ES2288208T3 - Dispositivo para la realizacion de estructuras de materiales compuestos. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo (1) de impregnación de fibras con resina para la realización de estructuras de materiales compuestos, incluyendo un cajón hueco (2) provisto de una toma de aspiración (3) de la resina situada bajo un elemento perforado (4) contando éste con una superficie inferior (4b), así como con una superficie superior (4a) y está preparado para apoyarse sobre dicho cajón hueco (2) por medio de la superficie inferior (4b), incluyendo además dicho dispositivo (1) unos medios (6) que recubren el conjunto (5) de las capas de fibras y forman una cámara estanca con dicho cajón hueco (2), caracterizado porque la superficie de contacto entre la toma de aspiración (3) y la cara inferior (4b) del elemento perforado (4), situado enfrente del conjunto (5) formado por las capas de fibras (5a), es al menos igual a la superficie de proyección del conjunto (5) formado por dichas capas de fibras (5a) sobre esta misma cara inferior (4b) de dicho elemento perforado (4) y porque el elemento perforado (4) estápreparado para soportar sobre su parte superior (4a) un conjunto (5) constituido por una o varias capas (5a) de fibras apiladas unas sobre otras y destinadas a formar una estructura de materiales compuestos, y porque los medios (6) que recubren el conjunto (5) de las capas de fibras incluyen unos medios de admisión (7) de la resina.
Description
Dispositivo para la realización de estructuras
de materiales compuestos.
El sector técnico de la presente invención
corresponde a unos dispositivos de impregnación de fibras con resina
para la realización de estructuras de materiales compuestos. Más
particularmente, el ámbito al que pertenece la presente invención
se refiere a unos dispositivos que permiten la realización de
estructuras muy gruesas, en forma de piezas cuyo grosor es superior
a 60 mm.
En este ámbito ya se han propuesto varias
realizaciones.
Son conocidas las patentes US4.902.215 y
US5.439.635 que describen dispositivos y procedimientos relativos a
la realización de estructuras de materiales compuestos que utilizan
una depresión para hacer que la resina penetre en el interior de
las fibras que se han de impregnar. La resina es inyectada entonces
en el dispositivo, a continuación es aspirada de forma que permita
realizar un hueco en el interior de la cámara en la que se
encuentran las capas de
fibras.
fibras.
Sin embargo, podemos advertir que las tomas de
aspiración tal como se describen en estos documentos, se sitúan en
la periferia de la pieza que se ha de impregnar; la aspiración se
efectúa entonces por medio de varios canales laterales de sección
estrecha.
Es igualmente conocido por el documento
EP0841145, conforme al preámbulo de la reivindicación 1, un
procedimiento según el cual la pieza que se ha de impregnar está
colocada en el fondo de un molde, recubierta de resina, después de
una película impermeable, y a continuación el molde es sometido a
vacío.
El mayor inconveniente de estas disposiciones es
que el flujo de la resina está poco controlado y la depresión
creada en el interior de la cámara no es homogénea. Además, para
obtener un frente de progresión regular de la resina, las
realizaciones propuestas en la técnica anterior necesitan la
utilización de medios de distribución de la resina a la vez sobre
la parte superior del conjunto que se ha de impregnar, así como bajo
la parte inferior de este último. Estos elementos añadidos tienen
como función repartir correctamente la resina según un plan
paralelo al de las diferentes capas, con el fin de evitar una
impregnación irregular de las fibras provocada por la disposición
periférica de los canales de aspiración.
El objetivo de la presente invención consiste,
por tanto, en permitir la realización de un dispositivo simple de
impregnación de fibras con resina para crear una estructura de
materiales compuestos que permita asegurar un frente de migración
de la resina regular y paralela a las diferentes capas de fibras que
se han de impregnar, sin tener que recurrir a medios de
distribución de la resina para asegurar la depresión homogénea en el
interior de la cámara donde se encuentran estas diferentes capas de
fibras.
Para ello, la presente invención tiene por
objeto un dispositivo de impregnación de fibras con resina para la
realización de estructuras de materiales compuestos, particularmente
en forma de estructuras gruesas, incluyendo un cajón hueco provisto
de una toma de aspiración de la resina que está situada bajo un
elemento perforado en forma de rejilla, constando éste de una
superficie inferior así como de una superficie superior y estando
preparado para apoyarse sobre el mencionado cajón hueco por medio de
la superficie inferior, incluyendo dicho dispositivo además unos
medios en forma de depósito, recubriendo estos el conjunto de fibras
y formando una cámara estanca con el mencionado cajón hueco. La
superficie de contacto entre la toma de aspiración y la cara
inferior del elemento perforado, situado enfrente del conjunto
formado por las capas de fibras es al menos igual a la superficie
de proyección del conjunto formado por las mencionadas capas de
fibras en esta misma cara inferior de dicho elemento perforado, el
elemento perforado está preparado para soportar sobre su cara
superior un conjunto formado por una o varias capas de fibras
apiladas unas sobre otras y destinadas a formar una estructura de
materiales compuestos, y los medios que recubren el conjunto de
capas de fibras incluyen unos medios de admisión de la resina.
