ES3015584B2 - Procedimiento de obtención de una cinta polimérica unidireccional y cinta polimérica unidireccional obtenida por dicho procedimiento - Google Patents
Procedimiento de obtención de una cinta polimérica unidireccional y cinta polimérica unidireccional obtenida por dicho procedimientoInfo
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Description
DESCRIPCIÓN
PROCEDIMIENTO DE OBTENCIÓN DE UNA CINTA POLIMÉRICA UNIDIRECCIONAL Y
CINTA POLIMÉRICA UNIDIRECCIONAL OBTENIDA POR DICHO PROCEDIMIENTO
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un procedimiento de obtención de una cinta polimérica unidireccional (es decir, plana, en dos dimensiones) obtenida a partir de una mecha de carda precursora tridimensional, compuesta de fibras de refuerzo recicladas, preferentemente fibras de carbono cortas, las cuales son fibras discontinuas. Es también objeto de la invención la cinta polimérica unidireccional obtenida por dicho procedimiento.
Ventajosamente, mediante el procedimiento de la presente invención es posible obtener cintas poliméricas unidireccionales con aplicación en composites en base a fibras de refuerzo recicladas, aspecto que actualmente solo se obtiene mediante fibras continuas vírgenes.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Son conocidos en el estado de la técnica las cintas unidireccionales de fibra de refuerzo (principalmente carbono), obtenidas a partir de fibras de refuerzo vírgenes, en cuyos procedimientos de obtención se parte de filamentos continuos.
Las fibras de carbono cortas, ya sean recicladas (rCF, siglas del término inglés recycled carbon fibres) o vírgenes, son un excelente material de refuerzo, sin embargo, no es posible direccionarlas por métodos en continuo, tales como los usados en la obtención de cintas unidireccionales convencionales.
Actualmente, estas fibras de carbono cortas se pueden procesar únicamente para obtener velos o no-tejidos, que sirven como intermedios en procesos textiles, sin embargo, los textiles o composites obtenidos a partir de estos velos ofrecen propiedades mecánicas inferiores a los obtenidos mediante filamentos continuos, debido a la distribución aleatoria y no direccionada de las fibras en estos velos o no-tejidos obtenidos a partir de fibras cortadas. En este sentido, el único método conocido hasta la fecha que permite el procesado con técnicas textiles de fibras cortadas de carbono es el divulgado en la solicitud de patente P202330884, del mismo solicitante que la presente invención, método que permite la obtención de intermedios textiles (cintas) con un alto grado de direccionamiento, susceptibles de ser usados como precursores de la presente invención.
Cabe destacar que se conocen en el estado de la técnica procedimientos para obtener cintas unidireccionales tal como el divulgado en el artículo Detzel, M.; Mitschang, P.; Breuer, U. New Approach for Processing Recycled Carbon Staple Fiber Yarns into Unidirectionally Reinforced Recycled Carbon Staple Fiber Tape. Polymers 2023, 15, 4575, que divulga un procedimiento en el cual hilos de fibra de carbono discontinua reciclados (rCFs) y poliamida (PA6) son transformados en cinta. En dicho proceso, la materia prima de partida que contiene rCF está en forma de hilo, por lo que el proceso divulgado en este documento no permite procesar directamente una mezcla de fibras de carbono cortas y fibras poliméricas para obtener una mecha de carda precursora, sino que es necesario un procedimiento de hilatura previo adicional para obtener un hilo de rCF.
Por otro lado, el documento Khurshid MF, Hasan MMB, Abdkader A, Cherif C. ‘Processing of waste carbon and polyamide fibers for high performance thermoplastic composites: A novel manufacturing technology for unidirectional tapes structure’. Journal of Industrial Textiles.
2022;51(4_suppl):7256S-7276S divulga un procedimiento de obtención de una cinta o ‘tape’ a partir de fibras de poliamida (PA6) y rCF a diferentes proporciones, las cuales se abren y pasan por una carda para formar una cinta, que pasa por un manuar para su homogeneización. A continuación, una pluralidad de estas cintas se dispone en paralelo y se compacta y solapa mediante rodillos, para ser termocomprimidas formando una sola cinta. Así, en el proceso divulgado en este documento es necesario emplear varias cintas de partida para llegar a una cinta final con un peso-espesor ideal para su aplicación posterior, lo que hace que la cinta final no ofrezca la homogeneidad deseada, ya que en función de cómo se apilen o introduzcan las cintas, se pueden generar irregularidades en el peso o espesor de la cinta, así como en el ancho.
