ES1184458U - Material híbrido compuesto por fibra-metálico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción - Google Patents

Abstract

1. Material híbrido compuesto por fibra-metálico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción, que comprende láminas alternativas metálicas y material compuesto con matriz de resina viniléster o poliéster y refuerzo de fibra de vidrio, situándose la chapa metálica en las capas más externas del laminado y el material compuesto en el interior rellenado, mezclado, combinado con malla metálica tridimensional, e introduciéndose una capa de adhesivo de tipo elástico entre las capas exteriores metálicas y las primeras de material compuesto laminadas sobre el acero.

Description

Material híbrido compuesto por fibra-metá lico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción.

SECTOR TÉCNICO

El sector de la tecnología en que se encuadra la presente invención es el de la construcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción en general.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Existe una necesidad de disponer de nuevos materiales para construcción naval, aeronáutica, ingeniera mecanizada, construcción e ingeniería en general capaces de satisfacer los requerimientos relativos al diseño y fabricación de estructuras más ligeras a la vez que sean más resistentes, con propiedades anti-térmicas, anti-corrosivas, anti-electromagnéticas, reduciendo o anulando la creación de puntos caliemes en lugares de fricción o rozamiento cuando son piezas mecanizadas. Así aumentando la protección ante peligros adversos como la resistencia fisica, el fuego, corrosión, vibraciones, contaminación acústica e incluso obteniendo un menor consumo energético por ser más aerodinámicos e hidrodinámicos por la reducción de peso. Algunos ejemplos actuales para el uso de estos paneles, capas, piezas son en los ferries rápidos, portacontenedores de alta velocidad, petroleros de doble casco, aviones de carga, trenes de alta velocidad, transporte terrestre, aerogeneradores, piezas de motores, los cuales el peso, diseno, limitaciones fisicas de los materiales utilizados hoy en día son restrictivos, limitativos y aún más al poder beneficiarse de otras propiedades excepcionales ya mencionadas del uso de esta tecnología creada, las cuales no dan los metales comunes como el acero.

El acero, material tradicionalmente empleado en la fabricación de embarcaciones y otras estructuras como vigas, piezas mecánicas tiene una serie de limitaciones que impid.e seguir mejorando en la línea de construir estructuras, piezas ligeras, resistentes, ami-térmicas, anticorrosivas, ami-electromagnéticas por su propia limitación fisica, formulación, composición y propiedades operativas. Entre las ventajas de utilizar el acero se puede citar que es barato, fácilmente confortable y mecanizarle, soldable, tiene un compollamiento y propiedades muy estudiadas y bien conocidas, es muy tenaz y resistente al impacto. Por otra parte, las desventajas más acusadas son su elevada densidad y los problemas de corrosión que presenta.

Se han propuesto y usado otros materiales alternativos en este sector industrial: aceros de alto límite elástico, aleaciones de aluminio y materiales compuestos de matriz polimérica. Todos ellos hacen posible aligerar las estructuras, al tener una resistencia específica más elevada que la del propio acero, pero siempre a costa de desatender alguna otra prestación importante para un material que ha de ser usado en aplicaciones navales. Los aceros de alto límite elástico son, en general, más dificiles de soldar y, fundamentalmente, más proclives a la fractura. Las aleaciones de aluminio aportan la ventaja de su menor densidad respecto al acero, pero también son menos rígidas y, en consecuencia, los ahorros de peso no son tan importantes como cabría esperar; también son más dificiles de soldar que el acero y presentan, además, problemas de corrosiónfatiga. Los materiales compuestos utilizados en construcción naval (matriz de poliéster o viniléster, reforzada con fibra de vidrio) son ligeros y resistentes, pero los procesos de fabricación son más laboriosos y costosos; además, son muy sensibles al dañado por impacto y pueden presentar problemas de deterioro de SllS propiedades mecánicas por absorción de agua (osmosis).

Los materiales híbridos fibra-metal pretenden aunar las ventajas de ambos tipos de materiales evitando, en lo posible, sus inconvenientes. Así, se pretende combinar la elevada resistencia al impacto y durabilidad, junto con facilidad de mecanización y fabricación típicas de los materiales metálicos, con una elevada resistencia y rigidez específicas en la dirección de la fibra, así como una buena resistencia a la fatiga, fuego, corrosión, cargas estáticas, reducción de ondas acústicas, aumento de la trasmisión, reparto, distribución de calor, ondas térmicas y fisicas características de los materiales compuestos combinados, mezclados, unidos con la malla metálica en forma tridimensional de esta patente. Siendo la malla metálica tridimensional fundamental y la novedad de esta patente al no existir esta combinación de propiedades en ningún otro material hibrido-metálico creando un material excepcional y aumentando el abanico tecnológico del uso de esta tecnología para muchas funciones individuales o de forma general y global según las exigencias de cada proyecto o aplicación fina l.

