ES2715453T3 - Método de uso de un relleno radial revestido con resina - Google Patents

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Abstract

Uso de un relleno radial revestido deformable en un procedimiento de infusión de resina (RI) para elaborar piezas compuestas, en el que el relleno radial revestido comprende: una estructura fibrosa continua o alargada; un revestimiento superficial de resina adherente que es de espesor sustancialmente uniforme; y una porción interna que está libre de resina.

Description

DESCRIPCIÓN
Método de uso de un relleno radial revestido con resina
Antecedentes
El método actual para fabricar materiales compuestos que tienen conformaciones complejas es al formar una preforma de fibra de refuerzo de una conformación particular, colocar la preforma en una bolsa de vacío o un molde, infundir la preforma con resina líquida y a continuación calentar la preforma impregnada para curarla dentro de la pieza compuesta final. Durante la preparación de algunas preformas, es común encontrar un espacio hueco o cavidad en diversas uniones formadas entre diferentes apilamientos de estratos fibrosos. Convencionalmente, se han usado rellenos para rellenar esta cavidad.
En el documento US5.026.595, se divulgan rellenos para huecos de telas tejidas que tienen una conformación triangular que se pueden usar para rellenar orificios de conformación triangular.
Rellenos radiales formados a partir de mangas trenzadas y pegadas al aplicar una solución sobre las mismas se divulgan en el documento US2003/0183067A1.
Rigidizadores de material compuesto que incluyen huecos reforzados mediante rellenos envueltos con un adhesivo estructural se divulgan en el documento WO2009/140555A2.
A partir del documento US5.650.229, se han conocido rellenos fibrosos que se usan para rellenar huecos entre estratos de fibras trenzadas.
Sumario
La presente divulgación se refiere a rellenos radiales útiles en aplicaciones aeroespaciales tales como componentes estructurales de aviones. El relleno radial es una estructura revestida deformable que comprende una estructura fibrosa continua o alargada y un revestimiento superficial de resina adherente formado al mover una estructura fibrosa continua o alargada seca a través de un baño de resina calentado, en donde el relleno radial tiene una porción interna que está sustancialmente libre de resina y el revestimiento superficial de resina tiene un grosor sustancialmente uniforme.
Breve descripción de los dibujos
La FIG. 1 ilustra una estructura trenzada ejemplar que se puede usar para formar un relleno radial revestido.
La FIG. 2 ilustra esquemáticamente un método y un sistema de revestimiento superficial para formar un relleno radial revestido según una realización.
La FIG. 3 muestra una realización de un diseño de ojal para ser usado en el método de revestimiento representado en la FIG. 1.
La FIG. 4 es una fotomicrografía de una porción transversal de una trenza de fibras revestida formada según el método de revestimiento representado en la FIG. 1.
La FIG. 5 muestra esquemáticamente la sección transversal de un tipo de estructura preformada que tiene una cavidad que se va a rellenar con rellenos radiales.
La FIG. 6 es una fotomicrografía que muestra la sección transversal de una estructura de larguerillo en la que se usan dos tipos de trenzas de fibras revestidas como rellenos radiales.
Descripción detallada
Para piezas compuestas formadas por materiales preimpregnados, la práctica común ha sido usar el mismo material usado en la sección de unión, y arrollarlo para formar un relleno. Este enfoque consume mucho tiempo, es ineficaz y tiene la desventaja particular de fabricar rellenos de longitud limitada. Para aliviar este problema, algunas soluciones implican rellenos preimpregnados fabricados formados por haces continuos donde varios haces se preimpregnan bien individualmente o bien agrupados entre sí. En algunos casos, estos haces se pueden hacer pasar a través de una boquilla para preconformar el relleno hasta un perfil transversal deseado, que imita el perfil de la cavidad que van a rellenar. Se usan uno o más rellenos por cavidad, dependiendo del tamaño de la cavidad, el tamaño y la conformación del relleno, la capacidad del relleno o los rellenos para rellenar la cavidad, el comportamiento mecánico deseado de la pieza y algunas otras restricciones tales como el manejo del relleno o los rellenos, la colocación en la cavidad, la gestión del inventario de materiales, etc. En otro enfoque, se proporciona una máquina para obtener varias cintas preimpregnadas y producir un relleno de una longitud continua, y se preconforman hasta un perfil deseado. Estos rellenos radiales preimpregnados tienen en común una gran cantidad de resina, típicamente de 30% a 40% en peso del producto. La distribución de resina es tal que generalmente ha humedecido la inmensa mayoría de las fibras que forman el relleno. Habitualmente, los rellenos preimpregnados tienen algún nivel de adherencia que se puede mejorar durante el procedimiento de disposición al calentar el relleno con una pistola térmica, por ejemplo. Habitualmente, el manejo, la flexibilidad y la maleabilidad de los rellenos preimpregnados es pobre, dificultado por la resina que impide el movimiento libre de la estructura fibrosa del relleno, aunque el relleno se caliente con una pistola térmica. Finalmente, en el caso de piezas compuestas de materiales preimpregnados, también se desarrollaron rellenos de resina adhesiva como una alternativa a los rellenos preimpregnados. En este caso, el relleno está de 90% a 100% formado por resina, con, en ocasiones, una gasa ligera embebida en el relleno de resina para proporcionar características de manejo superiores.
