ES2583979T3 - Un laminado curado artificialmente defectuoso - Google Patents

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Abstract

Un laminado curado artificialmente defectuoso (11) que comprende una pluralidad de capas de un material compuesto (12a, 12b, ..., 12f) y un inserto (15) de un material anti-adherente entre dos de dichas capas para simular un defecto de delaminación, caracterizado porque el inserto (15) comprende dos capas de un material anti-adherente (21a, 21b) de diferente tamaño, estando situada la más pequeña debajo de la más grande, dispuestas para evitar que la resina de las capas de material compuesto (12a, 12b, ..., 12f) pueda fluir entre ellas durante la etapa de curado del laminado.

Description

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DESCRIPCION
Un laminado curado artificialmente defectuoso Campo de la invencion
Esta invencion se refiere a estructuras de materiales compuestos y mas en particular a probetas para analizar la influencia de la presencia de defectos de delaminacion en laminados de materiales compuestos.
Antecedentes de la invencion
Los laminados de materiales compuestos estan hechos con capas individuales que se unen entre si a una cierta temperatura formando un laminado consolidado. Cada capa esta compuesta de una mezcla de fibras y resina. La resina fluye dentro y entre las capas antes de llegar a su temperatura de curado.
Los laminados de materiales compuestos se utilizan ampliamente en la industria aeronautica as! como en otras industrias.
El documento US 2010/0170746 A1, referido a un "material compuesto estructural con propiedades mejoradas de amortiguacion acustica y de vibracion", describe un material compuesto que comprende una capa no tejida que tiene una hoja intercalada viscoelastica, que puede estar situada en ella en mitad de la capa. Se describe el uso de muestras de ensayo con una doble capa de pellcula de liberation de politetrafluoroetileno (PTFE) situada en el plano medio del laminado entre la hoja intercalada viscoelastica y la capa de cinta inmediatamente adyacente a ella.
El documento EP 2363271 A1, referido a "un componente en capas que comprende material de liberacion entre las capas", describe un material compuesto que comprende capas, que pueden ser preimpregnados. Los elementos de pellcula se proporcionan entre al menos dos capas que sean adyacentes. Los elementos de pellcula estan hechos de un material de liberacion que inhibe la adhesion entre las regiones de la resina en los lados opuestos de los elementos de pellcula respectivos y se distribuyen al azar. Los elementos de pellcula proporcionan unas zonas de delaminacion dentro del componente. El componente puede ser una pieza de ensayo para evaluar el comportamiento del material frente a la delaminacion. El comportamiento frente a la delaminacion causada por los elementos de pellcula puede tener un proposito util, por ejemplo para el control de las regiones de un componente en las que se produce la delaminacion a continuation de eventos tales como el impacto de aves en un aspa de ventilador de un motor de turbina de gas.
El documento US 5142141 A, referido a "red de medicion del crecimiento de grietas con fibras opticas primarias de derivation", describe materiales compuestos laminados para la fabrication de componentes de aeronaves en los que las unidades de medicion de grietas pueden incrustarse entre las capas del material compuesto durante la fabricacion. Cuando estan incrustadas, la salida optica puede ser usada para medir tensiones en los componentes que incluyen el detector. La unidad de medicion puede ser distribuida en una capa interna de un componente durante la fabricacion, y se pueden construir capas adicionales en la parte superior de la unidad de medicion. Una fibra optica incrustada puede ser llevada a la superficie para las conexiones de tal manera que no debilite el componente de material compuesto y evite la micro-flexion de la fibra.
Durante la fabricacion de laminados de materiales compuestos aparecen defectos debidos a la contamination del material, a la variabilidad de los parametros de fabricacion o a otras causas.
La separation de las capas (tambien llamada delaminacion o despegado) es uno de dichos defectos.
Para evaluar la validez de una pieza de material compuesto con defectos de delaminacion es necesario llevar a cabo ensayos estructurales en probetas que incluyen defectos de delaminacion generados artificialmente (es decir en laminados artificialmente defectuosos).
La tecnica anterior ensena el uso de probetas con una capa de politetrafluoroetileno (PTFE) (ya sea una capa plana o una capa doblada) dentro del laminado con la forma y el tamano de los tipicos defectos de delaminacion encontrados durante la fabricacion para permitir la evaluacion del efecto de tales defectos en la pieza real. Se usa una capa doblada cuando se busca una cierta desunion entre las capas.
