ES2298632T5 - Preforma y método de preparación de una preforma - Google Patents

Description

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DESCRIPCION

Preforma y método de preparación de una preforma Campo técnico de la invención

La invención se refiere a materiales compuestos reforzados con fibras. En particular, la invención se refiere a un material semielaborado que comprende una resina y varias capas de haces de fibras.

Antecedentes de la invención

En la técnica anterior son conocidas preformas que comprenden resina y fibras.

La patente de US 6.139.942 describe una preforma con una pila de tela parcialmente impregnada y tela no impregnada. Las capas de esta pila pueden deslizarse antes del curado y, por tanto, pueden ser difíciles de manipular. Para evitar esto, se sugiere usar un pespunte con pliegues transversales, sin embargo, este procedimiento es tedioso y puede introducir restricciones no deseadas en la forma de la pila durante el curado.

La patente EP 0 475 883 también describe una preforma con diversas capas de fibras orientadas. Sin embargo, la preforma requiere la infusión de una resina para el curado, lo que puede resultar laborioso y evitar hasta cierto punto la reorganización de las fibras y de la resina durante el curado.

El documento WO 02/090089 describe un material de moldeo que tiene una estructura de ventilación en las capas de resina, por otro lado, continuas. La estructura de ventilación se diseña de modo que permita que se elimine el gas del material de moldeo durante el procesamiento en el plano de la resina y/o en el plano del material de refuerzo. A medida que aumenta el plano de base del material de moldeo, esto se convertirá en una forma aún menos segura de eliminar el gas del material de moldeo debido al aumento del riesgo de obstrucciones durante el procesamiento.

El documento FR 2794400 se refiere a un método de fabricación de un material compuesto, según los respectivos preámbulos de las reivindicaciones 1 y 20, a partir de láminas fibrosas. El material inicial tiene fibras preimpregnadas, es decir, láminas textiles de fibras impregnadas. Las láminas se apilan y tejen conjuntamente, tras lo cual la pila se envuelve en una capa superficial.

Objetos de la invención

Es el objeto de la invención proporcionar una preforma que pueda usarse para fabricar materiales compuestos reforzados y que posea buena reproductibilidad, baja porosidad y buenas propiedades físicas.

Es un objeto adicional de la invención proporcionar una preforma y un método de producción de una preforma que se pueda adaptar al procesamiento automatizado.

Descripción de la invención

Los objetos anteriores y otros se realizan mediante la invención de acuerdo con la reivindicación 1 y como se describe y explica en las figuras, realizaciones preferidas y reivindicaciones.

Una preforma es un material compuesto que comprende fibras y, a menos que se especifique lo contrario, una resina no curada. Las fibras se proporcionan en capas de haces de fibras orientadas. Los haces de fibras presentan ventajas con respecto a las fibras preimpregnadas. Además, los haces de fibras tienen ventajas con respecto a las fibras preimpregnadas en que se pueden proporcionar a la preforma con mayor libertad, el precio es más bajo y, además, la cantidad de residuos puede ser menor. La invención proporciona una preforma que comprende una resina y al menos dos capas de haces de fibras orientadas, sin embargo, la ventaja de utilizar una preforma o un método según la presente invención aumentará si aumenta el número de capas de haces de fibras orientadas. Por tanto, la preforma comprende preferiblemente al menos tres capas de haces de fibras orientadas. Dentro del ámbito de aplicación de la invención, puede utilizarse un número mayor de capas tal como, por ejemplo, 4, 5, 8, 10, 15, 20, 50, 100 o más capas.

Además de las fibras y de la resina, una preforma de acuerdo con la invención puede contener, por ejemplo, uno o más materiales de carga (por ejemplo, un material inerte barato) y/o disolventes y/o diluyentes y/o agentes reológicos y/o un agente para ajustar la viscosidad.

Las capas de fibras orientadas son haces de fibras opuestas a las fibras preimpregnadas, ya que esto proporciona un grado más elevado de libertad de diseño y permite una menor viscosidad y movilidad de las fibras durante el procesamiento posterior de una preforma, por ejemplo, en la preconsolidación o curado. Además, las preformas preparadas a partir de haces de fibras tienen ventajas con respecto a las preformas preparadas a partir de fibras preimpregnadas ya que el coste de producción es menor, así como, normalmente, la cantidad de residuos. Los

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haces de fibras son manojos de un número elevado de fibras individuales, por ejemplo, miles, decenas de miles o cientos de miles de fibras.

Se puede conjeturar que la resistencia de un material compuesto depende, entre otros aspectos, de la resistencia de la interfaz entre las fibras y el material de la matriz (es decir, la resina curada). Conforme aumenta la rigidez de la fibra, también aumenta la sensibilidad a la resistencia de la interfaz. La presencia de porosidad puede debilitar la interfaz, pero el efecto real de la porosidad depende, por ejemplo, de la colocación y el tamaño de los poros. En general, cuanto más grandes sean los poros y mayor sea la cantidad de ellos, peor. Otro aspecto es el humedecimiento de las fibras. La dificultad para obtener un buen humedecimiento de las fibras aumenta conforme disminuye el diámetro de estas. Los procedimientos y productos de la presente invención son especialmente ventajosos para preformas que comprenden fibras finas y rígidas tales como, por ejemplo, fibras de carbono, sin embargo, estos procedimientos y productos también son superiores a los de la técnica anterior cuando se usan otros tipos de fibras como refuerzo tales como, por ejemplo, fibras de vidrio, fibras de aramida, fibras sintéticas (por ejemplo, fibras acrílicas, de poliéster, PAN, PET, PE, PP o PBO), biofibras (por ejemplo, fibras de cáñamo, yute, celulosa, etc.), fibras minerales (por ejemplo, Rockwool®), fibras metálicas (por ejemplo, acero, aluminio, latón, cobre, etc.) o fibras de boro.

De manera tradicional, el gas incluido en la preforma previamente y durante el curado se eliminaba normalmente siguiendo la dirección de las fibras, es decir, en el plano de una capa de resina. Por tanto, cuanto mayor sea la estructura, más tendrá que desplazarse el gas para salir de la misma. Por tanto, el riesgo de que el gas quede atrapado dentro de la estructura curada aumenta con el tamaño de esta. Parece que el problema del gas atrapado es especialmente evidente cuando el refuerzo está compuesto de fibras unidireccionales. Puede suponerse que esto es debido al empaquetamiento tan estrecho de las fibras, lo que puede producirse en algunas áreas de un material compuesto reforzado con fibras unidireccionales. Sin embargo, los problemas referentes al gas atrapado también pueden presentarse en otros tipos de orientaciones de fibra, por ejemplo, orientaciones biaxiales o aleatorias, y la idea inventiva de la presente invención supone, por tanto, una ventaja para cualquier tipo de orientación de fibra, incluso aunque la ventaja sea mayor cuando se utiliza una orientación de fibra unidireccional.

En este documento, por gas se entiende aire atmosférico atrapado, así como productos gaseosos, subproductos y materiales de partida relacionados con el procedimiento de preparación.

Las fibras pueden ser una mezcla de más de un tipo de fibras. Por ejemplo, puede usarse una combinación de fibras de vidrio y fibras de carbono, aunque es posible cualquier combinación de dos o más de los tipos de fibras mencionadas en este documento. La mezcla puede ser homogénea, con concentraciones diferentes en capas de fibras individuales o con concentraciones diferentes de fibras dentro de cualquier capa de fibras. La mezcla de fibras puede ser ventajosa, ya que abre la posibilidad de adaptar las propiedades del material, por ejemplo, desde una perspectiva combinada de resistencia/coste, o pueden proporcionarse partes de una preforma especialmente adecuadas para la conexión con otros materiales. Sin embargo, en una realización preferida, las fibras son principal o exclusivamente fibras de carbono.

