ES2548709T3

ES2548709T3 - Método y aparato para reducir porosidades en piezas de resina compuesta

Info

Publication number: ES2548709T3
Application number: ES13169064.6T
Authority: ES
Inventors: David Thomas Misciagna
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2012-06-05
Filing date: 2013-05-24
Publication date: 2015-10-20
Anticipated expiration: 2033-05-24
Also published as: CN103465479A; US9102104B2; CA2814677A1; RU2635141C2; US20140202630A1; EP2671702A2; JP6530883B2; US9381703B2; RU2013122393A; CN103465479B; KR20130136911A; EP2671702B1; BR102013013833B1; US20160016364A1; BR102013013833A2; JP2014193594A; KR102040334B1; EP2671702A3; CA2814677C

Abstract

Un método para reducir porosidades en una pieza de resina compuesta que comprende: colocar un apilamiento de piezas de material compuesto no curadas sobre una superficie de una herramienta; y atraer moléculas dentro del apilamiento de piezas de material compuesto no curadas a la superficie de la herramienta, en el que la atracción de las moléculas a la superficie de la herramienta incluye poner una carga eléctrica en la herramienta cargando eléctricamente la herramienta, usando la carga eléctrica de la herramienta para atraer moléculas de gas del apilamiento de piezas de material compuesto hacia la superficie de la herramienta.

Description

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DESCRIPCIÓN

Método y aparato para reducir porosidades en piezas de resina compuesta

INFORMACIÓN DE ANTECEDENTES

Campo: La presente divulgación versa en general sobre la fabricación de piezas de resina compuesta, y trata más en particular sobre un método y un aparato para reducir porosidades en las piezas.

Antecedentes: Las piezas de resina compuesta pueden fabricarse apilando múltiples capas de resina reforzada con fibra en forma de preimpregnación. Se cura el apilamiento de piezas de preimpregnación colocándolo sobre una herramienta y sometiéndolo a una combinación de calor y presión. A medida que el apilamiento de piezas se calienta, las capas de preimpregnación se ablandan y fluyen, formando una estructura consolidada; sin embargo, pueden quedar atrapados aire y/o gases volátiles dentro de las capas durante el procedimiento de curado que dan como resultado porosidades en la pieza curada. Estas porosidades son poco deseables, porque reducen el desempeño de la pieza. El aire y/o los gases atrapados cerca del lado de la herramienta del apilamiento de piezas son particularmente problemáticos y difíciles de eliminar en algunas aplicaciones. Una solución del problema de la porosidad de las piezas del lado de la herramienta implica el curado del apilamiento de piezas en un autoclave, en el que se aplican presiones elevadas a la pieza que pueden obligar al aire y/o a los gases atrapados a salir. El curado en autoclave de apilamientos de piezas de material compuesto lleva mucho tiempo, necesita mucha mano de obra y requiere bienes de equipo grandes relativamente caros. Otra solución del problema se centra en permitir que el apilamiento de piezas respire a través de las capas exteriores del apilamiento usando técnicas de moldeo por bolsa de vacío que emplean materiales integrados transpirables, tales como vidrio o materiales multigasosos. El uso generalizado de materiales transpirables, incluyendo los materiales integrados transpirables, cuando se usan en el curado en horno, también lleva mucho tiempo y necesita mucha mano de obra, y puede no ser completamente efectivo en la eliminación de las porosidades de piezas, en particular las que se producen en la pieza cerca del lado de la herramienta.

El documento US 6 017 484 A muestra un procedimiento y un aparato asociado usados para preparar un material compuesto termoplástico a partir de varias capas de preimpregnaciones de resina termoplástica. Con las preimpregnaciones se forma una estructura compuesta bajo dos cámaras: una cámara rígida exterior (de cualquier tamaño o cualquier forma convenientes) y una segunda cámara flexible interior que contiene un apilamiento de preimpregnaciones. Las presiones absolutas se reducen de manera concurrente en un método escalonado en ambas cámaras. Esta reducción concurrente escalonada de la presión se consigue a una cadencia que impide que la bolsa de vacío se aleje de las preimpregnaciones, e impide que se formen arrugas en las preimpregnaciones. El documento DE 23 36 487 A1 muestra un generador de cinta para generar electricidad estática de alta tensión.

En consecuencia, existe la necesidad de un método y un aparato para curar apilamientos de piezas de resina compuesta que sustancialmente reduzcan o eliminen las porosidades de las piezas en el lado de la herramienta. Además, existe la necesidad de un método y un aparato, según se ha mencionado en lo que antecede, que permitan un procesamiento fuera del autoclave de un apilamiento de piezas de resina compuesta usando técnicas convencionales de moldeo por bolsa de vacío y de curado dentro de un horno convencional.