5 Un inconveniente de esta tecnica es que una capa plana o una capa doblada puede sufrir desviaciones durante la fabricacion de la probeta debido a la reducida pegajosidad del material compuesto no curado en relacion con el material no adherente y tambien al efecto producido por el rodillo en procesos de fabricacion automatizados que tiende a mover la capa plana o a desdoblar la capa doblada.
La presente invention esta dirigida a la solution de dicho inconveniente.
10 Sumario de la invencion
Es un objeto de la presente invencion proporcionar un laminado curado artificialmente defectuoso apropiado para ser usado de acuerdo con la reivindicacion 7 como una probeta para simular los defectos reales de delaminacion que se producen de forma natural en la fabricacion de una pieza de material compuesto para realizar pruebas y evaluar la influencia de esos defectos en la integridad estructural de la pieza.
15 Es otro objeto de la presente invencion proporcionar metodos de fabricacion de dicho laminado curado artificialmente defectuoso.
En un aspecto, estos y otros objetos se consiguen con un laminado curado artificialmente defectuoso de acuerdo con la reivindicacion 1 que comprende una pluralidad de capas de un material compuesto y un inserto de un material anti- adherente entre dos de dichas capas para simular un defecto de delaminacion que comprende al menos dos capas de 20 un material anti-adherente (preferiblemente PTFE) de diferente tamano, estando situada la mas pequena debajo de la mas grande, dispuesto para evitar que la resina de las capas del material compuesto pueda fluir entre las capas del material anti-adherente durante la etapa de curado del laminado. Una doble capa (o una multi-capa) de un material anti- adherente material garantiza una total separation entre las capas del material compuesto, incluyendo una cierta portion de aire atrapado, para simular una delaminacion producida de forma natural durante la fabricacion de una pieza de 25 material compuesto.
Ventajosamente, el espesor de las capas de material anti-adherente es menor que el espesor de las capas de material compuesto.
En otro aspecto, los objetos mencionados anteriormente se consiguen con un metodo de fabricacion de acuerdo con la reivindicacion 4 de un laminado curado artificialmente defectuoso de un material compuesto que incluye un inserto 30 interior de un material anti-adherente para la simulation de un defecto de delaminacion que comprende etapas de: a) apilar un primer grupo de capas de un material compuesto, b) aplicar calor local en el area de la ultima capa sobre la que se colocara dicho inserto para aumentar su pegajosidad; c) colocar sobre la ultima capa del primer grupo, una sobre otra, una primera y una segunda capas de un material anti-adherente que forman el inserto, siendo la primera capa mas pequena que la segunda capa; d) apilar un segundo grupo de capas de un material compuesto; e) curar el laminado 35 resultante de la etapa d).
Aunque no hay una garantia completa de la ubicacion del inserto en el lugar deseado en el laminado, el diferente tamano de las capas anti-adherentes y el pre-calentamiento del laminado subyacente reducen el riesgo.
Otras caracteristicas y ventajas de la presente invencion se desprenderan de la description detallada que sigue de realizaciones ilustrativas de su objeto en relacion con las figuras que se acompanan.
40 Breve descripcion de los dibujos
La Figura 1 es una vista esquematica en section transversal de un laminado curado artificialmente defectuoso de acuerdo con la presente invencion.
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La Figura 2 es una vista esquematica en seccion transversal de los componentes utilizados para la preparacion del inserto incluido en un laminado curado artificialmente defectuoso de acuerdo con una realizacion, que no es parte de la invention reivindicada.
Las Figuras 3a, 3b, 3c, 3d y 3e son vistas esquematicas en planta de los componentes utilizados para la preparacion del inserto incluido en un laminado curado artificialmente defectuoso de acuerdo con una realizacion, que no es parte de la invencion reivindicada.
Las Figuras 4a y 4b son vistas en planta del inserto incluido en un laminado curado artificialmente defectuoso de acuerdo con una realizacion, que no es parte de la invencion reivindicada, en dos etapas de su preparacion.
Las Figuras 5a y 5b son vistas esquematicas del inserto incluido en un laminado curado artificialmente defectuoso de acuerdo con una realizacion, que no es parte de la invencion reivindicada, ilustrando la formation del sello adhesivo entre las capas de un material anti-adherente.
