ES2855114T3 - Estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga - Google Patents

Estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga Download PDF

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Abstract

Estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga (10) para un revestimiento exterior (8) de un cono de cola (11) de una aeronave, que comprende: un laminado de CFRP (1) que tiene un primer lado (4) y un segundo lado (5), una primera capa de GFRP (2) ubicada en el primer lado (4) del laminado de CFRP (1) o en el segundo lado (5) del laminado de CFRP (1), estando configurada dicha primera capa de GFRP (2) para prevenir la propagación de fuego a través del laminado de CFRP (1) en cualquiera de sus lados (4, 5), y una segunda capa de GFRP (3) ubicada en el primer lado (4) o en el segundo lado (5) del laminado de CFRP (1), no estando ocupados dichos lados (4, 5) por la primera capa de GFRP (2), en la que el laminado de CFRP (1) es un encintado de material de fibra de carbono que comprende al menos ocho láminas (6) de cinta de fibra de carbono, y la primera capa de GFRP (2) tiene una anchura de al menos 0,066 mm.

Description

DESCRIPCIÓN
Estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga
Campo técnico de la invención
La presente invención pertenece al campo de estructuras de aeronaves y, más particularmente, al campo de estructuras de material compuesto de matriz de polímero ligeras con requisitos ignífugos.
Antecedentes de la invención
En las estructuras habituales de una aeronave resulta interesante aplicar estructuras ligeras con el fin de reducir el peso. El material común aplicado en estas estructuras es fibra de carbono curada con resina. En algunos casos, han de tenerse en cuenta requisitos contra el fuego en el diseño y la selección del material de la estructura.
Hasta ahora, la única solución para las estructuras de material compuesto ignífugas ligeras es usar polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP) con una matriz de resina de bismaleimida (BMI), que es un material compuesto de carbono resistente al fuego especial y caro.
El documento EP0923488 describe un cono de cola de una aeronave que comprende una carcasa giratoria lateral hecha de una construcción de sándwich de panel de abeja revestido de material compuesto. Las superficies de revestimiento interior y exterior del sándwich están hechas de CFRP. El CFRP consiste en fibra de carbono y una matriz plástica, donde la matriz plástica puede ser un epoxi, bis-maleimida o poliimida.
Habitualmente, los conos de cola de una aeronave encierran un compartimento en el que se ubica la unidad de potencia auxiliar (APU) de la aeronave. Un compartimento de APU de este tipo está formado por capas estructurales principalmente de CFRP con un revestimiento exterior de CFRP con matriz de resina epoxídica y un revestimiento interior conocido como cortafuegos lateral de CFRP con matriz de resina de BMI. El cortafuegos lateral protege al revestimiento exterior contra el fuego y contiene un compartimento interior contra el fuego que cumple los requisitos contra el fuego.
El principal inconveniente del cortafuegos lateral es el alto coste de su fabricación e instalación, y el hecho de que los elementos estructurales ubicados entre el cortafuegos lateral y el revestimiento exterior están ocultos y no pueden inspeccionarse y repararse fácilmente.
La presente invención proporciona una configuración estructural diferente que combina diferentes materiales con el fin de cumplir los requisitos contra el fuego, y reducir costes en la fabricación e instalación. Adicionalmente, en el caso particular de un cono de cola de una aeronave, el cortafuegos lateral puede retirarse, y la estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga que proporciona la presente invención, se usa como revestimiento exterior. Por tanto, los elementos estructurales son fácilmente accesibles, y el compartimento cumple los requisitos contra el fuego.
El documento US2016/0114556 A1 describe un panel de material compuesto para suelos o componentes de revestimiento de paredes del tipo tabique, panel lateral o pieza de mobiliario, así como un método de fabricación de dicho panel.
Sumario de la invención
La presente invención proporciona una solución alternativa para los problemas mencionados anteriormente, mediante una estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga según la reivindicación 1 y una aeronave según la reivindicación 8. En las reivindicaciones dependientes, se definen realizaciones preferidas de la invención.
