ES2590147T3 - Un método para control en línea de un proceso de fabricación de un material de lámina de múltiples componentes - Google Patents

Un método para control en línea de un proceso de fabricación de un material de lámina de múltiples componentes Download PDF

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Abstract

Un método para calibrar un aparato de señal de medición para utilizar en un método para controlar un proceso para la fabricación de un material en láminas de múltiples componentes que comprende una estructura reforzada de fibra preimpregnada que tiene un parámetro predeterminados deseado que comprende: a. Fabricar un material en láminas de múltiples componentes aplicando una señal de ultrasonidos para interactuar con el material en láminas durante su producción, b. Detectar la señal de medición después de la interacción con el material en láminas, c. Analizar uno o más parámetros del material en láminas por un método de absorción de agua y d. Correlacionar las señales de medición detectadas con los resultados del método de absorción de agua para calibrar por ello los resultados de señal de medición detectada con uno o más parámetros del material en láminas.

Description

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DESCRIPCION
Un metodo para control en lmea de un proceso de fabricacion de un material de lamina de multiples componentes
Este invento se refiere a un metodo para calibrar un aparato de senal de medicion para utilizar en un metodo para controlar un proceso para la fabricacion de material en laminas de multiples componentes, particularmente un material pre-impregnado.
Se han utilizado materiales compuestos para producir tanto estructuras ligeramente cargadas como estructuras muy cargadas, util en aplicaciones que no soportan carga y que soportan carga, respectivamente. Los ejemplos de lo anterior incluyen cascos de barcos y paneles de carrocena de automovil, mientras que los ejemplos de lo ultimo incluyen recipientes a presion, bastidores, aplicaciones de equipamientos y aeroespaciales, por ejemplo fuselajes de aviones. Debido a su amplia aplicabilidad, los materiales compuestos han encontrado uso en un amplio rango de industrias incluyendo la industria del automovil, marina y aeroespacial. Sin embargo, debido a su capacidad para ser fabricado en formas adecuadas para soportar cargas pesadas, los materiales compuestos son especialmente utiles en el diseno de miembros estructurales de soporte de carga, particularmente donde la resistencia mecanica, ligereza y facilidad de conformado pueden ser requeridas. Asegurar la fiabilidad en la construccion del material en laminas y el control de calidad es imperativo.
Los materiales compuestos incluyen tfpicamente un material fibroso, tal como carbono, aramida, vidrio o cuarzo, unidos juntos con un material de resina por ejemplo una epoxi. La carga de tales materiales compuestos es soportada en primer lugar por el material fibroso, y asf, las propiedades de compuesto que soporta la carga pueden ser alteradas alterando la orientacion de las fibras en el material compuesto. Por ejemplo, los materiales compuestos con fibras unidireccionales, tales como cintas o haces de filamentos, pueden exhibir generalmente la resistencia mecanica a traccion mas fuerte a lo largo del eje de las fibras. Las telas tejidas y mantas bidireccionales son tfpicamente las mas fuertes en el plano del material. Asf, cuando se disenan materiales compuestos, la orientacion de la fibra y el numero de capas, tambien conocido como pliegos, es tfpicamente especificado en consideracion de la carga anticipada que experimental el elemento de compuesto.
Los estratificados o partes de compuesto de fibra pueden ser fabricados tfpicamente impregnando en primer lugar el refuerzo de fibra con resina para formar un pre-impregnado, y a continuacion consolidando dos o mas capas de pre- impregnado en un estratificado en un proceso asf llamado "prensado de capas". La formacion de una variedad de defectos, incluyendo arrugas, huecos, desestratificados, y similares es inherente en el proceso de prensado de capas. Por ejemplo, los huecos en el pre-impregnado y/o estratificado, puede resultar de la penetracion ineficiente de la resina en el haz de fibras, haz de filamentos, o fibra para hilar, o de la desgasificacion durante el proceso de consolidacion. Tales defectos pueden ser formados en mayor numero cuando el artfculo compuesto que es formado es relativamente grande, o incorpora un contorno, u otra forma cualquiera compleja.