A partir de ahora en este documento, por fibras de carbono se entiende fibras en las que el componente principal es el carbono. Por tanto, según esta definición, las fibras de carbono comprenden fibras con grafito, carbono amorfo o nanotubos de carbono. Por tanto, esta definición comprende fibras de carbono producidas, por ejemplo, mediante una ruta de poliacrilonitrilo y una ruta basada en alquitrán.

A partir de ahora en este documento, por fibras se entiende, partículas que tienen una relación de aspecto (longitud/diámetro equivalente) de más de 10. Por diámetro equivalente se entiende el diámetro de un círculo que tiene la misma área que el área de la sección transversal de la partícula. Sin embargo, en una realización preferida, las fibras son fibras continuas, es decir, fibras que, sustancialmente, van de un extremo a otro de una preforma.

Se utiliza una resina termoendurecible por razones de estabilidad química y térmica, así como porque es fácil de procesar. También se prefiere que la resina sea una resina basada en epoxi o poliéster, más preferiblemente, una resina basada en epoxi. La resina puede comprender más de un sistema de resina. Puede ser una ventaja utilizar más de un sistema de resina para que puedan optimizarse las propiedades de la resina para las etapas posteriores del procesamiento, por ejemplo, con respecto a la viscosidad y sincronización/control del procedimiento de curado. Estos sistemas pueden estar basados o no en el mismo tipo de resina, sin embargo, se prefiere que estos sistemas estén basados en el mismo tipo de resina, por ejemplo, sistemas basados en dos o más epoxi. En otra realización preferida, los tipos de resina difieren, pero las resinas son compatibles.

El método de acuerdo con la invención se adapta a un procesamiento automatizado. Por ejemplo, las capas de haces de fibras orientadas, el adhesivo y la resina pueden distribuirse de manera ventajosa mediante un robot. La automatización se facilita mediante, al menos, una inmovilización parcial de fibras mediante el uso de un adhesivo, lo que evitará o, al menos, reducirá en gran medida la alteración en las capas de los haces de fibras orientadas. Cuando el adhesivo solo se aplica a áreas seleccionadas del plano de base de la preforma, se ahorra tiempo adicional, en comparación con la distribución de resina sobre el plano de base completo.

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Los sistemas de resina pueden contener componentes que pueden ser irritantes o dañinos cuando entran en contacto con la piel desnuda, si se ingieren o inhalan. Por tanto, es muy deseable evitar el contacto directo. Puesto que los productos y procedimientos de acuerdo con la invención son especialmente adecuados para la automatización, los productos y procedimientos de acuerdo con la invención representan una mejora significativa para el ambiente de trabajo.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 muestra una vista en sección transversal esquemática de una preforma.

La figura 2 muestra una vista esquemática de planos de base geométricos y orientaciones de fibras preferidos en

una preforma.

La figura 3 muestra una vista esquemática de configuraciones preferidas de una capa de resina.

La figura 4 muestra una vista esquemática de configuraciones preferidas de un adhesivo.

La figura 5 muestra ejemplos de preformas con partes estrechadas.

La figura 6 muestra una vista esquemática de un método preferido de preparación de una resina.

La figura 7 muestra un ejemplo de una preforma que tiene partes estrechadas preparadas a partir de capas de

fibras que tienen sustancialmente el mismo tamaño.

La figura 8 muestra un ejemplo de una preforma mejorada para el acoplamiento de dos elementos de materiales

compuestos que comprenden dos tipos diferentes de fibras de refuerzo.

Descripción de los dibujos

En la figura 1 se muestra un ejemplo de una vista en sección esquemática de una preforma que indica un ejemplo del orden de los componentes. En una preforma real, la distancia entre las capas sería mucho menor y la resina y el adhesivo normalmente estarían parcialmente absorbidos en las capas de fibras. Se proporcionan capas de fibras orientadas 2 con tiras de adhesivo 6 (véase la figura 4) formando ángulo (en este caso aproximadamente ortogonal) con las capas de haces de fibras orientadas 2. También se proporcionan dos capas de resina 4. La resina 4 se distribuye en varias líneas (véase la figura 3) formando ángulo (en este caso aproximadamente ortogonal) con las capas de haces de fibras orientadas 2. Por tanto, la resina se distribuye en una capa no continua para permitir que el gas escape de la preforma ortogonalmente a la dirección de los haces de fibras.

En la figura 1, se proporciona la resina entre dos capas de haces de fibras. Esta es la colocación preferida de la resina y, cuando se utiliza esta colocación, es muy conveniente que la resina se distribuya en capas no continuas. Sin embargo, la resina también puede proporcionarse en contacto solo con una capa de haces de fibras, es decir, en la parte superior o inferior de la preforma. En este caso, es preferible proporcionar la resina en la parte inferior de la preforma y la resina puede proporcionarse como una capa continua, ya que el gas normalmente no tendrá que escapar a través de la capa de resina. En una realización preferida, la resina solo se proporciona en la parte superior y/o inferior de la preforma, es decir, solo se proporciona adhesivo entre las capas de fibras. En otra realización preferida, la resina solo se proporciona en la parte inferior de la preforma, es decir, entre las capas de fibras solo se proporciona adhesivo.

El adhesivo 6 debería inmovilizar, al menos parcialmente, las fibras que se proporcionan por encima del adhesivo. El adhesivo puede ser cualquier tipo de adhesivo, sin embargo, el adhesivo debería ser compatible con la resina, preferiblemente, el adhesivo es un adhesivo de tipo resina y relacionado con la resina de la preforma, en el sentido de que comprende el mismo tipo de sustancia química. Por ejemplo, el adhesivo puede comprender al menos uno de los componentes de la resina (por ejemplo, un componente epoxi común). Una manera de garantizar la compatibilidad entre la resina y el adhesivo es utilizar sustancialmente la misma composición. En una realización preferida, la composición del adhesivo es igual a la composición del adhesivo. Está dentro del alcance de la invención utilizar más de un adhesivo en una preforma. Por ejemplo, algunas partes de adhesivo pueden tener la misma composición que la resina, mientras que otras partes pueden tener una composición diferente.

En la figura 2 se muestran ejemplos de realizaciones preferidas de planos de base geométricos 10 de preformas. Las líneas 2 indican la orientación u orientaciones principales de las fibras de una capa de fibras. Cada capa de fibras comprende típicamente un número grande (por ejemplo, varios millones) de fibras orientadas en las orientaciones principales y, opcionalmente, en otras orientaciones. Un experto en la técnica será capaz de obtener otros planos de base geométricos sin apartarse de la idea inventiva de la invención. La figura 2A muestra una preforma rectangular, que puede ser especialmente adecuada para estructuras planas o cilíndricas. Las figuras 2B a 2F muestran preformas con planos de base sustancialmente trapezoidales. Los ángulos a y p pueden ser iguales o diferentes, sin embargo, se prefiere que estos ángulos sean sustancialmente iguales, puesto que la preforma puede

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utilizarse entonces para la producción de, por ejemplo, estructuras cónicas.

La relación de la distancia entre los lados paralelos y la longitud de cualquiera de los lados paralelos es, preferiblemente, de al menos 3 y, más preferiblemente, de al menos 5, puesto que tales preformas son especialmente útiles para la producción de estructuras alargadas ligeramente cónicas, similares a mástiles de palas de turbinas eólicas. El plano de base de la figura 2F tiene una relación de aproximadamente 6.

