ES2210787T3

ES2210787T3 - Grandes estructuras de nucleo compuesto formadas por un procedimiento de moldeo por transferencia de resina bajo vacio y metodo de fabricacion.

Info

Publication number: ES2210787T3
Application number: ES98936997T
Authority: ES
Inventors: Steven J. Winckler; George C. Tunis, Iii
Original assignee: TPI Technology Inc
Current assignee: TPI Technology Inc
Priority date: 1997-07-25
Filing date: 1998-07-23
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2018-07-23
Also published as: EP0998385A4; PT998385E; NZ502432A; ATE253448T1; DK0998385T3; US6159414A; EP0998385B1; JP2001510748A; NO20000341D0; CN1278762A; DE69819509D1; DE69819509T2; AU741696B2; US5904972A; WO1999004964A1; AU8581098A; EP0998385A1; KR20010022262A; CA2297793A1; NO20000341L

Abstract

unas estructuras composites de gran dimensión son producidas por un procedimiento de moldeado por transferencia de resina, al vacío. Estas estructuras comprenden núcleos (12) que pueden ser células huecas o bloques de espuma. Arios núcleos (12), rodeados cada uno por un material fibroso (20, 22, 24) están dispuestos en capa sobre un molde (29) con un material fibrosos (20, 22, 24) previsto para formar las pieles de caras. El conjunto está sellado en la superficie de un molde (29) mediante una bolsa de vacío (30). Uno o más conductos de alimentación (14) están colocados en comunicación con una red de distribución de resina, constituida por canales más pequeños, que facilita el lujo de la resina endurecida en el material fibrosos (20, 22, 24). La red de distribución de resina puede comprender una red de ranuras (14) dispuestas en las superficies o los núcleos (12) y/o en los ángulos redondeados de los núcleos (12). La red de canales más pequeños también puede preverse entre la bolsa de vacío(30) y el material fibroso (20, 22, 24) incorporándose en la bolsa de vacío (30) o mediante un medio de distribución separado. La resina introducida al vacío se desplaza relativamente rápido por los canales de alimentación principales 814) y la red de canales más pequeños. Después de haber penetrado en el material fibroso (20, 22, 24) para alcanzar la superficie de los núcleos (12), la resina se desplaza de nuevo relativamente rápido a lo largo de estos últimos en sus ranuras (14) o en los espacios formados por los ángulos redondeados para penetrar en el material fibroso (20, 22, 24) entre los núcleo (12), si ay varios, y entre los núcleos (12) y el molde (29).

Description

Grandes estructuras de núcleo compuesto formadas por un procedimiento de moldeo por transferencia de resina bajo vacío y método de fabricación.

El moldeo por transferencia de resina bajo vacío (VA-RTM) se ha utilizado para producir cierto número de grandes estructuras compuestas, reforzadas con fibra, tales como cascos para embarcaciones, que incorporan material como núcleos de espuma y balsa. Los núcleos están cubiertos con una resina reforzada con fibra. En el proceso VA-RTM, la fibra de refuerzo, como por ejemplo un tejido o mallado, se dispone en un molde unilateral, en seco, junto con los materiales de núcleo deseados, según la forma que se desee que tenga la pieza terminada. El conjunto se encapsula entonces en una bolsa de vacío y se impregna con resina bajo vacío. Se deja endurecer la
resina.

Se han utilizado varios métodos para introducir y mejorar la distribución de resina a través de la fibra de refuerzo. Estos métodos incluyen la colocación de un medio de distribución desechable sobre la capa exterior del tejido y la incorporación de orificios y/o ranuras, que penetran por el núcleo para permitir que la resina circule desde la capa exterior a la capa interior de la fibra de refuerzo. Véase por ejemplo las patentes US n° 5,316,462 y 4,560,523. También se ha utilizado una acanaladura de suministro en un núcleo de espuma, en un proceso de inyección de resina de molde cerrado, para facilitar la circulación de la resina. Véase por ejemplo la patente US n° 5,096,651.

El documento WO 96/40488 describe un método de formación de una estructura compuesta que comprende:

: la obtención de una pluralidad de núcleos, cada uno de los cuales tiene una superficie periférica, donde los núcleos están dispuestos en una capa para proporcionar una superficie superior y una superficie inferior;

: el recubrimiento de por lo menos la superficie superior del conjunto con un material fibroso;

: la disposición de una red de canales de distribución, dispuesta para distribuir resina no endurecida por el material fibroso y de unos espacios entre los núcleos;

: la disposición de un canal de alimentación, en comunicación fluida con la red de distribución de resina, teniendo el canal de alimentación una sección transversal mayor que las secciones individuales de los canales de la red de distribución de resina;

: el sellado de los núcleos y el material fibroso con la red de distribución de resina y el canal alimentador en una estructura de moldeo, donde una primera parte, por lo menos, de la estructura de moldeo comprende una superficie de molde y, por lo menos, otra parte de la estructura de moldeo comprende una parte flexible que, bajo la acción del vacío, puede desplomarse contra una parte adyacente de los núcleos y el material fibroso;

: la conexión de una fuente de resina no endurecida por la parte flexible al canal alimentador;

: la conexión del interior de la estructura de moldeo con la salida de vacío;

: el paso forzado de la resina no endurecida bajo vacío por el canal alimentador y la red de distribución de resina, para rellenar la estructura de moldeo con el fin de impregnar el material fibroso y los espacios entre los núcleos con la resina; y

: el endurecimiento de la resina para formar una estructura compuesta.

Además, el documento WO 96/40488 describe una estructura compuesta que comprende:

: unos núcleos, que vienen cada uno de ellos una superficie periférica, estando los núcleos dispuestos en una capa que tiene una superficie superior y una superficie inferior, un material fibroso, que forma una piel en la cara superior y una piel en la cara inferior sobre la capa de núcleos; y

: una resina endurecida, que impregna al material fibroso y una red de canales de distribución de resina.

