se debe interpretar que la presente invención se limita a las realizaciones, y se pueden hacer varias modificaciones a la invención en la medida en que no se aparten del objeto y del efecto de la presente invención.
La figura 1 representa un diagrama esquemático de un método y un aparato para producir un preimpregnado según una realización de la presente invención. La figura 1 muestra un caso en el que una lámina de fibras de refuerzo es un material unidireccional (material base UD) en el que una pluralidad de fibras de refuerzo están dispuestas unidireccionalmente en forma plana. Una pluralidad de fibras de refuerzo 1 desenrolladas de filetas 11 se disponen unidireccionalmente (en la dirección profunda de la página) a través de un dispositivo de disposición 12 para obtener una lámina de fibras de refuerzo 2, y luego, se permite que la lámina de fibras de refuerzo 2 pase a través de una sección de recubrimiento 20 en la dirección Z sustancialmente vertical hacia abajo a través de un rodillo transportador 13. La sección de recubrimiento 20 almacena un líquido de recubrimiento en su interior (el líquido de recubrimiento contiene una resina de matriz 4), y permitir que la lámina de fibra de refuerzo 2 pase a través de esto hace que la resina de matriz 4 se aplique a ambas caras de la lámina de fibra de refuerzo 2, permitiendo de esta manera obtener un preimpregnado 3. El preimpregnado 3 obtenido se enrolla en forma de rollo mediante un rodillo de recogida 15 y un dispositivo de enrollado 17.
Cuando se hace esto, también se permite que una lámina de liberación 5a se desenrolle desde un dispositivo de suministro de lámina de liberación 16a, y que la lámina de liberación 5a se lamine en una cara del preimpregnado 3, que luego se enrolla en forma de rollo mediante el dispositivo de enrollado 17 a través del rodillo de recogida 15. En particular, en los casos en los que parte o la totalidad de la resina de matriz 4 contenida en el preimpregnado 3 todavía está presente en la superficie del preimpregnado 3 y tiene alta fluidez y adhesividad cuando la resina de matriz 4 alcanza el rodillo de recogida 15, la lámina de liberación 5a puede evitar que la parte de la resina de matriz 4 sobre la superficie del preimpregnado 3 se transfiera al rodillo de recogida 15. Además, el método puede evitar la adhesión entre partes del preimpregnado 3 y permite un fácil manejo en el procedimiento posterior. Además, la lámina de liberación puede laminarse en ambas caras del preimpregnado 3, si es necesario. La lámina de liberación no se limita a una en particular siempre que la lámina de liberación logre el efecto mencionado anteriormente, y los ejemplos de la misma incluyen no solo una lámina de papel de liberación sino también una película de polímero orgánico cuya superficie está recubierta con un agente de liberación, y similares.
Aquí, los ejemplos de fibra de refuerzo incluyen fibras de carbono, fibras de vidrio, fibras metálicas, fibras de óxido metálico, fibras de nitruro metálico, fibras orgánicas (fibras de aramida, fibras de polibenzoxazol, fibras de alcohol polivinílico, fibras de polietileno y similares) y similares, y se utilizan preferiblemente fibras de carbono, desde el punto de vista de las propiedades mecánicas y la ligereza del FRP.
Además, los ejemplos de láminas de fibras de refuerzo incluyen: un material unidireccional (material base UD) en el que una pluralidad de fibras de refuerzo están dispuestas unidireccionalmente en forma plana; y un material textil de fibras de refuerzo formado disponiendo fibras de refuerzo de forma multiaxial o aleatoria en una lámina. Ejemplos específicos de los mismos incluyen no sólo materiales textiles tejidos, materiales textiles tricotados y similares, sino también fibras de refuerzo dispuestas bidimensional y multiaxialmente y fibras de refuerzo orientadas aleatoriamente tales como materiales textiles no tejidos, esteras y papel. En este caso, la fibra de refuerzo puede formarse dando como resultado una lámina utilizando un método tal como suministro de aglutinante, entrelazado, soldadura o fusión. Los ejemplos de materiales textiles tejidos que se pueden usar incluyen no solo estructuras de material textil básicas tales como ligamentos tafetán, sarga, satén y materiales textiles no rizados, sino también estructuras al bies, ligamento de gasa de vuelta, materiales textiles tejidos multiaxialmente, materiales textiles multitejidos y similares. En un material textil tejido formado combinando una estructura al bies y una estructura UD, no solo la estructura UD, es decir, una estructura en la que las fibras de refuerzo están dispuestas unidireccionalmente en forma plana, inhibe que el material textil tejido se deforme por una tensión en un procedimiento de recubrimiento/impregnación, sino también la estructura de empuje también causa cuasiisotropía y, por lo tanto, es una forma preferible. Además, un material textil multitejido es ventajoso porque la cara superior y/o la cara inferior del material textil y la estructura y propiedades del interior del material textil se pueden diseñar por separado. Un material textil tricotado preferible es el material textil tricotado por urdimbre teniendo en cuenta la estabilidad de la forma en el procedimiento de recubrimiento/impregnación, y también es posible utilizar una trenza que es un material textil tricotado circular.
Entre estos, se usa preferiblemente un material base UD en los casos en los que se prioriza la propiedad mecánica del FRP, y se puede producir un material base UD mediante un método conocido de disposición de fibras de refuerzo unidireccionalmente en forma de lámina.
A este respecto, también en los casos en los que la lámina de fibra de refuerzo es un material textil de fibra de refuerzo, se puede aplicar el mismo procedimiento después de que se forme la lámina de fibra de refuerzo 2 como en la figura 1. En los casos en los que se utiliza un material textil de fibra de refuerzo, solo es necesario cambiar la sección de fileta por un dispositivo para desenrollar un material textil de fibra de refuerzo.
Una resina de matriz a utilizar para un preimpregnado en la presente invención se puede seleccionar adecuadamente según la aplicación y generalmente contiene una resina termoplástica o una resina termoendurecible. Además, la resina de matriz puede ser una resina fundida mediante calentamiento o una resina de matriz que sea líquida a temperatura ambiente. Además, la resina de matriz se puede formar en una disolución o barniz usando un disolvente.
Los ejemplos de resinas de matriz que se pueden usar incluyen resinas de matriz generalmente utilizadas para FRP, tal como resinas termoplásticas, resinas termoendurecibles y resinas fotocurables. Si se trata de líquidos a temperatura ambiente se podrán utilizar directamente. Si son sólidos o líquidos viscosos a temperatura ambiente, se pueden calentar para disminuir la viscosidad, se pueden fundir para usarlos como masa fundida o se pueden disolver en un disolvente para usarlo como disolución o barniz.
Los ejemplos de resinas termoplásticas que pueden usarse incluyen polímeros que tienen, en la cadena principal, un enlace seleccionado de un enlace de carbono-carbono, un enlace de amida, un enlace de imida, un enlace de éster, un enlace de éter, un enlace de carbonato, un enlace de uretano, un enlace de urea, un enlace de tioéter, un enlace de sulfona, un enlace de imidazol y un enlace de carbonilo. Ejemplos específicos incluyen poliacrilato, poliolefina, poliamida (PA), aramida, poliéster, policarbonato (PC), poli(sulfuro de fenileno) (PPS), polibencimidazol (PBI), poliimida (PI), polieterimida (PEI), polisulfona (PSU), polietersulfona (PES), polietercetona (PEK), polieteretercetona (PEEK), polietercetonacetona (PEKK), poliariletercetona (PAEK), poliamidaimida (PAI) y similares. En campos que requieren resistencia al calor, tales como aplicaciones aeronáuticas, son adecuados PPS, PES, PI, PEI, PSU, PEE<k>, PEKK, PEAK y similares. Por otra parte, en aplicaciones industriales y automotrices, son adecuados PA, poliéster, PPS, una poliolefina tal como polipropileno (PP) y similares para aumentar la eficiencia del moldeo. Estos pueden ser polímeros, o se pueden usar oligómeros o monómeros, debido a la baja viscosidad y baja temperatura del recubrimiento. No hace falta decir que se pueden copolimerizar según el propósito, o se pueden mezclar varios tipos para usarlos como mezclas/aleaciones de polímeros.
Los ejemplos de resinas termoendurecibles incluyen resinas epoxídicas, resinas de maleimida, resinas de poliimida, resinas que tienen un terminal de acetileno, resinas que tienen un terminal de vinilo, resinas que tienen un terminal de alilo, resinas que tienen un terminal de ácido nádico y resinas que tienen un terminal de éster de cianato. Estos pueden usarse generalmente en combinación con un endurecedor o un catalizador de curado. Además, estas resinas termoendurecibles pueden usarse adecuadamente en mezcla.
Como resinas termoendurecibles adecuadas para la presente invención, las resinas epoxídicas se usan adecuadamente ya que las resinas epoxídicas tienen una excelente resistencia al calor, resistencia química y propiedades mecánicas. En particular, son preferibles las aminas, los fenoles y las resinas epoxídicas cuyo precursor es un compuesto que tiene un doble enlace carbono-carbono. Los ejemplos específicos incluyen, pero no se limitan a: resinas epoxídicas cuyos precursores son aminas, tales como diversos isómeros de tetraglicidil diaminodifenilmetano, triglicidil-p-aminofenol, triglicidil-m-aminofenol y triglicidilaminocresol; resinas epoxídicas cuyos precursores son fenoles, tales como resinas epoxídicas de bisfenol A, resinas epoxídicas de bisfenol F, resinas epoxídicas de bisfenol S, resinas epoxi-novolacas de fenol y resinas epoxi-novolacas de cresol; resinas epoxídicas cuyos precursores son compuestos que tienen un doble enlace carbono-carbono, tales como resinas epoxídicas alicíclicas; y similares. También se usan resinas epoxídicas bromadas resultantes de la bromación de estas resinas epoxídicas. Las resinas epoxídicas cuyos precursores son aminas aromáticas tipificadas por tetraglicidil diaminodifenilmetano son las más adecuadas para la presente invención ya que las resinas epoxídicas tienen una buena resistencia al calor y una buena adhesividad a las fibras de refuerzo.
Las resinas termoendurecibles se usan preferiblemente en combinación con endurecedores. Por ejemplo, para resinas epoxídicas, puede usarse un endurecedor si el endurecedor es un compuesto que tiene un grupo activo capaz de reaccionar con un grupo epoxi. Preferiblemente, son adecuados los compuestos que tienen un grupo amino, un grupo anhídrido de ácido o un grupo azido. Específicamente, son adecuados diversos isómeros de dicianodiamida y diaminodifenilsulfona, y tipos de ésteres de ácido aminobencílico. Según la descripción específica, la diciandiamida proporciona una excelente estabilidad de almacenamiento del preimpregnado y, por consiguiente, se usa con preferencia. Además, diversos isómeros de diaminodifenilsulfona proporcionan objetos curados que tienen una resistencia al calor favorable y, por consiguiente, son los más adecuados para la presente invención. Como tipos de éster de ácido aminobencínico, se usan preferiblemente di-p-aminobenzoato de trimetilenglicol y di-p-aminobenzoato de neopentilglicol y tienen una menor resistencia al calor, pero tienen una excelente resistencia a la tracción, en comparación con la diaminodifenilsulfona y, por consiguiente, se usan selectivamente según la solicitud. Huelga decir que también puede usarse un catalizador de curado, si es necesario. Además, pueden usarse juntos un endurecedor o un catalizador de curado y un agente complejante capaz de formar un complejo, con vistas a mejorar la vida útil de un líquido de recubrimiento.
En la presente invención, también se utiliza adecuadamente una mezcla de una resina termoendurecible y una resina termoplástica. Una mezcla de una resina termoestable y una resina termoplástica proporciona mejores resultados que una resina termoestable utilizada sola. Esto se debe a que una resina termoestable y una resina termoplástica tienen características antinómicas: es decir, una resina termoestable es generalmente desventajosamente frágil, pero puede moldearse a baja presión en una autoclave y, por el contrario, una resina termoplástica es generalmente ventajosamente resistente pero difícil de moldear a baja presión en una autoclave y, en consecuencia, usarlos en una mezcla puede lograr un equilibrio entre propiedades y moldeabilidad. Dicha mezcla a utilizar contiene preferiblemente más del 50 % en masa de resina termoendurecible, desde el punto de vista de la propiedad mecánica del FRP obtenido curando el preimpregnado.
Además, en la presente invención se permite que un preimpregnado contenga partículas poliméricas tales como las partículas de refuerzo de capas intermedias mencionadas antes, y generalmente se hace que dichas partículas poliméricas estén contenidas en una resina de matriz. En este caso, la temperatura de transición vítrea (Tg) o la temperatura de fusión (Tm) de las partículas de polímero que es 20 °C o más mayor que la temperatura de un líquido de recubrimiento hace que sea más fácil retener la forma de la partícula de polímero en la resina de matriz, y en consecuencia es preferible. La Tg de partículas de polímero se puede medir en las siguientes condiciones utilizando un DSC de temperatura modulada. Como dispositivo de DSC con temperatura modulada, es adecuado el Q1000 fabricado por TA Instruments, Inc., y puede usarse sobre la base de la calibración realizada con indio de alta pureza bajo una atmósfera de nitrógeno. Las condiciones de medición pueden basarse en una velocidad de rampa de temperatura de 2 °C/minuto, y la condición de modulación de temperatura puede basarse en un ciclo de 60 segundos y una amplitud de 1 °C. Los componentes reversibles se separan del flujo de calor total obtenido en estas condiciones, y la temperatura en el punto medio de la señal de paso puede considerarse como Tg.
Además, la Tm se puede medir usando un DSC común a una velocidad de rampa de temperatura de 10 °C/minuto, y la temperatura en la parte superior del pico de la señal en forma de pico correspondiente a la fusión se considera como Tm.
Además, las partículas de polímero son preferiblemente insolubles en una resina de matriz, y como tales partículas de polímero, se pueden usar las adecuadas que se describen en, por ejemplo, en el documento WO2009/142231 como referencia. Más específicamente, se pueden usar preferiblemente poliamidas y poliimidas, y las más preferibles son las poliamidas que tienen una tenacidad excelente y, en consecuencia, pueden mejorar significativamente la resistencia al impacto. Los ejemplos de poliamidas que pueden usarse adecuadamente incluyen poliamida 12, poliamida 11, poliamida 6, poliamida 66, copolímeros de poliamida 6/12 y una poliamida modificada para tener una semi IPN (estructura de red macromolecular penetrante entre sí) con un compuesto epoxi (poliamida semi IPN) descrito en el Ejemplo 1 del documento JP01-104624A. En cuanto a la forma de esta partícula de resina termoplástica, la partícula puede ser una partícula esférica, una partícula no esférica o una partícula porosa, y la forma esférica es particularmente preferible en el método de producción según la presente invención para no disminuir la cantidad de resina. propiedad de flujo. Además, la forma esférica es un aspecto preferible porque la forma esférica no tiene un punto de partida para la concentración de tensiones y proporciona una alta resistencia al impacto.
