ES2198962T3 - Procedimiento y producto compuesto. - Google Patents

Abstract

Un material compuesto flexible de bajo estiramiento que comprende: una lámina de material; y la lámina comprende al menos una sección (3) que tiene las líneas de carga previstas (17) que se extienden en la sección, comprendiendo la o cada sección: una primera capa de material (52); y una pluralidad de segmentos (16) discontinuos resistentes al estirado que se adhieren a la primera capa de material; y caracterizado porque: la pluralidad de segmentos (16) discontinuos resistentes al estirado se extiende generalmente a lo largo de las líneas de carga previstas (17); y una mayoría de los segmentos (16) tiene longitudes sustancialmente más cortas que las longitudes correspondientes de las líneas de carga previstas (17) en la sección.

Description

Procedimiento y producto compuesto.

Antecedentes de la invención

La presente invención está dirigida hacia la fabricación de productos compuestos y los métodos y aparatos utilizados en la misma. Los compuestos son especialmente útiles en la fabricación de velas para barcos de vela.

Las velas pueden ser planas, velas bidimensionales o velas tridimensionales. Más típicamente, las velas tridimensionales están hechas por acoplamiento de una serie de paneles. Los paneles, considerado cada uno como una pieza de lona terminada para hacer velas, se cortan a lo largo de una cimbra y se ensamblan a otros paneles para crear el aspecto tridimensional de la vela. Los paneles tienen típicamente una forma cuadrangular o triangular con una anchura máxima limitada tradicionalmente por la anchura del rollo del velamen acabado del que forman parte. Típicamente las anchuras de los rollos de velamen están comprendidas aproximadamente entre 91,5 y 137 centímetros (36 y 58 pulgadas).

Los fabricantes de velas tienen muchas restricciones y condicionantes para su fabricación. Además de la propia fabricación de los productos que deberán resistir el deterioro por el tiempo climático y maltratos de excoriación, un objetivo de los modernos fabricantes de velas es crear una aleta hidrodinámica tridimensional más ligera de peso, flexible, que mantenga su forma aerodinámica deseada dentro de un amplio rango de vientos. Un factor clave para alcanzar este objetivo es el control de la tensión de la aleta hidrodinámica. La tensión ha de evitarse por dos razones fundamentales. La primera, porque distorsiona la forma de la vela a medida que aumenta el viento dificultando la navegación y moviendo la tracción hacia popa. Esto crea una resistencia aerodinámica indeseada y un excesivo escoramiento del barco. En segundo lugar, la tensión de la vela desperdicia una energía del viento preciosa que debería ser transferida al velero a través de su jarcia.

Durante años, los fabricantes de velas han intentado controlar la tensión y la distorsión resultante de la vela de tres formas básicas.

En la primera forma los fabricantes de velas intentaron controlar la tensión de la vela utilizando en la fabricación de la tela de la vela hilos de alto módulo con bajo estiramiento. El módulo de tensión específico en gr./denier es aproximadamente 30 para los hilos de algodón (usado en los años 40), de aproximadamente 100 para los hilos de poliéster Dacron® de DuPont (utilizados desde los años 50 a los 70), de aproximadamente 900 para los hilos de para-aramida Kevlar® de DuPont (utilizados en los años 80) y de aproximadamente 3000 para los hilos de carbono (utilizados en los años 90).

En la segunda forma básica los fabricantes de vela han intentado controlar la tensión de la vela a través de una mejor alineación de los hilos basada en un mejor conocimiento de la distribución de esfuerzos en la vela acabada. Se han fabricado velas más ligeras y todavía con menor tensión optimizando la resistencia y el peso del tejido de la vela y trabajando sobre la alineación de los hilos para alcanzar con mayor seguridad las intensidades y direcciones deseadas de las fuerzas. Los esfuerzos han incluido tanto tejidos de vela hinchables como orientados con torcimiento así como hilos individuales recubiertos en ambas caras por filmes. Con un mejor conocimiento de la distribución de fuerzas, los fabricantes de velas han evolucionado hacia construcciones con disposición en panel más sofisticadas. Hasta finales de los años 70, las velas se hacían principalmente de paneles estrechos de tejidos de vela entrelazados hinchables agrupados en construcción de corte transversal donde la mayoría de las cargas cruzaban las costuras y la anchura de los paneles estrechos. Con la aparición de los materiales de hilado de alto comportamiento, como el Kevlar, el estirado de las numerosas costuras horizontales en las velas se convirtió en un problema. Para resolver esto y mejorar la alineación del hilo con los modelos de carga, una solución desde primeros de los años 80 ha sido agrupar y coser paneles estrechos de tejidos para vela orientados en torcido en construcciones con disposición en panel conocidas como "Corte gratil" y últimamente con más éxito como construcción "Tri-radial". La construcción "Tri-radial" está separada típicamente en diferentes secciones hechas de estrechos paneles radiantes preensamblados. Las secciones altamente cargadas de la vela tales como el Puño de Escota, la Cabeza y el Gratil están típicamente hechas con cortes de paneles radiales de tejidos de vela gruesos. Las secciones menos cargadas de la vela, tales como la Orza y el Puño de Amura, están hechas con cortes de paneles de materiales más ligeros. Esta solución, desgraciadamente, presenta sus propios inconvenientes. Grandes velas fabricadas de esta forma pueden llegar a tener, por ejemplo, 120 paneles estrechos que deben cortarse y ensamblarse uno con otro con gran precisión para formar las distintas secciones grandes. Estas secciones grandes de paneles preensamblados son después unidos entre sí para formar la vela. Esto consume mucho tiempo y, además, es caro y cualquier falta de precisión da lugar frecuentemente a irregularidades en la forma de la vela. La mezcla de tipos de telas utilizados para la vela da lugar, especialmente a medida que transcurre el tiempo, a que los diferentes paneles se contraigan a diferentes velocidades afectando al alisado de la vela a lo largo de las costuras de unión de las diferentes secciones.

Una solución para el control del estirado de la vela ha sido construir una vela más tradicional a partir de los paneles entrelazados convencionales de telas para velas hinchables y reforzarla externamente aplicando cintas planas en la parte superior de los paneles siguiendo las líneas de carga anticipadas. Ver Patente U.S. No. 4.593.639. Aunque esta solución es relativamente barata, tiene sus propios inconvenientes. Las cintas de refuerzo pueden contraerse de una forma más rápida que los tejidos de la vela entre las dos cintas dando lugar a severas irregularidades en la forma. Los tejidos de vela no soportados entre las cintas se pandean frecuentemente, afectando al diseño de la aleta hidrodinámica.

Una solución posterior ha sido fabricar paneles estrechos de corte transversal de los tejidos de vela teniendo hilos individuales siguiendo las líneas de carga. Los hilos individuales son colocados entre dos láminas y de una forma continua dentro de cada panel. Ver Patente U.S. No 4.708.080 a Conrad. Puesto que los hilos individuales radiantes son continuos dentro de cada panel, hay una relación fija entre las trayectorias de los hilos y las densidades alcanzadas de los hilos. Esto dificulta la optimización de las densidades del hilo dentro de cada panel. Debido a la anchura limitada de los paneles, el problema de tener un gran número de costuras horizontales es inherente a este tipo de solución de corte transversal. Los paneles estrechos de corte transversal de telas para vela hechos de hilos individuales son difíciles de coser adecuadamente; el hilvanado no se mantiene sobre los hilos individuales. Incluso cuando las costuras se aseguran con adhesivos para minimizar el hilvanado, la proximidad de las costuras a las esquinas altamente cargadas puede ser una fuente de grieta y fallar la vela.

Una posterior solución ha sido la de fabricar simultáneamente el tejido de la vela y la vela en una pieza sobre un molde convexo utilizando hilos de alta resistencia laminados entre dos filmes, siguiendo los hilos las líneas anticipadas de carga. Ver Patente U.S. No. 5.097.784 a Baudet. Aunque provee velas muy ligeras y de baja tensión, este procedimiento tiene sus propias limitaciones técnicas y económicas. La naturaleza ininterrumpida de todos los hilos hace difícil optimizar las densidades del hilo, especialmente en las esquinas de la vela. También, la naturaleza especial de los equipos necesarios para cada vela individual y el capital necesario para ello encarece esta forma de fabricar las velas.

La tercera forma básica en la que los fabricantes de velas han controlado la tensión y mantenido la forma más apropiada de la vela ha sido reducir el rizado o tensión geométrica del hilo utilizado en la tela para la vela. El rizado se considera generalmente consecuencia de una forma serpenteada que toma el hilo en el tejido de la vela. En un tejido, por ejemplo, los hilos se tuercen unos sobre otros hacia arriba y hacia abajo. Esto hace que desde el inicio sean resistentes a la tensión. Cuando el tejido es sometido a tensión, los hilos tienden a enderezarse antes de que puedan comenzar a resistir el estiramiento basado en su fuerza tensora y resistencia al alargamiento. El rizado por tanto retrasa y reduce la resistencia a la tensión de los hilos al tiempo que la carga sobre la tela de la vela.