En un primer aspecto inventivo, la invención proporciona una estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga para un revestimiento exterior de un cono de cola de una aeronave, que comprende:
un laminado de polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP) que tiene un primer lado y un segundo lado, una primera capa de polímero reforzado con fibra de vidrio (GFRP) ubicada, en el primer lado del laminado de CFRP o en el segundo lado del laminado de CFRP, estando configurada dicha primera capa de GFRP para prevenir la propagación de fuego a través del laminado de CFRP en cualquiera de sus lados,
una segunda capa de GFRP ubicada en el primer lado o en el segundo lado del laminado de CFRP, no estando ocupados dichos lados por la primera capa de GFRP,
en la que
el laminado de CFRP es un encintado de material de fibra de carbono que comprende al menos ocho láminas de cinta de fibra de carbono, y
la primera capa de GFRP tiene una anchura de al menos 0,066 mm.
Ventajosamente, la presente configuración de estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga impide la propagación del fuego a través de dicha estructura. Adicionalmente, la presente estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga reduce el coste de fabricación e instalación con respecto a la técnica anterior.
En una realización particular, la primera capa de polímero reforzado con fibra de vidrio (GFRP) está configurada para curarse con el laminado de CFRP. Por tanto, el laminado de CFRP no curada; la primera capa de GFRP no curada se lámina por consiguiente sobre el laminado de CFRP no curada, aplicando una capa de adhesivo entre ambos laminados no curadas con el fin de curarse juntas en un autoclave.
A lo largo de todo este documento, un laminado se entenderá como que proporciona un material preimpregnado con un número determinado de fibras de carbono en cinta o material textil con el fin de obtener una estructura de material compuesto de matriz de polímero.
La presente configuración de estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga se ha desarrollado para adaptarse en diferentes configuraciones de laminación, tanto sobre cinta como sobre material textil.
Según la invención, una estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga comprende además una segunda capa de polímero reforzado con fibra de vidrio (GFRP) ubicada, en el primer lado o en el segundo lado del laminado de polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP), no estando ocupados dichos lados por la primera capa de GFRP. De este modo, si la primera capa de GFRP está ubicada en el primer lado del laminado de CFRP, la segunda capa de GFRP está ubicada en el segundo lado del laminado de CFRP. Además, si la primera capa de GFRP está ubicada en el segundo lado del laminado de CFRP, la segunda capa de GFRP se ubicará en el primer lado del laminado de CFRP.
Ventajosamente, el segundo polímero reforzado con fibra de vidrio (GRRP) proporciona una estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga muy versátil, que impide la propagación del fuego a través de dicha estructura en cualquiera de los lados del laminado de polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP).
Según la invención, el laminado de CFRP es un encintado de material de fibra de carbono que comprende al menos ocho láminas de cinta de fibra de carbono, y la primera capa de GFRP tiene una anchura de al menos 0,066 mm. En una realización más particular, cada lámina de cinta de fibra de carbono tiene una anchura de al menos 0,184 mm.
A lo largo de todo este documento, cinta se entenderá como un material compuesto formado por un número determinado de fibras unidireccionales orientadas en la misma dirección y que forman una capa.
Los al menos ocho láminas de cinta de fibra de carbono con una anchura de al menos 0,184 mm es el número mínimo de láminas necesarios para la presente configuración de estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga. Adicionalmente, la anchura de al menos 0,066 mm de la primera capa de GFRP y la segunda capa de GFRP es la anchura mínima que, en combinación con dichos ocho láminas de cinta de fibra de carbono, proporciona ventajosamente la estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga que cumple los requisitos contra el fuego.
En cuanto al primer GFRP, el segundo GFRP está configurado para curarse con el laminado de CFRP y dicho primer GFRP. Por tanto, el laminado de CFRP no curada se lámina; la primera capa de GFRP no curada y la segunda capa de GFRP se lámina por consiguiente sobre el laminado de CFRP no curada, aplicando una capa de adhesivo entre el laminado de CFRP no curada y cada capa de GFRP no curada que van a curarse juntas en un autoclave.
En una realización más particular, cada lámina de material textil de fibra de carbono tiene una anchura de al menos 0,28 mm.
A lo largo de todo este documento, material textil se entenderá como un material compuesto formado por un número determinado de fibras orientadas en dos direcciones y que forman una capa cruzándose entre ellas. Las fibras en la primera dirección se denominan urdimbre y las fibras en la segunda dirección y perpendiculares a la urdimbre se denominan trama.
En una realización particular, la matriz de polímero es una matriz de resina epoxídica.
Ventajosamente, una matriz de resina epoxídica es fácil de moldear, por lo que puede usarse en estructuras con una geometría compleja porque la matriz de resina epoxídica es más lisa que las resinas de BMI. Adicionalmente, el uso de una matriz de resina epoxídica en la presente invención proporciona una reducción de coste significativa.