Tales defectos pueden no ser facilmente identificables, detectables o aparentes sobre la superficie durante el proceso de prensado de capas, o, tales defectos pueden resultar visibles o exacerbados durante el proceso de curado posterior. La presencia de tales defectos en el artfculo finalizado puede comprometer la resistencia mecanica del material en tanto como en un factor de 2, y asf, puede requerirse que el artfculo sea reparado, o puede incluso requerirse que la parte sea desechada, contribuyendo asf a un aumento en el coste de fabricacion debido ya sea al coste de reparacion y/o al tiempo de espera requerido para reemplazar los artfculos a desechar.
Un amplio rango de metodos de inspeccion ha sido aplicado independientemente a los materiales de compuesto. Sin embargo, la resolucion de defectos cuando se utilizan algunos de estos materiales compuestos puede estar limitada en algunas aplicaciones. Por ejemplo, en materiales compuestos en que las fibras o haces de filamentos tienen una orientacion aleatoria, o en materiales compuestos en los que las fibras comprenden de manera deseable carbono, bien la estructura o bien el carbono puede dispersar la senal medida. Ademas, en muchas aplicaciones, puede ser deseable, o incluso necesario, obtener multiples mediciones, incluyendo tanto mediciones de parametros ffsicos como propiedades del material, del material compuesto. Muchos aparatos de inspeccion son capaces de proporcionar solamente una medicion, o un tipo de medicion, o proporcionar datos con una desviacion estandar inaceptable en algunas aplicaciones. En algunos casos, el equipamiento capaz de realizar mediciones mas sofisticadas puede ser caro y asf no rentable en aplicaciones en las que el margen de beneficio del artfculo que es fabricado no garantiza el gasto.
Es conocido un procedimiento denominado como prueba de absorcion de agua para determinar el grado de impermeabilizacion o impregnacion de un material pre-impregnado unidireccional. Para este proposito, una muestra de material pre-impregnado unidireccional es inicialmente pesado y sujeto entre dos placas de tal modo que una tira de muestra, sobresale tfpicamente alrededor de 5 mm de ancho. Esta disposicion es suspendida en la direccion de las fibras en un bano de agua durante 5 minutos a temperatura ambiente (21 °C). Despues de retirar las placas, la muestra es pesada otra vez. La diferencia de peso es utilizada como un valor medido para el grado de impregnacion. Cuando mas pequena es la cantidad de agua absorbida, mas elevado es el grado de impermeabilizacion o impregnacion. Una desventaja de la prueba de absorcion de agua es que no permite que sea extrafda ninguna conclusion por ejemplo en lo que se refiere a la distribucion de resina en el material pre-impregnado o el acabado superficial del material pre- impregnado. El procedimiento de prueba de absorcion de agua proporciona meramente informacion de un efecto de
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volumen general, no siendo posible diferenciar entre las variables de influencia individuales o los parametros caracterfsticos.
Ademas la prueba de absorcion de agua es empleada ffpicamente fuera de lmea como una medida de control de calidad en muestras de un material. Esto significa necesariamente que un fallo local en calidad puede no ser identificado o, si lo es, una gran cantidad de material puede ser considerada que falla la prueba y conducir a desperdicio.
A partir del documento US2011/135872 A1 son conocidos procesos de bucle cerrado para la fabricacion de pre- impregnados y estratificados, donde se utilizan ultrasonidos para ajustar los parametros de fabricacion. Existe una necesidad de un metodo perfeccionado de calibrar un proceso para la fabricacion de un material en laminas de multiples componentes y de un metodo de inspeccion que limita o resuelve problemas asociados con metodos conocidos.
La invencion proporciona metodos como se han definido por las reivindicaciones adjuntas.
La presente invencion puede ser empleado en combinacion con otros metodos de control de calidad. Cualesquiera metodos adicionales pueden ser seleccionados basandose en el parametro o propiedad o propiedades que son medidos. Metodos de medicion adicional incluyen tecnicas de formacion de imagenes, tales como holograffa acustica, metrologfa optica y muchas variedades de camaras, por ejemplo camaras de microondas, para mediciones dimensionales, tales como longitud, anchura, profundidad, o mediciones hechas en mas de una dimension; termometros o termopares para la medicion de conductividad termica; magnetometros tales como sensores de efecto hall, sensores magneto-resistivos gigantes, sensores magneto-resistivos anisotropos, magnetometros atomicos, dispositivos de interferencia cuanticos superconductores (SQUIDS) o bobinas de corrientes de Eddy para la medicion de permeabilidad magnetica; placas o tiras capacitivas para la medicion de la constante dielectrica y, ohirnmetros o bobinas de corrientes de Eddy para la medicion de conductividad electrica; densitometros o rayos X para la medicion de densidad o porosidad; y magnetometros y bobinas para la medicion de frecuencia de resonancia cuadruple nuclear.
