ES2618177T3 - Panel base reforzado con fibras - Google Patents

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ES2618177T3
ES2618177T3 ES09710765.0T ES09710765T ES2618177T3 ES 2618177 T3 ES2618177 T3 ES 2618177T3 ES 09710765 T ES09710765 T ES 09710765T ES 2618177 T3 ES2618177 T3 ES 2618177T3
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ES
Spain
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base panel
strips
face
low density
fiber reinforced
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ES09710765.0T
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English (en)
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Anthony S. Brandon
Ryan W. Johnson
James A. Renninger
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Milliken and Co
Original Assignee
Milliken and Co
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Abstract

Un panel base (11) reforzado con fibras que tiene un primer lado (11a) y un segundo lado (11b) opuesto, comprendiendo el panel base reforzado con fibra: una serie de tiras (100) de baja densidad adyacentes que tienen al menos tres caras y teniendo cada tira de baja densidad una relación de aspecto de longitud a anchura de al menos 5:1, en donde el eje longitudinal de las tiras de baja densidad es sustancialmente paralelo, en donde la sección transversal de cada tira tiene una cara (105) mayor una primera cara (101) de borde, y una segunda cara (103) de borde, en donde la cara mayor de cada tira está dispuesta dentro del primero o del segundo lado del panel base, en donde la cara mayor de cada tira está dispuesta dentro de un lado opuesto del panel base que la cara mayor de las tiras adyacentes; una lámina (200) continua de refuerzo de las fibras, en donde la lámina de refuerzo forma al menos aproximadamente el sesenta y cinco por ciento (65 %) de la superficie del primer lado del panel base y al menos aproximadamente el sesenta y cinco por ciento (65 %) de la superficie del segundo lado del panel base, caracterizado por que la lámina continua de refuerzo de las fibras es entretejida a través de las tiras de baja densidad de tal manera que la lámina de refuerzo de las fibras está dispuesta entre tiras adyacentes y adyacente a las caras mayores de las tiras de baja densidad.

Description

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DESCRIPCION
Panel base reforzado con fibras Campo tecnico
Esta invencion se refiere, en general, a estructuras compuestas. Mas particularmente, la invencion se refiere a un panel base reforzado con fibras que tiene una serie de tiras envueltas con una lamina de refuerzo de las fibras y las estructuras de material compuesto fabricadas con ellas.
Antecedentes
En la Figura 1A, se muestra una realizacion de la tecnica anterior que es el objeto de la patente de EE.UU. n.° 3.544.417, expedida el 1 de diciembre de 1970, a L. H. Corzine, para "Cellular Foam Core Assembly". La Figura 1A ilustra un conjunto sandwich formado a partir de dos estructuras base de espuma celular, una invertida e interengranada hacia abajo completamente con la otra.
La Figura 1B ilustra otra realizacion de un material compuesto de la tecnica anterior que es el objeto de la patente de EE.UU. n.° 5.589.243, expedida el 31 de diciembre de 1996 a S. W. Day, para "Reinforced foam cores and method and apparatus of production". La Figura 1B ilustra la parte del extremo de un panel base de espuma reforzado con tiras o bandas 112 que se extienden longitudinalmente que separan tiras 114 de espuma que se extienden longitudinalmente. Los bordes longitudinales opuestos de cada banda 112 estan expuestos en las superficies o caras laterales del panel.
Como puede verse en las Figuras 1A y 1B, las realizaciones de la tecnica anterior tienen un bajo porcentaje de superficie del panel que esta cubierta por una lamina de refuerzo. Esta estructura proporciona una laminacion deficiente a las pieles externas del material compuesto dando como resultado un alto potencial de deslaminacion entre la lamina de refuerzo de las fibras y la piel.
Por ello, existe la necesidad de una estructura compuesta que tenga una excelente adherencia entre el panel y las pieles para formar una estructura compuesta fuerte.
El documento US 2005/0074593 A1 describe las caractensticas del preambulo de las reivindicaciones independientes.
El documento US 3.528.875 describe paneles de tipo sandwich que tienen dos miembros opuestos enfrentados accionados y soportados por bandas diagonalmente inclinadas entre los miembros enfrentados. Las bandas estan corrugadas a lo largo de su longitud y tienen una separacion plana y superficies de soporte para hacer que el producto sea autoalineable y autoportante cuando se pliegue.
El documento US 3.339.326 describe un panel adecuado para una carga en placa o viga que comprende una pluralidad de elementos fabricados de una piel externa delgada y espuma. Las laminas de refuerzo pueden colocarse en lados dirigidos a un elemento adyacente.
Compendio
La presente invencion proporciona ventajas y/o alternativas sobre la tecnica anterior proporcionando un panel base reforzado con fibras que tiene un primer lado y un segundo lado opuesto. El panel base contiene una serie de tiras adyacentes de baja densidad que tienen al menos tres caras y que tienen una relacion de aspecto de longitud a anchura de al menos 5:1. Los ejes longitudinales de las tiras de baja densidad son sustancialmente paralelos y la seccion transversal de cada tira tiene una cara mayor, una primera cara de borde y una segunda cara de borde. La cara mayor de cada tira esta dispuesta en el primero o segundo lado del panel base y la cara mayor de cada tira esta dispuesta en una cara opuesta del panel base al de la cara mayor de las tiras adyacentes. El panel base contiene tambien una lamina continua de refuerzo de las fibras que se envuelve en torno a las tiras de baja densidad de manera que la lamina de refuerzo de las fibras esta dispuesta entre las tiras adyacentes y adyacente a las caras mayores de las tiras de baja densidad. La lamina de refuerzo forma al menos aproximadamente el sesenta y cinco por ciento (65 %) de la superficie del primer lado del panel base y al menos aproximadamente el sesenta y cinco por ciento (65 %) de la superficie del segundo lado del panel base.
