MÉTODO DE FABRICACIÓN DE UNA PROTECCIÓN CORPORAL Y PROTECCIÓN

CORPORAL RESULTANTE

Campo de la técnica

La presente invención concierne al campo de los métodos de fabricación de protecciones corporales compuestas por una carcasa estructural y por una capa de poliestireno expandido, y a las protecciones corporales resultantes de dicho método. En el presente documento se entenderá que la carcasa es la capa más externa de la protección corporal, es decir la que recibe los impactos en primer lugar.

Una carcasa estructural es un elemento duro destinado ofrecer una protección sustancial frente a impactos y a distribuir los esfuerzos en un área mayor que la de la superficie de impacto, reduciendo así las presiones locales y reduciendo, por tanto, los posibles daños directos que dicho impacto pudiera causar en una parte del cuerpo del usuario protegida por dicha protección corporal.

Dicha protección corporal puede ser una protección para articulaciones, como tobillos, rodillas, codos o hombros, puede ser una protección para huesos largos de piernas o brazos, de extremidades como partes de botas o guantes, o puede ser una protección para partes del torso, aunque el uso preferido para dicha protección corporal será en forma de casco para la protección de la cabeza de un usuario.

Dentro de la carcasa estructural de los cascos se coloca habitualmente una capa de poliestireno expandido que absorbe la energía de los grandes impactos para proteger la cabeza contenida en el casco.

La distribución de fuerzas en un área mayor permite que una mayor sección de la capa de poliestireno expandido trabaje en la deceleración del impacto, homogeneizando así la respuesta mecánica del conjunto ante impactos con superficies de área reducida. La carcasa estructural tiene además otras funciones, como por ejemplo la de resistir la abrasión.

La protección corporal propuesta puede ser por ejemplo un casco de automoción para coche, moto u otro vehículo, cascos de bicicleta, cascos de esquí, cascos de actividades de aventura como escalada, paracaidismo, parapente, cascos deportivos por ejemplo para hockey, béisbol, fútbol americano, cascos laborales, como cascos de obra, de minería, así como otras protecciones corporales como una codera, una muñequera, una rodillera, una tobillera, una hombrera, al menos parte de una bota o de un guante, una espinillera, una protección de brazo o de antebrazo, una coquera, una protección de pecho o espalda, etc.

Estado de la técnica

Se conocen las protecciones corporales que incluyen una carcasa con una capa de poliestireno expandido adherida a su interior para la absorción de impactos.

En función de la tipología de casco y de la normativa de ensayo a superar, existen las carcasas estructurales, previstas para soportar y ofrecer protección frente a los impactos, y las carcasas no estructurales que solamente ofrecen protección contra la abrasión, pero no contra los impactos.

Las carcasas no estructurales acostumbran a tener un grosor muy limitado, típicamente inferior a 1mm. Comúnmente estas carcasas no estructurales están producidas mediante moldeo por termo-conformado a partir de láminas planas y delgadas. Este tipo de carcasas no estructurales delegan la resistencia estructural frente a los impactos a una capa subyacente del casco hecha de un material adecuado para la absorción de impactos, típicamente poliestireno expandido o espuma de poliestireno.

En el campo de los cascos de bicicleta es habitual el uso de una carcasa no estructural sobre la que se sobremoldea una capa de poliestireno expandido que, gracias a este proceso de sobremoldeado, queda adherida por contacto estrecho a la carcasa no estructural.

Dicha carcasa no estructural es frecuente que se fabrique también en policarbonato, que tiene una temperatura de fusión muy superior a la temperatura alcanzada durante el proceso de sobremoldeado del poliestireno expandido por lo que el material no se ve alterado durante el proceso de sobremoldeado, pero la adherencia del poliestireno expandido sobre el policarbonato es limitada y es frecuente que acaben por separarse con el tiempo.

Las carcasas estructurales acostumbran a tener un grosor elevado, de varios milímetros. En la realización más común la carcasa estructural está hecha de un material plástico, normalmente un termoplástico, que puede ser fácilmente fabricado por inyección, logrando una fabricación económica y rápida, pero que requiere de grosores considerables para lograr una resistencia estructural suficiente, produciendo carcasas estructurales de peso elevado que pueden ser incómodas de llevar durante períodos prolongados de tiempo, o que suponen una desventaja en situaciones de deportes de competición o en situaciones de alto rendimiento. En los casos en los que se requiere de una carcasa estructural de bajo peso se conocen las carcasas estructurales fabricadas en composite, que proporcionan una protección estructural suficiente con menores grosores y por lo tanto con menor peso.