La presente invencion puede ser empleada en combinacion con el metodo descrito en el documento US2010/0065760 para determinar al menos un parametro caracterfstico de una muestra de CRP, en particular una muestra de material pre-impregnado para el sector aeroespacial, que comprende los siguientes operaciones del metodo: presentar la muestra, irradiar la muestra con un espectro predeterminado de radiacion electromagnetica, grabar la interaccion entre la muestra y la radiacion electromagnetica en un registro de datos y determinar el parametro caracterfstico a partir del registro de datos grabado.
Preferiblemente, el metodo comprende la operacion de medir la velocidad a traves del grosor de una senal de ultrasonidos, y correlacionar la velocidad con otro modelo de calibracion para determinar otro parametro o propiedad de la estructura o estratificado, preferiblemente la otra propiedad es el grosor del estratificado o estructura.
En algunas realizaciones se obtiene adecuadamente informacion dimensional, tal como longitud, anchura, profundidad o mediciones hechas en mas de una dimension. Hay disponibles muchas tecnicas de formacion de imagenes capaces de proporcionar tales mediciones, bien directa, o bien indirectamente mediante una imagen puede ser analizada ademas para proporcionar la informacion dimensional deseada. Los ejemplos de tales tecnicas de formacion de imagenes incluyen holograffa acustica, formacion de imagenes de matriz de corrientes de Eddy, metrologfa optica y muchas variedades de camaras, por ejemplo camaras de microondas.
En algunas realizaciones, la metrologfa optica puede ser utilizada ademas de ultrasonidos y es capaz ventajosamente de proporcionar informacion relacionada a las arrugas u ondulacion presente en el material de refuerzo, pre-impregnado y/o estratificado. Las tecnicas para conducir las mediciones de metrologfa optica, asf como analizar los resultados de las mismas, son bien conocidas por los expertos en la tecnica, y estan descritas generalmente en Yoshizawa, Taoru, Manual de principios y aplicaciones de metrologfa optica ("Handbook of optical metrology principals and applications"), Taylor & Francis, Boca Raton, co. 2008 incorporadas aqu por referencia en esta memoria en su totalidad. Ademas, el equipamiento para conducir tales mediciones esta comercialmente disponible en una variedad de fuentes incluyendo General Electric Company, FARO y Minolta.
En una realizacion preferida, las mediciones de ultrasonidos son tomadas ventajosamente durante la infusion, y/o antes de, o durante la compactacion, cuando se espera que proporcionen informacion relacionada con la porosidad del pre- impregnado. Adecuadamente una sonda o sondas de ultrasonidos son empleadas y pueden ser colocadas muy cerca de la operacion de infusion de resina y/o de la operacion de compresion/compactacion, donde recogera datos indicativos de la porosidad del pre-impregnado/estratificado a una profundidad dada.
Los datos son a continuacion procesados por un procesador para proporcionar datos, por ejemplo indicativos del efecto de cualesquiera defectos del pre-impregnado y/o estratificado en el estado verde en el numero y la gravedad de defectos de la parte curada y/o del impacto de cualesquiera de tales defectos sobre la resistencia mecanica de la parte curada. Los datos procesados son proporcionados al controlador, que pueden a continuacion ajustar parametros del proceso, si se desea o se requiere, para reducir la cantidad, o magnitud, de defectos generados en el pre-impregnado y/o estratificado por el proceso.
Los ajustes del proceso que pueden impactar la presencia, numero o impacto de defectos en el pre-impregnado y/o
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estratificado de estado verde incluyen, pero no estan limitados a, traccion de haz de filamentos, temperaturas, velocidad de prensado de capas en molde, presion del rodillo, y contenido de resina. Y, los datos procesados pueden indicar, y as^ el controlador puede ajustar cualquiera de estos manual o automaticamente. El control automatico puede ser ventajoso en algunas realizaciones, ya que proporciona la oportunidad para un proceso de bucle cerrado.