Se ha propuesto con anterioridad el empleo de los materiales híbridos fibra-metal en distintas aplicaciones estructurales. Las primeras patentes son de los años sesenta (US309l262, US3189054) y setenta (US4029838). Las aplicaciones se han centrado especialmente en el campo aeronáutico y por ello los materiales empleados son aleaciones ligeras de aluminio (mientras que en la presente invención se utiliza el acero) y material compuesto de matriz polimérica epoxi (en la presente invención se utiliza viniléster) con refuerzos diversos, como fibras de carbono, aramida O vidrio (se propone en la presente invención exclusivamente el empleo de fibra de vidrio). Los primeros laminados fibra-metal disponibles comercialmente estaban hechos de aramida y aluminio (ARALL ®, laminados fabricados por ALCOA). Estos laminados estaban diseñados para mejorar la resistencia a la propagación de grietas por fatiga. Sucesivas aportaciones (US 5227216) han permitido mejorar algunos modos de fallo indeseables en aplicaciones aeronáuticas, donde las cargas en servicio son distintas de las que tiene que soportar un buque y, por tanto, también es distinta la configuración del material que se describe en la presente invención. En otras ocasiones, se ha buscado con el material híbrido, además de un papel estructural para soportar las cargas en servicio, la interposición de capas que actuarán como escudo térmico en componentes para misiles (US 5979826, US5824404); estos requerimientos no son necesarios en construcción naval y, en consecuencia, el material compuesto de matriz pre-cerámica no es incluido en el material objeto de patente. Algunas aplicaciones dentro del sector del automóvil pueden ser encontradas (IT1279568, US2002 I 78672), aunque en estos casos las capas extemas del laminado son de resina transparente y resistente a la degradación medioambiental, con algún pigmento o relleno que les dé una apariencia estéticamente agradable; en este caso, las capas externas son de acero para aprovechar su capacidad de resistir impactos y el acabado superficial se proporciona mediante un sistema de pintura de los habitualmente empleados en la construcción naval. También se pueden encontrar documentos de patente más recientes donde se recoge el empleo de este tipo de materiales en aplicaciones menos sofisticadas, como puede ser el diseño y fabricación de monopatines (US 2004/0 188967 Al), aunque debido a que son estructuras pequeñas se introducen materiales como la madera y el titanio que no son viables en la construcción de grandes estructuras navales y oceánicas.

En cuanto a las técnicas de fabricación, dejando a un lado la composición de los propios materiales híbridos, existen diversas patentes que recogen aspectos diversos, como puede ser el ensamblaje de paneles, aunque en estos casos se sigue un esquema en el que la terminación de una capa metálica se continúa con una de material compuesto (US 516077 1), o bien se dispone una lámina de material compuesto que es continua por encima de la unión de dos láminas metálicas (US595 1800); en la presente invención, se propone la fabricación de paneles, planos o curvos, con perímetro en escalera que van encajando unos con otros, de manera que se pueda ir

construyendo por partes estructuras de gran tamaño, como buques y artefactos marinos. Por último, existe información disponible sobre la utilización de moldes cerámicos (US5149251, US5252160) y matrices para conferir la curvatura necesaria a los lamina.dos (US3711934). La solución que se propone es conformar independientemente las chapas de acero y utilizar esos elementos como moldes para laminar sobre ellos al material compuesto, evitando así la construcción de moldes específicos.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN El material laminado híbrido fibra-aleaciones metálicas en forma de malla tridimensional para construcción naval, aeronáutico, ingeniería mecanizada, construcción en general está constituido por chapas, capas y láminas de material compuesto constituidas por una matriz polimérica reforzada con fibra de vidrio y mezcladas, combinados en su interior con la malla tridimensional metálica. La cantidad, espesor y orientación de cada una de estas chapas y láminas son calculadas para obtener la rigidez y resistencia adecuadas en cada zona del buque, aparato, o pieza. La composición del laminado puede ir variando para adaptar el diseno del material a las necesidades estructurales de cada zona del buque, aeronave, vehículo o artefacto de ingeniería. No obstante, es necesario atenerse en el diseño del material a una serie de premisas.

Las capas más externas serán siempre de un material resisteme como el metal tipo acero, titanio, aluminio el cual se podrá combinar según el diseño requerido. De esta manera se aprovecha su resistencia al impacto, protegiend.o al material compuesto que se sitúa en el interior del sándwich rellenados con la malla metálica tridimensional de posibles incidencias de laminaciones y microagrietamientos. También se saca partido de su capacidad de soportar temperaturas más elevadas que la matriz polimérica del compuesto, con una menor pérdida de propiedades mecánicas y sin emisión de humos durante un posible incendio sin olvidar las propiedades anti-ténnicas, antifuego, distribución de ondas térmicas, reducción O anulación de puntos calientes por rozamiento con la incorporación de la malla metálica tridimensional en el interior de la zona sándwich. La malla metálica tridimensional con sus aleaciones adaptadas según su uso teniendo unas propiedades excepcionales añadidas como los de poder anular, reducir la corrosión, propiedades anti-térmicas, anti-fuego, anti-electromagnéticos, anti-acústicas y consiguiendo un nivel elevado resistencia estructural. Interiormente se pueden colocar, asimismo, otras chapas, capas °de otros materiales para aumentar la rigidez del material híbrido pero el uso de la malla metálica en forma tridimensional siendo muy válido para reducir el estrés estructural y ondas témlicas.

U20 1631560

Con la incorporación de la fibra-malla metálica tridimensional en el cuerpo, pieza, capa, panel, obteniendo unas propiedades añadidas excepcionales de poder distribuir rápidamente el calor evitando que se formen puntos calientes en los puntos críticos de fricción evitando el sobrecalentamiento de piezas tipo eje de trasmisión, cigüeñal, pistón de motores, especialmente en zonas de rozamiento o contacto. Siendo un ejemplo su incorporación dentro de piezas tipo mecánico utilizados en motores de turbinas e incluso tipo aerogeneradores. Otras destacadas propiedades son la distribución, transmisión, reparto, equilibrio de ondas tipo térmicas, fisicas a lo largo y ancho de toda la pieza, chapa, capa, panel evitando aumentos de calor en zonas no deseadas que podrían reducir la eficiencia de los materiales polímeros, hibrido-malla metálica tridimensional en zonas no deseadas e incluso pudiendo reducir el nivel de vibraciones y de ondas acúst icas.