COMPENDIO Las realizaciones dadas a conocer proporcionan un método y un aparato para el curado fuera del autoclave de apilamientos de piezas de resina compuesta que puede llevarse a cabo usando hornos convencionales, y que es efectivo en la reducción o la eliminación de porosidades de piezas en el lado de la herramienta. Las porosidades de piezas en el lado de la herramienta se reducen poniendo una carga en una herramienta de curado usando un generador de cargas eléctricas, tal como, sin limitación, un generador de cargas electrostáticas. La reducción de las porosidades en el lado de la herramienta puede permitir que las piezas se curen usando procedimientos fuera del autoclave.

En una realización, se usa el generador de cargas eléctricas para cargar negativamente la herramienta, haciendo que se ponga una carga negativa en la superficie de la herramienta que hace contacto con el apilamiento de piezas. El apilamiento de piezas lleva una carga positiva. La carga negativa en la superficie de la herramienta forma un desequilibrio de carga o diferencia de potencial entre la herramienta de curado y el apilamiento de piezas cargado positivamente, y esta diferencia de potencial da como resultado una fuerza de atracción electrostática. A medida que el apilamiento de piezas se calienta durante el procedimiento de curado, la resina se vuelve menos viscosa y comienza a fluir, permitiendo que cualquier molécula de gas atrapada migre. La fuerza electrostática atrae a las moléculas tanto de los gases atrapados como de la resina hacia la superficie de la herramienta, reduciendo sustancialmente o eliminando con ello las porosidades de las piezas, especialmente las porosidades en el lado de la herramienta.

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La carga negativa puede ser puesta en la herramienta usando una técnica mecánica tal como, sin limitación, la carga triboeléctrica. La carga triboeléctrica se logra poniendo dos materiales en la parte posterior de la herramienta que estén suficientemente alejados en la serie triboeléctrica para producir la diferencia de potencial necesaria entre el apilamiento de piezas de material compuesto no curadas y la superficie de la herramienta. En otras realizaciones, la carga negativa puede ser puesta en la herramienta usando un sistema alimentado dinámicamente, tal como un generador de Van de Graaff.

Según la invención, se proporciona un método para reducir porosidades en una pieza de resina compuesta. El método comprende colocar un apilamiento de piezas de material compuesto no curadas sobre una superficie de una herramienta y poner una carga eléctrica en la herramienta cargando eléctricamente la herramienta. El método comprende, además, el uso de la carga eléctrica de la herramienta para atraer moléculas dentro del apilamiento de piezas de material compuesto hacia la superficie de la herramienta, y curando el apilamiento de piezas de material compuesto. La carga eléctrica de la herramienta puede llevarse a cabo usando una carga triboeléctrica o un generador de Van de Graaff. La carga se lleva a cabo poniendo una carga negativa en la herramienta, que se usa para atraer moléculas de gases del apilamiento de piezas de material compuesto hacia la superficie de la herramienta.

Según otra divulgación, se proporciona un método de fabricación de una pieza de material compuesto que comprende colocar un apilamiento de piezas de apilamiento de piezas de resina compuesta no curada en la superficie de una herramienta y sellar una bolsa de vacío sobre el apilamiento de piezas de material compuesto. El método comprende, además, la creación de un vacío en la bolsa, el calentamiento del apilamiento de piezas de material compuesto y la puesta de una carga eléctrica en la herramienta para atraer moléculas de gas dentro del apilamiento de piezas de resina compuesta hacia la superficie de la herramienta. El método también incluye el curado del apilamiento de piezas de material compuesto. El procedimiento de curado puede llevarse a cabo dentro de un horno. La puesta de la carga eléctrica en la herramienta puede llevarse a cabo mediante la carga triboeléctrica de la herramienta.

Según otra divulgación adicional, se proporciona un método para reducir porosidades en el lado de la herramienta en un apilamiento de piezas de resina compuesta mientras se cura en la superficie de la herramienta. El método comprende el uso de una carga eléctrica para atraer moléculas de gas en un apilamiento de piezas de resina compuesta a la superficie de la herramienta.

Según otra realización, se proporciona un aparato para curar una pieza de resina compuesta que comprende una herramienta que tiene una superficie de la herramienta adaptada para hacer contacto con un apilamiento de piezas de resina compuesta, y un generador de cargas eléctricas para generar una carga en la superficie de la herramienta de suficiente magnitud para atraer moléculas de gas del apilamiento de piezas de resina compuesta a la superficie de la herramienta. El aparato comprende, además, una rejilla adaptada para soportar la herramienta dentro de un horno de curado y una capa de aislamiento eléctrico entre el generador de cargas eléctricas y la rejilla.