Finalmente, en el documento Alexandre Faure, Olivier Mantaux, Arnaud Gillet Univ. Bordeaux, ‘Performances of composites made from different recycled carbon fibre semi-products’ I2M, CNRS, UMR 5295, F-33400 Talence, France se divulga un procedimiento de obtención de una cinta que comprende fibras de carbono en el que estas cintas fueron fabricadas a partir de CF alineadas unidireccionalmente, aplicando sobre ellas aglutinantes termoplásticos en polvo y consolidando el conjunto posteriormente con aire caliente. Por tanto, en este caso, el precursor que permite la consolidación de la cinta por calor se aplica durante el proceso en polvo, por lo que resulta más complejo controlar la uniformidad y dosificación mediante la adición de polvo. Por otro lado, tal y como se detalla más adelante, los cilindros calefactados previstos en el equipo y procedimiento de la invención generan mayor grado de consolidación que un horno de aire caliente.
Los antecedentes citados muestran procesos a escala piloto y/o con numerosas etapas manuales, lo que limita su potencial automatización y posibilidad de trabajar en continuo.
Así, el solicitante de la presente invención detecta la necesidad de desarrollar un procedimiento y, en consecuencia producto, que posibilite el direccionamiento de las fibras cortas de carbono en base a la solicitud P202330884 y posteriormente la fusión, corte y manipulado de esta cinta unidireccional de forma que las fibras se paralelizan, alinean y consolidan sobre la matriz polimérica, mejorando las propiedades mecánicas de las soluciones actuales (velos o no-tejidos), operando en continuo y de forma automatizada.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El procedimiento que se preconiza posibilita la obtención de cintas termoplásticas unidireccionales (bidimensionales) con fibra de carbono cortadas, vírgenes o recicladas junto con fibras poliméricas, preferentemente termoplásticas y/o fibras inorgánicas, empleando para ello los precursores tridimensionales (mecha de carda precursora) obtenidos mediante el procedimiento de tratamiento mediante técnicas textiles de fibras cortadas de carbono y otras fibras divulgado en la solicitud P202330884. Para ello, a partir de la mecha de carda precursora, se ha diseñado un procedimiento basado en técnicas de consolidado térmico, corte y bobinado de las fibras textiles en forma de cinta de carda híbrida. Así, en el procedimiento propuesto resulta clave los parámetros y modificaciones técnicas empleados, como seguidamente se detalla.
En este sentido, la invención queda definida de acuerdo al juego de reivindicaciones que acompaña la presente memoria.
Ventajosamente, el hecho de emplear un proceso de carda de las fibras en el que se paralelizan y disponen alineadas las fibras partiendo de una mezcla que incluye fibras de carbono cortadas, permite pasar de un material anisotrópico (velos o no-tejidos) a un material isotrópico en formato unidireccional (cinta unidireccional). Ello mejora las soluciones actuales disponibles en el mercado (los velos o no-tejidos) a un material isotrópico en forma de cinta con ancho variable y con sus fibras parcialmente direccionadas.
De forma concreta, la novedad de la invención radica en el uso de fibra de carbono cortada, preferentemente procedente de fibras de carbono recicladas (rCF), ya que no se conocen procedimientos que permitan obtener cintas híbridas unidireccionales (es decir, planas o bidimensionales) de fibras poliméricas y/o inorgánicas combinados con fibras de carbono cortadas. Las fibras de carbono cortadas presentan una longitud entre 20 mm y 120 mm, preferentemente entre 30 mm y 80 mm.
El procedimiento de la invención se puede hacer en un equipo que tenga una zona de carda de cilindros, una zona de alimentación a una parte del equipo donde tiene lugar la obtención de la cinta polimérica unidireccional, es decir, la denominada zona de obtención de la cinta polimérica unidireccional.
