ES2279930T3 - Procedimiento de formacion de una estructura compuesta. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento de formación de una estructura compuesta 1 que comprende las etapas de: a) disponer una pila (1) de hojas preimpregnadas (2) sobre un molde (3) b) cerrar dicha pila (1) dentro de una bolsa bajo vacío, c) evacuar la bolsa bajo vacío a través de un orificio de vacío, de forma que, tras la consumación de la evacuación dicha pila (1) de hojas (2) preimpregnadas esté esencialmente exenta de aire d) repetir las etapas de a) a c) hasta que la pila (1) comprenda un número predeterminado de hojas preimpregnadas (2), en el que la pila (1) es liberada de la bolsa bajo vacío antes de repetir las etapas a) - c), e) endurecer la pila (1) de hojas preimpregnadas (2) para formar dicha estructura compuesta, f) liberar la estructura del molde (3) y la bolsa bajo vacío, caracterizado porque la etapa de evacuar la bolsa bajo vacío incluye evacuar el aire existente en el espacio entre cada dos hojas impregnadas (2) de la pila por medio de al menos una hoja impregnada menos (4) dentro de al menos una entre las dos hojas preimpregnadas (2)
Description
Procedimiento de formación de una estructura
compuesta.
La presente invención se refiere al campo de las
estructuras compuestas y, más concretamente a un procedimiento para
formar estructuras compuestas.
Los fabricantes de aviones soportan una presión
creciente que les induce a fabricar aeronaves ligeras de peso,
resistentes y duraderas al más bajo coste de fabricación y de
mantenimiento de su vida útil. Un avión debe tener la suficiente
resistencia estructural para soportar los esfuerzos durante el
vuelo, siendo al tiempo lo más ligero posible para potenciar al
máximo el rendimiento del avión. Por estas y otras razones, los
fabricantes de aeronaves cada vez más han utilizado compuestos de
matriz de resina reforzada con fibras.
Los compuestos de matriz de resina reforzada
con fibras proporcionan una rigidez, resistencia a la fatiga,
solidez y relación solidez - peso satisfactorias mediante la
incorporación de fibras de carbono fuertes, rígidas dentro de una
matriz de resina más blanda, más dúctil. El material de la matriz de
resina transmite fuerza a las fibras y proporciona ductilidad y
dureza, mientras las fibras soportan la mayoría de la fuerza
aplicada.
En procedimientos de fabricación de componentes
de matriz de resina reforzada con fibras de la técnica anterior
para aeronaves, un cierto número de las llamadas hojas de
preimpregnación son apiladas sobre un molde. La preimpregnación
consiste en fibras unidireccionales o fibras multidimensionales
situadas dentro de una resina no endurecida. Una bolsa bajo vacío
es colocada encima y cerrada herméticamente alrededor de la entera
estructura. El vacío es aplicado a la estructura cerrada
herméticamente para compactar las hojas preimpregnadas sobre la
superficie del molde.
El documento
US-A-6 017 484 divulga un
procedimiento para la fabricación de compuestos procedentes de una
pluralidad de pilas de preimpregnados de resina que comprende
disponer una pila de hojas preimpregnada sobre un molde, encerrar
dicha pila con una bolsa bajo vacío y liberar el vacío de dicha
bolsa. Este procedimiento de fabricación tiene sin embargo el
inconveniente de que ese aire no es completamente evacuado, dejando
poros de tamaño considerable dentro del compuesto.