Los ejemplos de partículas de poliamida disponibles comercialmente que se pueden usar incluyen SP-500, SP-10, TR-1, TR-2, 842P-48, 842P-80 (todas ellas fabricadas por Toray Industries, Inc.), “Orgasol (marca registrada)” 1002D, 2001UD, 2001EXD, 2002D, 3202D, 3501D, 3502D (todos fabricados por Arkema KK), “Grilamid (marca registrada)” TR90 (fabricado por Emser Werke, Inc.), “TROGAMID (marca registrada) )” CX7323, CX9701, CX9704 (fabricados por Degussa AG) y similares. Estas partículas de poliamida se pueden usar solas o en combinación de dos o más tipos de las mismas.
Además, las partículas de polímero se retienen preferiblemente en la capa de resina intermedia de CFRP para impartir alta tenacidad a la capa de resina intermedia. Para ello, el tamaño de partícula promedio en número de las partículas de polímero está preferiblemente en el intervalo de 5 a 50 μm, más preferiblemente en el intervalo de 7 a 40 μm, aún más preferiblemente en el intervalo de 10 a 30 μm. Tener un tamaño de partícula promedio en número de 5 μm o más hace posible que las partículas no entren en el haz de fibras de refuerzo, sino que sean retenidas en la capa de resina intermedia del material compuesto reforzado con fibras obtenido. Tener un tamaño de partícula promedio en número de 50 μm o menos hace posible que el espesor de la capa de resina de matriz sobre la superficie del preimpregnado sea adecuado y, eventualmente, que el contenido de masa de fibra en el CFRP obtenido sea adecuado.
La anchura de un preimpregnado en la presente invención no se limita a uno en particular, y la anchura puede ser amplia, de decenas de centímetros a aproximadamente dos metros, o puede tener forma de cinta, de varios milímetros a decenas de milímetros. La anchura se puede seleccionar según la aplicación. En los últimos años, se ha utilizado ampliamente un dispositivo llamado ATL (disposición de conta automatizada) o AFP (colocación de fibra automatizada) en el que se laminan automáticamente preimpregnados estrechos o cintas preimpregnadas para hacer más eficiente una etapa de laminación de preimpregnados, y la anchura también se adapta preferiblemente a tal dispositivo. La ATL a menudo implica el uso de preimpregnados estrechos que tienen una anchura de aproximadamente 7,5 cm, aproximadamente 15 cm y aproximadamente 30 cm, y la AFP a menudo implica el uso de cintas preimpregnados que tienen una anchura de aproximadamente 3 mm a aproximadamente 25 mm.
Además, la figura 2 representa otro aspecto preferible del presente método de producción. Las fibras de refuerzo 414 se retiran de las bobinas de fibra de refuerzo 412 montadas en la fileta 411, pasan por las guías desviadoras 413 y se forman en una lámina de fibras de refuerzo 416 mediante un dispositivo de disposición de fibras de refuerzo 415. La figura 2 muestra tres bobinas de fibra de refuerzo, pero el número real requerido de bobinas a montar se determina según el propósito. La lámina de fibra de refuerzo 416 se introduce hacia arriba a través de un rodillo desviador 419, luego se transporta verticalmente hacia abajo a través de rodillos desviadores 419 y se precalienta mediante un dispositivo de precalentamiento 420 hasta una temperatura igual o mayor que la temperatura de una resina de matriz almacenada en una sección de recubrimiento. Luego, la lámina se reviste y se impregna con la resina de matriz en la sección de recubrimiento 430, haciendo así posible formar un preimpregnado 471. El preimpregnado 471 se lamina, sobre un rodillo desviador 441, con una lámina de liberación 446 desenrollada de un dispositivo de suministro de lámina de liberación (superior) 442, y recogida por rodillos 449 dispuestos en forma de S de alta tensión, que son un dispositivo de recogida de alta tensión. Al mismo tiempo, el preimpregnado resultante se lamina, en rodillos dispuestos en forma de S de alta tensión 449, con una lámina de liberación desenrollada desde un dispositivo de suministro de lámina de liberación (inferior) 443, de modo que las láminas de liberación están dispuestas en las caras superior e inferior del preimpregnado. Luego, el preimpregnado resultante se suministra a un dispositivo de impregnación adicional 450 y se precalienta mediante placas calientes 451, seguido del avance de la impregnación utilizando rodillos de presión calentados 452. Luego, el preimpregnado resultante se enfría mediante un dispositivo de enfriamiento 461 y luego pasa a través de un dispositivo de recogida 462. La lámina de liberación superior se despega y la lámina de preimpregnado/liberación se enrolla en forma de rollo mediante una bobinadora 464. La lámina de liberación superior es enrollada por el dispositivo de enrollado (superior) de la lámina de liberación 463.
A continuación, se describirán con mayor detalle aspectos preferibles detallados del presente método de producción.
<Formación del material base UD>
En los casos en los que se usa un material base UD como lámina de fibra de refuerzo, un método usado para formar un material base UD puede ser un método conocido y no se limita a ninguno en particular, y es preferible, desde los puntos de vista de la eficiencia del procedimiento y uniformidad de disposición, para disponer preliminarmente fibras individuales para formar un haz de fibras de refuerzo, seguido de la disposición adicional del haz de fibras de refuerzo para formar un material base UD. Por ejemplo, en el caso de fibra de carbono, un “estopa” que es un haz de fibras de refuerzo en forma de cinta se enrolla en una bobina, y se puede obtener una lámina de fibras de refuerzo disponiendo el haz de fibras de refuerzo en forma de cinta retirado de la bobina. Además, es preferible tener un mecanismo de disposición de fibras de refuerzo para disponer ordenadamente los haces de fibras de refuerzo retirados de las bobinas encajadas en las filetas de modo que no pueda haber superposiciones ni dobleces indeseables en los haces de fibras de refuerzo en la lámina de fibras de refuerzo y que no se partan entre los haces de fibras de refuerzo. Como mecanismo de disposición de fibras de refuerzo, se puede utilizar un rodillo conocido, un dispositivo de disposición de tipo peine o similar. Además, colocar en capas una pluralidad de láminas de fibras de refuerzo dispuestas preliminarmente es útil desde el punto de vista de disminuir las divisiones entre las fibras de refuerzo. A este respecto, las filetas están preferiblemente provistas de un mecanismo de control de tensión que se activa cuando se retiran las fibras de refuerzo. Como mecanismo de control de tensión, se puede utilizar uno conocido, y ejemplos del mismo incluyen un mecanismo de frenado. Además, la tensión también se puede controlar, por ejemplo, ajustando una guía de hilo.
<Suavizado de lámina de fibra de refuerzo>
En el método de producción mencionado anteriormente, aumentar la suavidad de la superficie de la lámina de fibra de refuerzo puede mejorar la uniformidad de la cantidad de resina de matriz aplicada en la sección de recubrimiento. Por este motivo, la lámina de fibras de refuerzo se introduce preferiblemente en la sección de recubrimiento después de su alisado. El método de tratamiento de alisado no se limita a uno en particular, y los ejemplos del mismo incluyen un método en el que se aplica presión física usando rodillos opuestos o similares y un método en el que las fibras de refuerzo se mueven usando un flujo de aire. Un método en el que se aplica presión física es fácil y conveniente, es menos probable que perturbe la disposición de las fibras de refuerzo y, en consecuencia, es preferible. Más específicamente, se puede utilizar calandrado o similar. El método en el que se utiliza flujo de aire no sólo es menos probable que cause abrasión, sino que también tiene el efecto de ensanchar una lámina de fibra de refuerzo y, en consecuencia, es preferible. Se puede instalar un dispositivo de alisado entre el dispositivo de disposición de fibras de refuerzo 415 y el dispositivo de precalentamiento 420, por ejemplo, en la figura 2.
<Ensanchamiento de la lámina de fibra de refuerzo>
En el método de producción mencionado anteriormente, también es preferible, desde el punto de vista de permitir que se produzca eficientemente un preimpregnado de capa delgada, que la lámina de fibra de refuerzo se introduzca en la mezcla de líquido después de que se trate para ensanchar el haz de fibras. Además, hacer que el preimpregnado de capa fina sea multicapa hace posible hacer que la capa de preimpregnado sea más delgada y mejorar la tenacidad y la resistencia al impacto del FRP. El método de tratamiento de ensanchamiento del haz de fibras no se limita a uno en particular, y los ejemplos del mismo incluyen un método en el que se aplica vibración mecánicamente, un método en el que el haz de fibras de refuerzo se expande usando flujo de aire, y similares. Los ejemplos de métodos en los que la vibración se aplica mecánicamente incluyen un método en el que una lámina de fibra de refuerzo se pone en contacto con rodillos vibratorios, como se describe, por ejemplo, en el documento JP 2015-22799 A. En cuanto a la dirección de vibración, la vibración se aplica preferiblemente en la dirección del eje Y (dirección horizontal) o en la dirección del eje Z (dirección vertical), suponiendo que la dirección de desplazamiento de la lámina de fibra de refuerzo es el eje X. También es preferible utilizar una combinación de rodillos que vibran horizontalmente y rodillos que vibran verticalmente. Además, proporcionar una pluralidad de proyecciones en la superficie del rodillo vibratorio hace posible suprimir la abrasión de la fibra de refuerzo en el rodillo y, en consecuencia, es preferible. Como método en el que se utiliza flujo de aire, por ejemplo, se puede usar un método descrito en SEN-I GAKKAISHI, vol. 64, P-262-267 (2008). Se puede instalar un dispositivo de ensanchamiento entre el dispositivo de disposición de fibras de refuerzo 415 y el dispositivo de precalentamiento 420, por ejemplo, en la figura 2.
<Precalentamiento de la lámina de fibra de refuerzo>
En la presente invención, introducir la lámina de fibra de refuerzo en la mezcla de líquido después de calentar la lámina suprime una disminución en la temperatura de la resina de matriz y mejora la uniformidad de la viscosidad del líquido de recubrimiento y, en consecuencia, es preferible. La lámina de fibra de refuerzo se calienta preferiblemente hasta, o cerca de, la temperatura de la resina de matriz en la mezcla de líquido, y ejemplos de diversos medios de calentamiento que pueden usarse para este propósito incluyen calentamiento de aire, calentamiento por infrarrojos, calentamiento por infrarrojos. calentamiento, calentamiento por láser, calentamiento por contacto, calentamiento por medio térmico (vapor) y similares. Entre otros, un dispositivo de calentamiento por infrarrojos es fácil y conveniente y puede calentar directamente la lámina de fibra de refuerzo y, en consecuencia, puede lograr un calentamiento eficiente hasta una temperatura deseada incluso a una velocidad de desplazamiento alta, y es preferible.
<Viscosidad de la resina de matriz>
Una resina de matriz utilizada en la presente invención tiene preferiblemente una viscosidad óptima seleccionada desde el punto de vista de procesabilidad y estabilidad. Específicamente, es preferible tener una viscosidad en el intervalo de 1 a 60 Pas porque dicha viscosidad hace posible que se suprima el goteo del líquido en la salida de la sección estrechada y que se mantengan las propiedades de desplazamiento a alta velocidad y se mejoran las propiedades de desplazamiento estable de la lámina de fibra de refuerzo. Como se usa en este documento, una viscosidad se refiere a un valor medido a una velocidad de deformación de 3,14 s-1 a una temperatura del líquido de recubrimiento en el depósito de líquido.
<Etapa de recubrimiento>
A continuación, con referencia a las figuras 3 a 6, se describirá en detalle una etapa de proporcionar la lámina de fibra de refuerzo con la resina de matriz. Aquí, un material base UD se ejemplifica como una lámina de fibras de refuerzo 2, y las fibras de refuerzo están dispuestas en la dirección profunda de la página. La figura 3 es una vista en sección transversal detallada ampliada de la sección de recubrimiento 20 de la figura 1. La sección de recubrimiento 20 tiene elementos constituyentes de pared 21a y 21b que están opuestos entre sí con un espacio predeterminado D entre ellos. Entre los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b, un depósito de líquido 22 cuya área en sección transversal disminuye continuamente en la dirección vertical hacia abajo Z y una sección estrechada en forma de hendidura 23 situada debajo del depósito de líquido 22 (en el lado de descarga de la lámina de fibra de refuerzo 2) y que tienen un área en sección transversal menor que el área en sección transversal del lado superior del depósito de líquido 22 (el lado de introducción de la lámina de fibra de refuerzo 2). Además, se proporcionan mecanismos de aplicación de fuerza externa 50a y 50b en el exterior de los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b.
En la sección de recubrimiento 20, la lámina de fibras de refuerzo 2 introducida en el depósito de líquido 22 discurre hacia abajo y, al mismo tiempo, va acompañada de la resina de matriz 4 que rodea la lámina de fibras de refuerzo. Durante esto, la resina de matriz 4 que la acompaña se comprime gradualmente y la presión de la resina de matriz 4 aumenta hacia la porción inferior del depósito de líquido 22, porque el área de la sección transversal del depósito de líquido 22 disminuye en la dirección Z verticalmente hacia abajo. Cuando la presión en la porción inferior del depósito de líquido 22 aumenta, es más difícil que el flujo de líquido que lo acompaña fluya más hacia la porción inferior, y la resina de matriz 4 fluye hacia los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b en las regiones intercaladas entre la lámina de fibra de refuerzo 2 y los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b, y luego impedido por los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b, dando como resultado un flujo hacia arriba. Como resultado, se forma una corriente circular T a lo largo del plano externo de la lámina de fibra de refuerzo 2 y las superficies de pared de los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b en el depósito de líquido 22. Por lo tanto, incluso si la lámina de fibra de refuerzo 2 introduce pelusa en el depósito de líquido 22, la pelusa se mueve a lo largo de la corriente circular T, y no puede acercarse a la porción inferior del depósito de líquido 22, donde la presión del líquido es mayor, o a la sección estrechada 23. Además, como se menciona más adelante, las burbujas se adhieren a la pelusa y, en consecuencia, la pelusa se mueve hacia arriba a lo largo de la corriente circular y pasa cerca de la superficie del líquido en la parte superior del depósito de líquido 22. Esto también hace posible no sólo que se evite que la pelusa obstruya la porción inferior del depósito de líquido 22 y la sección estrechada 23, sino también que la pelusa retenida se recoja fácilmente a través de la superficie del líquido en la parte superior del depósito de líquido 22. Además, cuando la lámina de fibra de refuerzo 2 se hace funcionar a alta velocidad, la presión del líquido aumenta aún más y, en consecuencia, el efecto de eliminación de pelusa se vuelve mayor. Como resultado, esto hace posible proporcionar a la lámina de fibra de refuerzo 2 la resina de matriz 4 a una velocidad mayor y mejora significativamente la productividad.
