ES2202845T3 - Mejoras en o relativas a transmisores de presion para uso en la produccion de componentes de material compuesto. - Google Patents

Mejoras en o relativas a transmisores de presion para uso en la produccion de componentes de material compuesto.

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ES2202845T3 ES98919358T ES98919358T ES2202845T3 ES 2202845 T3 ES2202845 T3 ES 2202845T3 ES 98919358 T ES98919358 T ES 98919358T ES 98919358 T ES98919358 T ES 98919358T ES 2202845 T3 ES2202845 T3 ES 2202845T3
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Abstract

UN TRANSMISOR DE PRESION PARA SU USO EN LA POLIMERIZACION DE COMPONENTES COMPUESTOS PUEDE TOMAR LA FORMA DE UNA PLACA DE ACERO INOXIDABLE, DE UN ELEMENTO INTENSIFICADOR DE LA PRESION O DE UNA BOLSA DE VACIO Y ESTA FORMADO A PARTIR DE UN MATERIAL ELASTOMERICO POLIMERIZABLE QUE ESTA PARCIALMENTE POLIMERIZADO, NORMALMENTE CUANDO SE ENCUENTRA EN UN MOLDE, A UNA TEMPERATURA QUE NO EXCEDE LOS 100° C. POSTERIORMENTE SE POLIMERIZA ADICIONALMENTE, POR EJEMPLO A 175° C, MIENTRAS QUE NO SE MANTIENE EN EL MOLDE. PUEDE INCORPORARSE UNA CAPA DE REFUERZO FORMADA A PARTIR DE UN MATERIAL FIBROSO PREIMPREGNADO DE UNA RESINA POLIMERIZABLE.

Description

Mejoras en o relativas a transmisores de presión para uso en la producción de componentes de material compuesto.
Esta invención se refiere a transmisores de presión para usar en la fabricación de componentes de material compuesto. Cuando se usa en este documento la expresión "transmisor de presión" está previsto que se refiera a miembros de cubierta y accesorios usados para que se pueda aplicar presión a componentes de material compuesto durante su moldeo en un útil. La expresión incluye placas de presión, multiplicadores de presión y bolsas de caucho reusables.
Tales transmisores de presión se conocen, por ejemplo, a través de los documentos EP-A-0318415 y EP-A-0491646.
El uso de placas de presión, multiplicadores de presión y bolsas de caucho para producir superficies lisas en componentes de material compuesto es una práctica habitual. Las placas de presión y/o los multiplicadores de presión pueden estar hechos de material elastómero y permiten que se aplique la presión apropiada en el estratificado, para disponer una superficie relativamente lisa en el lado de la bolsa. En el caso de multiplicadores de presión, éstos se usan principalmente en configuraciones de hembra del lado no moldeado del componente. Las placas de presión consisten en una lámina de elastómero que puede estar reforzada por medio de una fibra preimpregnada de resina. La desventaja de estas placas de presión, hechas de una composición de caucho en láminas, es que necesitan ser curadas a temperaturas elevadas (superiores a 100ºC). Asimismo, algunas placas de presión reforzadas presentan la desventaja de que el material elastómero tiende a separarse del refuerzo de fibra y otras pueden causar problemas de contaminación indeseables.
Tal como se usan en esta memoria, las expresiones "curado parcialmente" o "curable parcialmente" cuando se refieren a un componente curable, significan curado o curable hasta el punto en que el componente pueda ser retirado de un molde, útil o plantilla (que puede ser o no ser apto para temperaturas elevadas (es decir, ser capaz de soportar temperaturas superiores a 100ºC)), y, a continuación, ser manipulado y procesado ulteriormente (incluyendo una etapa de curado adicional a temperatura más elevada) sin causar daños al componente. Además la expresión "material elastómero" incluye los precursores de tales materiales, por ejemplo, materiales con una composición a base de polímeros que, después de un curado parcial o total, presentan propiedades de elastómero. El material polimérico puede estar en forma de láminas.