Según un aspecto de la presente divulgación se proporciona un método de reducción de las porosidades de una pieza de resina compuesta, que comprende la colocación de un apilamiento de piezas de material compuesto no curadas en una superficie de una herramienta y la atracción de moléculas dentro del apilamiento de piezas de material compuesto no curadas a la superficie de la herramienta. Ventajosamente, el método puede comprender, además, el curado del apilamiento de piezas. Ventajosamente, el método puede incluir la atracción de las moléculas a la superficie de la herramienta poniendo una carga eléctrica en la herramienta cargando eléctricamente la herramienta. Ventajosamente, el método puede incluir la carga eléctrica de la herramienta llevada a cabo usando una carga triboeléctrica. Ventajosamente, el método puede incluir la carga eléctrica de la herramienta llevada a cabo usando un generador de Van de Graaff. Ventajosamente, el método puede incluir la carga eléctrica de la herramienta llevada a cabo usando un generador de cargas negativas y la carga puesta en la herramienta es una carga negativa. Ventajosamente, el método puede comprender, además, el uso de la carga eléctrica en la herramienta para atraer moléculas de gas del apilamiento de piezas de material compuesto hacia la superficie de la herramienta. Ventajosamente, el método puede incluir la carga eléctrica de la herramienta llevada a cabo usando un generador de cargas electrostáticas. Ventajosamente, el método puede incluir la carga eléctrica de la herramienta poniendo una capa de material en contacto con la herramienta, y dejando pasar aire sobre la superficie de la capa de material.

Ventajosamente, el método puede incluir la carga eléctrica de la herramienta llevada a cabo poniendo una capa de FEP contra la herramienta, y poniendo un material contra la capa de FEP, siendo el material uno de nailon y de poliéster.

Según otro aspecto de la presente divulgación, se proporciona un método de fabricación de una pieza de material compuesto, que comprende colocar un apilamiento de piezas de resina compuesta no curada en una superficie de una herramienta, sellar una bolsa de vacío sobre el apilamiento de piezas de resina compuesta, crear un vacío en la bolsa de vacío, calentar el apilamiento de piezas de resina compuesta y poner una carga eléctrica en la herramienta para atraer moléculas de gas dentro del apilamiento de piezas de resina compuesta hacia la superficie de la

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herramienta. Ventajosamente, el método puede comprender, además, el curado del apilamiento de piezas de material compuesto. Ventajosamente, el método puede incluir la carga eléctrica de la herramienta llevada a cabo mediante la carga triboeléctrica de la herramienta. Ventajosamente, el método puede incluir la carga triboeléctrica llevada a cabo poniendo una primera capa de un primer material en contacto con la herramienta, siendo la primera

5 capa del primer material relativamente negativa en una serie triboeléctrica, y haciendo contacto la primera capa del primer material con un segundo material, estando sustancialmente separados entre sí los materiales primero y segundo en la serie triboeléctrica. Ventajosamente, el método puede incluir la puesta en contacto del primer material con un segundo material que incluye el paso de aire sobre el primer material.

10 Según otro aspecto adicional de la presente divulgación, se proporciona un método para reducir porosidades en el lado de la herramienta en un apilamiento de piezas de resina compuesta mientras cura en la superficie de la herramienta, que comprende el uso de una carga eléctrica para atraer moléculas de gas del apilamiento de piezas de resina compuesta a la superficie de la herramienta.

15 Según otro aspecto adicional de la presente invención, se proporciona un aparato para curar una pieza de resina compuesta, que comprende una herramienta que tiene una superficie de la herramienta adaptada para hacer contacto con un apilamiento de piezas de resina compuesta y un generador de cargas eléctricas para generar una carga en la superficie de la herramienta suficiente en magnitud para atraer moléculas de gas del apilamiento de piezas de resina compuesta a la superficie de la herramienta. El aparato comprende, además, una rejilla adaptada

20 para soportar la herramienta dentro de un horno de curado y una capa de aislamiento eléctrico entre el generador de cargas eléctricas y la rejilla. Ventajosamente, el aparato puede incluir un generador de cargas eléctricas que incluye un generador de cargas triboeléctricas. Ventajosamente, el aparato puede incluir un generador de cargas triboeléctricas que incluye al menos dos materiales en contacto mutuo y suficientemente separados en la serie triboeléctrica para producir la carga eléctrica en la superficie de la herramienta. Ventajosamente, el aparato puede

25 incluir un generador de cargas triboeléctricas situado en la herramienta. Ventajosamente, el aparato puede incluir un generador de cargas triboeléctricas que incluye un primer material que hace contacto con la herramienta y que tiene una carga inherentemente negativa en una serie triboeléctrica, y un segundo material que hace contacto con el primer material y está separado del primer material en la serie triboeléctrica una cantidad suficiente para generar la carga eléctrica en la superficie de la herramienta. Ventajosamente, el aparato puede incluir un primer material que