Este dispositivo presenta la ventaja de que
tiene un control perfecto de la migración de la resina, sin tener
por ello que recurrir a medios de distribución de la resina. Por
medio de estrategias acertadas a nivel del diferencial de presión y
de las características reológicas de la resina empleada, otra
ventaja de la presente invención es que puede, con ayuda del
dispositivo según la presente invención, obtener una excelente
impregnación para las piezas cuyo grosor puede superar los 60
mm.
Ventajosamente, el dispositivo utiliza medios en
forma de rejilla, permitiendo estos desempeñar una función de
aspiración, pero igualmente una función de moldeo gracias a la
posibilidad de realizar una forma a elegir de la cara superior de
los medios en forma de rejilla. Se puede, por tanto, utilizar
multitud de rejillas con perfiles diferentes que darán lugar a
otras tantas estructuras híbridas de formas diferentes.
Otras características y ventajas de la presente
invención aparecerán, en la descripción detallada, no limitativa, a
continuación.
\newpage
Esta descripción se realizará respecto a los
dibujos anexos en los cuales:
la figura 1 representa esquemáticamente una
vista transversal longitudinal del dispositivo de impregnación
según la presente invención, al final de la fase de aspiración;
la figura 2 representa el detalle A de la
figura 1.
En lo referente a las figuras 1 y 2, se observa
un dispositivo de impregnación de fibras con resina para la
realización de estructuras de materiales compuestos. Este
dispositivo se aplica a todo tipo de estructuras de geometrías
diferentes, particularmente a las estructuras cuyo grosor supera los
60 mm.
Este dispositivo está compuesto en primer lugar
por una base consistente en una cajón hueco 2 que puede reforzarse
en caso necesario debido al tamaño de la pieza. En su parte
inferior, dispone de una toma de aspiración 3 con la cual la
estanqueidad realizada es perfecta. Esta estanqueidad podrá
reforzarse particularmente con ayuda de una junta elastomérica 12.
Este cajón hueco 2 está cerrado en su parte alta por un elemento
perforado en forma de rejilla 4, teniendo esta rejilla una cara
superior 4a y una cara inferior 4b; se apoya entonces sobre el
cajón hueco 2 por medio de su cara inferior 4b. El elemento
perforado 4 puede así materializarse bajo diferentes aspectos como
un enrejado rígido o también una placa metálica perforada; si por
razones de restricciones mecánicas el elemento perforado 4 necesita
ser reforzado, entonces el refuerzo podrá igualmente apoyarse sobre
el cajón hueco 2. Este refuerzo deberá tener en cuenta tanto la masa
de cada uno de los componentes como la rejilla o estructura híbrida
que se ha de realizar, pero igualmente los parámetros de la
depresión creada para provocar la migración de la resina.
En la cara superior 4a de la rejilla 4 se apoya
un conjunto 5 constituido por diferentes capas de fibras 5a,
destinadas a ser impregnadas de resina para formar la estructura
híbrida. Estos pliegues secos depositados en la rejilla 4
constituyen por tanto la preforma del compuesto que se ha de
realizar. Preferentemente, es deseable que estos pliegues sean
recortados previamente de forma regular y no de manera anárquica,
teniendo esto como principal objetivo evitar la creación preferente
de canales periféricos de migración de la resina.
Unos medios en forma de depósito 6 recubren
entonces el conjunto 5 y forman una cámara estanca con el cajón
hueco 2. Este depósito 6 podrá permitir a la vez la puesta al vacío
de la cámara en la cual se encuentra la estructura a impregnar,
pero también la admisión de la resina. La fijación del depósito 6 a
la caja 2 se establece de manera preferente por medio de un tubo de
fijación 11; esta fijación del depósito por aspiración periférica
no es indispensable o podría sustituirse perfectamente por cualquier
junta adhesiva, o bien por una fijación mecánica estanca. Hay que
señalar que un aspecto no despreciable del dispositivo es que
gestiona en la periferia de la rejilla un ámbito técnico lo
suficientemente grande como para que la resina no alcance el canal
de fijación 11 del depósito 6. Este ámbito técnico debe constituir
un freno a la migración de la resina ya sea empleando materiales
difícilmente permeables, o bien provocando una convergencia.