La zona de carda de cilindros está provista de, al menos, los siguientes elementos:
- un par de cilindros de alimentación, también conocidos comofeed rollers,
- un cilindro tomador, también conocido comotakerinolicker-in,
- un par de cilindros trabajadores-limpiadores, también conocidos comostripperworkers
- un cilindro central o bota, habitualmente denominado en inglésmain cylinderoSwift,- un cilindro extractor odoffer,
- una cinta transportadora,
- una zona de estiraje odraw-box,donde se forma una cinta de carda híbrida y - un enrollador de cinta ocoilerpara el arrollado de la cinta de carda híbrida, la cual es la precursora de la cinta polimérica unidireccional objeto de la invención. El enrollador recoge la cinta o mecha de carda precursora para su posterior tratamiento en el equipo objeto de la invención. Opcionalmente, el equipo presenta un accesorio conocido comotwisterpara aplicar torsión en caso de ser necesario.
Preferentemente, la carda de cilindros presenta dos pares de cilindros de alimentación, un cilindro tomador, tres parejas de cilindros trabajadores-limpiadores, un cilindro central, un cilindro extractor, una zona de estiraje y un enrollador de cinta ocoiler.
Así, los cilindros de alimentación, los cilindros trabajadores, los cilindros limpiadores, el cilindro central y el cilindro extractor están provistos de una guarnición de púas.
El procedimiento de obtención de la mecha de carda precursora tridimensional que sirve de materia prima comprende las siguientes etapas:
- Manipulación de, al menos, un 10% de fibras de carbono cortadas (vírgenes o recicladas) con una longitud entre 20 mm y 120 mm, y un máximo de 90% de fibras poliméricas y/o inorgánicas mediante tecnología de apertura y mezclado de fibras. Las fibras de carbono cortadas pueden proceder de un proceso de reciclaje, tal como un proceso de pirólisis o solvólisis aplicado a un composite. De manera opcional durante esta primera etapa de manipulación se adiciona, antes y/o después de mezclar las fibras, un aditivo desizingobinder(compatibilizante) y/o un agente de ensimaje, de forma individual o combinada, y en un porcentaje inferior al 5% del peso total de la mezcla de fibras. Los aditivos desizingpueden ser organosilanos o aditivos compatibilizantes matriz/refuerzo, mientras que los agentes de ensimaje - compuestos de naturaleza grasa que se adicional para facilitar el procesado mecánico de las fibras y proteger a las fibras frágiles como las rCF de roturas - pueden ser aditivos antiestáticos, aditivos que mejoran la cohesión de las fibras o aditivos lubricantes, entre otros;
- alimentación de la mezcla de fibras de carbono cortadas y fibras poliméricas y/o inorgánicas abiertas a un equipo con carda de cilindros y con una zona de alimentación a una zona de obtención de la cinta polimérica unidireccional. Así, la carda de cilindros consta de una guarnición (púas metálicas) rígida o semi-rígida, utilizándose distintas combinaciones de ángulos, y densidad de púas optimizadas en función de la mezcla y longitud de fibras;
- cardado (alineado y cohesionado de fibras) de la mezcla de fibras y obtención de una cinta de carda híbrida de grosor uniforme con un título entre 2,0 y 8,0 kTex y una torsión entre 0 v/m y 50 v/m;
- doblado y afinado de, al menos, una cinta de carda híbrida mediante un equipo manuar - también conocido como estirador oDraw-frame,aplicándose ratios de estiraje entre x1 y x10, obteniéndose una cinta de manuar;
- doblado y torcido de, al menos, una cinta de manuar mediante un equipo torcedor de mecha - también conocido como mechera oRoving-frame- obteniéndose una mecha de carda precursora con un título entre 0,4 y 3,0 kTex y una falsa torsión entre 5 v/m y 50 v/m (indistintamente en sentido S o Z);
De forma preferente igualmente, las fibras poliméricas son fibras hidrosolubles. Ventajosamente, esto permite eliminarlas en procesos complementarios posteriores de solubilización de estas fibras ya embebidas, para dejar una cinta polimérica unidireccional final con el mayor porcentaje posible de fibra de carbono, ya que ésta no se disuelve.
