ES2725897B2 - PROCEDURE FOR MANUFACTURING REINFORCED STRUCTURES AND OBTAINED STRUCTURE - Google Patents
PROCEDURE FOR MANUFACTURING REINFORCED STRUCTURES AND OBTAINED STRUCTURE Download PDFInfo
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Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN DE ESTRUCTURAS REFORZADAS Y MANUFACTURING PROCEDURE FOR REINFORCED STRUCTURES AND
ESTRUCTURA OBTENIDASTRUCTURE OBTAINED
Sector de la técnicaTechnical sector
La presente invención está relacionada con el sector de los materiales compuestos, proponiendo un procedimiento de fabricación de estructuras con unos refuerzos que quedan integrados formando una única pieza con dicha estructura. También es objeto de la invención la estructura obtenida mediante dicho procedimiento, de aplicación en múltiples sectores tales como el sector eólico o el sector del transporte terrestre y aéreo.The present invention is related to the field of composite materials, proposing a method of manufacturing structures with reinforcements that are integrated into a single piece with said structure. Another object of the invention is the structure obtained by means of said procedure, applicable in multiple sectors such as the wind power sector or the land and air transport sector.
Estado de la técnicaState of the art
La fabricación de estructuras a partir de materiales compuestos tiene cada vez más protagonismo, destacando sobre el resto de sectores, el aeronáutico, el automovilístico y el eólico. La razón se encuentra en las características de este material, donde las propiedades mecánicas de la fibra se equiparan a las de los metales pero con la ventaja de tener un peso menor. En aplicaciones donde es crucial la necesidad de reducir el peso de la estructura por motivos económicos y de funcionamiento, se apuesta cada vez más por soluciones de fabricación de elementos en fibra de carbono y vidrio.The manufacture of structures from composite materials has an increasing role, standing out over the rest of the sectors, the aeronautical, automotive and wind power sectors. The reason lies in the characteristics of this material, where the mechanical properties of the fiber are equal to those of metals, but with the advantage of having a lower weight. In applications where the need to reduce the weight of the structure is crucial for economic and operational reasons, there is an increasing focus on manufacturing solutions for elements in carbon fiber and glass.
El principal problema es la automatización del proceso de fabricación, ya que el tratamiento de materiales compuestos de fibra es complejo, pero se hace necesario puesto que la manipulación del mismo de forma manual hace que aumente considerablemente la posibilidad de aparición de errores debidos al factor humano.The main problem is the automation of the manufacturing process, since the treatment of fiber composite materials is complex, but it is necessary since its manual manipulation considerably increases the possibility of errors due to the human factor. .
Actualmente la fabricación de elementos de gran tamaño, como por ejemplo el fuselaje de un avión, los vagones de un tren o la carrocería de un vehículo, debe realizarse por partes, teniendo posteriormente que usar una gran cantidad de remaches, largueros y anillos de refuerzo para la unión de las partes.Currently, the manufacture of large elements, such as the fuselage of an airplane, the wagons of a train or the body of a vehicle, must be carried out in parts, subsequently having to use a large number of rivets, stringers and reinforcing rings. for the union of the parts.
Se hace necesaria una solución que permita la fabricación automatizada de grandes estructuras con núcleo de revolución que integre los refuerzos necesarios para asegurar la integridad de la estructura sin la necesidad de usar elementos externos de refuerzo ni de unión.A solution is needed that allows the automated manufacturing of large structures with a core of revolution that integrates the necessary reinforcements to ensure the integrity of the structure without the need to use external reinforcing or joining elements.
Objeto de la invenciónObject of the invention
La invención se refiere a un procedimiento de fabricación de estructuras y de los refuerzos que quedan integrados en la estructura. La invención es de aplicación preferente en los sectores del transporte aéreo y terrestre, tanto por carretera como ferroviario, o sectores como el eólico, sectores donde el desarrollo de estructuras ligeras de grandes dimensiones tiene mayor relevancia. También es objeto de la invención la estructura directamente obtenida de dicho procedimiento.The invention relates to a method of manufacturing structures and the reinforcements that are integrated into the structure. The invention is preferentially applied in the air and land transport sectors, both by road and rail, or sectors such as wind power, sectors where the development of large lightweight structures is of greater relevance. The structure directly obtained from said process is also an object of the invention.
