ES1184935U - Hybrid laminated material composed of fiber and/or metallic alloys in the form of three-dimensional mesh for naval construction, aeronautics and construction in general. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
Material laminado híbrido compuesto por fibra y/o aleaciones metálicas en forma de malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica y construcción en general. Hybrid laminated material composed of fiber and / or metallic alloys in the form of three-dimensional mesh for shipbuilding, aeronautics and general construction.
El sector de la tecnología en que se encuadra la presente invención es el de la construcción naval, aeronáutica, ingeniería construcción en general. The technology sector in which the present invention is framed is that of shipbuilding, aeronautics, engineering construction in general.
Existe una necesidad de disponer de nuevos materiales para construcción naval, aeronáutica, construcción e ingeniería capaces de satisfacer los requerimientos relativos al diseño y fabricación de estructuras más ligeras a la vez que resistentes, con propiedades anti-térmicas, anti-corrosivas, anti-electromagnéticas que permitan más elevadas velocidades de desplazamiento, protección ante peligrosos adversos como el fuego, resistencia ante la corrosión y un menor consumo energético por ser más aerodinámicos e hidrodinámicos sin olvidar la reducción de peso. Algunos ejemplos actuales son los ferries rápidos, portacontenedores de alta velocidad, petroleros de doble casco, aviones de carga, trenes de alta velocidad, transporte terrestre, etc. El acero, material tradicionalmente empleado en la fabricación de embarcaciones y otras estructuras marinas, tiene una serie de limitaciones que impide seguir mejorando en la línea de construir estructuras ligeras, resistentes, anti-térmicas, anti-corrosivas, anti-electromagnéticas y altamente seguras. Entre las ventajas se puede citar que es barato, fácilmente conformable y mecanizable, soldable, tiene un comportamiento 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. There is a need for new materials for shipbuilding, aeronautics, construction and engineering capable of satisfying the requirements related to the design and manufacture of lighter yet resistant structures, with anti-thermal, anti-corrosive, anti-electromagnetic properties that allow higher travel speeds, protection against dangerous adverse events such as fire, resistance to corrosion and lower energy consumption due to being more aerodynamic and hydrodynamic without forgetting the weight reduction. Some current examples are fast ferries, high speed container ships, double hull oil tankers, cargo planes, high speed trains, land transport, etc. Steel, a material traditionally used in the manufacture of boats and other marine structures, has a series of limitations that prevent further improvement in the line of constructing light, resistant, anti-thermal, anti-corrosive, anti-electromagnetic and highly safe structures. Among the advantages it can be mentioned that it is cheap, easily formable and machinable, weldable, it has a well-studied and well-known behavior and properties, it is very tough and impact resistant. On the other hand, the most pronounced disadvantages are its high density and the corrosion problems it presents.
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 difíciles de soldar y, fundamentalmente, más proclives a la fractura. Las aleaciones
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 características de los materiales compuestos combinados, mezclados, unidos con la malla metálica en forma tridimensional de esta invención. Hybrid fiber-metal materials aim to combine the advantages of both types of materials while avoiding their disadvantages. Thus, it is intended to combine the high impact resistance and durability, together with the ease of machining and manufacturing typical of metallic materials, with a high specific resistance and stiffness in the fiber direction, as well as good resistance to fatigue, fire , Corrosion, Static Loads characteristic of the mixed, blended composite materials bonded with the three-dimensional metal mesh of this invention.
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 (US3091262, 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 la invención. Algunas The use of fiber-metal hybrid materials in different structural applications has been previously proposed. The first patents are from the sixties (US3091262, US3189054) and seventies (US4029838). Applications have focused especially on the aeronautical field and therefore the materials used are light aluminum alloys (while steel is used in the present invention) and epoxy polymer matrix composite material (vinyl ester is used in the present invention) with Various reinforcements, such as carbon, aramid or glass fibers (the use of glass fiber is exclusively proposed in the present invention). The first commercially available fiber-metal laminates were made from aramid and aluminum (ARALL®, laminates manufactured by ALCOA). These laminates were designed to improve resistance to fatigue crack propagation. Successive contributions (US 5227216) have made it possible to improve some undesirable failure modes in aeronautical applications, where the loads in service are different from those that a ship has to support and, therefore, the configuration of the material described in the present invention. On other occasions, with the hybrid material, in addition to a structural role to support loads in service, the interposition of layers that will act as a thermal shield in missile components has been sought (US 5979826, US5824404); These requirements are not necessary in shipbuilding and, consequently, the pre-ceramic matrix composite material is not included in the material object of the invention. Some
aplicaciones dentro del sector del automóvil pueden ser encontradas (IT1279568, Applications within the automotive sector can be found (IT1279568,
US2002178672), aunque en estos casos las capas externas 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 2004/0188967 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. US2002178672), although in these cases the external layers of the laminate are made of transparent resin and resistant to environmental degradation, with some pigment or filler that gives them an aesthetically pleasing appearance; in this case, the outer layers are made of steel to take advantage of its ability to resist impacts and the surface finish is provided by means of a paint system that is usually used in shipbuilding. You can also find more recent patent documents where the use of this type of materials is collected in less sophisticated applications, such as the design and manufacture of skateboards (US 2004/0188967 Al), although because they are small structures, they are introduced materials such as wood and titanium that are not viable in the construction of large naval and ocean structures.