Las tecnicas para llevar a cabo mediciones de ultrasonidos, asf como para analizar los resultados de las mismas, son conocidas por los expertos en la tecnica, y estan descritas generalmente en Data, S.K. y Shah, A.H., Ondas elasticas en medios y estructuras de compuesto con aplicaciones para evaluacion no destructiva ultrasonica ("Elastic waves in composite media and structures with applications to ultrasonic non-destructive evaluation"), Press CRC, Boca Raton, co. 2009, incorporado aqu por referencia en esta memoria en su totalidad. Ademas, el equipamiento para llevar a cabo tales mediciones esta parcialmente disponible en una variedad de fuentes incluyendo General Electric, Olympus y NDT Systems.
El aparato empleado para llevar la invencion a efecto comprende adecuadamente sensores apropiados, o agrupaciones de sensores, dispuestos operativamente relativos al pre-impregnado y o estratificado, o equipo de tratamiento en el punto del proceso de fabricacion en que se obtiene de manera deseable la informacion de medicion. En algunas realizaciones, el sensor o agrupacion o agrupaciones de sensores puede ser colocado ventajosamente proximal a, distal, o cerca de donde la resina es infundida de manera deseable en el material de refuerzo, y/o tiene lugar la compactacion/compresion del pre-impregnado, prensado de capas de uno o mas pre-impregnados para proporcionar el estratificado, o la consolidacion del estratificado. Dicho de otro modo, al menos una de las mediciones es tomada antes, durante o despues de la infusion de una resina sobre un material de refuerzo, una operacion de compactacion, una operacion de estratificacion/prensado de capas, una operacion de consolidacion y/o una operacion de curado.
En una realizacion preferida el trasmisor y receptor de ultrasonidos estan ubicados por encima y por debajo del material de lamina. Preferiblemente el trasmisor y el receptor no hacen contacto con el material en laminas. La senal de ultrasonidos puede ser reflejada desde la superficie superior o desde la superficie inferior o desde las capas intermedias del material en laminas. La senal puede ser transmitida o absorbida tambien a traves del grosor de la lamina o pre- impregnado. La absorcion de la senal (cuando es medida por la diferencia entre la energfa de la senal transmitida y la senal recibida que sigue a la trasmision a traves del pre-impregnado o de la lamina) proporciona una medicion de uno o mas parametros de la lamina o pre-impregnado tal como el grosor de la capa de resina o el grosor o densidad de la lamina o pre-impregnado.
La velocidad de la senal a traves de la lamina puede proporcionar tambien una indicacion de la densidad o porosidad o variaciones de densidad son porosidad en el pre-impregnado o en la lamina. La velocidad puede ser medida por la diferencia entre la velocidad de la senal transmitida y la senal recibida que sigue a la trasmision a traves del pre- impregnado o de la lamina.
La diferencia de fase entre la senal original transmitida y la senal recibida puede ser tambien indicativa de ciertas propiedades del pre-impregnado o de la lamina tal como la porosidad o defectos superficiales.
Los elementos de trasmisor y de sensor, o agrupaciones de los mismos, son montados preferiblemente de manera que sus superficies de emision y recepcion esten alineadas y opuestas entre sf El transmisor y el receptor son montados preferiblemente en las extremidades de un miembro ngido en forma de "C" o estructura abierta similar, para permitir que ambos elementos sean colocados o retirados desde alrededor del material en laminas. El miembro ngido es montado preferiblemente sobre una pista de deslizamiento o de portico de manera que el trasmisor y el sensor pueden ser colocados alrededor del pre-impregnado y retirados para mantenimiento o calibracion sin perturbar la alineacion de los elementos. Preferiblemente la estructura de montaje incorpora previsiones para la amortiguacion de vibracion.
Los circuitos de deteccion necesarios para la operacion de elementos del sensor pueden ser propensos a interferencias electromagneticas (EM). Por lo tanto es necesario mantener los cables fuera del cortocircuito del sensor. Es preferible que el circuito de deteccion y la electronica necesaria para recibir una entrada desde los sensores debieran estar ubicados cerca del sensor, y aislados de la radiacion EM. Preferiblemente esto estara dentro de un alcance de 7 m del sensor, preferiblemente aun, montado sobre la misma pista de deslizamiento o de portico que los elementos del sensor. Preferiblemente los sistemas electronicos no asociados con el circuito de deteccion (por ejemplo, la fuente de alimentacion), son aislados para impedir interferencias EM que afectan al circuito de deteccion. Preferiblemente toda la electronica asociada con los elementos trasmisor y sensor estan alojados en compartimentos aislados de EM, con el circuito de deteccion en un compartimento separado.