En los últimos años, el número de piezas compuestas fabricadas a través de un procedimiento de infusión de resina (RI) se ha incrementado considerablemente. La RI no solo se usa para fabricar piezas complejas pequeñas, sino que también se usa ahora para fabricar las alas enteras u otras piezas muy grandes de un avión. Aunque, en algunos casos, la formación de las piezas a través de un procedimiento de preformación de materiales textiles puede eliminar la necesidad de un relleno - en el caso de preformas n, por ejemplo - la gran mayoría de las piezas RI, especialmente las piezas grandes, todavía se basa en géneros anchos o materiales textiles adheridos que se pliegan para formar la conformación deseada, que crea cavidades que necesitan ser rellenadas con rellenos. Los géneros anchos adheridos se pueden arrollar en un relleno de tipo tallarín. Este método solo puede producir rellenos de longitud corta y es con mucho el enfoque más económico. Otros enfoques se basan en impregnar parcialmente haces o cabos o trenzas individuales o múltiples con un adherente. El propósito del adherente es proporcionar algún nivel de adherencia al relleno a fin de situarlo en la cavidad mientras se está ensamblando la preforma. Desgraciadamente, la mayoría de los adherentes se deben termoactivar para proporcionar sus características de adherencia. Esto requiere calentar el relleno con una pistola térmica, por ejemplo, durante su disposición. En algunos casos, el adherente puede ser una resina al disolvente pulverizable, que requiere una retirada completa del disolvente, presentando de ese modo problemas de seguridad y contenido de huecos del estratificado. A veces, esto puede ser una tarea difícil, requiriendo más de un operario, e incluso puede volverse cuestionable desde un punto de vista de riesgo para la seguridad y posible degradación del material. Los intentos de usar rellenos preimpregnados o rellenos sólidos en una cavidad de una pieza que se va a procesar a través de RI no han sido muy satisfactorios ya que la integración entre la pieza RI y el relleno preimpregnado, debido a las diferencias en el ciclo de curado, no existe, y la compatibilidad entre los materiales es pobre, dando como resultado problemas mecánicos.
Finalmente, se ha encontrado que los rellenos preconformados son difíciles de manejar y colocar dentro de la cavidad que se va a infundir con resina. Las cavidades de piezas estructurales pueden tener perfiles complejos, así, es importante ajustar la conformación del relleno preconformado al perfil de la cavidad. Este requerimiento de ajuste se carga innecesariamente en los operarios de fabricación. En algunas aplicaciones, el perfil de la cavidad cambia incluso con la localización en la pieza. Así, es extremadamente difícil fabricar un relleno con una sección transversal variable para adaptarse al perfil de la cavidad. Por otra parte, el coste asociado de este relleno estaría mucho más allá de la necesidad y el rendimiento de su función. Además, muchos rellenos preimpregnados convencionales son muy rígidos y no se pueden curvar, arriesgándose a dañar su perfil, y como tales solo se pueden elaborar de una longitud discreta por razones de manejo y transporte, limitando esto su atractivo. Para los rellenos que son algo menos rígidos, y se pueden arrollar sobre tubos de diámetro muy grande, p. ej. 51 cm (20 pulgadas) y más, son necesarios tubos ranurados a fin de mantener la conformación del relleno y evitar su torsión. Por otra parte, la cantidad de relleno depositada en este tipo de tubo habitualmente está limitada por el espaciado de las ranuras y el tamaño del tubo (diámetro y longitud). Estos requisitos de envasado incrementan el coste global de este producto y reducen su atractivo.
Esta divulgación presente se refiere a rellenos revestidos para el uso en preformas compuestas que se someten a un procedimiento de infusión de resina (RI). Más específicamente, los rellenos revestidos toman la forma de rellenos continuos o alargados para rellenar una cavidad de una estructura preformada compuesta tridimensional. Los rellenos revestidos son deformables y maleables a fin de que se puedan conformar a diversas geometrías de la cavidad. En una realización, el relleno continuo o alargado que se va a revestir está en la forma de una estructura trenzada continua seca, por ejemplo, una trenza de fibras formada por una pluralidad de hebras individuales entrelazadas en un patrón trenzado. La FIG. 1 ilustra una estructura trenzada ejemplar que se puede usar para formar el relleno revestido. La trenza de fibras puede tener una porción interna sólida o un núcleo hueco. Los rellenos revestidos se denominan en la presente "rellenos radiales". También se divulga en la presente un método para formar un revestimiento superficial de resina sobre un relleno continuo o alargado seco, con lo que el relleno revestido resultante retiene una superficie externa adherente a temperatura ambiente. El relleno revestido se hace más rígida que el relleno no revestido original pero todavía es flexible/maleable.