El objeto de la presente invencion se resuelve mediante las caractensticas tecnicas de las reivindicaciones 1 y 14. Breve descripcion de las Figuras
La presente invencion se describira a continuacion unicamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos que constituyen una parte de la memoria descriptiva del presente documento y en los que:
Las Figuras 1A y 1B son ilustraciones de la tecnica anterior.
La Figura 2 es una vista en perspectiva de una estructura compuesta segun la invencion.
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La Figura 3 es una vista en perspectiva de un panel base reforzado con fibras segun la invencion.
La Figura 4 es una vista desde un extremo de una realizacion de un panel base reforzado con fibras segun la invencion que tiene tiras con perfiles que tienen 4 caras.
La Figura 5 es una vista desde un extremo de otra realizacion de un panel base reforzado con fibras segun la invencion que tiene tiras con perfiles que tienen 3 caras.
La Figura 6 es una vista desde un extremo de otra realizacion de un panel base reforzado con fibras segun la invencion que tiene tiras con perfiles que tienen 4 caras, 2 de las cuales son curvas.
Las Figuras 7A y 7B son vistas desde un extremo de tiras que tienen diferentes perfiles.
La Figura 7C es una vista desde un extremo de una realizacion del panel.
La Figura 8 es una vista de perfil de otra realizacion de la tira.
La Figura 9 es una vista de perfil de otra realizacion de la tira.
La Figura 10 es una vista desde un extremo de otra realizacion de un panel base reforzado con fibras segun la invencion que tiene capas estabilizadoras sobre el panel.
La Figura 11 es una vista desde un extremo de otra realizacion del panel base reforzado con fibras segun la invencion.
Descripcion detallada
En contraste con la tecnica anterior, la envoltura de la lamina de refuerzo alrededor de las tiras de baja densidad en la presente invencion crea una situacion donde el angulo formado por la lamina de refuerzo de las fibras cuando progresa desde una superficie del panel base de refuerzo con fibras entre las tiras de espuma hasta la superficie opuesta del panel crea una vista en seccion transversal que parece que se asemeja a la letra Z. Como resultado, puede cubrirse una mayor superficie de las tiras de espuma mediante la lamina de refuerzo de las fibras sobre las superficies externas del panel base reforzado con fibras. La estructura resultante no solo proporciona mas superficie para crear una union entre la lamina de refuerzo de las fibras y las capas externas de la piel para reducir la posibilidad de deslaminacion, sino tambien mas posiciones de la lamina de refuerzo de las fibras en las superficies externas de la base reforzada con fibras para dar a esa estructura mas resistencia (tal como la creada por una viga en L). En combinacion con la mayor cobertura de las superficies de tiras de baja densidad, esta configuracion proporciona una progresion angular de la lamina de refuerzo de las fibras sobre el panel base reforzado con fibras para crear un armazon que resista fuerzas de compresion y de cizalla.
Con referencia ahora a las Figuras, y en particular a la Figura 2, se muestra una estructura compuesta 10 que incluye generalmente una pluralidad de tiras 100 de baja densidad, una lamina 200 continua de refuerzo de las fibras, una primera piel externa 300, una segunda piel externa 400, y una matriz polimerica 500. Las tiras 100 de baja densidad tienen ejes longitudinales que son sustancialmente paralelos entre sf La capa 200 de refuerzo de las fibras y las tiras 100 de baja densidad (con capas y materiales opcionales adicionales) forman el panel base 11 reforzado con fibras. La primera piel externa 300 esta dispuesta sobre un primer lado 11a del panel base 11 reforzado. La segunda piel externa 400 es tambien un material flexible dispuesto sobre el segundo lado 11b del panel base 11 reforzado de fibras opuesto a la primera piel externa 300. La matriz polimerica 500 es tfpicamente un material de resina tal como un polfmero termoestable. Sin embargo, podnan usarse otras resinas polimericas tales como un termoplastico o un material polimerizado en el puesto. El panel base 11 reforzado con fibras se muestra con mayor detalle en la Figura 3.
Con referencia ahora a la Figura 3, las tiras 100 de baja densidad tienen al menos tres caras y una relacion de aspecto de longitud frente a anchura de al menos aproximadamente 5:1, preferiblemente de al menos aproximadamente 10:1. Las tiras 100 de baja densidad estan alineadas en el panel 11 de tal manera que los ejes longitudinales de las tiras 100 de baja densidad sean sustancialmente paralelos. Las tiras 100 de baja densidad tienen una densidad menor que la matriz polimerica 500, preferiblemente con una densidad entre aproximadamente 0,02 y 0,04 g/cm3.
Con referencia ahora a las Figuras 4-6, el perfil en seccion transversal de las tiras 100(a, b) de baja densidad puede tener cualquier perfil adecuado; los perfiles incluyen, pero no se limitan a, perfiles que tienen tres o cuatro caras. Las caras pueden ser rectas o curvadas. Las caras de la tira 100 que estan al lado de las tiras 100 adyacentes en el panel base 11 se designan como caras 101 y 103 de borde. Las caras 101 y 103 de borde se acoplan preferiblemente a las caras 101 y 103 de borde adyacentes de las tiras adyacentes como se muestra en las Figuras 4-6. Tener acopladas las caras 101 y 103 de borde crea una estructura compuesta 10 de alta resistencia. La cara mas ancha colocada con una cara sobre el primer lado 11a o el segundo lado 11b del panel base 11 se designa como cara 105 mayor.
