ES2218274T3

ES2218274T3 - Una estructura reforzante para articulos de materiales compuestos rigidos.

Info

Publication number: ES2218274T3
Application number: ES00989981T
Authority: ES
Inventors: Peter Boesman; Elsie De Clercq; Frans Van Giel
Original assignee: Bekaert NV SA
Current assignee: Bekaert NV SA
Priority date: 1999-12-15
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2004-11-16
Anticipated expiration: 2020-12-13
Also published as: JP2003517105A; JP4007537B2; EP1237710B1; ATE291530T1; US7304007B2; ES2214343T3; EP1237710A1; US20020182961A1; WO2001043952A1; DE60007662D1; DE60018969T2; WO2001043951A1; US6787491B2; ATE257524T1; EP1237711A1; US20030022579A1; WO2001044548A1; DK1238128T3; WO2001044549A1; EP1238129B1

Abstract

Una estructura reforzante, que comprende uno o más entramados textiles, comprendiendo al menos uno de dichos entramados textiles elementos metálicos, dichos elementos metálicos son alambres metálicos, haces de alambres metálicos, hebras metálicas o cuerdas metálicas, dichos elementos metálicos tienen una deformación textil, caracterizada porque dichos elementos metálicos tienen al menos una deformación estructural, distinta de la deformación textil.

Description

Una estructura reforzante para artículos de materiales compuestos rígidos.

Campo de la invención

La invención se refiere a una estructura reforzante, que comprende elementos metálicos, y al uso de tal estructura reforzante para reforzar artículos de materiales compuestos rígidos. La invención se refiere adicionalmente a artículos de materiales compuestos rígidos y a un método para proporcionar artículos de materiales compuestos rígidos.

Antecedentes de la invención

Se sabe que la estructura reforzante refuerza artículos poliméricos. A menudo, se usan fibras de vidrio o fibras C para reforzar matrices poliméricas, proporcionando conjuntamente un artículo reforzado, eventualmente conformado. Durante el proceso de formación, las propiedades de flexión de la matriz polimérica están influidas negativamente, puesto que las estructuras reforzantes son difíciles de alargar.

A menudo se integran filamentos o fibras metálicos en materiales compuestos a fin de obtener un material que está protegido con EMI. Como resultado de los requisitos electromagnéticos, se usan filamentos o fibras metálicos con diámetros finos de 100 \mum o menos. Un ejemplo de esto se puede encontrar en el documento US 5089326. Se sabe en la técnica que la adición de fibras o filamentos metálicos finos, habitualmente menores que 100 \mum, no aumenta la resistencia del material compuesto.

También se conocen como estructuras reforzantes los alambres metálicos o entramados textiles de alambre metálico, por ejemplo a partir de los documentos FR 1290278, EP234463A1, EP546962A1 o EP392904A1. Para mejorar la capacidad de formación del material compuesto, los alambres metálicos se proporcionan preferiblemente como entramados tejidos.

Sumario de la invención

La presente invención se refiere a una estructura reforzante que comprende elementos metálicos. La estructura reforzante se puede usar para fabricar artículos de materiales compuestos rígidos, que comprenden adicionalmente una matriz polimérica.

Es un objeto de la presente invención proporcionar una estructura reforzante que comprende un entramado textil, que comprende elementos metálicos, teniendo esta estructura reforzante mejores propiedades de flexión comparado con los alambres o mallas de alambre conocidos, y que proporciona una alternativa a las estructuras de alambre tejidas.

Los elementos metálicos, que son parte de un entramado textil, se deforman debido a su presencia en este entramado textil. Esta deformación se denomina en lo sucesivo como "deformación textil". En el caso de que el entramado textil sea una tela tejida, la deformación textil da al elemento metálico una forma ondulada, debido al entrelazamiento del elemento metálico como un elemento de urdimbre y/o tejido. En el caso de que el entramado textil sea un tejido enlazado, la deformación textil proporciona al elemento metálico con una forma en bucle, que es la forma de las puntadas en las que se transforma el elemento metálico durante el enlazado.

Según la invención, los elementos metálicos tienen al menos una deformación estructural, distinta de la deformación textil. Esta deformación se denomina en lo sucesivo como "deformación estructural". Tal deformación estructural puede tener una forma irregular, por ejemplo ondulada con una longitud de onda y/o amplitud, que varía a lo largo de la longitud del elemento metálico. Preferiblemente, sin embargo, el elemento metálico se ondula o se conforma espiralmente de forma regular, con parámetros constantes a lo largo de toda la longitud del elemento metálico.

En el alcance de la presente invención, los elementos metálicos se han de entender como alambres metálicos, por ejemplo alambres metálicos estirados, un haz de alambres metálicos, hebras metálicas o cuerdas.

