ES2344355T3 - Recubrimiento en molde mediante un procedimiento de infusion de multiples etapas. - Google Patents
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Abstract
Método de fabricación de un artículo compuesto recubierto, comprendiendo el método las etapas de proporcionar una abrazadera que comprende un marco superior (11) y un marco inferior (13), siendo accionable la abrazadera entre una posición abierta y una posición cerrada, creando la posición abierta un hueco entre el marco superior y el marco inferior, accionando la abrazadera a la posición abierta y situando una primera membrana flexible (15) que presenta una abertura de entrada (19) conectada a una fuente de resina y una abertura de salida (21) conectada a una fuente de vacío, y una segunda membrana flexible (17) en el hueco, de manera que la primera membrana flexible (15) y la segunda membrana flexible (17) se encuentran separadas por un espacio y la segunda membrana flexible (17) presenta una superficie interior orientada de manera enfrentada a la primera membrana flexible (15), en el que dicho procedimiento comprende además las etapas de: - aplicar una resina de recubrimiento en la superficie interior de la segunda membrana flexible (17) para formar una capa de recubrimiento (23), - recubrir la capa de recubrimiento (23) con una película interior soluble (25), en la que la película interior (25) es soluble sólo lentamente, o insoluble, en la resina de recubrimiento, y en la que la película interior (25) es rápidamente soluble en la resina de moldeo, - recubrir la película interior (25) con una capa de refuerzo (27), - accionar la abrazadera hasta la posición cerrada, - permitir que el recubrimiento (23) se cure por lo menos parcialmente, - aplicar un vacío en la abertura de salida (21) para extraer la resina de moldeo presurizada a través de la abertura de entrada (19), de manera que la resina se infusiona a través del refuerzo (27) y se distribuye entre la primera membrana flexible (15) y la película soluble (25), y en contacto con las mismas, - permitir que la película interior (25) se disuelva en la resina de moldeo, y - permitir el curado de la resina.
Description
Recubrimiento en molde mediante un procedimiento
de infusión de múltiples etapas.
La presente invención se refiere de manera
general a procedimientos de moldeo de compuestos, y más
específicamente a métodos y a un aparato para formar un
recubrimiento de una película sobre un artículo fabricado mediante
un procedimiento de formación de vacío.
Un nuevo procedimiento de moldeo de resina
(denominado "RIDFT", "Resin Infusion between Double Flexible
Tooling") ha sido desarrollado recientemente por el Dr. Okoli de
Florida State University. El método de Okoli comprende colocar un
refuerzo de fibra entre dos hojas de película de silicio que
seguidamente se comprimen contra el refuerzo en vacío con el fin de
formar eficazmente una bolsa de silicio en torno al refuerzo. Se
aplica un vacío en la bolsa con el fin de infusionar una resina a
través y en torno al refuerzo. La bolsa de silicio rellena de
resina se introduce en una cámara de vacío que dispone de un molde y
se forma un vacío para conformar la bolsa en torno al molde. Este
método presenta la ventaja de evitar el contacto de la resina, que
es pegajosa, con la superficie del molde. Sin embargo, los métodos
tradicionales de preparación de un recubrimiento sobre una pieza,
tal como la aplicación del recubrimiento sobre la superficie del
molde antes de la colocación de la capa de refuerzo y la resina, no
pueden aplicarse conjuntamente con el nuevo procedimiento.
La patente WO nº 00/56524 da a conocer un método
para fabricar un compuesto reforzado de fibra, comprendiendo dicho
método proporcionar una capa de refuerzo de fibra, seguido de una
primera matriz contigua a una primera superficie de la capa de
refuerzo de fibra, envolviendo después dicha capa y la matriz en una
envoltura y después inyectando una segunda matriz (matriz de resina
termoendurecida), que se infusiona en la segunda superficie de la
capa de refuerzo de fibra.
