ES2643912T3 - Método para formar un objeto tejido con un refuerzo fuera del eje - Google Patents

Abstract

Un método de formación de un objeto tejido de múltiples capas con refuerzo fuera del eje, comprendiendo el método las etapas de: entretejer una primera preforma con fibras de urdimbre (12) alineadas sustancialmente en paralelo a la dirección 0° (16) y fibras de trama (14) alineadas sustancialmente en paralelo a la dirección 90° (aro) (18); entretejer una o más preformas adicionales con fibras de urdimbre alineadas sustancialmente en paralelo a la dirección 0° y fibras de trama alineadas sustancialmente en paralelo a la dirección 90° (aro); retorcer dicha primera preforma en una primera dirección restringiendo una primera parte de dicha primera preforma con relación a una segunda parte de dicha primera preforma, en donde dicha torsión permite que las fibras de urdimbre se retuerzan fuera de la dirección 0° en una dirección negativa mientras que las fibras de trama o de aro permanecen sustancialmente paralelas a la dirección 90°; retorcer dicha una o más preformas adicionales en una segunda dirección restringiendo una primera parte de dicha una o más preformas adicionales con relación a una segunda parte de dicha una o más preformas adicionales, en donde dicha torsión permite que las fibras de urdimbre se retuerzan fuera de la dirección 0° en una dirección positiva mientras que las fibras de trama o de aro permanecen sustancialmente paralelas a la dirección 90°; y estratificar dicha una o más preformas adicionales con dicha primera preforma.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

DESCRIPCION

Metodo para formar un objeto tejido con un refuerzo fuera del eje Antecedentes de la invencion Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a formas de refuerzo fuera del eje, simetricas y asimetricas, y a metodos para formar formas simetricas y asimetricas con estructuras tejidas reforzadas fuera del eje.

Antecedentes de la invencion

Los radomos son envolturas usadas en la industria aeroespacial, que pueden proteger una antena, radar o dispositivos similares del entorno circundante. Por ejemplo, se puede usar un radomo para proteger una antena contra vientos elevados, heladas y/o temperaturas extremas en un area circundante al dispositivo. Sin proteccion, estos dispositivos se vuelven vulnerables a los efectos adversos de la lluvia, el calor, la erosion, la presion y otras fuentes daninas, dependiendo de donde se use el dispositivo.

Los radomos para aplicaciones aeroespaciales tlpicamente han tenido formas axisimetricas o simetricas, normalmente en forma de cono, semiesfera, paraboloide de revolucion o semielipsoide de revolucion. No obstante, los radomos con estas formas, fallan a la hora de reunir los requisitos de seccion transversal de radar (RCS) impuestos por algunas agencias gubernamentales. Es decir, si bien los radomos de la tecnica anterior pueden proteger adecuadamente el conjunto del dispositivo, debido a su forma geometrica, tienen una elevada RCS y, por tanto, un radar puede detectarlos facilmente. Lamentablemente, por lo general, los materiales absorbentes de ondas de radar no pueden usarse junto con radomos dado que estos materiales podrlan interferir con la emision y recepcion de senales por parte de los componentes alojados dentro del radomo. Por ejemplo, en algunas aplicaciones aeroespaciales, un radomo protege los dispositivos que contiene contra fuerzas aerodinamicas y danos meteorologicos, mientras que al mismo tiempo permite la transmision y recepcion del radar, as! como evitan que los dispositivos alteren las caracterlsticas aerodinamicas del vehlculo aerotransportado sobre el que esta montado. Las interferencias con senales transmitidas hacia o desde tales dispositivos volverlan los dispositivos inutiles.