Como sujeto de la invención, las propiedades de flexión de la estructura reforzante se mejora integrando elementos metálicos en el entramado textil, que tiene un alargamiento en la ruptura de más de 3% comparado con la longitud inicial en la ruptura. Este alargamiento puede ser incluso mayor que 5% o mayor que 7%, por ejemplo mayor que 10% y lo más preferente mayor que 15% en la ruptura. Según la invención, este alargamiento se obtiene mediante el uso de un elemento metálico que tiene deformaciones estructurales.

Una deformación estructural como objeto de la invención puede ser, por ejemplo, una ondulación. El elemento metálico, que es un alambre, hebra o cuerda, se le da una forma, caracterizada por una longitud de onda y una amplitud. Este elemento metálico ondulado está comprendido esencialmente en un plano, paralelo al eje del elemento metálico. Otra deformación estructural puede ser por ejemplo la de un elemento metálico obtenido con una forma en espiral, caracterizada por un diámetro de la espiral y la longitud del elemento metálico, necesaria para obtener una revolución de 360º en la forma de espiral.

En el caso de que el elemento metálico esté ondulado, siendo esta ondulación la deformación estructural, la eliminación de la deformación estructural del elemento metálico conducirá a un alargamiento elástico, un alargamiento plástico o a una combinación de ambos, del elemento metálico durante el proceso de formación, dependiendo principalmente de la longitud de onda de la ondulación.

En el caso en que se use una pequeña longitud de onda es decir por ejemplo menor que 3 mm, será necesaria una fuerza más elevada para alargar al elemento metálico, eliminando así la deformación estructural, próxima al alargamiento elástico y plástico del elemento metálico bajo carga como si no hubiese deformación estructural. La eliminación de esta deformación estructural conduce a un alargamiento principalmente plástico del elemento metálico. Cuando el elemento metálico se libera, el elemento metálico no volverá a su forma ondulada original, sino que permanecerá alargado en cierto grado.

En el caso de que se aplique una mayor longitud de onda, por ejemplo mayor que 3 mm o incluso mayor que 4,5 mm, es suficiente una menor fuerza para estirar el elemento metálico, eliminando así en cierto grado la deformación estructural. Esto conduce a un alargamiento principalmente elástico del elemento metálico, que es adicional al alargamiento elástico del elemento metálico en una fuerza baja como si no hubiera deformación estructural. Cuando se libera el elemento metálico, el elemento metálico retornará a aproximadamente su forma ondulada original. Cuando se aplican mayores fuerzas, se encuentra un alargamiento plástico del propio elemento metálico, seguidamente a la eliminación de la deformación estructural que queda.

El alargamiento de los elementos metálicos que están ondulados con una gran longitud de onda puede ser mayor que 0,3%, por ejemplo mayor que 0,4% o incluso mayor que 0,5%, preferiblemente mayor que 1% o más, aplicando una fuerza de 10% de la fuerza en la ruptura.

En el caso de que el elemento metálico tenga una deformación estructural con forma de espiral, se obtiene un comportamiento idéntico. Dependiendo de la longitud para obtener una rotación de 360º y el diámetro de la espiral, la eliminación de la deformación estructural del elemento metálico conducirá a un alargamiento elástico, un alargamiento plástico, o una combinación de ambos, del elemento metálico durante el proceso de formación.

Se entiende que el alargamiento debido a una eliminación de la deformación estructural puede ser elástico, o plástico, o una combinación de un alargamiento plástico y un alargamiento elástico, dependiendo de la longitud de onda o de la longitud aplicada para obtener una revolución de 360º.

Los elementos metálicos, que son parte de una estructura reforzante como objeto de la invención, pueden tener más de una deformación estructural, que son, por ejemplo, deformaciones estructurales en ondulaciones o con forma de espiral, superpuestas entre sí.

Cuando un elemento metálico que tiene dos deformaciones estructurales, que son dos ondulaciones de las cuales una tiene una longitud de onda grande y la segunda tiene una longitud de onda corta, se somete a una fuerza F de alargamiento, se obtiene una curva de esfuerzo frente a tensión que comprende zonas sucesivas diferentes, limitadas por fuerzas F1, F2, F3 y F4 (F1<F2<F3<F4).

Para una fuerza F aplicada menor que F1, se obtiene un alargamiento elástico. Cuando se aplica una fuerza F mayor que F1, pero menor que F2, se añade un alargamiento esencialmente plástico adicional. Estos alargamientos se pueden explicar eliminando principalmente la deformación estructural con gran longitud de onda.

Cuando se aumenta la fuerza F hasta un nivel entre F2 y F3, el alargamiento adicional nuevamente es principalmente elástico. Cuando F aumenta hasta un nivel entre F3 y F4, el alargamiento en esta zona se hace principalmente plástico, hasta que ocurre la ruptura en F4. Estos dos últimos alargamientos se explican principalmente por la eliminación de la deformación estructural con longitud de onda corta, y la deformación plástica del elemento metálico sin deformación estructural hasta la ruptura.