En una realización preferente, la invención es
un método para fabricar un artículo compuesto recubierto. El método
comprende las etapas de proporcionar una abrazadera que comprende un
marco superior y un marco inferior, en los que la abrazadera es
accionable entre una posición abierta y una posición cerrada,
creando la posición abierta un hueco entre el marco superior y el
marco inferior, y accionando la abrazadera a la posición abierta. A
continuación, una primera membrana flexible que presenta una
abertura de entrada conectada a una fuente de resina y una abertura
de salida conectada a una fuente de vacío, y una segunda membrana
flexible se posicionan en el hueco de manera que la primera
membrana flexible y la segunda membrana flexible se encuentran
separadas entre sí y la segunda membrana flexible presenta una
superficie interior orientada hacia la primera membrana flexible.
Se aplica un recubrimiento a la superficie interior de la segunda
membrana flexible para formar una capa de recubrimiento. La capa de
resina de recubrimiento se recubre con una película interior
soluble, en la que la película interior sólo es soluble lentamente,
o insoluble, en la resina de recubrimiento, y en la que la película
interior es rápidamente soluble en la resina de moldeo. A su vez, se
recubre la película interior con una capa de refuerzo. Se mueve la
abrazadera hasta la posición cerrada y se deja que el recubrimiento
se cure por lo menos parcialmente. Opcionalmente puede dejarse que
el recubrimiento se cure por completo antes de cerrar el molde. Se
aplica un vacío en la abertura de salida para extraer resina de
moldeo presurizada a través de la abertura de entrada, de manera
que se infusiona la resina a través del refuerzo y se distribuye
entre la primera membrana flexible y la película soluble, y en
contacto con las mismas, de manera que la película interior se
disuelve en la resina. Finalmente, tras el conformado según se
desee, se deja que la resina se cure.
En otra realización preferente, la invención es
un método para fabricar un artículo compuesto recubierto. El método
comprende las etapas de proporcionar una abrazadera que comprende un
marco superior y un marco inferior, en la que la abrazadera es
accionable entre una posición abierta y una posición cerrada,
creando la posición abierta un hueco entre el marco superior y el
marco inferior, y accionar la abrazadera a la posición abierta;
situar (i) una primera membrana flexible que presenta una primera
abertura de entrada conectada a una fuente de resina y una primera
abertura de salida conectada a una fuente de vacío, e (ii) una
segunda membrana flexible que presenta una segunda abertura de
entrada conectada a una fuente de recubrimiento y una segunda
abertura de salida conectada a una fuente de vacío, en el hueco de
manera que la primera membrana flexible y la segunda membrana
flexible se encuentren separadas por un espacio y la segunda
membrana flexible presente una superficie interior orientada hacia
la primera membrana flexible. A continuación, se recubre la
superficie interior de la segunda membrana flexible con una
película interior soluble, en la que la película interior sólo es
soluble lentamente, o insoluble, en la resina de recubrimiento, y
en la que la película interior es rápidamente soluble en la resina
de moldeo. La película interior, a su vez, se recubre con una capa
de refuerzo. La abrazadera se mueve hasta la posición cerrada. Se
aplica un vacío en la segunda abertura de salida para extraer
recubrimiento presurizado a través de la segunda abertura de
entrada, de manera que la resina de recubrimiento se distribuye
entre la superficie interior de la membrana flexible inferior y la
película soluble, y en contacto con las mismas. Se deja que el
recubrimiento se cure por lo menos parcialmente. Se aplica un vacío
en la primera abertura de salida para extraer resina de moldeo
presurizada a través de la primera abertura de entrada, de manera
que la resina de moldeo se infusiona a través del refuerzo y se
distribuye entre la primera membrana flexible y la película
soluble, y en contacto con las mismas. La película interior se
disuelve en la resina de moldeo y se deja que la resina se
cure.
A continuación se describen realizaciones
preferentes de la invención haciendo referencia a los dibujos
adjuntos siguientes, que se proporcionan únicamente a título
ilustrativo. En las vistas siguientes, se utilizan números de
referencia en los dibujos, y se utilizan los mismos números de
referencia en todas las vistas y en la descripción para identificar
partes iguales o similares.