El procedimiento de fabricación de estructuras reforzadas de la invención comprende:The method of manufacturing reinforced structures of the invention comprises:
- disponer un molde estructural,- arrange a structural mold,
- aplicar un primer revestimiento de material compuesto sobre el molde estructural, - aplicar unos primeros refuerzos estructurales de material compuesto directamente sobre el primer revestimiento mediante una técnica de rebobinado de material compuesto, - aplicar un segundo revestimiento de material compuesto sobre el conjunto formado por el primer revestimiento y los primeros refuerzos estructurales,- applying a first composite material coating on the structural mold, - applying a first composite material structural reinforcements directly on the first coating using a composite material rewinding technique, - applying a second composite material coating on the assembly formed by the first cladding and the first structural reinforcements,
- aplicar calor al conjunto formado por el primer revestimiento, los primeros refuerzos estructurales y el segundo revestimiento de material compuesto hasta curarlo completamente.- apply heat to the assembly formed by the first coating, the first structural reinforcements and the second composite material coating until it is completely cured.
De esta forma se obtiene una estructura reforzada de material compuesto formada por la cohesión de todos los componentes que lo integran. La estructura obtenida permite eliminar o al menos reducir al máximo la necesidad de remaches, al no necesitar ensamblar distintas partes para completar la estructura. Esto conlleva no sólo una importante reducción de peso, de tiempo, y de costes de fabricación, sino también una agilización de los trámites de certificación.In this way, a reinforced structure of composite material is obtained, formed by the cohesion of all the components that comprise it. The structure obtained makes it possible to eliminate or at least minimize the need for rivets, as it does not need to assemble different parts to complete the structure. This entails not only a significant reduction in weight, time, and manufacturing costs, but also a streamlining of certification procedures.
Opcionalmente, antes de aplicar los primeros refuerzos estructurales y/o antes de aplicar el segundo revestimiento de material compuesto, se realiza un curado parcial o total mediante aplicación de calor. Así, se puede aplicar calor para curar parcial o totalmente el conjunto formado por el primer revestimiento y el molde estructural, y/o se puede aplicar calor para curar parcial o totalmente el conjunto formado por el primer revestimiento, los primeros refuerzos y el molde estructural.Optionally, before applying the first structural reinforcements and / or before applying the second composite material coating, a partial or total cure is carried out by applying heat. Thus, heat can be applied to partially or fully cure the assembly formed by the first coating and the structural mold, and / or heat can be applied to partially or totally cure the assembly formed by the first coating, the first reinforcements and the structural mold.
Preferentemente se fabrican unos segundos refuerzos estructurales de material compuesto en las geometrías donde un proceso de bobinado sobre el primer revestimiento no es factible, y se aplican los segundos refuerzos estructurales ya fabricados sobre el primer revestimiento de material compuesto. La fabricación de los segundos refuerzos estructurales se realiza por medio de un proceso de rebobinado análogo al que se emplea para la fabricación de los primeros refuerzos pero sobre un molde o marco externo en lugar de sobre el primer revestimiento.Preferably, second structural reinforcements of composite material are manufactured in the geometries where a winding process on the first coating is not feasible, and the second structural reinforcements already manufactured are applied on the first coating of composite material. The manufacture of the second structural reinforcements is carried out by means of a rewinding process similar to that used for the manufacture of the first reinforcements but on an external mold or frame instead of on the first coating.
Opcionalmente, antes de aplicar el segundo revestimiento de material compuesto se realiza un curado parcial o total mediante aplicación de calor del conjunto formado por el primer revestimiento y los refuerzos estructurales.Optionally, before applying the second composite material coating, a partial or total cure is carried out by applying heat to the assembly formed by the first coating and the structural reinforcements.