Las fuerzas F1, F2 y F3, cuando el alargamiento cambia de elástico a plástico o viceversa, se pueden ajustar mediante la longitud de onda y la amplitud de las ondulaciones junto con otros parámetros del elemento metálico, tales como el diámetro de los alambres, la historia de la aleación y del estiramiento y eventualmente la construcción de hebras y cuerdas.

En caso de que se superpongan más de 2 deformaciones estructurales entre sí, se puede obtener un comportamiento similar del elemento metálico bajo carga.

En el caso de que las deformaciones estructurales sean ondulaciones, el elemento metálico puede estar ondulado en un plano paralelo al eje del elemento metálico, o se pueden proporcionar ondulaciones en diferentes planos, todos paralelos al eje del elemento metálico.

Las mismas características para los elementos metálicos se encuentran en el caso de que una o más deformaciones estructurales sean deformaciones estructurales con forma de espiral.

La estructura reforzante puede comprender uno o más entramados textiles, denominados en lo sucesivo también como capas reforzantes. Según la presente invención, los elementos metálicos están presentes en al menos una de las capas reforzantes.

La estructura reforzante se ha de entender que son todos los elementos que se usan para proporcionar el artículo de material compuesto rígido, próximo a la matriz polimérica. La persona experta en la técnica comprende que también se pueden usar otros materiales para proporcionar elementos de la estructura reforzante, por ejemplo fibra de vidrio, fibra C o fieltros o entramados tejidos fuera de tales materiales, además de los elementos metálicos.

Un objeto de la invención es mejorar las propiedades de flexión y el comportamiento de las estructuras reforzantes que comprenden elementos metálicos durante un proceso de formación de un artículo de material compuesto rígido, que comprende esta estructura reforzante y una matriz polimérica. Durante este proceso, la estructura reforzante y la matriz polimérica se someten a calor y/o presión a fin de obtener un artículo de material compuesto rígido. La formación se puede realizar en una etapa o puede requerir etapas subsiguientes.

Se encontró que cuando se somete a un proceso de formado una estructura reforzante que comprende entramados textiles que tienen elementos metálicos, con una deformación estructural, la fuerza necesaria para formar el artículo de material compuesto rígido se usa parcialmente para alargar el elemento metálico. La fuerza aplicada alargará el elemento metálico eliminando parcialmente las deformaciones estructurales. Esto se puede obtener debido al alargamiento en la ruptura de los elementos metálicos según se indica anteriormente.

Se puede someter una estructura reforzante objeto de la invención a un proceso de formación, junto con la matriz polimérica. Este proceso comprende una acción de calentamiento para reblandecer la matriz polimérica, una acción de conformación para formar la matriz reblandecida y la estructura reforzante en una forma deseada, y una acción de enfriamiento para hacer nuevamente rígida a la matriz.

Cuando se usa un elemento metálico que tiene más de una deformación estructural como parte de la estructura reforzante de un artículo de material compuesto rígido, se proporcionan beneficios a las propiedades de flexión durante el proceso de formación, por un lado, y al artículo de material compuesto rígido por el otro lado. En el caso de que la fuerza F usada para proporcionar un artículo de material compuesto rígido que comprende la estructura reforzante sea aproximadamente F2, las propiedades de flexión de la estructura reforzante se mejoran mediante el alargamiento elástico y plástico proporcionado por las zonas de alargamiento por debajo de F2. Sin embargo, cuando el artículo de material compuesto rígido se somete a una fuerza de impacto, por ejemplo una fuerza entre F2 y F3, el artículo de material compuesto rígido será capaz de absorber la energía de impacto en un cambio reversible de su forma. Esto es debido principalmente a que la estructura reforzante se estirará bajo un alargamiento esencialmente elástico.

Tales procedimientos de formación, en los que la estructura reforzante y la matriz polimérica se someten a calor y/o presión a fin de formar un artículo de material compuesto rígido, pueden comprender una o más etapas subsiguientes. Primeramente, el material polimérico a usar como matriz polimérica en el artículo de material compuesto rígido se añade a la estructura reforzante. Por ejemplo, un entramado textil que comprende un elemento metálico que tiene al menos una deformación estructural se lamina entre dos o más capas poliméricas. Eventualmente, se añaden otros elementos de la estructura reforzante antes o durante el laminado. Una alternativa es extruir el material polímero alrededor del entramado textil, que comprende los elementos metálicos con al menos una deformación estructural. Esta combinación de material polímero y estructura reforzante que comprende elementos metálicos se somete a un proceso de conformado. Tal proceso de conformado puede ser, por ejemplo una conformación a presión, un moldeo en flujo, termoplegado o formado por membrana.