Las tiras 100 en el panel base 11 estan dispuestas de manera que forman un panel relativamente plano. Las tiras
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100 estan invertidas respecto a las tiras 100 adyacentes (las tiras 100a comparadas con las tiras 100b) haciendo la cara 105 mayor de una tira determinada 100a, b particular en el lado opuesto del panel base 11 comparada con la cara 105 mayor de la tira adyacente 100a, b. Si las tiras son de cuatro lados, como se muestra en las tiras 100 en forma de perfil trapezoidal en la Figura 4, la cara opuesta a las caras 105 mayores se designa cara 107 menor. La cara 105 mayor y la cara 107 menor son generalmente paralelas entre sf Preferiblemente, la relacion entre las longitudes de las caras mayor y menor es de aproximadamente 2:1, mas preferiblemente aproximadamente 7:1. Una realizacion del panel 11 donde las tiras 100 tienen cuatro caras siendo dos de las caras curvas se muestra en la Figura 6. Si las tiras son de tres lados, como las tiras en forma de triangulo mostradas en la Figura 5, no hay ninguna cara menor y el punto o borde opuesto a la cara 105 mayor se designa punto 109.
Con referencia a las Figuras 7A y 7B, el angulo a formado por la cara 101 de borde y la cara 105 mayor es preferiblemente agudo, lo que significa que es inferior a 90 grados. Tambien preferido, el angulo p formado por la cara 103 de borde y la cara 105 mayor es tambien agudo. La suma de los angulos a y p es menor de 180 grados. Si algunas de las caras 101, 103 y 105 no son rectas, entonces para determinar los angulos a y p se crea una lmea imaginaria que conecta los puntos extremos de la lmea como se muestra en la Figura 7B. Todas la tiras pueden tener el mismo perfil en seccion transversal o los perfiles y dimensiones pueden variar de una tira a otra. En una realizacion de la invencion, pueden usarse tiras 100(a, b) con secciones transversales alternantes (tal como un triangulo y un trapezoide repetidos) para crear paneles que tengan un contorno natural en el producto terminado. El contorno natural permite que el panel cubra un molde curvo con mmimos espacios entre las tiras adyacentes para evitar un exceso de recogida de la matriz polimerica 500 (resina). Un procedimiento para lograr este contorno natural es cambiar los angulos en las secciones transversales adyacentes. Un mayor cambio en el angulo entre las tiras adyacentes da un mayor contorno. El contorno adicional se puede acomodar en la direccion de las tiras utilizando tiras de espuma flexibles tal como de polietileno o de polipropileno. Tambien pueden usarse tiras 100(a, b) con segmentos alternantes de espuma ngida y de espuma flexible.
Las tiras 100 de baja densidad pueden formarse a partir de cualquiera de los materiales adecuados incluyendo, pero sin limitarse a, espuma (de celda cerrada o de celda abierta), madera de balsa y botellas de plastico selladas. La espuma puede ser, por ejemplo, espuma de poliuretano, espuma de poliestireno expandido, espuma de polietileno expandido, espuma de polipropileno expandido o un copolfmero de los mismos. Las tiras pueden conformarse en una espuma ngida tal como PVC, acrilonitriloestireno (SAN) o polimetacrilimida (PMI); una espuma resistente al fuego, tal como fenolica; o tubos huecos fabricados de plastico, metal, papel o similares. En una realizacion potencialmente preferida, las tiras 100 estan compuestas de espuma de celda cerrada. El tipo de espuma de celda cerrada puede seleccionarse sobre la base de parametros de procesamiento tales como presion, temperatura o resistencia qmmica u otras propiedades deseadas del panel, como resistencia al agua o al fuego, aislamiento termico o transmision de luz.
Las tiras 100 tienen, preferiblemente, una absorcion de resina menor que aproximadamente 250 g/m2 bajo presion de vacfo medida por cambio de peso y una deformacion menor del 10% bajo un vacm de 101 kPa medido por cambio de espesor. Las tiras 100 pueden tener tambien una pelmula o revestimiento en al menos una de las superficies para reducir la absorcion de resina o mejorar la union entre las tiras de espuma y el refuerzo. La pelmula o revestimiento se puede aplicar de cualquier manera conocida y puede incluir PVC, poliolefinas, poliuretanos y otros polfmeros. La baja densidad de la estructura compuesta 10 es uno de los parametros clave del comportamiento de los paneles sandwich compuestos. La recogida de resina por espuma u otros materiales base puede ser significativa. Las espumas de celda cerrada tienen una absorcion de resina moderada en la superficie. Dado que la cantidad de superficie de la espuma se incrementa en un 100 % a 200 % cuando se utilizan tiras de espuma alargadas, existe una necesidad en estas estructuras de reducir la absorcion superficial de resina (matriz polimerica 500). Un procedimiento con el que se puede lograr esto es sellando las tiras de espuma frente al suministro de resina usando una pelmula de envoltura retractil de PVC. Cubriendo las tiras de espuma con una capa impermeable de pelmula sirve para reducir la recogida de resina en la espuma y tambien sirve para minimizar el contenido de resina en los elementos de armazon de la invencion. Preferiblemente, el revestimiento superficial sobre al menos una cara de las tiras 100 es impermeable a la resina. Algunas pelmulas y revestimientos pueden interferir con la adhesion entre la superficie de espuma de las tiras 100 y la lamina 200 de refuerzo. Algunas pelmulas de cobertura y revestimientos pueden reducir la union entre la espuma y el refuerzo. Esto no se considera un problema significativo porque las propiedades mecanicas proceden fundamentalmente del refuerzo. Como alternativa, la capa impermeable se puede seleccionar para mejorar la union entre las tiras 100 de baja densidad y la lamina 200 de refuerzo, mejorando las propiedades mecanicas de la estructura compuesta 10.