Estas carcasas estructurales de composite comprenden fibras de vidrio y/o de carbono combinada con una matriz termoestable, por ejemplo, resinas epoxy, polyester o vinilester. Dichos materiales termoestables no pueden fundirse ni reblandecerse por aplicación de calor una vez curado, por lo tanto, si estas carcasas estructurales se emplean en procesos de sobremoldeado del poliestireno expandido tampoco se ven alterados, aunque la adhesión lograda con la matriz termoestable tampoco es muy elevada pudiendo producirse separaciones.

La fabricación de dichas carcasas estructurales de composite son también más caras que la fabricación de carcasas estructurales hechas de material plástico sin fibras de refuerzo, por lo que se requiere de soluciones que permitan reducir su coste.

En el sector de las protecciones corporales con carcasa estructural que constituyen cascos integrales, debido a la forma cerrada que tienen este tipo de cascos, no se sobremoldea el poliestireno expandido sobre el intradós de la carcasa estructural, pues el molde requerido sería muy complejo, sino que la capa de poliestireno expandido se fabrica separadamente, y posteriormente se introduce y adhiere en el interior cóncavo de la carcasa estructural. Esta solución provoca que el contacto entre la carcasa estructural y la capa de poliestireno expandido se limite únicamente a algunos puntos donde se coloca adhesivo, de manera que dicha capa no está adherida en toda su superficie, y por lo tanto en este tipo de cascos la resistencia y rigidez de la carcasa estructural no se ve mejorada al incorporar la capa de poliestireno expandido. En otros términos, las propiedades mecánicas del conjunto formado por carcasa estructural más material de absorción de impacto es aquella propia a un sistema constituido por los dos materiales superpuestos, sin unión entre sí. Además, el proceso de inserción y adhesión de los dos componentes no puede ser automatizado, por lo que encarece el coste final del casco.

En el caso de fabricar separadamente la capa de poliestireno expandido y proceder posteriormente a su adhesión a una carcasa estructural hecha de material composite mediante adhesivos, existe la limitación antes descrita de que no se mejoran las propiedades mecánicas de la carcasa estructural, que serán aquellas propias a un sistema constituido por los dos materiales superpuestos, sin unión entre sí. Por lo tanto, se requiere de una solución que permita obtener un casco con una carcasa estructural de alta resistencia, ligera y de bajo coste que pueda ser firmemente unida a una capa de poliestireno expandido de manera que se mejore incluso más su resistencia.

Esta y otras ventajas se obtienen del producto que se propone a continuación.

Breve descripción de la invención

La presente invención concierne, según una primera realización, a un método de fabricación de una protección corporal que comprende, de un modo en sí conocido en el estado de la técnica, las siguientes etapas:

• producir una carcasa estructural con un grosor máximo de 5 mm, hecha de un material termoplástico, y que define un interior cóncavo y un exterior convexo;

• sobre-moldear una capa de poliestireno expandido superpuesta al interior cóncavo de la carcasa estructural, produciendo su adhesión por contacto estrecho a la carcasa estructural.

Se entiende que la carcasa estructural es la capa más externa de la protección corporal, que recibe los impactos directamente en caso de accidente. Dicha carcasa estructural define un interior cóncavo, correspondiente al interior del casco destinado a alojar la parte del cuerpo del usuario a proteger.

Sobre dicho interior cóncavo se superpone una capa de poliestireno expandido, que quedará rodeando la parte del cuerpo del usuario, por debajo de la carcasa estructural.

Dicha capa de poliestireno expandido sufrirá deformaciones y aplastamientos en caso de impacto severo, absorbiendo energía que no será transferida a la parte del cuerpo del usuario, así mismo, gestionando la carrera de deceleración de manera que se reduzca la aceleración máxima sufrida por la cabeza y por lo tanto protegiéndolo.

La etapa de fabricación, mediante sobre-moldeo, de dicha capa de poliestireno expandido sobre el intradós de la carcasa estructural produce la adhesión de dicha capa de poliestireno expandido al interior cóncavo de la carcasa estructural mediante contacto estrecho, es decir que toda superficie exterior de la capa de poliestireno expandido que está enfrentada y adosada al interior cóncavo de la carcasa estructural sin que exista el mínimo resquicio ni separación entre dichas superficies ni tampoco ningún material interpuesto como adhesivos, integrándose la capa de poliestireno expandido dentro de cualquier recoveco, relieve o textura existente en el intradós cóncavo de la carcasa estructural. Este contacto estrecho se consigue mediante el proceso de sobre-moldeado de la capa de poliestireno expandido sobre el intradós de la carcasa estructural. Este proceso de fabricación comprende fabricar la carcasa estructural, introducirla en un molde, cerrar el molde, introducir el material que constituye el poliestireno pre-expandido y vapor a una temperatura comprendida entre los 100 ^e C y los 130 ^e C en el interior de dicho molde cerrado causando, vía un agente expansor, la expansión del poliestireno expandido que se conformará moldeándose contra el intradós cóncavo de la carcasa estructural y por lo tanto quedando adherida a la misma por contacto estrecho, sin adhesivos.