El término "adherente" o "adherencia", según se usa en la presente, se refiere a la capacidad de los rellenos revestidos para pegarse a una superficie durante un período.
La infusión de resina (RI) es un término genérico que cubre técnicas de procesamiento tales como moldeo por transferencia de resina, infusión de resina líquida, moldeo por transferencia de resina asistido por vacío, infusión de resina con herramienta flexible, infusión de resina asistida por vacío, infusión de película de resina, infusión de resina a presión atmosférica controlada, procedimiento asistido por vacío e inyección en conductos individuales. La infusión de resina se puede usar en el procedimiento de fabricación de una pieza estructural, en el que se introduce resina líquida en una preforma fibrosa seca que se mantiene bajo vacío. La preforma fibrosa seca puede tomar la forma de una pluralidad de estratos de fibras de refuerzo secas ensambladas en un apilamiento o montón. A continuación, la preforma se coloca en un molde o una bolsa de vacío y se inyecta o se infunde directamente in situ con la resina de la matriz. Los rellenos radiales revestidos de la presente divulgación se pueden usar para rellenar cavidades formadas dentro de la preforma fibrosa seca.
En una realización, los rellenos que se van a revestir están formados por trenzas diseñadas especialmente que confieren una deformabilidad adaptable para ajustarse a diversos perfiles de cavidades. En particular, la deformabilidad del relleno se debe a la alta relación de fibras axiales sobre fibras sesgadas que forman la envuelta de la trenza. Las trenzas pueden estar formadas por 3 o más hilos entrelazados, descritos como hilos sesgados que forman un tubo hueco flexible y muy deformable. En algunos casos, también están entrelazados hilos axiales con los hilos sesgados para formar un tubo flexible hueco con una cohesión superior, es decir, la trenza es más estable o menos deformable. Este tipo de estructura trenzada se denomina una trenza "triaxial" debido a que los hilos (es decir las hebras de fibra) van en tres direcciones diferentes, al contrario que la llamada trenza "biaxial" debido a que los hilos están dispuestos solo en dos direcciones diferentes. En otros casos, la sección hueca de la trenza, biaxial o triaxial, puede estar rellena con hilos longitudinales. Los hilos longitudinales se definen como el núcleo de la trenza mientras que la estructura biaxial o triaxial de la trenza se define como la capa externa o cubierta o envuelta. Cuando se usan trenzas, el porcentaje en peso de fibras axiales como fibras situadas en el núcleo de la trenza o/y dentro de las fibras sesgadas es de al menos 50%, preferiblemente por encima de 65%, basado en el peso total de la trenza. El revestimiento de resina se deposita uniformemente sobre la superficie externa de la trenza, dejando la porción interna de la trenza sustancialmente libre de resina. Esto permite a su vez que el núcleo de la trenza sea infundido durante el ciclo de RI. La resina permanece sobre y dentro de la superficie externa de la trenza creada por los hilos sesgados debido a una combinación de una estructura de capa ceñida y una resina de poca fluencia a temperatura ambiente.
Las arquitecturas específicas de la trenza son función del propósito de relleno de la trenza y el tamaño del relleno radial. En general, las trenzas más gruesas, aquellas con un diámetro por encima de 0,38 cm (0,150 pulgadas), se usan para rellenar el volumen máximo de la cavidad y están diseñadas con un núcleo envuelto por un manguito biaxial mientras que las trenzas más finas se usan en los ápices de la cavidad y tienen un diseño triaxial. Sin embargo, se pueden desarrollar otros diseños de trenzas para otras aplicaciones. En el caso de la construcción de núcleo y envuelta para las trenzas más gruesas, el núcleo y la envuelta biaxial son independientes entre sí y permiten el movimiento independiente libre entre sí. Por otra parte, el núcleo contiene la gran mayoría de las fibras, al menos 50%, del relleno y está formado por hilos paralelos independientes que permiten un movimiento libre sin mucha restricción. Esto favorece un buen empaquetamiento del relleno en la cavidad. La envuelta externa es independiente del núcleo con sus fibras en un ángulo largo con relación a la dirección longitudinal de la trenza, p. ej., menor de 35°. Esto favorece el buen manejo del relleno radial. La capa externa tiene un buen factor de cobertura que ayuda a contener la resina sobre la trenza dentro de la cubierta del relleno o su superficie.