Las tiras 100 pueden ser un material unitario, un conjunto de piezas y/o un material reforzado. En la realizacion donde las tiras son un conjunto de piezas, las piezas pueden ser piezas individuales sueltas, o piezas unidas entre sf, tal como con un adhesivo. Con referencia a la Figura 8, se muestra una realizacion con una tira 100 con segmentos 110 de material de baja densidad y planos 111 de refuerzo. Los planos 111 de refuerzo pueden estar unidos a los segmentos 110 mediante un adhesivo. En una realizacion, los planos 111 de refuerzo son un material de fibras con espacios para recibir la matriz polimerica y crear un plano ngido entre los segmentos 110. Si se desean propiedades mecanicas adicionales en la placa de la estructura pero orientadas perpendicularmente a las tiras alargadas, el panel base reforzado estabilizado puede cortarse adicionalmente en tiras perpendiculares a las tiras de espuma iniciales y despues envolverse con una segunda lamina de refuerzo continua.
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En otra realizacion mostrada en la Figura 9, la tira 100 de espuma comprende segmentos 120 longitudinales separados por el plano 121 de refuerzo longitudinal. Los segmentos 120 longitudinales pueden estar unidos al plano 121 de refuerzo longitudinal mediante un adhesivo. En una realizacion, el plano 121 de refuerzo es un no tejido de vidrio con espacios abiertos para recibir la matriz polimerica y crear un plano longitudinal ngido entre los segmentos 120. En una realizacion preferida, la configuracion en seccion transversal de la tira 100 es un triangulo, con el plano de refuerzo que se extiende desde el vertice del triangulo hasta el centro de la cara opuesta a ese punto.
Con referencia de nuevo a la Figura 4, la lamina 200 continua de refuerzo de las fibras es entretejida a traves de las tiras 100 de baja densidad de tal manera que la lamina 200 de refuerzo de las fibras es dispuesta entre las caras 101, 103 de borde de las tiras 100 adyacentes y a lo largo de las caras 105 mayores de la tiras 100 de baja densidad. La lamina 200 de refuerzo forma al menos aproximadamente el sesenta y cinco por ciento (65 %) de la superficie del primer lado 11a y el segundo lado 11b del panel base 11 reforzado con fibras.
La lamina 200 continua de refuerzo de las fibras puede ser un tejido, tejido de punto, textil unido, no tejido (tal como una esterilla de hebras cortadas), o lamina de hebras. La lamina 200 de refuerzo de las fibras puede ser de hebras unidireccionales tales como mechas y pueden estar unidas entre sf por adhesion, tricotando un hilo de seguridad a traves de las mechas o tejiendo un hilo de seguridad a traves de las mechas. En el caso de tejido, tejido de punto, insercion de tejido de punto en urdimbre/trama, no tejido, o unido, el textil puede tener hilos o elementos de cinta que esten dispuestos en una direccion multi-(bi- o tri-)axial. Los hilos o fibras de la lamina 200 de refuerzo pueden ser, por ejemplo, fibra de vidrio, de carbono, de poliester, de aramida, de nailon, de fibras naturales, y mezclas de las mismas. Preferiblemente, la lamina 200 continua de refuerzo de las fibras es un tejido de punto multiaxial. Un tejido de punto multiaxial tiene fibras de alto modulo, no rizadas, que pueden estar orientadas para adaptarse a una combinacion de requisitos de cizalla y de compresion. Las fibras pueden ser monofilamento, multifilamento, grapa, elementos de cinta, o una mezcla de los mismos. Se prefieren las mechas de vidrio debido a su bajo coste, modulo relativamente alto, y buena compatibilidad con diferentes resinas. Las fibras utilizadas en la lamina 200 de refuerzo tienen una elevada relacion de resistencia frente al peso. Preferiblemente, las fibras tienen una relacion de resistencia frente al peso de al menos 1 GPa/g/cm3 medida por las propiedades estandar de las fibras a 23 °C, y un modulo de al menos 70 GPa.
La lamina 200 de refuerzo tambien se puede combinar con resina termoestable o termoplastica antes de ser combinada con las tiras de espuma. La resina puede estar impregnada en las fibra (preimpregnada), estratificada en forma de pelmula junto a las laminas de fibra (como SPRINT® de Gurit) o entremezclada con las fibras de refuerzo (TWINTEX® de Saint Gobain). La precombinacion de la resina y el refuerzo tiene la ventaja de ser utilizada en procesos en seco con pieles similares. Estos procesos tienen normalmente un mayor control sobre las proporciones de resina y fibra y, por ello, el potencial para estructuras de menor peso. El proceso esta tambien mas controlado con menos vados o defectos. La desventaja de estos procesos con preimpregnacion es un mayor coste de adquisicion del material, a menudo se necesita un almacenamiento controlado, y el procesamiento requiere normalmente un mayor desembolso de capital (calentamiento, autoclave, etc.).
Con referencia ahora a la Figura 7C, las tiras 100a y 100b estan alineadas con las superficies 105 mayores de las tiras 100a en el primer lado 11a del panel, y las caras 105 mayores de las tiras 100b en el segundo lado 11b del panel. Cada una de las caras 105 mayores tiene un primer borde 102 de la cara mayor y un segundo borde 104 de la cara mayor. La lamina 200 de refuerzo de las fibras progresa en la primera cara 11a del panel 11 a lo largo de la cara 105 mayor de la tira 100a desde el primer borde 102 de la cara mayor hasta el segundo borde 104 de la cara mayor. La lamina 200 de refuerzo de las fibras gira entonces para continuar entre la tira 100a y la tira 100b hasta que aparece en la segunda cara 11b del panel 11 en el primer borde 102 de la cara mayor de la tira 100b. La lamina 200 de refuerzo de las fibras progresa despues por la primera cara 11b a lo largo de la cara 105 mayor de la tira 100b desde el primer borde 102 de la cara mayor hasta el segundo borde 104 de la cara mayor. La lamina 200 de refuerzo de las fibras progresa despues entre la tira 100b y la siguiente tira 100a hasta que sale del panel 11 por la primera cara 11a en el primer borde 102 de la cara mayor de la tira 100a. Esta progresion se repite continuamente a lo largo del panel 11.