Según un primer aspecto de la presente invención se proprociona un transmisor de presión para usar en la fabricación de componentes de material compuesto, a fin de que se pueda aplicar presión a los componentes de material compuesto durante su moldeo en un útil, caracterizado porque comprende un material elastómero que sea, al menos, curable parcialmente a una temperatura que no exceda de 100ºC.
Según una realización preferida, el transmisor de presión comprende una zona interior de refuerzo y una zona exterior de material elastómero, siendo el material elastómero, al menos, curable parcialmente a una temperatura que no exceda de 100ºC.
Preferiblemente, el refuerzo comprende un material de resina curable a una temperatura que no exceda de 100ºC.
Preferiblemente, el material elastómero es curable, al menos parcialmente, en el margen entre 20 y 70ºC, y, preferiblemente, a 65ºC. De modo conveniente, el material elastómero es curado parcialmente durante un periodo de 14 horas.
De modo deseable, el material elastómero es curado ulteriormente a temperatura elevada para alcanzar, sustancialmente, un estado de curado completo. Preferiblemente, la temperatura elevada se encuentra en el margen entre 170 y 185ºC. Preferiblemente, el material elastómero puede ser curado ulteriormente a una temperatura de, sustancialmente, 175ºC. De modo conveniente, el material elastómero es curado ulteriormente durante un periodo de, al menos, 2 horas.
Preferiblemente, el material elastómero es un elastómero de silicona, un acrilato o un fluoroelastómero.
De acuerdo con un segundo aspecto de esta invención, se proporciona un transmisor de presión para usar en la fabricación de componentes de material compuesto, comprendiendo el transmisor de presión una zona interior de refuerzo curable y una zona exterior de material elastómero, comprendiendo el refuerzo curable resina pre-impregnada en las fibras, siendo dicha resina curable, al menos parcialmente, a 100º o menos.
Preferiblemente el material elastómero cura, al menos parcialmente, a una temperatura superior a la temperatura de curado o curado parcial del refuerzo curable. Ello proporciona la ventaja de que la resina cura o cura parcialmente antes que el elastómero, reduciéndose, de ese modo, el encogimiento del elastómero.
Preferiblemente, el material elastómero es, al menos, curable parcialmente a una temperatura en el margen entre 20 y 70ºC, y de modo más preferible, a 65ºC. Preferiblemente, el material elastómero es curable parcialmente durante un periodo de 14 horas.
De modo deseable, el material elastómero es curable ulteriormente para alcanzar un estado de curado completo a una temperatura en el margen entre 170 y 185ºC. Preferiblemente, el material elastómero puede ser curado ulteriormente a una temperatura de, sustancialmente, 175ºC. De modo conveniente, el material elastómero es curable ulteriormente durante un periodo de 2 horas.
El transmisor de presión puede comprender una zona interior de refuerzo pre-impregnado curable y una zona exterior de material elastómero, estando el refuerzo pre-impregnado curable en forma de fibras pre-impregnadas de resina que definen una pluralidad de espacios intersticiales, y en el que el material elastómero de la zona exterior llena sustancialmente los espacios intersticiales.
Ello tiene la ventaja de que el elastómero es hecho adherir a las fibras, reduciéndose, de ese modo, cualquier separación de las fibras preimpegnadas de resina del elastómero.
Preferiblemente, el transmisor de presión adopta la forma de placa de presión o de multiplicador de presión para usar en la aplicación de presiones a superficies de un componente moldeado. La invención es particularmente adecuada para usar con técnicas de moldeo que lleven consigo el uso de una bolsa que se aplica en el moldeo, usándose, por ejemplo, bolsas de vacío.
Según otro aspecto de esta invención, se proporciona un método para curar un transmisor de presión, que incluye proporcionar un transmisor de presión como se ha descrito en lo que antecede, y después de ello curar el transmisor de presión, al menos parcialmente, a una temperatura que no exceda de 100ºC, mientras está asegurado en un molde.
El transmisor de presión puede ser curado parcialmente a una temperatura en el margen entre 60 y 70ºC (aproximadamente 140-160ºF), y de modo más preferible a 65ºC (aproximadamente 150ºF). De modo conveniente, el transmisor de presión es curado parcialmente durante un periodo de al menos, sustancialmente, 14 horas. El transmisor de presión puede ser curado parcialmente en 14 horas.