La figura 2G muestra una preforma con un plano de base triangular. Una vez más, se prefiere que los ángulos a y p sean sustancialmente iguales. Esta preforma puede ser especialmente útil para reforzar una estructura con un canto relativamente afilado. La preforma de la figura 2H tiene un plano de base cuadrangular más irregular. Estos planos de base cuadrangulares pueden tener o no uno o más ángulos de 90°.

En la figura 2I se muestra un ejemplo de una capa que tienen dos orientaciones principales de fibras. Aquí, las fibras se orientan principalmente en paralelo a los bordes más largos, sin embargo, son posibles otras orientaciones, así como más de dos orientaciones principales. La figura 2J muestra un ejemplo de una capa que tiene fibras que no están rectas. Las fibras se orientan preferiblemente para optimizar la estructura final (tras el conformado y el curado) con respecto a la resistencia y/o a otras propiedades.

Las fibras 2 pueden proporcionarse en cualquier orientación deseada tal como, por ejemplo, unidireccional, biaxial o aleatoria. Sin embargo, las fibras deben orientarse para reforzar áreas de la estructura final, las cuales se expondrán a una tensión mayor durante su servicio. Normalmente, esto puede realizarse orientando las fibras principalmente de forma unidireccional y, sustancialmente, en paralelo u ortogonalmente a un borde de la preforma. En las figuras 2A, C, D, H e I, las fibras se colocan sustancialmente en paralelo a al menos un borde de la preforma y en las figuras 2A, B, E, F, G y H, los haces de fibras se colocan sustancialmente ortogonales a al menos un borde de la preforma. Si el plano de base tiene dos lados paralelos y la relación de la distancia entre los lados paralelos y la longitud de cualquiera de los lados paralelos es muy grande, es decir >5, entonces, las fibras unidireccionales colocadas entre los dos lados paralelos pueden considerarse como sustancialmente en paralelo a los bordes más largos (véase, por ejemplo, la figura 2F). Un experto en la materia puede proporcionar otras formas de orientar las fibras sin apartarse de la idea inventiva de la invención.

La orientación de las fibras puede ser o no la misma en todas las capas de fibras; sin embargo, de acuerdo con la invención, las fibras se orientan sustancialmente de la misma forma en todas las capas de fibras. Cuando se orienten una o más capas de fibras en dirección distinta a otras capas puede ser, por ejemplo, porque el análisis de tensión sugiera la colocación de una fibra multiaxial, pero la colocación de fibras unidireccionales es favorable por razones de fabricación.

Otra forma de reforzar el área de la estructura final, que se verá expuesta a una tensión más elevada durante el servicio, es aumentar la cantidad de fibras en estas áreas. Un ejemplo de esto se muestra en la figura 2E, en la que el área próxima a la parte central de la preforma tiene una mayor cantidad de haces de fibras que las partes externas de la preforma.

La resina se proporciona para formar una o varias capas no continuas, incluso aunque esto no sea un requisito para las capas de resina en las que el gas no podrá escapar durante la consolidación y/o curado posterior de la preforma. La resina puede adherirse a y/o inmovilizar, al menos parcialmente, fibras de una o más capas. Las aplicaciones puntuales específicas pueden formarse, por ejemplo, a partir de una resina proporcionada en forma líquida. También puede proporcionarse una resina liquida a modo de una o varias líneas, que pueden seguir un patrón orientado, un patrón aleatorio o un patrón combinado. En la figura 3A se muestra un ejemplo de un patrón orientado, en el que la resina se distribuye como líneas de resina 4a, ortogonales a una orientación principal de la fibra. Como alternativa a la distribución mostrada en la figura 3A, la resina puede proporcionarse parcialmente sobre el borde, es decir, la parte curva de la tira puede salirse del plano de base para proporcionar incluso mayor densidad de resina. Sin embargo, esto dará lugar a un residuo no deseado y debería omitirse, por ejemplo, controlando el flujo de la resina durante la aplicación. En la figura 3C se muestra un ejemplo de patrón aleatorio, en el que una resina se distribuye en forma de líneas rizadas. En la figura 3D se muestra una aproximación diferente a la capa no continua de resina, en la que se proporciona una lámina de resina 4d que tiene varios orificios pasantes 12. Como resulta obvio de estos ejemplos de patrones de resina, un experto en la técnica será capaz de proporcionar otros patrones sin apartarse de la idea inventiva de la invención.

El adhesivo 6 puede proporcionarse, en principio, con patrones similares a los de la resina, sin embargo, se prefiere proporcionar un patrón menos denso al adhesivo para ahorrar tiempo. En la figura 4 se muestran algunas realizaciones preferidas de la distribución del adhesivo. Es importante no olvidar que la finalidad del adhesivo es asegurar que las fibras estén al menos parcialmente inmovilizadas para facilitar el tendido de fibras. Además, el adhesivo a menudo aumentará la resistencia mecánica y, por tanto, la manejabilidad de una preforma no consolidada y no curada mediante la fijación entre sí, al menos parcialmente, de capas adyacentes de fibras. Una forma de facilitar el tendido de fibras es proporcionar una tira de adhesivo próxima o exactamente donde se inician las fibras durante el tendido de estas. En la figura 4A, la flecha 14 indica la dirección del tendido de fibras. Por tanto, las fibras se inician próximas al adhesivo 6a. Una manera preferida de asegurar una fijación relativamente buena de

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las fibras es proporcionar adhesivo 6b cerca de la terminación de las fibras. Si el adhesivo 6a y 6b no proporciona una fijación suficiente de las fibras, puede proporcionarse adhesivo adicional 6c. En la figura 4A, el adhesivo se proporciona en forma de tiras, sin embargo, también son posibles otras realizaciones, por ejemplo, en líneas punteadas, discontinuas o curvadas, etc. En algunos casos, la automatización puede favorecer un patrón de adhesivo, en el que el adhesivo se aplica como una línea continua, por ejemplo, un patrón en zigzag, como se muestra en la figura 4B. Este es un ejemplo de un patrón en el que el número de puntos de inicio y terminación del adhesivo se reduce en comparación con el patrón de la figura 4A. Un experto en la técnica apreciará la ventaja de proporcionar solo una cantidad limitada de adhesivo en comparación con una capa completa o casi completa de resina o con pespunte con pliegues transversales, especialmente con respecto al tiempo ahorrado durante el procesamiento y a la facilidad de automatización.

En algunas aplicaciones, se pretende utilizar la preforma para reforzar estructuras con una sección transversal no circular similar, por ejemplo, a un mástil que tiene una sección transversal sustancialmente rectangular, en la que la preforma debe doblarse alrededor de un borde relativamente afilado. En este caso, la orientación preferida de las fibras es aquella en la que la orientación principal de la fibra es paralela al borde, por ejemplo, en la dirección I-I de la figura 5. A continuación, puede resultar ventajoso dar una conformación tridimensional al menos a parte de la preforma para mejorar el conformado de la misma. Para obtener un resultado significativo de conformación tridimensional, la preforma normalmente debería comprender de preferencia al menos tres capas de haces de fibras orientadas, puesto que si la preforma está compuesta solo de dos capas, la preforma puede doblarse normalmente sin un conformado tridimensional de la preforma. Cuanto mayor sea el número de capas, mayor es el beneficio de la configuración tridimensional de la preforma. En una realización preferida, se proporciona una preforma con dos secciones estrechadas 22 hacia los bordes, sustancialmente paralelas a la orientación de la fibra, como se indica en la figura 5; sin embargo, un experto en la técnica puede obtener diferentes variaciones sin apartarse de la idea inventiva de la invención. Estas variaciones pueden, por ejemplo, utilizar una, tres u otro número de partes estrechadas, usando una o más etapas en lugar de partes estrechadas, colocando una parte estrechada lejos del borde, por ejemplo, cerca del centro, etc.