Otro problema de diseno al que se enfrenta la industria aeroespacial con respecto a los radomos es que los materiales usados para construir un radomo debe tener propiedades dielectricas suficientemente bajas como para no interferir con las senales transmitidas. Ademas, las propiedades dielectricas del material deben ser uniformes porque las propiedades dielectricas no uniformes afectan adversamente las transmisiones que entran o salen del radomo. Por ejemplo, los radomos son tlpicamente estructuras compuestas. Estas estructuras compuestas normalmente consisten en preformas de fibra de vidrio o de cuarzo con un material matricial que es un pollmero que tiene bajas propiedades dielectricas. Los radomos de este tipo pueden construirse usando un moldeo por transferencia de resina o a mano disponiendo preimpregnaciones de fibra de vidrio. El termino "preimpregnacion" se usa para describir una tela o cinta unidireccional que esta preimpregnada con una resina polimerica. La construccion de preformas a partir de partes moldeadas por transferencia de resina puede hacerse, por ejemplo, cortando y cosiendo capas individuales de fibra de vidrio, por tejedurla conformada, tejedurla polar y tejedurla Jacquard (telar de lanzadera). No obstante, estas tecnicas consumen tiempo y tienen un importante inconveniente en el sentido de que el radomo producido mediante tales metodos tendra como resultado al menos una costura que, con frecuencia, es la fuente del fallo de tales estructuras cuando se someten a condiciones extremas. Las costuras son tambien indeseables en los radomos porque las caracterlsticas dielectricas pierden su uniformidad en la zona de la costura y, por lo tanto, pueden afectar adversamente a la transmision y recepcion de senales.

Las tecnicas de tejedurla Jacquard tridimensional pueden, sin embargo, usarse en la construccion de radomos. Con estas tecnicas, es posible construir una preforma de tipo manga a partir de una pieza de tela. Este tipo de preforma de tipo manga es ventajosa porque no tiene costuras, eliminando, por tanto, los importantes problemas asociados con las costuras. En la configuracion basica de tejedurla, las fibras de urdimbre y trama estan en angulos rectos entre si, de modo que la fibra de trama continua esta orientada en direccion del aro (90°) y las fibras de urdimbre siguen contornos axiales (la direccion 0°) en la estructura final. Por consiguiente, se prefiere una preforma de una manga sin costuras tridimensional de tejido Jacquard, frente a otras tecnicas.

Al incluir o excluir selectivamente parte de la fibra de urdimbre, estas mangas pueden adoptar varias formas geometricas con o sin extremos cerrados. Pueden tejerse como una unica capa de tejido, sin embargo, pueden formarse multiples mangas las unas sobre las otras hasta acumular el espesor deseado. La preforma puede procesarse entonces en una estructura compuesta usando las tecnicas de fabricacion anteriormente mencionadas. No obstante, tejer formas tridimensionales complejas, tal como formas asimetricas, con las actuales tecnicas de tejedurla supone un reto.

En un esfuerzo por mejorar las caracterlsticas de invisibilidad de los vehlcuios espaciales, se ha demostrado que se prefieren los radomos con formas asimetricas ya que mejoran la capacidad de evitar radares del vehlculo. No obstante, el advenimiento de radomos con formas asimetricas presenta retos adicionales en la construccion de tales estructuras de conformacion tridimensional. Una solucion propuesta consiste en el uso de tecnicas de estratificacion 5 automatica, de modo que se dispongan tiras de preimpregnaciones de vidrio (o cuarzo) sobre un mandril macho. El cabezal de disposicion de la cinta debe tener muchos grados de libertad, aplicar una presion consistente y ser capaz de colocar cintas lado a lado, con precision. Si bien dichas maquinas estan disponibles, son extremadamente caras.

Ademas, es posible que los radomos necesiten ser reforzados en direction fuera del eje. Por ejemplo, hay aplicaciones de radomo que requieren resistencia a la torsion o rigidez, preferentemente cerca de la direccion ±45°. 10 Por otra parte, otras aplicaciones que requieren resistencia de soporte tambien utilizan un refuerzo en las direcciones ±45° junto con un refuerzo en las direcciones 0° y 90°. El refuerzo fuera del eje no puede lograrse con las actuales tecnicas basicas de tejedurla porque con las tecnicas actuales, las fibras de urdimbre y trama estan en angulos rectos entre si, de modo que la fibra de trama continua esta orientada en direccion del aro (90°) y las fibras de urdimbre siguen contornos axiales (la direccion 0°) en la estructura final. Por lo tanto, no se consigue un refuerzo 15 a lo largo de las direcciones ±45°.