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 5160771), o bien se dispone una lámina de material compuesto que es continua por encima de la unión de dos láminas metálicas (US5951800); 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 laminados (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. Regarding manufacturing techniques, leaving aside the composition of the hybrid materials themselves, there are various patents that cover various aspects, such as the assembly of panels, although in these cases a scheme is followed in which the completion of a metallic layer is continued with a composite one (US 5160771), or a composite sheet is provided that is continuous above the junction of two metallic sheets (US5951800); In the present invention, the manufacture of panels, flat or curved, with a staircase perimeter that fit together is proposed, so that large structures, such as ships and marine artifacts, can be built in parts. Finally, there is information available on the use of ceramic molds (US5149251, US5252160) and matrices to confer the necessary curvature to the laminates (US3711934). The proposed solution is to independently shape the steel sheets and use these elements as molds to laminate the composite material on them, thus avoiding the construction of specific molds.
El material laminado híbrido fibra-aleaciones metálicas en forma de malla tridimensional para construcción naval, aeronáutico, ingeniería, en general está constituido por chapas metálicas 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 diseño del material a las necesidades estructurales de cada zona del buque, aeronave, vehículo o artefacto de ingeniería. No obstante, es necesario The hybrid laminated material fiber-metal alloys in the form of three-dimensional mesh for shipbuilding, aeronautics, engineering, in general consists of metal sheets and sheets of composite material consisting of a polymer matrix reinforced with fiberglass and mixed, combined inside with metallic three-dimensional mesh. The quantity, thickness and orientation of each of these plates and sheets are calculated to obtain the appropriate rigidity and resistance in each area of the ship, apparatus, or part. The composition of the laminate can be varied to adapt the design of the material to the structural needs of each area of the ship, aircraft, vehicle or engineering device. However, it is necessary
atenerse en el diseño del material a una serie de premisas. adhere to a series of premises in the design of the material.
Las capas más externas serán siempre de un material resistente 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, protegiendo al material compuesto que se sitúa en el interior del sándwich rellenados con la malla metálica tridimensional de posibles 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 antitérmicas, anti-fuego 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 de poder anular, reducir la corrosión, tener propiedades excepcionales anti-térmicas, anti-fuego, anti-electromagnéticos y consiguiendo un nivel elevado resistencia estructural. Interiormente se pueden colocar, asimismo, otras chapas metálicas o 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. The outermost layers will always be made of a resistant material such as metal, steel, titanium or aluminum, which can be combined according to the required design. In this way, its impact resistance is used, protecting the composite material that is located inside the sandwich, filled with the three-dimensional metal mesh from possible laminations and microcracks. It also takes advantage of its ability to withstand higher temperatures than the polymer matrix of the compound, with less loss of mechanical properties and no emission of fumes during a possible fire without forgetting the anti-thermal, anti-fire properties of the three-dimensional metal mesh in the interior of the sandwich area. The three-dimensional metal mesh with its alloys adapted according to its use, having exceptional properties of annular power, reducing corrosion, having exceptional anti-thermal, anti-fire, anti-electromagnetic properties and achieving a high level of structural resistance. Inside, other metal sheets or other materials can also be placed to increase the rigidity of the hybrid material, but the use of the metal mesh in three-dimensional form is very valid to reduce structural stress.