30 incluye capas primera y segunda, y un segundo material que está dispuesto entre las capas primera y segunda y es permeable para permitir el flujo de aire a lo largo y ancho de las superficies de las capas primera y segunda. Ventajosamente, el aparato puede incluir un segundo material que incluye una bolsa flexible que cubre el primer material y que está sellada a la herramienta. Ventajosamente, el aparato puede incluir un primer material que es etileno propileno fluorado (FEP) y un segundo material que es uno de un nailon y un poliéster. Ventajosamente, el

35 aparato puede incluir una bolsa flexible que incluye una entrada de aire, y un generador de cargas eléctricas que incluye un dispositivo Venturi para extraer aire de la entrada de aire a lo largo y ancho del primer material y fuera de la bolsa flexible.

Las características, las funciones y las ventajas pueden lograrse de forma independiente en diversas realizaciones

40 de la presente divulgación o pueden combinarse en otras realizaciones adicionales en las que pueden verse detalles adicionales con referencia a la descripción y los dibujos siguientes.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los rasgos novedosos que se cree que son característicos de las realizaciones ventajosas están definidos en las

45 reivindicaciones adjuntas. Las realizaciones ventajosas, sin embargo, así como un modo preferente de uso, objetivos y ventajas adicionales de las mismas, serán mejor entendidos con referencia a la siguiente descripción detallada de una realización ventajosa de la presente divulgación cuando se lea junto con los dibujos adjuntos, en los que:

50 La FIG. 1 es una ilustración de un diagrama de bloques funcionales de un aparato para curar un apilamiento de piezas de resina compuesta que reduce las porosidades de las piezas. La FIG. 2 es una ilustración de una vista lateral despiezada de una realización del aparato mostrado en la FIG. 1. La FIG. 3 es una ilustración de una vista en corte no despiezada tomada a lo largo de la línea 3-3 en la FIG.

55 2. La FIG. 4 es una ilustración de una vista lateral de otra realización del aparato. La FIG. 4A es una ilustración de una vista esquemática de un generador de Van de Graaff que emplea el efecto triboeléctrico. La FIG. 5 es una ilustración de una vista lateral de una realización adicional del aparato.

60 La FIG. 6 es una ilustración de un diagrama de flujo de un método de curado de un apilamiento de piezas de resina compuesta que reduce las porosidades de las piezas. La FIG. 7 es una ilustración de un diagrama de flujo de la metodología de la producción y el mantenimiento de aeronaves. La FIG. 8 es una ilustración de un diagrama de bloques de una aeronave.

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DESCRIPCIÓN DETALLADA La FIG. 1 ilustra a grandes rasgos los componentes de un aparato para curar un apilamiento de piezas de resina compuesta que reduce las porosidades de las piezas debidas a gases atrapados. La reducción en las porosidades de las piezas, particularmente en las porosidades en el lado de la herramienta, puede permitir el uso de procedimientos fuera del autoclave para curar apilamientos de piezas de material compuesto. Se coloca un apilamiento 20 de piezas de material compuesto no curadas en la superficie 25 de una herramienta adecuada 22, denominada a veces herramienta de curado o herramienta de unión. Según se expondrá con mayor detalle más abajo, puede colocarse una bolsa de vacío (no mostrada en la FIG. 1) sobre el apilamiento 20 de piezas y sellarse a la superficie 25 de la herramienta para aplicar presión de compactación al apilamiento 20 de piezas durante el proceso de curado. El apilamiento 20 de piezas colocado en la herramienta 22 puede ser curado en un horno convencional indicado por la línea discontinua 26. Para reducir las porosidades de las piezas, en particular las porosidades de las piezas cerca de la superficie 25 de la herramienta, se usa un generador 24 de cargas eléctricas para poner una carga negativa -en la herramienta 22 que puede ser mantenida durante todo el ciclo de curado. El apilamiento 20 de piezas de material compuesto no curadas porta una carga positiva +. La diferencia de potencial V resultante del apilamiento 20 de piezas cargado positivamente y la herramienta 22 cargada negativamente produce una fuerza electrostática F que atrae el aire y/o las moléculas volátiles 58 de gas atrapados (denominados en lo sucesivo en la presente memoria gas, gases o moléculas de gas) a la superficie 25 de la herramienta 22. Como consecuencia de la migración de las moléculas 58 de gas a la superficie 25 de la herramienta, se reducen sustancialmente o se eliminan las porosidades en el apilamiento 20 de piezas curadas causadas por gases atrapados.