En un esfuerzo para eliminar los problemas de este "tejido rizado", se ha trabajado mucho para dejar de usar tejidos entrelazados para las velas. En la mayoría de los casos, los tejidos entrelazados de las velas han sido sustituidos por tejidos de vela compuestos, típicamente hechos de hilos amarrados individuales (no entrelazados) resistentes a las cargas intercalados entre dos filmes de poliéster Mylar® de DuPont u otro filme adecuado. Hay un número de patentes en este área, tales como Sparkman EP 0 224 729, Linville US 4.679.519, Conrad US 4.708.080, Linville US 4.945.848, Baudet US 5.097.784, Meldner US 5.333.568, y Linville US 5.403.641.

El rizado, sin embargo, no está limitado a los tejidos entrelazados para las velas y puede ocurrir también con construcciones amarradas. El rizado en los tejidos para las velas hechos de hilos amarrados puede aparecer de varias formas diferentes. Primero, la contracción lateral de los filmes durante muchos procesos convencionales de laminación provocan rizado en los hilos. Por ejemplo, con construcciones de paneles estrechos de corte transversal, donde la mayoría de hilos que soportan carga cruzan las anchuras del panel, se produce un rizado importante de estos hilos durante la laminación del tejido para velas entre rodillos calentados a alta presión. Esto es debido que el filme calentado se contrae lateralmente mientras soporta la termoformación, típicamente alrededor del 2,5% con este método de laminación. El resultado es catastrófico en relación al comportamiento del estirado del tejido compuesto en aplicaciones con cargas altas.

Segundo, hilos ininterrumpidos que soportan cargas en una vela siguen trayectorias curvas. Los hilos usados son típicamente hilos multifibra. Generalmente se añade una torsión para que las fibras trabajen conjuntamente y resistan el estiramiento a lo largo de las trayectorias curvas. Si no se añadiera torsión, sólo unas pocas fibras serían sometidas a las cargas, concretamente las que están en el exterior de la curva. Esto limitaría sustancialmente la capacidad de la vela de resistir el estiramiento. Mientras las pequeñas espirales de hilo creadas usando los hilos retorcidos multifibra ayudan a aumentar el reparto de la carga entre las fibras y por lo tanto a reducir el estiramiento, aún se sigue dando un rizado producido al enderezarse los hilos en espiral bajo las cargas. La torsión en los hilos es por tanto un compromiso necesario para este diseño, evitando sin embargo que dicho tipo de tejido para velas obtenga el máximo rendimiento posible de los hilos usados.

Las diferentes aproximaciones mostradas en las patentes de Linville son otros intentos para reducir los problemas de rizado. Se usan capas de hilos amarrados paralelos continuos y espaciados para reforzar los tejidos para velas laminados. Sin embargo, debido a que los hilos continuos espaciados son paralelos entre sí, sólo un pequeño número de ellos están alineados con las cargas. Los paneles cortados que se obtienen de estos tejidos para velas tienen por tanto poca resistencia al esfuerzo cortante. Además, no se consigue ningún cambio de densidad de hilos en la dirección de los hilos. Por lo tanto los diseños propuestos no ofrecen características resistentes constantes. Además, estas aproximaciones están diseñadas para ser usadas con diseños de panel como el de las construcciones de Corte a través, corte Gratil y corte Tri-radial, que dan lugar a sus propias series de desventajas.

El tejido para velas mostrado en la patente de Meldner puede, en teoría, reducir los problemas de rizado. Sin embargo, está diseñado para ser empleado en construcción Tri-radial, lo cual da lugar a su propia serie de problemas. Meldner lamina entre dos capas continuas de filme de cintas unitarias unidireccionales hechas de remolques de filamentos que tiran de lado a lado con diámetros cinco veces menores que hilos convencionales. Las capas continuas unidireccionales se entrecruzan para aumentar la densidad de filamentos entrecruzados, que se cree que minimiza los problemas de rizado y que aumenta la resistencia al esfuerzo de cortante. Meldner está limitado al uso de hilos de muy alto rendimiento, que son caros. El coste de esos hilos afecta de forma importante a la viabilidad económica de esta aproximación y la limita a aplicaciones en carreras "Grand Prix". Además, este diseño de tejido para velas no está pensado para ofrecer características de deformación constantes; es más, el estirado y la fuerza resistente están diseñadas para que sean las mismas a lo largo de toda la longitud del rollo del tejido para velas. Sólo un pequeño número de filamentos continuos unidireccionales acaban alineados con las cargas.

US 5.333.568 muestra un material para la fabricación de velas que comprende al menos una capa de refuerzo liviana de monofilamentos extruidos unidireccionales, laminados a, o entre capas de, una película de polímero como Mylar. Las capas de monofilamentos unidireccionales pueden estar laminadas entre las capas de película de polímero, con la dirección de los monofilamentos variando dentro de cada capa de monofilamento para proporcionar múltiples direcciones de refuerzo. Los monofilamentos pueden tener diámetros 5 veces menores que las hebras o fibras convencionales, lo que aumenta la densidad de monofilamentos entrecruzados y da lugar a un fuerte material de refuerzo.

US 4.133.711 muestra un aparato para la fabricación y manejo automatizados de avanzados compuestos laminares, usando una serie de tablas con superficies de retención de vacío y cintas y equipos de corte unidos a pórticos móviles. El aparato permite depositar materiales compuestos de cintas sobre un material portador de acuerdo con un patrón preprogramado.

Compendio de la invención

La presente invención está dirigida a un compuesto flexible, que se estire poco, adecuado para su uso en la fabricación de velas. La capa de compuesto incluye una o más secciones con una primera capa de material, típicamente una película de polímero. Al menos una de las secciones tiene líneas de carga previstas que se extienden sobre la sección . Cada sección incluye una primera capa de material y segmentos cortos y discontinuos resistentes al estiramiento adheridos a la primera capa de material y que generalmente se extienden a lo largo de las líneas de carga previstas. La mayoría de los segmentos tienen longitudes sustancialmente más cortas que las longitudes correspondientes de las líneas de carga previstas en cada sección. El cuerpo de una vela puede hacerse bidimensional o tridimensional. Las velas bidimensionales pueden hacerse de una sección o de un número de secciones planas cosidas entre sí. Las velas tridimensionales pueden hacerse usando una o más secciones moldeadas de la capa de compuesto; alternativamente pueden usarse varias secciones planas que están acopladas entre sí para crear una vela tridimensional. Los métodos aquí descritos pueden usarse para crear una vela que generalmente tiene características de deformación constantes bajo una condición de uso deseada y para permitir optimizar el comportamiento ante un estiramiento reducido minimizando el rizado, o lo que es lo mismo, el estirado geométrico de los hilos.

De acuerdo con un aspecto de la invención una mayoría de los segmentos tienen longitudes sustancialmente más cortas que las longitudes correspondientes de las líneas de carga previstas en cada sección. De acuerdo con otro ejemplo descrito aquí, los segmentos tienen extremos de segmentos, estando al menos la mayoría de los extremos de segmentos escalonados lateralmente entre sí en la sección.

Otro aspecto de la invención se refiere a un método para hacer un compuesto, el compuesto que se coloca debajo de una carga creando las líneas de carga previstas. El método incluye las etapas de elegir los segmentos resistentes al estiramiento y de disponer los segmentos sobre una primera capa de material generalmente a lo largo de las líneas de carga previstas. Los segmentos y la primera capa de material están sujetos para crear un compuesto. El compuesto está preferiblemente hecho mediante laminación de los segmentos entre la primera y segunda capa de material. El método incluye un aspecto en el que la etapa de elegir los segmentos incluye seleccionar las longitudes de los segmentos de manera que al menos la mayoría de los segmentos se extiendan sólo en parte a lo largo de las líneas de carga previstas en una sección. También se describe aquí un método en el que la etapa de disponer los segmentos incluye escalonar lateralmente los extremos de los segmentos en la sección para reducir las áreas débiles.

También se describe aquí un método que se refiere al uso de esteras como segmentos. Las esteras tienen generalmente elementos paralelos. Los elementos de las esteras pueden incluir, por ejemplo, hilos que pueden estar retorcidos o no. Los elementos de las esteras pueden incluir hilos individuales o fibras individuales. El diseño de la estera incluye típicamente segmentos de esteras orientados transversalmente y espaciados que ayudan tanto a estabilizar geométricamente las esteras como a proporcionar resistencia al desgarramiento paralela a las líneas de carga. Las esteras pueden usarse como una capa individual; donde se necesite una resistencia y/o durabilidad extra, puede usarse más de una capa de esteras. Cuando se usan múltiples capas de esteras, es preferible que las capas estén descentradas de manera que los bordes de las esteras subyacente y superpuesta no estén alineados.