Un subproducto indeseable del manejo de fibras de carbono es la produccion de partfculas en el aire conductoras que pueden interrumpir componentes electricos. Es por tanto preferible que todos los componentes electricos de la presente invencion esten alojados en entornos de presion positiva para impedir la entrada de partfculas conductoras de aire para impedir el dano.
En aquellas realizaciones en que la metrologfa optica es empleada para obtener una de las mediciones, puede ser empleado ventajosamente durante la prensado de capas, cuando se espera proporcionar informacion relacionada con la topograffa de la superficie del estratificado.
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De manera adecuada, los datos obtenidos a partir de al menos una medicion son utilizados ventajosamente para controlar y/o modificar el proceso de fabricacion. En otras palabras, los datos obtenidos a partir de las mediciones pueden ser proporcionados a un procesador capaz de manipular los datos. Por ejemplo, los datos pueden ser manipulados para proporcionar una vision historica de la propiedad medida del pre-impregnado y/o estratificado, o, los datos pueden ser manipulados con el fin de predecir como las propiedades y/o defectos dentro del pre-impregnado y/o estratificado pueden desarrollarse durante otro tratamiento y/o almacenamiento.
En algunas realizaciones, los datos pueden ser manipulados con el fin de predecir como los defectos en el pre- impregnado y/o en el estratificado sin curar o en "estado verde", pueden estar presente en la parte curada. En la misma, u otras realizaciones, los datos pueden ser manipulados con el fin de correlacionar algunos defectos detectados en las operaciones de medicion para la resistencia mecanica de la parte curada. En otras palabras, los datos pueden ser manipulados de mas de una manera, para proporcionar mas de una indicacion. En algunas realizaciones, por ejemplo, los datos pueden ser manipulados para proporcionar tanto una prediccion de como los defectos en las partes de estado verde estaran presentes en las partes curadas, como que impacto tendran estos defectos en la resistencia mecanica de la parte curada.
Son conocidos en la tecnica software y tecnicas de modelacion de procesos, y estos pueden ser aplicados tambien a los datos obtenidos durante la practica de los metodos para predecir, por ejemplo defectos que pueden permanecer, o ser exacerbados en una parte curada a partir de indicaciones en estado verde, y el impacto que pueden tener algunos de tales defectos sobre la resistencia mecanica de la parte curada. Por ejemplo, los metodos adecuados para llevar a cabo tales analisis estan descritos, por ejemplo, en Sridhar Ranganathann, Suresh G. Advani, y Mark A. Lamontia, "Un Modelo de Proceso No Isotermico para Consolidacion y Reduccion de Huecos durante la Colocacion del Haz de filamentos In Situ de Compuestos Termoplasticos" ("A Non-Isothermal Process Model for Consolidation and Void Reduction during In- Situ Tow Placement of Thermoplastic Composites") Journal of Composites Materials, 1995 vol. 29, pp. 1040-1062; Yerramalli, C. S., Waas, A. M., "Un numero no dimensional para clasificar fallo de compresion de material compuesto" ("A nondimensional number to classify composite compresive failure"), Journal of Applied Mechanics, Transactions ASME, 2004, vol. 71, no. 3, pp. 402-408 y Yerramalli, C.S., Waas, A. M., "Un criterio de fallo para material compuesto de polfmero reforzado con fibra bajo carga de compresion-torsion combinada" ("A failure criterion for fibre reinforced polymer composites under combined compression-torsion loading", International Journal of Solids and Structures, 2003, vol. 40, no. 5, pp. 1139-1164, incorporado aqu por referencia para cualquier proposito y para todos ellos.