Ventajosamente, la presente configuración de la estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga también es apropiada y cumple el requisito contra el fuego en los casos en los que una capa estructural con dicha estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga comprende zonas solapadas. Por tanto, el fuego no se propagara a través de las juntas solapadas.
El uso de cinta o material textil de material de fibra de carbono depende de esfuerzos y cargas que la estructura va a soportar, depende de la geometría de la estructura y de la tecnología de fabricación.
En un segundo aspecto inventivo, la invención proporciona una aeronave que comprende una estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga según el primer aspecto inventivo.
En una realización particular, una aeronave comprende un revestimiento exterior de una estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga.
En otra realización particular, una aeronave comprende una puerta exterior de una estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga.
Todas las características descritas en esta memoria descriptiva (incluyendo las reivindicaciones, la descripción y los dibujos) y/o todas las etapas del método descrito pueden combinarse en cualquier combinación, con la excepción de combinaciones de tales características y/o etapas excluyentes entre sí.
Descripción de los dibujos
Estas y otras características y ventajas de la invención se entenderán claramente en vista de la descripción detallada de la invención que resulta evidente a partir de una realización preferida de la invención, facilitada sólo como ejemplo y no limitándose a la misma, con referencia a los dibujos.
Figura 1. Esta figura muestra una vista en sección transversal de una estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga.
Figuras 2A-3B. Estas figuras muestran una vista en sección transversal de una primera realización según la presente invención en la que el laminado de CFRP es un encintado de material de fibra de carbono.
Figuras 4-5. Estas figuras muestran una vista en sección transversal de un segundo compuesto, en la que el laminado de CFRP es un material textil de fibra de carbono. Las figuras 4-5 no están relacionadas con la invención. Figura 6. Esta figura muestra una vista en perspectiva de un cono de cola de aeronave según la presente invención.
Figura 7. Esta figura muestra una vista en perspectiva de una aeronave según la presente invención.
Descripción detallada de la invención
La figura 1 muestra una vista en sección transversal de una estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga (10) que comprende un laminado de CFRP (1) y una primera capa de GFRP (2). El laminado de CFRP (1) comprende un primer lado (4) y un segundo lado (5), de tal manera que la primera capa de GFRP (2) de la estructura (10) está ubicada en el primer lado (4) del laminado de CFRP (1). La primera capa de GFRP (2) de la estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga (10) es la configurada para colocarse orientada hacia un fuego.
Primera realización
Las figuras 2A-3B muestran una vista en sección transversal de una estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga (10) en la que el laminado de CFRP (1) está formada por cintas de material de fibra de carbono. La figura 2A muestra una vista en sección transversal de una estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga (10) en la que la primera capa de GFRP (2) está ubicada en el primer lado (4) del laminado de CFRP (1), y está colocada orientada hacia el fuego. Además, la estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga (10) comprende una segunda capa de GFRP (3) ubicada en el segundo lado (5) del laminado de CFRP.
La figura 2B muestra una vista en sección transversal de una estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga (10) en la que la primera capa de GFRP (2) está ubicada en el segundo lado (5) del laminado de CFRP (1), y está colocada orientada hacia el fuego. Además, la estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga (10) comprende una segunda capa de GFRP (3) ubicada en el primer lado (4) del laminado de CFRP.
Las figuras 3A-3B muestran el laminado de CFRP (1) dispuesta entre la primera capa de GFRP (2) y la segunda capa de GFRP (3), y en la que el laminado de CFRP (1) comprende ocho láminas (6) de cinta de fibra de carbono. La figura 3A muestra una vista en sección transversal de una estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga (10) en la que la primera capa de GFRP (2) está ubicada en el primer lado (4) del laminado de CFRP (1), y está colocada orientada hacia el fuego. Además, la estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga (10) comprende una segunda capa de GFRP (3) ubicada en el segundo lado (5) del laminado de CFRP (1). En este ejemplo mostrado en la figura 3A, el laminado de CFRP (1) comprende ocho láminas (6) de cinta de fibra de carbono
La figura 3B muestra una vista en sección transversal de una estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga (10) en la que la primera capa de GFRP (2) está ubicada en el segundo lado (5) del laminado de CFRP (1), y está colocada orientada hacia el fuego. Además, la estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga (10) comprende una segunda capa de GFRP (3) ubicada en el primer lado (4) del laminado de CFRP (1). En este ejemplo mostrado en la figura 3B, el laminado de CFRP (1) comprende ocho láminas (6) de cinta de fibra de carbono.