También se describe aquí una instalación de laminación en la que las láminas de presión primera y segunda, en la que al menos una es flexible, y que define un interior de laminación precintable que contiene el material almacenado que va a laminarse, están alojadas en un recinto. Se crea un diferencial de presión entre el interior de la laminación y el exterior de las láminas de presión, típicamente mediante la creación de una vacío parcial en el interior de la laminación. Un circulador de fluido circula fluido calentado, típicamente aire, en el interior del recinto de forma que el fluido calentado está en contacto térmico efectivo con las láminas de presión para calentar de rápida y uniformemente las láminas de presión y el material almacenado que está laminándose.

Las láminas de presión primera y segunda son típicamente generalmente planas. Pueden ser tubulares, como cilíndricas, también. Por ejemplo, la primera lámina de presión puede estar en la forma de un tubo de aluminio alrededor del cual se enrolla el material almacenado; la segunda lámina de presión puede estar en la forma de un manguito dilatable exterior que rodea al material almacenado. Esto permite que un número de estas estructuras tubulares sean colocadas en un recinto calentado mucho más pequeño que el que sería posible si las láminas de presión fueran planas. Si se desea, el tubo de aluminio (u otro material conductor del calor preferible) puede estar rodeado por un manguito dilatable interior con el material almacenado limitado por los manguitos dilatables interior y exterior.

También se describe aquí un método para laminar una pila de material usando las láminas de presión y el recinto. El fluido calentador se circula por el recinto para que esté en contacto térmico efectivo con al menos el 80%, y más preferiblemente al menos alrededor del 95% de cada una de las láminas de presión para conseguir un calentamiento eficaz y así laminar del material almacenado.

Los segmentos pueden estar hechos de diversos materiales, incluyendo finas varas metálicas, segmentos similares a piezas de hilo de pescar monofilamento, hilos multifibra, o fibras espaciadas lateralmente creadas, por ejemplo, espaciando neumáticamente las fibras de hilos multifibra sin torsión. Mientras que la mayoría de segmentos generalmente siguen las típicas líneas de carga curvas, los segmentos orientados transversalmente que se cruzan con otros segmentos son preferiblemente usados para ayudar a aumentar la resistencia global del compuesto al resistir la rasgadura del compuesto a lo largo de líneas paralelas a las líneas de carga.

El empleo de segmentos discontinuos resistentes al estiramiento, en los que los segmentos tienen longitudes sustancialmente más cortas que las longitudes de las líneas de carga previstas en la sección, permite que la densidad de los segmentos se corresponda generalmente con las cargas previstas en esa parte del compuesto de manera que la resistencia del compuesto puede optimizarse, esto es, que no tenga demasiados o pocos segmentos en ningún sitio. Esto elimina muchos de los problemas asociados con el uso de los hilos continuos e ininterrumpidos que había en la técnica anterior, donde hay una relación fija entre la densidad de hilo y la orientación. Además, mediante el uso de los segmentos relativamente cortos, se reduce el rizado ya que la trayectoria que sigue cada uno de los segmentos relativamente cortos es efectivamente recta de manera que no es necesario retorcer los hilos, lo que se requiere cuando los largos hilos multifibra siguen trayectorias curvas. También puede reducirse el rizado ya que puede se puede estampar o colocar a los segmentos en lugar de hacerlos rodar sobre un substrato usando máquinas enhebradoras como se usaban en la técnica anterior. Estos factores se combinan para ayudar a reducir el rizado en el compuesto para permitir que los hilos muestren una fuerza próxima al módulo de elasticidad a la tracción teórico. Finalmente, se puede conseguir un menor rizado usando la instalación de laminación aquí mostrada ya que el compuesto puede ser colocado entre láminas de presión flexibles y de elevada fricción. Preferiblemente la pila de material no tiene libertad de movimiento lateral significativa una vez que la presión ha sido aplicada de manera que durante el calentamiento y la laminación, se evita sustancialmente el acortamiento. Esto contrasta con el acortamiento lateral de aproximadamente el 2,5% que ocurre típicamente durante la laminación convencional o con hilos llenos orientados entre, por ejemplo, dos filmes de poliéster que usan dos rodillos calentados.

Los métodos aquí descritos permiten al diseñador una mayor flexibilidad al crear compuestos resistentes al estirado que cuando se emplean hilos continuos resistentes a las cargas. Cuando se usan hilos continuos resistentes a las cargas, no se pueden conseguir compuestos resistentes constantes, útiles para velas u otras aplicaciones. Debe conseguirse un compromiso bien con la densidad de hilo o con la alineación de los hilos, y generalmente con ambos. El compromiso típicamente da lugar a un producto hecho con hilos continuos que tienen demasiado espesor de hilo en las esquinas mientras que comprometer la orientación del hilo y la densidad hacia la mitad de la vela da lugar a una resistencia deficiente en medio del gratil. Como los métodos descritos no se limitan a una relación fija entre densidades y orientaciones como algunos de los métodos de la técnica anterior, los métodos descritos proporcionan la flexibilidad para crear efectos especiales entre densidades de segmentos y orientaciones de segmentos. Estos es una mejora importante respecto a la técnica anterior.

Otra ventaja proviene del empleo de segmentos de esteras en los que las esteras tienen elementos orientados transversalmente; este empleo permite que las costuras se hagan más fácilmente porque el hilvanado que sirve para unir los bordes de diferentes secciones se une con la estera de una forma más segura de la que lo haría el hilvanado si sólo se usaran segmentos generalmente paralelos, individuales y radiantes, típicamente hilos.

Otra ventaja de la instalación y método de laminación es que requiere una inversión de capital relativamente pequeña. Al evitar el uso masivo de maquinaria computerizada que requiere la inversión de un elevado capital, se puede reducir la inversión de capital a, por ejemplo, un tercio de la inversión de capital necesaria con otras alternativas de compuestos para la fabricación de velas.

Los aparatos y métodos aquí descritos permiten un alto control de calidad en comparación con los sistemas usados en la técnica anterior. El aparato y método de laminación permiten ciclos muy rápidos y repetibles ya que todo el laminado está sometido a presiones y temperaturas uniformes y controlables. Esto permite laminar simultáneamente un gran área del compuesto. Por lo tanto, toda la pila de material, que forma parte del compuesto, está sometida a calor y presión durante, por ejemplo, una hora, en vez de sólo unos pocos segundos entre rodillos calentados o lámparas infrarrojas cuando se emplean técnicas de laminación convencionales.

Otras características y ventajas de la invención aparecerán en la siguiente descripción en la que las realizaciones preferidas han sido expuestas en detalle junto con los dibujos que las acompañan.

Breve descripción de los dibujos

La Fig.1 es una vista de conjunto simplificada de una sección simple de vela en la que los segmentos discontinuos, resistentes al estirado, que se extienden a lo largo de las líneas de carga previstas, están laminados entre capas primera y segunda de material;

La Fig. 1A es una vista de una sección múltiple de vela similar a la vela de la Fig. 1 en la que los segmentos son más cortos que las líneas de carga previstas en cada sección;

La Fig. 2 es una vista ampliada que ilustra como los segmentos discontinuos, resistentes al estirado se extienden a lo largo de las líneas de carga previstas y están escalonados lateralmente según se desee;

La Fig. 2A ilustra la alineación lateral de segmentos discontinuos, una disposición que no está en concordancia con la presente invención;

La Fig. 3 es una vista ampliada que ilustra un grupo de segmentos de la Fig. 1 que se extienden a lo largo de líneas de carga curvas que se estrechan hacia una esquina, siguiendo las líneas de carga las direcciones de los esfuerzos previstos bajo la carga deseada de la vela de la Fig. 1;

La Fig. 4 ilustra la sustitución de los segmentos individuales de la Fig. 3 por segmentos tipo-estera, en la que también los segmentos tipo-estera siguen las líneas de carga previstas y están escalonados lateralmente y se solapan longitudinalmente;

La Fig. 4A es una vista ampliada de un segmento individual tipo-estera de la Fig. 4 hecho generalmente a base de fibras dispuestas paralelamente, estando las fibras estabilizadas geométricamente con una capa adhesiva;

La Fig. 4B es una vista ampliada de un segmento individual tipo-estera de la Fig. 4 hecho de hilos discontinuos, paralelos y espaciados y de hilos transversales;

La Fig. 4C es un segmento tipo-estera que incorpora la disposición de las fibras de la Fig. 4A y los hilos transversales, discontinuos, paralelos y espaciados de la Fig. 4B;