En el caso de un relleno trenzado triaxial, se desea una alta deformabilidad del relleno para rellenar los ápices de la cavidad. Como tal, la estructura trenzada preferiblemente es colapsable. Como tal, una estructura trenzada hueca es la más adecuada para este propósito. Los hilos axiales que representan aproximadamente 50% en peso del relleno trenzado proporcionarán una buena estabilidad longitudinal que es particularmente necesaria durante el procedimiento de revestimiento de la resina, y consistencia en la deformabilidad y la colapsabilidad del producto. De forma similar a la trenza de núcleo-envuelta, la cobertura de la trenza triaxial es alta para ayudar a contener la resina dentro de la envuelta externa o sobre su superficie.
La FIG. 2 ilustra esquemáticamente un método y un sistema de revestimiento superficial para formar los rellenos radiales revestidos según una realización. El método de revestimiento superficial incluye hacer pasar (es decir mover longitudinalmente bajo tensión) una estructura 2 fibrosa continua seca, p. ej. una trenza de fibras, suministrada desde una bobina 1 de origen, a través de un baño 3 de resina calentada y sacarla a través de un ojal 4 deformable, con lo que solo la cantidad deseada de resina se deposita sobre la superficie externa del relleno. La estructura fibrosa revestida que sale del baño 3 de resina se arrolla a continuación con un material de entrelazado suministrado por una bobina 6 antes de arrollarse sobre una bobina 7 de almacenamiento. El material de entrelazado es retirable y una ayuda para el arrollamiento y el almacenamiento, y no se convierte en una parte integral del relleno revestido acabado. El material de entrelazado permite que el relleno revestido se arrolle sobre sí mismo y se desarrolle.
El revestimiento de resina del relleno radial está controlado por la viscosidad de la resina, el procedimiento de revestimiento y las características de la estructura fibrosa no revestida. Para un relleno radial dado, la cantidad depositada deseada de resina está controlada por condiciones de procesamiento tales como la temperatura de la resina que afecta a la viscosidad de la resina, la velocidad en el conducto que afecta al tiempo de permanencia del relleno no revestido en la resina, el diámetro del ojal a través del cual el relleno sale del baño de resina, que afecta a cuánta resina se exprime del relleno revestido. El diámetro interno del orificio del ojal está controlado y trabaja con otros factores de control para proporcionar el contenido de resina de revestimiento deseado. Los principales factores de control incluyen:
(a) Dimensión de la abertura del ojal (dimensión ID)
(b) Temperatura de la resina (que afecta a la viscosidad de la resina durante el revestimiento)
(c) Nivel de resina en el baño de resina
(d) Edad de la resina
(e) Velocidad en el conducto
El tiempo de contacto del relleno continuo con baño de resina está determinado por el nivel de resina y la velocidad en el conducto. La viscosidad del baño de resina durante el procedimiento de revestimiento se controla a través de calentamiento a fin de permitir un revestimiento superficial relativamente liso y uniforme, y puede estar en el intervalo de 0,05 Pas - 100 Pas (0,50 poises - 1000 poises) dependiendo de la superficie del relleno que se vaya a revestir (p. ej. rugosidad, textura del tejido de la trenza). La temperatura del baño de resina calentado durante el revestimiento superficial puede estar en el intervalo de 37,78°C-148,89°C (100°F- 300°F), dependiendo del tipo de resina que se use. Se puede usar cualquier medio de calentamiento convencional para calentar el baño de resina, por ejemplo, calentadores de bandas alrededor de un recipiente metálico para proporcionar la fuente de calor. La velocidad en el conducto puede variar de 5,08 cm/s a 76,25 cm/s (de 10 a 150 pies por minuto (fpm)), preferiblemente de 15,25 cm/s a 30,5 cm/s (de 30 fpm a 60 fpm). El nivel de resina dentro del baño de revestimiento afecta directamente al contenido de resina del relleno revestido al incrementar el tiempo de permanencia del relleno no revestido en la resina, así, se puede variar para alcanzar el contenido de resina deseado para el relleno revestido. La tensión superficial de la resina también actúa para bajar el nivel de resina antes de entrar en el ojal. El ojal está fabricado de un material deformable y está dimensionado para ser igual o ligeramente inferior que el diámetro sólido del relleno continuo/la trenza que se va a revestir. Por ejemplo, un ojal de 3,175 mm (0,125 pulgadas) de diámetro interno se puede usar para revestir una trenza con 3,76 mm (0,148 pulgadas) de diámetro externo y un ojal de 2,03 mm (0,08 pulgadas) de diámetro interno se puede usar para revestir una trenza con 2,03 mm (0,08 pulgadas) de diámetro externo. En algunas realizaciones, a fin de incrementar el contenido de resina del relleno revestido, el diámetro interno del ojal se puede incrementar de modo que sea ligeramente superior que el diámetro del relleno continuo/la trenza que se va a revestir. Se ha encontrado que los ojales de caucho son adecuados para el sistema de revestimiento de la presente divulgación. Sin embargo, se debe entender que se puede usar otro material elastómero para formar el ojal. La FIG. 3 muestra una realización de un diseño de ojal adecuado (vista transversal a la izquierda y vista superior a la derecha). Se debe apuntar que la geometría del ojal se puede variar para ajustarse a las diferentes geometrías transversales del relleno (p. ej., triángulo, cuadrado, óvalo, etc.).