Un elemento importante de la configuracion de la presente invencion es el angulo entre el punto en el que la lamina 200 de refuerzo de las fibras comienza a desplazarse entre las tiras 100a y 100b hasta que alcanza su punto de salida en el lado opuesto del panel 11. Para ilustrar este angulo, se traza la primera lmea imaginaria 151 entre el segundo borde 104 de la cara mayor de la tira 100b y el primer borde 102 de la cara mayor de la tira 100a. Se traza una segunda lmea imaginaria 152 entre el segundo borde 104 de la cara mayor de la tira 100b y el primer borde 102 de la cara mayor de la tira 100b. El angulo entre la primera lmea imaginaria 151 y la cara 105 mayor de la tira 100a es ©a, y el angulo entre la cara 105 mayor de la tira 100a y la segunda lmea imaginaria 152 es Oa; el angulo entre la cara 105 mayor de la tira 100b y la segunda lmea imaginaria 152 es ©b, y el angulo entre la cara 105 mayor de la tira 100b y la primera lmea imaginaria 151 es Ob. Escogiendo los angulos ©b y ©a de manera que sumen menos de 180 grados se puede lograr la configuracion de la invencion. Del mismo modo, seleccionando los angulos Oa y Ob para que sumen menos de 180, se puede lograr la configuracion de la invencion. Esta configuracion tambien se ve favorecida cuando la suma de los angulos ©a y Oa sea menor de 180 grados y cuando la suma de los angulos ©b y Ob sea tambien menor de 180 grados. Para disenar un panel 11 que se curve alrededor de la primera superficie 11a, y que la suma de los angulos ©a y Oa sea menor que la suma de los angulos ©b y Ob. Para realizar una curva del
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panel 11 por encima de la segunda superficie 11b, la suma de los angulos ©b y Ob sera mayor que la suma de los angulos ©a y Oa.
Para formar la configuracion envuelta del panel 11, la lamina 200 de refuerzo se coloca sobre la cara 101 de borde, se desplaza sobre la cara 105 mayor, y despues sobre la cara 103 de borde de una primera tira (que es tambien la cara 101 de borde de la tira adyacente). La tela 200 de refuerzo continua alrededor de la cara 105 mayor de la tira adyacente y despues la cara 103 de borde (que es tambien la cara 101 de borde de la tira siguiente). Esta progresion se repite a lo largo de la longitud del panel base 11 reforzado con fibras para crear una situacion donde la lamina 200 de refuerzo de las fibras cubra las superficies 101, 105 y 103 de las tiras 100. La lamina de refuerzo forma al menos aproximadamente el sesenta y cinco por ciento (65 %) de la superficie del primer lado 11a y del segundo lado 11b del panel base 11 y proporciona soporte angular entre la primera superficie 11a y la segunda superficie 11b. Ademas, la superficie de las caras 105 mayores cubiertas por la lamina 200 de refuerzo sera mayor que la superficie de las caras 107 menores, si hay superficies menores. En una segunda realizacion, la lamina 200 de refuerzo de las fibras cubre al menos aproximadamente el ochenta por ciento (80 %) o preferiblemente al menos aproximadamente el noventa por ciento (90 %), de la superficie del primer lado 11a y del segundo lado 11b del panel 11.
Las tiras 100 y la lamina 200 de refuerzo del panel base 11 reforzado con fibras a veces pueden necesitar ser fijadas antes del montaje con los otros componentes de la estructura compuesta 10. Con referencia ahora a la Figura 10, el panel base 11 reforzado con fibras se fija mediante la adicion de un primer estabilizador 600 de cara fijado a la lamina 200 de refuerzo y a las tiras 100 sobre la primera superficie 11a del panel base 11 reforzado con fibras. Adicionalmente, puede fijarse un segundo estabilizador 700 de cara puede fijarse a la lamina 200 de refuerzo y a las tiras 100 sobre la segunda superficie 11b del panel base 11 reforzado con fibras. La segunda capa estabilizadora 700 puede fabricarse con los mismos o diferentes materiales y estructura que la primera capa estabilizadora 600. Normalmente, los estabilizadores 600 y 700 de cara son de tejido muy abierto, tal como un entelado. Las capas estabilizadoras 600, 700 pueden ser tambien capas de fibras, fibras unidireccionales, una pelfcula termoplastica, una capa adhesiva, o mezclas de las mismas. Se puede utilizar un material adhesivo para fijar los estabilizadores 600, 700 de cara a las tiras 100 y a la lamina 200 de refuerzo. El material adhesivo puede ser una capa adicional anadida entre la capa estabilizadora y el panel 11 o puede incorporarse en la capa estabilizadora 600, 700. En una realizacion, el estabilizador 600, 700 de cara puede ser una pelfcula, preferiblemente con orificios abiertos para permitir el flujo de la matriz 500 de resina a traves de la estructura compuesta 10 antes del curado de la matriz 500 de resina. El estabilizador 600, 700 de cara restringe la rotacion y el movimiento de la estructura base reforzada con fibras aparte de la rotacion alrededor del eje de las tiras. Los estabilizadores de cara son de un material abierto, de pequena superficie, y son preferiblemente materiales de poco peso, tal como de menor peso que las capas de piel externa 300, 400.