Las láminas de material compuesto y combinados, mezclados se sitúan siempre en el interior del sándwich formado por las chapas externas metálicas. Los materiales preferidos son aquellos que han venido demostrado su buen comportamiento en ambiente marino: matriz de poliéster o viniléster y refuerzo de fibra continua de vidrio E. La fibra puede ser utilizada en forma de tejido The sheets of mixed composite and combined material are always placed inside the sandwich formed by the external metal sheets. The preferred materials are those that have been shown to perform well in the marine environment: polyester or vinyl ester matrix and E-glass continuous fiber reinforcement. The fiber can be used in the form of a fabric.
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. or in the form of unidirectional reinforcement, depending on the preferred directions that want to be reinforced based on the main directions of the voltages in service. The sheets of composite material will be grouped into packages with a certain number of layers, combined, mixed with the three-dimensional metal mesh, always included between two sheets of any resistant material, the most recommended being those of metallic materials or compositions.
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 seca entre capa y capa sin limitación. La colocación de la malla metálica tridimensional puede encontrarse en cualquier lugar dentro de la
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 similar 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 diseños 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 0,2 y 20 centímetros, se calculan en base a las dimensiones de los paneles, capas y a las cargas esperadas en servicio. En el caso de formas y diseños específicos estas medidas serán adaptables a la necesidad final pudiendo ir añadiendo capas según las necesidades del diseño final. El adhesivo de ensamblaje debe tener, asimismo, una cierta capacidad para rellenar huecos y poder absorber de esta manera las tolerancias de fabricación. The panels of the fiber-metallic hybrid laminate material filled with three-dimensional mesh can be flat, angular, cylindrical or curved, to be able to be used in different areas of the structures or being able to replicate operative parts or mechanisms. It can also be created by means of molds, shapes or designs in tubular, cylindrical or even replicating parts of operating systems to reduce weight or other mechanical functions very similar to 3D printers which replicate a part accurately. In any case, it is necessary to assemble the panels, individual layers to create the desired structure. For this purpose, the panels, layers are built leaving the edges in the form of a ladder at the four edges, so that the steps of a panel, layer fit with those of the panel, neighboring layer. In the case of its use in other shapes and / or designs, molds can be created and the mold can be filled with the plates, layers or, where appropriate, create a totally composite piece of the mixture, hybrid combination and filling of the three-dimensional metal mesh in its interior-sandwich area-to any thickness or design without limitation. An elastic adhesive is applied to glue the panels together. The bonding surface, that is, the surface of the assembly steps, must be sufficient to guarantee perfect shear transmission of loads from one panel to another. The exact dimensions of these steps, between 0.2 and 20 centimeters, are calculated based on the dimensions of the panels, layers and the expected loads in service. In the case of specific shapes and designs, these measurements will be adaptable to the final need, and layers can be added according to the needs of the final design. The assembly adhesive must also have a certain capacity to fill gaps and thus be able to absorb manufacturing tolerances.
Una vez realizado el ensamblaje de los paneles, capas, moldes, piezas es necesario sellar las
Una vez ensamblados los paneles, 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. Once the panels are assembled, pieces can be painted, in a way that protects the structure from external phenomena, both in shipbuilding, aeronautics and engineering.
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 de un material laminado híbrido fibra-metal para construcción naval, aeronáutica y/o ingeniería en general For the best description of all that is described in the present specification, some drawings are attached in which, only by way of example, a practical case of a specific case is represented with the details, where the manufacture and assembly of a hybrid fiber-metal laminated material for shipbuilding, aeronautics and / or general engineering
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. Figure 1 shows the lamination sequence, where each layer of the hybrid material is exposed in order to appreciate the different materials used, their orientation, and the use of adhesive to join some layers with others.
Un corte de la figura 1 se muestra en la figura 2, donde se aprecia la secuencia de apilamiento 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. A section of figure 1 is shown in figure 2, where the stacking sequence of the layers can be seen. In this particular case it is a laminate consisting of three metal sheets and two packages of composite material, each consisting of three individual sheets with different configurations and orientations.
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 Figure 3 shows the four panel assembly. One of them has been shown transparent to be able to appreciate the horizontal displacement of some layers with respect to others, in each panel, forming a staircase with three steps. The steps of a panel fit with
los del vecino de manera que nunca coinciden dos uniones una debajo de la otra. those of the neighbor so that two unions never coincide one below the other.
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. A section of figure 3 is shown in figure 4, where the assembly of the steps and their union can be observed using a structural adhesive.