Hay dos enfoques convencionales para anadir un refuerzo fuera del eje. Un enfoque consiste en cortar una tela bidimensional al bies. Estas capas fuera del eje requieren un importante trabajo manual e introducen costuras que no preservan la integridad tubular de la manga 0°/90° y, como se han mencionado antes, afectan de manera adversa a la integridad estructural y a las propiedades del radomo. No obstante, estas capas fuera del eje pueden usarse 20 para preformas muy grandes. El segundo enfoque consiste en usar una manga trenzada. Este enfoque preserva la naturaleza de tipo tubular de la preforma, pero hay un llmite en cuanto al tamano de la preforma. Ademas, este enfoque no proporciona un verdadero refuerzo de aro (90°).

Por lo tanto, existe la necesidad de un metodo rentable para formar objetos conformados simetrica y asimetricamente con un refuerzo fuera del eje.

25 El documento US 5.556.495 divulga metodos para formar productos conformados de tejido, flexibles resistentes a la torsion, que esten particularmente bien adaptados para proteger y/o cubrir sustratos alargados, tales como cables, conductos, cableados y similares. Los productos conformados de tejido incluyen una parte de pared formada a partir de material filamentoso que se dispone de manera resiliente en una configuration en espiral con respecto al eje longitudinal del producto conformado. Preferentemente, la parte de pared tambien puede formarse con un material 30 filamentoso en forma de aros circunferenciales que se adaptan sustancialmente en forma y tamano a la configuracion en seccion transversal del producto conformado.

El documento FR 2.365.424 divulga metodos y aparatos para producir cuerpos huecos, laminados de resina a partir de mangas de tela preimpregnada.

Sumario de la invencion

35 De conformidad con la presente invention, se proporciona un metodo de formation de un objeto tejido con refuerzo fuera del eje. El metodo incluye el entretejido de una preforma con fibras de urdimbre alineadas sustancialmente en paralelo a la direccion 0° y fibras de trama o aro alineadas sustancialmente en paralelo a la direccion 90° (aro). Una vez completada, la preforma se retuerce restringiendo una primera parte de la preforma con relation a una segunda parte de la preforma. Esta torsion permite que las fibras de urdimbre se retuerzan fuera de la direccion 0° mientras 40 que las fibras de trama o aro permanecen sustancialmente en paralelo a la direccion 90°.

Un aspecto adicional de la presente invencion consiste en formar un objeto simetrico tejido con una pluralidad de fibras de trama y urdimbre, que despues se conforma como un objeto de forma asimetrica.

Otras caracterlsticas y ventajas de acuerdo con la presente invencion se apreciaran mejor a partir de la siguiente description detallada de las realizaciones ilustradas cuando se leen junto con los dibujos adjuntos en los que 45 componentes correlativos estan identificados con los mismos numeros de referencia.

Breve descripcion de los dibujos

Para una comprension mas completa de la invencion, se hace referencia a la siguiente descripcion y a los dibujos adjuntos, en los que:

la Fig. 1 es una vista en planta de una preforma simetrica;

50 la Fig. 2 es una vista en planta de la preforma simetrica colocada sobre un bastidor giratorio antes de la torsion de acuerdo con un aspecto de la presente invencion;

5

10

15

20

25

30

35

40

45

la Fig. 3 es una vista en planta de la preforma simetrica de la Fig. 2 despues de la torsion; la Fig. 4a es una vista en planta del bastidor giratorio de la Fig. 2; la Fig. 4b es una vista superior del bastidor giratorio de la Fig. 4a.

la Fig. 5 es una vista en seccion transversal del bastidor giratorio de la Fig. 4b alrededor de la llnea A-A;

la Fig. 6a es una preforma conformada simetricamente de acuerdo con un aspecto de la presente invencion;

la Fig. 6b es una preforma conformada asimetricamente de acuerdo con otro aspecto de la presente invencion;

la Fig. 7 describe clrculos que se intersecan usados para obtener una forma asimetrica, como se muestra en la Fig. 6b;

la Fig. 8 muestra la forma asimetrica resultante formada por los clrculos interesantes de la Fig. 7;

la Fig. 9 muestra la circunferencia de la forma simetrica resultante que se usa para obtener la forma asimetrica;

la Fig. 10 es una vista en planta de una preforma con forma simetrica de acuerdo con una realizacion de la presente invencion; y

la Fig. 11 es una vista en planta de una preforma conformada asimetricamente de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.