La presente invención se refiere a un método para distribuir resina durante la fabricación de grandes estructuras compuestas, utilizando un proceso de moldeo por transferencia de resina bajo vacío (VA-RTM) y la estructura compuesta producida con este método. La estructura compuesta está formada por núcleos internos, rodeados por resina de refuerzo de fibra. En una realización de la invención, la resina se suministra directamente en el interior de una red de ranuras de alimentación principal, interconectadas a una serie de micro ranuras más pequeñas, formadas en la superficie de los núcleos internos. Desde las ranuras y micro ranuras de alimentación, la resina circula hacia el exterior, desde el núcleo, para penetrar en la fibra de refuerzo. En una segunda realización de la invención, se interpone un medio de distribución separado entre el núcleo interno y la fibra de refuerzo. La resina se suministra directamente a una o más ranuras de alimentación principal, en la superficie del núcleo y penetra en la fibra de refuerzo a través del medio de distribución. Las ranuras de alimentación principal pueden extenderse también en torno a los núcleos para formar unos bucles de alimentación, que permiten la impregnación de elementos estructurales transversales.

En otra realización, se forma una bolsa de vacío y molde integrado a partir de una hoja metálica texturada. La textura está formada por partes poco separadas, salientes, en un lado de la hoja, que se corresponden con depresiones en otro lado de la hoja. Las partes poco separadas, salientes definen valles entre las mismas, que forman una red de distribución de resina. Las ranuras de alimentación principal están formadas directamente en la hoja. La hoja texturada se puede utilizar también como molde, a partir del cual se fabrican otras herramientas.

En otra realización, la estructura incorpora unos núcleos que pueden ser celdas vacías, que tienen una red de pequeños canales o acanaladuras, formados en sus superficies y/o esquinas redondeadas para permitir la circulación de la resina. Las celdas están cerradas, contenedores vacíos formados por ejemplo por el moldeo por soplado de material plástico adecuado. Se ha dispuesto una pluralidad de núcleos en una configuración apropiada para formar la estructura deseada contra una superficie de molde rígido de un conjunto de molde. Los núcleos pueden estar rodeados de refuerzo de fibra. El conjunto del molde incluye una parte flexible, por lo general, una bolsa de vacío, que se coloca sobre la estructura, con. un conducto de vacío en torno a la periferia de la pieza, y sellada a la superficie rígida del molde. La bolsa de vacío incluye uno o más conductos de alimentación principal formados en la misma. Se puede disponer una red de canales más pequeños, formados de una sola pieza en la bolsa de vacío, en comunicación fluida con los conductos de alimentación principal o a través de un medio de distribución separado, colocado entre la bolsa de vacío y el refuerzo de fibra. La resina se introduce bajo vacío en los canales de alimentación principal de la bolsa de vacío y se desplaza con relativa velocidad hacia el interior y a lo largo de los canales más pequeños. Desde los canales más pequeños, la resina infiltra al refuerzo de fibra sobre la parte superior de los núcleos, hasta alcanzar la superficie de los núcleos. La resina circula entonces, de forma relativamente rápida, a lo largo de los núcleos a través de las acanaladuras formadas en las superficies de los núcleos y/o los espacios definidos por las esquinas redondeadas. Desde ahí, la resina penetra en el refuerzo en las regiones entre núcleos adyacentes, si los hay, y el refuerzo entre la base de los núcleos y la superficie rígida del molde. Una vez que la resina se ha endurecido, la bolsa de vacío y el medio de distribución separado, si se utiliza, se quitan y se separa del molde la pieza terminada. Los núcleos permanecen en la pieza terminada.

Con este método, se pueden formar rápidamente grandes estructuras compuestas, que requieren núcleos múltiples antes del tiempo de gelificación de las resinas de poliéster o de vinilester habituales y se puede reducir al mínimo la cantidad de resina utilizada. Suministrando directamente la resina a través de la bolsa de vacío en el interior de las ranuras de alimentación, el suministro no se limita a un borde de la pieza o a la entrada en una herramienta. Los núcleos adyacentes se pueden suministrar a través de una entrada de resina individual. La red de distribución de resina puede permanecer en la pieza terminada, eliminándose de este modo la evacuación de materiales de distribución. En este caso, las micro ranuras se llenan de resina, una vez endurecida, incrementando de este modo la resistencia al cizallamiento interlaminar y la resistencia a la exfoliación. Se pueden incorporar directamente en la pieza compuesta, durante el proceso de moldeo, elementos estructurales tales como tirantes para esfuerzo constante, nervios de compresión o vigas.

La invención se entenderá más fácilmente con la descripción detallada, que se da a continuación, junto con las figuras adjuntas.

La figura 1 es una vista en perspectiva de un núcleo para una estructura compuesta;

La figura 2 es una vista esquemática de la sección transversal de una estructura compuesta;

La figura 3 es una vista en perspectiva, esquemática de otra estructura compuesta;

La figura 4 es una vista en perspectiva de una estructura compuesta;

La figura 5 es una vista en perspectiva de otro núcleo para una estructura compuesta;

La figura 6 es una vista en perspectiva de un núcleo para una estructura compuesta;

La figura 7 es una vista esquemática de la sección de una estructura compuesta;

La figura 8 es una vista esquemática de la sección de una estructura compuesta, formada utilizando una estructura de molde y vacío integrados;

La figura 9 es una vista esquemática de la sección transversal de un molde rígido y una tapadera flexible para formar una estructura compuesta;

La figura 10 es una vista en perspectiva del núcleo de una estructura compuesta, que tiene múltiples ranuras de alimentación principal;

La figura 11 es una vista esquemática de la sección transversal de un molde y una bolsa de vacío, integrados para formar una estructura compuesta;

La figura 12 es una vista en perspectiva de un lado de una hoja texturada de material, que forma el molde y la estructura de vacío integrados de la figura 11;