La fig. 1 muestra un dibujo esquemático de un
dispositivo para la práctica de una realización preferente del
método de la invención.
La fig. 2 muestra una vista esquemática de un
dispositivo para la práctica de otra realización preferente del
método de la invención.
En la descripción detallada siguiente, las
referencias realizadas a los dibujos adjuntos que forman una parte
de la misma, y en las que se muestran, a título ilustrativo,
realizaciones específicas en las que puede ponerse en práctica la
invención. Estas realizaciones se describen en suficiente detalle
para permitir que el experto en la materia ponga en práctica la
invención, y debe entenderse que pueden utilizarse otras
realizaciones y que pueden realizarse modificaciones sin apartarse
del espíritu y alcance de la presente invención.
En el procedimiento de la presente invención, se
forma una estructura multicapa intercalada. Las dos capas
exteriores de la estructura son membranas flexibles, típicamente
realizadas en silicio. Se dispone una película interior soluble
entre las dos membranas flexibles exteriores. Se dispone una capa de
refuerzo de fibra entre la película soluble y una primera membrana
de entre las membranas flexibles.
Se intercala una capa de un recubrimiento entre
la película interior soluble y la segunda membrana flexible. Se
deja que el recubrimiento se cure por lo menos parcialmente antes de
infusionar en vacío/bajo presión una resina a través del refuerzo
de fibra y en torno al mismo. Se introduce la estructura rellena de
resina en una cámara de vacío, en la que se forma un vacío que
provoca que la estructura se conforme a la forma del molde. A
continuación, se cura la resina y la pieza formada se libera de las
membranas flexibles reutilizables.
Las membranas flexibles pueden ser de cualquier
material flexible que resulte inerte frente a los solventes y otros
compuestos químicos utilizados en los recubrimientos y resinas. Las
resinas flexibles también deberían permitir una buena liberación
del artículo moldeado y curado. Entre otras características
deseables se incluyen suficiente resistencia y robustez para
resistir múltiples ciclos de moldeo. Un material adecuado preferente
para las membranas flexibles es silicio en forma de hojas planas de
aproximadamente 0,63 cm (1/4 de pulgada) de grosor. El grosor de la
hoja se determina basándose en factores tales como el tamaño de la
pieza y la finura deseada de los detalles. Preferentemente, la
membrana flexible presenta un acabado superficial brillante para el
contacto con el recubrimiento.
La película interior soluble debe disolverse
rápidamente en los solventes utilizados para la resina de moldeo,
pero no debe disolverse, o disolverse sólo lentamente, en los
solventes utilizados en la resina de recubrimiento. Los
homopolímeros o copolímeros de estireno, y más particularmente el
poliestireno, es una buena elección para la película interior
(interna) debido a que se disuelve rápidamente (en el orden de unos
cuantos segundos) en monómero estireno, que es el solvente común
para las resinas de moldeo utilizadas en la industria de los
compuestos. El experto en la materia podrá determinar fácilmente
otros materiales de película adecuados en el caso de que el
poliestireno no resulte deseable por algún motivo o de que se
utilice otro solvente para la resina. La película interior debe ser
suficientemente gruesa para contener el recubrimiento durante la
aplicación y el curado, aunque preferentemente es tan delgada como
resulte posible bajo dicho criterio, con el fin de facilitar la
disolución posterior al entrar en contacto con la resina de
moldeo.
El refuerzo es un material fuerte y
relativamente inerte que se moldea en plásticos para mejorar la
resistencia, rigidez y resistencia al impacto. El refuerzo
habitualmente comprende fibras de vidrio, carbono, mineral de boro,
polímero sintético, cerámica, tejido, sisal, algodón, etc. El
refuerzo típicamente se utiliza en forma tejida o no tejida, tal
como un trapo o estera, para facilitar la aplicación uniforme del
refuerzo en la totalidad de la pieza.