Descripcion detallada de los modos de realizacion preferentes

De acuerdo con un aspecto de la presente invencion, como se describe en la FIG. 1, una preforma 10 de tipo manga conformada simetricamente, que puede tener los extremos abiertos o cerrados, incluye fibras de urdimbre 12 sustancialmente paralelas a la direccion 0° 16 y fibras de trama o de aro 14 sustancialmente paralelas a la direccion 90° 18 o de aro. Tal y como se usa en el presente documento, las fibras de trama o de aro y la direccion 90° se refieren a las fibras y a la direccion que discurre circunferencialmente alrededor de la preforma, mientras que las fibras de urdimbre y la direccion 0° discurren perpendicularmente a las fibras de aro de la preforma. La preforma 10 conformada simetricamente puede tejerse usando una tejedurla Jacquard tridimensional convencional. Las fibras de urdimbre y de trama pueden ser de cualquier tipo de fibra usada para tejer preformas. Ademas, las fibras pueden estar preimpregnadas con una resina polimerica.

Con referencia a la FIG. 2, una preforma 10 conformada simetricamente se coloca sobre un mandril fijo 20 con las fibras de urdimbre 12 orientadas sustancialmente en perpendicular a un mandril giratorio 22 y las fibras de trama o de aro 14 orientadas sustancialmente en paralelo a un mandril giratorio 22. La FIG. 4a muestra el bastidor 25 especialmente disenado que se ha usado para obtener un refuerzo fuera de eje. En la FIG. 5, se muestra una seccion trasversal a traves del bastidor 25 alrededor de la llnea A-A de la FIG. 4b. El bastidor 25 tiene dos partes principales, un mandril fijo 24 y un mandril giratorio 22. La preforma 10 conformada simetricamente se sujeta a presion en la parte superior 28 del mandril fijo 24 y en la parte inferior 30 del mandril giratorio 22.

Para mejorar la rigidez estructural y resistencia de la preforma, es deseable tundir o retorcer las fibras de urdimbre 12 para obtener un refuerzo fuera de eje.

Se obtiene el tundido y la forma necesarios retorciendo la preforma 10 conformada simetricamente sobre un bastidor giratorio 25 cuya forma es la del objeto final requerido. En la FIG. 3, despues de hacer rotar el mandril giratorio 22, las fibras de urdimbre 12 se retuercen fuera de la direccion 0° 16 y ya no son sustancialmente perpendiculares a la base del mandril giratorio 22. No obstante, las fibras de trama o de aro 14 permanecen sustancialmente paralelas a la base del mandril giratorio 22 o direccion 90° 18. El concepto basico es tundir la manga 0°/90° de modo que el refuerzo axial, las fibras a 0° o de urdimbre 12, se retuerzan dentro del angulo fuera del eje deseado mientras que las fibras de trama o de aro 14 permanecen sustancialmente en la direccion 90°.

Al retorcerlas, a medida que las fibras de urdimbre se tunden fuera de la direccion 0°, la longitud de la preforma 10 se acortara. Para compensar el acortamiento de la preforma 10, el vastago 32 del mandril giratorio 22 es libre de moverse arriba y abajo en un orificio 34 a traves del centro del mandril fijo 24, como se muestra en la FIG. 4b.

El acortamiento de la preforma 10 conformada simetricamente puede calcularse y compensarse durante el diseno y construccion de la preforma 10 simetrica.

En tejidos con ondas apretadas, se puede obtener un refuerzo fuera del eje para angulos de hasta aproximadamente 20° antes de que la preforma o la manga empiece a deformarse. Para conseguir angulos mayores para un refuerzo

5

10

15

20

25

30

35

fuera del eje, digamos en un intervalo de aproximadamente 45°, puede usarse un tejido con ondas mas abiertas, que permitira una torsion adicional de la manga antes de su deformacion.