Además, el aumento de la presión del líquido tiene el efecto de facilitar la impregnación de la lámina de fibras de refuerzo 2 con la resina de matriz 4. Esto se basa en la propiedad (ley de Darcy), según la cual el grado de impregnación de un objeto poroso, como por ejemplo un haz de fibras de refuerzo, con un líquido de recubrimiento aumenta debido a la presión del líquido de recubrimiento. Esto también puede mejorar el efecto de impregnación porque hacer desplazar la lámina de fibra de refuerzo 2 a una velocidad más alta aumenta aún más la presión del líquido. A este respecto, la resina de matriz 4 se impregna mediante sustitución gas-líquido con burbujas que quedan en la lámina de fibra de refuerzo 2, y las burbujas se descargan a través de las divisiones en la lámina de fibra de refuerzo 2 mediante la presión del líquido y la fuerza ascendente en la dirección de orientación (en dirección vertical hacia arriba) de las fibras. Aquí, las burbujas se descargan sin empujar hacia afuera la resina de matriz 4 entrante para la impregnación y, en consecuencia, también tiene el efecto de no inhibir la impregnación. Además, parte de las burbujas se descargan fuera de la superficie de la lámina de fibra de refuerzo 2 hacia el líquido, y las burbujas se eliminan rápidamente en dirección vertical hacia arriba mediante la presión del líquido y la fuerza ascendente y, en consecuencia, no se retienen en esa porción de líquido inferior del depósito de líquido 22 que tiene un alto efecto de impregnación, por lo que también se logra el efecto de promover la descarga de las burbujas de manera eficiente. Estos efectos hacen posible impregnar eficazmente la lámina de fibras de refuerzo 2 con la resina de matriz 4.
Además, el aumento de la presión del líquido permite que la lámina de fibra de refuerzo 2 y/o el preimpregnado 3 se alineen automáticamente con el centro del espacio D, y la lámina de fibra de refuerzo 2 y/o el preimpregnado 3 no se desgasten directamente contra las superficies de pared del depósito de líquido 22 y la sección estrechada 23, con lo que aquí también se logra el efecto de suprimir la generación de pelusa. Esto se debe a que, cuando cualquier perturbación externa o similar hace que la lámina de fibra de refuerzo 2 y/o el preimpregnado 3 se acerquen a cualquier lado en el espacio D, la resina de matriz 4 es empujada y comprimida en el espacio más estrecho resultante en el lado al que se acerca y, en consecuencia, la presión del líquido aumenta aún más en el lado de aproximación, empujando la lámina de fibra de refuerzo 2 y/o el preimpregnado 3 de regreso al centro del espacio D.
La sección estrechada 23 está diseñada para tener un área en sección transversal más pequeña que el lado superior del depósito de líquido 22. Como se entiende a partir de la figura 3, el área de la sección transversal más pequeña se debe simplemente al hecho de que la longitud en la dirección perpendicular al pseudoplano de la lámina de fibra de refuerzo 2 es menor, es decir, la distancia entre los elementos es más estrecha. Con esto se pretende lograr el efecto de impregnación y alineación automática mediante el aumento de la presión del líquido en la sección estrechada como se mencionó anteriormente. Además, la forma de la sección transversal de la cara más superior de la sección estrechada 23 se hace preferiblemente para que se ajuste a la forma de la sección transversal de la cara más inferior del depósito de líquido 22, desde el punto de vista de las propiedades de desplazamiento de la lámina de fibra de refuerzo 2 y el control de flujo de la resina de matriz 4, pero, si es necesario, la forma de la sección transversal de la cara superior de la sección estrechada 23 puede hacerse ligeramente más grande.
Además, la cantidad total de resina de matriz 4 aplicada a la lámina de fibra de refuerzo 2 se puede controlar en el espacio D en la sección estrechada 23. Más específicamente, la cantidad total de resina de matriz 4 aplicada a la lámina de fibra de refuerzo 2 es generalmente proporcional al tamaño del espacio D en la sección estrechada 23. Por ejemplo, en los casos en los que se desea que la cantidad total de resina de matriz 4 aplicada a la lámina de fibra de refuerzo 2 sea mayor (se desea que el peso superficial sea mayor), los elementos constituyentes de la pared 21a y 21 b pueden disponerse de tal manera que el espacio D sea más ancho. El espacio D no se limita a ningún método de determinación particular. Por ejemplo, el espacio se puede determinar usando cuñas en forma de placa intercaladas en las partes a través de las cuales no pasa la lámina de fibra de refuerzo 2 entre los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b, o se puede determinar colocando los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b en una etapa de precisión móvil en dirección horizontal en la figura 3 y que controla la posición de la etapa de precisión.
La figura 4 es una vista inferior de la sección de recubrimiento 20, vista en la dirección A de la figura 3. En la sección de recubrimiento 20, se proporcionan elementos de pared lateral 24a y 24b para evitar que la resina de matriz 4 se escape por ambos extremos de la lámina de fibra de refuerzo 2 en la dirección de disposición de las fibras de refuerzo, y la salida 25 de la sección estrechada 23 está formado en el espacio rodeado por los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b y los elementos de pared lateral 24a y 24b. Aquí, la salida 25 tiene forma de hendidura, y la relación de aspecto de la sección transversal (Y/D en la figura 4) se puede establecer según la forma de la lámina de fibra de refuerzo 2 y/o el preimpregnado 3 que es/son desea estar provisto de la resina de matriz 4. En este sentido, el tamaño de Y suele ser igual al tamaño de L (en los casos en los que no se utiliza un mecanismo de regulación de anchura) o L2 (en los casos en que se utiliza un mecanismo de regulación de anchura).
La figura 5 es una vista en sección transversal que representa la estructura del interior de la sección de recubrimiento 20, vista en la dirección B. Aquí, para hacer la vista más fácil de ver, se omite el elemento constituyente de la pared 21b, y, además, la lámina de fibra de refuerzo 2 se representa como si las fibras de refuerzo estuvieran dispuestas con una división entre ellas, pero, en realidad, es preferible disponer las fibras de refuerzo sin división entre ellas, desde el punto de vista del grado del preimpregnado 3 y la propiedad mecánica del FRP.
La figura 6 representa el flujo de la resina de matriz 4 en el espacio libre 26. Cuando el espacio libre 26 es grande, se genera una corriente circular R en el borde de la resina de matriz 4 en la dirección representada. Esta corriente circular R en el borde se convierte en un flujo hacia afuera (Ra) en la porción inferior del depósito de líquido 22 y, en consecuencia, da como resultado el desgarro de la lámina de fibras de refuerzo 2 (provocando la división del haz de fibras de refuerzo en los casos en que las fibras de refuerzo la lámina 2 es un material base UD) o expandir la distancia entre las fibras de refuerzo, y debido a esto, existe la posibilidad de que se provoque una disposición irregular en las fibras de refuerzo en el preimpregnado 3 resultante. Por otro lado, la corriente circular R se convierte en un flujo hacia adentro (Rb) en la porción superior del depósito de líquido 22 y, en consecuencia, la lámina de fibra de refuerzo 2 se comprime en la dirección de la anchura, lo que da como resultado el plegado de los bordes de la lámina de fibra de refuerzo en algunos casos.
En vista de esto, en la presente invención se lleva a cabo una regulación de la anchura para hacer el espacio libre 26 más pequeño, con lo que preferiblemente se suprime la generación de la corriente circular en el borde. Específicamente, la anchura L del depósito de líquido 22, es decir, la distancia L entre los elementos de placa lateral 24a y 24b, se adapta preferiblemente para satisfacer la relación mencionada a continuación con la anchura W de la lámina de fibra de refuerzo medida inmediatamente debajo de la sección estrechada 23.
L ≤ W 10 (mm)
Esto suprime la generación de una corriente circular en el borde y hace posible suprimir la división y el plegado de los bordes de la lámina de fibras de refuerzo 2 y obtener el preimpregnado 3 en el que las fibras de refuerzo están dispuestas uniformemente en toda la anchura (W) del preimpregnado 3 y que es de alto grado y tiene alta estabilidad. Esto puede mejorar no solo el grado y la calidad del preimpregnado, sino también las propiedades mecánicas y la calidad del FRP obtenido usando el preimpregnado. La relación entre L y W es más preferiblemente L ≤ W 2 (mm) y, por lo tanto, se puede suprimir aún más la división y el plegado de los bordes de la lámina de fibra de refuerzo 2.
Además, es preferible hacer ajustes para que el límite inferior de L sea igual o mayor que W - 5 (mm), desde el punto de vista de mejorar la uniformidad de la dimensión en la dirección de la anchura del preimpregnado 3.
A este respecto, esta regulación de la anchura se lleva a cabo preferiblemente al menos en la porción inferior del depósito de líquido 22 (la posición G en la figura 5), desde el punto de vista de suprimir la generación de la corriente circular R en el borde debido a una alta presión de líquido en la porción inferior del depósito de líquido 22. Además, esta regulación de la anchura se lleva a cabo más preferiblemente en toda la región del depósito de líquido 22, por lo que se puede suprimir sustancialmente por completo la generación de la corriente circular R en el borde y, como resultado, la división y el plegado del borde de la lámina de fibra de refuerzo se puede suprimir sustancialmente por completo.
Además, la regulación de la anchura se puede llevar a cabo solo hasta el depósito de líquido 22 si se lleva a cabo sólo desde el punto de vista de suprimir la corriente circular en el borde en el espacio libre 26, pero es preferible llevar a cabo la regulación de la anchura también a la sección estrechada 23 de la misma manera, desde el punto de vista de suprimir la aplicación excesiva de la resina de matriz 4 a los lados del preimpregnado 3.
<Mecanismo de regulación de anchura>
Lo mencionado anteriormente ha descrito un caso en el que los elementos de pared lateral 24a y 24b sirven para el propósito de regular la anchura, pero, como se muestra en la figura 7, también es posible proporcionar mecanismos de regulación de anchura 27a y 27b entre los elementos de pared lateral 24a y 24b y regular la anchura de la lámina de fibra de refuerzo 2 utilizando tales mecanismos. Esto es preferible porque la capacidad de cambiar libremente la anchura regulada por los mecanismos de regulación de ancho hace posible usar una sección de recubrimiento para producir diferentes preimpregnados que tienen diferentes anchuras. Aquí, la relación entre la anchura (W) de la lámina de fibra de refuerzo inmediatamente debajo de la sección estrechada en la figura 7(b) y la anchura (L2) regulada por los mecanismos de regulación de ancho en los extremos inferiores de los mecanismos de regulación de anchura es preferiblemente L2 ≤ W 10 (mm), más preferiblemente L2 ≤ W 2 (mm). Además, es preferible hacer ajustes para que el límite inferior de L2 sea igual o mayor que W - 5 (mm), desde el punto de vista de mejorar la uniformidad de la dimensión en la dirección de la anchura del preimpregnado 3. La forma y el material del mecanismo de regulación de anchura no están limitados a uno particular, y un tipo de casquillo en forma de placa es fácil y conveniente y, en consecuencia, preferible. Por otro lado, la forma desde la porción media hasta la porción inferior del mecanismo de regulación de anchura está preferiblemente en conformidad con la forma interna de la sección de recubrimiento porque tal conformidad puede hacer posible suprimir la retención del líquido de recubrimiento en el líquido se acumula y suprime la degradación del líquido de recubrimiento. En este sentido, el mecanismo de regulación de anchura se inserta preferiblemente en la sección estrecha 23, como se representa en la figura 7(b).
Además, la figura 7 muestra un ejemplo de un casquillo en forma de placa como mecanismo de regulación de anchura, y muestra un ejemplo en el que la porción debajo de la posición J del casquillo en la figura 7(d) se ajusta a la forma cónica del depósito de líquido 22 y en el que la porción se inserta en la sección estrechada 23. La figura 7(b) muestra un ejemplo en el que L2 es constante desde la superficie del líquido hasta la salida, pero la anchura a regular puede variar dependiendo del sitio en la medida en que se cumpla el propósito del mecanismo de regulación de la anchura. El mecanismo de regulación de anchura se puede fijar en la sección de recubrimiento 20 mediante un método arbitrario, y fijar el mecanismo de tipo casquillo en forma de placa en una pluralidad de sitios en la dirección vertical hace posible suprimir la variación de la anchura de regulación debido a la deformación del casquillo en forma de placa causada por una alta presión del líquido. Por ejemplo, usar un soporte para la parte superior e insertar la parte inferior en la sección de recubrimiento hace que sea fácil regular la anchura mediante el mecanismo de regulación de anchura y, en consecuencia, es preferible.
Además, disponer cuñas 28 para sellar los lados externos de los mecanismos de regulación de anchura 27a y 27b en la sección estrechada 23 hace posible evitar que la resina de matriz 4 se filtre a través de las partes a través de las cuales no pasa la lámina de fibra de refuerzo 2 y para determinar con precisión el tamaño del espacio D usando las cuñas 28, y es preferible.
<Forma de depósito de líquido>
Como se describió anteriormente en detalle, es importante en el presente método de producción que permitir que el área de la sección transversal disminuya continuamente en la dirección Z en el depósito de líquido 22 aumente la presión del líquido en la dirección de marcha de la lámina de fibra de refuerzo 2, y aquí, la forma del área de la sección transversal que disminuye continuamente en la dirección de desplazamiento de la lámina de fibra de refuerzo no se limita a una particular siempre que la forma permita que la presión del líquido aumente continuamente en la dirección de desplazamiento. La forma puede ser cónica (lineal) o mostrar una forma curva tal como una forma de trompeta en la vista en sección transversal del depósito de líquido. Además, la porción cuya área en sección transversal disminuye puede ser continua a lo largo de toda la longitud del depósito de líquido, o se permite que contenga una parte cuya área en sección transversal no disminuye o por el contrario aumenta, en la medida en que el objeto y efecto de la presente invención se puede lograr. Esto se describirá en detalle a continuación con referencia a las figuras 8 a 11.
La figura 8 es una vista en sección transversal detallada de la sección de recubrimiento 20b según una realización distinta a la de la figura 3. Aquí, no se incluye ningún mecanismo de aplicación de fuerza externa en el dibujo (como en la figura 9 a la figura 12). La sección de recubrimiento 20b es la misma que la sección de recubrimiento 20 de la figura 3 excepto que los elementos constituyentes de la pared 21c y 21d que constituyen el depósito de líquido 22 tienen una forma diferente. Como en la sección de recubrimiento 20b en la figura 8, el depósito de líquido 22 se puede seccionar en la región 22a cuya área de la sección transversal disminuye continuamente en la dirección vertical hacia abajo Z y la región 22b cuya área de la sección transversal no disminuye. A este respecto, la altura vertical H a lo largo de la cual el área de la sección transversal disminuye continuamente es preferiblemente de 10 mm o más. La altura vertical H a lo largo de la cual el área de la sección transversal disminuye continuamente es más preferiblemente de 50 mm o más. Esto seguramente proporciona una distancia a lo largo de la cual la resina de matriz que acompaña a la lámina de fibra de refuerzo se comprime en la región 22a cuya área en sección transversal del depósito de líquido 22 disminuye continuamente, por lo que la presión del líquido generada en la porción inferior del depósito de líquido 22 puede ser aumentado lo suficiente. En consecuencia, esto hace posible obtener el efecto de permitir que la presión del líquido impida que la pelusa obstruya la sección estrechada 23 y el efecto de permitir que la presión del líquido induzca la impregnación de la lámina de fibra de refuerzo con la resina de matriz.