La utilización de fibras poliméricas, termoplásticas, termoestables o de naturaleza similar, contribuye al correcto procesado para la obtención de una mecha de carda precursora mediante las tecnologías textiles anteriormente descritas. Estas fibras poliméricas actúan como elemento “matriz” en los distintos procesos finales de obtención de composites en los que puede participar la cinta polimérica unidireccional de la invención, pudiendo ser una cinta termoplástica o termoestable, en función de la naturaleza de las fibras poliméricas empleadas. Ejemplos de fibras termoplásticas podrían ser poliamida, polipropileno o poliéster, fibras de altas prestaciones como PPS, PEEK, PAEK, etc., fibras naturales, o de naturaleza hidrosoluble como PVA. En cuanto a las fibras termoestables, se podrían emplear aramidas, polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE), o similares.
Así, la cinta polimérica unidireccional de la invención resulta especialmente ventajosa para la confección de tejidos y su posterior proceso de termocompresión, infusión, RTM(Resin Transfer Moulding),lay-up o proceso similar de obtención de composites para originar una preforma o producto buscado. En el caso de composites termoplásticos, las fibras mediante fusión forman parte de esta matriz tras la elección de la relación correcta de fibras de carbono cortadas, recicladas o vírgenes y fibras termoplásticas (TP). En el caso de composites termoestables, las fibras termoplásticas pueden ser o no compatibles con la resina termoestable a utilizar, de forma que se disuelvan durante el proceso de infusión-curado, o bien queden embebidas entre la matriz y el refuerzo.
Cabe señalar que el equipo donde puede tener lugar el procedimiento de la presente invención, además de la carda de cilindros descrita que permite obtener la cinta o mecha de carda precursora, comprende una zona de obtención de la cinta polimérica unidireccional, la cual presenta, al menos, una zona de precalentamiento, una zona de fusión y consolidado, una zona de corte del ancho de cinta requerida y una estación de bobinado.
Así, la zona de obtención de la cinta polimérica unidireccional está provista de, al menos, los siguientes elementos de tratamiento de la cinta o mecha de carda precursora:
- una zona de desbobinado de cintas o mechas de carda precursoras, integrada por una zona de alimentación de mechas de carda precursoras obtenidas en la zona previa de carda, y por un sistema de posicionamiento o alineado de las mechas de carda precursoras. Así, en esta zona de desbobinado se coloca y centra una o varias mechas de carda precursoras para su introducción de forma alineada y sin torsión en los siguientes elementos del equipo;
- un par de cilindros de alimentación con presión ajustable;
- un horno de precalentamiento, preferentemente mediante lámparas IR (infrarrojas); - un par de cilindros calefactados de compactación con presión ajustable;
- una zona de enfriamiento, preferentemente asistida por aireación forzada;
- un par de cilindros provistos de dos cuchillas con posibilidad de variar el ancho de corte;
- un par de cilindros de arrastre de la cinta consolidada y cortada;
- un compensador de tensión del bobinado;
- una estación bobinadora de carretes; y
- un sistema de tracción motorizado y sincronizado de todos los elementos mecánicos con variación de velocidad comandado por un controlador. Ventajosamente, el controlador permite una sincronización 1:1 entre todos los elementos mecánicos de la zona de obtención de la cinta polimérica unidireccional, sincronización que se mantiene constante para operar en continuo.
Esta configuración del equipo no es limitante de la invención, ya que se podrían dar equipos con distintas configuraciones de zona de precalentamiento, zona de consolidado (cilindros calefactados con presión ajustable), cilindros de arrastre del material consolidado, y cilindros/cuchillas de corte.