Los refuerzos estructurales se fabrican rebobinando múltiples capas de material compuesto envolviendo una geometría dada. Se trata de una cinta de material unidireccional que, por medio de la rotación de bien la pieza completa o bien un marco de referencia geométrica, se va apilando en un número determinado de capas hasta alcanzar el espesor deseado de material.Structural reinforcements are manufactured by rewinding multiple layers of composite material around a given geometry. It is a unidirectional material belt that, by rotating either the complete part or a geometric reference frame, is stacked in a certain number of layers until the desired material thickness is reached.
Dentro de una realización preferente de la invención, esas capas pueden estar basadas en fibra de carbono, fibra de vidrio, o bien una mezcla de ambas, empleando un material para un número de capas y el otro para el resto. El proceso puede funcionar con fibra seca y una etapa de infusión o bien con material preimpregnado, tanto con resinas termoestables como termoplásticas, o incluso empleando un material híbrido, con filamentos de refuerzo y filamentos de resina termoplástica.Within a preferred embodiment of the invention, these layers can be based on carbon fiber, fiberglass, or a mixture of both, using one material for a number of layers and the other for the rest. The process can work with dry fiber and an infusion stage or with prepreg material, both with thermosetting and thermoplastic resins, or even using a hybrid material, with reinforcing filaments and thermoplastic resin filaments.
Preferentemente, antes de aplicar el segundo revestimiento se aplica una espuma de relleno como componente de refuerzo adicional, de forma que se rellenan los espacios existentes entre los refuerzos estructurales con un material de baja densidad que aligera el peso de la estructura finalmente obtenida.Preferably, before applying the second coating, a filling foam is applied as an additional reinforcing component, so that the spaces between the structural reinforcements are filled with a low-density material that lightens the weight of the structure finally obtained.
Preferentemente se realiza un pulido sobre la espuma de relleno y los refuerzos estructurales para obtener una superficie uniforme sobre la que aplicar el segundo revestimiento.Preferably, the foam filling and the structural reinforcements are polished to obtain a uniform surface on which to apply the second coating.
Los materiales compuestos empleados en la fabricación de las estructuras son un material en formato de fibra seca que se impregna con resina a través de un proceso de infusión, o son un material en formato de fibra preimpregnada con resina, curándose el material en formato de fibra aplicando calor a una temperatura inferior o igual a la temperatura de curado de la resina hasta conseguir un porcentaje de avance de la reacción de curado de al menos un 40% en el caso de emplear resinas termoestables. En el caso de emplear resinas termoplásticas, se eleva la temperatura hasta conseguir un fundido del material suficiente para alcanzar las propiedades requeridas.The composite materials used in the manufacture of the structures are a material in dry fiber format that is impregnated with resin through an infusion process, or they are a material in fiber format pre-impregnated with resin, the material being cured in fiber format applying heat at a temperature lower than or equal to the curing temperature of the resin until achieving a percentage of progress of the curing reaction of at least 40% in the case of using thermosetting resins. In the case of using thermoplastic resins, the temperature is raised until a sufficient melt of the material is achieved to achieve the required properties.
El curado o fusión de los materiales por medio de un proceso a temperatura se puede realizar tras cada una de las etapas de fabricación indicadas, o bien realizarlo conjuntamente tras el total o un conjunto de las mismas. De similar manera, al emplear resinas termoestables, el curado de los componentes intermedios puede ser completo o parcial, y completarse por separado o en un proceso conjunto con varios componentes al mismo tiempo.The curing or melting of the materials by means of a temperature process can be carried out after each of the indicated manufacturing steps, or carried out jointly after all or a set of them. Similarly, when using thermosetting resins, the curing of the intermediate components can be complete or partial, and completed separately or in a joint process with several components at the same time.
Opcionalmente el molde estructural puede quedarse integrado formando parte de la estructura, o puede ser retirado tras la obtención de la estructura.Optionally, the structural mold can remain integrated as part of the structure, or it can be removed after obtaining the structure.