Las láminas de material compuesto y combinados, mezclados se sitúan siempre en el interior del sándwich formado por las chapas externas de cualquier material resistente. Los materiales preferidos son aquellos que han venido demostrado su buen comportamiento en ambiente marino, aviación, construcción: matriz de poliéster o viniléster y refuerzo de fibra continua de vidrio E. La fibra puede ser utilizada en forma de tejido o en forma de refuerzo unidireccional, dependiendo de las direcciones preferentes que quieran ser reforzadas en función de las direcciones principales de las tensiones en servicio. Las láminas de material compuesto se agruparán en paquetes con un número determinado de capas, combinados, mezclados con la malla metálica tridimensional comprendidas siempre entre dos chapas de cualquier material resistente siendo los más recomendables los de materiales o composiciones metálicas.

La unión entre lámina y lámina de material compuesto, dentro de cada paquete del material híbrido, se realiza mediante la capacidad de adhesión de la propia resina polimérica que constituye la matriz. La unión entre el paquete de material compuesto y la chapa de material metálico se realiza utilizando un adhesivo estructural. Este adhesivo se colocará, al menos, entre las chapas más externas metálicas y el primer paquete de material compuesto, donde las tensiones interlaminares pueden alcanzar valores más elevados. La malla metálica tridimensional se puede añadir con las fibras en forma líquida y/o seco entre capa y capa sin limitación. La colocación de la malla metálica tridimensional puede encontrarse en cualquier lugar dentro de la zona interior, zona del sándwich, pero siendo recomendable su contacto con las paredes, capas externas metálicas si ese es el material exterior utilizado para poder trasmitir las propiedades ami-térnlicas, anti-corrosivas, anti-electromagnéticas, ami-acústicas y también elevado la resistencia estructural del panel, capa por la incorporación de la malla metálica tridimensional. El adhesivo tiene que ser elástico, tener una cierta capacidad de deformación reversible, para absorber la diferencia de propiedades mecánicas-resistentes de la capa exterior y del compuesto durante las solicitaciones a flexión del panel, capa de material híbrido fibrametaVpolímero/material rellenado con la malla metálica tridimensional sin llegar a rotura. Un adhesivo de tipo poliuretano componente es adecuado para este propósito. Se ha de controlar, no obstante, el espesor de la capa de adhesivo (según las recomendaciones de cada fabricante para el tipo de adhesivo seleccionado) para acomodar las diferencias de deformación sin llegar a sobrespesores que provocarían un fa llo prematuro de la unión adhesiva.

Los paneles del material laminado híbrido fibra-metálicos rellenado de malla tridimensional pueden ser planos, angulares, cilíndricos o curvos, para poder ser empleados en distintas zonas de las estructuras o pudiendo replicar piezas o mecanismo operativos. También se puede crear mediante moldes formas o diseños en forma tubular, cilíndricos O incluso replicando piezas de sistemas operativos para poder reducir el peso u otras funciones mecánicas muy simi lar a las impresoras 3D las cuales replican una pieza de forma exacta. En todo caso, es preciso realizar el ensamblaje de los paneles, capas individuales para ir confeccionando la estructura deseada. A tal efecto, los paneles, capas se construyen dejando los bordes en forma de escalera en los cuatro bordes, de manera que los escalones de un panel, capa encajen con los del panel, capa vecina. En el caso de su uso en otras formas y/o dise11.os se puede crear moldes e ir rellenado dicho molde con las placas, capas o en su caso crear una pieza totalmente compuesta de la mezcla, combinación hibrida y rellenado de la malla metálica tridimensional en su interior-zona sándwich-a cualquier espesor o diseño sin limitación alguno_ Se aplica un adhesivo elástico para pegar los paneles entre sí. La superficie de pegado, es decir, la superficie de los escalones de ensamblaje, tiene que ser suficiente para garantizar una perfecta transmisión por cortadura de las cargas de un panel a otro. Las dimensiones exactas de estos escalones, de entre 0,01 y 19,9 centímetros, se calculan en base a las dimensiones de los paneles, capas y a las cargas esperadas en servicio. El uso de un panel, capa en el sector nanotecnológico siendo totalmente viable con solo la reducción de la anchura, grosor del panel, capa y del tamaño de los escalones si fuese necesarios los escalones en dimensiones nanotecnológicos siendo su lugar principal de aplicación el de la electrónica, telecomunicaciones, informativa y telefonía sin limitación alguna. En el caso de formas y diseños específicos estas medidas serán adaptables a la necesidad fina l pudiendo ir añadiendo capas según las necesidades del diseño fina l. El adhesivo de ensamblaje debe tener, asimismo, una cierta capacidad para rellenar huecos y poder absorber de esta manera las tolerancias de fabricación.