El relleno revestido resultante producido mediante el método de revestimiento representado en la FIG. 2 es un relleno radial deformable/maleable con un contenido de resina controlado. El grosor del revestimiento de resina del relleno revestido es sustancialmente uniforme. La continuidad del revestimiento superficial es aproximadamente 90%-100%. Existe alguna penetración de la resina en la porción externa de la estructura fibrosa, pero la porción interna de la estructura fibrosa permanece sustancialmente libre de resina.
La FIG. 4 es una fotomicrografía de una porción transversal de una trenza de fibras revestida formada según el método de revestimiento representado por la FIG. 2. Esta vista transversal muestra que la resina forma un revestimiento en la porción externa de la trenza revestida mientras que las fibras del núcleo en la porción interna de la trenza revestida permanecen libres de resina.
La cantidad de resina depositada sobre el relleno no revestido puede variar de 5% a 50%, preferiblemente de 10%-30%, más preferiblemente de aproximadamente 15%-20%, en peso basado en el peso total del relleno revestido y se ajusta para cumplir los requisitos de la aplicación pretendida. El contenido de resina y el revestimiento superficial evitan que el relleno revestido restrinja el flujo de resina durante el procedimiento de RI cuando se fabrica la pieza estructural. El método de revestimiento desarrollado divulgado en la presente es muy robusto y estable, y permite la deposición coherente de una cantidad deseada de resina sobre el relleno.
Los rellenos radiales revestidos de resina se pueden producir económicamente en un intervalo de diámetro de aproximadamente 0,254 mm a 38,1 mm (de 0,010 pulgadas a 1,5 pulgadas) para la mayoría de los propósitos, y puede estar en el intervalo de 1,02 mm a 10,16 mm (de 0,04 pulgadas a 0,4 pulgadas) para ciertos propósitos pretendidos.
La estructura fibrosa continua o alargada que se va a revestir puede estar formada por fibras orgánicas o inorgánicas incluyendo fibras formadas por polímero, carbono, grafito, vidrio, cuarzo, aramida (p. ej. Kevlar), PBO, polietileno, óxido inorgánico, carburo, material cerámico, metal, o combinaciones de los mismos.
La resina de revestimiento puede ser una formulación de revestimiento que contiene una o más resinas termoestables que incluyen, pero no se limitan a, miembros del grupo que consiste en resinas epoxídica, resina de polimerización por adición, resina de bismaleimida, resina de éster de cianato, resina fenólica, resinas de poliéster, resinas de éster vinílico, y combinaciones de las mismas.
Por otra parte, la resina puede ser una resina de fusión en caliente, lo que significa que la resina es una resina libre de disolvente que es líquida a temperaturas mayores que temperatura ambiente y sólida o semisólida a temperatura ambiente. Los procedimientos de revestimiento por fusión en caliente se basan en controlar la viscosidad del polímero de la resina con la temperatura. Cuando se usa una resina epoxídica de fusión en caliente, la resina se puede precalentar en un horno (p. ej., a 37,78°C - 121,11°C o 100°F - 250°F) antes del comienzo del procedimiento de revestimiento para permitir que la resina se vierta en el recipiente de procesamiento.
Ejemplos de resinas basadas en epóxido adecuadas para la formulación de revestimiento incluye resina Cycom® 890 RTM y resina Cycom® 823 rTm de Cytec Industries Inc. (ambas son resinas epoxídicas líquidas diseñadas para moldeo por transferencia de resina). Otras posibles resinas basadas en epóxido que se pueden usar incluyen una resina epoxídica seleccionada de N,N,N'N'-tetraglicidildiaminodifenilmetano (p. ej. "MY 9663", "MY 720" o "MY 721" vendidas por Ciba-Geigy) viscosidad 10-20 Pas a 50°C; (MY 721 es una versión de viscosidad inferior de MY 720 y está diseñada para temperaturas de uso superiores); N,N,N',N-tetraglicidil-bis(4-aminofenil)-1,4-diisopropilbenceno (p. ej. Epon 1071 vendido por Shell Chemical Co.) viscosidad 1,8-2,2 Pa.s (18-22 poises) a 110°C; N,N,N',N'-tetraglicidil-bis(4-amino-3,5-dimetilfenil)-1,4-diisopropilbenceno, (p. ej. Epon 1072 vendido por Shell Chemical Co.) viscosidad 3-4 Pa s (30-40 poises) a 110°C; ésteres triglicidílicos de p-aminofenol (p. ej. "MY 0510" vendido por Ciba-Geigy), viscosidad 0,55-0,85 Pa s a 25°C; preferiblemente de viscosidad 8-20 Pa.s a 25°C; preferiblemente este constituye al menos 25% de los componentes epoxídicos usados; materiales basados en éteres diglicidílicos de bisfenol A tales como 2,2-bis(4,4'-dihidroxifenil)propano (p. ej. "DER 661" vendido por Dow, o "Epikote 828" vendido por Shell), y resinas de novolaca preferiblemente de viscosidad 8-20 Pa s a 25°C; éteres glicidílicos de resinas de novolaca fenólicas (p. ej. "DEN 431" o "DEN 438" vendidos por Dow); 1,2-ftalato de diglicidilo, p. ej. GLYCEL A-100; un derivado diglicidílico de dihidroxidifenilmetano (bisfenol F) (p. ej. "PY 306" vendido por Ciba Geigy) que es de la clase de baja viscosidad. Otros precursores de resina epoxídica incluyen materiales cicloalifáticos tales como carboxilato de 3',4'-epoxiciclohexil-3,4-epoxiciclohexano (p. ej. "CY 179" vendido por Ciba Geigy) y los de la gama "Bakelite" de Union Carbide Corporation.