En una operación de formación a presión (estampación), se calienta una estructura reforzante y la matriz polimérica a la temperatura de procesamiento y se estampa para darle una forma de herramienta en dos partes bajo presión para proporcionar un artículo de material compuesto rígido.

En una operación de moldeo por flujo, la estructura reforzante y la matriz polimérica se calientan hasta la temperatura de procesamiento y se colocan en una herramienta de dos partes y luego se someten a presión. La cavidad del molde se llena mediante la matriz polimérica que fluye en cada receso del molde, proporcionando así un artículo de material compuesto rígido.

En la operación de termoplegado, la estructura reforzante y la matriz polimérica se calientan localmente y se pliegan para proporcionar un artículo de material compuesto rígido.

En una operación de formación con membrana, se usa una presión en autoclave para cubrir la estructura reforzante precalentada y la matriz polimérica sobre una herramienta, proporcionando un artículo de material compuesto rígido.

Adicionalmente, la presencia de elementos metálicos en la matriz durante las operaciones de doblado mejora la distribución del calor en toda la matriz. Puesto que los elementos metálicos tienen una elevada conductividad térmica y eléctrica, esto conduce a tiempos de ciclo más cortos comparados con materiales compuestos con otras estructuras reforzantes, que no comprenden elementos metálicos tales como fibra de vidrio o fibras de carbón.

Los elementos metálicos pueden ser tejidos, enlazados o trenzados juntos con filamentos poliméricos, hilos o cintas poliméricas en uno y el mismo entramado. Otra alternativa se proporciona revistiendo los alambres, hebras o cuerdas mediante un revestimiento polimérico antes de transformarlos en el entramado. Se entiende que, además de la deformación estructural de los elementos metálicos, también la naturaleza del propio entramado textil puede contribuir a las propiedades de alargamiento de la estructura reforzante total. Para mejorar adicionalmente las propiedades de doblado de la estructura reforzante, se puede ondular el propio tejido.

Otra alternativa es proporcionar un revestimiento polimérico alrededor de los elementos metálicos, preferiblemente antes de que se les dé la deformación estructural tras lo cual se usan para proporcionar un entramado textil. Por ejemplo, el material polimérico se extruye alrededor del elemento metálico. Tal revestimiento polimérico ayuda a mejorar la adhesión entre los elementos metálicos de la estructura reforzante y la matriz polimérica.

Como matriz polimérica se puede usar cualquier material termoplástico rígido. Un material termoplástico se ha de considerar como cualquier termoplástico y cualquier elastómero termoplástico.

Ejemplos de materiales termoplásticos adecuados son: polietileno (PE) polipropileno (PP), poliestireno (PS), poli(tereftalato de etileno) (PET), poli(naftalato de etileno) (PEN), poli(tereftalato de buteno) (PBT), poli(cloruro de vinilo) (PVC), poliamida (PA), poliéster (PES), poliimida (PI), policarbonato (PC), copolímero de estireno-acrilonitrilo (SAN), copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), poliuretano termoplástico (TPU), poliolefinas termoplásticas (TPO), copolieterésteres termoplásticos, copolímeros de estos polímeros o materiales similares.

Estas matrices poliméricas se podrían definir por un módulo de Young de más de 10^{7} Pa, preferiblemente entre 10^{8} Pa y 5*10^{9} Pa. El módulo de Young se mide en el origen de la curva de esfuerzo-deformación del polímero a temperatura ambiente.

Se puede obtener un artículo de material compuesto rígido similar usando polímeros termoendurecidos conformando la estructura reforzante sin matriz polimérica, y añadiendo la matriz termoendurecida, que es la matriz polimérica, a la estructura reforzante formada, por ejemplo, mediante moldeo por inyección.

Cuando se usan hebras o cuerdas en la estructura reforzante, se da preferencia a aquellas hebras o cuerdas que tengan una gran superficie rugosa para aumentar el anclamiento mecánico en la matriz. Los ejemplos son cuerdas de 3x3 y 7x3, preferidas a cuerdas de una sola hebra.

Para mejorar la resistencia a la corrosión de los elementos metálicos, los elementos metálicos se pueden revestir con una tapa de revestimiento metálico tal como cinc o una aleación de cinc tal como latón. Una aleación de cinc adecuada es una aleación que comprende 2 a 10% de Al y 0,1 a 0,4% de un elemento de tierras raras tal como La y/o Ce.

A fin de asegurar una buena adhesión entre el material termoplástico y el material metálico, se puede aplicar un promotor de la adhesión sobre el elemento metálico.

Los posibles promotores de la adhesión son agentes de acoplamiento bifuncionales tales como compuestos silánicos. Un grupo funcional de estos agentes de acoplamiento es responsable de la unión con el metal u óxidos metálicos; el otro grupo funcional reacciona con el polímero.