Entre las resinas de moldeo de compuestos
típicas utilizables en la presente invención se incluyen, o pueden
seleccionarse de entre, por lo menos uno de entre poliésteres
insaturados, ésteres vinílicos, o resinas acrílicas, tales como
resinas acriladas acrílicas. Estas resinas pueden prepararse
mediante cualquiera de los métodos conocidos de la técnica. Dichas
resinas normalmente son sólidos duros y de tipo vítreo. Las resinas
sólidas se disuelven en un solvente para la utilización en
operaciones de moldeo. El solvente preferentemente es un monómero
que puede reaccionar con los enlaces insaturados de la resina para
formar una resina termoendurecida curada. El monómero reactivo
prácticamente en todos los casos es estireno, aunque también pueden
utilizarse otros monómeros, por ejemplo derivados de estireno tales
como alfa-metilestireno, viniltolueno u otros
monómeros, tales como metacrilato de metilo. La totalidad de dichos
monómeros reactivos también son solventes fuertes de dicha película
interior, más particularmente del poliestireno, que resulta
preferente para la película interior (interna). Las resinas también
deben contener catalizadores y/o iniciadores para iniciar la
reacción de curado al aplicar calor, luz, o iniciadores redox,
tales como peróxidos o compuestos azo.
La resina de recubrimiento puede seleccionarse
de entre por lo menos uno de entre: un poliéster insaturado, resina
acrilada acrílica de tipo acrílico, éster vinílico o resina epoxi.
El recubrimiento debe ser flexible tras el curado debido a que, tal
como se explica posteriormente, el recubrimiento se cura por lo
menos parcialmente en forma de una capa plana antes de conformarse
en torno a un molde. Las resinas de recubrimiento curadas flexibles
son bien conocidas de la técnica y un experto en la materia podrá
preparar u obtener una resina de recubrimiento que presente la
flexibilidad deseada. Una ventaja del presente procedimiento es que
pueden utilizarse sistemas de recubrimiento que resultan inhibidos
por el oxígeno, debido a que el recubrimiento se cura entre dos
superficies sólidas. El recubrimiento puede ser curable por UV o
curable por peróxido mediante cualquiera de los métodos bien
conocidos de la técnica. Preferentemente, la resina de recubrimiento
conservará algunos sitios insaturados tras el curado, permitiendo
la unión reactiva entre el recubrimiento y la resina.
La resina de recubrimiento debe disolverse en un
monómero reactivo que no sea un buen solvente del material de la
película interior. Por ejemplo, el material preferente de la
película interior es poliestireno, que es altamente no polar. Los
solventes que presentan algún grado de polaridad disolverán el
poliestireno no polar más lentamente que los solventes no polares,
particularmente los aromáticos no polares. Por lo tanto, una
elección adecuada para el solvente de recubrimiento sería un
solvente relativamente polar, tal como un monómero acrilato
multifuncional etoxilado. Por ejemplo, se encontró que una película
de poliestireno perdía resistencia estructural tras 2 minutos de
contacto con diacrilato de hexanodiol pero mantenía su resistencia
durante 22 minutos en dimetacrilato de tripropilenglicol. Además,
una capa de gel que consistía de aproximadamente partes iguales de
resina de poliéster, diacrilato de hexanodiol y dimetacrilato de
tripropilenglicol se curó en 18 minutos, que fue un periodo de
tiempo suficientemente corto para que una película de poliestireno
en contacto con la capa de gel de curado mantuviese su
resistencia.
El procedimiento inventivo puede ponerse en
práctica utilizando un dispositivo tal como el mostrado en la fig.
1. Aunque el recubrimiento puede aplicarse a cualquiera de las
membranas, con fines ilustrativos y por claridad el comentario
siguiente describe una realización en la que se recubre la membrana
inferior. Se disponen de manera enfrentada un marco de sellado
superior 11 y un marco de sellado inferior 13. El marco de sellado
superior 11 y el marco de sellado inferior 13 son movibles entre una
primera posición abierta, tal como se muestra, y una segunda
posición cerrada (mostrada en la fig. 2). Mientras se encuentran en
la posición abierta, una membrana flexible superior 15 y una
membrana flexible inferior 17 se encuentran suspendidas sobre el
hueco entre el marco de sellado superior 11 y el marco de sellado
inferior 13. En la posición cerrada, el marco de sellado superior
11 y el marco de sellado inferior 13 aprietan la membrana flexible
superior 15 contra la membrana flexible inferior 17 formando un
sellado hermético. La membrana flexible superior 15 resulta
perforada por, como mínimo, una boca (o abertura) 19 y por lo menos
un escape (o salida) 21. La boca 19 se encuentra conectada a una
fuente de vacío (no mostrada). Los marcos de sellado 11, 13 y
membranas suspendidas 15, 17, se sitúan sobre una cámara de vacío
29 que dispone de un molde 31.