De acuerdo ya a la esencia de la invención, el procedimiento de obtención de una cinta polimérica unidireccional continua a partir de la mecha de carda precursora obtenida en la serie de etapas descritas anteriormente comprende las siguientes etapas:
- Colocación y centrado de (una o varias) mechas de carda precursoras en la zona de alimentación a la zona de obtención de la cinta polimérica unidireccional, para su introducción de forma alineada y sin torsión en la misma,
- alimentación de la mecha de carda precursora al par de cilindros de alimentación, de forma que estos aplican una presión suficiente para arrastrar el material a la zona de precalentamiento, preferentemente entre 0,2 y 2,0 bar;
- paso de la mecha de carda precursora por un horno de precalentamiento (preferiblemente compuesto por lámparas IR) a una temperatura entre el 5-70 % inferior a su temperatura de fusión (preferiblemente entre 15-40 %), obteniéndose una cinta precalentada;
- paso de la cinta precalentada por un par de cilindros calefactados a temperatura cercana pero inferior a su punto de fusión, entre 5-70 % inferior, (preferiblemente entre 5-30 %) para el consolidado de la cinta,
- paso de la cinta consolidada por una zona de enfriamiento, preferiblemente por ventilación forzada,
- paso de la cinta consolidada y enfriada por dos cilindros provistos de cuchillas con posibilidad de modificar el ancho/distancia entre ellas, para la obtención de cintas poliméricas unidireccionales con un ancho entre 2 - 80 mm preferiblemente entre 10 40 mm y con un espesor preferente entre 0,1 y 3,0 mm. La modificación del ancho/distancia entre las cuchillas se puede realizar mediante un cilindro mecanizado con distintos anchos para posicionar las cuchillas,
- paso de la cinta polimérica unidireccional consolidada y cortada al ancho deseado por un compensador de tensión conectado al sistema de bobinado que permite el ajuste de la tensión de bobinado. El compensador de tensión se integra preferentemente por un balancín y un contrapeso, y opera con una presión preferente entre 0,1 y 10 N/m. Ventajosamente, el sistema de tracción motorizado y sincronizado incluido en el equipo permite ajustar mediante el controlador el proceso de bobinado, de forma que la velocidad de bobinado es proporcional a la velocidad del resto de elementos mecánicos del equipo que permiten obtener la cinta unidireccional o ’tape’ de la invención; y
- bobinado de la cinta polimérica unidireccional cortada en carretes de ancho fijo o variable acorde a la longitud de la cinta obtenida, de forma que mediante el sistema de tracción motorizado y sincronizado se ajusta el proceso de bobinado, siendo la velocidad de bobinado proporcional a la velocidad del resto de cilindros y elementos mecánicos del equipo que permiten obtener la cinta unidireccional.
Así, mediante el procedimiento descrito es posible obtener una cinta polimérica unidireccional bidimensional, partiendo de una mecha de carda tridimensional precursora obtenida a partir de fibras de carbono de corta longitud.
Cabe señalar que la cinta polimérica unidireccional obtenida presenta una anchura entre 2 y 80 mm. De acuerdo con un ejemplo de realización preferente, entre 2 y 8 mm, mientras que en otro ejemplo de realización la anchura de la cinta será preferentemente de entre 10 y 40 mm. De forma opcional, dicha cinta polimétrica unidireccional presenta un espesor entre 0,1 y 3,0 mm.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para completar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de planos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1.- Muestra una vista lateral esquemática de un equipo para la obtención de la mecha de carda precursora de la cinta polimérica unidireccional de acuerdo con el objeto de la invención.
La figura 2.- Muestra una vista en perspectiva de un detalle del equipo de la figura anterior.
La figura 3.- Muestra un esquema del detalle de la guarnición de púas empleada en los cilindros de carda del equipo de las figuras 1 y 2 y los parámetros que las definen.
La figura 4.- Muestra un esquema del detalle de la zona del equipo en la que se lleva a cabo la obtención de la cinta polimérica unidireccional de acuerdo con una realización preferente de la invención.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Para llevar a cabo el procedimiento de la invención ilustrada en la figura 4, se puede emplear un equipo que comprende, al menos, los siguientes elementos:
- una zona de alimentación (19) de mechas de carda precursora (29);
- un sistema de posicionamiento - alineado (20) de las mechas de carda (29);
- un par de cilindros de alimentación con presión ajustable (21);
- un horno de precalentamiento (22);
- un par de cilindros calefactados de compactación con presión ajustable (23);
- una zona de enfriamiento (24);
- un par de cilindros de corte con dos cuchillas de ancho variable (25);
- un par de cilindros de arrastre de la cinta cortada (26);
- un compensador de tensión del bobinado (27); y
- una estación bobinadora de carretes (28)
En la figura 1 se muestra una vista esquemática lateral del equipo que permite obtener la mecha de carda precursora que sirve de material de partida para la obtención de la cinta polimérica unidireccional de la invención. Dicho equipo presenta un par de rodillos o cilindros de alimentación (1), un cilindro tomador (2), tres parejas de cilindros trabajadores (3)-limpiadores (4), un cilindro central (5), un cilindro extractor (6), un peinador (7), una cinta transportadora (8), una zona de estiraje (9) y un enrollador de cinta (10) ocoiler.