Esta característica, según la cual la capa de poliestireno expandido y la carcasa estructural quedan estrechamente unidos a pesar de no existir adhesivos entre ellos, permite por un lado reducir costes de fabricación, al no requerir una etapa de ensamblado ni de la aplicación de adhesivos, lo que ahorra mano de obra y tiempo.

Además la unión estrecha entre ambos elementos permite también que colaboren estructuralmente, lo que permite incrementar la resistencia final del casco, mejorando su funcionalidad, o permite reducir el grosor de la carcasa estructural sin perder resistencia gracias al refuerzo estructural proporcionado por la unión estrecha con la capa de poliestireno expandido, lo que permite reducir material y peso reduciendo los costes y mejorando sus prestaciones, especialmente para usos de competición o de alto rendimiento.

La presente invención propone, de un modo no conocido en el estado de la técnica, que la etapa de fabricación de la carcasa estructural incluya la colocación distribuida, en un molde, de una mezcla de material termoplástico y de fibras de refuerzo estables a temperaturas iguales e inferiores a la temperatura de fusión del termoplástico, el cierre y calentamiento del molde por encima de la temperatura de fusión del termoplástico, causando la fusión del material termoplástico sin dañar las fibras de refuerzo, y posterior enfriamiento del molde, endureciendo el material termoplástico con las fibras de refuerzo embebidas en su interior formando un material composite.

Los termoplásticos, es decir los plásticos que pueden fundirse repetidamente por calor, presentan una gran adherencia con el poliestireno expandido, por lo que utilizar este tipo de termoplásticos mejora en gran medida la integridad estructural del casco.

Las fibras de refuerzo incrementan la resistencia de la carcasa estructural, lo que nuevamente permite incrementar la resistencia de la carcasa estructural o bien permite mantener la resistencia reduciendo el grosor de la carcasa estructural, aligerándola y abaratándola. Por lo tanto, la combinación del uso de una carcasa estructural hecha de un material composite que incluye termoplástico y fibras de refuerzo, conjuntamente con el uso de una capa de poliestireno expandido adherida por contacto estrecho al interior cóncavo de la carcasa estructural, proporciona un casco con unas mejores prestaciones y a un mejor precio que los casco conocidos en el estado de la técnica, ya que permite obtener un casco de igual resistencia que otros cascos conocidos pero con una carcasa estructural más delgada y ligera, o permite obtener un casco más resistente que otros cascos conocidos con igual peso, todo ello con unos costes de fabricación moderados.

Según una realización adicional del método, el material termoplástico se introduce en el molde en forma de hebras y/o en forma de un recubrimiento de las fibras de refuerzo. Preferiblemente el material termoplástico y las fibras de refuerzo se introducen en el molde integradas en un tejido-tejido o en un tejido no tejido.

Dicho tejido-tejido y/o tejido no tejido se puede introducir en el molde formando capas superpuestas. En tal caso, se propone que al menos las capas que constituyen el extradós de la carcasa estructural estén constituidas solamente de hebras de material termoplástico, produciendo una carcasa estructural una mayor densidad de fibras de refuerzo en su interior cóncavo que en su exterior convexo.

Las fibras de refuerzo serán preferiblemente fibras largas, o fibras largas con una longitud mayor a 30mm.

Las fibras de refuerzo están preferiblemente seleccionadas entre fibra de vidrio, fibra de carbono, fibra de aramida o una combinación de las anteriores.

Se propone también que el termoplástico sea preferiblemente polietilenotereftalato, polietilenotereftalato de bajo grado de fusión, o polietilenotereftalato de bajo grado de fusión con una temperatura de fusión comprendida entre los 165 ^e y los 190 ^e .

Se propone también que las fibras de refuerzo supongan entre el 45% y el 65%, en peso total, de la carcasa estructural.