En los casos en los que, como en la sección de recubrimiento 20 en la figura 3 y la sección de recubrimiento 20b en la figura 8, la región 22a cuya área en sección transversal disminuye continuamente en el depósito de líquido 22 es cónica, cuanto menor es el ángulo de apertura 9 de la conicidad más preferible es, y específicamente, el ángulo es preferiblemente un ángulo agudo (90° o menos). Esto hace posible que se mejore el efecto de comprimir la resina de matriz en la región 22a (porción cónica) cuya área en sección transversal disminuye continuamente en el depósito de líquido 22, y que se haga más fácil obtener una alta presión de líquido.
La figura 9 es una vista en sección transversal detallada de la sección de recubrimiento 20c según una realización distinta a la de la figura 8. La sección de recubrimiento 20c es la misma que la sección de recubrimiento 20b de la figura 8, excepto que los elementos constituyentes de la pared 21e y 21f que constituyen el depósito de líquido 22 forman un cono de dos niveles. De esta manera, la región 22a cuya área en sección transversal del depósito de líquido 22 disminuye continuamente puede estar constituida por una porción cónica múltiple compuesta de dos o más niveles. A este respecto, el ángulo de apertura 9 de la porción cónica más cercana a la sección estrechada 23 es preferiblemente un ángulo agudo, desde el punto de vista de mejorar el efecto de compresión antes mencionado. También en este caso, la altura H de la región 22a a lo largo de la cual el área de la sección transversal del depósito de líquido 22 disminuye continuamente es preferiblemente 10 mm o más. La altura vertical H a lo largo de la cual el área de la sección transversal disminuye continuamente es más preferiblemente de 50 mm o más. Tener una porción cónica de múltiples niveles como región 22a cuya área en sección transversal disminuye continuamente en el depósito de líquido 22, como en la figura 9, hace posible mantener el volumen de la resina de matriz 4 que se puede almacenar en el depósito de líquido 22, y al mismo tiempo, disminuir el ángulo 9 de la porción cónica más cercana a la sección estrechada 23. Esto aumenta la presión del líquido causada en la porción inferior del depósito de líquido 22 y puede mejorar aún más el efecto de eliminación de pelusa y el efecto de impregnación de la resina de matriz 4.
La figura 10 es una vista en sección transversal detallada de la sección de recubrimiento 20d según una realización distinta a la de la figura 8. La sección de recubrimiento 20d es la misma que la sección de recubrimiento 20b de la figura 8 excepto que los elementos constituyentes de la pared 21g y 21h que constituyen el depósito de líquido 22 forman un nivel. De esta manera, permitir que la porción más inferior del depósito de líquido 22 tenga la región 22a cuya área en sección transversal disminuye continuamente hace posible obtener el efecto de aumentar la presión del líquido, donde el efecto es un objeto de la presente invención, y, en consecuencia, la otra parte del depósito de líquido 22 puede incluir una región 22c cuya área en sección transversal disminuye de manera discontinua y repentina. Permitir que el depósito de líquido 22 tenga una forma como la de la figura 10 hace posible que se mantenga la forma de la región 22a cuya área en sección transversal disminuye continuamente y, al mismo tiempo, que la profundidad B del depósito de líquido 22 se amplía para aumentar el volumen de la resina de matriz 4 que se puede almacenar. Como resultado, incluso en los casos en los que la resina de matriz 4 no puede suministrarse continuamente a la sección de recubrimiento 20d, la resina de matriz puede continuar suministrándose a la lámina de fibra de refuerzo durante un largo tiempo, por lo que se puede mejorar la productividad del preimpregnado.
La figura 11 es una vista en sección transversal detallada de la sección de recubrimiento 20e según una realización distinta a la de la figura 8. La sección de recubrimiento 20e es la misma que la sección de recubrimiento 20b de la figura 8 excepto que los elementos constituyentes de la pared 21 i y 21j que constituyen el depósito de líquido 22 tienen forma de trompeta (forma curva). En la sección de recubrimiento 20b en la figura 8, la región 22a cuya área en sección transversal disminuye continuamente en el depósito de líquido 22 es ahusada (lineal), pero, sin limitación a esto, puede tener, por ejemplo, forma de trompeta (forma curva) como en la figura 11. Sin embargo, la porción inferior del depósito de líquido 22 y la porción superior de la sección estrechada 23 están conectadas preferiblemente de manera suave. Esto se debe a que cualquier escalón en el límite entre la porción inferior del depósito de líquido 22 y la porción superior de la sección estrechada 23 hace que la lámina de fibra de refuerzo quede atrapada por el escalón, donde se generará pelusa de manera indeseable. En los casos en los que, de esta manera, la región cuya área en sección transversal disminuye continuamente en el depósito de líquido 22 tiene forma de trompeta, el ángulo de apertura 9*/*/ entre las líneas tangentes virtuales de la región más inferior 22a cuya área en sección transversal disminuye continuamente en el depósito de líquido 22 tiene preferiblemente un ángulo agudo.
En este sentido, la descripción anterior ilustra un ejemplo en el que el área de la sección transversal disminuye suavemente, pero el área de la sección transversal del depósito de líquido en la presente invención no necesariamente necesita disminuir suavemente, en la medida en que el objeto de la presente invención no se ve perjudicada.
La figura 12 es una vista en sección transversal detallada de la sección de recubrimiento 30 según otra realización. A diferencia de las figuras 8 a 11, el depósito de líquido 32 en la figura 12 no contiene una región cuya área en sección transversal disminuye continuamente en la dirección verticalmente hacia abajo Z, pero el depósito de líquido 32 está configurado de tal manera que el área en sección transversal disminuye de manera discontinua y repentina en el límite 33 con la sección estrechada 23. Esto hace que sea más probable que la lámina de fibra de refuerzo o el preimpregnado provoquen obstrucciones, y preferiblemente se evita dicha configuración.
<Uniformización de la cantidad aplicada de resina de matriz>
Como se detalló anteriormente, la cantidad de resina de matriz 4 aplicada a la lámina de fibra de refuerzo 2 depende del espacio D en la sección estrechada 23 y, por lo tanto, es preferible, desde el punto de vista de obtener el preimpregnado 3 que tenga una calidad uniforme, causar el tamaño del espacio D debe ser uniforme en la dirección de la anchura de la lámina de fibra de refuerzo 2. Además, es preferible, desde el punto de vista de producir continuamente el preimpregnado 3 que tenga una calidad uniforme, hacer que el tamaño del espacio D se mantenga uniformemente a lo largo del tiempo mientras la lámina de fibra de refuerzo 2 se está desplazando. Aquí se detallará la causa de la falta de uniformidad generada en el espacio D en la sección estrechada 23.
La figura 13 es una vista inferior de una sección de recubrimiento en una realización distinta a la de la presente invención, es decir, una realización en la que no se utiliza ningún mecanismo de aplicación de fuerza externa, en la que la sección de recubrimiento se ve en la misma dirección que A en la figura 3. Como se representa en la figura 13, la sección de recubrimiento incluye elementos de regulación de anchura 27a y 27b y cuñas 28 de la misma manera que en la figura 7(c), y cada uno de los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b se aprieta con un perno (no mostrado) en las porciones de las cuñas 28 para emparedar las cuñas 28. Aquí, la sección de recubrimiento representada en la figura 13 no incluye ningún mecanismo de aplicación de fuerza externa. Como se detalló anteriormente, el desplazamiento de la lámina de fibra de refuerzo 2 en el presente método de producción provoca una alta presión de líquido en el depósito de líquido 22 y la sección estrechada 23. Cuando esto tiene lugar, la presión del líquido hace que se aplique una fuerza F a los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b que forman la sección estrechada 23 y en la dirección para expandir el espacio D en la sección estrechada 23. La fuerza F actúa sólo sobre la parte a través de la cual pasa la lámina de fibra de refuerzo 2 y, por lo tanto, los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b en la figura 13 se deforman en la dirección para abrir el espacio D en el centro de la lámina de fibra de refuerzo 2 en la dirección de la anchura con las posiciones de perno apretado (las partes de las cuñas 28) actuando cada una como un punto de apoyo y, por lo tanto, provocan que el espacio D en la sección estrechada 23 no sea uniforme en la dirección de la anchura. Como se detalló anteriormente, la cantidad de resina de matriz 4 aplicada a la lámina de fibra de refuerzo 2 depende del tamaño del espacio D y, por lo tanto, el espacio D no uniforme en la dirección de la anchura hace que la cantidad de resina de matriz 4 aplicada a la lámina de fibra de refuerzo 2 no es uniforme en la dirección de la anchura, disminuyendo así la calidad del preimpregnado 3. La cantidad de esta deformación de los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b causada por la presión del líquido es mayor a medida que la viscosidad de la resina de matriz 4 aplicada es mayor, y también a medida que la velocidad de desplazamiento de la lámina de fibra de refuerzo 2 es mayor. Además, si la viscosidad de la resina de matriz 4 cambia con el tiempo mientras la lámina de fibra de refuerzo 2 se está desplazando, el grado de presión del líquido cambia con el tiempo, cambiando así el grado de falta de uniformidad del espacio D con el tiempo y provocando la cantidad de la resina de matriz 4 aplicada a la lámina de fibra de refuerzo 2 cambia en la dirección longitudinal de la lámina de fibra de refuerzo 2 y, como resultado, la calidad del preimpregnado 3 disminuye.
Además, en los casos en los que se utiliza la resina de matriz 4 fundida mediante calentamiento, una diferencia entre la temperatura de los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b y la temperatura de la resina de matriz 4 genera una diferencia de temperatura dentro de los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b, provocando los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b se deformen térmicamente y provocan que el espacio D sea no uniforme en la dirección de la anchura en algunos casos. Además, si la temperatura de la resina de matriz 4 cambia con el tiempo, el grado de deformación térmica cambia con el tiempo y, por lo tanto, el espacio D en la sección estrechada 23 cambia con el tiempo. También en este caso, se hace que la cantidad de resina de matriz 4 aplicada a la lámina de fibra de refuerzo 2 sea desigual en la dirección de la anchura a lo largo del tiempo como se mencionó anteriormente, disminuyendo así la calidad del preimpregnado 3.
Estas cantidades de deformación son mayores cuanto mayor es la anchura de los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b, es decir, cuanto mayor es la anchura de la lámina de fibra de refuerzo 2. Por lo tanto, cuanto mayor sea la anchura de la lámina de fibra de refuerzo 2, más difícil será hacer que el espacio D en la sección estrechada 23 sea uniforme.
A continuación, se detallará la acción de un mecanismo de aplicación de fuerza externa en la presente invención.
La figura 14 es una vista inferior de la sección de recubrimiento en una realización de la presente invención, vista en la dirección A en la figura 3. La sección de recubrimiento de la figura 14 tiene mecanismos de aplicación de fuerza externa 50a y 50b en los centros de los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b en la dirección de la anchura. Los mecanismos de aplicación de fuerza externa 50a y 50b aplican una fuerza externa a los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b en la dirección del espesor de la lámina de fibra de refuerzo 2 (la dirección se representa hacia la lámina de fibra de refuerzo en la figura 14, que es una vista inferior). Los ejemplos de mecanismos de aplicación de fuerza externa 50 incluyen cilindros de aire, servomotores, motores paso a paso, pernos de ajuste (tornillos de fijación), tornillos diferenciales, pernos térmicos y similares, pero no se limitan a ningún mecanismo en particular siempre que dicho mecanismo pueda aplicar una fuerza externa a los elementos constituyentes de la pared 21. La figura 19 es una vista en sección transversal detallada de un ejemplo de un mecanismo de aplicación de fuerza externa 50 de tipo perno de ajuste. El mecanismo de aplicación de fuerza externa 50 en la figura 19 es un mecanismo que permite aplicar una fuerza axial de un perno de ajuste 54 como una fuerza externa a un elemento constituyente de pared 21, en donde la fuerza axial es provocada girando el perno de ajuste 54 que se atornilla en un orificio roscado practicado en una base fija 53 independiente del elemento constituyente de la pared 21. La figura 20 es una vista en sección transversal detallada que representa un ejemplo de un mecanismo de aplicación de fuerza externa 50' de tipo de perno térmico, que es un tipo de actuador térmico. El mecanismo de aplicación de fuerza externa 50' en la figura 20 está compuesto por: un elemento de calentamiento 56 que es un mecanismo para generar un cambio de temperatura; y una varilla 55 que es un elemento cuya longitud cambia en una dirección prevista según el cambio de temperatura. En el dibujo, el elemento de calentamiento 56 está incorporado en la varilla como se muestra mediante las líneas discontinuas en el dibujo. La varilla 55 y el elemento constituyente de la pared 21 están unidos en las posiciones 55A y 55B en la figura 20. El mecanismo de aplicación de fuerza externa 50' en la figura 20 es un mecanismo que permite aplicar una fuerza externa al elemento constituyente de la pared 21, en donde la fuerza externa se provoca calentando la varilla 55 usando un elemento de calentamiento 56 para expandir térmicamente la varilla. 55. Cuando esto tiene lugar, el sitio del elemento constituyente de la pared 21 que está unido en el punto 55A se empuja hacia la izquierda en el punto 55A en el que el elemento constituyente de la pared 21 y la varilla 55 están unidos, de modo que el espacio D con respecto al elemento constituyente de la pared opuesta se puede reducir. Por el contrario, en los casos en los que se aumenta deseablemente el espacio D con respecto al elemento constituyente de la pared opuesta, solo es necesario que la salida del elemento de calentamiento 56 se reduzca para enfriar la varilla 55, o que se use un elemento refrigerador en lugar del elemento de calentamiento 56. La varilla 55 no se limita a ningún material en particular, y ejemplos de materiales que pueden usarse incluyen SUS430 y similares. Además, el elemento de calentamiento 56 no se limita a ningún tipo particular, y los ejemplos de elementos que pueden usarse incluyen calentadores de cartucho, calentadores de funda, calentadores cerámicos y similares. Además, en los casos en los que no se desea que el cambio de temperatura de la varilla 55 provoque un cambio de temperatura en el elemento constituyente de la pared 21, se puede formar un vacío 57 entre el elemento constituyente de la pared 21 y la varilla 55, o un material de aislamiento térmico. 58 se pueden proporcionar entre ellos, si es necesario. De esta manera, el mecanismo de aplicación de fuerza externa 50' en la figura 20 hace posible que la magnitud de la fuerza externa se controle utilizando la expansión térmica o la contracción térmica causada por el cambio de temperatura de la varilla 55.