Por otro lado, en la figura 2 se ilustra un detalle de un equipo análogo para la obtención de la mecha de carda precursora con el mismo número y tipología de cilindros en la carda, pero donde se incorpora la cinta transportadora (8), que queda dispuesta entre la zona del cilindro extractor (6) odoffery la zona de estiraje (9) odraw box(zona de formación de la cinta).
Como se ha detallado anteriormente, la cinta transportadora (8) está sincronizada con las velocidades de la carda, mediante piñones que mantienen las relaciones de tracción de los cilindros, lo que ventajosamente asegura la cohesión de la cinta y evita roturas de la misma. Concretamente, los cilindros trabajadores (3) mantienen una relación de tracción fija con el cilindro extractor (6) y la cinta transportadora (8) (conjunto A), los cilindros limpiadores (4) mantienen una relación de tracción fija con el cilindro central (5) (conjunto B) y los cilindros de alimentación (1) (conjunto C) tienen velocidad variable. De esta forma, gracias a un sistema de control, desde el equipo se puede modificar las velocidades de los conjuntos A, B y C de forma independiente, pero cada conjunto de elementos tiene fija una relación de tracción (mediante configuración de piñones, la cual no se modifica). Ventajosamente, la variación independiente de las velocidades de los conjuntos A, B y C permite, por un lado, un proceso de producción estable al permitir el ajuste de disincronías, y, por otro, variar el gramaje de salida respecto al material de entrada, así como incrementar o disminuir el grado de cardado de las fibras a voluntad, en función del producto final deseado.
En la realización ilustrada en la figura 2 se observa que sobre la cinta transportadora (8) se disponen unas planchas (15) en forma de triángulo con sopladores (16) de aire, actuando dichas planchas (15) a modo de tabiques deflectores para ayudar a que el velo de fibras converja en forma de cinta asegurando su cohesión, cinta que es recogida mediante un colector (18). Alternativamente, las planchas (15) podrían formar parte de la base de la cinta transportadora (8).
En la figura 3 se detalla de forma esquemática los distintos parámetros de las púas (11).
Las combinaciones de parámetros para las guarniciones de púas se realizarán para cada mezcla de fibras concreta, de forma que se garantice la correcta formación de un velo en primer lugar, que dará lugar a la mecha de carda precursora de la cinta polimérica unidireccional final. De acuerdo a una realización preferente, la guarnición de púas (11) quedará configurada como sigue:
- en los cilindros de alimentación (1) las púas (11) presentan una base (12) con una anchura entre 1 mm y 5 mm y una altura (13) entre 5 y 8 mm, de manera que las púas (11) quedan dispuestas con un ángulo frontal (17) entre 50° y 80°, un paso (14) entre púas (11) entre 3,6 mm y 9 mm, y una densidad entre 15 y 100 púas;
- en los cilindros limpiadores (4) las púas (11) presentan una base (12) con una anchura entre 1,1 mm y 3,2 mm y una altura (13) entre 4 y 5 mm, de manera que las púas (11) quedan dispuestas con un ángulo frontal (17) entre 50° y 80°, un paso (14) entre púas (11) entre 3,6 mm y 9 mm, y una densidad entre 24 y 170 púas por pulgada;
- en los cilindros trabajadores (3) las púas (11) presentan una base (12) con una anchura entre 1,3 mm y 4,25 mm y una altura (13) entre 5 y 7,5 mm, de manera que las púas (11) quedan dispuestas con un ángulo frontal (17) entre 50° y 65°, un paso (14) entre púas (11) entre 4 mm y 8,5 mm, y una densidad entre 80 y 160 púas por pulgada;
- en el cilindro central (5) las púas (11) presentan una base (12) con una anchura entre 0,9 mm y 3,2 mm y una altura (13) entre 3,5 y 5 mm, de manera que las púas (11) quedan dispuestas con un ángulo frontal (17) entre 50° y 80°, un paso (14) entre púas (11) entre 2,5 mm y 8,5 mm, y una densidad entre 24 y 224 púas por pulgada; y
- en el cilindro extractor (6) las púas (11) presentan una base (12) con una anchura entre 1,4 mm y 4,25 mm y una altura (13) entre 3,5 y 5 mm, de manera que las púas (11) quedan dispuestas con un ángulo frontal (17) entre 50° y 60°, un paso (14) entre púas (11) entre 4 mm y 8,5 mm, y una densidad entre 18 y 160 púas por pulgada.