En la solicitud PCT WO-A-99/20682 se pueden encontrar más detalles sobre estos agentes de acoplamiento.

Otros promotores de la adhesión adecuados son aluminatos, circonatos o titanatos.

Los alambres usados como elemento metálico como tales o compuestos de una hebra o cuerda pueden tener diversas secciones transversales y geometrías, por ejemplo, circular, oval o lana.

Dentro del intervalo de alambres, hebras y cuerdas, se puede usar una gran variedad de materiales, dependiendo de la resistencia mecánica requerida. Los alambres usados como tales o compuestos de una hebra o cuerda pueden tener un diámetro de 0,04 mm a 1,0 mm, preferiblemente entre 0,1 mm y 0,4 mm, por ejemplo 0,15 mm, 0,175 mm o 0,3 mm.

También se pueden usar alambres que tienen deformaciones estructurales para proporcionar una hebra o cuerda. Estas hebras o cuerdas pueden formar parte de la estructura reforzante.

Se puede usar cualquier metal para proporcionar los elementos metálicos. Preferiblemente, se usan aleaciones tales como aleaciones de acero ricas en carbón, o aleaciones de acero inoxidable.

Cuando se usa alambre de acero, la resistencia a la tracción de los alambres de acero oscila de 1500 N/mm^{2} a 3000 N/mm^{2} e incluso más, y depende principalmente de la composición del acero y del diámetro.

También se pueden escoger otros parámetros de una hebra o cuerda, tal como la construcción de la hebra o cuerda, el número de alambres y los diámetros de cada alambre que componen una hebra o cuerda, la fuerza de la ruptura de cada alambre que compone la hebra o cuerda, para proporcionar las propiedades mecánicas requeridas tal como resistencia y alargamiento en la ruptura.

Breve descripción de los dibujos

La invención se describirá ahora con más detalle haciendo referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:

La Figura 1 muestra un entramado textil tejido según se conoce en la técnica anterior.

La Figura 2 muestra una vista esquemática de un entramado textil tejido, para formar parte de una estructura reforzante objeto de la invención.

La Figura 3 muestra un elemento mecánico ondulado.

La Figura 4 muestra curvas de esfuerzo frente a deformación de elementos metálicos ondulados.

La Figura 5 muestra un elemento metálico que tiene dos ondulaciones superpuestas entre sí.

La Figura 6 muestra una curva de esfuerzo frente a deformación de un elemento ondulado metálico según se muestra en la Figura 5.

La Figura 7 muestra un entramado textil tejido, usado como una estructura reforzante objeto de la invención.

La Figura 8 muestra un entramado textil enlazado, usado como una estructura reforzante objeto de la invención.

Las Figuras 9, 10, 11 y 12 muestran entramados textiles tejidos alternativos usados como una estructura reforzante objeto de la invención.

Descripción de las realizaciones preferidas de la invención

La Figura 1A muestra un entramado textil tejido conocido en la técnica anterior, que comprende elementos metálicos, que son alambres. Tal entramado textil es conocido como una estructura reforzante. Este entramado comprende elementos 101 de urdimbre y elementos 102 en trama. En la Figura 1B, una sección paralela a la dirección de urdimbre muestra la deformación textil de los elementos 102 en trama. Esta deformación textil, debido a la presencia del alambre en la estructura textil tejida, tiene la forma de una ondulación. La ondulación tiene un elemento 101 de urdimbre en cada lado cóncavo de la onda de las ondulaciones. En la Figura 1C, una sección paralela a la dirección de urdimbre muestra la deformación de los elementos 101 de urdimbre. Esta deformación textil, debido a la presencia del alambre en la estructura textil tejida, tiene la forma de una ondulación. La ondulación tiene un elemento 102 en trama en cada lado cóncavo de la onda de las ondulaciones.

Cuando tal entramado, según se conoce en la técnica anterior, se somete a una fuerza de alargamiento, bien en la dirección de la urdimbre o en la dirección del entramado, el elemento metálico presente en el lado cóncavo de la deformación textil evita que se deshaga la deformación textil (en este caso ondulación).

En la Figura 2A se muestra un entramado textil tejido, que es parte de una estructura reforzante objeto de la invención. Este entramado textil tejido también comprende elementos de urdimbre 201 y elementos de trama 202. Sin embargo, la diferencia entre esta realización de la presente invención y el entramado textil mostrado en la Figura 1 se observa claramente en la Figura 2B y 2C. La Figura 2B y Figura 2C es una vista de una sección del tejido de la Figura 2A, en la dirección de trama respectivamente con urdimbre. La Figura 2B muestra claramente el elemento 202 de trama que tiene una deformación estructural (en esta realización una segunda ondulación), próxima a la deformación debido a la presencia del entramado textil. La Figura 2C muestra la misma presencia de una segunda ondulación, que es una deformación estructural, próxima a la deformación, debido a la presencia del elemento metálico en el entramado textil, en este caso del elemento de urdimbre 201.