Por conformación tridimensional se entiende en este documento que el espesor (es decir, el número de capas o cantidad de fibras y/o resina) y/o la forma del plano de base se ajustan en una parte (por ejemplo, 20, 22) de la preforma con respeto al volumen total (por ejemplo, 24) de la preforma.

La conformación tridimensional también puede aplicarse para reducir la tensión interfacial entre una preforma y una estructura adyacente. Ejemplos de estas estructuras adyacentes son otras preformas y partes de estructuras más grandes, por ejemplo, la raíz de una pala de una turbina eólica. Típicamente, estas conformaciones tridimensionales implican la creación de un área de contacto grande ortogonal a la dirección principal de tensión en al menos un eje. La parte 20 de la figura 5 representa un ejemplo de una forma tridimensional para reducir la tensión interfacial entre la preforma y una estructura adyacente conectada. Como se observa a lo largo de la sección transversal I-I de la figura 5, una distancia mucho mayor que la distancia ortogonal separa las terminaciones de las capas de fibras de la sección estrechada 20 y, por tanto, esto hará que se reduzca la tensión interfacial.

Puede realizarse un plano de base o una conformación tridimensional en particular, por ejemplo, mediante la iniciación y/o terminación selectiva de haces de fibras durante el tendido de fibras.

La función principal del adhesivo es inmovilizar las fibras cuando se colocan sobre el adhesivo. Esto puede lograrse teniendo un adhesivo pegajoso, por lo que las fibras se adhieren al adhesivo pegajoso. El adhesivo puede ser cualquier material pegajoso o un sólido con una superficie pegajosa, y el adhesivo puede comprender, por ejemplo, poliéster, poliuretano, epoxi o compuestos similares o una combinación de estos. Está dentro del alcance de la invención utilizar cualquier material o combinación de materiales que tengan una superficie pegajosa, incluyendo materiales sólidos con superficies pegajosas. Puede usarse más de un tipo de adhesivo dentro de una preforma. Por ejemplo, está dentro del alcance de la invención utilizar la resina como adhesivo entre las capas de haces de fibras donde se proporciona una resina o se utiliza un segundo tipo de resina por debajo de la primera capa de haces de fibras.

La resina puede ser material líquido. La resina puede, por ejemplo, estar basada en poliéster insaturado, poliuretano, epoxi o compuestos químicos similares, incluyendo combinaciones de estos.

En una realización preferida de la invención, la resina es un líquido y ésta se introduce mediante moldeado por inyección de resinas (RTM, Resin Transfer Moulding) o moldeado por inyección de resinas al vacío (VARTm, Vacuum Assisted Resin Transfer Moulding) dentro de una entidad que comprende varias capas de haces de fibras orientadas que se inmovilizan previamente durante el tendido de fibras mediante un adhesivo.

La resina puede comprender más de un sistema, por ejemplo, la resina puede comprender dos sistemas o incluso más sistemas. Estos sistemas pueden ser cualquier combinación de tipos de sistemas iguales o diferentes, sin embargo, se prefiere que la resina comprenda dos sistemas sustancialmente basados en epoxi. En una realización preferida, dos sistemas basados en epoxi comprenden un componente común. El componente común puede ser, por ejemplo, un catalizador común, un componente amina común o un componente epoxi común, sin embargo, se

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prefiere que el componente común sea un componente epoxi. Una resina que comprende dos sistemas basados en epoxi con un componente epoxi común puede comprender un componente amina de un primer sistema basado en epoxi que reaccionará con el componente epoxi común a una primera temperatura relativamente baja, tal como, por ejemplo, por debajo de 50°C, preferiblemente aproximadamente igual a la temperatura ambiente. A esta primera temperatura, el segundo sistema basado en epoxi es preferiblemente no reactivo, o la reacción se produce a una velocidad muy baja. Puesto que la velocidad de reacción del segundo sistema basado en epoxi debe ser muy baja, se puede catalizar de forma ventajosa mediante un catalizador, que no es activo hasta que se activa. Esta activación puede darse, por ejemplo, mediante luz ultravioleta, adición de un compuesto o por calentamiento, sin embargo, se prefiere que el catalizador se active por calentamiento.

En una realización esbozada en la figura 6, una mezcla previa 36 comprende componentes amina 30a y 30b y un catalizador 32, 35 preferiblemente para catalizar el curado de un segundo sistema basado en epoxi. La mezcla previa debe ser una solución o una suspensión estable y, si la viscosidad es demasiado baja para evitar la precipitación de un componente sólido tal como, por ejemplo, un catalizador, puede añadirse una cantidad pequeña de un componente epoxi, preferiblemente un componente epoxi común de los sistemas. Típicamente, debería ser suficiente de 0,1 a 5 % en peso de epoxi para ajustar la viscosidad. La mezcla previa y el componente epoxi común deben mezclarse inmediatamente antes de la distribución de la resina 40. La resina puede calentarse para disminuir la viscosidad.

Las resinas que se utilizan según la presente invención pueden prepararse de la mayoría de las maneras tradicionales, familiares para un experto en la técnica, y la realización con respecto a la preparación de la resina que se muestra en la figura 6 debe considerarse como un ejemplo de cómo puede prepararse una resina. Esta realización no debería considerarse como una limitación del alcance de la invención.

Alternativamente, puede proporcionarse una forma tridimensional simple, tal como se muestra en la figura 7, en la que varios planos de base idénticos de las fibras orientadas 50 se colocan unos sobre otros, aunque ligeramente desplazados. Las líneas mostradas en los planos de base 50 no indican la orientación de los haces de fibras, sino que simplemente se incluyen para hacer que sea más fácil distinguir las diferentes capas cuando se combinan. En la sección central de la figura 7, las capas se colocan una sobre la anterior paso a paso formándose, por tanto, una preforma en la parte inferior de la figura 7, que tiene partes 52 con un número bajo de capas de fibras, partes 54 con un número intermedio de capas de fibras y una parte 56 con un número elevado de capas de fibras. Cuando se proporciona un número superior de capas, entonces las partes 52 y 54 pueden prepararse de modo que parezcan prácticamente estrechadas. Este método puede proporcionar simultáneamente una preforma que tenga dos, tres, cuatro o más partes estrechadas.

Las propiedades de un material compuesto reforzado con fibras dependen en gran medida de las propiedades de la fibra. Sin embargo, las propiedades de los diferentes tipos de fibras varían considerablemente. Por ejemplo, el coeficiente de expansión térmica de fibras de carbono es muy bajo y, en algunos casos, incluso negativo. Por tanto, puede resultar muy difícil conectar materiales compuestos reforzados con fibras de carbono con materiales compuestos reforzados con otros tipos de fibras, y una preforma que comprenda fibras de carbono puede, por tanto, mejorarse de forma ventajosa para acoplarse con un elemento de material compuesto que comprende fibras de un segundo tipo y una resina. Ejemplos de fibras de un segundo tipo son fibras de vidrio, fibras de aramida, fibras sintéticas (por ejemplo, fibras acrílicas, de poliéster, PAN, PET, PE, PP o PBO), biofibras (por ejemplo, fibras de cáñamo, yute, celulosa, etc.), fibras minerales (por ejemplo, Rockwool®), fibras metálicas (por ejemplo, acero, aluminio, latón, cobre, etc.) o fibras de boro.