Según una realización del método, tras la fabricación de la carcasa estructural, y sin extraer dicha carcasa estructural del molde de fabricación, se extrae la parte del molde que define el interior cóncavo, se sustituye por una nueva parte de molde que define, junto con la parte del molde que ha conformado el exterior convexo de la carcasa estructural, una cámara de sobre-moldeo que contiene la carcasa estructural, y se sobre-moldea la capa de poliestireno expandido sobre el interior cóncavo de la carcasa estructural en dicha cámara de sobre moldeo.

Esto permite reducir el utillaje necesario para la fabricación, reducir el número de operaciones requeridas para la fabricación y por lo tanto acelerar dicha fabricación.

La presente invención concierne, de acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, a una protección corporal, obtenida mediante el método descrito anteriormente, que comprende, de un modo en sí conocido:

• una carcasa estructural con un grosor máximo de 5 mm, hecha de material termoplástico, y que define un interior cóncavo y un exterior convexo;

• una capa de poliestireno expandido superpuesta y adherida en toda su superficie, por contacto estrecho, al interior cóncavo de la carcasa estructural.

La protección corporal propuesta incluye, además, de un modo no conocido en el estado de la técnica, las siguientes características: la carcasa estructural está hecha de un material composite que comprende un termoplástico con una determinada temperatura de fusión y fibras de refuerzo embebidas en su interior estables a temperaturas iguales e inferiores a la temperatura de fusión del termoplástico.

Según otra realización de la protección corporal, se propone que la carcasa estructural pueda tener una mayor densidad de fibras de refuerzo en su interior cóncavo que en su exterior convexo. Esto permite que las fibras de refuerzo puedan quedar expuestas en la superficie del interior cóncavo, o al menos afectar al acabado superficial de dicho interior cóncavo produciendo minúsculos resaltes u oquedades que permiten mejorar la adherencia de la capa de poliestireno expandido, mientras que dichas imperfecciones se evitan en el exterior convexo de la carcasa estructural.

Esto puede lograrse por ejemplo fabricando la carcasa estructural a partir de dos capas superpuestas con diferentes densidades de fibras de refuerzo, típicamente colocando dichas capas dentro de un molde antes de ser cerrado y de proceder al fundido del termoplástico.

Según una realización de la invención, el termoplástico es polietilenotereftalato, comúnmente conocido con el acrónimo PET.

Preferiblemente se utilizará polietilenotereftalato de bajo grado de fusión, por ejemplo, uno que tenga una temperatura de fusión comprendida entre los 165 ^e y los 190 ^e , lo cual es beneficioso para el proceso de moldeado de la carcasa y se acelera su fabricación, reduciendo sus costes. Una carcasa estructural hecha de polietilenotereftalato o de polietilenotereftalato de bajo grado de fusión, presentaría deformaciones a causa del calor aplicado durante el proceso de sobremoldeado de la capa de poliestireno expandido, necesario para la obtención de una unión por contacto estrecho. Sin embargo, la inclusión de fibras de refuerzo dentro de dicho termoplástico previene este problema y por lo tanto posibilita la utilización de este material termoplástico en combinación con una capa de poliestireno expandido unida por contacto estrecho sin adhesivos interpuestos.

Las fibras de refuerzo podrán estar preferiblemente seleccionadas entre fibra de vidrio, fibra de carbono, fibra de aramida o una combinación de las anteriores. Este tipo de fibras se mantienen inalteradas incluso durante el proceso de fabricación de la carcasa estructural, que requiere de la fusión del termoplástico donde dichas fibras de refuerzo están embebidas dentro de un molde para la conformación de la carcasa estructural.

Preferiblemente dichas fibras de refuerzo serán fibras largas, por ejemplo, con una longitud mayor a los 30mm, lo que ofrece un refuerzo mayor de la carcasa estructural.

El uso de fibras largas impide que el termoplástico pueda ser inyectado dentro del molde para la fabricación de la carcasa estructural, pues dichas fibras largas no pueden fluir y quedar uniformemente distribuidas en el interior del molde de forma correcta ya que debido a su longitud se enredan entre sí. Por este motivo el uso de este tipo de fibras obliga a depositar dichas fibras de refuerzo dentro del molde en su posición final antes de proceder a cerrar el molde y a fundir el termoplástico para la fabricación de la carcasa estructural.

Típicamente las fibras de refuerzo formarán un tejido-tejido, es decir un tejido con una estructura de malla y urdimbre, por lo tanto, lo contrario a un tejido no tejido. A pesar de lo anterior el uso de un tejido no tejido también se contempla.

Dicho tejido será el que se depositará dentro del molde antes de proceder a cerrarlo y calentarlo para la obtención de la carcasa estructural.