En otra realizacion, la integridad del panel base 11 reforzado con fibras se crea uniendo la lamina 200 de refuerzo a las tiras 100 antes de colocar la matriz polimerica en la estructura compuesta 10. En una realizacion de este tipo, la lamina de refuerzo puede fijarse a la tiras 100 con un adhesivo, y el adhesivo puede disponerse en un diseno tal como rayas o puntos para dejar abierta una parte del tejido 200 de refuerzo. En otra realizacion, la lamina de refuerzo puede fijarse a las tiras mediante la inclusion de una banda adhesiva no tejida.
Con referencia ahora a la Figura 11, en una realizacion, las tiras 100 y la lamina 200 de refuerzo se fijan para formar un panel base 11 reforzado con fibras de una manera que pueda permitir que el panel base 11 se doble ya sea en la direccion del primer lado 11a o del segundo lado 11b. En esta realizacion, la lamina 200 de refuerzo se fija a la cara 105 mayor y a la cara 103 de borde de cada una de las tiras 100. La cara 101 de borde se deja sin unir. En este caso, el panel base 11 reforzado con fibras puede hacer de bisagra entre la cara 103 de borde y la cara 105 mayor, de manera que el panel base 11 reforzado con fibras pueda doblarse en un arco o angulo.
Con referencia de nuevo a la Figura 2, la estructura compuesta 10 incluye una primera piel externa 300 y una segunda piel externa 400. La primera piel externa 300 puede fabricarse con los mismos o diferentes materiales y/o estructuras comparadas con la segunda piel externa 400. Las pieles pueden estar compuestas de una o mas de una capas de fibras. Preferiblemente, las capas de piel externas estan compuestas de al menos dos capas de fibras. Se puede usar cualquier fibra adecuada en las pieles externas 300, 400, incluyendo, pero sin limitarse a, telas de refuerzo estructural organicas o inorganicas tales como fibra de vidrio, fibras de carbono, fibras de aramida como las disponibles con el nombre KEVLAR®, fibras de polietileno o polipropileno lineal tales como las disponibles con el nombre de SPECTRA®, fibras de cinta termoplastica, fibras de poliester, fibras de nailon o fibras naturales. Los materiales y estructuras pueden variar tambien entre las capas en las pieles 300, 400.
Las capas de piel externas 300, 400 pueden contener capas de tejido, tejido de punto, textil unido, fibras no tejidas, o lamina de hebras tal como mechas. La lamina de refuerzo de las fibras puede ser de hebras unidireccionales tales como mechas, y las hebras unidireccionales pueden estar unidas entre sf por union, tricotando un hilo de seguridad a traves de las mechas o tejiendo un hilo de seguridad a traves de las mechas. En el caso de tejido, tejido de punto, insercion de tejido de punto urdimbre/trama, no tejido, o unido, el textil puede tener hilos o elementos de cinta que esten dispuestos en una direccion multi-(bi- o tri-)axial. Los hilos o fibras de la lamina de refuerzo pueden ser fibra de vidrio, de carbono, de poliester, de aramida, de fibras naturales y mezclas de los mismos. Preferiblemente, las laminas continuas de refuerzo de las fibras son de un tejido de punto multiaxial. Un tejido de punto multiaxial tiene
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fibras de alto modulo, no rizadas, que pueden orientarse para adaptarse a una combinacion de requisitos de cizalla y de compresion. Las fibras pueden ser monofilamento, multifilamento, grapa, elementos de cinta, o una mezcla de las mismas.
En una realizacion, se puede fabricar un panel compuesto 10 a partir de dos o mas paneles base 11 reforzados adyacentes. Los paneles base 11 reforzados pueden estar dispuestos con las tiras 100 en cada panel 11 paralelas entre sf o giradas 90 grados entre unas y otras. Una capa adicional de refuerzo como la que se utiliza en las pieles externas 300, 400 puede anadirse entre los paneles base 11 reforzados. Las capas de pieles externas 300 y 400 se anaden a continuacion a la parte superior e inferior de los paneles base 11 reforzados.
La estructura compuesta 10 es impregnada o infundida con una matriz polimerica 500 de resina que fluye, preferiblemente bajo presion diferencial, a traves de al menos una parte de (la lamina 200 de refuerzo, las pieles externas 300, 400 y capas estabilizadoras opcionales 600, 700). Preferiblemente, la resina fluye a traves de todos los materiales de refuerzo (la lamina 200 de refuerzo, las pieles externas 300, 400 y las capas estabilizadoras opcionales 600, 700) y cura para formar una estructura ngida que soporta cargas. Puede usarse una resina como poliester, ester de vinilo, resina epoxi, resina de bismaleimida, resina de fenol, resina de melamina, resina de silicona, o monomeros termoplasticos de PBT o Nylon, etc. Se prefiere ester de vinilo debido a su moderado coste, buenas propiedades mecanicas, buen tiempo de trabajo, y caractensticas de curado. El tejido de refuerzo tambien se puede combinar con resina antes de envolverse alrededor de las tiras de espuma. Las resinas incluyen termoestables en estado b como en preimpregnados termoestables o resinas termoplasticas como en hilos de cinta, hilos entremezclados o laminas unidireccionales.