Con el fin de conseguir la calidad que las
aeronaves requieren en piezas grandes de estructuras compuestas, la
estructura debe situarse en un autoclave el cual es presurizado para
compactar las hojas preimpregnadas sobre el molde. Sin embargo, en
las grandes estructuras los poros aparecen fácilmente en porciones
de la parte como resultado de que el aire no es completamente
evacuado de la pila de hojas preimpregnadas antes del proceso de
endurecimiento. Los poros provocan un descenso en la resistencia de
la pieza compuesta. Con el fin de poner remedio a este problema los
procedimientos anteriores incluyen la evacuación de aire de la pila
de hojas preimpregnadas en una serie de movimientos durante la
acumulación de las hojas. Así mismo, determinados procedimientos
anteriores requieren el uso de un autoclave con el fin de alcanzar
la suficiente presión durante el proceso del endurecimiento. En el
proceso del autoclave, el aire que permanece entre las hojas es
distribuido a poros con un tamaño que su impacto en la calidad de
la estructura compuesta se considera como aceptable. Sin embargo,
con el fin de garantizar que no hay poros de tamaño inaceptable en
la estructura, la estructura compuesta es examinada mediante, por
ejemplo, pruebas de ultrasonido u otro tipo de pruebas no
destructivas antes de la aprobación como pieza de una estructura de
la aeronave. Si la prueba revela la existencia de grandes poros, la
estructura compuesta debe ser rechazada.
Por tanto, se necesita un procedimiento mejorado
para fabricar una pieza de tamaño considerable de compuesto de
matriz de resina reforzada con fibras, libre de poros.
La presente invención es un procedimiento para
formar una estructura compuesta. El procedimiento incluye disponer
una pila de hojas preimpregnadas sobre un molde. El material
compuesto es sustancialmente cerrado herméticamente dentro de una
bolsa bajo vacío. Uno o más orificios de vacío se extienden a través
de la bolsa bajo vacío. El vacío es aplicado a través de los
orificios de vacío para aspirar el aire de la pila de hojas
preimpregnadas. El aire existente en el espacio situado entre cada
dos hojas preimpregnadas de la pila es evacuado a través de unos
canales situados dentro de al menos una de las dos hojas
preimpregnadas adyacentes. Los canales comunican con los orificios
de vacío. El proceso se repite hasta que la pila contenga un número
predeterminado de hojas preimpregnadas. La pila es liberada de la
bolsa bajo vacío antes de añadir hojas. El material compuesto es
endurecido y la estructura es liberada del molde y de la bolsa bajo
vacío.
En una forma de realización preferente de la
invención los canales libres de aire situados dentro de una hoja
preimpregnada son llenados con resina durante el endurecimiento.
En otra forma de realización de la invención
cada hoja preimpregnada de una pila es ligeramente rotada con
relación a la hoja precedente para que la dirección de las fibras
de dos hojas adyacentes no coincidan.
El procedimiento de acuerdo con la invención
proporciona un procedimiento en el que una estructura compuesta se
constituye con una necesidad sustancialmente reducida de la
aplicación de vacío intermedio al aplicar las hojas en una pila.
Así, es considerable la reducción de tiempo y coste para fabricar
cada estructura compuesta.
Estos aspectos y muchas ventajas adicionales de
la presente invención podrán ser más fácilmente apreciadas y mejor
entendidas mediante referencia a la descripción detallada
subsecuente, tomada en combinación con los dibujos adjuntos.
La Fig. 1 es una vista en sección
transversal de una pila de hojas preimpregnadas dispuestas de
acuerdo con una primera forma de realización de la
invención.
invención.
La Fig. 2 es una vista en sección
transversal de unas hojas preimpregnadas dispuestas de acuerdo con
una segunda forma de realización de la invención.
La presente invención se describirá con
referencia a la formación de una estructura compuesta reforzada con
fibras. La presente invención es particularmente beneficiosa en la
formación de grandes estructuras compuestas con independencia de la
configuración de las estructuras o de su uso final.
Las figuras 1 y 2 muestran una pila 1 de hojas
preimpregnadas 2 dispuestas en un molde de acumulación 3 que tiene
una superficie de conformación. La cara superior del molde de
acumulación tiene generalmente un contorno que sustancialmente
coincide con la superficie exterior de la pieza que está siendo
conformada.
El procedimiento de disponer hojas
preimpregnadas sobre un molde de acumulación es bien conocido. La
pila de hojas preimpregnadas 2 son situadas sobre el molde 3. las
hojas preimpregnadas 2 preferentemente incluyen cinta de fibra
carbono impregnada con resina epoxi. La hoja preimpregnada 2 se
compone de unas capas de resina y fibras incrustadas en la resina.