Aquí, independientemente del tipo, el mecanismo de aplicación de fuerza externa puede montarse en el lado externo del elemento constituyente de la pared 21 como en la figura 19, o puede montarse dentro del elemento constituyente de la pared 21 como en la figura 20.
Incluso cuando el desplazamiento de la lámina de fibra de refuerzo 2 genera una alta presión de líquido en el depósito de líquido 22 y la sección estrechada 23, provocando que se apliquen fuerzas F a los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b en la dirección para expandir el espacio D en la sección estrechada 23, como en la sección de recubrimiento 20a en la figura 14, los mecanismos de aplicación de fuerza externa 50a y 50b hacen posible que las fuerzas externas F' se apliquen en la dirección opuesta a la de las fuerzas F, controlando así la deformación de la elementos constituyentes de la pared 21a y 21b para mantener uniformemente el espacio D en la sección estrechada 23. De la misma manera, incluso cuando una diferencia entre la temperatura de los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b y la temperatura de la resina de matriz 4 provoca una diferencia de temperatura dentro de los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b, los mecanismos de aplicación de fuerza externa 50a y 50b hacen posible que se apliquen fuerzas externas en la dirección para inhibir la deformación térmica debido a la diferencia de temperatura, controlando así la deformación de los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b y manteniendo uniformemente el espacio D en la sección estrechada 23. Como resultado, el espacio D en la sección estrechada 23 se vuelve uniforme en la dirección de la anchura, y la cantidad de resina de matriz 4 aplicada a la lámina de fibra de refuerzo 2 se vuelve uniforme en la dirección de la anchura, haciendo así posible obtener un preimpregnado 3 que tiene calidad uniforme en la dirección de la anchura.
La figura 15 es una vista en sección transversal de una sección de recubrimiento según la invención, en la que la sección de recubrimiento tiene un mecanismo de aplicación de fuerza externa aplicado a la misma. La sección de recubrimiento en la figura 15 incluye dispositivos de medición 51a y 51b que miden el espesor o masa del preimpregnado 3 aguas abajo de la sección de recubrimiento. De esta manera, es preferible que se mida el espesor o masa del preimpregnado 3 que ha sido recubierto, y que el valor medido se use para controlar la magnitud y dirección de una fuerza externa a aplicar mediante los mecanismos de aplicación de fuerza externa 50a y 50b, permitiendo así obtener el preimpregnado 3 recubierto con la resina de matriz 4 de manera uniforme. Más específicamente, por ejemplo, una pluralidad de mecanismos de aplicación de fuerza externa 50 están montados en la dirección a lo ancho del preimpregnado 3 (en la dirección de profundidad de la página de la figura 15), y, además, el espesor o masa del preimpregnado 3 es medido en toda la anchura mientras que los dispositivos de medición 51 se mueven alternativamente en la dirección de la anchura del preimpregnado 3. En una posición en la que el espesor o masa del preimpregnado 3 es mayor que un valor prescrito, la magnitud y dirección de una fuerza externa aplicada a los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b se pueden controlar de manera que los mecanismos de aplicación de fuerza externa 50 puedan disminuir. el espacio D. Esto hace posible que los elementos constituyentes de la pared 21 se deformen para disminuir el espacio D en la posición y disminuir la cantidad de resina de matriz aplicada 4 de modo que el espesor o masa del preimpregnado 3 pueda estar dentro del valor prescrito. Por el contrario, en una posición en la que el espesor o masa del preimpregnado 3 es menor que un valor prescrito, la magnitud y dirección de una fuerza externa aplicada a los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b se pueden controlar de manera que los mecanismos de aplicación de fuerza externa 50 puede aumentar el espacio D. Controlar la magnitud de tal fuerza externa hace que el espacio D en la sección estrechada 23 se vuelva uniforme, y hace que la cantidad de resina de matriz 4 aplicada a la lámina de fibra de refuerzo 2 se vuelva uniforme, haciéndola así posible obtener un preimpregnado 3 que tenga una calidad uniforme.
Aquí, la sección de recubrimiento representada en la figura 15 se muestra como un ejemplo en el que el espesor o masa del preimpregnado 3 se mide en toda la anchura, mientras los dispositivos de medición 51a y 51b se mueven alternativamente en la dirección de la anchura del preimpregnado 3, pero sin limitación a esto, por ejemplo, se pueden montar una pluralidad de dispositivos de medición 51 en la dirección de la anchura del preimpregnado 3 de modo que el espesor o la masa del preimpregnado 3 se puede medir en una pluralidad de posiciones en la dirección de la anchura del preimpregnado 3.
Además, dicha fuerza externa aplicada al elemento constituyente de la pared 21 mediante el mecanismo de aplicación de fuerza externa 50 no se limita a ningún método de control particular. Por ejemplo, el espesor o la masa del preimpregnado 3 puede medirse regularmente mediante el dispositivo de medición 51 para emitir una señal de control de modo que se pueda aplicar una fuerza externa sólo en los casos en los que el valor medido caiga fuera de un intervalo especificado, o el espesor o la masa del preimpregnado 3 siempre puede medirse mediante el dispositivo de medición 51 para controlar y retroalimentar la magnitud de la fuerza externa de modo que el valor medido siempre pueda aproximarse al valor especificado.
Los ejemplos de dispositivos de medición 51a y 51b para medir el espesor y la masa de un preimpregnado incluyen medidores de rayos p, medidores de rayos X y similares, pero no se limitan a ningún dispositivo de medición particular siempre que dicho dispositivo pueda medir el espesor o masa del preimpregnado 3.
La figura 16 es una vista en sección transversal de una sección de recubrimiento según la invención, en la que la sección de recubrimiento tiene un mecanismo de aplicación de fuerza externa aplicado a la misma. La sección de recubrimiento en la figura 16 incluye, además de los mecanismos de aplicación de fuerza externa 50a y 50b, dispositivos de medición 52a y 51b para medir la cantidad de deformación de los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b. También de esta manera, es preferible que se mida la cantidad de deformación de los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b, y que el valor medido se use para controlar la magnitud de una fuerza externa a aplicar por los mecanismos de aplicación de fuerza externa 50a a 50f, permitiendo así hacer uniforme el espacio D en la sección estrechada 23. Más específicamente, por ejemplo, los dispositivos de medición 52a y 52b están montados en las proximidades de los mecanismos de aplicación de fuerza externa 50a y 50b respectivamente, y el tamaño del espacio D se mide preliminarmente y se hace uniforme en la dirección de la anchura antes de que la lámina de fibra de refuerzo 2 esté en marcha. Usando las posiciones así determinadas de los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b como bases, las magnitudes de las fuerzas externas aplicadas por los mecanismos de aplicación de fuerzas externas 50a y 50b pueden controlarse de tal manera que las cantidades de deformación de los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b se vuelven cero respectivamente en las posiciones de los dispositivos de medición 52a y 52b respectivamente mientras la lámina de fibra de refuerzo 2 se está desplazando. Por ejemplo, en los casos en los que la deformación se mide mediante el dispositivo de medición 52a en la dirección en la que el elemento constituyente de la pared 21a se separa de la lámina de fibra de refuerzo 2, la magnitud de la fuerza externa aplicada por el mecanismo de aplicación de fuerza externa 50a puede ser controlado en la dirección para hacer que el elemento constituyente de la pared 21a se acerque a la lámina de fibra de refuerzo 2. Aquí, con fines explicativos, la sección de recubrimiento en la figura 16 se representa de tal manera que los mecanismos de aplicación de fuerza externa 50a y 50b están colocados verticalmente más altos que la sección estrechada 23, pero, desde el punto de vista de controlar el tamaño del espacio D precisamente en la sección estrechada 23, es preferible que los dispositivos de medición 52a y 52b estén montados verticalmente a la misma altura que la sección estrechada 23. Además, los dispositivos de medición 52a y 52b se montan preferiblemente lo más cerca posible de los mecanismos de aplicación de fuerza externa 50a y 50b desde el punto de vista de controlar con precisión las magnitudes de las fuerzas externas aplicadas por los mecanismos de aplicación de fuerza externa 50a y 50b.
Los ejemplos del dispositivo de medición 52 incluyen medidores de desplazamiento por contacto, medidores de desplazamiento por láser sin contacto y similares, pero no se limitan a ningún dispositivo de medición particular siempre que dicho dispositivo de medición pueda medir la cantidad de deformación del elemento constituyente de la pared 21.
La figura 17 es una vista inferior de una sección de recubrimiento según una realización distinta de la figura 14, en la que la sección de recubrimiento tiene un mecanismo de aplicación de fuerza externa aplicado a la misma. Como se representa aquí, montar mecanismos de aplicación de fuerza externa en una pluralidad de posiciones en la dirección de la anchura de la lámina de fibra de refuerzo 2 permite controlar más finamente el espacio D en la dirección de la anchura de la lámina de fibra de refuerzo 2 y, por lo tanto, es preferible. En particular, hacer que la separación (La) entre mecanismos de aplicación de fuerza externa adyacentes sea de 150 mm o menos hace posible controlar el espesor de un preimpregnado de manera más uniforme y, por lo tanto, es preferible. En este caso, las magnitudes de las fuerzas externas necesarias para controlar la deformación de los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b y uniformizar el espacio D en la sección estrechada 23 difieren según las posiciones de los mecanismos de aplicación de fuerza externa 50a a 50f en algunos casos. y, por lo tanto, es más preferible controlar por separado las magnitudes de las fuerzas externas aplicadas por los mecanismos de aplicación de fuerzas externas 50a a 50f.
Además, desde el punto de vista de controlar la deformación de cada uno de los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b para uniformar el espacio D en la sección estrechada 23, es preferible montar un mecanismo de aplicación de fuerza externa 50 en cada uno de los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b opuestos entre sí, y aplicar una fuerza externa a cada uno de los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b. También en este caso, las magnitudes de las fuerzas externas necesarias para controlar la deformación de los elementos constituyentes de la pared y uniformizar el espacio D en la sección estrechada 23 difieren entre los elementos constituyentes de la pared 21a y 21b en algunos casos y, por lo tanto, es más preferible para controlar independientemente la magnitud de la fuerza externa aplicada a cada uno de los mecanismos de aplicación de fuerza externa 50.
Como se mencionó anteriormente, controlar la magnitud de la fuerza externa para controlar la deformación de los elementos constituyentes de la pared 21 de modo que el espacio D en la sección estrechada 23 pueda ser uniforme a lo largo del tiempo en la dirección de la anchura de la lámina de fibra de refuerzo 2 hace posible que la cantidad de resina de matriz 4 aplicada a la lámina de fibra de refuerzo 2 sea uniforme en la dirección transversal y en la dirección de desplazamiento de la lámina de fibra de refuerzo 2, y que se obtenga un preimpregnado 3 que tenga una calidad uniforme en la dirección transversal y en la dirección de desplazamiento.
<Mecanismo de desplazamiento>
Se pueden utilizar adecuadamente rodillos conocidos o similares como mecanismo de desplazamiento para transportar una lámina de fibra de refuerzo y el preimpregnado según la presente invención. En la presente invención, la lámina de fibra de refuerzo se transporta sustancialmente verticalmente hacia abajo y, en consecuencia, los rodillos están dispuestos preferiblemente encima y debajo de la sección de recubrimiento, que está entre los rodillos.
Además, en la presente invención es preferible que la trayectoria de desplazamiento de la lámina de fibras de refuerzo sea lo más lineal posible para suprimir la alteración de la disposición y la formación de pelusas de las fibras de refuerzo. Además, en una etapa de transportar un objeto integrado en forma de lámina que es un laminado de un preimpregnado y una lámina de liberación, es preferible que la trayectoria de desplazamiento del objeto integrado en forma de lámina sea también lo más lineal posible, debido a que una curvatura, en su caso, en la etapa de transporte genera arrugas debido a una diferencia perimetral entre la capa interior y la capa exterior en algunos casos. Desde este punto de vista, los rodillos de presión se utilizan más preferiblemente en la trayectoria de desplazamiento del objeto integrado en forma de lámina.
Se puede determinar adecuadamente cuál de los rodillos dispuestos en forma de S y rodillos de presión se debe utilizar según las condiciones de producción y las características del producto.
<Dispositivo de recogida de alta tensión>
En la presente invención, es preferible que un dispositivo de recogida de alta tensión para retirar el preimpregnado de la sección de recubrimiento esté dispuesto aguas abajo de la sección de recubrimiento en el procedimiento. Esto se debe a que se generan una alta fuerza de fricción y tensión de corte entre la lámina de fibra de refuerzo y la resina de matriz en la sección de recubrimiento y, en consecuencia, es preferible que se genere una alta tensión de absorción aguas abajo en el procedimiento, con el fin de superar la alta fuerza de fricción y la tensión de corte y el esfuerzo cortante y retirar el preimpregnado. Como dispositivo de recogida de alta tensión, se pueden usar rodillos de presión, rodillos dispuestos en forma de S y similares, y, en cualquier caso, mejorar la fuerza de fricción entre los rodillos y el preimpregnado puede evitar el deslizamiento y lograr un desplazamiento estable. Para lograr esto, es preferible disponer un material con un alto coeficiente de fricción sobre la superficie del rodillo, aumentar la presión de compresión o aumentar la presión de presión del preimpregnado contra los rodillos dispuestos en forma de S. Los rodillos dispuestos en forma de S hacen posible controlar más fácilmente la fuerza de fricción basándose en el diámetro del rodillo y la longitud de contacto y, en consecuencia, son más preferibles desde el punto de vista de evitar el deslizamiento.