Se dirige la atención ahora a las FIGURAS 2 y 3, que ilustran una realización del aparato mostrado en la FIG. 1 que puede ser empleado para curar un apilamiento 20 de piezas de resina compuesta dentro de un horno convencional 26 usando técnicas convencionales de moldeo por bolsa de vacío para aplicar presión de compactación al apilamiento 20 de piezas durante el procedimiento de curado. El apilamiento 20 de piezas de material compuesto no curadas puede comprender múltiples capas de preimpregnación, incluyendo cada una de ellas un refuerzo 20a de fibra (FIG. 3) contenido en una matriz 20b de resina polimérica. El apilamiento 20 de piezas de material compuesto no curadas se coloca en la superficie 25 de una herramienta 22. En la realización ilustrada, se muestra que la superficie 25 de la herramienta es sustancialmente plana; sin embargo, en otras aplicaciones la superficie 25 de la herramienta puede tener uno o más contornos o curvas o una combinación de áreas y contornos planos (no mostrados). La herramienta 22 puede comprender metal, un material compuesto u otros materiales capaces de mantener una carga eléctrica que es producida por un generador 24 de cargas eléctricas, que en este ejemplo es una forma mecánica sin alimentación del generador 24 de cargas eléctricas mostrado en la FIG. 1.

Una bolsa flexible convencional 32 de vacío, que puede comprender, sin limitación, nailon o poliéster, cubre el apilamiento 20 de piezas y es sellada a la superficie 25 de la herramienta usando cinta de sellar convencional u otros métodos de sellado (no mostrados). Aunque no se ilustran en los dibujos, sobre el apilamiento 20 de piezas, debajo de la bolsa 32 de vacío, pueden colocarse uno o más respiraderos, capas desprendibles, chapas de reparto de presiones, etc. La bolsa 32 de vacío incluye una salida 38 de aire acoplada con el tubo 40 de vacío, que se usa para vaciar la bolsa 32, dando como resultado que se aplica una presión de compactación al apilamiento 20 de piezas durante un ciclo de curado.

Se fija un generador 24 de cargas eléctricas, descrito posteriormente, al lado inferior 36 de la herramienta 22. El generador 24 de cargas eléctricas, junto con la herramienta 22 y el apilamiento 20 de piezas, es soportado en una rejilla 30 de horno que puede ser colocada dentro de un horno convencional 26 de calentamiento para efectuar el curado. El generador 24 de cargas eléctricas está eléctricamente aislado de la rejilla 30 de horno mediante una capa 28 de aislamiento, que puede comprender, sin limitación, un tejido de fibra de vidrio. Durante la carga de la herramienta 22 por medio del generador 24 de cargas eléctricas, la capa 28 de aislamiento aísla eléctricamente al generador 24 de cargas eléctricas de la rejilla 30 de horno, evitando así la descarga de las cargas negativas puestas en la herramienta 22.

En la realización mostrada en las FIGURAS 2 y 3, el generador 24 de cargas eléctricas comprende un generador de cargas estáticas triboeléctricas que incluye capas primera y segunda 42, 44 respectivamente, de un primer material, distanciadas y separadas por la capa permeable 46 de un segundo material que permite que el aire lo atraviese. Las capas primera y segunda 42a, 44a, respectivamente, del primer material, tienen superficies opuestas 42a, 44a (FIG. 3) que están en contacto con la capa 46 del segundo material. El generador 24 de cargas triboeléctricas genera una carga eléctrica por medio del efecto triboeléctrico. El efecto triboeléctrico, a veces denominado carga triboeléctrica, es una forma de electrificación por contacto en la que ciertos materiales se cargan eléctricamente una vez que entran en contacto con otro material diferente y luego se separan, tal como mediante frotamiento, aunque la transferencia de carga puede ocurrir en algunos casos mediante el simple contacto, sin frotar ni separar. La polaridad y la intensidad de las cargas producidas difieren según los materiales, la rugosidad de las superficies, la temperatura, la deformación y otras propiedades de los materiales. Los materiales pueden ser dispuestos en una lista, denominada serie triboeléctrica, según el orden de la polaridad de la separación de cargas cuando son tocados por otro objeto. Cuando un material hacia la parte inferior de la serie es tocado por un material cercano a la parte

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superior de la serie, alcanzará una carga más negativa, y viceversa. Cuanto más alejados estén entre sí los materiales en la serie triboeléctrica, mayor será la carga transferida.

Las capas 42, 44, 46 de material están cubiertas por una bolsa 56 de vacío que puede comprender, por ejemplo, y sin limitación, poliéster o nailon. La bolsa 56 de vacío está sellada al lado inferior 36 de la herramienta 22 por medio de cualquier técnica adecuada, tal como el uso de una cinta de sellar convencional (no mostrada), y se acopla adaptándose a la segunda capa 44 del segundo material. Hay un dispositivo Venturi 52 fijado a un lado de la bolsa 56 acoplado con un tubo 54 de succión. El dispositivo Venturi 52 incluye un tubo interno Venturi (no mostrado) que produce un vacío parcial local dentro de la bolsa 56. Este vacío parcial local hace que se aspire aire a una entrada 48 de la bolsa 56 y a través de la capa 46 del segundo material.