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. Figure 5 illustrates the process of sealing the external joints, on both sides of the laminate, either by welding or by using a polymeric sealant. A longitudinal joint is shown in this figure, but is entirely analogous to the joint in the transverse direction of the panel.
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 Ic), con la posibilidad de incluir una o más chapas de cualquier material resistente intermedias (Ib). 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. The hybrid fiber-metal laminated material for shipbuilding, aeronautics, engineering in question is made up of two external sheets of any material, but that of metallic material (la and Ic) is recommended, with the possibility of including one or more sheets of any intermediate resistant material (Ib). The sheets can be flat or have the curvature, precise angle for each specific application. It is possible to make panels, layers without curvature, with curvature in a single direction or with double curvature; therefore, there is no restriction regarding the geometry of the panel or layer. The shape of the sheets, external layers is not the object of this memory, there are numerous available methods (presses, bending machines, heat lines, etc.) depending on the thickness of the sheet.
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, es 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 finalizando con una limpieza en agua desionizada. Sobre las superficies de las chapas de acero (la y Ic) se aplica un primer para potenciar la adhesión entre el metal y la capa de adhesivo 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 Ic), sobre las cuales se va a laminar; en la chapa o chapas metálicas intermedias (Ib) no es necesario aplicar el primer, 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
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. On the metal sheet with the primer and the adhesive, the composite material begins to be laminated combining, mixed with the three-dimensional metal mesh. The external sheet itself (la), either flat or with the curvature that has been given, serves as a mold for the placement of the successive layers of composite material, with which no additional tooling is required to manufacture the laminate, as is usual in the realization of conventional composite materials. It is simply necessary some auxiliary elements for the precise placement of the sheets and keeping them in position - acting as stops - during the curing and consolidation of the polymeric matrix, but not of a mold itself. In the case of molds, shapes, designs, the same process can be carried out and even if necessary without using the metallic outer layer and the mold can be used to create a sandwich panel filled with fibers and with the metal mesh in three-dimensional form.
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
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 y en su interior la malla metálica tridimensional. En la mitad del laminado híbrido se ha introducido una lámina resistente (Ib). 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 proceso (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. Continue with one or more sheets of balanced fabric (5a) - the same number of wicks in the direction of the weft as the warp - to endow the panel, a piece of the desired thickness depending on the stiffness that is desired to be achieved. To incorporate each new sheet, it is always the same: the reinforcement is placed in a dry, suitably oriented manner, and it is impregnated in resin in a uniform and complete manner and inside it the three-dimensional metal mesh. A resistant sheet (Ib) has been inserted in the middle of the hybrid laminate. At this point, it is convenient to place a weight on the internal external sheet according to the execution phase, evenly distributed, or apply pressure on it by some other process (vacuum bag, autoclave), to compact the composite material package. that has just been laminated and remove the excess resin that may have been introduced - bleeding it from the edges of the panel or layer.
Desde la capa central (Ib), después de realizar la compactación, se continúa laminando de forma simétrica hasta llegar a la piel superior (5b, 4b, 3b, 2b y Ic). 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 From the central layer (Ib), after compacting, continue rolling symmetrically until reaching the upper skin (5b, 4b, 3b, 2b and Ic). In this way, there is a balanced and symmetrical hybrid laminate, consisting of three sheets and two packages of composite material filled with the three-dimensional metal mesh sandwiched between the sheets. This configuration has to be understood as a particular case that shows, yes, all the peculiarities of the
material híbrido propuesto pero no agota todas las posibles configuraciones y secuencias de
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 peldaños, 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 In order to assemble the panels, layers, pieces and build the final structure with them, each panel, piece built individually, whether flat, angular or curved, is laminated with a series of steps on the edges. Figures 3 and 4 show how each new metallic sheet moves horizontally and vertically, in the plane of the laminate, a certain distance. Rolling continues on this new position of the steel sheet. The end result is a ladder with three rungs, on the four edges of the panel, and each rung will have a height equal to each package of composite material plus the thickness of the sheet metal. Each panel, piece can be assembled with four other panels fitting the stairs of their respective edges. Two joints will appear on the outside: a longitudinal joint
(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. (7) that it is not continuous, since each contiguous panel is displaced in that direction so that the connection line does not coincide; a transversal union (8) that is continuous. This way of assembling the panels, layers, pieces makes it possible to ensure that the joints between panels in each layer (in the thickness direction) do not coincide and, therefore, reducing the risk that a failure in the joint will pass through the entire thickness. of the laminated panel, hybrid piece.