La figura 13 es una vista en perspectiva del otro lado de la hoja texturada de la figura 12;

La figura 14 es una vista esquemática de la sección parcial de una estructura compuesta y conjunto del molde;

La figura 15 es una vista en perspectiva de una celda cerrada, utilizada en la estructura compuesta de la figura 14;

Las figuras 16A, 16B, 16C y 16D ilustran una variedad de disposiciones de los núcleos utilizados en la estructura compuesta de la figura 14;

Las figuras 17A, 17B, 17C y 17D ilustran una variedad de configuraciones para envolver la fibra;

La figura 18 es una vista esquemática de la sección parcial de una estructura compuesta y conjunto del molde;

La figura 19 es una vista de la sección parcial a lo largo de la línea A-A de la figura 18;

La figura 20 es una vista esquemática, de la sección parcial de otra configuración de una estructura compuesta y conjunto de molde; y

La figura 21 es urna vista esquemática, de la sección parcial de otra configuración de una estructura compuesta y conjunto del molde.

Las realizaciones mostradas en las figuras 1-13 corresponden a las figuras 1-13 de WO 96/40488 y no forman parte de la invención reivindicada, sino que representan el estado anterior de la técnica, de utilidad para entender la invención. Las realizaciones de las figuras 14, 18, 20 y 21 tampoco forman parte de la invención reivindicada, aunque representan estados de la técnica anteriores, útiles para entender la invención.

Una pieza compuesta grande incluye un núcleo 12, mostrado en la figura 1. El núcleo está hecho a base de un material que puede soportar la presión del vacío. Los materiales habituales pueden ser espumas, como poliuretano opolicloruro de vinilo o madera balsa. El núcleo puede ser macizo o hueco, como polietileno soplado. También se puede utilizar hormigón. El núcleo se muestra como un bloque rectangular, aunque también son posibles otras configuraciones, según se indica más adelante.

En la superficie 16 del núcleo, se dispone uno o más canales o ranuras de alimentación principal 14. La ranura de alimentación principal puede rodear todo el núcleo, para formar un bucle. Se dispone una red de distribución de resina, que comprende unos canales de sección más pequeña que la ranura de alimentación principal, en contacto con la superficie del núcleo, para la comunicación fluida con la ranura de alimentación principal.

La red de distribución de resina se dispone en forma de una pluralidad de micro ranuras 18, maquinadas en la superficie 16 del núcleo 12, según se muestra en la figura 1. Las micro ranuras 18 están dispuestas, por lo general, transversalmente a la ranura de alimentación principal 14. Algunas de las micro ranuras pueden rodear todo el núcleo para crear un bucle de circulación de resina, que comienza y finaliza en la ranura de alimentación principal. La relación real de las micro ranuras con respecto a la ranura de alimentación principal depende de la geometría del núcleo y de la optimización de la impregnación de resina, según se indica más adelante.

El núcleo 14 con la red de ranuras está cubierto con una o más capas de un material fibroso 20, ilustrado esquemáticamente en la figura 2. El material fibroso puede ser una tela o un mallado formado por fibras de vidrio, carbono u otro material adecuado. Según los requisitos estructurales de la pieza terminada que se desee, el núcleo puede estar rodeado completamente con material fibroso o se pueden dejar libres de material fibroso una o más superficies del núcleo. El material fibroso se puede envolver en una hoja alrededor del núcleo o se pueden aplicar zonas individuales de material fibroso a las caras del núcleo que se desee. La fibra puede suministrarse también en una forma tubular, en la que se inserta el núcleo.

Se ha dispuesto una pluralidad de núcleos envueltos en fibra para formar la pieza terminada deseada. Aunque en la figura 2 se muestran dos núcleos, el número real y la disposición de los núcleos quedan determinados por la pieza terminada que se desee. Se puede envolver una o más capas de un material fibroso alrededor de una pluralidad de núcleos, para formar una piel exterior 22, mostrada esquemáticamente en la figura 2. El número particular de capas de material fibroso, el tipo y la disposición dependen de la pieza terminada deseada y esto pueden determinarlo fácilmente las personas versadas en la técnica. Se dispone, por lo general, un capa de drenaje en forma de una lengüeta 23, que se extiende desde una capa exterior de fibra hasta una salida de vacío 25. Con el proceso de la presente invención, ya no se necesitan por lo general las hojas de adherencia que se suelen necesitar con procesos de vacío del estado de la técnica.

El material fibroso 24 que rodea los núcleos y está entre los mismos crea unos elementos estructurales, tales como tirantes de esfuerzo cortante, nervios de compresión y vigas. Por ejemplo, con referencia a la figura 4, se utiliza una pluralidad de núcleos triangulares 40 para formar una cubierta. El material fibroso entre núcleos triangulares adyacentes forma elementos estructurales diagonales 41, que soportan las fuerzas de compresión y el esfuerzo cortante.

Durante el estratificado se colocan accesorios adecuados 26, como Tes de plástico o de cobre en las ranuras de alimentación principal 14, para facilitar la inserción ulterior de tubos de suministro de resina 28. Se puede colocar uno o más accesorios en cada ranura de alimentación para la circulación de resina deseada. La estratificación se coloca contra un molde 29 y se dispone entonces una bolsa de vacío 30 sobre la misma, inclusive los accesorios de plástico, y se sella al molde en la forma conocida en el estado de la técnica, según se muestra esquemáticamente en la figura 2. La bolsa de vacío se perfora entonces, y los tubos de suministro 28 se insertan a través de la bolsa de vacío, directamente dentro de sus accesorios correspondientes 26. Los tubos de suministro son sellados a la bolsa para mantener el vacío en su totalidad. De este modo, se suministra directamente resina a las ranuras de alimentación principal por penetración de la bolsa de vacío exterior con un tubo de suministro, que se inserta directamente dentro de la ranura.