<Dispositivo de suministro de láminas de liberación y bobinadora>
Se pueden usar adecuadamente un dispositivo de suministro de lámina de liberación y una bobinadora para producir preimpregnados o FRP usando el presente método de producción. Como tal dispositivo, se puede usar cualquier conocido y, en cualquier caso, es preferible desde el punto de vista del desplazamiento estable de la lámina que tal dispositivo incluya un mecanismo para hacer posible alimentar una tensión de desenrollado o enrollado de nuevo a la velocidad de desenrollado o enrollado.
impregnación adicional>
Para realizar ajustes al grado deseado de impregnación, es posible combinar además un medio para mejorar el grado de impregnación usando un dispositivo de impregnación después de aplicar una resina de matriz. Para distinguir este medio de la impregnación en la sección de recubrimiento, un procedimiento de impregnación de este tipo realizado adicionalmente después del recubrimiento se denomina procedimiento de impregnación adicional, y un dispositivo para un procedimiento de impregnación adicional se denomina dispositivo de impregnación adicional. Un dispositivo utilizado como dispositivo de impregnación adicional no se limita a uno en particular, y puede seleccionarse adecuadamente entre los conocidos según el propósito. Por ejemplo, como se describe en los documentos JP2011-132389A y WO2015/060299, la impregnación se puede promover precalentando un laminado de una lámina de fibra de refuerzo y una resina en una placa caliente y ablandando suficientemente la resina sobre el haz de fibras de carbono en forma de lámina, seguido por el uso de un dispositivo para presionar con rodillos de presión que también se calientan. La temperatura de la placa caliente y la temperatura de la superficie del rodillo prensador para el precalentamiento, la presión lineal de los rodillos prensadores y el diámetro y número de los rodillos prensadores se pueden seleccionar adecuadamente para conseguir un grado deseado de impregnación. Alternativamente, también es posible utilizar “rodillos de envoltura en S” como se describe en el documento WO2010/150022, en el que una lámina preimpregnada se extiende en forma de S a través de los rodillos de envoltura en S. En la presente descripción, los “rodillos de envoltura en S” se denominan simplemente “rodillos dispuestos en forma de S”. La figura 2 en el documento WO2010/150022 describe un ejemplo en el que una lámina preimpregnada se extiende en forma de S, pero la longitud de contacto entre la lámina y el rodillo se puede ajustar en forma de U, forma de V o forma de A siempre que se pueda llevar a cabo la impregnación. Además, se pueden agregar rodillos de contacto opuestos en los casos en que se aumenta la presión de impregnación para mejorar el grado de impregnación. Además, como se describe en la figura 4 en el documento WO2015/076981, también es posible intentar aumentar la velocidad de producción de preimpregnado disponiendo una cinta transportadora opuesta a los “rodillos de envoltura en S” y mejorando así la eficiencia de la impregnación. Alternativamente, como se describe en los documentos WO2017/068159, JP2016-203397A, y similares, también es posible mejorar la eficacia de la impregnación sometiendo el preimpregnado a ultrasonidos para calentar el preimpregnado rápidamente antes de la impregnación. Alternativamente, como se describe en el documento JP2017-154330A, también es posible utilizar un dispositivo de impregnación en el que un generador de ultrasonidos haga vibrar varias “cuchillas de compresión”. Alternativamente, como se describe en el documento JP2013-22868A, también es posible plegar un preimpregnado y realizar una impregnación.
impregnación adicional simplificada>
La descripción anterior muestra un ejemplo en el que se aplica un dispositivo de impregnación adicional convencional, pero, en algunos casos, la temperatura del preimpregnado sigue siendo alta inmediatamente debajo de la sección de recubrimiento, y en tales casos, también es posible simplificar y hacer reducir significativamente un dispositivo de impregnación añadiendo una operación de impregnación adicional en una etapa en la que aún no ha transcurrido mucho tiempo después de que el preimpregnado sale de la sección de recubrimiento, omitiendo o simplificando así un dispositivo de calentamiento tal como una placa caliente para calentar el preimpregnado nuevamente. Un dispositivo de impregnación colocado inmediatamente debajo de la sección de recubrimiento se denomina dispositivo de impregnación adicional simplificado. Como dispositivo de impregnación adicional simplificado, se pueden utilizar rodillos de presión calentados y rodillos dispuestos en forma de S calentados. En comparación con un dispositivo de impregnación habitual, permiten no sólo disminuir el diámetro del rodillo, la presión de fraguado y la longitud de contacto entre el preimpregnado y los rodillos, permitiendo así que el dispositivo sea más pequeño, sino también disminuir el consumo de energía y, en consecuencia, son preferibles.
Además, aplicar una lámina de liberación al preimpregnado antes de que el preimpregnado entre en el dispositivo de impregnación adicional simplificado mejora las propiedades de desplazamiento del preimpregnado y, en consecuencia, es preferible.
<Anchura de preimpregnado>
Además, un método para obtener un preimpregnado que tiene una anchura deseada no se limita a uno particular, y se puede usar un método en el que un preimpregnado ancho que tiene una anchura de aproximadamente 1 m a aproximadamente 2 m se corta en preimpregnados estrechos. Alternativamente, para simplificar u omitir la etapa de corte, la anchura de la sección de recubrimiento utilizada en la presente invención se puede ajustar para que tenga la anchura deseada desde el principio. Por ejemplo, en los casos en los que se produce un preimpregnado estrecho que tiene una anchura de 30 cm para ATL, la anchura de la salida de la sección de recubrimiento se puede ajustar según la anchura anterior. Además, para producir este preimpregnado de manera eficiente, es preferible producir un producto que tenga una anchura de 30 cm, y la yuxtaposición de una pluralidad de tales aparatos de producción permite que los preimpregnados se produzcan en una pluralidad de líneas usando los mismos dispositivos de desplazamiento, dispositivos de transporte, varios rodillos y bobinadoras.
Además, se pueden obtener cintas preimpregnadas formando una lámina de fibra de refuerzo a partir de aproximadamente un hilo a tres hilos de haces de fibras de refuerzo en forma de cinta y permitiendo que la lámina de fibra de refuerzo resultante pase a través de la sección de recubrimiento cuya anchura se ajusta para proporcionar una anchura de cinta deseada. Para las cintas preimpregnadas, a menudo se requiere particularmente la precisión de la anchura de la cinta, desde el punto de vista del control del solapamiento transversal entre las cintas. Debido a esto, es preferible controlar más estrictamente la anchura de salida de la sección de recubrimiento y, en este caso, es preferible que L, L2 y W antes mencionados satisfagan la(s) relación(es) de L ≤ W 1 mm y/ o L2 ≤ W 1 mm.
En la presente invención, el grado de impregnación de un líquido de recubrimiento es deseablemente del 10 % o más. En cuanto al grado de impregnación de un líquido de recubrimiento, se puede arrancar un preimpregnado de muestra, de modo que se pueda comprobar visualmente el interior del preimpregnado para ver si el preimpregnado está impregnado. De manera más cuantitativa, el grado de impregnación se puede evaluar, por ejemplo, mediante un método de pelado. La medición del grado de impregnación del líquido de recubrimiento mediante el método de pelado se puede realizar de la siguiente manera. Es decir, se intercala un preimpregnado de muestra entre cintas adhesivas, éstas se despegan y se separan la fibra de refuerzo a la que se ha pegado el líquido de recubrimiento y la fibra de refuerzo a la que no se ha pegado el líquido de recubrimiento. Entonces, la relación entre la masa de la fibra de refuerzo a la que se ha adherido el líquido de recubrimiento y la masa de toda la lámina de fibra de refuerzo que se ha utilizado puede considerarse como un grado de impregnación del líquido de recubrimiento basado en un método de pelado.
<Hendidura>
El método de corte de preimpregnado no se limita a uno en particular, y se puede utilizar un dispositivo de corte conocido. Un preimpregnado se puede cortar después de que el preimpregnado se haya enrollado una vez y se haya montado por separado en un dispositivo de corte o, para obtener eficiencia, se puede disponer una etapa de corte de forma continua después de una etapa de producción del preimpregnado sin enrollar el preimpregnado una sola vez. Además, la etapa de corte puede ser una etapa en la que un preimpregnado de 1 m o más de anchura se corta directamente en preimpregnados que tienen una anchura deseada, o una vez cortado y dividido en preimpregnados estrechos de aproximadamente 30 cm, que luego se cortan nuevamente en preimpregnados que tienen una anchura deseada.
Aquí, en los casos en los que se yuxtaponen la pluralidad de secciones de recubrimiento antes mencionadas para preimpregnados estrechos o cintas preimpregnadas, se pueden suministrar las respectivas láminas de liberación independientes, o se pueden laminar una pluralidad de láminas de preimpregnados sobre una lámina de liberación ancha que se ha suministrado. Los bordes en dirección transversal del preimpregnado así obtenido se pueden cortar y suministrar a un dispositivo ATL o AFP. En este caso, la mayor parte de los bordes que se van a cortar provienen de la lámina de liberación y, en consecuencia, se puede disminuir la cantidad del componente líquido de recubrimiento (el componente de resina en el caso de CFRP) que se adhiere a la cuchilla cortadora de hendiduras, lo que resulta también ventajoso porque el ciclo de limpieza de la cuchilla cortadora de hendiduras puede ampliarse.
<Mecanismo de suministro de resina de matriz>
En el presente método de producción, la resina de matriz se almacena en la sección de recubrimiento, pero es preferible reponer la resina de matriz adecuadamente porque el recubrimiento progresa. El mecanismo para suministrar a la sección de recubrimiento una resina de matriz no se limita a uno particular, y se puede utilizar un dispositivo conocido. Suministrar continuamente a la sección de recubrimiento una resina de matriz hace posible no alterar la superficie del líquido en la parte superior de la sección de recubrimiento y estabilizar el desplazamiento de la lámina de fibra de refuerzo y, en consecuencia, es preferible. Por ejemplo, el líquido de recubrimiento puede suministrarse por su propio peso como fuerza motriz desde un recipiente que almacena el líquido de recubrimiento, o puede suministrarse de forma continua mediante una bomba o similar. Como bomba, se pueden utilizar adecuadamente una bomba de engranajes, una bomba tubular, una bomba de presión y similares según las propiedades del líquido de recubrimiento. Además, en los casos en los que la resina de matriz es sólida a temperatura ambiente, preferiblemente se proporciona un fusor en la parte superior del recipiente de almacenamiento. Además, se puede utilizar una extrusora continua y similares. En cuanto a la cantidad de suministro del líquido de recubrimiento, preferiblemente se proporciona un mecanismo para permitir que el líquido de recubrimiento se suministre continuamente según la cantidad de recubrimiento de modo que el nivel del líquido de recubrimiento en la parte superior de la sección de recubrimiento pueda ser como lo más constante posible. Para ello es concebible, por ejemplo, un mecanismo en el que se controlen el nivel del líquido y el peso de la sección de recubrimiento y se transmitan a un dispositivo de alimentación.
<Monitorización en línea>
Además, preferiblemente se proporciona un mecanismo para permitir que la cantidad de recubrimiento se monitorice en línea con el fin de controlar la cantidad de recubrimiento. El método de seguimiento en línea no se limita a uno en particular, y se puede utilizar uno conocido. Por ejemplo, como dispositivo para medir el espesor, se puede utilizar, por ejemplo, un medidor de rayos p. En este caso, la cantidad de recubrimiento se puede estimar midiendo el espesor de una lámina de fibra de refuerzo y el espesor de un preimpregnado y analizando la diferencia entre los espesores. La cantidad de recubrimiento monitoreada en línea puede retroalimentarse inmediatamente a la sección de recubrimiento y utilizarse para ajustar la temperatura de la sección de recubrimiento y el espacio D en la sección estrechada 23 (ver la figura 3). Naturalmente, el control de la cantidad de recubrimiento se puede utilizar como control de defectos. En cuanto a la posición de medición del espesor, por ejemplo, en la figura 2, el espesor de la lámina de fibra de refuerzo 416 se puede medir en las proximidades del rodillo desviador 419, y el espesor del preimpregnado 471 se puede medir entre la sección de recubrimiento 430 y el rodillo desviador 441. Además, la monitorización de defectos en línea se lleva a cabo preferiblemente utilizando cámaras de infrarrojos, infrarrojos cercanos (análisis de imágenes) y similares.
Ejemplos
A continuación, se describirán ejemplos específicos de realizaciones de la presente invención con referencia a los Ejemplos. Sin embargo, no se considera que la presente invención se limite a los ejemplos mencionados a continuación.
La Tabla 1 tabula los resultados obtenidos al llevar a cabo los experimentos en los que se aplicó una resina fundida como resina de matriz 4 a una lámina de fibra de refuerzo 2 para producir un preimpregnado 3 para CFRP.
En primer lugar, se detallarán las condiciones experimentales comunes.
(1) Aparato de producción de preimpregnados
En cualquiera de los Ejemplos y los Ejemplos Comparativos, se usó un aparato de producción de preimpregnado en la figura 2 (aunque se omite la representación de una sección de suministro de resina), y los elementos constituyentes de la pared usados para la sección de recubrimiento fueron los elementos constituyentes de la pared 21e y 21f conformados como en la figura 9. Se utilizaron bloques de acero inoxidable como elementos constituyentes de la pared y placas de acero inoxidable como elementos de placa lateral. Además, se usaron mecanismos de regulación de anchura 27a y 27b y cuñas 28 para la sección de recubrimiento como se representa en la figura 7, el espacio L2 entre los mecanismos de regulación de anchura 27a y 27b fue de 300 mm, y la cuña 28 tenía un espesor de 0,2 mm. Es decir, la salida de la sección estrechada 23 era una hendidura que tenía una anchura de 300 mm y un espacio de 0,2 mm, y la relación de aspecto era 1500. Cada cuña 28 se apretó con un perno (no mostrado) en la porción de la cuña 28 para quedar intercalada entre los elementos constituyentes de la pared 21. Además, el espacio externo a cada casquillo se cerró en la salida inferior de la sección estrechada de modo que el líquido de recubrimiento no pudiera filtrarse a través de la salida de la sección estrechada. El depósito de líquido tenía forma cónica en dos niveles como se muestra en la figura 9, el ángulo de apertura del cono superior era de 17°, el ángulo de apertura del cono inferior era de 7° y los conos tenían una altura total (es decir, H) de 100 milímetros. Además, el espesor M de cada uno de los elementos constituyentes de la pared 21e y 21f era de 75 mm en su extremo inferior (en el lado de salida). Además, para calentar la resina de matriz, se fijó una placa calentadora a la periferia de cada uno de los elementos constituyentes de la pared 21e y 21f y a los elementos de placa laterales 24a y 24b (aunque la placa calentadora no se muestra), y la temperatura del líquido de recubrimiento (resina de matriz) se mantuvo a 90 °C usando un termopar para realizar una medición de temperatura.
(2) Lámina de fibra de refuerzo
El aparato antes mencionado se usó para producir un preimpregnado para CFRP, usando, como lámina de fibra de refuerzo, un material base UD formado disponiendo fibras de carbono (“TORAYCA” (marca registrada) T800S (24K), fabricado por Toray Industries, Inc.) de 58 bobinas, y usando la composición de resina epoxídica termoendurecible mencionada a continuación como resina de matriz.
(3) Resina de matriz
Esta es una mezcla de una resina epoxídica (una mezcla de una resina epoxídica del tipo amina aromática y una resina epoxídica del tipo bisfenol), un endurecedor (diaminodifenilsulfona) y polietersulfona; que no contiene partículas de polímero. La viscosidad de esta resina epoxídica termoendurecible 1 se midió usando el ARES-G2 fabricado por TA Instruments, Inc. a una frecuencia de medición de 0,5 Hz a una velocidad de rampa de temperatura de 1,5 °C/minuto y se encontró que era de 15 Pas a 90 °C.