En una realización preferida, la preforma se mejora para su conexión proporcionando a la preforma fibras de un segundo tipo. Estas fibras de un segundo tipo deben extenderse más allá de la preforma para proporcionar una parte para la conexión. Las fibras de un segundo tipo, así como las fibras de carbono, pueden proporcionarse en capas entrelazadas ricas en las respectivas fibras. Por ejemplo, las capas pueden tener exclusivamente un único tipo de fibras. En una realización preferida, las capas que comprenden fibras de un segundo tipo se proporcionan como fibras preimpregnadas. Las fibras preimpregnadas pueden ser fibras preimpregnadas unidireccionales, sin embargo, resultados experimentales sugieren, de manera sorprendente, que las fibras preimpregnadas biaxiales que comprenden las fibras de un segundo tipo proporcionan una base mejor para la conexión de la preforma a una estructura reforzada con fibras de un segundo tipo.

Cerca del extremo de una capa de fibras entrelazadas con un material que tiene propiedades diferentes aumentará la concentración de tensiones. Para reducir o evitar el acoplamiento de tensiones desde los extremos de una capa a los extremos de la siguiente capa, la distancia del entrelazado debería ser mayor que la magnitud de la concentración de tensiones. Puesto que es difícil establecer la magnitud de la concentración de tensiones, se prefiere utilizar un margen seguro y, por tanto, separar los extremos de dos capas adyacentes mediante al menos 2 veces la magnitud de la concentración de tensiones.

También resulta razonable asegurar que la distancia entre el extremo de la capa más próxima del mismo tipo de fibras debería ser una distancia que se corresponda con la magnitud de la concentración de tensiones, preferiblemente con un margen de seguridad y, por tanto, usando un factor de 2.

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La magnitud de la concentración de tensiones depende de varios factores tales como, por ejemplo, el espesor de las capas, el tipo de fibras, el tipo de resina, etc., y puede establecerse mediante modelado o mediante métodos empíricos.

Las preformas de acuerdo con la invención y proporcionadas según un método de acuerdo con la invención, son muy útiles para la preconsolidación, puesto que el escape de gas de la preforma se facilita debido a la presencia de capas no continuas de resina. En particular, las preformas son muy útiles para la preparación de elementos para palas de turbina eólica, puesto que pueden producirse materiales compuestos que cumplen los requisitos de calidad y los requisitos de reproductibilidad.

Cuando se van a preparar estructuras más grandes que comprenden preformas de acuerdo con la invención o preformas producidas según un método de acuerdo con la invención, esto se puede siguiendo un método en el que la preforma se conforma plásticamente, al menos de forma parcial. La preforma puede conectarse a otras preformas antes o después del conformado para proporcionar una estructura más grande. La preforma también puede conectarse a otras estructuras. Se prefiere, aunque no es necesario, que las conexiones incluyan una parte estrechada o capas que comprendan fibras de un segundo tipo. La estructura combinada puede colocarse en una cámara de vacío y someterse a vacío antes del curado. Finalmente, la estructura de preforma se cura.

La figura 8 muestra un ejemplo de una sección transversal de una preforma que se mejora para su conexión a una estructura o a otras preformas que se hayan reforzado mediante fibras de un segundo tipo. Son especialmente importantes conexiones más enlazantes cuando las propiedades físicas de las estructuras que se van a conectar difieren significativamente. Típicamente, las propiedades físicas vienen dictadas en gran medida por las fibras de refuerzo y son ejemplos de propiedades físicas destacables el coeficiente de expansión térmica CET y el módulo de Young. Por tanto, estos tipos de conexiones son importantes, por ejemplo, cuando un material compuesto que comprende fibras de carbono se conecta con un material compuesto reforzado con otro tipo de fibras, ya que los CET de las fibras de carbono son muy bajos y pueden incluso ser negativos. Sin embargo, puede usarse el mismo tipo de conexiones para conexiones resistentes entre materiales compuestos reforzados con otros tipos de fibras. El segundo tipo de fibras puede ser cualquiera de los tipos de fibras mencionados anteriormente en la descripción y, por ejemplo, este tipo de conexión puede usarse para conectar un material compuesto reforzado con fibras de carbono con un material compuesto reforzado con fibras de vidrio. La preforma de la figura 8 tiene capas de fibras de un segundo tipo 62 (por ejemplo, fibras de vidrio) entrelazadas entre las capas de fibras de carbono 60 del volumen total de la preforma.

En una realización preferida, la distancia de superposición del entrelazado 64 es mayor que la magnitud de la condición final de la tensión interfacial entre capas ricas en, o que contienen exclusivamente, fibras de carbono y capas ricas en, o que contienen exclusivamente, el segundo tipo de fibras, puesto que esto evitará un acoplamiento o aparición de tensión entre las capas entrelazadas. Por la misma razón y por razones de introducción de un margen de seguridad, es más preferible que la distancia del entrelazado 64 sea mayor de 2 veces la magnitud de la condición final de la tensión interfacial.

En otra realización, la distancia 66 entre los extremos de las capas ricas en fibras de un segundo tipo que se entrelazan entre capas ricas en fibras de carbono, es una distancia mayor que la magnitud de la condición final de la tensión interfacial entre capas ricas en fibras de carbono y capas ricas en fibras de un segundo tipo. Una vez más, esto es para evitar un acoplamiento o aparición de tensión entre las capas entrelazadas. Por la misma razón y por razones de introducción de un margen de seguridad, es más preferible que la distancia entre los extremos de las capas ricas en fibras de un segundo tipo sea mayor de 2 veces la magnitud de la condición final de la tensión interfacial.

La preforma se trata además mediante preconsolidación para formar una preforma preconsolidada, como se describe en la siguiente sección. La preconsolidación es especialmente útil cuando las fibras se proporcionan como haces de fibras en comparación con las fibras que se proporcionan como fibras preimpregnadas, debido a una viscosidad menor durante el procedimiento de preconsolidación. Esto aumentará la redistribución de resina y/o de fibras, lo que es muy deseable, ya que aumentará la homogeneidad del producto resultante.

En este documento, por preconsolidación se quiere dar a entender un procedimiento en el que se elimina el gas del interior de una preforma y se produce una preforma de baja porosidad. La preconsolidación implica la redistribución de una resina y, opcionalmente, una redistribución de fibras. Además, la preconsolidación puede implicar un curado limitado de la resina. La preconsolidación es especialmente útil, ya que produce una preforma densa (denominada a partir de ahora en este documento preforma preconsolidada). Las preformas preconsolidadas y los materiales compuestos preparados a partir de preformas preconsolidadas serán apreciados, entre otros motivos, debido a una buena reproductibilidad, baja porosidad, elevada homogeneidad, elevada resistencia, capacidad de conformado plástico de la preforma preconsolidada, capacidad para conectarse a otras preformas y/u otras estructuras, idoneidad de automatización y periodo de almacenamiento prolongado sin curado precoz.

Cuando la preconsolidación implica un curado limitado, este curado limitado puede implicar una liberación de hasta

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50 % de la energía que se liberará mediante el curado completo de la resina. Sin embargo, se prefiere que el grado del curado se limite a un grado que permita una deformación plástica de la preforma. El grado de curado que permite una deformación plástica de una preforma preconsolidada depende, entre otras razones, de la resina exacta, así como del tipo de fibra y del contenido en la misma. Generalmente, se prefiere que el curado limitado implique menos del 20 % de la energía que se liberará mediante el curado completo de la resina y, más preferiblemente, que el curado limitado implique entre el 3 y el 15 % de la energía que se liberará mediante el curado completo.