Una vez realizado el ensamblaje de los paneles, capas, moldes, piezas es necesario sellar las

uniones que quedan al exterior, en ambas superficies del laminado híbrido, y en direcciones

longitudinales y transversales. Estas uniones contribuyen a la transmisión de cargas entre

paneles, pero, sobre todo, sirven para impedir la entrada de agua al interior del laminado. El sellado se puede realizar de dos maneras: bien soldando las chapas si son metá licas contiguas o bien utilizando un sellante polimérico. En el caso de soldar, hay que tener en cuenta que se debe aportar metal para rellenar la holgura entre las dos chapas, intentando penetrar lo menos posible para no dañar el material polimérico que se encuentra más abajo. En el caso de utilizar un sellante polimérico se elegirá alguno con capacidad para rellenar los huecos y soportar los desplazamientos relativos entre las dos chapas sin que se produzcan fallos. El sellante debe impedir la entrada de agua en el interior del material durante el tiempo de vida en servicio de la estructura.

Una vez ensamblados los paneles, capas, piezas se puede proceder al pintado de los mismos, de una manera que se proteja la estructura de los fenómenos externos, tanto en construcción naval, aronáutica e ingeniería, para proteger a la estructura de los fenómenos externos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para la mejor descripción de cuanto queda descrito en la presente memoria, se acompañan unos dibujos en los que, tan sólo a título de ejemplo, se representa un caso práctico de un caso concreto con los detalles, donde se ve la fabricación y ensamblaje y ensamblaje de un material

laminado híbrido fibra-metal para construcción naval, aeronáutica y/o ingeniería en general.

En la figura 1 se muestra la secuencia de laminación, donde se dejan al descubierto cada una de las capas del material híbrido para poder apreciar los distintos materiales empleados, su orientación, y el empleo de adhesivo para unir unas capas con otras.

Un corte de la figura 1 se muestra en la figura 2, donde se aprecia la secuencia de ap ilamiento de las capas. En este caso particular se trata de un laminado constituido por tres chapas metálicas y dos paquetes de material compuesto, formado cada uno de ellos por tres láminas individuales con distintas configuraciones y orientaciones.

La figura 3 muestra el ensamblaje de cuatro paneles. Uno de ellos se ha representado transparente para poder apreciar el desplazamiento horizontal de unas capas con respecto a otras, en cada panel, formando una escalera con tres peldaños. Los escalones de un panel encajan con los del vecino de manera que nunca coinciden dos uniones una debajo de la otra.

Una sección de la figura 3 se muestra en la figura 4, donde se puede observar el ensamblaje de los escalones y su unión utilizando un adhesivo estructural.

La figura 5 ilustra el proceso de sellado de las juntas externas, en ambas caras del laminado, bien mediante una soldadura o bien mediante el empleo de un sellante polimérico. Se muestra en esta figura una unión longitudinal, pero es en todo análoga a la unión en la dirección transversal del panel.

DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERIDA

El material laminado híbrido fibra-metal para construcción naval, aeronáutico, ingeniería en cuestión está constituido por dos chapas externas de cualquier material, pero siendo recomendable el de material metálico (la y le), con la posibilidad de incluir una o más chapas de cualquier material resistente intermedias (lb). Las chapas pueden ser planas o tener la curvatura,

ángulo preciso para cada aplicación concreta. Es posible realizar paneles, capas sin curvatura, con curvatura en una única dirección O con doble curvatura; no hay, pues, ninguna restricción en lo referente a la geometría del panel o capa. La forma de las chapas, capas externas no es objeto de esta memoria, existiendo numerosos métodos disponibles (prensas, plegadoras, líneas de calor, etc.) en función del espesor de la chapa.

Las chapas, capas externas han de ser sometidas a continuación a un tratamiento de preparación superficial. Existen diversos tratamientos que preparan la superficie en el caso de chapas metálica para mejorar la efectividad de las uniones adhesivas. No es objeto de esta memoria el pormenorizar dichos tratamientos. No obstante, un adecuado, a título de ejemplo, es la realización de una limpieza con disolvente orgánico en fase vapor, seguida de un tratamiento en baño caliente de ácido fosfórico y fina lizando con una limpieza en agua desionizada. Sobre las superficies de las chapas de acero (la y le) se aplica un primer para potenciar la adhesión entre el metal y la capa de a.dhesivo que se aplicará a continuación. La naturaleza del primer depende del tipo de adhesivo que se vaya a utilizar y, en cada caso, el fabricante del adhesivo recomienda cuál es el primer más adecuado_ Sólo se aplica el primer a las superficies internas (hacia el interior del laminado) de las dos pieles metálicas (la y le), sobre las cuales se va a laminar; en la

chapa o chapas metálicas intermedias (lb) no es necesario aplicar el pnmer, aunque, eventualmente, puede aplicarse también para mejorar la adherencia entre el metal y la resina polimérica que constituye la matriz de las láminas de material compuesto. En ningún caso se aplicará primer a las superficies externas de las pieles de acero (la y le), ya que sobre ellas es posible que se necesite una preparación superficial diferente para su pintado posterior. Sobre la primera chapa metálica (la) se deposita una capa de adhesivo en pasta (2a), repartiéndolo homogéneamente sobre toda la superficie metálica con el primer ya aplicado. El adhesivo más adecuado es un adhesivo de tipo elástico, que sea capaz de acomodar las propiedades mecánicas diferentes del acero y del materia I compuesto que se laminará sobre él. El propio adhesivo ha de tener una resistencia suficiente para soportar las deformaciones a que se verá sometido sin fallar. Un adhesivo de poLiuretano componente es una elección adecuada, siempre que se respeten los espesores mínimos y máximos recomendados por el fabricante, en función de la reología del producto. Las capas de adhesivo juegan un papel esencial en el comportamiento global del material híbrido final: Si no se introducen estas capas de adhesivo, de naturaleza elástica y con el espesor recomendado por el fabricante para absorber la diferencia de deformaciones entre capa y capa, se puede producir el fallo de la unión entre los dos materiales. El adhesivo actúa como elemento de transición y al deformarse acomoda las deformaciones de las láminas de metal y de material compuesto (la y 3a), suavizando las tensiones interlaminares que se producen en la unión de ambos materiales cuando son sometidos a solicitaciones en servicio de flexo-compresión, evitando o posponiendo los fallos por pandeo local que se producirían en tal caso.