Así, de acuerdo a una realización preferente, para la obtención de la mecha de carda precursora, partiendo de una mezcla de fibras con al menos, un 10% de fibras de carbono cortadas con una longitud entre 20 mm y 120 mm y un máximo de 90% de fibras poliméricas termoplásticas, se sigue el siguiente procedimiento:
- Manipulación de, al menos, un 10% de fibras de carbono cortadas con una longitud entre 20 mm y 120 mm, y un máximo de 90% de fibras poliméricas termoplásticas mediante tecnología de apertura y mezclado de fibras, originándose una mezcla de fibras en forma de velo sin cardar;
- alimentación de la mezcla de fibras de carbono cortadas y fibras poliméricas termoplásticas abiertas al equipo de carda de cilindros;
- cardado de la mezcla de fibras y obtención de una cinta de carda híbrida de grosor uniforme con un título entre 2,0 y 8,0 kTex y una torsión entre 0 v/m y 50 v/m;
- doblado y afinado de, al menos, una cinta de carda híbrida mediante un equipo manuar aplicándose ratios de estiraje entre x1 y x10, obteniéndose una cinta de manuar; - doblado y torcido de, al menos, una cinta de manuar mediante un equipo torcedor de mecha obteniéndose una mecha de carda precursora con un título entre 0,4 y 3,0 kTex y una falsa torsión entre 5 v/m y 50 v/m;
Una vez obtenida la mecha de carda precursora (29), de acuerdo con el objeto de la presente invención se llevan a cabo las siguientes etapas:
- Colocación y centrado de una o varias mechas de carda (29) precursoras en la zona de alimentación (19) para su introducción de forma alineada y sin torsión en la máquina;
- alimentación de las mechas de carda (29) precursoras al par de cilindros de alimentación (21), los cuales aplican presión suficiente (entre 0.2 y 2 bar) para arrastrar el material a la zona de precalentamiento,
- paso de las mechas de carda (29) precursoras por el horno de precalentamiento (22) (preferiblemente compuesto por lámparas IR) a una temperatura entre el 5-70 % inferior a su temperatura de fusión (preferiblemente entre 15-40 %);
- paso de la cinta precalentada por un par de cilindros calefactados de compactación (23) a temperatura cercana a su punto de fusión entre 5-70 % (preferiblemente entre 5-30 %), siendo la presión que aplican este par de cilindros calefactados ajustable mediante el controlador, preferentemente entre 0,2 y 2 bar;
- paso de la cinta consolidada por una zona de enfriamiento (24), preferiblemente por ventilación forzada;
- paso de la cinta consolidada por dos cilindros provistos de cuchillas (25) con posibilidad de modificar el ancho/distancia entre ellas, para la obtención de cintas poliméricas unidireccionales con un ancho entre 2 - 80 mm, preferiblemente entre 10 40 mm;
- paso de la cinta consolidada y cortada al ancho deseado por un compensador de tensión del bobinado (27) conectado a la estación bobinadora (28) bobinado que permite el ajuste de la tensión de bobinado, mediante un potenciómetro comandado por el controlador que aplica mayor o menor tensión a la cinta consolidada en función de los parámetros indicados al controlador,
- bobinado de la cinta cortada en carretes de ancho fijo o variable acorde a la longitud de la cinta unidireccional obtenida.
Así, mediante un sistema de tracción motorizado y sincronizado se ajusta el proceso de bobinado, siendo la velocidad de bobinado proporcional a la velocidad del resto de cilindros y elementos mecánicos del equipo que permiten obtener la cinta polimérica unidireccional.