Con todo ello así la invención resulta en una estructura fabricada como una única pieza, con componentes de refuerzo integrados en la fabricación, evitando así prácticamente la totalidad de remaches y sistemas de unión adicionales entre componentes, de peso muy reducido y bajos costes de fabricación gracias a la gran automatización del proceso y la reducción de mano de obra directa necesaria, reduciendo a su vez los problemas derivados del trabajo manual y aumentando la productividad con respecto al actual estado de la técnica.With all this, the invention results in a structure manufactured as a single piece, with reinforcing components integrated in the manufacture, thus avoiding practically all rivets and additional joining systems between components, with a very low weight and low manufacturing costs thanks to to the great automation of the process and the reduction of direct labor required, reducing in turn the problems derived from manual work and increasing productivity with respect to the current state of the art.
Descripción de las figurasDescription of the figures
La figura 1 muestra una vista en perspectiva de la estructura reforzada de la invención tras la aplicación del primer revestimiento de material compuesto sobre el molde estructural.Figure 1 shows a perspective view of the reinforced structure of the invention after the application of the first composite material coating on the structural mold.
La figura 2 muestra una vista en perspectiva de la estructura reforzada de la invención con el primer revestimiento, y los primeros refuerzos estructurales posicionados sobre el primer revestimiento.Figure 2 shows a perspective view of the reinforced structure of the invention with the first cladding, and the first structural reinforcements positioned on the first cladding.
La figura 3 muestra una vista en perspectiva de la estructura reforzada de la invención con el primer revestimiento, los primeros refuerzos estructurales y los segundos refuerzos estructurales que son posicionados en puertas, ventanas y zonas que requieran un refuerzo adicional.Figure 3 shows a perspective view of the reinforced structure of the invention with the first cladding, the first structural reinforcements and the second structural reinforcements that are positioned in doors, windows and areas that require additional reinforcement.
La figura 4 muestra una vista en perspectiva de la estructura reforzada de la invención con el primer revestimiento, los primeros y segundos refuerzos estructurales y las espumas de baja densidad posicionadas sobre la superficie de la estructura en las zonas donde no hay refuerzos de ningún tipo.Figure 4 shows a perspective view of the reinforced structure of the invention with the first coating, the first and second structural reinforcements and the low-density foams positioned on the surface of the structure in the areas where there are no reinforcements of any kind.
La figura 5 muestra una vista en perspectiva de la estructura reforzada de la invención con el segundo revestimiento externo sobre todo el conjunto.Figure 5 shows a perspective view of the reinforced structure of the invention with the second external cladding over the entire assembly.
Las figuras 6 a 9 muestran, de izquierda a derecha y de arriba a abajo, una sucesión de vistas en sección de los elementos que forman la estructura reforzada según un ejemplo de realización preferente de la invención, añadiendo una capa nueva por figura.Figures 6 to 9 show, from left to right and from top to bottom, a succession of sectional views of the elements that form the reinforced structure according to a preferred embodiment of the invention, adding a new layer per figure.
Las figuras 10 a 14 muestran el procedimiento de fabricación de una estructura reforzada de configuración cilíndrica, tal como por ejemplo la sección de fuselaje de avión.Figures 10 to 14 show the manufacturing process of a reinforced structure of cylindrical configuration, such as, for example, the aircraft fuselage section.
Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention
La invención se refiere a un procedimiento de fabricación de estructuras reforzadas, que pueden ser empleadas como fuselajes de aviones, vagones de trenes, carrocerías de vehículos, cohetes lanzaderas de satélites, o estructuras con requerimientos similares.The invention relates to a method of manufacturing reinforced structures, which can be used as fuselages of airplanes, train wagons, vehicle bodies, rocket launchers for satellites, or structures with similar requirements.
Las figuras muestran un ejemplo de realización no limitativo del procedimiento de la invención aplicado a la obtención de una estructura reforzada para su empleo en medios de transporte que se beneficien de la reducción de peso como es el caso del transporte aeronáutico, el transporte por carretera o el transporte ferroviario, especialmente de alta velocidad. The figures show a non-limiting example of an embodiment of the method of the invention applied to obtaining a reinforced structure for use in means of transport that benefit from weight reduction, such as aeronautical transport, road transport or rail transport, especially high speed.