Se propone también que el citado tejido ya sea tejido-tejido o no tejido incluya, además de fibras de refuerzo, fibras de termoplástico o un recubrimiento termoplástico de las fibras de refuerzo antes de proceder a cerrar y calentar el molde para la fabricación de la carcasa estructural. De este modo al mismo tiempo que se colocan las fibras de refuerzo dentro del molde se coloca también el termoplástico que se fundirá conformando la carcasa estructural dejando las fibras de refuerzo embebidas.

Se propone que las fibras de refuerzo supongan entre el 45% y el 65% en peso total de la carcasa estructural. Típicamente la capa de poliestireno expandido tendrá un grosor mínimo de 10mm, preferiblemente de como mínimo 15mm.

Preferiblemente la protección corporal propuesta es un casco, o un casco integral, una codera, una muñequera, una rodillera, una tobillera, una hombrera, al menos parte de una bota o de un guante, una espinillera, una protección de brazo o de antebrazo, una coquera, una protección de pecho o espalda.

Otras características de la invención aparecerán en la siguiente descripción detallada de un ejemplo de realización.

Breve descripción de las figuras

Las anteriores y otras ventajas y características se comprenderán más plenamente a partir de la siguiente descripción detallada de un ejemplo de realización con referencia a los dibujos adjuntos, que deben tomarse a título ilustrativo y no limitativo, en los que: la Fig. 1 muestra una vista perspectiva de una carcasa estructural como la propuesta según una realización en la que el casco es un casco integral; la Fig. 2 muestra una vista en sección de un casco integral formado por una carcasa estructural como la mostrada en la Fig. 1 , con una capa de poliestireno expandido unida por contacto estrecho en el interior cóncavo de la carcasa estructural.

Descripción detallada de un ejemplo de realización

Las figuras adjuntas muestran ejemplos de realización con carácter ilustrativo no limitativo de la presente invención.

En la Fig. 1 se muestra una carcasa estructural 10, que en este ejemplo es una carcasa estructural para un casco integral que incluye una abertura inferior para la inserción de la cabeza del usuario a su través, y una abertura frontal de visera para que el usuario pueda ver a su través.

Evidentemente la presente invención también es aplicable a otros tipos de cascos no mostrados, como por ejemplo cascos no integrales, o incluso cascos con aberturas de ventilación como por ejemplo cascos de bicicleta. La carcasa estructural 10 define un interior cóncavo 11 , previsto para quedar enfrentado y rodeando al menos parcialmente la cabeza del usuario del casco, y un exterior convexo 12, que quedará expuesto y será el que reciba los impactos en primer lugar.

La carcasa estructural 10 está hecha de un material composite, es decir un material compuesto, que integra un termoplástico dentro del cual están embebidas fibras de refuerzo.

El casco propuesto incluye también una capa de poliestireno expandido 20 situada dentro de la carcasa estructural 10, tal y como se muestra en la Fig. 2.

La capa de poliestireno expandido 20 está unida al interior cóncavo 11 de la carcasa estructural 10 por medio de una unión estrecha carente de adhesivos interpuestos, es decir que no existe ninguna holgura, espacio ni separación entre la carcasa estructural 10 y la capa de poliestireno expandido 20. Esto se consigue sobre-moldeando la capa de poliestireno expandido 20 sobre la carcasa estructural 10.

Es esta realización se propone que la carcasa estructural tenga un grosor comprendido entre los 2 mm y los 4 mm.

Según la realización preferida el termoplástico que integra la carcasa estructural 10 será polietilenotereftalato, comúnmente conocido como PET, y las fibras de refuerzo serán fibras largas de vidrio, de carbono o de aramida, o incluso una mezcla de las anteriores.

El polietilenotereftalato se económico, resistente, duradero y fácil de fabricar, y además permite una excelente unión por contacto estrecho con la capa de poliestireno expandido 20. Las fibras de refuerzo embebidas dentro del polietilenotereftalato incrementan su resistencia estructural, a la vez que previenen que sufra deformaciones durante el proceso de sobre moldeado de la capa de poliestireno expandido a causa del calor.

Además, es preferible el uso de polietilenotereftalato de bajo grado de fusión, que es un termoplástico seleccionado para tener una temperatura de fusión comprendida entre los 165 ^e y los 190 ^e C. Esta baja temperatura de fusión permite abaratar y acelerar su fabricación sin comprometer su resistencia. Gracias a la estabilidad proporcionada por las fibras de refuerzo el polietilenotereftalato de bajo grado de fusión no se deformará durante la aplicación de la capa de poliestireno expandido 20.