(4) Método para producir un preimpregnado
Las fibras de refuerzo extraídas de una pluralidad de bobinas de fibras de refuerzo encajadas en las filetas se formaron en la lámina de fibras de refuerzo en el dispositivo de disposición de fibras de refuerzo, y la lámina de fibras de refuerzo resultante se introdujo una vez hacia arriba mediante los rodillos desviadores 419. Luego, la lámina de fibra de refuerzo se transportó verticalmente hacia abajo mediante un rodillo desviador y se precalentó mediante un dispositivo de precalentamiento hasta una temperatura igual o mayor que la temperatura de una resina de matriz almacenada en una sección de recubrimiento. Luego, se introdujo la lámina de fibra de refuerzo en la sección de recubrimiento, y se recubrió e impregnó con la resina de matriz en la sección de recubrimiento para formar un preimpregnado. La velocidad de desplazamiento de la lámina de fibra de refuerzo que pasa a través de la sección de recubrimiento fue de 20 m/minuto. El preimpregnado se laminó, sobre un rodillo desviador, con una lámina de liberación desenrollada de un dispositivo de suministro de lámina de liberación (superior), y recogida por rodillos dispuestos en forma de S de alta tensión. Al mismo tiempo, se laminó el preimpregnado resultante, sobre rodillos dispuestos en forma de S de alta tensión, con una lámina de liberación desenrollada de un dispositivo de suministro de lámina de liberación (inferior), de modo que las láminas de liberación se dispusieron en ambas caras superior e inferior del preimpregnado. Luego, el preimpregnado resultante se suministró a un dispositivo de impregnación adicional y se precalentó mediante placas calientes, seguido de llevar a cabo un procedimiento de impregnación adicional utilizando rodillos de presión calentados. Luego, el preimpregnado resultante se enfrió mediante un dispositivo de enfriamiento y luego se pasó por un dispositivo de recogida. Se despegó la lámina desprendible superior y la lámina preimpregnada/desprendible se enrolló en forma de rollo mediante una bobinadora.
A continuación, se describirán los métodos de evaluación utilizados en los Ejemplos y los Ejemplos Comparativos.
Cada uno de los métodos de evaluación se llevó a cabo como se menciona a continuación. En cualquiera de los métodos de evaluación, “A”, “B” y “C” se consideraron aceptables y “D” se consideró inaceptable. Aquí, “A” es mejor, “B” está en segundo lugar después de “A” y “C” está en segundo lugar después de “B”.
[Estabilidad de desplazamiento]
Para evaluar la estabilidad de desplazamiento (propiedades de producción continua) de una lámina de fibra de refuerzo en una sección de aplicación de líquido de recubrimiento, la lámina de fibra de refuerzo se hizo funcionar de forma continua durante 60 minutos. Una lámina que no causaba ninguna obstrucción por pelusa ni rotura del hilo se clasificaba como “A”. Se calificó una lámina como “B”, en la que la lámina se hizo funcionar continuamente durante 60 minutos, y no provocó obstrucción de pelusa ni rotura del hilo, pero provocó pelusa que era observable visualmente en el líquido de recubrimiento después de que se desmanteló la sección de recubrimiento de modo que la cara de contacto del líquido del elemento constitutivo de la pared se podía observar visualmente. Una lámina que provocaba obstrucciones por pelusa y rotura del hilo se calificó como “D”.
[Plegado del haz de fibras]
Una lámina de fibra de refuerzo que no presentaba ningún plegado o deformación en los bordes se calificó como “A”; una lámina que ocasionalmente presentaba un pequeño pliegue o deformación en los bordes, pero sin problemas, se clasificaba como “B”; una lámina que presentaba un plegado o deformación problemática de los bordes en un período de 30 minutos o menos durante el desplazamiento continuo de 60 minutos se calificó como “C”; y una lámina que presentaba un plegado o deformación de bordes problemáticos en un período de 30 minutos o más en el desplazamiento continuo de 60 minutos se calificó como “D”.
[Peso superficial en dirección de la anchura]
Se cortó un preimpregnado en la dirección de la anchura (en la dirección perpendicular a la dirección de desplazamiento de la lámina) en una tira, de 25 mm de ancho x 200 mm de largo. Cuando se hizo esto, la dirección longitudinal se hizo igual a la dirección de desplazamiento de la lámina. La masa del líquido de recubrimiento aplicado contenido en la lámina en forma de tira obtenida, es decir, la masa de los componentes distintos de la lámina de fibra de refuerzo, se midió hasta el tercer decimal mediante una balanza electrónica para obtener la masa de la composición de resina. . Esta masa se dividió por el área (0,005 m2) de la tira para obtener el peso superficial del líquido de recubrimiento aplicado por 1 m2 Esta operación se repitió de un extremo al otro del preimpregnado, y se determinaron el valor promedio, valor máximo y valor mínimo de los pesos superficiales de la composición de resina obtenida, excluyendo los de ambos extremos, y se realizó el cálculo “(máximo valor - valor mínimo) / valor medio” se llevó a cabo para determinar la dispersión del peso superficial. Esta operación se llevó a cabo a intervalos de 1 m en la dirección longitudinal tres veces en total, y el valor medio de dispersión del peso superficial determinada en cada operación se consideró como la dispersión del peso superficial del preimpregnado en la dirección transversal. Por ejemplo, a partir de un preimpregnado de 350 mm de anchura se pueden obtener 14 muestras en forma de tira y para determinar los valores se utilizan 12 muestras del mismo, excluyendo dos de ambos extremos. El resultado de más del 20 % fue calificado como “D”; más del 10 % y 20 % o menos como “B”; y 10 % o menos como “A”.
[Ejemplo 1]
En el presente Ejemplo, se produjo un preimpregnado utilizando los mecanismos de aplicación de fuerza externa 50a a 50f por un total de seis unidades, tres cada una en la dirección de la anchura en los elementos constituyentes de la pared 21e y 21f, como se muestra en la figura 18. De estos, los mecanismos de aplicación de fuerza externa 50c y 50d se dispusieron de manera que coincidieran con el centro de los elementos constituyentes de la pared 21e y 21f respectivamente en la dirección de la anchura y el centro de la sección estrechada en la dirección de la anchura, y el espaciado (La) entre mecanismos de aplicación de fuerza externa adyacentes fue de 100 mm. Además, en el presente ejemplo se utilizaron mecanismos de aplicación de fuerza externa 50 de un tipo de perno de ajuste mostrado en la figura 19 como mecanismos de aplicación de fuerza externa 50a a 50f. Además, en las proximidades de los mecanismos de aplicación de fuerza externa 50a a 50f, se montaron medidores de desplazamiento de contacto (calibradores de cuadrante fabricados por Mitutoyo Corporation) como dispositivos de medición 52a a 52f respectivamente para medir la cantidad de deformación de los elementos constituyentes de la pared 21e y 21f. En el presente ejemplo, las posiciones de los elementos constituyentes de la pared 21e y 21f mantenidas antes de tender la lámina de fibra de refuerzo 2 se usaron como punto cero en el medidor de desplazamiento para controlar las magnitudes de las fuerzas externas aplicadas por los mecanismos de aplicación de fuerza externa 50a para 50f, de tal manera que el valor en el medidor de desplazamiento llegó a ser cero mientras la lámina de fibra de refuerzo 2 estaba en funcionamiento. A continuación, el preimpregnado 3 producido se cortó 100 mm en la dirección de desplazamiento, y la muestra recortada se cortó adicionalmente en tres pedazos en la dirección de la anchura para producir tres láminas de preimpregnado, de 100 mm x 100 mm cada una. A continuación, se midió la masa de cada una de las láminas preimpregnadas para calcular la dispersión de la masa en la dirección de la anchura. La dispersión de la masa en la dirección de la anchura fue un valor (%) obtenido dividiendo una diferencia por el promedio de los valores de masa de las tres láminas preimpregnadas, en donde la diferencia se obtiene restando el mínimo del máximo de los valores de masa de las tres láminas preimpregnadas.
Se evaluó la dispersión direccional en anchura de la masa del preimpregnado 3 producido en el presente Ejemplo, con el resultado de que la masa en el centro direccional en anchura era ligeramente mayor que la masa en el extremo direccional en anchura, y que la dispersión direccional en anchura de los valores de masa de las tres láminas de preimpregnado era del 1,0 %.
[Ejemplo Comparativo 1]
Se produjo un preimpregnado 3 de la misma manera que en el Ejemplo 1 excepto que no se usó ningún mecanismo de aplicación de fuerza externa (ver la figura 13). La dispersión en la dirección de la anchura de la masa del preimpregnado 3 producido se evaluó de la misma manera que se describe en el Ejemplo 1 con el resultado de que la masa en el centro en la dirección de la anchura era bastante mayor que la masa en el extremo en la dirección de la anchura, y que la dispersión en la dirección de la anchura de las tres láminas preimpregnadas era del 6,2 %.
[Tabla 1]
Un ejemplo en el que se aplicó un líquido de recubrimiento (resina de matriz) a una lámina de fibra de refuerzo 2 para producir un preimpregnado 3 para CFRP se describe en los Ejemplos 2 a 14 y el Ejemplo Comparativo 2 en el que se utiliza un mecanismo de aplicación de fuerza externa 50' de un perno de tipo térmico representado en la figura 20, y en el Ejemplo Comparativo 3 en el que no se usó ningún mecanismo de aplicación de fuerza externa. Los resultados se listan en las Tablas 2 a 5.
[Ejemplo 2]
La sección de recubrimiento 20c del tipo representado en la figura 9 se usó como sección de recubrimiento, y se usó un aparato configurado como se representa en la figura 2 y que incluye además un medidor de espesor (ver la figura 21; lo mismo en los Ejemplos 3 a 13 y los Ejemplos Comparativos 2 y 3) se utilizaron como aparato para producir un preimpregnado. El depósito de líquido 22 tenía forma cónica (el ángulo de apertura del cono superior era de 17° y el ángulo de apertura del cono inferior era de 7°). Sin embargo, la anchura de la salida de la sección estrechada era de 306 mm. A este respecto, el espacio D en la sección estrechada 23 era de 0,2 mm y, por tanto, la relación de aspecto de la hendidura de salida era 1530. Además, se montaron 15 mecanismos de aplicación de fuerza externa de tipo perno térmico que tenían una estructura representada en la figura 20 a intervalos de 20 mm en cada lado de la sección estrechada, que de este modo quedó intercalada por los mecanismos (ver la figura 18). Se usó una columna que tenía un diámetro de 10 mm y hecha de SUS430 (que tenía una conductividad térmica de 15 W/m°C) como varilla 55 del mecanismo de aplicación de fuerza externa, y se usó un calentador de cartucho como elemento de calentamiento 56.
Se produjo un preimpregnado de la misma manera que se describe en el punto (4) mencionado anteriormente, excepto que el número de haces de hilos de fibras de refuerzo que se retiraron fue 56 en la producción del preimpregnado.
A este respecto, se utilizaron medidores de espesor de rayos p como medidores de espesor 433a y 433b; antes y después del recubrimiento, se midió el espesor usando los medidores de espesor 433b y 433a en paralelo con la producción del preimpregnado; el peso superficial del líquido de recubrimiento aplicado se determinó a partir de la diferencia de espesor; la cantidad de calentamiento (o la cantidad de enfriamiento) generada por un elemento de calentamiento del mecanismo de aplicación de fuerza externa se ajustó según una diferencia del peso superficial objetivo para expandir o contraer la varilla para ajustar el espacio D. Los resultados para algunos tipos de elementos de evaluación para un desplazamiento estable se enumeran en la Tabla 2.
[Ejemplos 3 a 9]
Se produjo y evaluó un preimpregnado de la misma manera que en el Ejemplo 2 excepto que el número de mecanismos de aplicación de fuerza externa y el espacio entre ellos se cambiaron como en la Tabla 2. En cualquier nivel, fue posible tomar una muestra que fue calificada como utilizable o mejor. Los resultados se muestran en la Tabla 2.
[Ejemplo Comparativo 2]
Se produjo y evaluó un preimpregnado de la misma manera que en el Ejemplo 2 excepto que se usó una sección de recubrimiento 30 configurada como se representa en la figura 12. Inmediatamente después de que la lámina comenzara a desplazarse, la lámina de fibra de refuerzo 2 se rompió en la sección de recubrimiento 30 y quedó incapaz de desplazarse. Luego, se desmanteló la sección de recubrimiento 30 y se revisó el interior de la misma, revelando que el límite 33 entre el depósito de líquido 32 y la sección estrechada 23 estaba obstruido con una gran cantidad de pelusa. Los resultados se muestran en la Tabla 3. El depósito de líquido 32 en este ejemplo comparativo no contenía una región cuya área en sección transversal disminuye continuamente en la dirección Z verticalmente hacia abajo, pero el depósito de líquido 32 se configuró de manera que el área en sección transversal disminuye intermitente y repentinamente en el límite 33 con la sección estrechada 23, y se considera que esto provocó que la pelusa se atascara y provocara que se rompiera la lámina de fibra de refuerzo.
[Ejemplo Comparativo 3]
Se produjo y evaluó un preimpregnado de la misma manera que en el Ejemplo 2 excepto que no se utilizó ningún mecanismo de aplicación de fuerza externa. El preimpregnado no tuvo ningún problema con la estabilidad de desplazamiento, pero provocó una gran diferencia en el peso superficial en la dirección de la anchura del preimpregnado. Los resultados se muestran en la Tabla 3.
[Tabla 3]
[Ejemplos 10 a 13]
Se produjo y evaluó un preimpregnado de la misma manera que en el Ejemplo 2 excepto que la anchura de la salida de la sección estrechada se cambió como en la Tabla 4. En cualquier nivel, fue posible tomar una muestra que fue calificada como utilizable o mejor. Los resultados se muestran en la Tabla 4.
[Ejemplo 14]
Se produjo y evaluó un preimpregnado de la misma manera que en el Ejemplo 2, excepto que se utilizó un aparato configurado como se representa en la figura 2, que incluye además un medidor de espesor y, además, permitió desenrollar un material textil de fibra de refuerzo como una lámina de fibra de refuerzo (ver figura 22) se usó como un aparato para producir un preimpregnado, que una pieza de material textil tejido de fibra de carbono obtenida cortando el material textil tejido de fibra de carbono mencionado a continuación a una anchura de 300 mm se usó como material textil de fibra de refuerzo, y que el espacio D en la sección estrechada 23 en la sección de recubrimiento fue de 0,3 mm. En este caso, la relación de aspecto de la hendidura de salida era 1020. Los resultados se muestran en la Tabla 5. Fue posible tomar una muestra que fue calificada como utilizable o mejor.
<Material textil de fibra de refuerzo>
Material textil tejido de fibra de carbono (tela “TORAYCA (marca registrada)” C6343B, fabricado por Toray Industries, Inc.)