En primer lugar, el procedimiento de la invención comprende disponer un molde estructural sobre el que se aplica un primer revestimiento de material compuesto (1). Seguidamente como se muestra en la figura 2 sobre el primer revestimiento (1) se aplican unos primeros refuerzos estructurales de material compuesto (2), aplicándose los refuerzos (2) mediante una técnica de rebobinado de material compuestoIn the first place, the method of the invention comprises providing a structural mold on which a first coating of composite material (1) is applied. Next, as shown in figure 2, the first structural reinforcements of composite material (2) are applied to the first coating (1), the reinforcements (2) being applied by means of a composite material rewinding technique.
Los refuerzos (2) se pueden aplicar empleado un cabezal de encintado de fibras, en donde preferentemente para la aplicación el cabezal es fijo siendo el molde estructural rotatorio, o incluso sistemas más sencillos de rebobinado y aplicación de presión. El cabezal puede tener cierto desplazamiento en la dirección axial del componente para generar esos refuerzos (2) con una ligera desviación en la orientación de las fibras, ofreciendo mejores propiedades en esa dirección.The reinforcements (2) can be applied using a fiber taping head, where preferably for the application the head is fixed, being the structural rotary mold, or even simpler rewinding and pressure application systems. The head can have a certain displacement in the axial direction of the component to generate these reinforcements (2) with a slight deviation in the orientation of the fibers, offering better properties in that direction.
Los primeros refuerzos estructurales de material compuesto (2) se disponen transversalmente a la sección longitudinal del molde estructural y hacen la función de cuadernas estructurales de refuerzo de la estructura.The first structural reinforcements of composite material (2) are arranged transversely to the longitudinal section of the structural mold and act as structural reinforcement frames for the structure.
De manera independiente, es decir en un procedimiento aislado, se fabrican unos segundos refuerzos estructurales de material compuesto (3), igualmente fabricados mediante una técnica de rebobinado de material compuesto. Estos segundos refuerzos estructurales (3) no se aplican directamente mediante rebobinado sobre el primer revestimiento (1), sino que una vez fabricados se disponen sobre el primer revestimiento (1), tal y como se muestra en la figura 3.Independently, that is to say in an isolated process, second structural reinforcements of composite material (3) are manufactured, also manufactured by means of a composite material rewinding technique. These second structural reinforcements (3) are not applied directly by rewinding on the first lining (1), but once manufactured they are arranged on the first lining (1), as shown in figure 3.
Los segundos refuerzos estructurales de material compuesto (3) se disponen sobre el primer revestimiento (1) en zonas de la estructura que deban ir reforzadas, de forma que preferentemente se emplean para hacer la función de marcos para puertas o ventanas de la estructura finalmente obtenida.The second structural reinforcements of composite material (3) are arranged on the first cladding (1) in areas of the structure that must be reinforced, so that they are preferably used to act as frames for doors or windows of the structure finally obtained. .
La técnica de rebobinado de material compuesto con la que se fabrican tanto los marcos (3) para refuerzo de puertas y ventanas, así como los refuerzos (2) de tipo cuadernas, se basa en un rebobinado de tiras de material compuesto sobre una pieza o estructura con una geometría deseada. En el caso de los marcos (3) se rebobinan sobre un molde con forma de puerta o de ventana que luego se extraerá y, en el caso de las cuadernas (4), se rebobina directamente sobre la estructura una vez que se le ha aplicado el primer revestimiento (1). The composite material rewinding technique with which both the frames (3) for reinforcing doors and windows, as well as the frame-type reinforcements (2), is based on a rewinding of strips of composite material on a piece or structure with a desired geometry. In the case of the frames (3) they are rewound onto a mold in the shape of a door or window that will then be extracted and, in the case of the frames (4), it is rewound directly onto the structure once it has been applied. the first liner (1).
En ambos casos, el material se adapta a dicha geometría mediante el proceso de rebobinado, y la va envolviendo generando un apilado de capas sucesivas hasta alcanzar un determinado grosor requerido.In both cases, the material adapts to said geometry through the rewinding process, and wraps it up, generating a stack of successive layers until reaching a certain required thickness.