El depósito 6 incluye en su parte que recubre la
parte superior del conjunto 5 unos medios de admisión de la resina
7. La admisión de esta resina puede realizarse por medio de una
canalización con obturador, que se sumerge en un recipiente de
resina catalizada. El éxito de la impregnación está en efecto
condicionado por el hecho de que en ningún momento el aire puede
ser admitido en la cámara estanca donde se encuentran las capas de
fibras que se han de impregnar. Se podrá entonces controlar que el
recipiente origen recubra ampliamente la entrada en el tubo de
alimentación. Preferiblemente, el depósito 6 incluye, como se puede
ver en la figura 2, unos medios de distribución de la resina en
forma de cuña de madera, permitiendo estos una distribución más
regular de la resina sobre la parte superior del conjunto 5 formado
por las diferentes capas de fibras 5a. Una descripción más
detallada de estas cuñas de madera se encuentra en el documento W.H.
SEEMAN US5.439.635. Una alternativa puede consistir en disponer de
un depósito liso que permita asegurar la función de estanqueidad, y
de un material de drenaje colocado entre el depósito y los tejidos
secos (preforma fibrosa).
En el dispositivo 1 según la invención, la toma
de aspiración 3 se sitúa enfrente del conjunto 5 de las capas de
fibra 5a, estando estos dos elementos separados por medio de la
rejilla 4. La superficie de contacto entre la toma de aspiración 3
y la cara inferior 4b de la rejilla 4 es al menos casi igual a la
superficie de proyección del conjunto 5 sobre esta cara superior 4a
de la rejilla 4. Dicho de otro modo, la toma de aspiración 3 está
realizada de forma que su superficie al nivel de la rejilla 4 sea lo
suficientemente importante como para aplicar una depresión
perfectamente homogénea en todos los puntos de la pieza. Por
ejemplo, esto se traduce entonces, para un compuesto de forma
paralelepipédica, como una superficie de la sección de la toma de
aspiración que sea como mínimo igual a la superficie de la sección
transversal de la estructura híbrida. Hay que señalar que la
sección de la toma de aspiración es de superficie constante sobre
una longitud bastante importante que puede superar el grosor de la
preforma.
Según una forma de realización preferente de la
presente invención, una película separadora 8 en forma de tejido de
arranque puede interponerse entre la cara superior 4a de la rejilla
4 y el conjunto formado 5 por las capas de tejido. Esta adjunción
no es necesaria para la realización de la estructura en sí misma,
pero tiene por objeto facilitar ampliamente la limpieza de la
rejilla 4. Una fina capa de reserva de resina 14 aparece entonces,
durante la fase de aspiración de esta última, entre la rejilla 4 y
la película 8. De la misma forma, puede utilizarse igualmente una
segunda película separadora 9 entre la cara superior del conjunto 5
y los medios en forma de depósito 6; obsérvese que tras la
iniciación de la admisión de la resina, una segunda reserva de
resina 13 aparece en forma de una fina capa que se sitúa entre la
película separadora 9 y el depósito 6.
De manera preferente, el dispositivo 1 según la
presente invención incluye una rejilla 4 que permite desempeñar una
doble función; se trata de la aspiración de la resina gracias a las
diferentes perforaciones de la rejilla, así como del moldeado de la
pieza híbrida. En efecto, el hecho de realizar una forma particular
sobre la cara superior 4a de la rejilla 4, permite obtener la forma
complementaria a la de la rejilla sobre la cara del conjunto 5 en
contacto con esta misma rejilla 4. Hay que señalar que la rejilla 4
se apoya en un contenedor (no representado) conectado a una bomba,
estando este contenedor concebido de forma que puedan adaptarse
diferentes geometrías de rejillas, permitiendo así la realización
de otras tantas geometrías de piezas.
El funcionamiento del dispositivo según la
presente invención es el siguiente:
En primer lugar se procede al posicionamiento de
la rejilla 4 sobre el cajón hueco 2, verificando simultáneamente la
estanqueidad de la junta elastomérica 12 (en caso de su presencia
eventual). A continuación, se aplica la película separadora 8 de
arranque. Se instalan después las diferentes capas de tejido 5a
colocándolas con rigor para evitar los efectos de bordes que pueden
sobrevenir tras una mala manipulación de las fibras.
Hay que señalar que, en el caso de una
estructura sándwich o de posicionamiento de inserciones, se puede
realizar una perforación a través del ánima o a través de la
inserción para favorecer la migración del flujo de resina de una
parte a la otra del obstáculo.