La Fig. 4D ilustra la combinación de la estera de la Fig. 4A con una malla o entelado usado para mejorar la resistencia a la rasgadura;

La Fig. 4E ilustra una sección simple de vela similar a la vela de la Fig. 1 pero en la que los segmentos son segmentos tipo-estera;

La Fig. 5 es un dibujo esquemático que ilustra la fabricación de esteras de las disposiciones de fibras paralelas, orientadas lateralmente de las Figs. 4A y 4C;

La Fig. 5A es una vista ampliada, despiezada, parcialmente transversal de una combinación de un cilindro perforado, una capa de fibras y una capa adhesiva;

La Fig. 5B ilustra una estera hecha de la estructura de la Fig. 5A que muestra el refuerzo liberable de la combinación de capa adhesiva que se elimina;

La Fig. 6 ilustra esquemáticamente la fabricación de los segmentos tipo-estera de la malla de la Fig. 4B;

La Fig. 6A ilustra un filme adhesivo/entelado;

La Fig. 7 es una ilustración simplificada de la proyección del contorno de la vela de la Fig. 1 incluyendo las líneas de carga y/o las líneas de colocación de segmentos/esteras;

La Fig. 8 es un diagrama esquemático que ilustra la colocación de una pila de material creado mediante el proceso ilustrado en la Fig. 7 entre láminas de presión flexibles, de elevada fricción, estiradas entre marcos, siendo transportados los marcos por recintos superiores e inferiores, respectivamente;

La Fig. 8A muestra la estructura de la Fig. 8 después de que los recintos superior e inferior han sido recogidos depositando la pila de material en un interior de laminación entre las láminas de presión flexibles y después la aplicación de presión a las superficies exteriores de las láminas de presión flexibles mediante la creación de un vacío parcial en el interior de laminación;

La Fig. 8B ilustra la colocación de los extremos primero y segundo de los recintos contiguos a los extremos abiertos de los recintos cerrados superior e inferior, incluyendo cada extremo del recinto un ventilador de recirculación y un calentador eléctrico para crear un fluido calentado que circule por las superficies exteriores de las láminas de presión flexibles;

La Fig. 9 ilustra una realización alternativa similar a la Fig. 8 pero que incluye el empleo de un molde perforado sobre la superficie exterior de la lámina de presión inferior para conferir una curvatura tridimensional a la lámina de presión inferior opuesta a la pila de material;

La Fig. 9A muestra el efecto de usar el molde perforado de la Fig. 9 con el aparato de la Fig. 8B, donde el molde perforado permite el libre flujo de aire calentado hacia la superficie exterior de la lámina de presión inferior haciendo que la laminación de lugar a un compuesto tridimensional;

La Fig. 9B es una vista simplificada del perfil transversal obtenido según la línea 9B-9B de la Fig. 9A que ilustra los canales de flujo del molde perforado;

La Fig. 10 ilustra una cinta de los segmentos de las Figs. 1 y 2;

La Fig. 11 es una vista simplificada de una realización alternativa de la estructura de la Fig. 7 que incluye un cilindro rebobinador de vacío;

La Fig. 12 ilustra el cilindro rebobinador de la Fig. 11, con el material enrollado en él, introducido en un manguito elastomérico para crear un cilindro de laminación;

La Fig. 12A es una vista ampliada del perfil transversal de una porción del extremo del cilindro de laminación de la Fig. 12 con varias capas espaciadas para mayor claridad de la ilustración;

La Fig. 13 es una vista simplificada del perfil transversal del cilindro de laminación de la Fig. 12 con huecos mostrados entre las diferentes capas para mayor facilidad de iluminación;

La Fig. 14 es una vista simplificada que muestra distintos cilindros de laminación de la Fig. 12 en un único recinto; y

Las Figs. 15 y 16 ilustran una alternativa a la realización de las Figs. 11-14 donde la Fig. 15 muestra un cilindro de vacío con una primera capa de filme en el exterior del cilindro y un proyector de segmentos dentro del cilindro, y la Fig. 16 muestra un cilindro de laminación similar al de la Fig. 12.

Descripción de las realizaciones preferidas

La Fig. 1 ilustra una sección simple de vela 2 hecha de acuerdo con la invención. En esta realización la vela tiene tres bordes, amura 4, gratil 6, y pie 8. La vela 2 también incluye tres esquinas, cabeza 10 en la parte superior, puño de amura 12 en la esquina inferior delantera de la vela en la intersección de la amura 4 y el pie 8, y puño de escota 14 en la esquina inferior posterior de la vela en la intersección del gratil con el pie. Se supone para el propósito de esta discusión que la vela 2 es una vela bidimensional y plana; también podría ser una vela tridimensional. Además, la vela 2 está hecha de una sección simple. En vez de una sección simple, la vela puede incluir múltiples secciones 3, como en la vela de sección múltiple 2A mostrada en la Fig. 1A.

La vela 2 incluye literalmente miles de segmentos 16 discontinuos, resistentes al estirado. Solamente se muestra un conjunto representativo de segmentos 16 en las Figs. 1 y 1A para claridad de ilustración. Preferiblemente cada segmento 16 es generalmente recto. Los segmentos 16 se extienden a lo largo de las líneas de carga previstas 17 (véase Fig. 2) en cada sección con longitudes sustancialmente más cortas que la sección. Esto es, cuando se trabaje bajo condiciones de carga especiales, la vela será colocada bajo carga a lo largo de trayectorias generalmente curvas. Estas líneas de carga previstas 17, que corresponden a condiciones de carga particulares, pueden determinarse empíricamente usando un adecuado software de análisis estructural, como el software Relax de Meter Heppel de Inglaterra. Las líneas de carga previstas también pueden determinarse mediante observaciones cuidadosas durante el uso. Los segmentos 16 están preferiblemente orientados 6º, y más preferiblemente 3º, respecto a las líneas de carga 17. Algunos segmentos 16 pueden cruzarse entre sí para aumentar la resistencia al desgarro de la vela 2.

La Fig. 2 es una vista ampliada de una porción de vela 2 que ilustra a los segmentos 16 alternados lateralmente en zigzag. Esto es, los extremos de cada segmento 16 individual están desplazados lateralmente respecto a los segmentos contiguos. La disposición lateral en zigzag de los segmentos 16 aumenta substancialmente la resistencia al desgarramiento a lo largo de líneas perpendiculares a las líneas de carga en la realización de la Fig. 2. El desgarro generalmente paralelo a las líneas de carga puede ser inhibido mediante el empleo de segmentos espaciados, colocados transversalmente, también denominados segmentos transversales. Éstos no se muestran en las Figs. 1-3 para mayor claridad de la ilustración pero se discuten más adelante.

La Fig. 2A ilustra un ordenamiento lateral de segmentos 16 inapropiado. En la realización de la Fig. 2A, los segmentos 16 están alineados lateralmente, y no dispuestos lateralmente en zigzag como en la realización de la Fig. 2. La alineación lateral de segmentos 16 de la Fig. 2A no es la disposición favorita debido a la pérdida de resistencia a la rotura por desgarramiento según la perpendicular a las líneas de carga 17. Puede haber, sin embargo, algunas situaciones en las que toda o parte de la vela 2 emplee segmentos 16 alienados lateralmente como en la Fig. 2A.

Los segmentos 16 pueden estar hechos de una variedad de materiales que incluyen longitudes de material monofilamento similar a hilo de pescar monofilamento, segmentos de hilo multifibra como segmentos de fibra de carbón e hilos hechos de aramida o poliéster, o de fibras vendidas bajo las marcas comerciales PBO®, Pentex® o Spectra®. Los segmentos hechos de hilos multifibra de carbón pueden presentarse en la forma de segmentos aplastados mientras que los hilos suelen ser presentar generalmente forma cilíndrica. Debido a que los segmentos son relativamente cortos, no es necesario retorcer las fibras de un hilo multifibra, eliminando así una causa potencial de rizado.

La Fig. 3 sugiere como según se aproximan las líneas de carga hacia una esquina de la vela 2, no es necesario continuar todas las filas 18 de segmentos 16. Esto elimina el exceso de hilos en las esquinas que muestran algunas velas convencionales que emplean hilos continuos que se extienden a lo largo de toda la línea de carga desde un borde de la vela (o panel) hasta otro. Con la presente invención el diseñado tiene la posibilidad de colocar tantas fibras como sean necesarias en las áreas de grandes esfuerzos, como sucede en las esquinas.