Descripcion detallada de la invencion
La Figura 1 muestra un laminado artificialmente defectuoso 11 que comprende varias capas 12a, 12b, ..., 12f de un material compuesto y un inserto 15 para la simulation de un defecto de delaminacion colocado entre las capas 12c y 12d. La ubicacion del inserto 15 en el laminado 11 se define de manera que se adapte al defecto a ser simulado (que puede ser un defecto interno o superficial).
El inserto 15 puede adoptar cualquier forma, aunque las formas mas comunes para simular defectos reales son formas cuadradas y circulares, con tamanos variables para hacer frente a la gravedad del defecto a ser simulado.
Las Figuras 2, 3a a 3c, 4a, 4b muestran el apilado 13 utilizado para la preparacion de un inserto 15 de acuerdo con una realizacion, que no es parte de la invencion reivindicada, que comprende:
- Una base protectora y una cubierta protectora comprendiendo una capa de papel 31 capaz de resistir el calor (el papel de soporte de las cintas de preimpregnado ha demostrado ser eficaz) y una capa de material anti-adherente 29 que evite que pueda adherirse a la capa de papel 31 algun flujo de adhesivo.
- Dos capas rectangulares de un material antiadherente 21a, 21b, tal como PFTE, con cuatro agujeros rectangulares 17 en sus bordes que tienen un espesor menor que el espesor de las capas de material compuesto 12a, 12b, ... 12f.
- Cuatro piezas rectangulares de pellcula adhesiva 27 para cubrir los agujeros 17. La dimension de esas piezas debe ser justo la suficiente para cubrir los agujeros.
Una vez que el apilado 13 esta preparado sobre una superficie de trabajo como se ilustra en las Figuras 2 y 4a (un medio apilado), se aplica calor sobre el mismo de modo que el adhesivo fluya a traves de los agujeros 17 entre las dos capas 21a, 21b (ver Figura 5a) para formar un sello adhesivo como un remache (ver Figura 5b) de modo que las dos capas de un material antiadherente 21a, 21b se puedan soldar durante la etapa de curado del laminado 11.
El inserto 15 evita que la resina de las capas de material compuesto 12a, 12b, ..., 12f pueda fluir entre las capas de material antiadherente 21a, 21b durante la fase de curado del laminado 11.
El numero y dimensiones de los agujeros 17 se seleccionan para permitir la soldadura de las capas anti-adherentes 21a y 21b. El tamano debe ser tal que no perturben el laminado 11 en un area comparable con el espesor de cada capa de material compuesto y con una distancia suficiente entre los puntos de soldadura para no se influyan mutuamente. El tamano de los agujeros 17 puede ser del orden de 1 mm2 y el tamano de las piezas de pellcula adhesiva 27 un poco mas grande, del orden de 2 mm2.
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Las piezas de pellcula adhesiva 27 deberan ser de un material compatible con el material compuesto de las capas 12a, 12b, ..., 12f del laminado 11. Por ejemplo, para un material termoplastico reforzado con carbono, el material de las piezas de pellcula adhesiva 27 puede ser un adhesivo epoxi. El adhesivo debera ser capaz de reducir su viscosidad con la aplicacion de calor antes mencionada sin curar. Esto permite el flujo del adhesivo y un espesor reducido de la capa de adhesivo en el laminado curado que no afecta el perfil de capas del laminado.
Despues de la aplicacion de calor se retiran la base protectora y la cubierta protectora y el inserto 15, ilustrado en la Figura 4b, esta listo para ser utilizado en el proceso de fabricacion del laminado artificialmente defectuoso 11. El inserto 15 se coloca sobre la capa 12c del laminado 11 despues de haberle aplicado calor para aumentar su pegajosidad, facilitando, por lo tanto, que la colocacion de la siguiente capa no mueva el inserto 15.
En otra realizacion, que no es parte de la invencion reivindicada, las dos capas de un material anti-adherente 21a, 21b con cuatro agujeros rectangulares 17 en sus bordes y las cuatro piezas rectangulares de pellcula adhesiva 27 con una dimension adecuada para cubrir los agujeros 17 se colocan directamente sobre la capa 12c del laminado 11 de modo que el desbordamiento inferior del adhesivo de las piezas de pellcula adhesiva 27 alcance la capa 12c, asegurando la fijacion de las dos capas de material antiadherente 21a, 21b entre si y a la capa 12c.