De modo deseable, después de dicho curado parcial, el transmisor de presión es curado adicionalmente a una temperatura en el margen entre 170 y 185ºC (aproximadamente 340-365ºF). Preferiblemente, el transmisor de presión es curado adicionalmente a una temperatura de, sustancialmente, 175ºC (aproximadamente 350ºC). El transmisor de presión puede ser así curado adicionalmente durante un periodo de al menos, sustancialmente, 2 horas. El transmisor de presión puede ser así curado, adicionalmente, en 2 horas.
El material elastómero puede ser un elastómero de silicona.
Mediante la selección apropiada de la resina y el material elastómero, el curado a baja temperatura del transmisor de presión dará lugar a que la resina cure, o cure parcialmente, antes de que el elastómero haya curado completamente. Ello tiene la ventaja de que se minimiza el encogimiento del elastómero. Otra ventaja del curado a baja temperatura (es decir, inferior a 100ºC) es que puede tener lugar en un útil que únicamente pueda soportar este tipo de bajas temperaturas. El paso de curado ulterior del transmisor de presión proporciona al material elastómero las características que permiten que el transmisor de presión lleve a la práctica su función.
Se describirá ahora una realización de la invención, solamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 muestra un diagrama esquemático de un transmisor de presión en forma de placa de presión en uso;
la figura 2 muestra un diagrama esquemático de un transmisor de presión en forma de multiplicador de presión en uso;
la figura 3 muestra un refuerzo, no representado a escala, con fibras pre- impregnadas de resina que definen espacios intersticiales; y,
la figura 4 es una vista similar a la figura 3, pero que muestra un elastómero en los espacios intersticiales.
Con referencia a la figura 1, en ella se muestra un conjunto 10 de capas pre-impregnadas para usar en la formación de un componente de material compuesto. El conjunto de capas pre-impregnadas se dispone en un útil 12 con una placa 14 de presión colocada sobre el conjunto 10 de capas. La placa 14 de presión comprende una zona interior 16 de refuerzo de fibra y una zona exterior 18A, 18B de material elastómero 18. En la formación del componente de material compuesto, se dispone una bolsa de vacío o lámina 19 sobre el conjunto 10 de capas y la placa 14 de presión. Se elimina el aire de la bolsa de vacío 19 por lo que la presión atmosférica proporciona la presión necesaria para el moldeo y, también, se aplica calor de modo estándar.
El refuerzo 16 de fibra comprende fibras 20 tejidas que definen una estructura a modo de red que tiene espacios intersticiales 22 (véase la figura 3). Como se muestra en la figura 4, los espacios intersticiales 22 están llenos de material elastómero 18, definiendo las zonas exteriores 18A, 18B. El refuerzo 16 puede estar formado por una capa de las fibras 20 tejidas, o una pluralidad de ellas.
En primer lugar, la placa 14 de presión se procesa para hacerla reusable, como se ha descrito en los dos párrafos precedentes, curando parcialmente la placa 14 de presión a una temperatura inferior a, sustancialmente, 65ºC, al menos 14 horas durante una primera etapa de curado, estando la placa de presión asegurada en un molde que no es necesario que pueda soportar altas temperaturas (superiores, por ejemplo, a 100ºC) durante el proceso. La primera etapa de curado cura parcial o completamente la resina y cura parcialmente el material elastómero 18. Ello minimiza el encogimiento del material elastómero 18. Después de la primera etapa de curado, se cura adicionalmente la placa 14 de presión en el curso de una segunda etapa de curado, durante al menos 2 horas a una temperatura de, sustancialmente, 175ºC, para que curen completamente la resina y el material elastómero, de modo que la placa 14 de presión desarrolle las características apropiadas normalmente esperadas de una placa 14 de presión (véase más abajo). Esta segunda etapa no requiere necesariamente el uso de un molde para soportar la placa de presión.
Por lo tanto, la resina y el material elastómero se seleccionan para que sean capaces de curar parcialmente a baja temperatura, es decir, inferior a 100ºC.