En general, el procedimiento de preconsolidación debería reducir la porosidad de una preforma, sin embargo, se prefiere que la porosidad resultante de la preforma preconsolidada sea menor de 5 % en volumen, preferiblemente menor de 2 % en volumen y, más preferiblemente, menor de 1 % en volumen. En algunos casos, una porosidad de incluso 1 % puede reducir considerablemente las propiedades de un material compuesto. En estos casos, se apreciará que el método y las preformas preconsolidadas pueden producirse con porosidades por debajo de 1 %. Por ejemplo, se consiguió una porosidad reproducida de aproximadamente 0,2 % en volumen para un material compuesto con 60 % de fibras de carbono en epoxi. La reducción de la porosidad puede, por ejemplo, ser el resultado de la exposición de la preforma a una presión y/o a un vacío en relación con el procedimiento de preconsolidación.

La porosidad de la preforma preconsolidada no puede establecerse directamente, ya que no se conoce la densidad, y esta puede variar a lo largo del material. Por tanto, la porosidad debe establecerse según un método óptico en una muestra materialográfica. La preparación de muestras materialográficas a partir de una preforma preconsolidada no curada requiere mucho trabajo, ya que el material comprende tanto un elemento muy blando (es decir, una resina) como un elemento muy duro (es decir, la fibra). Para establecer un resultado reproducible, por tanto, es necesario curar la preforma antes de la preparación materialográfica. Este curado debería realizarse sin presión para asegurar que la porosidad no se vea afectada por el procedimiento.

Para asegurar la manejabilidad, la preforma preconsolidada debería ser sustancialmente no pegajosa, es decir, debería desprenderse fácilmente de cualquier superficie relevante y no debería dejar cantidades excesivas de resina en una superficie cuando se desprenda.

Para asegurar un periodo de almacenamiento prolongado y/o estabilidad durante el transporte, es importante que la reacción de curado del volumen total de la resina sea suficientemente baja a temperatura ambiente y que el catalizador (si está presente) no se active de manera accidental. Por ejemplo, si el catalizador se activa por calor, debería asegurarse que la temperatura de activación sea considerablemente más elevada que la temperatura máxima esperada durante el almacenamiento.

Una de las características de las preformas preconsolidadas es que son al menos parcialmente deformables. Esto puede realizarse, por ejemplo, a través del curado equilibrado y limitado durante el procedimiento de preconsolidación. En un uso posible de la preforma, al menos parte de una preforma preconsolidada puede doblarse alrededor de un eje paralelo a la orientación principal de las fibras, con un diámetro de más de 1 cm, sin embargo, en algunos casos una preforma preconsolidada puede doblarse mediante deformación plástica con un diámetro de más de 5 cm. Pueden obtenerse diámetros de doblado menores reordenando la resina y/o las fibras o mediante la conformación tridimensional de una preforma. Por conformación tridimensional se quiere dar a entender en este documento que el espesor (es decir, el número de capas o la cantidad de fibras y/o resina) y/o la forma del plano de base de parte de la preforma se ajustan con respecto al volumen total de la preforma. Típicamente, solo una parte de la preforma preconsolidada se prepara para un doblado muy agudo, mientras que el doblado alrededor de ejes de diámetros mayores, por ejemplo, de 50 cm, puede realizarse a menudo desde todas las partes de la preforma preconsolidada.

La rigidez de una preforma realizada durante un procedimiento de preconsolidación debe asegurar que la preforma preconsolidada sea lo suficientemente rígida para evitar la relajación de la preforma preconsolidada en la dirección de la longitud de las fibras cuando se coloca en una superficie no plana y permitir aún una deformación plástica alrededor de un eje paralelo a la dirección longitudinal de las fibras. En particular, cuando una preforma preconsolidada que comprende fibras de carbono se coloca sobre capas entrecruzadas de fibras de vidrio o sobre fibras de vidrio preimpregnadas con superposición parcial, entonces, la preforma preconsolidada debe permanecer sustancialmente plana durante el tendido y el curado, mientras que las fibras de vidrio deberían ajustarse a la configuración/forma de la preforma preconsolidada. Por tanto, las fibras de carbono permanecerán rectas derivando esto en un aumento de la resistencia de la estructura combinada.

El procedimiento de preconsolidación a menudo lleva a un aumento de la viscosidad de la resina en la preforma, por ejemplo, mediante un curado parcial. Se prefiere que la viscosidad a temperatura ambiente aumente en un factor de al menos dos o más, preferiblemente en un factor de al menos cinco, ya que a medida que aumenta la viscosidad aumentará la manejabilidad, la resistencia y la falta de adhesividad. En algunos casos, la viscosidad puede aumentar en un factor mucho mayor tal como, por ejemplo 10, 100 o 1.000. Este es, por ejemplo, el caso cuando parte de la resina se inyecta en la preforma como un líquido a temperatura ambiente. Otra forma de expresar el aumento de viscosidad es observar directamente la viscosidad. Se prefiere que la viscosidad de la resina en la preforma sin consolidar esté comprendida entre aproximadamente 0,1-10 Ns m-2 (100 a 10.000 cP) a la temperatura

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a la cual se realiza el procedimiento de consolidación, preferiblemente entre aproximadamente 0,5-3 Ns m-2 (500 a 3.000 cP).

La temperatura a la cual se realiza el procedimiento de preconsolidación puede variar considerablemente dependiendo especialmente de la composición de la resina. Típicamente, las temperaturas de preconsolidación para sistemas de resina basada en epoxi son de 50 a 90 °C y, preferiblemente, de 60 a 80 °C, sin embargo, en algunos sistemas pueden ser factibles temperaturas tanto superiores como inferiores.

El procedimiento de preconsolidación puede derivar en un aumento de la temperatura de transición vitrea, Tg, de la resina, por ejemplo, mediante un curado parcial. Se prefiere que la Tg de la resina aumente durante la preconsolidación en al menos 2 °C y, preferiblemente, en al menos 5 °C, ya que un aumento en la Tg normalmente indica un aumento del peso molecular medio de la resina, lo que aumentará su manejabilidad, resistencia y falta de adhesividad. En algunos casos, la Tg puede aumentar más. Esto es en particular el caso en el que la Tg de la preforma sin consolidar es muy baja.

En general, una preforma preconsolidada con un sistema de resina basado en epoxi típicamente tiene una Tg comprendida entre -10 y +30 °C y, preferiblemente, una Tg comprendida entre -5 y 10 °C. De manera preferida, la Tg de la resina de la preforma preconsolidada es superior a aproximadamente 0 °C y, preferiblemente, superior a aproximadamente 3 °C. Para la preforma sin consolidar, la Tg de la resina debería estar por debajo de aproximadamente 5 °C y, preferiblemente, por debajo de aproximadamente 2 °C.

En algunos casos, el curado de una preforma preconsolidada sin ser expuesta a un vacío dará lugar a un material con propiedades equivalentes a una preforma curada al vacío, ya que la porosidad se ha eliminado o se reduce mucho durante el procedimiento de preconsolidación previo al curado.