Similar al entramado conocido en la Figura 1, la deformación textil no se puede eliminar debido a la presencia de un elemento metálico en el lado cóncavo. Sin embargo, el entramado se puede alargar fácilmente debido al hecho de que la deformación estructural se puede eliminar.

La Figura 3 muestra una vista lateral de un alambre 301 ondulado, estructuralmente deformado, que según la invención se integra en el entramado textil. El alambre tiene su eje original 302, al que se ondula en un plano con una longitud de onda 303 y una amplitud 304. Para esta realización, se escoge un diámetro del alambre de 0,3 mm.

Se proporcionaron diferentes realizaciones de un alambre ondulado, que tiene las características mostradas en la tabla a continuación.

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Muestra	Diámetro del alambre	Longitud de onda	Amplitud
Muestra A	0,3 mm	6,199 mm	0,867 mm
Muestra B	0,3 mm	5,579 mm	0,964 mm
Muestra C	0,3 mm	2,988 mm	0,696 mm
Muestra D	0,3 mm	0 mm	0 mm

Todas las otras características son idénticas para las cuatro muestras. La muestra A, B y C se proporcionaron usando el alambre de la muestra D.

La Figura 4 muestra las curvas de esfuerzo frente a deformación de la muestra A, B, C y D. En las abscisas, se muestra el alargamiento comparado con la longitud en el comienzo. La ordenada muestra la fuerza aplicada comparada con la fuerza total en la ruptura.

Comparado con la curva 400 del alambre deformado no estructural de la muestra D, es claro que introduciendo una deformación estructural se obtiene un alargamiento significativo mayor. Puesto que esta deformación estructural es la única diferencia entre las cuatro muestras, el diferente alargamiento ha de ser provocado por la deformación estructural.

Para la muestra A, la curva de esfuerzo frente a deformación 401 muestra que la mayor parte del alargamiento se encuentra en la zona 402 de formación esencialmente elástica de la curva, mientras que sólo una parte más pequeña del alargamiento se encuentra en la zona 403 de deformación plástica.

Se puede realizar la misma observación a partir de la curva 404 de esfuerzo frente a deformación de la muestra B. Una parte principal del alargamiento se encuentra en la zona 405 de deformación elástica, comparada con el alargamiento proporcionado por la zona 406 de deformación plástica. Ambas muestras tienen una longitud de onda más bien grande, y se encontró que la eliminación de la deformación estructural se obtenía mediante un alargamiento esencialmente elástico.

Para la muestra C, la curva 407 de esfuerzo frente a deformación muestra que sólo se puede encontrar un pequeño alargamiento elástico en la zona 408 de deformación elástica, comparado con el gran alargamiento en la zona 409 de deformación plástica. La eliminación de la deformación estructural para estas longitudes de onda más bien cortas se obtiene esencialmente mediante un alargamiento plástico.

Se obtiene un alargamiento mayor que 4%, por ejemplo 5%, 9% o incluso 11%. A un 10% de la fuerza en la ruptura, ya se encuentra un gran alargamiento para el elemento metálico con deformación estructural comparado con el alargamiento al 10% de fuerza en la ruptura de un alambre no deformado estructuralmente. Este alargamiento a bajas fuerzas se mejora usando longitudes de onda más grandes.

Se pueden obtener otras realizaciones aplicando diferentes alambres ondulados tales como alambres con otro diámetro, con otras formas de aleación, de longitud de onda, de amplitud o de ondulación. Incluso se han de comprender en el alcance de la invención cuerdas y hebras, que están onduladas, por ejemplo paralelas al eje de la hebra o de la cuerda.

Otra realización se obtiene usando elemento metálico con más de una deformación estructural superpuesta entre sí. En la Figura 5 se muestra un alambre 501, que tiene dos ondulaciones superpuestas entre sí. Las dos ondulaciones se proporcionan en el mismo plano. Según la invención, este alambre se ha de integrar en el entramado
textil.

Se superpone una primera ondulación, caracterizada por una longitud de onda 502 grande y una amplitud 503, comparada con el eje 504 del alambre como si no hubiese tal ondulación, a una ondulación con longitud de onda corta 505 y amplitud 506 comparada con el eje 507 del alambre como si no hubiese tal ondulación.

Se proporciona una realización con características como en la tabla a continuación:

Muestra	Diámetro del	Longitud de	Amplitud	Longitud de	Amplitud
	alambre onda	502	503	onda 505	506
Muestra E	0,3 mm	5,034 mm	1,124 mm	2,988 mm	0,696 mm

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La Figura 6 muestra las curvas de esfuerzo frente a deformación de la muestra E. En abscisas, se muestran el alargamiento comparado con la longitud al comienzo. La ordenada muestra la fuerza aplicada comparada con la fuerza total en la ruptura.