Con referencia a la figura 8, la bolsa de vacío y el molde también pueden integrarse dentro de una sola estructura 80, que es lo suficientemente rígida para mantener su forma como molde aunque suficientemente flexible para desplomarse contra la pieza en cuanto se aplica el vacío. Por ejemplo, la estructura integrada 80 puede comprender una hoja de acero delgada, por ejemplo de 6,4 mm (0,25 pulgadas o menos). Los núcleos 82 y el material fibroso 84, 86, descritos anteriormente, se encapsulan en la hoja de acero. Se perforan agujeros en la hoja, para acceder a los accesorios. La impregnación de la resina se produce en la forma descrita anteriormente. La estructura integrada puede estar formada por otros materiales adecuados, como goma o silicona o un material laminar compuesto fino, como metal laminado de plástico.

La figura 9 ilustra otra realización de molde, en la que se sella un molde rígido 90 con una tapadera flexible 92, formada por ejemplo a base de un material de acero o de plástico. En el encastre 94 definido por el molde rígido, se coloca una pieza que comprende los núcleos y el material fibroso descritos anteriormente. Una ranura de vacío 96 en la tapadera rodea la pieza. Se disponen orificios, que atraviesan la tapadera o el molde para acceder a los accesorios, para proceder a la impregnación de resina descrita anteriormente. Durante la impregnación de la resina bajo vacío, la tapadera se dobla en el borde de la ranura de vacío para permitir la consolidación de la pieza.

La resina, como por ejemplo polímero, vinilester, epoxi, fenólico, acrílico o bismaleimida, pasa relativamente deprisa a través de las ranuras de alimentación principal 14 y al interior de las micro ranuras 18. Desde las micro ranuras, la resina penetra en el material fibroso 20, 22. La impregnación se produce por infusión de la resina, que se origina en la superficie del núcleo 16 y migra hacia el exterior de la pieza. El material fibroso, en las superficies de núcleos adyacentes, puede impregnarse por medio de una ranura de alimentación principal en uno de los núcleos adyacentes, tal como se indica en las figuras 3 y 4.

La sección transversal de la ranura de alimentación principal y la sección. transversal y el espaciado de las micro ranuras se optimizan para que haya tiempo suficiente para permitir que la resina impregne todo el material fibroso antes de endurecerse sin abandonar las zonas no impregnadas. Una ranura de alimentación principal típica puede tener una profundidad de 12,7 mm (0,5 pulgadas) y una anchura de 12,7 mm (0,5 pulgadas), con una sección transversal de 161 mm^{2} (0,25 pulgadas cuadradas). Las micro ranuras típicas pueden tener una profundidad de 2,3 mm (0,125 pulgadas) y una anchura de 0,3 mm (0,125 pulgadas), con una sección transversal de aproximadamente 10,3 mm^{2} (0,016 pulgadas cuadradas). Las micro ranuras pueden estar espaciadas 25 mm (1,0 pulgadas) en el centro. Estas dimensiones pueden modificarse para acomodar materiales de fibra de refuerzo de diversos tipos y/o espesores. Asimismo, la sección transversal de las ranuras de alimentación principal puede incrementarse, si la pieza es particularmente grande, para distribuir más rápidamente la resina entre todas las secciones de la pieza. De forma similar, se pueden disponer varias ranuras de alimentación principal 14 en un núcleo 12, como se indica en la figura 10.

Además, la sección transversal de las ranuras de alimentación principal o las micro ranuras pueden reducirse para crear restricciones de circulación, con el fin de aumentar el tiempo de secado de la resina en una zona particular. El tiempo de secado de la resina también puede aumentarse colocando un "fusible" de resina en la ranura de alimentación, que bloquea temporalmente la circulación de resina. El fusible se disuelve después de entrar en contacto con la resina tras un período de tiempo conocido, que puede ajustarse en función de la longitud del fusible. Por ejemplo, con una resina de éster vinílico, se ha utilizado con éxito un fusible de estiro-espuma. Las ranuras de alimentación pueden terminar también de forma que desvíen la circulación de la resina.

Las ranuras de alimentación principal 14 permiten el paso de la resina desde un núcleo a un núcleo adyacente. Se pueden hacer agujeros a través de los núcleos, para conectar las ranuras de alimentación principal. Cada ranura de alimentación principal puede ser alimentada simultáneamente con resina, creando circuitos paralelos o en una secuencia prescrita, creando circuitos en serie, según la geometría o el tamaño de la pieza que se va a impregnar. Además, las ranuras de alimentación principal pueden ser independientes, la una de la otra, creando circuitos separados.

Tras la impregnación, se deja que la resina se solidifique durante un tiempo suficiente. Una vez endurecida, las micro ranuras 18 se rellenan de resina sólida. Esta resina proporciona un mecanismo de bloqueo lateral, que mejora la resistencia interlaminar al esfuerzo cortante de la unión entre el compuesto reforzado con fibra y el núcleo. La resina que permanece en la red de ranuras incrementa también las fuerzas necesarias para exfoliar las pieles de la cara reforzada con fibra del núcleo.

La disposición y forma real y el número de núcleos depende de la pieza terminada que se desee. Por ejemplo, en la figura 3 se muestran núcleos triangulares 40. Los núcleos triangulares pueden tener ranuras de alimentación principal 42 dispuestas en por lo menos dos superficies. Un núcleo triangular central 44 puede tener ranuras de alimentación principal en tres superficies. En las superficies, se pueden disponer micro ranuras, como se ha descrito anteriormente. Se puede disponer una pluralidad de núcleos triangulares, por ejemplo en fila, para formar una cubierta. En este ejemplo, la resina suministrada a través de unos tubos 46 se impregna secuencialmente empezando en el núcleo central y siguiendo hacia los bordes, tal como se muestra en la región sombreada 48 de la figura 4.