La resina puede comprender más de un sistema, por ejemplo, la resina puede comprender dos sistemas. Estos sistemas pueden ser cualquier combinación de sistemas diferentes o del mismo tipo, sin embargo, se prefiere que la resina comprenda dos sistemas sustancialmente basados en epoxi. Los sistemas de resina deben ser compatibles. De preferencia, dos sistemas basados en epoxi comprenden un componente común. El componente común puede ser, por ejemplo, un catalizador común, un componente amina común o un componente epoxi común, sin embargo, se prefiere que el componente común sea un componente epoxi. Una resina que comprende dos sistemas basados en epoxi con un componente epoxi común puede comprender un componente amina de un primer sistema basado en epoxi que reaccionará con el componente epoxi común a una primera temperatura relativamente baja, tal como, por ejemplo, por debajo de 50 °C, de preferencia aproximadamente igual a la temperatura ambiente. A esta primera temperatura, un segundo sistema basado en epoxi es preferiblemente no reactivo o la reacción se produce a una velocidad muy baja. Puesto que la velocidad de reacción del segundo sistema basado en epoxi debería ser muy baja, puede ser catalizada de forma ventajosa por un catalizador que no sea activo hasta que se activa. Esta activación puede darse, por ejemplo, mediante luz ultravioleta, adición de un compuesto o por calentamiento, sin embargo, se prefiere que el catalizador se active por calentamiento.

En un método preferido de preconsolidación de una preforma, se coloca una preforma en una superficie de reactor, por ejemplo, una placa, un molde, etc. Se prefiere que la superficie de reactor sea plana y pueda soportar calor y/o vacío. A continuación, se aplica presión a la preforma. La presión puede aplicarse mediante una prensa o, preferiblemente, al vacío dentro de una cámara de vacío. Si se utiliza vacío, entonces debe obtenerse una cámara de vacío antes del prensado. La cámara de vacío puede comprender, por ejemplo, una bolsa de vacío o puede comprender una superficie de reactor y una cubierta flexible conectada a través de una vía hermética a la superficie de reactor. Por ejemplo, puede evacuarse gas a través de la superficie de reactor o a través de una abertura en la bolsa de vacío o en la cubierta flexible. Se activa la preconsolidación. La activación puede tener lugar antes y/o durante y/o después de aplicar presión. La activación comprende una reducción de la viscosidad de la resina. Esto puede realizarse, por ejemplo, usando medios físicos (por ejemplo, calentando, añadiendo un disolvente, por presión, etc.) y/o mediante una reacción química. Durante el procedimiento de preconsolidación, puede tener lugar o no un curado limitado. Cuando se ha reducido la porosidad a un nivel deseado o se ha obtenido otro objeto de la preconsolidación, se termina el procedimiento de preconsolidación. La terminación puede ser, por ejemplo, el resultado del agotamiento de un primer sistema de resina o del enfriamiento de la preforma preconsolidada a una temperatura en la que la reacción de curado sea lo suficientemente lenta y/o la viscosidad sea lo suficientemente baja para que la preforma preconsolidada alcance la estabilidad necesaria para el periodo de almacenamiento deseado.

En un posible uso de la preforma, la preforma que se va a preconsolidar puede tener al menos una capa de resina no continua, a través de la cual puede eliminarse gas durante el procedimiento de preconsolidación. Por tanto, no es necesario eliminar el gas de la preforma en un plano de una capa de resina o en un plano de una capa de fibras. La distancia de trasporte y el riesgo de que el gas quede atrapado dentro de la preforma preconsolidada se reduce considerablemente. En otro uso posible, todas las capas de resina (opcionalmente excepto una capa que se encuentra encima de la capa superior de fibras o por debajo de la capa inferior de fibras) son no continuas.

Un ejemplo de un método para asegurar que pueda eliminarse gas de forma continua de la preforma durante la

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preconsolidación implica una activación gradual del procedimiento de preconsolidación que se inicia desde el centro de la preforma y avanza hacia las superficies, o desde un lado o borde y avanza a través de la preforma. Por ejemplo, esto puede realizarse calentando solo desde la superficie de reacción, activando por tanto gradualmente desde el lado de la preforma en contacto con la superficie de reacción o mediante el calentamiento controlado con microondas, activando por tanto gradualmente desde el interior de la preforma y avanzando hacia las superficies.

Las preformas de acuerdo con la invención y proporcionadas según un método de acuerdo con la invención, son muy útiles para la preparación de miembros de materiales compuestos mediante curado. En particular, las preformas son muy útiles para la preparación de miembros para palas de turbinas eólicas y, particularmente, para mástiles de una pala de turbina eólica, puesto que estos materiales compuestos cumplen los requisitos de calidad y los requisitos de reproductibilidad.

Cuando se tienen que preparar estructuras más grandes que comprenden preformas de acuerdo con la invención o preformas producidas según un método de acuerdo con la invención, esto puede ir seguido de un método en el que la preforma se moldea plásticamente, al menos de manera parcial. La preforma puede conectarse a una o más preformas preconsolidadas adicionales y/o preformas no consolidadas antes o después del conformado para proporcionar una estructura más grande. La preforma también puede conectarse a otras estructuras. Se prefiere, aunque no es necesario, que las conexiones impliquen una parte estrechada o capas que comprendan fibras de un segundo tipo. La estructura combinada puede colocarse en una cámara de vacío y someterse a vacío antes del curado. Finalmente, la estructura de preforma se cura.

Las propiedades de una estructura laminar que tiene capas de fibras orientadas dependen en gran medida de la distribución de los elementos principales de la resina, las fibras y la porosidad de la estructura. La resina posee una resistencia baja en comparación con las fibras y, por tanto, puede proporcionar una vía para la propagación de fisuras a través de la estructura, si hay presentes capas demasiado grandes de resina. La porosidad puede reducir drásticamente la resistencia de la estructura, aunque la adversidad depende del tamaño, la forma y la distribución de los poros, es decir, el efecto de poros pequeños esféricos aislados es limitado, mientras que poros más grandes colocados en la interfaz entre la resina y las fibras pueden ser fatídicos para la estructura. Por tanto, es vital poder controlar la distribución de los elementos.

El grado de redistribución depende, entre otros, de la viscosidad de la resina durante el procedimiento de compactación, es decir, cuanto más baja sea la viscosidad, más fácil es la redistribución de los elementos. Si se utiliza un procedimiento de preconsolidación, la viscosidad de la resina puede reducirse más de lo que era posible en la técnica anterior, puesto que la estructura no se limita a respaldar una forma en particular durante el procedimiento. Cuando la preconsolidación incluye un curado limitado de la resina, la viscosidad puede reducirse adicionalmente puesto que el curado aumenta la manejabilidad y reduce la adherencia de la preforma preconsolidada. Por tanto, la preconsolidación permite la redistribución de resina y/o fibras en un grado mucho mayor del que puede obtenerse con la técnica anterior. Las preformas preconsolidadas resultantes pueden tener una porosidad muy baja, así como una estructura más homogénea. Esto puede dar lugar, por ejemplo, a una estructura de material compuesto que tiene una estructura laminar menos pronunciada, es decir, en la que las capas son menos pronunciadas que en una estructura de material compuesto correspondiente que comprende solo preformas que no se preconsolidan antes del curado.