Comparado con la curva 600 del alambre no deformado estructuralmente de la muestra D, está claro que introduciendo deformaciones estructurales se obtiene un alargamiento significativo más grande. Puesto que esta deformación estructural es la única diferencia entre la muestra E y la muestra D de alambre de referencia, el diferente alargamiento ha de estar provocado por la deformación estructural.

Para la muestra E, la curva 601 muestra 4 zonas. En la zona 602, el alargamiento obtenido es esencialmente elástico. La zona 603 proporciona un alargamiento adicional que es principalmente plástico, mientras que la zona 604 proporciona un alargamiento que es nuevamente más elástico. La zona 605 proporciona un alargamiento plástico hasta que ocurre la ruptura.

En la Figura 7 se muestra un artículo de material compuesto rígido que comprende una estructura reforzante con un entramado textil tejido objeto de la invención. Los alambres 701 ondulados en dirección de urdimbre y 702 en dirección de trama están ondulados, de forma que tienen una deformación estructural próxima a la deformación que se obtienen tejiendo en un entramado tejido. Se pueden obtener un artículo de material compuesto rígido cuando se proporciona una matriz polímera 703 a la estructura reforzante, por ejemplo laminando hojas de polímero en temperatura creciente a ambos lados de la estructura reforzante. Aplicando calor y/o presión, la matriz polimérica 703 se adhiere a la estructura reforzante. Posiblemente, al artículo de material compuesto rígido se le da su forma final al mismo tiempo. Como alternativa, se proporciona un artículo de material compuesto rígido plano, que se puede deformar hasta una conformación final más tarde en una operación separada aplicando calor y/o presión al artículo de material compuesto rígido plano.

Otro artículo de material compuesto rígido se muestra en la Figura 8. Los alambres 801 estructuralmente deformados se enlazan en una estructura enlazada. Los alambres 801 están estructuralmente deformados en una forma ondulada irregular. Se proporciona una matriz polimérica 802 a la estructura reforzante. Se entiende que el patrón de enlace se puede escoger para mejorar incluso más las propiedades de alargamiento de la estructura reforzante. Los elementos metálicos próximos a la ondulación que es una deformación estructural, se deforman debido a la presencia en el entramado enlazado textil. Se conforman para formar bucles, que son las puntadas del entramado. Sin embargo, como alternativa, los elementos metálicos se pueden usar para formar puntadas dobladas o incrustaciones.

En la Figura 9 se muestra una realización alternativa objeto de la invención, en la que se usan una cuerda 901 y 902 de acero, que están estructuralmente deformada puesto que están onduladas, para proporcionar un entramado tejido, tanto en la dirección de la urdimbre como en la dirección de la trama. Adicionalmente se proporciona una matriz polimérica 903 y se adhiere vía calor y/o presión a la estructura reforzante, para proporcionar un artículo de material compuesto rígido plano.

En la Figura 10 se muestra otra estructura reforzante. Los alambres 1001 y 1002, que tienen cada uno dos ondulaciones superpuestas entre sí, están compuestos de un entramado tejido como urdimbre y trama. Adicionalmente se proporciona una matriz polimérica 1003 y se adhiere vía calor y/o presión a la estructura reforzante, para proporcionar un artículo de material compuesto rígido plano.

En la Figura 11 se muestra otro artículo de material compuesto rígido. Se usan alambres 1101 y 1102 con forma de espiral como urdimbre y trama para proporcionar un entramado tejido. Adicionalmente se proporciona una matriz polimérica 1103 y se adhiere vía calor y/o presión a la estructura reforzante para proporcionar un artículo de material compuesto rígido plano.

En la Figura 12 se muestra otra estructura reforzante, a usar para proporcionar un artículo de material compuesto rígido objeto de la invención, que es un entramado 1201 tejido textil, que comprende alambres ondulados como elemento metálico 1202. Los elementos metálicos 1202 están presentes en la dirección de urdimbre o de trama sobre el entramado tejido, mientras que la otra dirección del entramado tejido, que es una trama con respecto a la urdimbre, se proporciona usando filamentos poliméricos 1203. Estos filamentos se pueden obtener a partir del mismo polímero o un polímero diferente de la matriz polimérica del artículo de material compuesto rígido. Como alternativa, puede haber cierto material polimérico como revestimiento sobre los elementos metálicos o sobre un número de elementos metálicos para formar tiras.

El volumen total del material termoplástico presente como filamento y/o como revestimiento puede ser incluso más de 40% del volumen total del entramado tejido.

Como alternativa, el filamento 1203 polimérico se puede sustituir por cintas poliméricas, que tienen una anchura preferiblemente en el intervalo de 1 a 10 mm y un grosor preferiblemente entre 20 y 300 \mum.