La Fig. 4 ilustra el uso de segmentos tipo-estera 20, típicamente esteras térmicas 20, como alternativa a los segmentos 16 de hilo simple mostrados en las Figs. 1-3. Mientras que en ciertas circunstancias pueden orientarse hilos individuales y laminarse entre láminas de materiales para crear la vela 2, por razones prácticas se suelen preferir los segmentos tipo-estera 20. Cada estera 20 incluye generalmente elementos de estera paralelos que están orientados generalmente a lo largo de las líneas de cargas. La Fig. 4E ilustra la sección simple de una vela 2B que incluye segmentos tipo estera 20.

Las Figs. 4A, 4B y 4C ilustran tres tipos básicos de esteras. La estera 20A está hecha de un disposición de fibras paralelas 22 en la que las fibras están espaciadas, pero tocándose. Las fibras de la disposición de fibras 22 pueden ser fibras individuales, múltiples o una mezcla. Las fibras de la disposición de fibras 22 son generalmente fibras paralelas con algunas de las fibras cruzando. La disposición de fibras 22 está montada sobre una capa adhesiva para mantener la integridad física de la estera 20A. La estera 20A es el tipo de estera que puede hacerse usando el aparato descrito más adelante con referencia a la Fig. 5. La Fig. 4B ilustra una estera 20B hecha de hilos discontinuos resistentes a las cargas 24 y de hilos discontinuos transversales 26 unidos o asegurados de cualquier forma a hilos discontinuos 24 tanto para mantener la disposición paralela de hilos 24 y para permitir mover, manejar y manipular la estera 20 B. La estera 20B puede fabricarse usando, por ejemplo, el aparato descrito más adelante con referencia a la Fig. 6. La estera 20B se usa con hilos 24 generalmente paralelos a las líneas de carga 17. La Fig. 4C ilustra una estera 20C que de alguna manera es una combinación de las esteras 20A y 20B. La estera 20C incluye una disposición de fibras 22 además de hilos transversales discontinuos 26. Los hilos discontinuos 26 tienen el doble propósito de ayudar a estabilizar la disposición de fibras 22 y también de proporcionar resistencia al desgarro paralelo a las líneas de carga 17.

La Fig. 5 ilustra, muy esquemáticamente, un aparato 28 empleado para fabricar las esteras 20A y 20C de las Figs. 4A y 4C. El aparato 28 incluye ampliamente un carrete 30 del que se coge hilo multifibra sin retorcer 32 haciéndole pasar por un rodillo que funciona como un sistema tensor 34 y a través de un esparcidor de fibras de hilo neumático 36. Se emplean chorros de aire para hacer que el hilo multifibra 32 tome la forma de fibras espaciadas 38. El esparcir reumáticamente las fibras 38 del hilo 32 permite usar hilos multifibra largos. Los hilos multifibra largos son relativamente baratos y pueden esparcirse para formar una disposición de fibras de una densidad deseada.

Las fibras esparcidas 38 se enrollan alrededor de un cilindro colector 40 de diámetro grande (típicamente alrededor de 30 cm a 1 m de diámetro). Si se desean crear esteras 20C con fibras transversales discontinuas 26, se disponen los hilos transversales a lo largo de la circunferencia exterior del cilindro 40 generalmente paralelos a su eje antes o después de enrollar las fibras esparcidas 38 alrededor del cilindro. Se aplica entonces un adhesivo incurado a las fibras esparcidas 38 sobre el cilindro 40. Se ilustra el adhesivo 42 al ser rociado sobre el cilindro 40. El adhesivo también puede aplicarse al cilindro 40 usando un rodillo grabado o la superficie exterior del cilindro 40 puede revestirse con un material adhesivo de liberación y puede aplicarse el adhesivo a la superficie exterior antes de la etapa de enrollado. El adhesivo u otra estructura de unión ayuda a mantener las fibras espaciada 38 en su forma espaciada para crear una disposición espaciada de fibras 22 de las esteras 20A o 20C. El adhesivo también ayuda a separar los hilos transversales discontinuos 26 de las fibras espaciadas 38. Después de cubrir el cilindro 40, las esteras 20A/20C se cortan separándolas del cilindro 40 usando cortadores 44.

Otro método preferido implica el empleo de un cilindro perforado 40A, del que se muestra una sección transversal parcial y despiezada en la Fig. 5A, en la que las fibras 38 están enrolladas alrededor del cilindro y el adhesivo 42 está aplicado a modo de capa encima de las fibras. El adhesivo 42 es una capa que es una combinación de una capa adhesiva 43 con la otra capa que es un refuerzo extraíble 45, típicamente un material flexible tipo-papel. Mediante la aplicación de un vacío parcial en el cilindro perforado 40A y una cantidad moderada de calor a la combinación 43, el adhesivo 42 se adhiere a las fibras 38 dando lugar a las esteras 20A. Las esteras 20A tienen un refuerzo extraíble 45 que ayuda a evitar la contaminación de la estera y que también añade estabilidad estructural a la estera. El refuerzo 45 es eliminado, véase Fig. 5B, cuando se monta la estera 20A en su posición como se discute más adelante con referencia a la Fig. 7.

La Fig. 6 ilustra un aparato 46, similar al aparato 28, usado para fabricar la estera 20B con las referencias numéricas relativas a los elementos correspondientes. El hilo multifibra 32 se desenrolla de un carrete 30 y es revestido con un adhesivo 42 y enrollado alrededor de un sistema transportador de cinta 48. En esta realización el hilo multifibra 32 no es esparcido como sucedía en la realización de la Fig. 5 sino que el propio hilo es enrollado alrededor del sistema 48 de forma espaciada. El espaciamiento entre los hilos 32 suelen ser típicamente alrededor de 2 a 20 mm. Antes o después de enrollar el hilo 32, se añaden los hilos transversales 50, que crean los hilos transversales discontinuos 26 de la estera 20B de la Fig. 4B, para aumentar la resistencia al desgarramiento. Se añade entonces un adhesivo incurado adicional a esta malla rellenando los huecos entre hilos 32. El adhesivo adicional puede rociarse o aplicarse con un rodillo grabado o aplicarse en forma de una ancha red de adhesivo incurado sobre la malla. En una etapa posterior el adhesivo extra es empleado para adherir la estera 20B entre las capas de filme. El adhesivo adicional entre los hilos 32 no es típicamente necesario para mantener la integridad física de la estera 20B; eso se consigue típicamente a través de la adherencia creada entre los hilos transversales 32, 50. Tras crear la malla, la malla es cortada para crear las esteras 20B.

Otra forma de añadir al producto acabado resistencia al desgarramiento es usar, por ejemplo, una malla o entelado 51 que esté comercialmente disponible en combinación con la estera fibrosa 20A de la Fig. 4A para crear la estera 20D ilustrada en la Fig. 4D. El entelado 51 no se emplea por su resistencia a lo largo de las líneas de carga 17 sino para proporcionar resistencia al desgarramiento, en particular en la paralela a las líneas de carga 17. Un ejemplo de entelado 51 es una cuadrícula rectangular no entrelazada de hilos hecha de Kelvar, Spectra o poliéster de alrededor de 200-800 denier y espaciados alrededor de 5 a 50 mm (0,2 a 2 pulgadas).

El adhesivo 42 de la combinación de capa adhesiva 43 puede combinarse con el entelado 51 para crear una capa adhesivo/entelado 53 ilustrada en la Fig. 6A. La capa adhesivo/entelado 53 puede usarse sin refuerzo extraíble 45 ya que el entelado 51 proporciona resistencia y estabilidad adicional al adhesivo 42.

Los segmentos, típicamente esteras, so entonces colocados sobre una primera capa de filme 52, véase Fig. 7, situada frente a una placa de vacío 54 que suele ser vertical. La primera capa de filme 52 está típicamente hecha de PEN o PET de alrededor de 0,1 a 0,5 milipulgadas de grosor. Un proyector luminoso 56 proyecta un contorno 58 de vela 2 y marcas de posicionamiento de segmentos 60 sobre la primera capa de filme 52. Las marcas de posicionamiento de segmentos 60, ilustradas en la Fig. 7, corresponden a las posiciones de los segmentos individuales 16 de la Fig. 2. Las marcas correspondientes a las líneas de carga 17 de la Fig. 2 y/o las marcas correspondientes a las esteras 20 de la Fig. 4 pueden usarse como alternativa o junto a las marcas de posicionamiento de segmentos 60 de la Fig. 7. Los segmentos 16 y/o las esteras 20 pueden entonces adherirse a la primera capa de filme 52 de acuerdo con las marcas de posicionamiento de segmentos 60. Cualquier refuerzo extraíble 45 puede eliminarse ahora. Después de haber conseguido esto, se aplica una segunda capa de filme 62 encima de las recién colocadas esteras 20 y se sella temporalmente a las esteras. Si se desea, esta colocación de las esteras, u otros segmentos, puede automatizarse usando, por ejemplo, un robot multieje. Tras haber sellado la segunda capa de filme 62 a la primera capa de filme 52, las capas de filme 52 y 62 se cortan a lo largo de los bordes verticales de la placa de vacío 54 formando una pila de material 64.