En la figura 5 se muestra un núcleo curvado 50. El núcleo curvado 50 puede tener una ranura de alimentación principal 52 en una superficie y una red de micro ranuras 54 que irradia desde la ranura de alimentación para rodear el núcleo. Los núcleos curvados se pueden utilizar para formar estructuras curvadas, tales como cascos de embarcaciones o arcos.

En otra realización, ilustrada en las figuras 6 y 7, se dispone de un núcleo 60 con una ranura de alimentación principal 62 según lo descrito anteriormente. Se dispone entonces un medio de distribución 64, adyacente a las caras del núcleo. El medio comprende una red de pasos abiertos, formados por una estructura capaz de mantener los pasos en estado abierto durante la aplicación del vacío. Por ejemplo, el medio puede comprender unos filamentos que se entrecruzan, mantenidos espaciados con respecto a la superficie del núcleo por medio de unos elementos, de tipo montante, situados en cada intersección de filamento, una estructura en forma de rejilla de bandas alineadas o un tejido de textura abierta. Por las patentes US n° 4,902,215 y 5,052,906, se conocen medios de distribución adecuados. Se envuelve entonces un material fibroso 66 sobre el medio de distribución, en la forma descrita anteriormente. Se dispone una pluralidad de núcleos para formar la pieza terminada deseada y se coloca una bolsa de vacío 68 sobre los núcleos y el material fibroso, tal como se ha descrito anteriormente. Se insertan unos tubos de alimentación de resinas 70, que proceden de una fuente de resina, a través de la bolsa 68 y el material fibroso 66 hasta los accesorios 72 en las ranuras de alimentación principal 62. Los tubos de suministro 70 se sellan a la bolsa de vacío en la forma conocida en el estado de la técnica. Se alimenta la resina a través de los tubos de suministro a las ranuras de alimentación principal. La resina pasa relativamente deprisa a través de las ranuras de alimentación principal y en el interior del medio de distribución. Desde el medio de distribución, la resina penetra en el material fibroso. Se deja un intervalo de tiempo adecuado para dejar que se endurezca la resina.

El medio de distribución de resina presenta una circulación de resina más uniforme que las de las micro ranuras. Por esta razón, se prefieren, por lo general, medios de distribución de resina para piezas más complicadas y las micro ranuras se prefieren para conservar la resina, ya que circula menos resina a través de las micro ranuras.

En otra realización, ilustrada en las figuras 11 a 13, la bolsa de vacío y el molde están integrados en una sola herramienta 102, formada por una hoja texturada 104 de metal tal como una hoja de acero fina. La hoja es suficientemente rígida para mantener su forma como molde, aunque suficientemente flexible para desplomarse o ser empujada contra la pieza bajo el vacío aplicado durante el proceso de impregnación de resina, tratado con más detalle en lo que sigue. Se ha comprobado que resulta adecuado un grosor de hoja de 6,4 mm (0,25 pulgadas) o menos. También puede utilizarse un material plástico o compuesto tal como un laminado metálico y plástico en forma de hoja texturada.

De preferencia, la textura la forman unas partes poco separadas y que sobresalen 108, formadas sobre un lado de la hoja 104, que se corresponde con unas depresiones 106 sobre el otro lado de la hoja. as partes sobresalientes poco espaciadas 108 definen unos valles 110 entre las mismas, que forman un red de distribución de resina. Por ejemplo, las partes que sobresalen pueden tener una forma generalmente hexagonal, siendo su longitud máxima de 9,5 mm (3/8 pulgadas) a 11,1 mm (7/16 pulgadas). Se ha visto que resulta adecuado una profundidad de los valles de aproximadamente 0,76 mm (30 milésimas de pulgada). Esta hoja texturada se puede conformar fácilmente y se puede adquirir en Ardmore Textured Metal of Edison, New Jersey. Alternativamente, la textura podría encontrarse en una sola cara de la hoja, si así se desea, de forma que las partes que sobresalen no produzcan depresiones correspondientes en la otra cara.

La hoja adquiere la forma deseada de un molde 112 que tiene una cavidad de molde 118, con partes que sobresalen en la hoja que forma las paredes interiores de la cavidad, que se encuentra enfrente de la pieza que se va a impregnar. Se forman directamente ranuras de alimentación principal 114 en la hoja 104, en los lugares deseados, en lugar de hacerlo en los núcleos, tal como se describe anteriormente. Las ranuras de alimentación principal pueden tener dimensiones como las indicadas anteriormente. Se forman canales de salida de vacío 116 alrededor del perímetro de la herramienta.

Para formar una pieza compuesta, se coloca una estratificación fibrosa dentro de la cavidad 118, adyacente a las superficies texturadas de la herramienta, y se sella la herramienta con una cinta adhesiva o algún sello conocido en el estado de técnica. Se puede utilizar unas hojas de adherencia (peel ply) si la textura no se va a mantener sobre la pieza. Alternativamente, se puede omitir una (si se desea mantener la textura sobre la superficie de la pieza). La formación de la textura sobre la pieza confiere rigidez adicional a la pieza y puede ser deseable por razones estéticas también. La estratificación fibrosa puede comprender unos núcleos envueltos con material fibroso, según lo indicado anteriormente. Se inserta unos accesorios dentro de las ranuras de alimentación principal a través de unos orificios realizados en la hoja, tal como se ha indicado anteriormente. Se aplica vacío al interior de la herramienta y se empuja la hoja de material texturado adyacente a la estratificación fibrosa, de forma que las partes superiores de la parte levantada entren en contacto con la estratificación fibrosa, pero los valles permanezcan abiertos para formar una red de pasos interconectados estrechos, a través de los cuales puede circular la resina. Bajo la acción del vacío, la resina pasa primero al interior de las ranuras de alimentación principal y luego al interior de los valles. Desde los valles, la resina puede impregnar completamente el material fibroso, circulando finalmente hacia los canales de salida de vacío en torno al perímetro. Se deja tiempo suficiente para que la resina se endurezca. Después del endurecimiento, se quita la pieza de la herramienta.