Tal analisis puede ser utilizado, en algunas realizaciones, para hacer cambios en el proceso con el fin de minimizar, o incluso eliminar, la formacion de defectos. Tales realizaciones proporcionan asf la ventaja de una reduccion en la reelaboracion, o desechado, de los artfculos defectuosos fabricados por el proceso. Tales modificaciones del proceso pueden ser hechas bien manualmente, o bien mediante un controlador automatizado dispuesto operativamente con relacion al procesador con el fin de recibir informacion del mismo, y con relacion al pre-impregnado y/o al aparato de prensado de capas, con el fin de proporcionar informacion al mismo.
Los metodos actuales son ventajosa y facilmente incorporados en cualquier aparato para la fabricacion de un pre- impregnado y/o estratificado, y asf, tales aparatos estan previstos tambien aqut Hablando en terminos generales, el aparato comprende un controlador, un aparato de infusion de resina, al menos un aparato de medicion, y un procesador. El procesador esta dispuesto operativamente con relacion al aparato de medicion y controlador de manera que la informacion puede ser transmitida entre ellos. El aparato puede comprender tambien un aparato de prensado de capas.
Al menos un aparato de medicion puede ser posicionado en cualquier ubicacion donde los datos relacionados con el pre- impregnado y/o estratificado pueden ser, y son de manera deseable, recogidos. En algunas realizaciones, el mismo tipo de aparatos de medicion puede ser utilizado en mas de una ubicacion, mientras en la misma, o en otras realizaciones, al menos son utilizados dos aparatos de medicion. El aparato de medicion dependera de los datos obtenidos de manera deseable, y puede ser elegido basado en los mismos. En algunas realizaciones, una unidad de metrologfa optica es utilizada en combinacion con un dispositivo de medicion de ultrasonidos.
Por ejemplo, en esas realizaciones, en donde al menos una medicion proporciona datos dimensionales, y la medicion es tomada con uno o mas dispositivos de metrologfa optica, el o los dispositivos pueden ser posicionados, por ejemplo cerca de prensado de capas , y donde generara imagenes en 2-D de la topograffa de superficie del estratificado que, a su vez, puede ser analizada para detectar y caracterizar cualesquiera arrugas en la superficie del estratificado.
Los metodos actuales pueden ser utilizados en conexion con el fabricante de cualquier pre-impregnado y/o estratificado, independientemente de la composicion del mismo. Los pre-impregnados comprenden tipicamente una o mas resinas curables, y uno o mas materiales de refuerzo, mientras los estratificados comprenden tfpicamente multiples pre- impregnados, depositados en capas una sobre otra.
Hablando en terminos generales, resinas curables adecuadas para utilizar en pre-impregnados y estratificados incluyen composiciones polimericas termoplasticas tales como poliestireno, tereftalato de polietileno, polimetilmetacrilato, polietileno, polipropileno, polivinilacetato, poliamida, poli(cloruro de vinilo), poliacrilonitrilo, poliesteres, poli(cloruro de vinilo), naftalato polietileno, polieter cetona, polisulfona, policarbonato y copolnrieros de los mismos.
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Los pre-impregnados y estratificados pueden utilizar tambien resinas termoendurecibles, ejemplos adecuados de las cuales incluyen, pero no estan limitados a epoxi, poliesteres, vinilesteres, resinas fenolicas, poliuretanos, poliamidas, o combinaciones de dos o mas de estos. Composiciones adhesivas particularmente bien adecuadas para utilizar en la presente invencion incluyen sistemas termoendurecibles reticulados tales como poliesteres, epoxis esteres de vinilo (incluyendo epoxis acidas, basicas y curadas por adicion), poliuretanos, resinas de silicona, polfmeros de acrilato, polisiloxanos, poliorganosiloxanos, y fenolicos, as^ como mezclas o hforidos de cualquiera de estos. Adhesivos estructurales son utilizados a menudo en pre-impregnados y estratificados, y pueden ser utilizados en los pre- impregnados y estratificados preparados por los metodos y/o aparatos actuales. Los adhesivos estructurales preferidos para utilizar en los sistemas de material compuesto actuales incluyen poliesteres, metilmetacrilatos, y similares.
Cualquier material de refuerzo adecuado puede ser infundido utilizando los aparatos, sistemas y metodos descritos. Por ejemplo, fibras relativamente continuas, o haces de filamentos, pueden estar previstas para formar una agrupacion unidireccional de fibras, una agrupacion de fibras de capa cruzada, o atadas en haces de filamentos que estan dispuestos para formar una agrupacion unidireccional de haces de filamentos, o que estan tejidas o con capa cruzada para formar una agrupacion de dos dimensiones, o que son tejidas o trenzadas para formar un tejido tridimensional. Para tejidos tridimensionales, conjuntos de haces de filamentos unidireccionales pueden, por ejemplo, ser entretejidos transversalmente entre sf.