La pila de material 64 se coloca entre las láminas de presión flexibles superior e inferior 66, 68 como se muestra en la Fig. 8. Las láminas de presión 66, 68 están preferiblemente hechas de material elastomérico, flexible, como silicona, que proporciona superficies de elevada fricción que tocan a las capas de filme primera y segunda 52, 62 de la pila de material 64. Las láminas de presión flexibles superior e inferior 66, 68 están circunscritas por marcos rectangulares superior e inferior 70, 72. Los marcos 70, 72 están montados en unos recintos superior e inferior 74, 76. Cada recinto 74, 76 es un recinto con tres lados generalmente con extremos abiertos 78, 80. Los recintos superior e inferior 74, 76 que transportan los marcos 70, 72 y las láminas de presión flexibles 66, 68 con ellos, son entonces traídos juntos como se muestra en la Fig. 8A. Se crea entonces un vacío parcial en un interior de la laminación 82 formado entre las láminas 66, 68 usando una bomba de vacío 83, creando así una presión de laminación positiva como sugieren las flechas 84 en la Fig. 8A. Los extremos primero y segundo de los recintos 86, 88, véase Fig. 8B, se montan entonces sobre los extremos abiertos 78, 80 de los recintos superior e inferior 74, 76 para crear un recinto sellado 90. Cada uno de los extremos primero y segundo de los recintos 86, 88 incluye un ventilador 92 y un calentador eléctrico 94. Los ventiladores 92 provocan que el aire u otros fluidos, tales como aceite, circulen dentro del recinto 90 alrededor y sobre las superficies exteriores 96, 98 de las láminas de presión flexibles 66, 68. Esto asegura que las láminas de presión flexibles 66, 68 y la pila de material 64 entre ellas son calentadas desde ambos lados de forma rápida y uniforme. Como todas las superficies exteriores 96, 98 pueden calentarse de esta manera, toda la pila de material 64 es calentada durante todo el proceso de laminación. Esto ayuda a asegurar una apropiada laminación. La elevada fricción de las láminas 66, 68 asegura que las capas de filme primera y segunda 52, 62 estén en su sitio y evita cualquier acortamiento sustancial de las capas de filme durante la laminación. Cualquier acortamiento que tenga lugar debe tener lugar en todas las direcciones para minimizar cualquier rizado de los segmentos fibrosos. Tras un periodo de calentamiento suficiente, el interior 100 del recinto 90 puede ventilarse en la atmósfera y enfriarse con o sin el uso de los ventiladores 92 o de ventiladores adicionales.

El adhesivo sobre las esteras 20 se emplea preferiblemente como el adhesivo de laminación. La cantidad y tipo de adhesivo afecta a la resistencia y a la durabilidad de la laminación. Normalmente se necesita más adhesivo por peso de fibra en las áreas de alta densidad de fibra, como en las esquinas, que en las áreas de baja densidad de fibra. En las áreas donde se emplee más adhesivo, es preferible que el adhesivo sea más flexible que donde se emplee menos adhesivo. Por lo tanto, las esteras 20 y otros segmentos 16 que estén destinados para su empleo en esquinas y otras áreas de densidad elevada pueden revestirse con una mayor cantidad de adhesivo más flexible que los segmentos destinados para su uso en otras áreas.

Las Figs. 9, 9A y 9B ilustran una realización alternativa de la invención muy similar a la realización de las Figs. 8-8B. La diferencia principal es el uso de un molde perforado 102 que está en contacto con la superficie exterior 98 de la lámina de presión flexible inferior 68. En la realización preferida, el molde perforado 102 está hecho de un número de elementos verticales relativamente delgados 104 paralelos entre sí con huecos importantes entre ellos para permitir el acceso relativamente libre del fluido calentado a la superficie inferior 98. Preferiblemente, no más de alrededor del 20% y más preferiblemente no más de alrededor del 5%, de esa porción de superficie inferior 98 que es coextensiva con la pila de material 64 está cubierta o eficazmente obstruida por el molde perforado 102. En vez de elementos verticales 104, el molde perforado 102 puede estar hecho de, por ejemplo, venteaduras con aberturas verticales. Pueden crearse muchos espacios muertos en los canales verticales de la venteadura, impidiendo así el flujo de calor a grandes porciones de la superficie inferior 98. Esto puede remediarse, por ejemplo, cambiando la dirección del flujo de aire de forma que el aire se dirija a los canales de la venteadura, minimizando la altura de la venteadura, y proporcionando canales para el escape del flujo de aire en la venteadura cerca de la superficie 98. También pueden usarse otras formas y configuraciones para el molde perforado 102.

El fluido calentado en el interior 100, que puede ser un gas o un líquido, está preferiblemente en contacto térmico directo con las superficies superior e inferior 96, 98. Sin embargo, en algunas circunstancias puede crearse una superficie interpuesta entre el fluido calentado y las superficies 96, 98. Mientras dichas superficies interpuestas no creen una barrera significante para el calor, el fluido calentado permanecerá en contacto térmico efectivo con las superficies exteriores 96, 98 de las láminas de presión 66, 68. Esto es, es deseable que cualquier reducción en la transferencia de calor sea menor que la reducción que tendría lugar si alrededor del 20% de esa porción de superficie inferior 98 que es coextensiva con la pila de material 64 estuviese aislada térmicamente del fluido calentador.

Los segmentos 16 pueden estar organizados en la forma de cintas flexibles con forma de espina 106 mostrada en las Figs. 10 y 10A. Las cintas 106 incluyen una hebra central 108 no resistente a las cargas que conecta a los segmentos 16 entre sí. Cada segmento 16 asume de forma natural una orientación de 90º respecto a la hebra central 108. Por lo tanto, al orientar la hebra 108 90º respecto a las líneas de carga 17, los segmentos 16 se alinean automáticamente con las líneas de carga. Las cintas 106 pueden ser especialmente útiles para disponer automáticamente a los segmentos 16 a lo largo de las líneas de carga 17.

Los segmentos 16 de la cinta 106 tienen la misma longitud y tienen sus extremos alineados lateralmente. Los segmentos 16 pueden estar dispuestos lateralmente en zigzag mediante el empleo de cintas 106 de distintas maneras. Una es disponer los segmentos 16 lateralmente en zigzag en cada cinta 106; esto puede conllevar hacer segmentos 16 también de diferentes longitudes. Además, cuando se aplican a la primera capa de filme 52, las cintas contiguas 106 de segmentos 16 pueden solaparse entre sí para ayudar a conseguir la disposición lateral en zigzag deseada de los segmentos 16.

Otra realización alternativa de la invención está ilustrada en las Figs. 11-13. La Fig. 11 es similar a la Fig. 7. Sin embargo, después de haber hecho la pila 64, se enrolla sobre un carrete de rebobinado en vacío 110. Mientras que el carrete 110 es cilíndrico, también pueden usarse otras formas tubulares para el carrete 110. El carrete mide típicamente alrededor de 20 a 40 cm (8 a 16 pulgadas) de diámetro y 1,5 a 6 m (5 a 20 pies) de longitud. La tensión de rebobinado está cuidadosamente controlada para que sea una tensión uniforme. Tras haber enrollado en el carrete 110 la pila 64, se emplea un manguito 112 flexible, y preferiblemente elastomérico para alojar la pila 64 en el carrete 110. Véanse las Figs. 12 y 12A. Las bandas elásticas 114, 116 se usan para sellar los extremos del carrete 110 y del manguito 112 para montar un cilindro de laminación 117, montaje 117 que define un interior de laminación 118. Véanse las Figs. 12A y 13. Se acopla una bomba de vacío 120 a la conexión de vacío 122 formada en el carrete 110 mediante un acoplo cerrable 121. El funcionamiento de la bomba de vacío 120 crea un vacío parcial en el interior 118 que provoca que el manguito 112 ejerza una presión sobre la pila enrollada en espiral 64. Tras haber creado el vacío parcial deseado, el acoplo 121 es sellado y la línea de vacío 119 se quita del acoplo 121.

El motivo de usar láminas de presión generalmente cilíndricas (esto es carrete 110 y manguito 112) en lugar de láminas de presión generalmente planas 66, 68 es poder usar varias de las disposiciones de cilindros de laminación 117 de las Figs. 12 y 13 en un único recinto calentado 90A como se muestra en la Fig. 14. Así, el recinto 90A puede hacerse mucho más pequeño para el mismo tamaño de compuesto, como una vela 2 o una sección de vela 3, de lo que se requeriría con el aparato de las Figs. 8-8B. Como en las realizaciones descritas anteriormente, el fluido calentado tiene acceso a ambos lados de la pila de material 64 a través de la superficie interior 123 del carrete de extremos abiertos 110 y a la superficie exterior 126 del manguito elastomérico 112.