Una estructura reforzante puede comprender una o más capas reforzantes, siendo cada capa un entramado textil como se describe anteriormente.

Para todas las realizaciones, se encontró que la adhesión entre el elemento metálico y la matriz polimérica se podía influir mediante un revestimiento del elemento metálico. Para matrices de PA, un revestimiento de latón, de cinc o de aleación de cinc sobre el elemento metálico puede mejorar la adhesión entre la matriz polimérica y el elemento metálico. Una aleación de cinc posible es una aleación que comprende 2 a 10% en peso de Al y 0,1 a 0,4% de un elemento de tierras raras tal como La y/o Ce.

Se puede obtener una mejora adicional para la adhesión aplicando promotores de la adhesión tales como compuestos silánicos, aluminatos, circonatos o titanatos.

Está claro que se obtienen otras realizaciones usando otras matrices poliméricas tales como PE, PP, PS, PET, PEN, PBT, PVC, PA, PI, PC, SAN, ABS, TPU, TPO, copolieterésteres termoplásticos, copolímeros de estos polímeros y materiales similares. Cada una de las realizaciones está influida de forma similar en lo que respecta a los revestimientos o al uso de promotores de la adhesión.

Una persona experta en la técnica comprende que para todas las realizaciones el tipo de aleación de metal usado, los diámetros, formas de sección y otras propiedades físicas de los alambres, hebras o cuerdas influirán en la resistencia del elemento metálico.

Está claro que todos los elementos metálicos tienen una estructura ondulada, o tienen una estructura rugosa, lo que mejora el anclamiento mecánico del material polimérico alrededor del elemento metálico.

Claims

1. Una estructura reforzante, que comprende uno o más entramados textiles, comprendiendo al menos uno de dichos entramados textiles elementos metálicos, dichos elementos metálicos son alambres metálicos, haces de alambres metálicos, hebras metálicas o cuerdas metálicas, dichos elementos metálicos tienen una deformación textil, caracterizada porque dichos elementos metálicos tienen al menos una deformación estructural, distinta de la deformación textil.

2. Una estructura reforzante según la reivindicación 1, en la que dicho elemento metálico tiene 2 deformaciones estructurales.

3. Una estructura reforzante según la reivindicación 1 ó 2, en la que al menos una de dicha deformación estructural es una ondulación.

4. Una estructura reforzante según la reivindicación 1 ó 2, en la que al menos una de dicha deformación estructural es una deformación estructural con forma de espiral.

5. Una estructura reforzante según la reivindicación 1 ó 2, dichas deformaciones estructurales son ondulaciones.

6. Una estructura reforzante según la reivindicación 4, en la que dichas ondulaciones están comprendidas en un plano, paralelo al eje de dicho elemento metálico.

7. Una estructura reforzante según la reivindicación 5, en la que dichas ondulaciones están comprendidas en planos diferentes, dichos planos son paralelos al eje de dicho elemento metálico.

8. Una estructura reforzante según la reivindicación 1 a 7, en la que dicho elemento metálico es un alambre.

9. Una estructura reforzante según la reivindicación 1 a 7, en la que dicho elemento metálico es una cuerda.

10. Una estructura reforzante según la reivindicación 1 a 9, en la que dicho elemento metálico tiene un alargamiento en la ruptura mayor que 3%.

11. Una estructura reforzante según la reivindicación 1 a 10, en la que dicho elemento metálico tiene un alargamiento mayor que 0,3% a una fuerza de 10% comparado con la fuerza en la ruptura de dicho elemento metálico.

12. Una estructura reforzante según la reivindicación 1 a 11, dicho entramado textil es un entramado enlazado.

13. Una estructura reforzante según la reivindicación 1 a 11, dicho entramado textil es un entramado tejido.

14. Una estructura reforzante según la reivindicación 13, dichos elementos metálicos están presentes tanto en urdimbre como en trama de dicho entramado textil tejido.

15. El uso de una estructura reforzante según la reivindicación 1 a 14, para reforzar un artículo de material compuesto rígido, comprendiendo adicionalmente dicho artículo de material compuesto rígido una matriz polimérica que tiene un módulo de Young mayor que 10^{7} Pa.

16. Un artículo de material compuesto rígido que comprende una matriz polimérica y una estructura reforzante según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, teniendo dicha matriz polimérica un módulo de Young mayor que 10^{7} Pa.

17. Un método para fabricar un artículo de material compuesto rígido que comprende las siguientes etapas:

-: proporcionar una estructura reforzante según la reivindicación 1 a 14 y una matriz polimérica que tiene un módulo de Young mayor que 10^{7} Pa,

-: formar dicho artículo de material compuesto rígido aplicando calor y/o presión a dicha estructura reforzante y matriz polimérica.