En una realización alternativa, la hoja texturada se puede utilizar como tapadera junto con un molde convencional. La estratificación fibrosa se coloca contra la superficie del molde. La hoja texturada se coloca sobre la estratificación fibrosa y se sella al molde de forma adecuada. Quizás sea necesario utilizar algún medio adicional de distribución de resina, adyacente a la superficie del molde convencional. La impregnación de resina se produce en la forma indicada anteriormente.

La hoja texturada también puede utilizarse como molde maestro, que se usa para fabricar herramientas de otros materiales, como cerámica. La herramienta se utiliza entonces como molde en el proceso de impregnación de resina. En este caso, la hoja comprende un negativo de la herramienta; el lado de la hoja que tiene las indentaciones se utiliza para formar la herramienta. La herramienta resultante tiene la configuración de las partes sobresalientes, separadas por los valles que forman un medio de distribución de resina, como el indicado anteriormente. Un molde de cerámica por lo general no se dobla para desplomarse contra la parte bajo vacío. En este caso, se utiliza una bolsa de vacío separada, junto con el molde, en la forma conocida en el estado de la técnica.

Las figuras 14 a 21 ilustran otras realizaciones particularmente adecuadas para formar estructuras sándwich, tales como paneles de núcleo hueco o núcleo de espuma. La estructura está formada por una pluralidad de núcleos 132,que pueden ser celdas huecas (figura 14) o bloques de espuma (figura 21) dispuestos según la forma que se desea tenga la pieza terminada. Una o más capas de material fibroso 134 cubren las superficies superiores 136 y las superficies inferiores 138 de los núcleos alineados para formar pieles faciales de la estructura. El material fibroso también puede colocarse dentro de las regiones 140 entre cada núcleo 132 y/o los núcleos pueden envolverse con un material fibroso 135, parcial o totalmente, alrededor de los laterales de los núcleos. De esta forma, cada núcleo puede ir cubierto, total o parcialmente, de material fibroso. El material fibroso puede ser un tejido o un mallado formado por fibras de vidrio, carbono, KEVLAR, u otro material adecuado. El material fibroso puede envolverse en una hoja alrededor del núcleo o se pueden aplicar piezas individuales de material fibroso en las caras del núcleo que se deseen. La fibra también puede suministrarse en forma tubular, en la que se inserta el núcleo. Tal como se indica en las figuras 17A a 17D, la fibra puede rodear los laterales de los núcleos y terminar en la parte superior e inferior, puede terminar a cierta distancia por encima y/o por debajo del núcleo, puede envolver ligeramente la parte superior y/o la parte inferior de cada núcleo, o puede envolver completamente la parte superior e inferior de cada núcleo. El material fibroso, que se encuentra alrededor y entre los núcleos, crea unos elementos estructurales tales como tirantes para el esfuerzo cortante, nervios de compresión y vigas. El material fibroso puede suministrarse ventajosamente como un material trenzado multiaxial, es decir que tiene fibras que discurren en múltiples direcciones para llevar las tensiones en diferentes direcciones, como por ejemplo trenzado biaxial, triaxial o cuatriaxial. La orientación de las fibras trenzadas se puede elegir para adaptarse a los requisitos estructurales de la pieza terminada.

La figura 15 ilustra un núcleo hueco 132, que comprende un contenedor cerrado o celda que tiene una o varias ranuras 142, formada de una sola pieza en los laterales. De preferencia, cada núcleo vacío está formado a base de un material plástico, como polietileno, polipropileno, policloruro de vinilo (PVC), o nylon. Los núcleos pueden formarse mediante un procedimiento de moldeo por soplado, en la forma conocida en el estado de la técnica. Se pueden utilizar también otros procesos, como moldeo por inyección, moldeo en vacío de dos hojas o rotomolde. Con una celda moldeada por soplado, las ranuras suelen tener una sección en forma de V, ya que la forma de V ayuda a quitar las celdas del molde. Sin embargo, se pueden utilizar otras formas, como por ejemplo en U. Las ranuras 142 tienen las dimensiones indicadas anteriormente para facilitar la circulación de la resina por las mismas. Por lo general, las ranuras funcionan como micro ranuras. En general, cuanto mayor es el núcleo, mayor es la sección transversal de las ranuras. Las ranuras de distribución principal no son por lo general necesarias en las superficies de los núcleos, aunque se podría disponer una o más ranuras de alimentación si se desea, particularmente si el núcleo es grande. Las ranuras pueden tener cualquier configuración adecuada, como la configuración diagonal mostrada en la figura 15. La con- figuración diagonal permite una liberación sencilla del aparato del moldeo por soplado. De preferencia, las ranuras rodean el núcleo para facilitar el transporte de la resina a todos los lados de los núcleos. Las esquinas de los núcleos están también de preferencia redondeadas o achaflanadas, lo cual facilita además la circulación de la resina por los lados de los núcleos. En algunos casos, particularmente si los núcleos son pequeños, como por ejemplo de 1 a 2 pulgadas de lado, pueden ser suficientes esquinas redondeadas solamente para facilitar la circulación de la resina, sin necesidad de ranuras adicionales en las superficies del núcleo, tal como se indica en las figuras 18 y 19. Los núcleos pueden tener cualquier forma adecuada, como cajas rectangulares (mostradas en la figura 15), cilindros o triángulos o hexágonos alargados, y pueden disponerse en cualquier forma, según se indican en las figuras 16A a 16D.