Las Figs. 15, 16 ilustran, esquemáticamente, una alternativa al aparato y al método de las Figs. 11-14 con las referencias numéricas relativas a los elementos correspondientes. Un carrete de vacío de extremos abiertos 110A aloja a un proyector de segmentos 124 el cual proyecta las marcas de posicionamiento de segmentos 60 sobre una primera capa de filme 52A. El proyector de segmentos 124 puede proyectar marcas 60 a través del carrete 110A si el carrete 110A es transparente o suficientemente translúcido. Los segmentos 16 o segmentos tipo-estera 20 están fijos a una capa de filme 52A. Una segunda capa de filme, no mostrada en la Fig. 15, se enrolla entonces sobre el carrete 110A para crear una pila de material (no mostrada). El manguito elastomérico 112 se usa entonces para alojar a la pila de material y las bandas elásticas 114, 116 se montan en los extremos del carrete 110A para crear un cilindro de laminación 117A, mostrado en la Fig. 16. El montaje 117A es procesado entonces de manera similar a la discutida anteriormente en referencia a las Figs. 12-14.

La realización de las Figs. 15, 16 puede usar una proyección externa de las marcas 60 como contrapunto a la proyección interna mostrada. Puede preferirse la proyección externa cuando se crea una pila multicapa de material, lo que es típico en la realización de las Figs. 11-14. La realización de las Figs. 15, 16 es particularmente adecuada para su empleo con equipos automatizados para la colocación de segmentos. Los equipos automatizados pueden ser particularmente útiles para la colocación de las cintas de segmentos 106 de las Figs. 10, 10A con la realización de las Figs. 15, 16. Si los segmentos 16, 20 se colocan usando equipos automatizados, las marcas de proyección 60 pueden no ser necesarias excepto si se usan como un chequeo para el control de calidad.

Una ventaja de la invención es que reducen sustancialmente el número de paneles necesario para hacer una vela. Por ejemplo, una vela de sección múltiple 2A hecha de acuerdo con la invención tendrá típicamente de cinco a ocho secciones; una vela tronzada similar tendrá alrededor de 35 a 40 paneles mientras que una vela tri-radial tendrá alrededor de 120 paneles.

Se pueden hacer otras modificaciones y variaciones a las realizaciones expuestas sin alejarse del objeto de la invención como se define en las siguientes reivindicaciones. Por ejemplo, las marcas de posicionamiento de segmentos 60 también pueden cortarse en la superficie circular del carrete 110A; a través de tales agujeros se permite que pase la luz y que actúen como orificios de vacío.

Cualquiera y todas las patentes, aplicaciones y publicaciones referidas anteriormente están incorporadas mediante referencia.

Claims (85)

1. Un material compuesto flexible de bajo estiramiento que comprende:

una lámina de material; y

la lámina comprende al menos una sección (3) que tiene las líneas de carga previstas (17) que se extienden en la sección, comprendiendo la o cada sección:

una primera capa de material (52); y

una pluralidad de segmentos (16) discontinuos resistentes al estirado que se adhieren a la primera capa de material;

y caracterizado porque:

la pluralidad de segmentos (16) discontinuos resistentes al estirado se extiende generalmente a lo largo de las líneas de carga previstas (17); y

una mayoría de los segmentos (16) tiene longitudes sustancialmente más cortas que las longitudes correspondientes de las líneas de carga previstas (17) en la sección.

2. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 en el que dicha sección (3) comprende una esquina.

3. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 2 en el que la mayoría de las líneas de carga (17) se extienden desde la esquina.

4. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 en el que el número y posición de los segmentos (16) corresponde generalmente a las líneas de carga previstas (17) para ayudar a crear un compuesto sometido a un esfuerzo constante bajo una carga elegida.

5. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la lámina tiene tres esquinas (10,12,14).

6. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la lámina comprende una pluralidad de las secciones (3).

7. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la lámina (2) comprende sólo una de dichas secciones.

8. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la lámina es una lámina plana generalmente, bi-dimensional.

9. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la lámina es una lámina tridimensional.

10. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la lámina comprende una segunda capa de material (62) adherida a la primera capa de material (52) con los segmentos (16) capturados en medio.

11. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la primera capa (52) de material está al menos sustancialmente imperforada.

12. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 en el que los segmentos (16) están orientados alrededor de 6º respecto a las líneas de carga previstas (17).

13. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 en el que los segmentos comprenden fibras (22).

14. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 en el que dichos segmentos comprenden hilos (24).

15. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 14 en el que dichos hilos comprenden hilos multifibra.

16. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 15 en el que los hilos multifibra comprenden fibras sin retorcer (32).

17. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 13 en el que las fibras comprenden fibras lateralmente dispersas (38).

18. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 17 en el que las fibras lateralmente dispersas comprenden generalmente fibras mono-capa.

19. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la sección comprende esteras (20) de elementos resistentes al estirado, siendo al menos la mayoría de los elementos de la estera en cada estera generalmente paralelos.

20. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 19 en el que los elementos de la estera están orientados entre sí según ángulos que van desde 0º hasta 3º.

21. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 19 en el que los elementos de la estera están orientados entre sí según ángulos que van desde 0º hasta 6º.

22. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 19 en el que al menos una mayoría de los elementos de la estera se cruzan con otros elementos de la estera.

23. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 19 en el que dichos elementos de la estera comprenden elementos de la estera espaciados lateralmente.

24. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 19 en el que dichos elementos de la estera comprenden una capa de elementos de la estera dispuestos lateralmente.

25. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 24 en el que los elementos de la estera dispuestos lateralmente comprenden fibras (38) de la estera dispuestas lateralmente.

26. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 25 en el que las fibras (38) de cada estera están orientadas entre sí según un intervalo de ángulos desde 0º hasta 6º de manera que al menos una mayoría de las fibras de la estera se crucen con otras fibras de la estera.

27. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 19 en el que al menos algunas de las esteras comprenden elementos transversales (26) que se extienden transversalmente a los elementos de la estera generalmente paralelos.

28. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 27 en el que dichos elementos de la estera comprenden:

elementos de la estera espaciados lateralmente; y

una capa de elementos de la estera dispuestos lateralmente.

29. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 28 en el que dichos elementos de la estera espaciados lateralmente comprenden hilos multi-fibra y la capa de elementos de la estera dispuestos lateralmente comprende una capa de fibras dispuestas lateralmente que son generalmente paralelas y están en contacto con las fibras contiguas.

30. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 19 en el que los elementos de la estera de al menos una de las esteras son generalmente de igual longitud.

31. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 30 en el que los elementos de la estera de al menos una de las esteras tienen extremos que están generalmente alineados entre sí.

32. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 19 en el que al menos algunas de las esteras se solapan con las esteras contiguas.

33. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 en el que los segmentos (16) comprenden extremos de segmentos, estando dichos extremos de segmentos alternados lateralmente en zigzag.

34. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la lámina de material está en la forma de una vela (2) que tiene una pluralidad de esquinas (10,12,14) con líneas de carga previstas (17) que se extienden desde las esquinas.

35. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 34 en el que al menos una sección es una sección plana bi-dimensional.

36. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 34 en el que al menos una sección es una sección tri-dimensional.

37. El material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 en el que al menos algunos de los segmentos están montados en una hebra central flexible (108) para formar una cinta (106) de segmentos que se extienden generalmente en perpendicular a dicha hebra central.

38. Un método para fabricar un material compuesto, habiéndose concebido el material compuesto para colocarlo debajo de una carga que crea líneas de carga previstas, que comprende:

elegir segmentos (16) resistentes al estirado;

seleccionar una primera capa (52) de material que tenga un borde circular;

disponer los segmentos (16) sobre la primera capa de material generalmente a lo largo de las líneas de carga previstas (17);

la etapa de la elección, comprendiendo la etapa de seleccionar las longitudes de los segmentos de forma que al menos la mayoría de los segmentos (16) se extiendan sólo en parte a lo largo de las líneas de carga previstas (17); y

fijar los segmentos a la primera capa de material (52) para crear un compuesto.

39. El método de acuerdo con la reivindicación 38 en el que la etapa de elección comprende seleccionar hilos (24) en calidad de segmentos.

40. El método de acuerdo con la reivindicación 38 en el que la etapa de colocación se lleva a cabo de forma que los elementos de la estera de cada estera estén orientados entre sí según un intervalo de ángulos que va desde 0º hasta 6º.

41. El método de acuerdo con la reivindicación 38 en el que la etapa de elección se lleva a cabo con al menos algunos de los segmentos estando fijos a una hebra de control (108) para formar una cinta (106) de segmentos.