En la forma de realización mostrada en la Figura 1, cada hoja
preimpregnada incluye una hoja menos impregnada 4 en una sección
media de la hoja preimpregnada 2. La capa menos impregnada está
rodeada por cuatro capas 5 de resina totalmente preimpregnada,
preferentemente con fibras unidireccionales. La capa 4 de fibras
menos impregnadas de la hoja preimpregnada 2 funcionará para
proporcionar una multitud de canales o vías de aire para evacuar
aire durante la descarga y el endurecimiento. Es preferente que las
fibras continuas unidireccionales estén incrustadas en la resina de
cada una de las hojas preimpregnadas. Si una hoja preimpregnada
está tendida con una multitud de ángulos de fibras, puede ser
difícil que el aire pase a través de todas las capas porque los
ángulos diferentes de las fibras pueden bloquear los movimientos de
la capa siguiente. Si la hoja preimpregnada únicamente tiene un
ángulo de fibras, el aire no puede fácilmente esparcir las fibras y
el aire puede encontrar una salida a través de la hoja. Con el fin
de incrementar la resistencia en la estructura final del compuesto,
las hojas pueden ser ligeramente rotadas unas con relación a otras
para incrementar la resistencia de la estructura compuesta. Aunque
es preferente un compuesto de fibra de carbono/epoxi, la invención
puede utilizarse con otros materiales de compuesto. Las fibras
pueden ser, por ejemplo, fibra de vidrio, carburo de silicona,
grafito o carbono. La presente invención tiene particular
relevancia para fabricar compuestos libres de porosidades porque el
procedimiento permite que el aire existente en el interior de las
hojas escape en mayor grado más alto de lo que era posible con los
procedimientos
anteriores.
anteriores.
La Figura 2 muestra una segunda forma de
realización de la invención; en ella una pila de hojas
preimpregnadas está dispuesta de forma que cada hoja alterna
preimpregnada 2b incluye una capa menos impregnada 4, una capa
llamada "seca". La capa seca 4 está rodeada por capas
completamente impregnadas 5. Una resina pura 6 es aplicada en una
capa muy fina sobre cada lado de la hoja preimpregnada con el fin de
mejorar la adhesión entre dos hojas preimpregnadas separadas 2a,
2b. La hoja preimpregnada 2a adyacente a la hoja 2b, incluyendo una
capa seca 4, puede estar constituida por una capa completamente
impregnada 5, rodeada a cada lado por capas muy finas 6 de resina
pura.
Las capas de hojas preimpregnadas 2 son situadas
sobre la cara superior del molde de acumulación 3 utilizando
procedimientos de acumulación a mano, procedimientos de tendido con
cinta automáticos u otros procedimientos apropiados. En una forma
de realización preferente de la invención, una placa metálica está
dispuesta sobre un lado de una pila de hojas preimpregnadas. La
superficie del molde de acumulación y la placa metálica crearán
dos superficies satisfactorias que no resultan afectadas por las
vías de aire externas. Las hojas preimpregnadas 2 están dispuestas
de tal forma que al menos cada dos hojas se incluya una menos
impregnada 4, una capa de las llamadas "fibras secas". Cada
capa menos impregnada 4 constituye una vía de aire o canal que se
extiende desde el perímetro de la hoja hasta la parte interna de la
hoja o a todo lo largo de la hoja. Una pila de hojas preimpregnadas
incluye así una serie de vías de aire o canales que se extiende por
el interior de la pila a través de la disposición con capas de
"fibras secas".
La pila 1 de hojas preimpregnadas 2 es situada
dentro de una bolsa bajo vacío que incluye al menos un orificio de
vacío. El orificio de vacío está conectado a un tubo de vacío y el
aire es evacuado de la pila encerrada de hojas preimpregnadas.
Tras la culminación del proceso de evacuación, la bolsa bajo vacío
completamente distendida está en contacto directo con la superficie
de la zona de descanso situada sobre la entera superficie.