Los núcleos 132, que sé pueden envolver con el material fibroso 135, están dispuestos contra la superficie rígida 144 de un conjunto de molde. La figura 14 ilustra una realización, en la cual los núcleos están envueltos por todas partes con un material fibroso. Las figuras 18 y 19 ilustran una realización, en la cual los núcleos 132 no están envueltos con un material fibroso ni provistos de ranuras y la resina circula desde la superficie superior a la inferior por unas esquinas redondeadas 133 sobre los núcleos. El conjunto de molde incluye una parte flexible, que es por lo general una bolsa de vacío 146, colocada sobre la estructura y sujeta a la superficie del molde con un sello 149 en torno a la periferia. La bolsa de vacío incluye una o más canales de alimentación principal 148, que pueden estar formados de una sola pieza con la bolsa (figura 14) o separados de la misma (figura 21). Puede disponerse una red de distribución de resina de pequeños canales, que se entrecruzan 150 para la comunicación fluida con el o los canales de alimentación principal 148. Los canales más pequeños pueden estar formados de una sola pieza con la bolsa de vacío (ilustrada en la figura 20), tal como se describe en las patentes US n° 5,439,635 y 5,316,462. Los canales más pequeños también pueden estar provistos de un medio de distribución separado (ilustrado en la figura 21), tal como se describe más arriba y en las patentes US n° 5,052,906 y 4,902,215. Se puede utilizar una hoja de adherencia 151 (ilustrado en la figura 21) si se desea. También se dispone en la periferia de la estructura un canal de vacío 152 o alimentador 153, conectado a una fuente de vacío (no mostrada).

Un suministro de resina (no mostrado) está conectado directamente en el interior del o de los canales de alimentación principal 148 en la bolsa de vacío 146. Se establece el vacío por el canal de vacío 152, que hace salir el aire de los poros del material fibroso. Se abre el suministro de resina y la resina es atraída por el vacío de forma relativamente rápida al interior del o de los canales de alimentación principal 148 y a través de los canales más pequeños 150 de la bolsa de vacío o del medio de distribución separado. La resina penetra en el material fibroso 134, cubriendo la superficie superior 136 de los núcleos 132 y alcanza la superficie de los núcleos. La resina nuevamente se desplaza relativamente deprisa a lo largo de las ranuras 142 de los núcleos 132, penetrando en el material fibroso 135, en las regiones 140 comprendidas entre núcleos adyacentes y entre los núcleos y el molde 144. Se puede utilizar una resina de baja viscosidad, que ayuda también al desplazamiento rápido a lo largo de las micro ranuras y a la penetración del material fibroso. Cuando los núcleos son celdas vacías formadas a la presión atmosférica, se aprietan hacia el exterior, la una contra la otra y contra el material fibroso cuando están sometidos al vacío. Esto reduce los espacios de los poros en el material fibroso y garantiza que se utiliza una cantidad mínima de resina.

La estructura compuesta resultante es bastante resistente. Se cargaron, hasta que se produjera un fallo, diversas configuraciones de cubierta con luces de 1,2 a 1,5 m (4 y 5 pies) y aproximadamente 0,2 m (8 pulgadas) de profundidad; las cubiertas fallaron al aplicarse cargas comprendidas entre 14.10^{3} Kg a 41.10^{3} Kg (31 a 92 kips). Los nervios, en las regiones 140 entre los núcleos son de estructura continua. Es decir que los nervios que se extienden en una dirección no se cruzan físicamente con los nervios que se extienden en otra dirección. Sus tensiones sin embargo actúan como si los nervios fueran continuos en ambas direcciones. Esto permite transferir cargas de esfuerzo cortante a los nervios adyacentes. Además, un panel formado de este modo puede ser más fino por ejemplo que una estructura de acero estructuralmente equivalente, ya que las vigas I de acero, que se extienden en una primera dirección no pueden cruzarse con vigas I, que se extienden en otra dirección. Los núcleos permanecen también en la estructura y pueden contribuir a la resistencia de la misma. Además, la resina en las micro ranuras permanece después de endurecer, incrementando la resistencia interlaminar al esfuerzo cortante y la resistencia a la exfoliación, proporcionando una resistencia adicional a la deformación.

Los núcleos de la presente invención están dispuestos formando más de una profundidad de núcleo. En este caso, el material fibroso se coloca entre capas de núcleos. Esta configuración resulta por ejemplo ventajosa para proporcionar endurecimiento al fuego y resistencia a los terremotos. En el caso de endurecimiento al fuego, si una de las capas se quema, puede quedar otra capa en su lugar. En cuanto a la resistencia a los terremotos, se puede proporcionar resistencia adicional mediante múltiples capas de núcleos.

La invención no se limita a lo que se ha mostrado y descrito en particular, salvo que se indique en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. Método para la formación de una estructura compuesta que comprende:

: la obtención de una pluralidad de núcleos (132), cada uno de los cuales tiene una superficie periférica (16), donde los núcleos (132) están dispuestos en una capa para proporcionar una superficie superior y una superficie inferior, estando dispuestos además los núcleos (132) en una pluralidad de capas, y la disposición de material fibroso (134) entre las capas;

: el recubrimiento de por lo menos la superficie superior del conjunto con un material fibroso (134);

: la disposición de una red de canales de distribución (150), dispuesta para distribuir resina no endurecida por el material fibroso (134) y de unos espacios (140) entre los núcleos (132), comprendiendo la red de distribución de resina (150) una configuración de la superficie periférica (16) de cada núcleo (132) que presenta unos pasos para la circulación entre los núcleos adyacentes (132) desde la superficie superior (16) a la inferior;

: la disposición de un canal de alimentación (148), en comunicación fluida con la red de distribución de resina (150), teniendo el canal de alimentación (148) una sección transversal mayor que las secciones individuales de los canales de la red de distribución de resina (150);

: el sellado de los núcleos (132) y el material fibroso (134) con la red de distribución de resina (150) y el canal alimentador (148) en una estructura de moldeo, donde una primera parte, por lo menos, de la estructura de moldeo comprende una superficie de molde (144) y, por lo menos, otra parte de la estructura de moldeo comprende una parte flexible (146) que, bajo la acción del vacío, puede desplomarse contra una parte adyacente de los núcleos (132) y el material fibroso (134);

: la conexión de una fuente (28) de resina no endurecida por la parte flexible (146) al canal alimentador (148);

: la conexión del interior de la estructura de moldeo con la salida de vacío (25);

: el paso forzado de la resina no endurecida bajo vacío por el canal alimentador (148) y la red de distribución de resina (150), para rellenar la estructura de moldeo con el fin de impregnar el material fibroso (134) y los espacios (140) entre los núcleos (134) con la resina; y

: el endurecimiento de la resina para formar una estructura compuesta.