Preferentemente se utilizan tiras de material compuesto con fibras continuas unidireccionales de forma que, al apilar varias capas, la orientación de las fibras es siempre la misma y el refuerzo tiene una única dirección, la requerida por la estructura en cada caso, si bien dicha orientación puede tener una ligera componente en la dirección axial, similar al resultado de un bobinado. Las fibras empleadas pueden ser fibra de carbono, fibra de vidrio, o una combinación de ambas que permita generar un lamiando no uniforme a lo largo del espesor.Preferably strips of composite material with continuous unidirectional fibers are used so that, when stacking several layers, the orientation of the fibers is always the same and the reinforcement has a single direction, the one required by the structure in each case, although said orientation it may have a slight component in the axial direction, similar to the result of a winding. The fibers used can be carbon fiber, fiberglass, or a combination of both that makes it possible to generate a non-uniform laminate throughout the thickness.
En una aplicación preferente, los segundos refuerzos estructurales (3) se disponen sobre el primer revestimiento (1) sin curarlos, y el conjunto formado por el primer revestimiento (1) y los refuerzos estructurales (2,3) se somete a la aplicación de calor para obtener un curado parcial o total del mismo. En otra aplicación, el primer revestimiento (1) se cura inicialmente y después los refuerzos estructurales (2,3) se curan sobre dicho primer revestimiento (1). En cualquier caso, se puede realizar un curado total o parcial después de uno o todos los pasos del procedimiento, es decir, se puede realizar un curado total o parcial después de aplicar el primer revestimiento (1), y/o después de aplicar los primeros refuerzos estructurales (2), y/o después de aplicar los segundos refuerzos estructurales (3).In a preferred application, the second structural reinforcements (3) are placed on the first coating (1) without curing them, and the assembly formed by the first coating (1) and the structural reinforcements (2,3) is subjected to the application of heat to obtain a partial or total cure of the same. In another application, the first coating (1) is initially cured and then the structural reinforcements (2,3) are cured on said first coating (1). In any case, a total or partial cure can be carried out after one or all the steps of the procedure, that is, a total or partial cure can be carried out after applying the first coating (1), and / or after applying the first structural reinforcements (2), and / or after applying the second structural reinforcements (3).
Según otro ejemplo de la invención, los segundos refuerzos estructurales (3) se curan parcial o totalmente, e independientemente, antes de disponerlos sobre el primer revestimiento (1) y posteriormente el conjunto formado por el primer revestimiento (1) y los refuerzos estructurales (2,3) se someten a la aplicación del calor para obtener el curado parcial o total del conjunto.According to another example of the invention, the second structural reinforcements (3) are partially or totally cured, and independently, before being arranged on the first coating (1) and subsequently the assembly formed by the first coating (1) and the structural reinforcements ( 2,3) are subjected to the application of heat to obtain the partial or total cure of the whole.
Tras el curado del primer revestimiento (1) y de los refuerzos estructurales (2,3), ya sea un curado parcial o completo, se aplica una espuma de relleno (4) sobre el primer revestimiento (1) cubriendo espacios existentes entre los refuerzos estructurales (2,3), de forma que la espuma de relleno (4) permite aligerar el peso de la estructura finalmente obtenida. Preferentemente se emplea una espuma de baja densidad, tal como por ejemplo de una densidad comprendida entre 80kg/m3 y 300kg/m3. After the curing of the first coating (1) and the structural reinforcements (2,3), either a partial or complete cure, a filler foam (4) is applied on the first coating (1), covering the spaces between the reinforcements structural (2,3), so that the foam filling (4) allows to lighten the weight of the structure finally obtained. Preferably a low-density foam is used, such as for example with a density between 80kg / m3 and 300kg / m3.
Preferentemente tras la aplicación de la espuma de relleno (4) se realiza un pulido para obtener una superficie uniforme de la espuma de relleno (4) y los refuerzos estructurales (2.3) .Preferably after the application of the filling foam (4), a polishing is carried out to obtain a uniform surface of the filling foam (4) and the structural reinforcements (2.3).
Posteriormente sobre el conjunto formado por el primer revestimiento (1) y los refuerzos estructurales (2,3) se aplica un segundo revestimiento de material compuesto (5), y seguidamente se aplica calor hasta curar completamente el conjunto, de forma que se obtiene una estructura de material compuesto en donde los refuerzos estructurales (2,3) quedan directamente integrados en la estructura.Subsequently, a second coating of composite material (5) is applied to the assembly formed by the first coating (1) and the structural reinforcements (2,3), and then heat is applied until the assembly is completely cured, so that a composite material structure where the structural reinforcements (2,3) are directly integrated into the structure.