Fibras utiles para ser incluidas en tales materiales de refuerzo, tales como cintas o tejidos, incluyen sin limitacion, fibras de vidrio, fibras de carbono y de grafito, fibras de basalto, fibras polimericas, incluyendo fibras de aramida, filamentos de boro, fibras de ceramica, fibras de metal, fibras de amianto, fibras de berilio, fibras de sflice, fibras de carburo de silicio, y similares. Las fibras pueden ser no conductoras o conductoras, dependiendo de la aplicacion deseada del pre- impregnado.
Los metodos actuales pueden ser aplicados en la fabricacion de cualquier artfculo que comprende un pre-impregnado y/o estratificado y son particularmente ventajosos cuando son aplicados a grandes artfculos debido al coste asociado con la fabricacion de tales artfculos, y asf, el coste de reelaboracion o desechado del mismo. Los metodos actuales pueden proporcionar tambien beneficio particular cuando son aplicados a pre-impregnados, estratificados y/o artfculos que comprenden estos en los que el material de refuerzo comprende filamentos o fibras de carbono. El carbono tiene una rigidez significativamente mas elevada y una masa mas baja que muchos otros materiales de refuerzo, por ejemplo compuestos de vidrio. Asf, su uso como un material de refuerzo puede permitir la fabricacion de pre-impregnados, estratificados y artfculos que pueden ser mas grandes, y mas ligeros aun, con una resistencia mecanica aun aceptable para la aplicacion deseada. Sin embargo, la resistencia mecanica final de los componentes hechos de pre-impregnados y/o de estratificados que comprenden carbono pueden depender ampliamente el proceso de fabricacion. Los defectos tales como arrugas, desestratificados, porosidad y huecos pueden reducir en gran medida la resistencia mecanica final del material compuesto introduciendo concentradores de tensiones en la estructura del material que pueden provocar un fallo prematuro localizado o redirigir tensiones desde cargas aplicadas en caminos que no son tenidos en cuenta en el diseno del componente.
Ejemplos de industrias en que artfculos de gran escala son fabricados rutinariamente a partir de pre-impregnados y/o estratificados, y/o pre-impregnados y/o estratificados que comprenden un material de refuerzo que contiene carbono incluyen la industria de la energfa, donde grandes segmentos de, por ejemplo tubenas u otros aparatos de planta, pueden encontrar beneficios en la aplicacion de los principios descritos aqrn. Ejemplos de aplicaciones particulares incluyen ademas componentes de turbinas eolicas, tal como alabes de turbina o subcomponentes de tales, por ejemplo mastiles, capuchones de mastiles, pieles o revestimientos de la superficie de sustentacion, o la seccion de rafz cilmdrica o secciones de torre de las turbinas eolicas. Los estratificados preparados a partir de pre-impregnados preparados utilizando los metodos y aparatos descritos pueden ser utilizados tambien en aplicaciones de aviacion, tales como revestimientos de alas, revestimientos de fuselaje, mastiles, o estratificados planos tales como nervios o costillas.
La invencion esta ilustrada con referencia a los dibujos adjuntos en los que:
La fig. 1 es un diagrama de flujo que representa operaciones en un metodo de inspeccion en lmea para usar con algunas realizaciones de la invencion;
La fig. 2 es un diagrama de flujo que representa operaciones en un metodo de inspeccion en lmea ejemplar para usar con algunas realizaciones de la invencion; y
La fig. 3 es un diagrama que representa una implementacion del metodo de la invencion de acuerdo con otra realizacion de la invencion.
La fig. 1 es un diagrama de flujo que ilustra un metodo adecuado para ser utilizado con la invencion. Como se ha mostrado, el metodo 100 implica fabricacion de un pre-impregnado y/o estratificado en la operacion 102, y medicion de un parametro o propiedad del pre-impregnado y/o estratificado utilizando un metodo de ultrasonidos durante la fabricacion del mismo en la operacion 104. Las mediciones pueden ser tomadas generalmente en cualquier punto en el proceso de fabricacion de un pre-impregnado o estratificado incluyendo, infusion, compresion/compactacion, laminacion/prensado de capas , consolidacion y curado de resina.