Como puede verse en la figura 1, puede formarse una arruga 24 en el conjunto 10 de capas pre-impregnadas cuando se solapan capas adyacentes, y en otras partes. El uso de una placa 14 de presión contribuye al alisamiento de tales arrugas 24 o a evitar su formación.
La placa de presión puede tener una membrana microporosa 118 dispuesta en su lado contiguo al conjunto 10 de capas para facilitar la eliminación de gases emitidos por la resina durante el proceso de curado. Alternativamente, la membrana microporosa podría sustituirse por una lámina no perforada impermeable, por ejemplo, de HALAR. La lámina puede ser en forma de película unida a la placa de presión.
Con referencia a la figura 2, en ella se muestra una zona 22 de esquina de un útil 12, en la que el conjunto 10 de capas pre-impregnadas define una zona cóncava 24. Hay un multiplicador 26 de presión dispuesto en la zona cóncava 24 para asegurar que se aplica en ella la presión apropiada.
El multiplicador 26 de presión se forma de manera similar a la placa de presión descrita anteriormente, usando temperaturas similares de curado y post-curado.
En una modificación, puede prescindirse del refuerzo de la placa de presión o del multiplicador de presión. En la modificación, la placa de presión y el multiplicador de presión se fabrican de la manera anteriormente descrita, es decir, son curados parcialmente a una temperatura que no exceda de 100ºC en un molde que no es necesario que pueda soportar temperaturas superiores a 100ºC, de modo que pueda fabricarse, por ejemplo, de madera, yeso u otro material adecuado que pueda trabajarse con facilidad, aunque después de la etapa inicial de curado la placa de presión y el multiplicador de presión se retiran del molde para ser curados ulteriormente hasta un estado de curado completo o casi completo a una temperatura elevada, por ejemplo, 175ºC. Como antes, el tiempo de curado inicial puede ser de 14 horas, y el tiempo de post-curado, de 2 horas.
En una modificación adicional de la presente invención el transmisor de presión puede tomar la forma de bolsa de vacío, que es una bolsa formada, en el ejemplo más simple, por dos láminas de material elastómero, cerrada o cerrable en torno a la periferia de las láminas para formar una bolsa que, después de ser equipada con las conexiones normales de apoyo, etc., se usa en un proceso de moldeo con bolsa de vacío. En esta modificación, como antes, la bolsa de vacío está formada por dos láminas con una composición de material polimérico con las que se fabrica la bolsa cuando el material se encuentra en estado sin curar (exponiéndose más adelante ejemplos de material adecuado). La bolsa puede ser curada durante la etapa de curado inicial, que se lleva a cabo, por ejemplo, durante 14 horas, a temperaturas que no superen los 100ºC y, típicamente, a 65ºC, y después de ello, cuando sea apropiado, la bolsa puede ser curada completamente haciéndola soportar, por ejemplo, un ciclo adicional de curado de 2 horas a temperatura elevada, por ejemplo, 175ºC. Antes del curado inicial o, si conviene, antes del post-curado, es decir, después del curado inicial, pueden adaptarse los accesorios estándar de bolsa de vacío, por ejemplo, terminales de vacío, cierres con posibilidad de apertura, etc.
A continuación se exponen ejemplos de las características de materiales elastómeros 18 adecuados.
Ejemplo 1
Características físicas
Forma: blanda y conformable, con un grado de pegajosidad mínimo.
Color: azul marino
Espesor: 0,15 cm (0,060 pulgadas), estando disponibles otros espesores.
Anchura: hasta 127 cm (50 pulgadas) en rollos calandrados.
(Continuación)
Características de curado
Durómetro: 70 (nominal)
Resistencia a la tracción: 6895+ kPa (1000+ psi)
Alargamiento a la rotura: 350+ (%)
Módulo al 100% de alargamiento: 3482 kPa (505 psi)
Módulo al 300% de alargamiento: 6481 kPa (940 psi)
Resistencia al desgarramiento: 28,6 kg/cm (160+ ppi)
Deformación remanente a la compresión: 30(%) (22 horas a 176ºC(350ºF))
Adherencia: excelente (curado en común con la pre-impregnación LTM)
Resistencia a la temperatura: 232-260ºC (450-500ºF) (cuando está completamente curado)
Ejemplo 2
Características físicas
Forma: blanda y conformable, con un grado de pegajosidad mínimo.