2. Método de formación de una estructura compuesta según la reivindicación 1, caracterizado porque, al disponer la red de distribución de resina (150), cada uno de los núcleos (134) es rodeado por más material fibroso (135) entre la superficie superior y la inferior.

3. Método de formación de una estructura compuesta según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque al disponer la red de distribución de resina (150), hay material fibroso adicional (135) que rodea los laterales de cada núcleo (132).

4. Método de formación de una estructura compuesta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende además la envoltura de por lo menos una parte de cada núcleo (134) en más material fibroso (135).

5. Método de formación de estructura compuesta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la configuración de la superficie periférica comprende unos canales (142) formados de una sola pieza en la superficie periférica (16) de los núcleos (132).

6. Método de formación de una estructura compuesta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los canales (142) rodean cada núcleo (132).

7. Método de formación de una estructura compuesta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la red de distribución de resina (150) incluye un medio de distribución de resina separado dispuesto entre la parte flexible (146) y la parte adyacente de los núcleos (132) y el material fibroso (134, 135).

8. Método de formación de una estructura compuesta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el medio de distribución de resina separado comprende unos filamentos que se entrecruzan, mantenidos a cierta distancia del material fibroso (134, 135) por unos elementos de tipo montante situados en cada intersección de filamentos, una estructura en forma de rejilla, de bandas alineadas o un tejido de textura abierta.

9. Método de formación de una estructura compuesta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la red de distribución de resina (150) comprende unos canales que se entrecruzan, formados de una sola pieza en una superficie de la parte flexible (146).

10. Método de formación de una estructura compuesta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la parte flexible (146) comprende una bolsa de vacío.

11. Método de formación de una estructura compuesta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque hay más material fibroso (134, 135) que se extiende por encima de la superficie superior y por debajo de la superficie inferior de los núcleos (132).

12. Método de formación de una estructura compuesta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque hay más material fibroso (134, 135) que rodea los laterales de cada núcleo (132) y, por lo menos, una parte de la superficie superior (16) y, por lo menos, una parte de la superficie inferior (16) de los núcleos (132).

13. Método de formación. de una estructura compuesta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la obtención de una pluralidad de núcleos (132) comprende la formación de la celda cerrada de un material plástico, por medio de un proceso de moldeo por soplado, un proceso de moldeo por inyección, un proceso de conformación en vacío o un proceso de roto-moldeo.

14. Método de formación de una estructura compuesta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el canal alimentador (148) comprende un canal formado de una sola pieza en la parte flexible (146) de la estructura de moldeo.

15. Método de formación de una estructura compuesta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el canal alimentador (148) comprende un conducto perforado, situado por debajo de una superficie interior de la parte flexible (146) de la estructura de moldeo.

16. Método de formación de una estructura compuesta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el canal alimentador (146) comprende un canal formado de una sola pieza en la superficie periférica (16) de por lo menos uno de los núcleos (132).

17. Método de formación de una estructura compuesta que comprende:

: unos núcleos (132), que tienen cada uno de ellos una superficie periférica (16), estando los núcleos (132) dispuestos en una capa que tiene una superficie superior y una superficie inferior, teniendo cada superficie periférica (16) una configuración para poder establecer pasos de circulación entre los núcleos adyacentes (132), desde la superficie superior a la superficie inferior,

: un material fibroso (134), que forma una piel en la cara superior y una piel en la cara inferior sobre la capa de núcleos (132); y

: una resina endurecida, que impregna al material fibroso (134) y una red de canales de distribución de resina,

caracterizada porque además los núcleos (132) están dispuestos en una pluralidad de capas, y porque el material fibroso (134) se dispone entre las capas.

18. La estructura compuesta según la reivindicación 17, caracterizada porque cada núcleo (132) está rodeado por más material fibroso (135) entre la superficie superior y la superficie inferior.

19. La estructura compuesta según las reivindicaciones 17 y 18, caracterizada porque el material fibroso adicional (135) rodea los laterales de cada núcleo (132).

20. La estructura compuesta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque cada núcleo (132) es una celda hueca cerrada.

21. La estructura compuesta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque cada núcleo (132) es un contenedor moldeado por soplado.

22. La estructura compuesta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque cada núcleo (132) está formado por un material de espuma.

23. La estructura compuesta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque cada núcleo (132) está formado por un material de polietileno, un material de polipropileno, un material de policloruro de vinilo o un material de nylon.

24. La estructura compuesta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el material fibroso adicional (135) que rodea cada núcleo (132) es un tejido trenzado multiaxial.

25. La estructura compuesta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque cada núcleo (132) tiene bordes redondeados (133).

26. La estructura compuesta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la configuración de la superficie periférica (16) en cada núcleo (132) forma por lo menos un canal (142) que rodea el núcleo (132).

27. La estructura compuesta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el canal (142) tiene forma de V.

28. La estructura compuesta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque cada núcleo (132) tiene forma de caja.

29. La estructura compuesta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque cada núcleo (132) es cilíndrico.

30. La estructura compuesta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque cada núcleo (132) tiene la forma de un triángulo alargado.

31. La estructura compuesta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque cada núcleo (132) tiene forma de un hexágono
alargado.