Sobre la chapa metálica con el primer y el adhesivo se comienza a laminar el material compuesto combinando, mezclado con la malla metálica tridimensional. La propia lámina externa (la), bien plana o con la curvatura que se le haya dado, sirve de molde para la colocación de las capas sucesivas de material compuesto, con lo cual no se precisa de utillaje adicional para fabricar el laminado, como es habitual en la realización de materiales compuestos convencionales. Simplemente se precisa de algunos elementos auxiliares para la colocación precisa de las láminas y mantenerlas en posición -actuando como topes -durante el curado y consolidación de la matriz polimérica, pero no de un molde propiamente dicho. En el caso de moldes, formas, diseños se podrá realizar el mismo proceso e incluso si fuese necesario sin usar la capa externa metálica y pudiendo usar el molde para crear un panel sándwich rellenado de fibras y con la malla metálica en forma tridimensional.

La matriz y el refuerzo del material compuesto serán los idóneos para la aplicación concreta que se le vaya a dar al panel dentro de la estructura. Concretamente, para aplicaciones en

construcción naval, aeronáutica e ingeniería se prefieren materiales que hayan demostrado ya su adecuación al medio marino y aeronáutico. En este sentido, se han elegido una matriz de resina viniléster y un refuerzo de fibra de vidrio E. El refuerzo se utiliza en seco, se coloca sobre la chapa externa que actúa como molde y se impregna en la resina in situ. El refuerzo de fibras de vidrio E se utiliza en forma de tejido o como retuerzo unidireccional. En este último caso, un sistema de referencia sobre el propio panel (6) pennitirá orientar las fibras de manera adecuada en función de las tensiones principales que haya de soportar durante el servicio. La primera lámina que se coloca (3 a) es un refuerzo unidireccional a _45°, seguido de otra (4a) a +45°. El objeto de estas dos capas es introducir un refuerzo preferente en la dirección donde actuarán las máximas tensiones de cortadura durante la vida en servicio de la estructura, debido a las solicitaciones torsionales sobre el panel, capa o pieza. No obstante, la secuencia de laminación concreta ha de ser estudiada para cada aplicación, en func ión de la distribución de tensiones esperada en cada zona de la estructura. La malla metálica tridimensional se podrá colocar y/o combinar, mezclar, incorporar con dichas fibras e incluso podrá hacerse una pieza, diseño, sin las capas externas si son metálicas y haciéndolos con otros materiales como polímeros, fibra de carbono, grafenos creando así una pieza sándwich de cualquier dimensión siendo su limitación de fabricación el tamaño del molde. No se limita su diseño al uso de un solo molde pudiendo usarse varios moldes e ir añadiendo dichas piezas de fonna fisica mediante sistemas de unión de cualquier diseño o de material.

Se continúa con una o más láminas de tejido equilibrado (5a) -igual número de mechas en la dirección de la trama que de la urdimbre -para ir dotando al panel, pieza del espesor deseado en función de la rigidez que se desea alcanzar. Para incorporar cada nueva lámina es siempre el mismo: se coloca el refuerzo en seco, convenientemente orientado, y se impregna en resina de manera uniforme y completa yen su interior la malla metálica tridimensional. En la mitad del laminado híbrido se ha introducido una lámina resistente (lb). Llegados a este punto, es conveniente colocar un peso sobre la chapa externa internas según la fase de ejecución, uniformemente repartido, o aplicar una presión sobre la misma mediante algún otro sistema (bolsa de vacío, autoclave), para compactar el paquete de material compuesto que se acaba de laminar y eliminar el exceso de resina que se haya podido introducir -sangrándola por los bordes del panel o capa.

Desde la capa central (lb), después de realizar la compactación, se continúa laminando de forma simétrica hasta llegar a la piel superior (5b, 4b, 3b, 2b Y le). Se tiene de esta manera un laminado híbrido equilibrado y simétrico, compuesto de tres chapas y dos paquetes de material compuesto

rellenado con la malla metálica tridimensional intercalados entre las chapas. Esta configuración ha de entenderse como un caso particular que muestra, eso sí, todas las peculiaridades del material híbrido propuesto pero no agota todas las posibles configuraciones y secuencias de laminación, dise11.os, formas ya que la ventaja de este material radica, precisamente, en la posibilidad de adecuar su diseño a los requerimientos precisos de cada aplicación estructural e incluso poder intercambiar las chapas metálicas por chapas de otros materiales e incluso solo utilizando la zona del sándwich re llenado con la malla metálica tridimensional.