Una vez realizadas las siguientes etapas, se
instalan la película separadora 9, así como el depósito 6, a
continuación se efectúa la puesta al vacío de este último. Habiendo
iniciado la admisión de la resina, se realiza un control de la
impregnación haciendo variar la depresión practicada en la cámara.
Finalmente, es importante mencionar que es preferible realizar un
mantenimiento de la compactación durante la fase gel.
Este concepto de molde/rejilla arriba descrito
puede aplicarse igualmente al moldeo por proyección de resina, por
proyección simultánea de fibras/resina o también a la centrifugación
(rotor moldeo).
Por supuesto, los expertos pueden aportar
diversas modificaciones al dispositivo de impregnación descrito más
arriba, únicamente a título de ejemplo no limitativo, sin salir del
marco de protección definido por las reivindicaciones anexas.
Claims (10)
1. Dispositivo (1) de impregnación de fibras con
resina para la realización de estructuras de materiales compuestos,
incluyendo un cajón hueco (2) provisto de una toma de aspiración (3)
de la resina situada bajo un elemento perforado (4) contando éste
con una superficie inferior (4b), así como con una superficie
superior (4a) y está preparado para apoyarse sobre dicho cajón
hueco (2) por medio de la superficie inferior (4b), incluyendo
además dicho dispositivo (1) unos medios (6) que recubren el
conjunto (5) de las capas de fibras y forman una cámara estanca con
dicho cajón hueco (2), caracterizado porque la superficie de
contacto entre la toma de aspiración (3) y la cara inferior (4b)
del elemento perforado (4), situado enfrente del conjunto (5)
formado por las capas de fibras (5a), es al menos igual a la
superficie de proyección del conjunto (5) formado por dichas capas
de fibras (5a) sobre esta misma cara inferior (4b) de dicho elemento
perforado (4) y porque el elemento perforado (4) está preparado
para soportar sobre su parte superior (4a) un conjunto (5)
constituido por una o varias capas (5a) de fibras apiladas unas
sobre otras y destinadas a formar una estructura de materiales
compuestos, y porque los medios (6) que recubren el conjunto (5) de
las capas de fibras incluyen unos medios de admisión (7) de la
resina.
2. Dispositivo (1) de impregnación de fibras con
resina para la realización de estructuras de materiales compuestos
según la reivindicación 1, en el cual la cara superior (4a) del
elemento perforado (4) tiene una forma complementaria a la de la
pieza que se ha de realizar.
3. Dispositivo (1) de impregnación de fibras con
resina para la realización de estructuras de materiales compuestos
según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el cual una
película separadora (8) está situada entre la cara superior (4a)
del elemento perforado (4) y el conjunto (5) de capas de fibras
(5a).
4. Dispositivo (1) de impregnación de fibras con
resina para la realización de estructuras de materiales compuestos
según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual
una película separadora (9) está situada entre el conjunto (5) de
capas de fibras (5a) y los medios (6) que recubren el conjunto de
las capas de fibras.
5. Dispositivo (1) de impregnación de fibras con
resina para la realización de estructuras de materiales compuestos
según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual
el elemento perforado (4) incluye un refuerzo preparado para
apoyarse sobre el cajón hueco (2).
6. Dispositivo (1) de impregnación de fibras con
resina para la realización de estructuras de materiales compuestos
según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual
el elemento perforado (4) es una placa metálica perforada o un
enrejado rígido.
7. Dispositivo (1) de impregnación de fibras con
resina para la realización de estructuras de materiales compuestos
según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual
la estanqueidad entre el cajón hueco (2) y la toma de aspiración
(3), al nivel de la parte inferior de dicho cajón hueco (2) está
realizada por medio de una junta elastomérica.
8. Dispositivo (1) de impregnación de fibras con
resina para la realización de estructuras de materiales compuestos
según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual
los medios (6) que recubren el conjunto de las capas de fibras
incluyen en la parte que recubre la cara superior del conjunto (5),
unos medios de distribución de la resina (10).
9. Dispositivo (1) de impregnación de fibras con
resina para la realización de estructuras de materiales compuestos
según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual
los medios (6) que recubren el conjunto de las capas de fibras
están constituidos por un depósito y la fijación del depósito (6)
por aspiración se efectúa con ayuda de un tubo (11) de
fijación.
10. Dispositivo (1) de impregnación de fibras
con resina para la realización de estructuras de materiales
compuestos según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
en el cual la admisión de la resina se efectúa por medio de una
canalización de resina catalizada.
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