Fibra de carbono: TORAYCA T300B (3K)
Estructura del material textil: Material textil liso
Densidad de urdimbre: 12,5 hilos/25 mm; densidad de trama: 12,5 hilos/25 mm
Peso superficial: 198 g/m2; espesor: 0,23 mm
[Tabla 5]
[Ejemplos 15 y 16]
Un objeto integrado en forma de lámina compuesto por una lámina preimpregnada/liberable que tiene una anchura de 300 mm obtenido en el Ejemplo 2 y el Ejemplo 3 se cortó para obtener una cinta preimpregnada que tiene una anchura de 7 mm (una muestra obtenida del preimpregnado del Ejemplo 2 se cortó considerado como Ejemplo 15, y una muestra obtenida del preimpregnado del Ejemplo 3 se consideró como Ejemplo 16). Estas cintas preimpregnadas estaban suficientemente impregnadas y, en consecuencia, la resina que se pegaba a la cuchilla de la cortadora era pequeña.
[Ejemplos 17 a 20 y Ejemplo de referencia 1]
Un preimpregnado obtenido en los Ejemplos 2 a 5 se laminó en seis capas y el laminado resultante se curó usando un autoclave a 180 °C a 6 kgf/cm2 (0,588 MPa) durante dos horas para obtener un CFRP (una muestra obtenida del preimpregnado del Ejemplo 2 se consideró como Ejemplo 17, una muestra obtenida del preimpregnado del Ejemplo 3 se consideró como Ejemplo 18, una muestra obtenida del preimpregnado del Ejemplo 4 se consideró como el Ejemplo 19, y una muestra obtenida del preimpregnado del Ejemplo 5 se consideró como el Ejemplo 20). Todos los CFRP obtenidos tenían una resistencia a la tracción en el intervalo de 2,8 GPa a 3,3 GPa y tenían propiedades mecánicas adecuadas como material estructural para el sector aeroespacial.
Además, se produjo un preimpregnado mediante un procedimiento convencional de fusión en caliente usando la fibra de carbono y el líquido de recubrimiento (resina de matriz) usado en el Ejemplo 2. El preimpregnado producido se curó usando una autoclave a 180 °C a 6 kgf/cm2 (0,588 MPa) durante dos horas para obtener un CFRP. El CFRP obtenido tenía una resistencia a la tracción de 2,93 GPa (Ejemplo de referencia 1).
En este sentido, la resistencia a la tracción del CFRP se midió de la misma manera que se describe en el documento WO2011/118106, y se utilizó el valor resultante de normalizar el % en volumen de las fibras de refuerzo en el preimpregnado al 56,5 %.
Aplicabilidad industrial
El preimpregnado obtenido mediante el método de producción según la presente invención se puede aplicar ampliamente como FRP tipificado por CFRP, en aplicaciones aeroespaciales, aplicaciones para materiales estructurales y materiales interiores tales como automóviles, trenes y barcos, recipientes a presión, aplicaciones de materiales industriales, aplicaciones de material deportivo, aplicaciones de equipos médicos, aplicaciones de vivienda, aplicaciones de ingeniería civil y construcción, y similares.
Lista de signos de referencia
1 Fibra de refuerzo
2 Lámina de fibra de refuerzo
3 Preimpregnado
4 Resina de matriz
5a, 5b Lámina de liberación
11 Fileta
12 Dispositivo de disposición
13 Rodillo de transporte
15 Rodillo de recogida
16a, 16b Dispositivo de suministro de láminas de liberación
17 Dispositivo de enrollado
20 Sección de recubrimiento
20a Sección de recubrimiento en otra realización
20b Sección de recubrimiento en otra realización
20c Sección de recubrimiento en otra realización
20d Sección de recubrimiento en otra realización
20e Sección de recubrimiento en otra realización
21, 21a, 21b Elementos constituyentes de la pared
21c, 21d Elementos constituyentes de la pared que tienen otra forma
21e, 21f Elementos constituyentes de la pared que tienen otra forma
21g, 21 h Elementos constituyentes de la pared que tienen otra forma
21i, 21j Elementos constituyentes de la pared que tienen otra forma
22 Depósito de líquido
22a Región cuya área transversal disminuye continuamente en el depósito de líquido
22b Región cuya área transversal no disminuye en el depósito de líquido
22c Región cuya área en sección transversal disminuye de manera discontinua y repentina en el depósito de líquido 23 Sección estrechada
24a, 24b Elementos de placa lateral
25 Salida
26 Espacio
27, 27a, 27b Mecanismo de regulación de la anchura
28 Cuña
30 Sección de recubrimiento en una realización distinta a la de la presente invención
31a, 31b Elementos constituyentes de la pared de la sección de recubrimiento 30
32 Depósito de líquido en la sección de recubrimiento 30
33 Región cuya área en sección transversal disminuye de manera discontinua y repentina en el depósito de líquido en la sección de recubrimiento 30
50 Mecanismo de aplicación de fuerza externa del tipo de perno de ajuste
50' Mecanismo de aplicación de fuerza externa del tipo de perno térmico
50a a 50f Mecanismo de aplicación de fuerza externa
51a, 51b Dispositivo de medición
52a a 52f Dispositivo de medición
53 Base fija
54 Perno de ajuste
55 Varilla
56 Dispositivo de calentamiento
57 Porción de cavidad
58 Material de aislamiento térmico
B Dirección de adelante hacia atrás del depósito de líquido 22
D Espacio de sección estrechada
F Fuerza en el espacio de extensión de dirección D
F' Fuerza externa
G Posición en la que se realiza la regulación de la anchura
H Altura vertical a lo largo de la cual el área de la sección transversal disminuye continuamente en el depósito de líquido 22
L Anchura del depósito de líquido 22
L2 Anchura regulada por el mecanismo de regulación de la anchura en los extremos inferiores del mecanismo de regulación de la anchura
La Separación entre mecanismos de aplicación de fuerzas externas adyacentes
M Espesor en el extremo inferior (en el lado de salida) del elemento constituyente de la pared
R, Ra, Rb Corriente circular en el borde
T Corrientes circulares
W Anchura del Preimpregnado 3, medido inmediatamente debajo de la sección estrechada 23
Y Anchura de la sección estrechada 23
Dirección de desplazamiento Z (dirección vertical hacia abajo) de la lámina de fibra de refuerzo 2
9 Ángulo de apertura de la porción cónica
411 Estante y fileta
412 Bobina de fibra de refuerzo
412' Rodillo de material textil de fibra de refuerzo
413 Guía de desvío
414 Fibra de refuerzo
415 Dispositivo de disposición de fibras de refuerzo
416 Lámina de fibra de refuerzo
419 Rodillo de desvío
420 Dispositivo de precalentamiento
430 Sección de recubrimiento
433a, 433b Medidor de espesor
441 Rodillo de desvío
442 Dispositivo de suministro de lámina de liberación (superior)
443 Dispositivo de suministro de lámina de liberación (inferior)
446 Lámina de liberación
449 Rodillos dispuestos en forma de S de enrollado de alta tensión
450 Dispositivo de impregnación adicional
451 Placa caliente
452 Rodillo de presión calentado
461 Dispositivo de enfriado
462 Dispositivo de recogida
462 Dispositivo de enrollado de lámina de liberación (superior)
464 Bobinadora
471 Preimpregnado
472 Objeto integrado en forma de lámina compuesto de lámina preimpregnada/de liberación
Claims (17)
1. Aparato para producir un preimpregnado, para aplicar un líquido de recubrimiento a una lámina de fibra de refuerzo (2), que comprende:
una sección de recubrimiento (20) que incluye:
un depósito de líquido (22) que almacena dicho líquido de recubrimiento y que tiene una porción cuya área en sección transversal disminuye continua y verticalmente hacia abajo, y
una sección estrechada (23) que tiene una salida en forma de hendidura en comunicación con el extremo inferior de dicho depósito de líquido (22);
un mecanismo de desplazamiento para permitir que dicha lámina de fibra de refuerzo (2) se desplace verticalmente hacia abajo y se introduzca en dicha sección de recubrimiento (20); y
un mecanismo de recogida para recoger dicha lámina de fibra de refuerzo (2) hacia abajo desde dicha sección de recubrimiento (20);
en el que dicha sección estrechada (23) está formada con elementos constituyentes de la pared (21a, 21b) opuestos entre sí en la dirección del espesor de dicha lámina de fibra de refuerzo (2), y
en el que el aparato tiene además un mecanismo de aplicación de fuerza externa (50a, 50b) para aplicar una fuerza externa a dichos elementos constituyentes de la pared (21a, 21b) en la dirección del espesor de dicha lámina de fibra de refuerzo (2),
caracterizado porque
el aparato satisface las siguientes condiciones i) o ii);
i) el aparato comprende además dispositivos de medición (51a, 51b) que miden el espesor o masa del preimpregnado (3) aguas abajo de la sección de recubrimiento (20) y la magnitud de dicha fuerza externa se controla basándose en la masa o el espesor del preimpregnado (3) medido por dichos dispositivos de medición (51a, 51b),
ii) el aparato comprende además dispositivos de medición (52a, 52b) para medir la cantidad de deformación de los elementos constituyentes de la pared (21a, 21b) y la magnitud de dicha fuerza externa se controla basándose en la cantidad de deformación de los elementos constituyentes de la pared (21a, 21b) medida por dichos dispositivos de medición (52a, 52b).
2. Aparato para producir un preimpregnado según la reivindicación 1, en el que dicho mecanismo de aplicación de fuerza externa (50a, 50b) es un accionador térmico.
3. Aparato para producir un objeto integrado en forma de lámina, que comprende:
un mecanismo para disponer fibras de refuerzo (12; 415) para formar una lámina de fibras de refuerzo (2); un mecanismo (420) para calentar dicha lámina de fibra de refuerzo (2);
el aparato para aplicar dicho líquido de recubrimiento a dicha lámina de fibra de refuerzo según la reivindicación 1 ó 2;
un dispositivo de suministro de lámina de liberación (16a, 16b; 442, 443);
rodillos de presión (452) y/o rodillos dispuestos en forma de S (449); y
una bobinadora (17; 464).
4. Método para producir un preimpregnado, que comprende permitir que una lámina de fibra de refuerzo (2) pase verticalmente hacia abajo a través de una sección de recubrimiento (20) para aplicar un líquido de recubrimiento, en el que dicha sección de recubrimiento (20) incluye:
un depósito de líquido (22) que almacena dicho líquido de recubrimiento y que tiene una porción cuya área en sección transversal disminuye continua y verticalmente hacia abajo, y
una sección estrechada (23) que tiene una salida en forma de hendidura en comunicación con el extremo inferior de dicho depósito de líquido (22); y
en el que el líquido de recubrimiento se aplica con la ayuda de controlar la magnitud de una fuerza externa aplicada a los elementos constituyentes de la pared (21a, 21b) en la dirección del espesor de dicha lámina de fibra de refuerzo (2),
en el que la magnitud se controla basándose en la masa o el espesor del preimpregnado aguas abajo de dicha sección de recubrimiento (20), y
en el que dichos elementos constituyentes de la pared (21a, 21b) están opuestos entre sí en la dirección del espesor de dicha lámina de fibra de refuerzo (2) para formar dicha sección estrechada (23).
5. Método para producir un preimpregnado, que comprende permitir que una lámina de fibra de refuerzo (2) pase verticalmente hacia abajo a través de una sección de recubrimiento (20) para aplicar un líquido de recubrimiento, en el que dicha sección de recubrimiento (20) incluye:
un depósito de líquido (22) que almacena dicho líquido de recubrimiento y que tiene una porción cuya área en sección transversal disminuye continua y verticalmente hacia abajo, y
una sección estrechada (23) que tiene una salida en forma de hendidura en comunicación con el extremo inferior de dicho depósito de líquido (22); y
en el que la magnitud de una fuerza externa aplicada a los elementos constituyentes de la pared (21a, 21b) en la dirección del espesor de dicha lámina de fibra de refuerzo (2) se controla basándose en la cantidad de deformación de dichos elementos constituyentes de la pared (21a, 21b),
en el que dichos elementos constituyentes de la pared (21a, 21b) están opuestos entre sí en la dirección del espesor de dicha lámina de fibra de refuerzo (2) para formar dicha sección estrechada (23).
6. Método para producir un preimpregnado según la reivindicación 4 ó 5, en el que dicha fuerza externa aplicada a dichos elementos constituyentes de la pared (21a, 21b) en la dirección correspondiente a la dirección del espesor de dicha lámina de fibra de refuerzo (2) se controla usando un actuador térmico.
7. Método para producir un preimpregnado según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en el que dicha fuerza externa se aplica a dichos elementos constituyentes de la pared (21a, 21b) en una pluralidad de posiciones, visto en la dirección correspondiente a la dirección de la anchura de dicha lámina de fibra de refuerzo (2).
8. Método para producir un preimpregnado según la reivindicación 7, en el que la separación entre las posiciones adyacentes entre dicha pluralidad de posiciones es de 150 mm o menos.
9. Método para producir un preimpregnado según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, en el que dicha fuerza externa se aplica a cada uno de dichos elementos constituyentes de la pared (21a, 21b) opuestos entre sí.
10. Método para producir un preimpregnado según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que la magnitud de dicha fuerza externa aplicada a dichos elementos constituyentes de la pared (21a, 21b) se controla independientemente en cada una de las posiciones en las que se aplica dicha fuerza externa.
11. Método para producir un preimpregnado según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 10, en el que dicho líquido de recubrimiento comprende una resina termoendurecible.
12. Método para producir un preimpregnado según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 11, en el que dicho líquido de recubrimiento contiene partículas de polímero, y dicho líquido de recubrimiento se aplica a dicha lámina de fibra de refuerzo (2), en el que la temperatura de dicho líquido de recubrimiento en dicha sección de recubrimiento (20) es 20 °C o menos que la temperatura de transición vítrea (Tg) o la temperatura de fusión (Tm) de la resina de la que están compuestas dichas partículas de polímero.
13. Método para producir un preimpregnado según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 12, en el que dicha lámina de fibra de refuerzo (2) se calienta y luego se introduce en dicho depósito de líquido (22).
14. Método para producir un preimpregnado según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 13, en el que dicha lámina de fibra de refuerzo (2) se alisa y luego se introduce en dicho depósito de líquido (22).
15. Método para producir un preimpregnado según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 14, en el que dicha lámina de fibra de refuerzo (2) se ensancha y luego se introduce en dicho depósito de líquido (22).
16. Método para producir un objeto integrado en forma de lámina, que comprende: aplicar una lámina de liberación (5a, 5b) a al menos una cara de un preimpregnado (3) obtenido mediante el método para producir un preimpregnado según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 15, para formar un objeto integrado en forma de lámina; y luego recoger dicho objeto integrado en forma de lámina.
17. Método para producir un objeto integrado en forma de lámina según la reivindicación 16, que comprende llevar a cabo un procedimiento de impregnación adicional después de que se forme dicho objeto integrado en forma de lámina.
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