Una estructura compuesta que utiliza este tipo de preforma puede formarse usando una tecnica de construction equilibrada. Es decir, por cada capa +0° hay una capa -0°. Esto puede realizarse emparejando una manga que se ha retorcido en una primera direction o direction negativa, con una manga que se ha retorcido en una segunda direction o direccion positiva. Las mangas retorcidas tambien pueden combinarse con mangas no retorcidas para proporcionar una preforma combinada que tenga un refuerzo 0°/90° as! como un refuerzo fuera del eje. Estas preformas de tipo manga pueden combinarse segun cualquier combination o numero que sea necesario para obtener el refuerzo, espesor y resistencia requeridos para el objeto compuesto final. El resultado es una preforma sin costuras que tiene mejores propiedades mecanicas debido al refuerzo en todas las direcciones en comparacion con preformas sin retorcer que no tienen un refuerzo fuera del eje. La preforma puede entonces procesarse en una estructura compuesta usando tecnicas de manufacturacion conocidas, tales como un moldeo con transferencia de resina.

Una tecnica de tejedurla Jacquard tridimensional proporciona unos medios rentables para fabricar preformas de tipo manga conformadas simetricamente. No obstante, tambien pueden usarse otras tecnicas conocidas para los expertos en la materia sin desviarse del ambito de la presente invention.

La FIG. 6a muestra una preforma 36 conformada simetricamente. La Fig. 6b demuestra que la preforma 36 conformada simetricamente puede transformarse en una preforma 38 conformada asimetricamente. La preforma 36 conformada simetricamente se puede hacer encajar en un mandril de conformation asimetrica, siempre que la longitud de paso circunferencial o de aro de la manga conformada simetricamente coincida con la longitud de paso circunferencial o de aro del objeto conformado asimetricamente en unas ubicaciones longitudinales especlficas. A modo de ejemplo, la FIG. 7 demuestra que una preforma 46 conformada asimetricamente, tambien mostrada en la FIG. 8, esta construida a partir de elementos de dos clrculos intersecantes 40. La FIG. 7 y la FIG. 9 demuestran que la suma de las dos longitudes de paso intersecantes, 42 y 44 de los clrculos intersecantes 40, es igual a la circunferencia 48 del clrculo 50 que forma una preforma simetrica.

La FIG. 10 muestra una preforma conformada simetricamente o manga 50 recortada a su forma que fue disenada para encajar en un mandril de conformacion asimetrica. FIG. 11 muestra como la preforma conformada simetricamente o manga 50 despues de haberla colocado sobre un mandril asimetrico se ajustara a esa forma. Tal preforma asimetrica puede entonces retorcerse para impartir un refuerzo fuera de eje. El resultado es un objeto conformado asimetricamente con un refuerzo fuera de eje 52. La preforma resultante puede entonces procesarse adicionalmente en una estructura compuesta usando tecnicas de manufacturacion conocidas tales como un moldeo con transferencia de resina.

Por consiguiente, se ha demostrado que tanto los objetos conformados simetricamente como los conformados asimetricamente con refuerzo fuera del eje pueden construirse a partir de preformas de tipo manga.

Aunque en este documento se ha descrito en detalle una realization preferente de la presente invencion y modificaciones de la misma, debe entenderse que esta invencion no esta limitada a esta realizacion concreta y a sus modificaciones y que un experto en la materia puede efectuar otras modificaciones y variaciones sin desviarse del ambito de la invencion tal y como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (21)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   REIVINDICACIONES

   1. Un metodo de formacion de un objeto tejido de multiples capas con refuerzo fuera del eje, comprendiendo el metodo las etapas de:

   entretejer una primera preforma con fibras de urdimbre (12) alineadas sustancialmente en paralelo a la direction 0° (16) y fibras de trama (14) alineadas sustancialmente en paralelo a la direccion 90° (aro) (18);

   entretejer una o mas preformas adicionales con fibras de urdimbre alineadas sustancialmente en paralelo a la direccion 0° y fibras de trama alineadas sustancialmente en paralelo a la direccion 90° (aro);

   retorcer dicha primera preforma en una primera direccion restringiendo una primera parte de dicha primera preforma con relation a una segunda parte de dicha primera preforma, en donde dicha torsion permite que las fibras de urdimbre se retuerzan fuera de la direccion 0° en una direccion negativa mientras que las fibras de trama o de aro permanecen sustancialmente paralelas a la direccion 90°;