Según otro ejemplo de la invención, el primer revestimiento (1) y los refuerzos estructurales (2.3) se mantienen sin curar hasta la aplicación de este segundo revestimiento (5), momento en el que se someten conjuntamente a la aplicación de calor para obtener un curado total del conjunto.According to another example of the invention, the first coating (1) and the structural reinforcements (2.3) remain uncured until the application of this second coating (5), at which time they are jointly subjected to the application of heat to obtain a total curing of the whole.
Si la estructura a obtener tiene una geometría de la que el molde estructural es fácilmente extraíble, una geometría relativamente abierta al menos desde uno de sus extremos como la mostrada en las figuras, se emplea un molde estructural monopieza que será posteriormente extraído tras la fabricación de la estructura. En tal caso preferentemente se emplea un molde estructural metálico.If the structure to be obtained has a geometry from which the structural mold is easily removable, a geometry that is relatively open at least from one of its ends as shown in the figures, a one-piece structural mold is used that will later be extracted after the manufacture of the structure. In this case, a metallic structural mold is preferably used.
Si por el contrario la geometría de la estructura es más compleja y la extracción del molde es complicada, especialmente geometrías con cierta conicidad en ambos extremos que dificulta la extracción de moldes completos, se emplea un molde estructural de material compuesto que pasará a formar parte de la estructura y que, por tanto, no será necesario extraer. Preferentemente, dicho molde estructural está formado por segmentos y está parcialmente curado al aplicar sobre el primer revestimiento de forma que, al curar finalmente todo el conjunto, quedará integrado en la estructura.If, on the other hand, the geometry of the structure is more complex and the extraction of the mold is complicated, especially geometries with a certain conicity at both ends that makes it difficult to extract complete molds, a structural composite material mold is used that will become part of the structure and, therefore, it will not be necessary to remove. Preferably, said structural mold is formed by segments and is partially cured when applied to the first coating so that, when the whole assembly finally cures, it will be integrated into the structure.
Según un ejemplo de la invención el material compuesto empleado es en formato de fibra seca, de manera que la fibra seca se impregna con resina a través de un proceso de infusión y se cura parcialmente aplicando calor a una temperatura inferior a la temperatura de curado de la resina hasta conseguir un porcentaje de avance de la reacción de curado comprendido entre un 40% y un 80%. El material compuesto también se puede curar totalmente, aplicando en tal caso calor a la temperatura de curado de la resina durante el tiempo requerido por el tipo específico de resina empleada.According to an example of the invention, the composite material used is in dry fiber format, so that the dry fiber is impregnated with resin through an infusion process and partially cured by applying heat at a temperature lower than the curing temperature of the resin until a percentage of progress of the curing reaction is achieved between 40% and 80%. The composite can also be fully cured by applying heat at the resin curing temperature during time required by the specific type of resin used.
Según otro ejemplo de la invención el material compuesto empleado es en formato de fibra preimpregnada, en donde la fibra se cura parcialmente aplicando calor a una temperatura inferior a la temperatura de curado de la resina hasta conseguir un porcentaje de avance de la reacción de curado comprendido entre un 40% y un 80%. La fibra preimpregnada también se puede curar totalmente, aplicando en tal caso calor a la temperatura de curado de la resina durante el tiempo requerido por el tipo específico de resina empleada.According to another example of the invention, the composite material used is in a pre-impregnated fiber format, where the fiber is partially cured by applying heat at a temperature lower than the curing temperature of the resin until a percentage of progress of the curing reaction is achieved. between 40% and 80%. The prepreg fiber can also be fully cured, in which case heat is applied at the resin curing temperature for the time required by the specific type of resin used.