El aire que fluye a través de la capa 46 del segundo material se mueve a lo largo y ancho de las superficies 42a, 44a (FIG. 3) de las capas primera y segunda 42, 44 del primer material. El segundo material que forma la capa 46 y el primer material que forma las capas 42, 44 son escogidos de modo que estén suficientemente separados en la serie triboeléctrica para generar la magnitud deseada de carga negativa en la herramienta 22 cuando el aire fluye a través de la capa 46 y a sobre las capas primera y segunda 42, 44. Por ejemplo, y sin limitación, en una realización, cada una de las capas primera y segunda 42, 44 de material puede comprender un material que tenga una carga relativamente negativa en la serie triboeléctrica, tal como, sin limitación, un FEP (etileno propileno fluorado) adecuado, tal como Teflon®, y la capa 46 del segundo material puede comprender un vidrio tejido/N10 que tenga una carga relativamente positiva en la serie triboeléctrica.

El contacto de la bolsa 56 con la segunda capa 44, junto con el flujo 50 de aire sobre las superficies opuestas 42a, 44a de las capas primera y segunda 42, 46, respectivamente, da como resultado que se ponga una carga negativa en la herramienta 22 mediante un efecto de generación de carga triboeléctrica. Pueden emplearse otras disposiciones de materiales en el lado posterior 36 de la herramienta 22 para generar una carga electrostática en la herramienta 22 por medio de un efecto triboeléctrico. Según se ha explicado anteriormente, la carga eléctrica producida por el generador 24 de cargas eléctricas carga negativamente a la herramienta 22. La carga negativa en la superficie 25 de la herramienta da como resultado una fuerza electrostática F (FIG. 1) que atrae moléculas (FIG. 3) tanto de los gases como de la resina 58, 60, respectivamente, hacia la superficie 25 de la herramienta, reduciendo sustancialmente o eliminando con ello las porosidades en la pieza curada, en particular las porosidades en el lado de la herramienta. La migración de las moléculas 60 de resina hacia la superficie 25 de la herramienta causada por la fuerza electrostática F puede contribuir a mover las moléculas 58 de gas fuera del apilamiento 20 de piezas a la superficie 25 de la herramienta.

Según se ha mencionado anteriormente, el generador 24 de cargas eléctricas mostrado en la FIG. 1 puede comprender cualesquiera de varios dispositivos que son capaces de generar una carga eléctrica que puede ser transferida a la herramienta 22 para establecer una carga electrostática en la superficie 25 de la herramienta y la diferencia de potencial deseada entre la herramienta 22 y el apilamiento 20 de piezas de material compuesto. Por ejemplo, con referencia a la FIG. 4, el generador 24 de cargas eléctricas puede comprender un generador 64 de cargas electrostáticas alimentado que puede ser conectado directamente a la herramienta 22. En este ejemplo, la herramienta 22 es soportada en una rejilla 30 de horno que está aislada de la herramienta 22 por medio de una capa 28 de aislamiento eléctrico.

El generador electrostático 64 puede comprender, sin limitación, un generador de Van de Graaff, que comprende una cinta (no mostrada) de material dieléctrico flexible que discurre sobre dos o más poleas (no mostradas) y electrodos situados cerca de las poleas (no mostrados). Alternativamente, el generador electrostático 64 puede comprender una forma de un generador de Van de Graaff que emplee el efecto triboeléctrico, tal como el mostrado en la FIG. 4A. En este ejemplo, la fricción entre una o más cintas 65 y un par de rodillos 67, 69, estando fabricado uno de ellos de material aislante, o estando fabricados ambos de materiales aislantes en posiciones diferentes en la escala triboeléctrica, uno encima y el otro debajo del material o de la cinta, carga los rodillos 67, 69 con polaridades opuestas. Un campo eléctrico (no mostrado) procedente de los rodillos 67, 69 induce entonces una descarga en corona en los electrodos 71, 73, que esparcen la carga sobre las cintas 65, que son opuestas en polaridad a la carga de los rodillos 67, 69. El uso del generador electrostático 64 de tipo alimentado descrito más arriba puede resultar deseable en conexión con herramientas 22 de curado que tengan superficies de la herramienta complejas o muy contorneadas, y con cuerdas de herramienta tanto grandes como pequeñas.