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 2 y 20 centímetros en función de las dimensiones del panel 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 estructura 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
Claims (15)
- 1. one.
- Material laminado híbrido compuesto por fibra y/o aleaciones metálicas en forma de malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica y construcción en general 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. Hybrid laminated material composed of fiber and / or metallic alloys in the form of three-dimensional mesh for shipbuilding, aeronautics and construction in general that includes alternative metallic sheets and composite material with a vinyl ester or polyester resin matrix and fiberglass reinforcement, the sheet metal in the outermost layers of the laminate and the composite material inside filled, mixed, combined with three-dimensional metal mesh, and introducing a layer of elastic-type adhesive between the metallic outer layers and the first layers of composite material laminated on the steel .
- 2. 2.
- Material laminado híbrido compuesto por fibra y/o aleaciones metálicas en forma de malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica y construcción en general, según la reivindicación 1, caracterizado porque se pueden añadir capas intermedias metálicas entre el material compuesto. Hybrid laminated material composed of fiber and / or metallic alloys in the form of three-dimensional mesh for shipbuilding, aeronautics and construction in general, according to claim 1, characterized in that metallic intermediate layers can be added between the composite material.
- 3. 3.
- Material laminado híbrido compuesto por fibra y/o aleaciones metálicas en forma de malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica y construcción en general, según la reivindicación 1, caracterizado porque se pueden añadir capas intermedias de cualquier material entre el material compuesto. Hybrid laminate material composed of fiber and / or metallic alloys in the form of three-dimensional mesh for shipbuilding, aeronautics and construction in general, according to claim 1, characterized in that intermediate layers of any material can be added between the composite material.
- 4. Four.
- Material laminado híbrido compuesto por fibra y/o aleaciones metálicas en forma de malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica y construcción en general, 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. Hybrid laminated material composed of fiber and / or metallic alloys in the form of three-dimensional mesh for shipbuilding, aeronautics and construction in general, according to claim 1, characterized in that they can be made without metallic outer layers and only using the internal area, filled sandwich fiber with three-dimensional metal mesh.
- 5. 5.
- Material laminado híbrido compuesto por fibra y/o aleaciones metálicas en forma de malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica y construcción en general, 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 moldes. Hybrid laminated material composed of fiber and / or metallic alloys in the form of three-dimensional mesh for shipbuilding, aeronautics and construction in general, according to claim 1, characterized in that parts of any design or shape can be made even by replicating pieces or mechanisms of shape partial or total with the use of molds.
- 6. 6.
-
Material laminado híbrido compuesto por fibra y/o aleaciones metálicas en forma de malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica y construcción en general, según la
imagen2 material compuesto. Hybrid laminated material composed of fiber and / or metallic alloys in the form of three-dimensional mesh for shipbuilding, aeronautics and general construction, according toimage2 composite material.
- 7. 7.
- Material laminado híbrido compuesto por fibra y/o aleaciones metálicas en forma de malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica y construcción en general, según la reivindicación 1, caracterizado porque se pueden añadir capas intermedias no metálicas entre el material compuesto en cualquier dirección o ángulo. Hybrid laminated material composed of fiber and / or metallic alloys in the form of a three-dimensional mesh for shipbuilding, aeronautics and construction in general, according to claim 1, characterized in that non-metallic intermediate layers can be added between the composite material in any direction or angle .
- 8. 8.
- Material laminado híbrido compuesto por fibra y/o aleaciones metálicas en forma de malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica y construcción en general, según la reivindicación 1, caracterizado porque se pueden añadir capas de protección, de otros materiales y rellenado el interior con la fibra-malla metálica en forma tridimensional. Hybrid laminated material composed of fiber and / or metallic alloys in the form of three-dimensional mesh for shipbuilding, aeronautics and construction in general, according to claim 1, characterized in that protection layers can be added, made of other materials and the interior is filled with fiber-metallic mesh in three-dimensional form.
- 9. 9.
- Material laminado híbrido compuesto por fibra y/o aleaciones metálicas en forma de malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica y construcción en general, según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el adhesivo empleado, en una realización preferida, es de poliuretano biocomponente. Hybrid laminate material composed of fiber and / or metallic alloys in the form of a three-dimensional mesh for shipbuilding, aeronautics and construction in general, according to claims 1 to 3, characterized in that the adhesive used, in a preferred embodiment, is biocomponent polyurethane.