Utilizando las capas menos impregnadas 4, se forman unas vías de
aire dentro de un número predeterminado de hojas preimpregnadas de
la pila 1. Debido a estas vías de aire, no hay necesidad de aplicar
una presión externa fuera de la bolsa bajo vacío. Así mismo, es
posible aplicar un número mucho mayor de hojas preimpregnadas de la
pila 1 sin un proceso de evacuación intermedio. El aire atrapado
entre las hojas es obligado a pasar hacia el interior de la capa
menos impregnada 4 y puede ser evacuado de la pila por medio de una
presión de vacío durante un proceso de evacuación para que la pila
componga una estructura compuesta. La presencia de bolsas de aire
atrapadas o arrugas entre las hojas se evita mediante el
procedimiento inventivo. El aire 7 atrapado entre dos hojas
preimpregnadas adyacentes 2 puede ser evacuado a través de la capa
menos impregnada 4 durante el proceso de evacuación. A continuación
el montaje total es situado en un horno. El endurecimiento se
produce calentando las hojas preimpregnadas 2 a una temperatura
predeterminada dentro del horno. El endurecimiento puede llevarse a
cabo en un autoclave o en otro tipo de horno bajo presión
atmosférica o superatmosférica, según se desee. Las vías de aire o
las capas menos impregnadas 4 son llenadas con resina en el curso
del endurecimiento. Es, por consiguiente, posible obtener una
calidad laminada para cumplir las demandas de las estructuras de los
aviones solamente con vacío.
Dado que el procedimiento inventivo es más
rápido que los procedimientos actualmente conocidos, transcurre
menos tiempo entre el apilamiento de la primera y la última capas
preimpregnadas de la acumulación Los artículos compuestos
endurecidos fabricados de acuerdo con el procedimiento, despliegan
una más completa y uniforme unión entre capas preimpregnadas de la
tanda que los artículos fabricados de acuerdo con procedimientos
conocidos. Así mismo, puesto que se elimina la necesidad de
desplazamiento de bolsas de aire, hay mucha menos disrupción en la
alineación de fibras dentro de las capas preimpregnadas de la
acumulación.
La invención se extiende más allá de las formas
de realización específicas descritas para incluir aquellos
procedimientos equivalentes como podrán
apreciar los expertos en la materia a partir de las reivindicaciones.
apreciar los expertos en la materia a partir de las reivindicaciones.
Claims (3)
1. Un procedimiento de formación de una
estructura compuesta 1 que comprende las etapas de:
- a)
- disponer una pila (1) de hojas preimpregnadas (2) sobre un molde (3)
- b)
- cerrar dicha pila (1) dentro de una bolsa bajo vacío,
- c)
- evacuar la bolsa bajo vacío a través de un orificio de vacío, de forma que, tras la consumación de la evacuación dicha pila (1) de hojas (2) preimpregnadas esté esencialmente exenta de aire
- d)
- repetir las etapas de a) a c) hasta que la pila (1) comprenda un número predeterminado de hojas preimpregnadas (2), en el que la pila (1) es liberada de la bolsa bajo vacío antes de repetir las etapas a) - c),
- e)
- endurecer la pila (1) de hojas preimpregnadas (2) para formar dicha estructura compuesta,
- f)
- liberar la estructura del molde (3) y la bolsa bajo vacío,
- caracterizado porque la etapa de evacuar la bolsa bajo vacío incluye evacuar el aire existente en el espacio entre cada dos hojas impregnadas (2) de la pila por medio de al menos una hoja impregnada menos (4) dentro de al menos una entre las dos hojas preimpregnadas (2).
2. Un procedimiento de acuerdo
con la reivindicación 1, en el que las hojas menos impregnadas (4)
son llenadas con resina durante el endurecimiento.
3. Un procedimiento de acuerdo
con la reivindicación 1, en el que cada hoja preimpregnada (2) de
una pila (1) es ligeramente rotada en relación con la hoja
precedente de forma que las direcciones de las fibras de dos hojas
adyacentes no coincidan.
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