En la FIG. 5 se ilustra una realización adicional de un aparato para curar un apilamiento 20 de piezas de material compuesto que reduce o elimina la porosidad de las piezas. En este ejemplo, el lado inferior 36 de la herramienta 22 está sustancialmente cubierto por una capa de un primer material 42. Una capa 56 de un segundo material cubre la capa 42 del primer material y está intercalada entre la capa 42 y la capa aislante 28. Las capas primera y segunda 42, 56 tienen cargas inherentes que son suficientemente diferentes en la escala triboeléctrica para producir la carga eléctrica estática deseada en la superficie 25 de la herramienta. Por ejemplo, la capa 42 que hace contacto con el lado inferior 36 de la herramienta 22 puede comprender un material de FEP/teflón que tenga una carga relativamente negativa, y la capa 56 puede comprender un nailon o un poliéster que tenga una carga relativamente

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positiva en la serie triboeléctrica. En la realización mostrada en la FIG. 5, no es necesario hacer pasar aire sobre ninguna de las capas 42, 56, como se hace en la realización mostrada en las FIGURAS 2 y 3.

Se dirige la atención ahora a la FIG. 6, que ilustra a grandes rasgos las etapas generales de un método para curar un apilamiento de piezas de material compuesto que reduce la porosidad en la pieza curada en el lado de la herramienta, y que puede llevarse a cabo usando técnicas de procesamiento mediante una bolsa convencional de vacío y un horno convencional de curado. Empezando en 66, se coloca un apilamiento 20 de piezas no curadas en la superficie 25 de una herramienta 22. En 68, se coloca una bolsa 32 de vacío sobre el apilamiento 20 de piezas y se sella a la herramienta 22. En 70, se crea un vacío dentro de la bolsa 32 de vacío, y, en 72, la herramienta 22 es cargada eléctricamente, lo cual, en el ejemplo ilustrado, comprende poner una carga negativa en una herramienta 22, lo que da como resultado una carga electrostática negativa en la superficie 25 de la herramienta. En 74, la carga electrostática puesta en la superficie 25 de la herramienta es usada para atraer moléculas de gas y de resina a la superficie 25 de la herramienta. En 76, el apilamiento de piezas de material compuesto es curado colocando el apilamiento 20 de piezas, junto con la herramienta 22 cargada negativamente, en un horno convencional 26.

Las realizaciones de la divulgación pueden encontrar uso en diversas aplicaciones potenciales, en particular en la industria del transporte, incluyendo, por ejemplo, aplicaciones aeroespaciales, marinas y de automoción, y otras aplicaciones en las que puedan usarse equipos de apilamiento automatizado. Así, con referencia ahora a las FIGURAS 7 y 8, pueden usarse realizaciones de la divulgación en el contexto de un método 78 de fabricación y mantenimiento de aeronaves, según se muestra en la FIG. 7, y de una aeronave 80, según se muestra en la FIG. 8. Las aplicaciones de las realizaciones dadas a conocer en el campo de la aviación pueden incluir, por ejemplo, sin limitación, el curado de piezas de resina compuesta, tales como, sin limitación, vigas, largueros y nervaduras alares, por nombrar solo algunos. Durante la preproducción, el método ejemplar 78 puede incluir la especificación y el diseño 82 de la aeronave 80 y el acopio 84 de materiales. Durante la producción tiene lugar la fabricación 86 de componentes y subconjuntos y la integración 88 de sistemas de la aeronave 80. Posteriormente, la aeronave 80 puede pasar por la homologación y la entrega 90 para ser puesta en servicio 92. Mientras esté prestando servicio con un cliente, la aeronave 80 tiene una planificación de mantenimiento y servicio rutinarios 94, lo que también puede incluir su modificación, su reconfiguración, su modernización, etcétera.

Cada uno de los procedimientos del método 78 puede ser realizado o llevado a cabo por un integrador de sistemas, una tercera entidad, y/o una empresa explotadora (por ejemplo, un cliente). Para los fines de esta descripción, un integrador de sistemas puede incluir, sin limitación, un número cualquiera de fabricantes de aeronaves y subcontratistas de sistemas importantes; una tercera entidad puede incluir, sin limitación, un número cualquiera de vendedores, subcontratistas y distribuidores; y una empresa explotadora puede ser una línea aérea, una empresa de arrendamiento financiero, una entidad militar, una organización de servicios, etcétera.

Según se muestra en la FIG. 8, la aeronave 80 producida por el método ejemplar 78 puede incluir un fuselaje 96 con varios sistemas 98 y un interior 100. Ejemplos de sistemas 98 de alto nivel incluyen uno o más de un sistema 102 de propulsión, un sistema eléctrico 104, un sistema hidráulico 106 y un sistema medioambiental 108. Puede incluirse un número cualquiera de otros sistemas. Aunque se muestra un ejemplo aeroespacial, los principios de la divulgación pueden ser aplicados a otras industrias, tales como las industrias marina y de la automoción.