La fluencia de la resina a traves de las fibras de refuerzo porosas bajo presion diferencial se puede lograr mediante procesos tales como moldeo por bolsa de vado, moldeo por transferencia de resina o moldeo por transferencia de resina asistida por vado (VARTM). En el moldeo por VARTM, el nucleo y las pieles estan sellados en un molde hermetico al aire que tiene normalmente una cara del molde flexible, y el aire es evacuado del molde, que aplica presion atmosferica a traves de la cara flexible para conformar la estructura compuesta 10 al molde. La resina catalizada es aspirada por el vado hacia el interior del molde, generalmente a traves de un medio de distribucion de resina o red de canales proporcionado en la superficie del panel, y se deja que cure. La estructura compuesta 10 puede tener medios que aumenten el flujo tales como, pero sin limitarse a: acanaladuras o canales cortados en las superficies mayor y menor de las tiras; una red de acanaladuras en todos los lados de las tiras; elementos adicionales en la tela de refuerzo tales como huecos o hilos que aumenten el flujo. Tambien pueden anadirse fibra o capas adicionales tales como medios de flujo superficial a la estructura compuesta para ayudar a favorecer la infusion de resina. Una serie de hilos gruesos, tales como mechas pesadas, o monofilamentos pueden estar con la misma distancia entre ellos en uno o mas ejes del refuerzo para ajustar la velocidad de infusion de la resina del panel compuesto. En un ejemplo, los monofilamentos de poliester estaban separados a una distancia de aproximadamente 20 mm a lo largo de la longitud de la lamina de refuerzo. La lamina se envolvio despues alrededor de las tiras de espuma y se infundio con resina en la direccion de las tiras de espuma. La velocidad de infusion era notablemente mas rapida que cuando se utilizaba refuerzo sin los monofilamentos anadidos.
Ejemplo
Un panel base reforzado con fibras y la estructura compuesta se fabricaron segun el siguiente procedimiento. Se obtuvieron tiras de 40,64 cm (16 pulgadas) de longitud de espuma de celda cerrada fabricadas de poliuretano con 2,54 cm (1 pulgada) de altura, 3,175 cm (1,25 pulgadas) de anchura del lado mayor, 0,3175 cm (0,125 pulgadas) del lado menor y de forma trapezoidal. Los angulos del trapecio eran de 60 grados desde la base a los lados adyacentes. Las tiras teman enfrentadores no tejidos de fibra de vidrio de 65 gramos/m2 en los lados mayor y menor. El perfil en forma de trapecio tema 2 caras que eran paralelas entre sf La mas larga de estas caras fue designada cara mayor y la mas corta fue designada cara menor. Las otras dos caras fueron designadas caras de borde.
Las tiras se pusieron una al lado de la otra con sus ejes longitudinales alineados de manera que la cara mayor alternaba entre el dar frente hacia arriba y hacia abajo con las demas tiras. Las caras de borde de las tiras estaban al lado de las caras de borde de las tiras adyacentes a esa tira.
A traves de las tiras se entretejio una lamina continua de refuerzo de las fibras fabricada de mechas de vidrio E en una estructura de doble desviacion (+ 45 grados) de 406,92 g/m2 (12 onzas/yd2) (EBX1200® de Vectorply Corporation). La lamina de refuerzo se entretejio de manera que la lamina de refuerzo estuviera adyacente a las caras de borde y la cara mayor tal como se muestra en la Figura 3. Esto conformo el panel base reforzado con fibra.
Se anadieron capas estabilizadoras a cada lado del panel para mantener las tiras y la lamina de refuerzo en su lugar hasta la siguiente operacion. Las capas estabilizadoras eran entelados de fibra de vidrio de poco peso (STABILON® de Milliken & Company). Las capas estabilizadoras se aplicaron utilizando un adhesivo no tejido termofusible de poco peso (PA1541A/1® de Spunfab).
A continuacion, a cada lado del panel se colocaron capas de piel externas compuestas de 4 capas de mechas de vidrio E en una estructura de doble desviacion (+ 45 grados) de 406,92 g/m2 (12 onzas/yd2) (EBX1200® de Vectorply Corporation).
Finalmente, el panel con las pieles externas se coloco en un molde y se fijo bajo una bolsa de vado. El aire se evacuo y se infundio una resina de ester de vinilo catalizada (CCP ARMORSTAR IVE-XC400® disponible de Composites One, LLC) a traves del panel base y las pieles externas hasta que no habfa burbujas de aire evidentes.
El molde fue liberado de la estructura compuesta. La estructura en sandwich resultante sena util en aplicaciones 5 tales como palas de turbinas eolicas, cubiertas para barcos, pisos de trenes u otras estructuras donde se valoranan una gran rigidez y poco peso.
Aunque la presente invencion se ha ilustrado y descrita en relacion con ciertas realizaciones y practicas potencialmente preferidas, debe entenderse que las realizaciones y practicas ilustradas y descritas solo son ilustrativas y que la presente invencion no se limita en ningun caso a las mismas. Mas bien, los expertos en la 10 tecnica son plenamente conscientes de que sin duda se produciran modificaciones y variaciones a la presente invencion tras la lectura de la descripcion anterior y/o a traves de la practica de la invencion. Por lo tanto, se pretende que la presente invencion se extienda a todas las modificaciones y variaciones como se definen en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un panel base (11) reforzado con fibras que tiene un primer lado (11a) y un segundo lado (11b) opuesto, comprendiendo el panel base reforzado con fibra:
    una serie de tiras (100) de baja densidad adyacentes que tienen al menos tres caras y teniendo cada tira de baja densidad una relacion de aspecto de longitud a anchura de al menos 5:1, en donde el eje longitudinal de las tiras de baja densidad es sustancialmente paralelo, en donde la seccion transversal de cada tira tiene una cara (105) mayor una primera cara (101) de borde, y una segunda cara (103) de borde, en donde la cara mayor de cada tira esta dispuesta dentro del primero o del segundo lado del panel base, en donde la cara mayor de cada tira esta dispuesta dentro de un lado opuesto del panel base que la cara mayor de las tiras adyacentes;
    una lamina (200) continua de refuerzo de las fibras, en donde la lamina de refuerzo forma al menos aproximadamente el sesenta y cinco por ciento (65 %) de la superficie del primer lado del panel base y al menos aproximadamente el sesenta y cinco por ciento (65 %) de la superficie del segundo lado del panel base, caracterizado por que
    la lamina continua de refuerzo de las fibras es entretejida a traves de las tiras de baja densidad de tal manera que la lamina de refuerzo de las fibras esta dispuesta entre tiras adyacentes y adyacente a las caras mayores de las tiras de baja densidad.