Ejemplos de resinas de polimerización por adición son materiales acrílicos, vinilos, bismaleimidas y poliésteres insaturados.
Resinas de bismaleimida adecuadas son resinas termocurables que contienen el grupo maleimido como la funcionalidad reactiva. El término bismaleimida, según se usa en la presente, incluye maleimidas mono-, bis-, tris-, tetraquisfuncionales y superiores y también sus mezclas, a menos que se apunte otra cosa. Se prefieren resinas de bismaleimida con una funcionalidad media de aproximadamente dos. Resinas de bismaleimida como las así definidas se preparan mediante la reacción de anhídrido maleico o un anhídrido maleico sustituido tal como anhídrido metilmaleico con una di- o polianilina aromática o alifática. También son útiles las resinas de nadicimida estrechamente relacionadas, preparadas análogamente a partir de una di- o poliamina pero en las que el anhídrido maleico se sustituye por un producto de reacción de Diels-Alder de anhídrido maleico o un anhídrido maleico sustituido con un dieno tal como ciclopentadieno. Según se usa en la presente, el término bismaleimida incluirá las resinas de nadicimida. También son útiles mezclas de resinas "eutécticas" de bismaleimida que contienen varias bismaleimidas. Estas mezclas tienen generalmente puntos de fusión que son considerablemente inferiores que las bismaleimidas individuales.
En una realización, la resina usada para el revestimiento superficial es una resina basada en epóxido que se ha modificado con un modificador de la viscosidad de modo que se retenga la compatibilidad del procedimiento y el rendimiento pero que la viscosidad ambiente sea tal que produzca una adherencia superficial con propósitos de colocación y comportamiento de baja fluencia. El modificador de la viscosidad se puede seleccionar de polímeros termoplásticos y cauchos. Esta resina modificada es una versión de baja fluencia modificada de la resina usada en un procedimiento de infusión de resina, que habitualmente es una resina de alta fluencia de baja viscosidad que satisface los requisitos del procedimiento de RI. La formulación de resina de baja fluencia se alcanza al añadir un polímero termoplástico o caucho de alta viscosidad a la resina epoxídica de baja viscosidad de base en una cantidad que varía de 5% a 20% basada en el peso total de la formulación de resina, preferiblemente de 10 a 15%, dependiendo del tipo de epóxido, el tipo de agente de curado y el flujo de resina deseado. Por otra parte, el revestimiento superficial de resina se formula a fin de que sea compatible con la resina del procedimiento de infusión con respecto a la adherencia y el comportamiento reológico durante la fabricación de estructuras compuestas.
El modificador de la viscosidad termoplástico se puede seleccionar de, pero no se limita a, un grupo que consiste en derivados de celulosa, poliéster, poliamida, poliimida, policarbonato, poliuretano, poli(metacrilato de metilo), poliestireno, materiales poliaromáticos; poliesteramida, poliamidoimida, polieterimida, poliaramida, poliarilato, poliacrilato, poli(ester)carbonato, poli(metacrilato de metilo/acrilato de butilo), polisulfona, polietersulfona, polieteretersulfona polietersulfona-etercetona, y copolímeros de las mismas, polieteretercetona (PEEK), polietercetonacetona (PEKK), nailon, y combinaciones de los mismos. Como un ejemplo, un modificador de la viscosidad termoplástico que se puede usar es Cytec KM® 180 (copolímero de polietersulfona (PES) y polieteretersulfona (PEES) disponible de Cytec Industries).
Como un ejemplo, la formulación de revestimiento de resina de baja fluencia puede estar comprendida por una resina basada en epóxido líquida, p. ej., Cycom® 890 RTM o Cycom® 823 RTM, que se ha modificado al añadir un copolímero de PES-PEES, p. ej. Cytec KM® 180, como modificador de la viscosidad.