Tabla para identificación

2 Fibras que indican una orientación principal de fibra

4 Resina

4a Línea de resina

4b Puntos o partículas de resina

4c Línea aleatoria de resina

4d Lámina de resina

6 Adhesivo

6a Adhesivo próximo al inicio de la fibra

6b Adhesivo próximo al final de la fibra 6c Adhesivo en la parte central de la preforma

6d Adhesivo en la parte central de la preforma con un patrón en zigzag

10 Plano de base de preforma

12 Orificio pasante

14 Dirección de tendido de fibras

Y Ángulo entre bordes de un plano de base de preforma

a Ángulo entre bordes de un plano de base de preforma

p Ángulo entre los bordes de un plano de base de preforma

20 Parte estrechada de preforma en la dirección principal de las fibras

22 Parte estrechada de preforma ortogonal a la dirección principal de las fibras

24 Parte no estrechada de preforma

30a Amina de un primer sistema basado en epoxi

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Amina de un segundo sistema basado en epoxi Catalizador para un segundo sistema basado en epoxi Componente epoxi

Mezcla previa que comprende un componente amina y catalizador

Unidad de mezcla y aplicación

Resina mezclada y distribuida

Plano de base de fibras orientadas

Parte que tiene un número bajo de capas de fibras

Parte que tiene un número intermedio de capas de fibras

Parte que tiene un número elevado de capas de fibras

Capa de fibras que comprende fibras de carbono

Capa de fibras que comprende fibras de un segundo tipo

Distancia de superposición del entrelazado

Distancia entre los extremos de capas que comprenden fibras de un segundo tipo

Claims (28)

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   REIVINDICACIONES

   1. Método para preparar una preforma, que comprende las etapas de:

   • proporcionar capas de fibras (2)

   • proporcionar un adhesivo (6) entre dichas capas de fibras (2) para inmovilizar al menos parcialmente las fibras

   (2);

   • proporcionar una resina (4) en contacto con al menos una de las capas de fibras (2),

   en el que se proporciona una capa de fibras lejos del borde de una capa de fibras anteriores, realizando así una parte estrechada de la preforma, y la resina (4) es una resina termoendurecible no curada, caraterizado por que

   - las capas de fibras son haces de fibras orientadas unidireccionalmente (2),

   - la orientación de las fibras es sustancialmente la misma en las capas de fibras,

   - el adhesivo (6) se proporciona para inmovilizar, al menos parcialmente, las fibras durante el tendido de fibras,

   - la resina se distribuye en capas no continuas, y

   - el método comprende además preconsolidación para formar una preforma preconsolidada.
2. 2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la resina (4) se proporciona entre dos capas de haces de fibras (2).
3. 3. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que dicho adhesivo (6) comprende al menos uno de los componentes de la resina (4), teniendo el adhesivo (6) de preferencia sustancialmente la misma composición que la resina (4).
4. 4. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la resina (4) se proporciona para formar una capa o varias capas no continuas.
5. 5. Método de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que la resina (4) se proporciona como capas continuas en las que se han realizado orificios pasantes, preferiblemente mediante perforación.
6. 6. Método de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que la resina (4) se proporciona líquida, preferiblemente para formar un patrón orientado o aleatorio de una línea, varias líneas o puntos.
7. 7. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el adhesivo (6) se proporciona en capas no continuas, preferiblemente el adhesivo (6) se proporciona en líneas que tienen un ángulo relativo a una orientación de las fibras, más preferiblemente dicho ángulo es de aproximadamente 90° con respecto a una orientación de las fibras (2).
8. 8. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que la resina (4) está sustancialmente basada en epoxi.
9. 9. Método de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que la resina (4) comprende dos sistemas basados en epoxi, preferiblemente dichos sistemas basados en epoxi comprenden un componente común y más preferiblemente dicho componente común es un componente epoxi.
10. 10. Método de acuerdo con la reivindicación 8 o 9, caracterizado por que dichos sistemas basados en epoxi comprenden diferentes componentes amina, preferiblemente un componente amina de un primer sistema basado en epoxi reaccionará con un componente epoxi a una primera temperatura, mientras que un componente amina (30b) de un segundo sistema basado en epoxi será principalmente no reactivo a dicha primera temperatura, preferiblemente dicha primera temperatura es inferior a 50 °C, más preferiblemente, dicha primera temperatura es aproximadamente igual a la temperatura ambiente.
11. 11. Método de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado por que dicho componente amina (30b) de dicho segundo sistema basado en epoxi se curará con la activación de un catalizador correspondiente (32), preferiblemente dicho catalizador correspondiente se activa por calentamiento.
12. 12. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, que comprende además la etapa de preparar una premezcla (36) que comprende dichos componentes amina (30) y dicho catalizador (32) para formar un fluido o una suspensión estable, opcionalmente la viscosidad se ajusta mediante la adición de 0,1 a 5 % en peso de un componente epoxi (34).
13. 13. Método de acuerdo con la reivindicación 12, que comprende además la etapa de preparar una mezcla de resina (38) que comprende dicha premezcla (36) y dicho componente epoxi (34) inmediatamente antes de aplicar dicha mezcla de resina para preparar una preforma.

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14. 
    14. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que las fibras (2) y

    
    opcionalmente la resina (4) se proporcionan para formar un plano de base sustancialmente rectangular (10) de la

    preforma.
15. 
    15. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que las fibras (2) y

    
    opcionalmente la resina (4) se distribuyen para formar un plano de base sustancialmente trapezoidal (10) de la

    preforma, siendo de preferencia los ángulos (a, p) sustancialmente iguales.
16. 16. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que las fibras (2) y opcionalmente la resina (4) se distribuyen para formar un plano de base sustancialmente cuadrangular o triangular (10) de la preforma.
17. 17. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado por que las fibras (2) se proporcionan para formar una orientación deseada y/o para formar un plano de base (10) cortando y/o iniciando de manera selectiva fibras (2), preferiblemente durante la colocación de las fibras.
18. 18. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado por proporcionar dicha capa de fibras dentro del área definida por dicha capa de fibras anteriores, más preferiblemente las fibras (2) se proporcionan cortando y/o iniciando de manera selectiva fibras (2).
19. 19. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado por proporcionar una capa de fibras que tiene sustancialmente el mismo tamaño que una capa de fibras anteriores lejos del borde de una capa de fibras anteriores; lo que forma así simultáneamente al menos dos partes estrechadas de la preforma.
20. 20. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que las capas de fibras orientadas comprenden fibras de carbono (60) y por que comprende además la etapa de proporcionar capas que comprenden fibras de un segundo tipo (62), preferiblemente dichas capas que comprenden fibras de un segundo tipo (62) se extienden desde el interior de la preforma hasta más allá de al menos uno de los lados de la preforma.
21. 21. Método de acuerdo con la reivindicación 20, caracterizado por que las capas que comprenden fibras de un segundo tipo (2, 62) son fibras preimpregnadas, preferiblemente fibras preimpregnadas biaxiales.
22. 22. Método de acuerdo con la reivindicación 20 o 21, caracterizado por que una distancia de superposición (64) desde el extremo de las capas que comprenden fibras del segundo tipo (62) dentro de la preforma hasta los extremos de las capas adyacentes de fibras orientadas que comprenden fibras de carbono (60) es mayor que la magnitud de la condición final de la tensión interfacial entre dichas capas de fibras de carbono orientadas (60) y dichas capas que comprenden fibras del segundo tipo (62), de preferencia mayor de 2 veces la magnitud de la condición final de la tensión interfacial entre dichas capas de fibras de carbono orientadas (60) y dichas capas que comprenden fibras del segundo tipo (62).
23. 23. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 20 a 22, caracterizado por que la distancia (66) entre los extremos de las capas que comprenden fibras del segundo tipo (62) dentro de la preforma es una distancia mayor de 2 veces la magnitud de la condición final de la tensión interfacial entre dichas capas de fibras de carbono orientadas (60) y dichas capas que comprenden fibras del segundo tipo (62).
24. 24. Preforma que se obtiene mediante cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23.
25. 25. Uso de una preforma de acuerdo con la reivindicación 44 para preparar una preforma preconsolidada.
26. 26. Uso de una preforma de acuerdo con la reivindicación 24 para preparar un miembro de materiales compuestos.
27. 27. Uso de una preforma de acuerdo con la reivindicación 24 en una pala de turbina eólica.
28. 28. Uso de una preforma de acuerdo con la reivindicación 24 en un mástil para una pala de turbina eólica.