Para poder realizar el ensamblaje de los paneles, capas, piezas y construir con ellos la estructura final, cada panel, pieza construido individualmente, bien sea plano, angular o curvo, se lamina disponiendo de una serie de escalones en los bordes. Las figuras 3 y 4 muestran como cada nueva lámina metálica se desplaza en dirección horizontal y vertical, en el plano del laminado, una cierta distancia. Sobre esta nueva posición de la chapa de acero se continúa laminando. El resultado final es una escalera con tres peldaí'ios, en los cuatro bordes del panel, y cada escalón tendrá una altura igual a cada paquete de material compuesto más el espesor de la chapa metálica. Cada panel, pieza puede ser ensamblado con otros cuatro paneles encajando las escaleras de sus respectivos bordes. Al exterior aparecerán dos uniones: una unión longitudinal

(7) que no es continua, pues cada panel contiguo es desplazado en esa dirección para que no coincida la línea de unión; una unión transversal (8) que sí es continua. Esta forma de ensamblar los paneles, capas, piezas permite asegurar que las uniones entre paneles en cada capa (en la dirección del espesor) no coinciden y, por tanto, reduciendo el riesgo de que un fallo en la unión sea pasante en todo el espesor del panel laminado, pieza híbrida.

Los paneles, capas, piezas ensamblados de la manera explicada son pegados mediante un adhesivo (9) que no tiene por qué coincidir con el utilizado en la fabricación de cada panel. Es preferible un adhesivo que admita mayores espesores, de manera que sea capaz de rellenar los huecos entre los dos paneles, adsorbiendo de esta forma las tolerancias de fabricación. Un adhesivo de base poliuretano, monocomponente, es un candidato adecuado. La longitud de la zona de solape, de entre 0,01 Y 19,9centímetros en función de las dimensiones del panel, capa y las tensiones máximas esperadas, hace posible que la transmisión de cargas entre paneles, capas consecutivas sea efectiva y que se permita su flujo por toda la estmctura sin fallos en las uniones. La última etapa consiste en el sellado de las líneas de unión externas, tanto longitudinales como transversales, para impedir el ingreso de agua al interior del laminado híbrido. El sellado se realizará en las dos superficies del panel (10 Y 11), bien sea éste plano o curvo. No se trata de uniones estructurales, pues su misión no es la transmisión de carga entre partes (labor que

realizan las uniones adhesivas de los solapes internos), sino simplemente el sellado de la línea de unión_ Se puede realizar esta operación de dos maneras: aplicando un sellante polimérico o mediante un cordón de soldadura.

Si se aplica un sellante polimérico, las características deseadas son su resistencia al ingreso de

5 agua en la unión y la compatibilidad química con el resto de polímeros empleados en el material híbrido. Es posible usar, asimismo, el propio adhesivo utilizado en el ensamblaje de los paneles. En el caso de emplear un cordón de soldadura para sellar la unión externa de chapas metálicas, se debe elegir un soldeo Con poco aporte calorífico pues se podría daíi.ar la matriz del compuesto

y el adhesivo de ensamblaje. Estos materiales poliméricos resisten temperaturas muy por debajo de las necesarias para fundir el metal. Es necesaria, pues, una muy escasa penetración del cordón y un apone calorífico mínimo para intentar que las temperaturas alcanzadas por el polímero sean las más bajas posibles. Es inevitable, no obstante, una degradación ténnica de cierto margen de la zona de solape pegada, de manera que será preciso sobredimensionar este solape en el caso de

que posteriormente fueran a soldarse los paneles, piezas. La única ventaja que presenta el sellado con soldadura frente al empleo de un sellante polimérico es que el cordón tiene una mayor estabilidad y resistencia a la entrada de agua, siendo acero la totalidad del material visible desde el exterior.

Claims (29)

1. REIVINDICACIONES

   l. Material híbrido compuesto por fibra-metálico en fomla de panel, capa con malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción, que comprende láminas alternativas metálicas y material compuesto con matriz de resina viniléster o po liéster y refuerzo de fibra de vidrio, situándose la chapa metálica en las capas más externas del laminado y el material compuesto en el interior rellenado, mezclado, combinado con malla metálica tridimensional, e introduciéndose una capa de adhesivo de tipo elástico entre las capas exteriores metálicas y las primeras de material compuesto laminadas sobre el acero.

2. 2.

   Material híbrido compuesto por fibra-metálico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción, según la reivindicación 1, caracterizado porque se pueden añadir capas intermedias metálicas entre el material compuesto.

3. 3.

   Material híbrido compuesto por fibra-metálico en forma de panel, capa con malla tridimensional

   para la construcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción, según la reivindicación 1, caracterizado porque se pueden ailadir capas intermedias de cualquier material entre el material compuesto.

4. 4.

   Material híbrido compuesto por fibra-metálico en fonna de panel, capa con malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción, según la reivindicación 1, caracterizado porque se pueden hacer sin capas externas metálicos y solo utilizando la zona interna, sándwich rellenado de la fibra con la malla metálica tridimensional.

5. 5.

   Material híbrido compuesto por fibra-metálico en fomla de panel, capa con malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción, según la reivindicación 1, caracterizado porque se pueden hacer piezas de cualquier diseño o forma incluso replicando piezas o mecanismos de forma parcial o totales con el uso de mo ldes.

6. 6.