En una realización preferente, el recubrimiento
se aplica a la membrana flexible inferior 17 para formar una capa
de recubrimiento 23. El recubrimiento puede aplicarse mediante
cualquier técnica utilizada en la técnica, típicamente mediante
pulverización. Se coloca una película interior 25 sobre la capa de
recubrimiento 23 y el refuerzo 27 se coloca sobre la película
interior 25. A continuación, se mueve el marco de sellado superior
11 y el marco de sellado inferior 13 hasta la posición cerrada y se
deja que la capa de recubrimiento 23 se cure por lo menos
parcialmente.
En una realización preferente alternativa,
mostrada en la fig. 2, el recubrimiento no se aplica en la membrana
inferior 17. Por el contrario, se coloca directamente la película
interior 25 sobre la membrana inferior 17 y el refuerzo 27. Los
solventes en la resina disuelven la película interior 25
rápidamente, típicamente en segundos. A continuación, se aplica
otro vacío en la cámara de vacío 29, que provoca que la membrana
flexible superior 15 y la membrana flexible inferior 17,
conjuntamente con todos los materiales ordenados entre estas dos
membranas, se doblen hacia abajo y se conformen a la forma del
molde. Seguidamente se deja que la resina se cure. Tras el curado,
se libera el vacío en la cámara de vacío, se mueven el marco de
sellado superior 11 y el marco de sellado inferior 13 hasta la
posición abierta, y se saca el artículo moldeado recubierto de
entre las membranas flexibles 15 y 17.
En cumplimiento del estatuto, la invención ha
sido descrita en lenguaje más o menos específico a las
características estructuras y metodológicas. Sin embargo, debe
entenderse que la invención no se encuentra limitada a las
características específicas mostradas y descritas, debido a que los
medios dados a conocer en la presente memoria comprenden formas
preferentes de puesta en práctica de la invención. Por lo tanto, la
invención se reivindica en cualquiera de las formas o
modificaciones de la misma comprendidas dentro del alcance apropiado
según las reivindicaciones adjuntas.
Claims (11)
1. Método de fabricación de un artículo
compuesto recubierto, comprendiendo el método las etapas de
proporcionar una abrazadera que comprende un marco superior (11) y
un marco inferior (13), siendo accionable la abrazadera entre una
posición abierta y una posición cerrada, creando la posición abierta
un hueco entre el marco superior y el marco inferior, accionando la
abrazadera a la posición abierta y situando una primera membrana
flexible (15) que presenta una abertura de entrada (19) conectada a
una fuente de resina y una abertura de salida (21) conectada a una
fuente de vacío, y una segunda membrana flexible (17) en el hueco,
de manera que la primera membrana flexible (15) y la segunda
membrana flexible (17) se encuentran separadas por un espacio y la
segunda membrana flexible (17) presenta una superficie interior
orientada de manera enfrentada a la primera membrana flexible
(15),
en el que dicho procedimiento comprende además
las etapas de:
- -
- aplicar una resina de recubrimiento en la superficie interior de la segunda membrana flexible (17) para formar una capa de recubrimiento (23),
- -
- recubrir la capa de recubrimiento (23) con una película interior soluble (25), en la que la película interior (25) es soluble sólo lentamente, o insoluble, en la resina de recubrimiento, y en la que la película interior (25) es rápidamente soluble en la resina de moldeo,
- -
- recubrir la película interior (25) con una capa de refuerzo (27),
- -
- accionar la abrazadera hasta la posición cerrada,
- -
- permitir que el recubrimiento (23) se cure por lo menos parcialmente,
- -
- aplicar un vacío en la abertura de salida (21) para extraer la resina de moldeo presurizada a través de la abertura de entrada (19), de manera que la resina se infusiona a través del refuerzo (27) y se distribuye entre la primera membrana flexible (15) y la película soluble (25), y en contacto con las mismas,
- -
- permitir que la película interior (25) se disuelva en la resina de moldeo, y