Color: claro
Espesor: 0,22 cm (0,085 pulgadas), estando disponibles otros espesores.
Anchura: hasta 127 cm (50 pulgadas), en rollos calandrados.
Características de curado
Durómetro: 40 (nominal)
Resistencia a la tracción: 10411+ kPa (1510+ psi)
Alargamiento a la rotura: 925+ (%)
Módulo al 100% de alargamiento: 2068 kPa (300 psi)
Módulo al 300% de alargamiento: 2068 kPa (300 psi)
Resistencia al desgarramiento: 26,8+ kg/cm (150+ ppi)
Deformación remanente a la compresión: a determinar
Resistencia a la temperatura: 232-260ºC (450-500ºF) (cuando está completamente curado)
Pueden hacerse distintas modificaciones sin salirse del ámbito de la invención, como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (12)

1. Un transmisor de presión para usar en la fabricación de componentes de material compuesto a fin de que se pueda aplicar presión a los componentes de material compuesto durante su moldeo en un útil, caracterizado porque comprende un material elastómero que es, al menos, curable parcialmente a una temperatura que no exceda de 100ºC.
2. Un transmisor de presión según la reivindicación 1, caracterizado porque el transmisor de presión comprende una zona interior de refuerzo (16) y una zona exterior de material elastómero (18), siendo el material elastómero (18), al menos, curable parcialmente a una temperatura que no exceda de 100ºC.
3. Un transmisor de presión según la reivindicación 2, caracterizado porque el refuerzo comprende material de resina (16) curable a una temperatura que no exceda de 100ºC.
4. Un transmisor de presión para usar en la fabricación de componentes de material compuesto a fin de que se pueda aplicar presión a los componentes de material compuesto durante su moldeo en un útil, caracterizado porque el transmisor de presión comprende una zona interior de un refuerzo curable (16) y una zona exterior de material elastómero (18), comprendiendo el refuerzo curable (16) resina pre-impregnada en las fibras, siendo dicha resina, al menos, curable parcialmente a una temperatura que no exceda de 100ºC.
5. Un transmisor de presión según la reivindicación 4, caracterizado porque el material elastómero (18) cura, o al menos cura parcialmente, a una temperatura superior a la temperatura de curado, o curado parcial, del refuerzo curable (16).
6. Un transmisor de presión según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el material elastómero (18) es, al menos, curable parcialmente entre 20 y 70ºC, y de modo preferido a, sustancialmente, 65ºC.
7. Un transmisor de presión según la reivindicación 6, caracterizado porque el material elastómero es curable ulteriormente, para alcanzar, sustancialmente, un estado de curado completo a una temperatura de al menos 170ºC, y preferiblemente, al menos, de 175ºC.
8. Un transmisor de presión según la reivindicación 6, caracterizado porque el material elastómero (18) es curable parcialmente durante un periodo de 14 horas.
9. Un transmisor de presión según la reivindicación 7, caracterizado porque el material elastómero (18) es, además, curable parcialmente durante un periodo de, al menos, 2 horas.
10. Un transmisor de presión según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el material elastómero (18) es un elastómero de silicona, un acrilato o un fluoroelastómero.
11. Un transmisor de presión según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 10, caracterizado porque el refuerzo (16) curable es un refuerzo pre-impregnado que define una pluralidad de espacios intersticiales (22) y en el que el material elastómero (18) de la zona exterior llena sustancialmente los espacios intersticiales (22).
12. Un método para curar un transmisor de presión, caracterizado porque comprende proporcionar un transmisor de presión según cualquiera de las reivindicaciones precedentes y, después de ello, curar parcialmente el transmisor de presión a una temperatura que no exceda de 100ºC, mientras que está asegurado en un molde.
ES98919358T 1997-05-03 1998-04-30 Mejoras en o relativas a transmisores de presion para uso en la produccion de componentes de material compuesto. Expired - Lifetime ES2202845T3 (es)

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