  2. 2. El panel base reforzado con fibras de la reivindicacion 1, en donde la lamina de refuerzo forma al menos aproximadamente el noventa por ciento (90 %) de la superficie del primer lado del panel base y al menos el noventa por ciento (90 %) de la superficie del segundo lado del panel base.
  3. 3. El panel base reforzado con fibras de la reivindicacion 1, en donde la lamina continua de refuerzo de las fibras comprende un tejido de punto multiaxial.
  4. 4. El panel base reforzado con fibras de la reivindicacion 1, en donde la lamina continua de refuerzo de las fibras comprende al menos una capa de mechas generalmente unidireccionales.
  5. 5. El panel base reforzado con fibras de la reivindicacion 1, que comprende ademas una capa estabilizadora (600, 700) sobre al menos uno de los lados primero y segundo del panel base reforzado con fibras.
  6. 6. El panel base reforzado con fibras de la reivindicacion 1, que comprende ademas una piel externa (300, 400) situada en al menos uno de los lados primero y segundo del panel base reforzado con fibras.
  7. 7. El panel base reforzado con fibras de la reivindicacion 1, en donde las tiras de baja densidad contienen un angulo incluido (a, P) definido como el angulo en la tira creado por una primera lmea formada conectando los extremos de una cara (101, 103) de borde y una segunda lmea formada por la cara (105) mayor de las tiras de baja densidad, en donde el angulo incluido es menor de 90 grados
  8. 8. El panel base reforzado con fibras de la reivindicacion 1, en donde las tiras de baja densidad contienen:
    un primer angulo incluido (a) definido como el angulo en la tira creado por una primera lmea formada conectando los extremos de la primera cara (101) de borde y una segunda lmea formada por la cara (105) mayor de las tiras de baja densidad;
    un segundo angulo incluido (P) definido como el angulo en la tira creado por una tercera lmea formada conectando los extremos de la segunda cara (103) de borde y una cuarta lmea formada por la cara (105) mayor de las tiras de baja densidad ;
    en donde la suma del primer angulo incluido y el segundo angulo incluido es menor de 180 grados.
  9. 9. El panel base reforzado con fibras de la reivindicacion 1, en donde las tiras de baja densidad comprenden un revestimiento superficial sobre al menos una cara de las tiras de baja densidad.
  10. 10. Una estructura compuesta (10) que comprende un panel base (11) reforzado con fibras segun la reivindicacion 1, en donde dicha estructura compuesta (10) comprende: una primera capa de piel externa (300) situada en el primer lado del panel base (11) reforzado con fibras; y una segunda capa de piel externa (400) situada en el segundo lado del panel base (11) reforzado con fibra, y una resina que impregna al menos una parte de una de entre la primera piel externa (300), la segunda capa de piel externa (400), y la lamina continua de refuerzo de las fibras.
  11. 11. La estructura compuesta de la reivindicacion 10, en donde la resina impregna al menos una parte de la primera piel externa, la segunda capa de piel externa y la lamina continua de refuerzo de las fibras.
  12. 12. La estructura compuesta de la reivindicacion 10, en donde la lamina de refuerzo forma al menos aproximadamente el noventa por ciento (90 %), de la superficie del primer lado del panel base y al menos aproximadamente el noventa por ciento (90 %) de la superficie del segundo lado del panel base.
  13. 13. La estructura compuesta de la reivindicacion 10, en donde las tiras de baja densidad contienen un angulo incluido (a, P) definido como el angulo en la tira creado por una primera lmea formado al conectar los extremos de una cara (101, 103) de borde y una segunda lmea formada por la cara (105) mayor de las tiras de baja densidad, en
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    donde el angulo incluido es menor de 90 grados.
  14. 14. Un procedimiento para formar una estructura compuesta que comprende:
    formar un panel base (11) reforzado con fibras que tiene un primer lado (11a) y un segundo lado (11b) opuesto que comprende:
    una serie de tiras (100) de baja densidad adyacentes que tienen al menos tres caras y cada tira de baja densidad tiene una relacion de aspecto de longitud a anchura de al menos 5:1, en donde el eje longitudinal de las tiras de baja densidad es sustancialmente paralelo, en donde la seccion transversal de cada tira tiene una cara (105) mayor, una primera cara (101) de borde, y una segunda cara (103) de borde, en donde la cara mayor de cada tira esta dispuesta dentro del primer o segundo lado del panel base, en donde la cara mayor de cada tira esta dispuesta dentro de un lado opuesto del panel base al de la cara mayor de las tiras adyacentes;
    colocar una primera capa de piel externa (300) sobre el primer lado del panel base reforzado con fibras;
    hacer fluir una matriz polimerica (500) en al menos una parte de una de entre la primera capa externa y la lamina continua de refuerzo de las fibras; y
    curar la matriz polimerica, caracterizado por
    una lamina (200) continua de refuerzo de las fibras, en donde la lamina de refuerzo forma al menos aproximadamente el sesenta y cinco por ciento (65 %) de la superficie del primer lado del panel base y al menos aproximadamente el sesenta y cinco por ciento (65 %) de la superficie del segundo lado del panel base; y
    entretejer las laminas continuas de refuerzo de las fibras a traves de las tiras de baja densidad de manera que la lamina de refuerzo de las fibras este dispuesta entre tiras adyacentes y adyacente a las caras mayores de las tiras de baja densidad.
  15. 15. El procedimiento de la reivindicacion 14, que comprende ademas colocar una segunda capa de piel externa (400) sobre el segundo lado del panel base reforzado con fibra.
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