Como en la realizacion anterior, el inserto 15 evita que la resina de las capas de material compuesto 12a, 12b, ...,12f pueda fluir entre las capas de un material anti-adherente 21a, 21b durante la fase de curado del laminado 11.
En otra realizacion de acuerdo con la invencion, dos capas de un material antiadherente 21a, 21b (sin piezas de pellcula adhesiva entre ellos) de un tamano distinto, se colocan directamente sobre la capa 12c despues de haber aplicado calor en ella para aumentar su pegajosidad.
Entre otras, la invencion tiene las siguientes ventajas:
- El inserto 15 no se mueve cuando se coloca la siguiente capa de material compuesto 12d.
- Las dos capas de material antiadherente 21a, 21b pueden ser selladas gracias a la adicion de adhesivos que evitan su separacion cuando se coloca la capa de preimpregnado.
El laminado curado artificialmente defectuoso 11 segun la invencion puede ser utilizado como una probeta para la realizacion de pruebas estructurales destinadas a analizar la influencia del defecto causado por el inserto 15 en la integridad estructural del laminado 11 como en la tecnica anterior. A este respecto, son bien conocidas tecnicas no destructivas de ensayo (por ejemplo la inspeccion ultrasonica) para confirmar el tamano y la ubicacion del inserto 15 antes de ensayar la probeta.
Aunque se ha descrito la presente invencion en conexion con varias realizaciones, puede apreciarse a partir de la descripcion que pueden hacerse varias combinaciones de elementos, variaciones o mejoras en ellas y que estan dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (7)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un laminado curado artificialmente defectuoso (11) que comprende una pluralidad de capas de un material compuesto (12a, 12b, ..., 12f) y un inserto (15) de un material anti-adherente entre dos de dichas capas para simular un defecto de delaminacion, caracterizado porque el inserto (15) comprende dos capas de un material anti-adherente (21a, 21b) de diferente tamano, estando situada la mas pequena debajo de la mas grande, dispuestas para evitar que la resina de las capas de material compuesto (12a, 12b, ..., 12f) pueda fluir entre ellas durante la etapa de curado del laminado.
  2. 2. Un laminado curado artificialmente defectuoso (11) segun la reivindicacion 1, en el que el espesor de las capas de un material anti-adherente (21a, 21b) es menor que el espesor de las capas de material compuesto (12a, 12b, ..., 12f ).
  3. 3. Un laminado curado artificialmente defectuoso (11) segun cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que dicho material anti-adherente es politetrafluoroetileno (PTFE).
  4. 4. Un metodo de fabricacion de un laminado curado artificialmente defectuoso (11) de un material compuesto que incluye un inserto interior de un material anti-adherente para la simulacion de un defecto de delaminacion, que comprende pasos de:
    a) apilar un primer grupo de capas de material compuesto (12a, 12b, 12c);
    b) aplicar calor local en el area de la ultima capa (12c), sobre la que se colocara dicho inserto (15) para aumentar su pegajosidad;
    c) colocar sobre la ultima capa (12c) del primer grupo, una sobre otra, una primera y una segunda capas de un material anti-adherente (21a, 21b) que forman el inserto (15), siendo la primera capa (21a) mas pequena que la segunda capa (21b).
    d) apilar un segundo grupo de capas de un material compuesto (12d, 12e, 12f);
    e) curar el laminado resultante de la etapa d).
  5. 5. Un metodo de fabricacion segun la reivindicacion 4, en el que el espesor de las capas de un material anti-adherente (21a, 21b) es menor que el espesor de las capas de material compuesto (12a, 12b, ..., 12f).
  6. 6. Un metodo de fabricacion segun la reivindicacion 5, en el que dicho material anti-adherente es politetrafluoroetileno (PTFE).
  7. 7. Uso de un laminado curado artificialmente defectuoso (11) segun cualquiera de las reivindicaciones 1-3, como una probeta para la realizacion de ensayos estructurales destinados a analizar la influencia del defecto causado por dicho inserto (15) en la integridad estructural del laminado.
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