El material compuesto empleado en los revestimientos (1,5), en los marcos (3) o en los refuerzos (2) puede ser cualquier tipo de material compuesto, siendo algunos ejemplos no limitativos la fibra de carbono, la fibra de vidrio, los materiales híbridos con resinas termoplásticas, o combinaciones de cualesquiera de ellos. Preferentemente se utilizará fibra de carbono en zonas donde el refuerzo deba ser mayor.The composite material used in the coatings (1,5), in the frames (3) or in the reinforcements (2) can be any type of composite material, some non-limiting examples being carbon fiber, fiberglass, hybrid materials with thermoplastic resins, or combinations of any of them. Carbon fiber will preferably be used in areas where the reinforcement must be greater.
En el caso de emplear resinas termoestables, el conjunto formado por la totalidad de los componentes que integran la estructura se cocura completamente aplicando calor a la temperatura de curado de la resina hasta conseguir un porcentaje de avance de la reacción de curado del 100%. En el caso de emplear resinas termoplásticas, se aplicará la temperatura necesaria para alcanzar el punto de fusión requerido por la resina para asegurar la correcta cohesión estructural.In the case of using thermosetting resins, the set formed by all the components that make up the structure is completely cooked by applying heat at the resin's curing temperature until a percentage of progress of the curing reaction of 100% is achieved. In the case of using thermoplastic resins, the necessary temperature will be applied to reach the melting point required by the resin to ensure correct structural cohesion.
La estructura reforzada obtenida mediante el procedimiento de la invención comprende por tanto revestimientos interno (1) y externo (5) de material compuesto, cuadernas (2) y marcos (3) integrados también de material compuesto, y espumas (4) de baja densidad para completar la estructura y aligerarla.The reinforced structure obtained by the method of the invention therefore comprises internal (1) and external (5) coatings of composite material, frames (2) and frames (3) also integrated in composite material, and low-density foams (4) to complete the structure and lighten it.
Adicionalmente, en caso de haber utilizado un molde estructural formado por la unión de segmentos en lugar de uno extraíble, éste también quedará integrado en la estructura reforzada final. Dicho molde puede disponer de unas cuadernas internas que se generan por la unión de segmentos debido a formas internas que tienen los propios segmentos. Las cuadernas (2) externas, anteriormente descritas y obtenidas por la técnica de rebobinado, serán más numerosas que las cuadernas internas generadas por los segmentos y aportarán un refuerzo mayor dado que, al ser prescindibles las cuadernas internas, los segmentos del molde estructural serán de gran longitud por lo que las uniones serán escasas.Additionally, if a structural mold formed by joining segments has been used instead of a removable one, it will also be integrated into the final reinforced structure. Said mold may have internal frames that are generated by joining segments due to internal shapes that the segments themselves have. The external frames (2), previously described and obtained by the rewinding technique, will be more numerous than the internal frames generated by the segments and will provide greater reinforcement since, since the internal frames are dispensable, the structural mold segments will be of great length so the joints will be scarce.
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En las figuras 1 a 5 se ha representado el procedimiento de fabricación de una estructura rectangular, mientras que en las figuras 10 a 14 se muestra un procedimiento de fabricación idéntico al descrito para las figuras 1 a 5 pero aplicable a una estructura cilíndrica en lugar de rectangular que podría ser, por ejemplo, una sección de fuselaje de avión. Figures 1 to 5 show the manufacturing process for a rectangular structure, while Figures 10 to 14 show a manufacturing process identical to that described for Figures 1 to 5 but applicable to a cylindrical structure instead of rectangular which could be, for example, an aircraft fuselage section.
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| AU6000599A (en) * | 1998-09-30 | 2000-04-17 | Toray Industries, Inc. | Hollow structure of fiber-reinforced resin and method of manufacturing the same |
| HU225708B1 (en) * | 2002-06-21 | 2007-06-28 | Nabi Gyarto Es Kereskedelmi Kf | Body particularly for bus made of fibre reinforced plastic |
| US7204951B2 (en) * | 2002-07-30 | 2007-04-17 | Rocky Mountain Composites, Inc. | Method of assembling a single piece co-cured structure |
| JP4820804B2 (en) * | 2007-11-16 | 2011-11-24 | 国立大学法人九州大学 | Deep sea exploration vehicle pressure vessel |
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