- -
- permitir el curado de la resina.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Método de fabricación de un artículo
compuesto recubierto, comprendiendo el método las etapas de
proporcionar una abrazadera que comprende un marco superior (11) y
un marco inferior (13), siendo la abrazadera accionable entre una
posición abierta y una posición cerrada, creando la posición abierta
un hueco entre el marco superior y el marco inferior, accionando la
abrazadera a la posición abierta, y situando una primera membrana
flexible (15) que presenta una primera abertura de entrada (19)
conectada a una fuente de resina y una primera abertura de salida
(21) conectada a una fuente de vacío y presentando una segunda
membrana flexible (17) una segunda abertura de entrada (33)
conectada a una fuente de recubrimiento y una segunda abertura de
salida (35) conectada a una fuente de vacío, en el hueco, de manera
que la primera membrana flexible y la segunda membrana flexible se
encuentran separadas por un espacio y la segunda membrana flexible
presenta una superficie interior orientada de manera enfrentada a
la primera membrana flexible, en el que, dicho procedimiento
comprende además las etapas de:
- -
- recubrir la superficie interior de la segunda membrana flexible (17) con una película interior soluble (25), en la que la película interior (25) es soluble sólo lentamente, o es insoluble, en la resina de recubrimiento, y en la que la película interior (25) es rápidamente soluble en la resina de moldeo,
- -
- recubrir la película interior (25) con una capa de refuerzo (27),
- -
- accionar la abrazadera hasta la posición cerrada,
- -
- aplicar un vacío en la segunda abertura de salida (35) para extraer resina de recubrimiento presurizada a través de la segunda abertura de entrada (33), de manera que la resina de recubrimiento se distribuye entre la superficie interior de la segunda membrana flexible (17) y la película soluble (25), y en contacto con las mismas,
- -
- dejar que el recubrimiento se cure por lo menos parcialmente,
- -
- aplicar un vacío en la primera abertura de salida (21) para extraer resina de moldeo presurizada a través de la primera abertura de entrada (19), de manera que la resina de moldeo se infusiona a través del refuerzo (27) y se distribuye entre la primera membrana flexible (15) y la película soluble (25), y en contacto con las mismas,
\newpage
- -
- permitir que la película interior (25) se disuelva en la resina de moldeo, y
- -
- permitir el curado de la resina.
\vskip1.000000\baselineskip
3. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el
que dicha película interior es un homopolímero o copolímero de
estireno.
4. Método según la reivindicación 3, en el que
dicha película interior es poliestireno.
5. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que dicha resina de moldeo se
selecciona de entre por lo menos uno de entre poliésteres
insaturados, ésteres vinílicos o resinas acrílicas.
6. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que dicha resina de recubrimiento se
disuelve en un monómero reactivo que no es un buen solvente para el
material de dicha película interior.
7. Método según la reivindicación 6, en el que
dicho monómero es un solvente reactivo polar.
8. Método según la reivindicación 6 ó 7, en el
que dicho monómero es un monómero acrilato multifuncional
etoxilado.
9. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, en el que dicha resina de recubrimiento se
selecciona de entre por lo menos uno de entre poliéster insaturado,
resina acrílica, éster vinílico o resina epoxi.
10. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, en el que dicha resina de moldeo comprende
por lo menos un solvente reactivo seleccionado de entre monómeros
que disuelven fuertemente dicha película interior.
11. Método según la reivindicación 10, en el
que dichos solventes se seleccionan de entre estireno y derivados,
o metacrilato de metilo.
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