   Material híbrido compuesto por fibra-metálico en fomla de panel, capa con malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción, según la

   reivind icación 1, caracterizado porque se pueden añad ir capas intermedias metáli cas material co mpuesto.

   entre el

   5

   7. Material híbrido compuesto por fibra-metá lico en fo rma de panel, capa con mall a tridimensio nal para la construcción nava l, aeronáutica, ingeniería mecani zada, constmcc ión, según la reivindi cación 1, caracterizado porque se pueden añadir capas intermedias no metáli cas entre el material compuesto en cualquier d irecc ión O ángul o.

   lO

   8. Material híbrido compuesto por fi bra-metálico en fo nna de panel, capa con malla tridi mensio nal para la construcción naval, aeronáut ica, ingeniería mecanizada, construcción, según la reivindicación 1, caracterizado porque se pueden añadir capas de protección, de otros materi ales y rell enado el interior con la fi bra-malla metáli ca en fo nna tridimensional.

   15

   9. Material híbrido compuesto por fi bra-metálico en fo nna de panel, capa co n malla tridimensional para la construcción naval , aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción, según las reivindicaciones l a 3, caracterizado porque el adhes ivo empleado, en una realizac ión preferida, es de poliuretano bi ocomponente.

   20 25 30

   lO. Material híbrido compuesto por fibra-metá li co en forma de panel, capa co n ma ll a tridi mensional para la construcc ión nava l, aeronáut ica, ingeniería mecanizada, construcción, según las re ivi ndicaciones anteriores que comprende las siguientes etapas: a. se prepara superfi cialmente el metal med iante trata mi entos químicos comerciales, para la aplicac ión de adhesivos, aplicando una capa de primer sobre la superficie interna de la primera chapa de ace ro , b. se ap li ca una capa de adhes ivo de tipo elástico sobre la parte interior de la primera chapa metálica y a co ntinuació n se lamina el material compuesto de resina polimérica y refue rzo de fi bra de vidrio, desplazando cada capa para ir fo rmando un perfil en escalera, pudiéndose introducir láminas metálicas intermed ias entre el material co mpuesto rellenado, mezcl ado, combinado con la malla metálica tridim ensional, c. se co loca la última chapa metálica, con primer y adhesivo en la superfi cie interna, ap li cando pres ión para compactar las capas y se deja curar el laminado, d. se ap li ca adhesivo elástico en el perímetro esca lonado y se ensambla un panel con el contiguo encajando los escalones de uno y otro, e. se sellan las unio nes externas de las chapas de metá licas, superior e in fe rior.

7. 11.

   Material híbrido compuesto por fibra-metálico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, constnlcción, según la reivindicación 5, caracterizado porque se cortan las chapas metálicas y se confonnan por deformación plástica para darles la curvatura que se precisa para cada panel., planos o con curvatura, para ser utilizadas como moldes sobre los que se realiza la laminación del material compuesto.

8. 12.

   Material híbrido compuesto por fibra-metálico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción, según la reivindicación 5 y 6 caracterizado porque cada chapa metálica está desplazada horizontal y verticalmente respecto al material compuesto que tiene debajo para fonnar un perfil en escalera en cada uno de los cuatro bordes de l panel de material híbrido fibra-metálico de malla metálica tridimensional que posteriormente se ensamblarán con otros paneles mediante el solapamiento y pegado de dichos bordes en escalera, siendo las dimensiones de los escalones de entre 0.2 y 20 centímetros.

9. 13.

   Material híbrido compuesto por fibra-metálico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción, según las reivindicaciones 5 a 7 caracterizado porque, en una realización preferida, se emplea un adhesivo poliuretano monocomponente para el ensamblaje de los paneles.

10. 14.

    Material híbrido compuesto por fibra-metálico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la constnlcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción, según las reivindicaciones 5 a 8 caracterizado porque para el sellado de las líneas de unión externas longitudinales y transversales de los paneles de material híbrido fibra-metal se aplican o bien cordones de sellante polimérico, o bien cordones de soldadura con o sin aporte de material.

    15 Material híbrido compuesto por fibra-metálico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la constnlcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción, según las reivindicaciones anteriores para su utilización en las técnicas de constnlcción de las estructuras de buques, aviones, ingeniería y artefactos o piezas.
11. 16. Material híbrido compuesto por fibra-metálico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción, según las reivindicaciones anteriores donde en el seno del cuerpo del material hibrido-metálico, polímeros o similar. van embebidas con una o más mallas metálicas tridimensionales, en número variable en función del nivel de aislamiento al fuego directo previsto para el propio panel.

12. 17.

    Material híbrido compuesto por fibra-metálico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción, según las reivindicaciones anteriores donde en el seno del cuerpo del material hibrido-metálico, polímeros o similar, van embebidas con una o más mallas metálicas tridimensionales, en número variable en función del nivel de aislamiento acústico previsto para el propio panel, capa, o pieza.

13. 18.

    Material híbrido compuesto por fibra-metálico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción, según las reivindicaciones anteriores donde en el seno del cuerpo del material hibrido-metálico, polímeros o similar. van embebidas con una o más ma llas metálicas tridimensionales, en número variable en función del nivel de aislamiento electromagnético previsto para el propio panel, capa,

    o pieza.

14. 19.

    Material híbrido compuesto por fibra-metálico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción, según las reivindicaciones anteriores donde en el seno del cuerpo del material hibrido-metálico, polímeros o similar. van embebidas con una o más mallas metálicas tridimensionales, en número variable en función del nivel de reducción de vibraciones previsto para el propio panel, capa, o pieza.

15. 20.