- 10. 10.
- Material laminado híbrido compuesto por fibra y/o aleaciones metálicas en forma de malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica y construcción en general, según las reivindicaciones anteriores que comprende las siguientes etapas: a. se prepara superficialmente el metal mediante tratamientos químicos comerciales, para la aplicación de adhesivos, aplicando una capa de primer sobre la superficie interna de la primera chapa de acero, b. se aplica una capa de adhesivo de tipo elástico sobre la parte interior de la primera chapa metálica y a continuación se lamina el material compuesto de resina polimérica y refuerzo de fibra de vidrio, desplazando cada capa para ir formando un perfil en escalera, pudiéndose introducir láminas metálicas intermedias entre el material compuesto rellenado, mezclado, combinado con la malla metálica tridimensional, Hybrid laminated material composed of fiber and / or metallic alloys in the form of three-dimensional mesh for shipbuilding, aeronautics and construction in general, according to the preceding claims, comprising the following steps: a. the metal is prepared superficially by means of commercial chemical treatments, for the application of adhesives, applying a primer coat on the internal surface of the first steel sheet, b. a layer of elastic-type adhesive is applied to the inside of the first sheet metal and then the composite material of polymeric resin and fiberglass reinforcement is laminated, moving each layer to form a staircase profile, being able to insert metal sheets intermediate between the filled, mixed composite material, combined with the three-dimensional metal mesh,
- 12. 12.
- Material laminado híbrido compuesto por fibra y/o aleaciones metálicas en forma de malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica y construcción en general, según la reivindicación 5 y 6 caracterizado porque cada chapa metálica está desplazada horizontal y verticalmente respecto al material compuesto que tiene debajo para formar un perfil en escalera en cada uno de los cuatro bordes del 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. Hybrid laminated material composed of fiber and / or metallic alloys in the form of three-dimensional mesh for shipbuilding, aeronautics and construction in general, according to claims 5 and 6, characterized in that each sheet metal is displaced horizontally and vertically with respect to the composite material underneath to form a staircase profile at each of the four edges of the three-dimensional metal mesh hybrid fiber-metallic panel that will later be joined to other panels by overlapping and gluing said stair edges, the dimensions of the steps being between 0.2 and 20 centimeters.
- 13. 13.
- Material laminado híbrido compuesto por fibra y/o aleaciones metálicas en forma de malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica y construcción en general, según las reivindicaciones 5 a 7 caracterizado porque, en una realización preferida, se emplea un adhesivo poliuretano monocomponente para el ensamblaje de los paneles. Hybrid laminated material composed of fiber and / or metallic alloys in the form of three-dimensional mesh for shipbuilding, aeronautics and construction in general, according to claims 5 to 7, characterized in that, in a preferred embodiment, a one-component polyurethane adhesive is used for assembly of the panels.
- 14. 14.
- Material laminado híbrido compuesto por fibra y/o aleaciones metálicas en forma de malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica y construcción en general, 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. Hybrid laminated material composed of fiber and / or metallic alloys in the form of three-dimensional mesh for shipbuilding, aeronautics and construction in general, according to claims 5 to 8, characterized in that for sealing the longitudinal and transverse external joining lines of the panels made of hybrid fiber-metal material, either polymeric sealant beads or weld beads with or without material input are applied.
- 15. fifteen.
- Material laminado híbrido compuesto por fibra y/o aleaciones metálicas en forma de malla tridimensional para la construcción naval, aeronáutica y construcción en general, según las reivindicaciones anteriores para su utilización en las técnicas de construcción de las estructuras de buques, aviones, ingeniería y artefactos o piezas. Hybrid laminated material composed of fiber and / or metallic alloys in the form of three-dimensional mesh for shipbuilding, aeronautics and construction in general, according to the preceding claims, for use in the construction techniques of ship, aircraft, engineering and artifact structures or pieces.
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WO2019170929A1 (en) * | 2018-03-07 | 2019-09-12 | Technokontrol Global, Ltd | Hybrid material made up of metallic fibre in the form of a panel, layer with three-dimensional mesh for naval or aeronautical construction, mechanical engineering, construction |
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WO2019170929A1 (en) * | 2018-03-07 | 2019-09-12 | Technokontrol Global, Ltd | Hybrid material made up of metallic fibre in the form of a panel, layer with three-dimensional mesh for naval or aeronautical construction, mechanical engineering, construction |
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