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En la fig. 2, el metodo 400 comprende llevar a cabo una operacion de un proceso de fabricacion de pre- impregnado/estratificado en la operacion 404, midiendo al menos dos propiedades del pre-impregnado/estratificado en la operacion 406, y analizando los datos obtenidos en la operacion 408. El analisis de los datos puede ser a continuacion utilizado para ajustar el proceso de fabricacion, si fuera necesario o deseado, como se ha mostrado en la operacion 402.
La fig. 3 es un diagrama que presenta una implementacion del metodo de la invencion 614 de acuerdo con otra realizacion. Un material pre-impregnado y/o estratificado 612 es formado alimentando material de refuerzo 602 a traves de los rodillos 606 con una pelfcula de resina curable 604. Cuatro transmisores de ultrasonidos 610 estan posicionados despues de los rodillos y alineados paralelos a la anchura del pre-impregnado a intervalos espaciados a un lado del pre- impregnado, enfrente de la lamina de pre-impregnado. Cuatro receptores de ultrasonidos 608 son colocados en el lado opuesto del pre-impregnado a los transmisores en posiciones opuestas a los transmisores. Una senal de ultrasonidos es producida por cada uno de los transmisores de ultrasonidos 610 que es transmitida a traves del pre-impregnado y recibida por los receptores 608. La salida de los receptores de ultrasonidos 608 es convertida a una senal digital con un convertidor analogico a digital 620 y recibida por un sistema de adquisicion de datos 622. Una unidad de tratamiento de senal 624 compara a continuacion la senal recibida con una senal de referencia que corresponde con la senal transmitida original. El cambio de la senal transmitida es correlacionado con el nivel de impregnacion del pre-impregnado para proporcionar la impregnacion de resina del material de refuerzo, que puede ser presentada en tiempo real. Los datos son comparados con valores predeterminados y utilizados para ajustar un parametro del proceso de fabricacion (por ejemplo fuerza del rodillo) con control de bucle cerrado, para asegurar la impregnacion uniforme de resina en el material de refuerzo. Los datos de grosor de la resina son grabados tambien para asociar esto con un lote correspondiente de pre- impregnado. Este sistema puede ser utilizado tambien para detectar errores y fluctuaciones de resina que ocurren, por ejemplo, despues de un cambio de rollo de pelfcula o de carrete de fibras. Se proporciona asf un metodo para controlar un proceso de impregnacion de resina y materiales impregnados de resina como son controlados por tal metodo. El metodo puede ser utilizado tambien para determinar el nivel de impregnacion de resina en materiales impregnados con resina, y en particular en materiales compuestos que comprenden un material de refuerzo fibroso y un material de resina. De este modo, se puede medir la calidad de los materiales impregnados con resina.

Claims (3)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un metodo para calibrar un aparato de senal de medicion para utilizar en un metodo para controlar un proceso para la fabricacion de un material en laminas de multiples componentes que comprende una estructura reforzada de fibra pre- impregnada que tiene un parametro predeterminados deseado que comprende:
    5 a.
    Fabricar un material en laminas de multiples componentes aplicando una senal de ultrasonidos para interactuar con el material en laminas durante su produccion,
    b.
    Detectar la senal de medicion despues de la interaccion con el material en laminas,
    c.
    Analizar uno o mas parametros del material en laminas por un metodo de absorcion de agua y
    d. 10
    Correlacionar las senales de medicion detectadas con los resultados del metodo de absorcion de agua para calibrar por ello los resultados de senal de medicion detectada con uno o mas parametros del material en laminas.
  2. 2. Un metodo para cuantificar el nivel de impregnacion de un estratificado o estructura por una resina, que comprende:
    a.
    Medir la transmitancia y/o reflexion de una senal de ultrasonidos a traves del grosor de la estructura del estratificado; y
    15 b.
    Correlacionar la transmitancia y/o reflexion medida con un metodo de calibracion de acuerdo con la reivindicacion 1.
  3. 3. Un metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la senal de ultrasonidos esta en el rango de frecuencias de 200 kHz a 1 MHz, preferiblemente desde 300 kHz a 550 kHz.
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