En un ejemplo particular, la primera capa de GFRP (2) y la segunda capa de GFRP (3) tienen una anchura de 0,066 mm. Además, cada lámina (6) de cinta de fibra de carbono tiene una anchura de 0,184 mm.
Segunda realización
Las figuras 4 y 5 muestran una vista en sección transversal de una estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga (10) en la que el laminado de CFRP (1) está formada por materiales textiles de material de fibra de carbono. En este ejemplo, la primera capa de GFRP (2) está colocada orientada hacia el fuego.
La figura 5 muestra el laminado de CFRP (1) que comprende cuatro láminas (7) de material textil de fibra de carbono. En un ejemplo particular, la primera capa de fibra de vidrio (2) tiene una anchura de 0,066 mm y cada lámina (7) de material textil de fibra de carbono tiene una anchura de 0,28 mm.
La figura 6 muestra un ejemplo de una estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga (10) según cualquiera de las reivindicaciones aplicadas en el campo aeronáutico, específicamente un cono de cola (11) de una aeronave en el que se aloja la APU (no mostrada). El cono de cola (11) comprende un revestimiento exterior (8), que cubre la estructura del cono de cola (11), una puerta exterior (9), así como elementos estructurales, es decir, armazones, largueros, vigas...
Dependiendo de los requisitos de carga estructural, puede ser aconsejable reforzar algunas estructuras del cono de cola.
Los materiales del revestimiento exterior (8) y la puerta exterior (9) del cono de cola (11) deben cumplir requisitos contra el fuego rigurosos.
En un ejemplo particular, la estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga (10) del revestimiento exterior (8) comprende un encintado de material de fibra de carbono combinada con una primera capa (2) y una segunda capa (3) de GFRP que están ubicadas sobre el primer lado (4) y el segundo lado (5) respectivamente del laminado de CFRP (1).
De este modo, la primera capa de GFRP (2) está ubicada dentro del cono de cola (11), y la segunda capa de GFRP (3) está ubicada fuera del cono de cola (11) de la aeronave. Por tanto, en caso de que el fuego se genere en el compartimento de APU, la presente estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga (10) que comprende el revestimiento exterior (8) impedirá que el fuego se propague hacia el exterior de cono de cola (11) y que se propague a otras zonas de la aeronave.
En particular, ejemplo no relacionado con la invención, la estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga (10) de la puerta exterior (9) comprende un material textil de material de fibra de carbono combinado con una primera capa de GFRP (2) que está ubicada en el primer lado (4) del laminado de CFRP (1) y dentro de la aeronave. Por tanto, en caso de que el fuego se genere dentro de la aeronave, la presente estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga (10) que comprende la puerta exterior impedirá que el fuego se propague hacia el exterior de la aeronave.
La figura 7 muestra un cono de cola (11) de una aeronave según la presente invención.

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga (10) para un revestimiento exterior (8) de un cono de cola (11) de una aeronave, que comprende:
un laminado de CFRP (1) que tiene un primer lado (4) y un segundo lado (5),
una primera capa de GFRP (2) ubicada en el primer lado (4) del laminado de CFRP (1) o en el segundo lado (5) del laminado de CFRP (1), estando configurada dicha primera capa de GFRP (2) para prevenir la propagación de fuego a través del laminado de CFRP (1) en cualquiera de sus lados (4, 5), y
una segunda capa de GFRP (3) ubicada en el primer lado (4) o en el segundo lado (5) del laminado de CFRP (1), no estando ocupados dichos lados (4, 5) por la primera capa de GFRP (2),
en la que
el laminado de CFRP (1) es un encintado de material de fibra de carbono que comprende al menos ocho láminas (6) de cinta de fibra de carbono, y
la primera capa de GFRP (2) tiene una anchura de al menos 0,066 mm.
2. Estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga (10) según la reivindicación 1, en la que cada lámina (6) de cinta de fibra de carbono tiene una anchura de al menos 0,184 mm.
3. Estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la matriz de polímero es una matriz de resina epoxídica.
4. Aeronave que comprende una estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3.
5. Aeronave según la reivindicación 4, que comprende un revestimiento exterior (8) de una estructura de material compuesto de matriz de polímero ignífuga (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3.
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