    Material híbrido compuesto por fibra-metálico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción, según las reivindicaciones anteriores donde en el seno del cuerpo del material hibrido-metálico, polímeros o similar, van embebidas con una o más ma llas metálicas tridimensionales, en número variable en función del nivel de distribución ténnico previsto para el propio panel, capa, o pieza.

16. 21.

    Material híbrido compuesto por fibra-metálico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la constmcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción, según las reivindicaciones anteriores donde en el seno del cuerpo del material hibrido-metálico, polímeros o similar. van embebidas con una o más ma llas metálicas tridimensionales, en número

    variable en función del nivel de protección anti-corrosivo previsto para el propio panel, capa, o pieza.

17. 22.

    Material híbrido compuesto por fibra-metálico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la construcc ión naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, constmcción, según las reivindicaciones anteriores donde en el seno del cuerpo del material hibrido-metálico, polímeros o similar, van embebidas con una o más mallas metálicas tridimensionales, en número variable en función del nivel de protección electrostático previsto para el propio panel, capa, o pieza.

18. 23.

    Material híbrido compuesto por fibra-metálico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, constmcción, según las reivindicaciones anteriores donde la malla o mallas de aluminio, presentan un alto coeficiente de transmisión ténnica, y están constituidas mediante una lámina troquelada, que por defonnación

    o extensión de la misma se convierte en retículas hexagonales, con una estmctura tridimensio nal, en la que los lados constitutivos de la retícula quedan situados en correspondencia con imaginarios planos perpendiculares al plano general de la malla.

19. 24.

    Material híbrido compuesto por fibra-metálico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la constmcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción, según las reivindicaciones anteriores donde el cuerpo de la patente en formato esfera/malla/red dentro, introducido, anexado, pegado, conformando el panel, van embebidas diferentes capas del cuerpo de la patente, en número variable en función del nivel de protección previsto para el propio panel, capa, o pieza.

20. 25.

    Material híbrido compuesto por fibra-metálico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, constmcción, según las reivindicaciones anteriores que puede resistir a un fuego o a calores superiores a los 1600°c grados centígrados durante más de 240 minutos.

21. 26.

    Material híbrido compuesto por fibra-metá lico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la constmcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, constmcción, según las reivindicaciones anteriores que puede resistir a un fuego o a calores superiores a los 850°c grados centígrados durante más de 500 minutos.

22. 27.

    Material híbrido compuesto por fibra-metálico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción, según las reivindicaciones anteriores donde el cuerpo de la patente presenta un alto coeficiente de transmisión térmica, y están constituidas mediante unas láminas troqueladas, que por deformación

    o extensión de la misma se convierte en retículas hexagonales, con una estructura tridimensional, en la que los lados constitutivos de la retícula quedan situados en correspondencia con imaginarios planos perpendiculares al plano general de la malla.

23. 28.

    Material híbrido compuesto por fibra-metálico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción, según las reivindicaciones anteriores que usa el cuerpo de la patente acoplado, anexado, al panel además de conseguir esta disipación, supresión, reducción de extremas temperaturas por fuego o calor de manera directa o indirecta, consigue poder soportar temperaturas superiores a los 1600°c.

24. 29.

    Material híbrido compuesto por fibra-metálico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción, según las reivindicaciones anteriores porque el cuerpo de la patente, consigue proteger y reducir el peso de las paredes I paneles / barreras I puertas de seguridad de una manera drástica al pesar solo 0,35 gramos por litro de volumen a proteger, que supone poder ahorrar al menos un 50% en el peso de anti-incendios/anti-fuego convencional.

25. 30.

    Material híbrido compuesto por fibra-metálico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la constmcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción, según las reivindicaciones anteriores donde la longitud perimétrica interior de al menos de una de esas aberturas, es diferente a la longitud perimétrica de al menos una abertura contigua.

26. 31.

    Material híbrido compuesto por fibra-metálico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la constmcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción, según las reivindicaciones anteriores donde el cuerpo de la patente en dichos paneles en formato red/malla/esferas o introduciendo una capa textil con propiedades anti-térmicas, anti-fuego, antibala, ant i-electromagnética, consigue que el panel pueda reducir sus dimensiones de anchura al menos el 30%-50% en comparación de paredeslpanaleslbarreras existentes.

27. 32.

    Material híbrido compuesto por fibra-metálico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción, según las reivindicaciones anteriores donde el material tiene una densidad que oscila desde 2,8 g/cm3 hasta alrededor de 19,5 g/cm3.

28. 33. Material híbrido compuesto por fibra-metálico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, constnlcción, según las reivindicaciones anteriores donde la lámina o láminas tienen un campo de compresión no

    10 superior al 8%.
29. 34. Material híbrido compuesto por fibra-metálico en forma de panel, capa con malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica, ingeniería mecanizada, construcción, según las reivindicaciones anteriores que puede presentar la configuración cilíndrica a partir de una 15 lámina de material horadada denominada lámina de material a la que se han proporcionado, al menos un arco de una pluralidad de aberturas poligonales, de la que al menos una es irregular con respecto al menos a una abertura poligonal contigua y que tiene características fisicas configuradas como un área 4.200 la superficie de contacto de fluidos inflamables que se encuentran en un recipiente contenedor de superficie por unidad de volumen de aplicación de alrededor de al menos

    20 y una conductividad de calor, al menos de alrededor de 0,021 CaVcm-seg.