Los sistemas y los métodos implementados en la presente memoria pueden ser empleados durante una cualquiera o más etapas del método 78 de producción y mantenimiento. Por ejemplo, los componentes o los subconjuntos correspondientes al procedimiento 86 de producción pueden ser fabricados o creados de una manera similar a los componentes o los subconjuntos producidos mientras la aeronave 80 está en servicio. Además, pueden utilizarse una o más realizaciones del aparato, realizaciones del método o una combinación de las mismas durante las etapas 86 y 88 de producción, por ejemplo, acelerando sustancialmente el montaje de una aeronave 80 o reduciendo el coste de la misma. De forma similar, pueden utilizarse una o más realizaciones del aparato, realizaciones del método o una combinación de las mismas mientras la aeronave 80 esté en servicio, por ejemplo, y sin limitación, para su mantenimiento y su servicio 94.

La descripción de las diferentes realizaciones ventajosas se ha presentado con fines de ilustración y descripción, y no se pretende que sea exhaustiva ni limitada a las realizaciones en la forma dada a conocer. Muchas modificaciones y variaciones resultarán evidentes a las personas con un dominio normal de la técnica. Además, diferentes realizaciones ventajosas pueden proporcionar ventajas diferentes en comparación con otras realizaciones ventajosas. La realización o las realizaciones seleccionadas se escogen y se describen para explicar de forma óptima los principios de las realizaciones, la aplicación práctica y para permitir a otras personas con un dominio normal de la técnica comprender la divulgación para diversas realizaciones con diversas modificaciones apropiadas para el uso particular contemplado.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para reducir porosidades en una pieza de resina compuesta que comprende:

5 colocar un apilamiento de piezas de material compuesto no curadas sobre una superficie de una herramienta; y atraer moléculas dentro del apilamiento de piezas de material compuesto no curadas a la superficie de la herramienta, en el que la atracción de las moléculas a la superficie de la herramienta incluye poner una carga eléctrica en la herramienta cargando eléctricamente la herramienta, usando la carga eléctrica de la

10 herramienta para atraer moléculas de gas del apilamiento de piezas de material compuesto hacia la superficie de la herramienta.
2. El método de la reivindicación 1 que, además, comprende curar el apilamiento de piezas.

15 3. El método de las reivindicaciones 1 o 2 en el que la carga eléctrica de la herramienta se lleva a cabo usando una carga triboeléctrica.
4. El método de las reivindicaciones 1 o 2 en el que la carga eléctrica de la herramienta se lleva a cabo usando un

generador de Van de Graaff. 20
5. El método de las reivindicaciones 1 o 2 en el que la carga eléctrica de la herramienta se lleva a cabo usando un generador de cargas negativas y la carga puesta en la herramienta es una carga negativa.
6. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 en el que la carga eléctrica de la herramienta se lleva a 25 cabo usando un generador de cargas electrostáticas.
7. Un aparato para curar una pieza de resina compuesta que comprende:

una herramienta que tiene una superficie del útil adaptada para hacer contacto con un apilamiento de piezas

30 de resina compuesta; un generador de cargas eléctricas para generar una carga en la superficie de la herramienta suficiente en magnitud para atraer moléculas de gas del apilamiento de piezas de resina compuesta a la superficie de la herramienta, una rejilla adaptada para soportar la herramienta dentro de un horno de curado; y

35 una capa de aislamiento eléctrico entre el generador de cargas eléctricas y la rejilla.
8. El aparato de la reivindicación 7 en el que el generador de cargas eléctricas incluye un generador de cargas triboeléctricas.

40 9. El aparato de la reivindicación 8 en el que el generador de cargas triboeléctricas incluye al menos dos materiales en contacto mutuo y suficientemente separados en la serie triboeléctrica para producir la carga eléctrica en la superficie de la herramienta.
10. El aparato de las reivindicaciones 8 o 9 en el que el generador de cargas triboeléctricas está situado en la 45 herramienta.
11. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10 en el que el generador de cargas triboeléctricas incluye:

un primer material que hace contacto con la herramienta y que tiene una carga inherentemente negativa en

50 una serie triboeléctrica, y un segundo material que hace contacto con el primer material y separado del primer material en la serie triboeléctrica una cantidad suficiente para generar la carga eléctrica en la superficie de la herramienta.
12. El aparato de la reivindicación 11 en el que:

55 el primer material incluye capas primera y segunda, y el segundo material está dispuesto entre las capas primera y segunda y es permeable para permitir el flujo de aire a lo largo y ancho de las capas primera y segunda.

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