La formulación de resina de revestimiento superficial puede comprender además aditivos convencionales como un agente de curado y/o un catalizador. Modificadores de la fluencia adicionales tales como partículas de sílice (p. ej. Cabosil de Cabot Corp.) también se puede añadir a la formulación de revestimiento de resina para el ajuste fino adicional de la viscosidad de la resina. Se debe entender que la viscosidad de la resina influye en el procedimiento de revestimiento, el tiempo de adherencia del relleno revestido y la reacción del relleno con el procedimiento de RI. El "tiempo de adherencia" se refiere al tiempo de exposición a condiciones ambiente durante el cual el producto es capaz de proporcionar adherencia con colocación según se mide en horas o días.
El relleno radial revestido producido mediante el método de revestimiento divulgado en la presente se puede usar para rellenar la cavidad radial creada en piezas estructurales compuestas. Este concepto también se puede usar en otras aplicaciones en las que se deben rellenar las cavidades creadas por la unión de estratos de tejido para formar una sección. Además, el relleno radial revestido se va a usar en aplicaciones en las que se fabrican piezas compuestas a través de un procedimiento de RI.
Un ejemplo de la aplicación para los rellenos radiales revestidos se describirá ahora con referencia a la FIG. 5. Cuando dos secciones con conformación de "L" de preformas fibrosas se unen para formar una sección con conformación de "T" sobre una superficie sustancialmente plana, se forma una cavidad con ápices. Cada una de las secciones de preforma con conformación de "L" está compuesta por una pluralidad de estratos fibrosos. La FIG. 5 muestra la sección transversal de este tipo de estructura preformada. Este tipo de estructura preformada es adecuado para la fabricación de un larguerillo de avión. Esta cavidad se puede rellenar con los rellenos radiales revestidos de la presente divulgación, y las secciones preformadas junto con la cavidad se infunden posteriormente con resina líquida bajo vacío. Los rellenos radiales se deben colocar fácilmente dentro de la cavidad, conformarse a ella y no deben afectar al procedimiento de infusión de resina ni al rendimiento de la pieza estructural final. El diseño del relleno radial es una función de la conformación y el tamaño de la cavidad así como la posición y el papel del relleno en la cavidad. Para la aplicación mostrada en la FIG. 5, los rellenos de la cavidad se pueden basar en dos estructuras trenzadas diferentes, teniendo cada una un papel de relleno específico. La primera trenza puede tener una estructura de núcleo/envuelta y es el más grueso de los dos tipos de trenza. Su propósito es rellenar el máximo espacio de la cavidad. La segunda trenza puede tener un diseño hueco y su propósito es rellenar los ápices de la cavidad, y como tal debe ser muy deformable y colapsable. El diseño de la trenza contribuye al buen rendimiento de manejo del relleno de la cavidad. La FIG. 6 es una fotomicrografía que muestra la sección transversal de un estructura de larguerillo infundida en la que se usan los dos tipos de trenzas de fibras analizados anteriormente. Las trenzas con el diseño hueco se colocan en los ápices de la cavidad.
Las características de los rellenos radiales fabricados del modo descrito anteriormente incluyen:
(a) Solamente mediante el revestimiento superficial de la superficie del relleno, se retiene en el relleno revestido una porción interna seca que ayuda a la evacuación de aire durante el procedimiento de disposición al mantener canales de vacío altamente permeables dentro de la preforma compuesta.
(b) A través de la retención de una porción interna seca, el relleno radial revestido también permite un nivel de manipulación superior que uno alcanzado con un relleno completamente impregnado ya que la resina limita la flexibilidad y el manejo del relleno.
(c) A través de la modificación de la resina con respecto a la adherencia y el manejo, el producto de relleno revestido se puede colocar (y recolocar) con facilidad mientras se optimiza el tiempo de utilización del relleno.
(d) Los rellenos radiales revestidos con resina son compatibles con su ambiente durante la infusión de la resina, es decir los materiales circundantes.
(e) La adición de un modificador termoplástico, tal como Cytec KM 180, proporciona un grado de endurecimiento a la resina de base.
(f) La adición de un modificador termoplástico modifica adicionalmente el tiempo de adherencia característico del relleno al prevenir la migración de la resina a la porción interna del relleno.
Los rellenos radiales revestidos diseñados y fabricados según la presente divulgación son asequibles y reducen adicionalmente los costes de fabricación globales de la pieza compuesta al simplificar el procedimiento de fabricación de la pieza. El procedimiento de revestimiento con resina para fabricar este producto es simple, elegante y sin embargo robusto así como muy eficaz y da como resultado un producto final con muy poca variación.
Ejemplos
El método de revestimiento y el relleno revestido de la presente divulgación se pueden ilustrar mediante los siguientes ejemplos no limitativos.