   retorcer dicha una o mas preformas adicionales en una segunda direccion restringiendo una primera parte de dicha una o mas preformas adicionales con relacion a una segunda parte de dicha una o mas preformas adicionales, en donde dicha torsion permite que las fibras de urdimbre se retuerzan fuera de la direccion 0° en una direccion positiva mientras que las fibras de trama o de aro permanecen sustancialmente paralelas a la direccion 90°; y

   estratificar dicha una o mas preformas adicionales con dicha primera preforma.
2. 2. El metodo segun la reivindicacion 1, en donde dicha primera preforma y preformas adicionales se tejen usando una tecnica de Jacquard.
3. 3. El metodo segun la reivindicacion 1, en donde dicha primera preforma y preformas adicionales no tienen costuras.
4. 4. El metodo segun la reivindicacion 1, en donde dicha primera y una o mas preformas adicionales son simetricas.
5. 5. El metodo segun la reivindicacion 4, en donde dicha primera preforma y una o mas preformas adicionales simetricas estan formadas para obtener una preforma asimetrica.
6. 6. El metodo segun la reivindicacion 1, que ademas comprende la etapa de colocar una de dichas primera preforma o una o mas preformas adicionales en un bastidor giratorio.
7. 7. El metodo segun la reivindicacion 6, en donde el bastidor giratorio comprende un mandril fijo (20) y un mandril giratorio (22).
8. 8. El metodo segun la reivindicacion 7, que ademas comprende una etapa de restringir una primera parte de dicha una de dichas primera preforma y una o mas preformas adicionales sobre el mandril fijo con relacion a una segunda parte de dicha preforma.
9. 9. El metodo segun la reivindicacion 8, en donde dicha etapa de torsion se realiza rotando dicho mandril giratorio.
10. 10. El metodo segun la reivindicacion 9, en donde dicha etapa de torsion provoca que dichas fibras de urdimbre se retuerzan fuera de la direccion 0° a un angulo relacionado con el grado de rotation de dicho mandril giratorio.
11. 11. El metodo segun la reivindicacion 9, en donde dichas fibras de trama o de aro permanecen sustancialmente paralelas a la direccion 90° despues de dicha etapa de torsion.
12. 12. El metodo segun la reivindicacion 8, en donde dicho mandril fijo esta conformado simetricamente.
13. 13. La reivindicacion de metodo segun la reivindicacion 8, en donde dicho mandril fijo esta conformado asimetricamente.
14. 14. La reivindicacion de metodo segun la reivindicacion 9, en donde dicha rotacion esta en el intervalo de hasta aproximadamente 45°.
15. 15. Un objeto tejido de multiples capas que comprende:

    una primera capa de una primera preforma que tiene una pluralidad de fibras de urdimbre (12), retorcidas fuera de la

    orientacion 0° (16) en una direccion negativa y una pluralidad de fibras de trama o de aro (14), alineadas sustancialmente en paralelo a la direccion 90° (aro) (18), en donde la pluralidad de fibras de urdimbre retorcidas fuera de la direccion 0° proporcionan un refuerzo fuera de eje del objeto tejido; caracterizado por que el objeto comprende una capa adicional de una o mas preformas adicionales que tienen una pluralidad de fibras de urdimbre 5 retorcidas fuera de la orientacion 0° en una direccion positiva y una pluralidad de fibras de trama o de aro, alineadas sustancialmente en paralelo a la direccion 90° (aro).
16. 16. La primera preforma y preformas adicionales segun la reivindicacion 15 se forman usando una tecnica de Jacquard.
17. 17. La primera preforma y preformas adicionales segun la reivindicacion 15 son sin costuras.

    10 18. El objeto tejido de multiples capas segun la reivindicacion 15, en donde dicho objeto es simetrico.
18. 19. El objeto tejido de multiples capas segun la reivindicacion 15, en donde dicho objeto es asimetrico.
19. 20. El objeto tejido de multiples capas segun la reivindicacion 15, en donde dicho objeto es una preforma para un radomo.
20. 21. El objeto tejido de multiples capas segun la reivindicacion 15, en donde dicho objeto tiene extremos abiertos.

    15 22. El objeto tejido de multiples capas segun la reivindicacion 15, en donde dicho objeto tiene extremos cerrados.
21. 23. El objeto tejido de multiples capas segun la reivindicacion 15, en donde las fibras estan impregnadas con una resina polimerica.