Claims (1)
- REIVINDICACIONES1a.- Procedimiento de obtención de una cinta polimérica unidireccional caracterizado porque comprende las etapas de:- Manipulación de, al menos, un 10% de fibras de carbono cortadas con una longitud entre 20 mm y 120 mm, y un máximo de 90% de fibras poliméricas y/o inorgánicas mediante tecnología de apertura y mezclado de fibras;- alimentación de la mezcla de fibras de carbono cortadas y fibras poliméricas y/o inorgánicas abiertas a un equipo con carda de cilindros y una zona de alimentación a una zona de obtención de la cinta polimérica unidireccional;- cardado de la mezcla de fibras y obtención de una cinta de carda híbrida de grosor uniforme con un título entre 2,0 y 8,0 kTex y una torsión entre 0 v/m y 50 v/m;- doblado y afinado de, al menos, una cinta de carda híbrida mediante un equipo manuar aplicándose ratios de estiraje entre x1 y x10, obteniéndose una cinta de manuar; - doblado y torcido de, al menos, una cinta de manuar mediante un equipo torcedor de mecha obteniéndose una mecha de carda precursora (29) con un título entre 0,4 y 3,0 kTex y una falsa torsión entre 5 v/m y 50 v/m;- colocación y centrado de, al menos, una mecha de carda precursora (29) en la zona de alimentación (19) a la zona de obtención de la cinta polimérica unidireccional, para su introducción de forma alineada y sin torsión en la misma;- alimentación de la mecha de carda precursora (29) a un par de cilindros de alimentación (21) los cuales aplican una presión entre 0.2 y 2 bar para arrastrar el material a una zona de precalentamiento;- paso de la mecha de carda precursora por un horno de precalentamiento (22) a una temperatura entre el 5-70 % inferior a su temperatura de fusión, obteniéndose una cinta precalentada;- paso de la cinta precalentada por un par de cilindros calefactados (23) a temperatura inferior a su punto de fusión entre 5-70 % obteniéndose una cinta consolidada;- paso de la cinta consolidada por una zona de enfriamiento (24);- paso de la cinta consolidada por dos cilindros provistos de cuchillas (25) con posibilidad de modificar el ancho/distancia entre ellas, para la obtención de cintas poliméricas unidireccionales con un ancho entre 2-80 mm;- paso de la cinta polimérica unidireccional cortada al ancho deseado por un compensador de tensión (27) conectado a una estación bobinadora de carretes (28) que permite el ajuste de la tensión de bobinado; y- bobinado de la cinta polimérica unidireccional cortada en carretes de ancho fijo o variable acorde a la longitud de la cinta obtenida;de forma que mediante un sistema de tracción motorizado y sincronizado se ajusta el proceso de bobinado, siendo la velocidad de bobinado proporcional a la velocidad del resto de cilindros y elementos mecánicos del equipo que permiten obtener la cinta polimérica unidireccional.2a Procedimiento de obtención de una cinta polimérica unidireccional según reivindicación 1a caracterizado por que en la etapa de manipulación de fibras de carbono cortadas y fibras poliméricas y/o inorgánicas se adiciona un aditivo desizingy/o un agente de ensimaje.3a.- Procedimiento de obtención de una cinta polimérica unidireccional según reivindicación 1 a caracterizado por que las fibras poliméricas son fibras termoplásticas o fibras termoestables.4a.- Procedimiento de obtención de una cinta polimérica unidireccional según reivindicación 1 a caracterizado por que las fibras poliméricas son fibras hidrosolubles.5a.- Procedimiento de obtención de una cinta polimérica unidireccional según reivindicación 1 a caracterizado por que la etapa de paso de la mecha de carda precursora por el horno de precalentamiento (22) se realiza a una temperatura entre el 15-40 % inferior a su temperatura de fusión.6a.- Procedimiento de obtención de una cinta polimérica unidireccional según reivindicación 1a caracterizado por que la etapa de paso de la cinta precalentada por el par de cilindros calefactados (23) se lleva a cabo a una temperatura entre 5-30 % inferior al punto de fusión de la cinta precalentada.7a.- Procedimiento de obtención de una cinta polimérica unidireccional según reivindicación 1a caracterizado por que el compensador de tensión (27) de bobinado opera a una presión entre 0,1 y 10 N/M.8a.- Cinta polimérica unidireccional obtenida por el procedimiento de la reivindicación 1a caracterizada por que presenta una anchura entre 2 y 8 mm.9a.- Cinta polimérica unidireccional obtenida por el procedimiento de la reivindicación ia caracterizada por que presenta una anchura entre 10 y 40 mm.10a.- Cinta polimérica unidireccional obtenida por el procedimiento de la reivindicación ia caracterizada por que presenta un espesor entre 0,1 y 3,0 mm.
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