Ejemplo 1
Usando el sistema de revestimiento ilustrado mediante la FIG. 2, una trenza de carbono seca continua se revistió al mover la trenza a través de un baño de resina que contenía resina epoxídica de fusión en caliente (Cycom® 890 RTM) modificada con un modificador de la viscosidad termoplástico (Cytec KM® 180) y se sacó a través de un ojal de caucho proporcionado en el fondo del recipiente del baño de resina. La trenza tenía una envuelta biaxial que rodea un núcleo de fibras axiales longitudinales, y un diámetro externo (OD) de 3,76 mm (0,148 pulgadas). El ojal tenía un diámetro interno (ID) de 3,18 mm (0,125 pulgadas). La temperatura del baño de resina era 78°C (173°F), el nivel de la resina era 25,4 mm (1 pulgada) y la velocidad en el conducto era 24,38 cm/s (48 fpm). La trenza revestida resultante tenía un contenido de resina de 6,2% basado en el peso total de la trenza revestida y la porción interna de la trenza estaba libre de resina.
Ejemplo 2
Usando el sistema de revestimiento ilustrado mediante la FIG. 2, una trenza de carbono seca continua se revistió al mover la trenza a través de un baño de resina que contenía la misma formulación de resina que se divulga en el Ejemplo 1. La trenza tenía una envuelta biaxial que rodea un núcleo de fibras axiales longitudinales, y un diámetro externo (OD) de 2,03 mm (0,08 pulgadas). El ojal usado en el recipiente del baño de resina tenía un diámetro interno (ID) de 2,03 mm (0,08 pulgadas). La temperatura del baño de resina era 51,67°C (125°F), el nivel de la resina era 50,8 mm (2 pulgadas) y la velocidad en el conducto era 7,62 cm/s (15 fpm). La trenza revestida resultante tenía un contenido de resina de 29% basado en el peso total de la trenza revestida y la porción interna de la trenza estaba libre de resina.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Uso de un relleno radial revestido deformable en un procedimiento de infusión de resina (RI) para elaborar piezas compuestas, en el que el relleno radial revestido comprende: una estructura fibrosa continua o alargada; un revestimiento superficial de resina adherente que es de espesor sustancialmente uniforme; y una porción interna que está libre de resina.
2. Uso según la reivindicación 1, en el que la fracción en masa de la resina en el relleno radial revestido está en el intervalo de 10% a 30% basado en la masa total del relleno radial revestido.
3. Uso según la reivindicación 1 o 2, en el que la estructura fibrosa en el relleno radial revestido es una estructura fibrosa trenzada compuesta por una pluralidad de hilos de fibra entrelazados en un patrón trenzado.
4. Uso según la reivindicación 3, en el que la estructura fibrosa es una trenza biaxial o triaxial.
5. Uso según la reivindicación 3, en el que la estructura fibrosa trenzada comprende un núcleo de hilos axiales longitudinales y una envuelta externa biaxial o triaxial.
6. Uso según la reivindicación 3, en el que la estructura fibrosa trenzada comprende hilos axiales longitudinales que constituyen al menos 50% de la masa de la estructura fibrosa trenzada.
7. Uso según la reivindicación 3, en el que la estructura fibrosa trenzada comprende una envuelta externa biaxial o triaxial y un núcleo hueco.
8. Uso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el revestimiento superficial de resina comprende una resina basada en epóxido.
9. Uso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el revestimiento superficial de resina comprende una resina basada en epóxido y un modificador de la viscosidad que modifica la característica de tiempo de adherencia del relleno radial revestido al prevenir la migración de la resina a la porción interna de la estructura fibrosa.
10. Uso según la reivindicación 9, en el que el modificador de la viscosidad se selecciona del grupo que consiste en derivados de celulosa, poliéster, poliamida, poliimida, policarbonato, poliuretano, poli(metacrilato de metilo), poliestireno, materiales poliaromáticos; poliesteramida, poliamidoimida, polieterimida, poliaramida, poliarilato, poliacrilato, poli(ester)carbonato, poli(metacrilato de metilo/acrilato de butilo), polisulfona, polietersulfona, copolímero de polieteretersulfona y polietersulfona, polieteretersulfona, polietersulfonaetercetona, polieteretercetona PEEK, polietercetonacetona PEKK, nailon, caucho y combinaciones de los mismos.
11. Uso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la estructura fibrosa comprende fibras formadas por polímero, carbono, grafito, vidrio, cuarzo, aramida, PBO, polietileno, óxido inorgánico, carburo, material cerámico, metal, o combinaciones de los mismos.
12. Uso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que el diámetro externo del relleno radial revestido está en el intervalo de 0,254 mm a 38,1 mm (de 0,01 pulgadas a 1,5 pulgadas).
13. Uso según cualquier reivindicación precedente, en el que la preforma fibrosa comprende estratos plurales de fibras de refuerzo secas configuradas para formar una estructura conformada tridimensional con al menos una cavidad.
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