42. El método de acuerdo con la reivindicación 41 en el que la etapa de colocación comprende orientar la hebra de control (108) generalmente perpendicular a las líneas de carga previstas (17).

43. El método de acuerdo con la reivindicación 38 en el que la etapa de elección se lleva a cabo de forma que dichos segmentos comprendan esteras de elementos de la estera como dichos segmentos, siendo al menos la mayoría de los elementos de la estera en cada estera generalmente paralelos.

44. El método de acuerdo con la reivindicación 43 en el que la etapa de elección se lleva a cabo de forma que los elementos de la estera de cada estera comprendan fibras de la estera.

45. El método de acuerdo con la reivindicación 44 en el que la etapa de elección se lleva a cabo de forma que las fibras de la estera para cada estera sean fibras de la estera dispuestas lateralmente orientadas según un intervalo de ángulos que va desde 0º hasta 6º.

46. El método de acuerdo con la reivindicación 43 en el que la etapa de elección comprende:

separar el hilo multi-fibra (32) en fibras (38) generalmente paralelas y orientadas lateralmente; y

adherir las fibras entre sí para formar una lámina de fibras (22).

47. El método de acuerdo con la reivindicación 46 en el que dicha etapa de elección comprende deshacer la lámina de fibras (22) para formar las esteras (20).

48. El método de acuerdo con la reivindicación 46 en el que la etapa de separación incluye el esparcir neumáticamente las fibras.

49. El método de acuerdo con la reivindicación 48 en el que la etapa de elección comprende enrollar las fibras esparcidas neumáticamente (38) sobre un cilindro colector (40).

50. El método de acuerdo con la reivindicación 49 en el que la etapa de adhesión comprende la aplicación de un adhesivo (42) sobre dichas fibras esparcidas neumáticamente (38) sobre dicho cilindro (40).

51. El método de acuerdo con la reivindicación 43 en el que la etapa de elección incluye la selección de los segmentos de la estera en la forma de hilos multi- fibra.

52. El método de acuerdo con la reivindicación 51 en el que la etapa de elección se lleva a cabo con al menos algunos hilos de fibras sin torcer (38).

53. El método de acuerdo con la reivindicación 51 en el que la etapa de elección se lleva a cabo de manera que al menos la mayoría de los hilos de cada estera estén espaciados lateralmente entre sí.

54. El método de acuerdo con la reivindicación 53 en el que la etapa de elección comprende adherir hilos orientados transversalmente (26) a los hilos espaciados lateralmente (38) para crear esteras estables.

55. El método de acuerdo con la reivindicación 43 en el que la etapa de elección comprende seleccionar segmentos de estera en la forma de:

hilos multi-fibra (32) espaciados lateralmente; y

una capa de fibras dispuestas lateralmente, estando generalmente dichas fibras en contacto con las fibras contiguas.

56. El método de acuerdo con la reivindicación 43 que además comprende:

determinar la colocación de las esteras (20) a lo largo de las líneas de carga (17), y en la que la etapa de disposición de las esteras comprende:

crear marcas (60) de colocación de esteras sobre una superficie de asiento de la estera basándose en la etapa de determinación de la colocación de la estera; y

disponer las esteras sobre la superficie de asiento de esteras de acuerdo con las marcas de colocación de esteras.

57. El método de acuerdo con la reivindicación 56 en el que la etapa de creación de las marcas de colocación de esteras comprende la proyección óptica de las marcas (60) de colocación de esteras sobre la superficie de asiento de la estera.

58. El método de acuerdo con la reivindicación 57 en el que la etapa de proyección óptica se lleva a cabo proyectando las marcas de colocación de esteras sobre una superficie tubular (40).

59. El método de acuerdo con la reivindicación 57 en el que la etapa de proyección óptica se lleva a cabo proyectando las líneas de carga continuas previstas (17) sobre la superficie de asiento de la estera.

60. El método de acuerdo con la reivindicación 57 en el que la etapa de creación de las marcas de colocación de esteras comprende la orientación de la superficie de asiento de la estera según una orientación generalmente vertical.

61. El método de acuerdo con la reivindicación 56 en el que la etapa de creación de las marcas de colocación de esteras se lleva a cabo usando la primera capa (52) como superficie de asiento de la estera.

62. El método de acuerdo con la reivindicación 38 en el que la etapa de sujeción comprende laminar los segmentos (16) entre la primera capa de material (52) y una segunda capa de material (62), constituyendo las capas de material y los segmentos que se encuentran en medio una pila de material (64).

63. El método de acuerdo con la reivindicación 62 en el que la etapa de laminación comprende someter a la pila de material (64) a calor y presión.

64. El método de acuerdo con la reivindicación 62 en el que la etapa de laminación comprende:

retener la pila de material (64) entre las superficies interiores de los elementos de presión primero y segundo (66,68); y

apretar la pila de material entre los elementos de presión.

65. El método de acuerdo con la reivindicación 64 en el que la etapa de laminación comprende además la aplicación de calor a la pila de material (64).

66. El método de acuerdo con la reivindicación 65 en el que al menos parte de la etapa de aplicación de calor se lleva a cabo durante al menos parte de la etapa de aplicación de fuerza.

67. El método de acuerdo con la reivindicación 64 en el que la etapa de aplicación de fuerza comprende la creación de un diferencial de presión de fluido entre las superficies interior y exterior de los elementos de presión (66,68).

68. El método de acuerdo con la reivindicación 67 en el que la etapa de creación del diferencial de presión del fluido se lleva a cabo mediante la aplicación de un vacío parcial entre los elementos de presión.

69. El método de acuerdo con la reivindicación 64 en el que la etapa de la laminación comprende:

hacer fluir un fluido calentado sobre y en contacto con al menos el 80% de las superficies exteriores (96,98) de los elementos de presión (66,68).

70. El método de acuerdo con la reivindicación 69 en el que la etapa en la que fluye el fluido calentado se lleva a cabo usando como fluido calentado un fluido elegido entre aire calentado y aceite calentado.

71. El método de acuerdo con la reivindicación 69 en el que la etapa de sujeción se lleva a cabo usando un elemento de presión elastomérico como primer elemento de presión (66).

72. El método de acuerdo con la reivindicación 64 en el que la etapa de sujeción se lleva a cabo usando láminas de presión flexibles primera y segunda como elementos de presión primero y segundo (66,68).

73. El método de acuerdo con la reivindicación 72 que además comprende presionar un molde (102) sobre la superficie exterior (98) de la segunda lámina de presión (68).

74. El método de acuerdo con la reivindicación 73 en el que la etapa en la que se presiona el molde se lleva a cabo antes de la etapa en la que fluye el fluido calentado.

75. El método de acuerdo con la reivindicación 73 en el que la etapa en la que se presiona el molde se lleva a cabo usando un molde tri-dimensional (102) que confiere una forma tri-dimensional a la segunda lámina de presión.

76. El método de acuerdo con la reivindicación 68 en el que la etapa de laminación comprende alojar los elementos de presión (66,68) y la pila de material (64) que está en medio en un recinto sustancialmente sellado (100) y la etapa en la que fluye el fluido calentado se lleva a cabo mediante la circulación forzada de aire calentado en el recinto.

77. El método de acuerdo con la reivindicación 75 en el que la etapa de laminación comprende enfriar la pila de material (64) mediante la apertura del recinto (100) en condiciones ambiente tras la etapa en la que fluye el fluido calentado.

78. El método de acuerdo con la reivindicación 76 en el que la etapa de enfriamiento comprende hacer pasar aire ambiente a través del recinto y sobre los elementos de presión.

79. El método de acuerdo con la reivindicación 38 que además comprende acabar la lámina de material compuesto para formar una vela (2) de embarcación tipo barco velero.

80. El método de acuerdo con la reivindicación 38 que además comprende:

unir una pluralidad de los materiales compuestos; y

acabar dichos materiales compuestos unidos para crear una vela (2A) de barco velero.

81. El método de acuerdo con la reivindicación 75 que además comprende acabar el compuesto para formar una vela tri-dimensional de barco velero.

82. El método de acuerdo con la reivindicación 75 que además comprende unir una pluralidad de materiales compuestos, y acabar dichos compuestos unidos para formar una vela tri-dimensional de barco velero.

83. El método de acuerdo con la reivindicación 38 en el que la etapa de disposición incluye escalonar lateralmente los segmentos (16), ayudando así a reducir las áreas débiles en el compuesto.

84. El método de acuerdo con la reivindicación 43 en el que dicha etapa de disposición comprende escalonar lateralmente y solapar dichas esteras (20) para ayudar a reducir las áreas débiles en el compuesto.

85. El método de acuerdo con la reivindicación 38 en el que la etapa de disposición comprende la aplicación de los segmentos (16) de manera que se cree un material compuesto de deformación generalmente constante.